CN101528980B - 用于提高燃烧设备的运行寿命的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于提高燃烧设备的运行寿命的设备，该设备包括至少一个导气部件(4)，其中被引导的气体具有污染物成分(3)，其特征在于，所述至少一个导气部件(4)具有层(5)，其中，在层(5)受气体冲击时通过污染物成分(3)在层(5)上的沉积而使层(5)可以至少部分地与污染物成分(3)一起由气体流本身去除。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于提高燃烧设备的运行寿命的装置，所述装置包括至少一个导气部件。在此，气体具有污染物成分。此外，本发明涉及一种用于提高燃烧设备的运行寿命的方法。
背景技术
近十年来，世界范围内建立了基于组合的燃气和蒸气涡轮机过程且以此组合过程能够明显降低有害物排放的多个发电厂。这些发电厂在专业术语中称为GUD发电厂。
在GUD发电厂的子形式(Unterform)中，即在所谓的IGCC发电厂(其中“IGCC”是“Interated Gasification Combined Cycle”的缩写)中，GUD发电厂另外具有集成的燃料气化，通过该燃料气化将例如油的液体燃料或例如烟煤、褐煤或生物物质的固体燃料在气化器中转换为合成气，该合成气然后在燃气涡轮机中燃烧。在燃烧前通常进行对合成气的清洁。总的来看，按照此方式，在燃烧前已将有害物分离或根本不产生有害物。
为将燃料气化为合成气需要氧。为产生氧，IGCC发电厂具有空气分离设备，其中通过分馏蒸馏从环境空气中除所需的氧外主要产生氮。合成气必须在进一步处理前被冷却。在此形成蒸气，蒸气等在IGCC发电厂的蒸气涡轮机中用于发电。在气体冷却后，过滤器首先去除灰分微粒，然后在需要时也能够去除二氧化碳。另外的有害物，例如硫化物或重金属也通过化学和物理过程被结合。这样就实现了用于燃气涡轮机运行所需的燃料纯度和IGCC发电厂的低排放。
合成气在燃气涡轮机的燃烧室前必要时与来自空气分离设备的氮和/或与水蒸气混合，以根据燃气涡轮机要求来调节燃料气混合物。随后通过与空气的燃烧形成的工作气在燃气涡轮机的透平级中膨胀。
在工作气在燃气涡轮机中降压后以及随后在蒸气生成器内的废热利用后，废气排放到大气中。
来自原料气和废气冷却的蒸气流被组合并一起供给到蒸气涡轮机。在蒸气涡轮机内降压后，蒸气通过冷凝器凝结且凝结物通过储水容器送回到水以及蒸气循环中。
此类IGCC设备例如从WO 03/008768中已知。此设备具有气化装置，在气化装置中微粒状的煤与氧和蒸气一起被燃烧为合成气(微粒氧化)。合成气在多个处理步骤后作为气态燃料供给到燃气涡轮机燃烧室。
然而在此出现了问题：污染物成分(例如微小的灰分微粒)作为沉积物固化在导气通道上以及位于导气通道内的的装置(例如过滤器或阀或类阀装置)上。气体也能够含有气态(金属)化合物，例如羰基铁和镍，它们通过与金属元素的反应也同样导致在部件上的沉积。这导致在燃烧器部件上形成羰基铁和镍形式的覆层，这要求定期清洁且因此明显地影响IGCC发电厂的可用性。
这些沉积物必须在实际计划的设备维护前去除且清洁或进行更换。为此，设备必须停机，这导致巨大的成本。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于提高燃烧设备、尤其是合成气设备的运行寿命的装置，其中燃烧设备包括导气部件，且气体具有污染物成分。另外的技术问题是提供一种用于提高燃烧设备运行寿命的方法。
在装置方面的技术问题根据本发明通过提供一种用于提高燃烧设备的运行寿命的装置解决，所述燃烧设备包括至少一个导气部件，其中被引导的气体具有污染物成分，且其中至少一个导气部件具有层，其中该层在受气体冲击时通过使污染物成分沉积在该层上而使层可以至少部分地与污染物成分一起由气体流本身去除。
本发明基于如下事实，即污染物成分沉降在部件上且也不能由流过的气体去除。本发明因此认识到部件必须适当地涂层。此外，本发明认识到可去除的涂层解决此技术问题。即，如果现在将污染物成分沉降在有涂层的部件上，那么就由气体流将涂层的一部分与污染物成分一起去除。以此，导气部件保持相当长时间无沉积和污染物。因此燃烧设备不必为清洁沉积物而过早停机，使得无干扰的运行得以维持。这样的燃烧设备的运行寿命因此明显提高。
污染物成分优选为固体微粒。这可能主要是在IGCC设备中出现的灰分微粒。
在优选的构造中，污染物成分是通过气体内的气态化合物与导气部件的化学反应形成的，该污染物成分导致导气部件表面上的沉积。即气体也含有气态(金属)化合物，例如羰基铁或羰基镍，它们同样通过与例如金属元素的化学反应导致沉积。
优选地，可去除层具有在受气体冲击时有利于去除的晶体结构。该结构特别地适合于去除。
优选地，可去除层具有硼化物(Bornit)层。氮化硼能够在温度作用(直至1200℃)下不与一氧化碳反应。因此，氮化硼特别好地适合于表面涂层。氮化硼特别好的适合性是因为它耐热且直至1000℃也耐氧化。此外，氮化硼特别好的适合性是因为它不可被熔融的金属润湿。而且氮化硼相对地廉价。由于石墨状结构，在氮化硼上沉积的污染物成分和另外的污物能够与氮化硼层的一部分由气体流本身去除。
在优选的构造中，可去除层通过喷射方法涂敷在导气部件上。这是特别有利的，因为层的喷射是特别地简单的。而且，因此也能够在部件内的小孔内尽可能毫无困难地涂敷。另外的优点在于通过喷射能够产生十分均匀的层厚。
