DE1086841B - Verfahren zur Erzeugung heisser Gase aus einem Heizoel, das bei der Verbrennung Asche ergibt - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Insbesondere bei Rückstandsheizölen mit hohem Aschegehalt, welcher sehr oft zur Hauptsache aus Natrium- und/oder Vanadiumverbindungen besteht, treten in den Verbrennungskraftanlagen infolge der Einwirkung der Aschebestandteile sehr oft Korrosionen oder eine Oxydation der Metalle der Anlagen ein. Selbst gegenüber Hitze sehr widerstandsfähige Stoffe, z. B. Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen, werden von den. Verbrennungsprodukten solcher Rückstandsheizöle mit hohem Aschegehalt angegriffen.

In den meisten Fällen zeigt die gebildete Asche auch einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt und haftet daher auf den Oberflächen, mit denen sie in Berührung kommt, beispielsweise den Turbinenschaufeln. Die hierdurch gebildeten Verkrustungen setzen die Wirksamkeit einer solchen Anlage stark herab. Bei den modernen Krafterzeugungsanlagen mit hoher Betriebstemperatur werden diese Nachteile bei der Verwendung von Rückstandsheizölen noch verstärkt.

Um solche Ascheablagerungen zu verhindern oder wenigstens die Bildung einer leicht mit den Verbrennungsgasen entfernbaren und nicht verklebenden Verbindung zu begünstigen, hat man in die Verbrennungsanlagen schon gewisse Zusatzstoffe eingeführt, beispielsweise Magnesiumoxyd, Zinko'xyd, Bariumkarbonat, Siliziumdioxyd oder Aluminiumsulfat, welche während der Verbrennung in inniger Verbindung mit dem Heizöl sind. Derartige Zusatzstoffe dienen teilweise nur als inerte Verdünnungsmittel für die Aschebestandteile, zum Teil machen sie die schädliehen Bestandteile aber auch in Form von Vanadaten unschädlich. Die Zusatzstoffe können dabei als Pulver, Flüssigkeiten, als Gase oder in Form von Lösungen verwendet werden. Die meisten dieser Stoffe weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Menge der gebildeten Asche wesentlich erhöht wird, so daß die erzielte Korrosionsverminderung demgegenüber praktisch nicht ins Gewicht fällt.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die niedergeschlagene Aschenmenge wesentlich verringert wird und gleichzeitig auch der Korrosion entgegengewirkt werden kann, wenn der betreffenden Verbrennungseinrichtung als Zusatzstoff eine kleine Menge eines Magnesiumsilikates oder einer Mischung von Magnesiumoxyd, -hydroxyd oder- karbonat mit 4-5 Siliziumoxyd zugeführt wird. Wichtig ist hierbei, daß das Silikat oder die Mischung aus den angeführten Magnesiumverbindungen und Siliziumoxyd frei von anderen Metallen außer Magnesium sind, d. h. daß sie neben dem Magnesium nicht mehr als 5 Gewichtsprozent derselben enthalten.

Die erfindungsgemäßen Zusatzstoffe können in die Verbrennungseinrichtung eingespritzt werden, und zwar entweder als solche oder Dispersion in einem ge-Verfahren zur Erzeugung

heißer Gase aus einem Heizöl,

das bei der Verbrennung Asche ergibt

Anmelder:
»Shell« Research Limited, London

Vertreter: Dr. K. Schwarzhans, Patentanwalt,
München 19, Romanplatz 9

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 22. Juni 1953 und 7. Mai 1954

Alun Lewis, Little Sutton, Wirral, Cheshire,
und Robert Patrick Taylor, Wallasey, Cheshire

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

eigneten flüssigen Stoff, beispielsweise Wasser, einer organischen Flüssigkeit oder einem Teil des Heizöles selbst. Die Einspritzung kann fortdauernd oder mit Unterbrechungen in die Heizöl- oder Luftzuführungsleitungen der Brenner oder Verbrennungskammern erfolgen, wobei durch geeignete Steuergeräte die Menge des Zusatzes gesteuert wird. Zum Einspritzen geeignete Dispersionen enthalten im allgemeinen 1 bis 75 Gewichtsprozent und vorzugsweise S bis 50 Gewichtsprozent des Zusatzstoffes.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit jedem Heizöl durchgeführt werden, welches beim Verbrennen Asche ergibt, doch ist es besonders geeignet für Rückstandsheizöle mit hohem Aschegehalt. Hierunter werden solche Heizöle verstanden, die einen Aschegehalt von mindestens 0,005 Gewichtsprozent aufweisen (gemessen nach der Methode I.P.-4/44, welche in der Veröffentlichung des Institute of Petroleum, 10. Auflage auf S. 22 und 23 »Standard Methode for Testing Petroleum and its Products« beschrieben ist), eine Viskosität von mindestens 1,779° E zeigen und aus einem Rückstandserdöl bestehen oder ein solches enthalten.