优选的是至少一个导气部件是孔板。在此所述的装置可特别好地应用带有多个孔的导气孔板，因为在孔处能够特别地固定很多污染物成分且因此明显干扰燃料流。
特别的优选的是处理关于气态结合的有害物的再升华方面的关键部件，例如导气的燃烧室部件，在这些部件的金属表面上羰基铁和镍作为固体物质沉积且要求定期清洁。
优选的是将燃烧设备构造为合成气燃烧器。例如煤气设备的合成气设备的特征特别是通过化学反应形成的无多污染物成分，特别是灰分微粒。因此，装置适合于此燃烧设备。
在方法方面的技术问题通过一种用于提高燃烧设备的运行寿命的方法解决，所述燃烧设备包括至少一个导气部件，其中被引导的气体具有污染物成分，因此带有涂层的部件受到气体冲击，污染物成分沉积在层上，而污染物成分至少部分地与层一起由气体流本身去除。
在装置方面的技术问题的全部优点也能够应用于方法。
本发明的另外的特征和优点从另外的权利要求以及对附图的描述中得到。
附图说明
下面结合附图示例地详细解释本发明。
其中，各图以简化且非按比例的方式示出。
图1示出了无污染物成分的孔板，
图2示出了带有无污染物成分的孔板，
图3示出了用于提高燃烧设备的运行寿命的装置和方法。
具体实施方式
图1示例性地示出如使用在IGCC发电厂或另外的煤气发电厂以及合成气发电厂内的构造为导气元件的孔板1。在此，气体供给系统构造为带有孔7的孔板1，以得到均匀的燃料来流。同时，图1示出不具有沉积物和污染物的孔板1。
图2示出带有污染物成分3的燃料的质量流M，在此，污染物成分3例如为在燃料的流动方向2上示出的灰分微粒3。灰分微粒固定在孔板1上且因此将孔7堵塞。这导致不均匀的燃料气体流。因此，不再实现平滑的燃烧过程。燃烧设备因此必须停机且清洁或更换孔板1。这意味着巨大的成本。
图3现在示出根据本发明的装置和方法。在此处以截面示出的例如孔板1、导气管或阀的导气部件4上喷射可去除层5。在此，可去除层5优选是六边形氮化硼层。通过喷射实现相当均匀的层厚。在质量流M内的污染物成分3现在固定在层上。层5的可去除性现在导致所沉积的污染物成分3随流动方向2上的质量流(气体流)与层的一部分6一起被去除，即在运行中被去除。导气部件4因此保持明显长时间无沉积物和污染物。因此，保证均匀的燃料流以及质量流M。因此避免燃烧设备的过早停机。在此导气部件能够是管、阀、孔板、燃烧器部件或燃烧器自身。
Claims (14)
1.一种用于提高燃烧设备运行寿命的装置，所述装置包括至少一个导气部件(4)，其中，被引导的气体具有污染物成分(3)，其特征在于：所述至少一个导气部件(4)具有层(5)，其中，所述层(5)在受气体冲击时通过所述污染物成分(3)在所述层(5)上的沉积使所述层(5)可以至少部分地与所述污染物成分(3)一起由气体流本身去除，且所述至少一个导气部件(4)是带有多个孔(7)的孔板(1)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述污染物成分是固体微粒。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述污染物成分是气体内的气态化合物与所述导气部件(4)发生的化学反应的反应产物，所述污染物成分导致在所述导气部件(4)的表面上的沉积。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述层(5)具有在受气体冲击时有利于去除的晶体结构。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述层(5)的厚度在10μm和100μm之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述层(5)的厚度在20μm和60μm之间。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述层(5)具有硼化物。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述层(5)由硼化物形成。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述层(5)通过喷射方法涂敷在所述导气部件(4)上。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述至少一个导气部件(4)对于气态结合的有害物的再升华是关键的部件。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述至少一个导气部件(4)由金属或由基于金属的材料制成。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述至少一个导气部件(4)由镍基合金制成。
13.一种构造为合成气燃烧器的燃烧设备，所述燃烧设备带有根据前述权利要求中任一项所述的装置。
14.一种用于提高燃烧设备的运行寿命的方法，所述燃烧设备包括至少一个导气部件(4)，其中，所述导气部件(4)是带有多个孔(7)的孔板(1)并且被引导的气体具有污染物成分(3)，其特征在于：
以气体冲击所述孔板(1)，
将所述污染物成分(3)沉积在所述孔板(1)的层(5)上，
而所述污染物成分(3)可以至少部分地与所述层(5)一起由气体流去除。
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