Das neue Verfahren ist besonders wertvoll in Verbindung mit Rückstandsheizölen mit hohem Aschegehalt, welcher zur Hauptsache aus Vanadium- und/ oder Natriumverbindungen besteht.

Aus wirtschaftlichen Gründen soll die angewandte Menge an Magnesiumsilikat oder an Mischung von

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Magnesiumoxyd, -hydroxyd oder-karbonat mit SiIi- verursacht, vermindert die Verwendung von Talkum

ziumoxyd möglichst gering sein und gerade aus- nicht nur die Menge des Niederschlags ganz wesent-

reichen, um die Asche so zu gestalten, daß ihre schäd- Hch, sondern gleichzeitig wird auch die Korrosion

liehen Wirkungen auf ein Kleinstmaß herabgesetzt verringert.

werden und ihre in der Anlage niedergeschlagene 5 Beispiel 2

Menge möglichst weitgehend verringert wird. Im all-

gemeinen werden 0,01 bis 1,0 Gewichtsprozent und 3 Gewichtsprozent einer Paste aus 500 Teilen

vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent bezogen Asbestin, 400 Teilen eines Heizöls mit einer Viskosi-

auf das Gewicht des Heizöls, verwendet. tat von 65° E (Aschegehalt = 0,01 Gewichtsprozent)

Erfindungsgemäß kann entweder ein natürliches oder io und 5 Teilen Aluminiumstearat wurden mit einem ein synthetisch hergestelltes Magnesiumsilikat ver- Rückstandsheizöl mit einer Viskosität von 65° E und wendet werden. So sind Talkum, Asbestin, Enstatit, einem Aschegehalt von 0,1 Gewichtsprozent vermischt, Hektorit, Olivin und die handelsüblichen Erden mit der zur Hauptsache aus Vanadiunipentoxyd bestand, hohem Magnesiumgehalt geeignete natürlich vor- Diese Mischung wurde in einem Hilfsbehälter unter kommende Magnesiumsilikate. Geeignete synthetische 15 Rühren bei 90° C gehalten und von dort der Haupt Magnesiumsilikate könnten durch Zugabe eines brennstoffleitung einer feuerfest ausgekleideten Ver-Magnesiumsalzes zu einer wäßrigen Natriumsilikat- brennungskammer einer Gasturbinenanlage mit einer lösung hergestellt werden, wobei entsprechend den solchen Geschwindigkeit zugeleitet, daß das durch die relativen Anteilen der Reaktionsteilnehmer entweder Hauptbrennstoffleitung geführte gleiche Rückstandsreines Magnesiumsilikat oder eine Mischung von 20 heizöl bei der Verbrennung 0,12 Gewichtsprozent Magnesiumsilikat und Siliziumdioxyd gebildet wird. Asbestin enthielt. Das Heizöl wurde in einer Ge-Diese synthetischen Magnesiumsilikate und Mischun- schwindigkeit von 10,4 kg je Stunde verbrannt,
gen von Magnesiumsilikaten und Siliziumdioxyd wer- Der aus der Verbrennungskammer austretende Gasden als Gele ausgefällt, und in dieser Form sind sie strom wurde durch eine Reihe von flachen Schaufeln besonders zur Herstellung von Dispersionen oder 25 aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, welche Pasten geeignet, welche den Verbrennungseinrichtun- einen Abstand von 2,5 cm voneinander hatten und in gen zugeführt werden. einem Winkel von 60° zum Gasstrom standen, geführt.

Das Siliziumdioxyd in den erfindungsgemäßen Zu- Die Gasgeschwindigkeit durch die Reihe betrug 183 m

Satzmischungen kann aber auch in der Form von je Sekunde, und die Temperatur des Gases in der

Quarz oder Kieselgur oder in der Form eines synthe- 30 Reihe war 600 bis 610° C.

tischen Siliziumdioxyds, das durch Ausfällung aus Nach 20stündigem Betrieb betrug der durchschnitt-

einem Silikagel hergestellt wurde, vorliegen. liehe Aschenniederschlag auf den Schaufeln 60 mg.

Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Er- Zum Vergleich wurde dieser Versuch unter den

findung näher erläutern, wobei die angegebenen Teile gleichen Bedingungen (a) ohne irgendeinen Zusatz

Gewichtsteile sind. 35 und (b) mit Einspritzen einer wäßrigen Lösung von

Beispiel ^ Magnesiumsulfat in den Heizölstrom wiederholt, so

daß eine Konzentration von 0,15% an Magnesium-

Ein Rückstandsheizöl mit einer Viskosität von 65° E sulfat im Brennstoff erhalten wurde,
und einem Aschegehalt von 0,07 Gewichtsprozent, Das durchschnittliche Gewicht des Niederschlages wobei annähernd 60 Gewichtsprozent der Asche aus 40 auf den Schaufeln nach 20stündigem Betrieb war im Vanadiumpentoxyd bestehen, wurde in der Ver- Falle (a) 150 mg und im Falle (b) 120 mg. Die Verbrennungskammer einer Gasturbine mit einer Ge- wendung von Asbestin ermöglicht also eine 6O°/oige schwindigkeit von 11,3 kg je Stunde verbrannt. In den Verminderung der Niederschlagsmenge im Vergleich Luftstrom wurde feinverteiltes Talkum in einem Ver- mit Heizöl ohne Zusatz, während Magnesiumsulfat hältnis entsprechend 0,5 Gewichtsprozent des Brenn- 45 nur eine 20%ige Verringerung ergab,
stoffes eingesprüht. . .

Der aus der Verbrennungskammer austretende Gas- .Beispiel ό

strom prallte auf eine Reihe von Platten, die die Das Beispiel 2 wurde wiederholt, jedoch wurde die Turbinenschaufeln darstellen sollten und in einem den Zusatzstoff enthaltende ölmischung in die Haupt-Winkel von 45° zum Gasstrom angeordnet waren. Die 50 heizölleitung mit einer solchen Geschwindigkeit einnach einer bestimmten Betriebszeit auf den Schaufeln geführt, daß eine Konzentration von 0,18 Gewichtsniedergeschlagene Aschemenge diente als Maß für die prozent an Asbestin im Heizöl aufrechterhalten wurde. Wirksamkeit des Zusatzstoffes. Das durchschnittliche Niederschlagsgewicht je Schau-

Beim Einsprühen von Talkum betrug der durch- fei war nach 20stündigem Betrieb nur 50 mg, was

schnittliche Niederschlag auf den Schaufeln nach 55 einer 67°/oigen Verminderung der Niederschlagsmenge

20stündigem Betrieb nur 72 mg. · im Vergleich mit Heizöl ohne Zusatz entsprach.

Wurde dagegen dieser Verbrennungsversuch unter _Ώ . .

den gleichen Bedingungen B ei sρ 1 el 4

(a) ohne die Einspritzung eines Zusatzstoffes und Eine Paste von Talkum in Heizöl wurde, wie im

(b) mit Einspritzen von 0,4 Gewichtsprozent SiIi- 60 Beispiel 2 beschrieben, mit einem Öl weiter verdünnt ziumdioxyd an Stelle von 0,5 Gewichtsprozent und diese Mischung zusammen mit einem Rückstands-Talkum heizöl in einer Gasturbinenanlage verbrannt, wobei

wiederholt, so betrug die durchschnittliche Nieder- eine Konzentration von 0,1 Gewichtsprozent an Talschlagsmenge im Falle (a) 104 mg und im Falle (b) kum im Heizöl aufrechterhalten wurde. Das Durch-170 mg. 65 schnittsgewicht des Niederschlages je Schaufel nach Es wurde auch festgestellt, daß in beiden Fällen die 20stündigem Betrieb war 100 mg, was einer 33%igen gebildete Asche Natriumvanadylvanadat enthielt, daß Verminderung der Niederschlagsmenge, verglichen jedoch diese Verbindung bei der Verwendung von mit Heizöl ohne Zusatz, entsprach.
Talkum nicht in der Asche vorhanden ist. Da Natrium- Beispiel 4 wurde wiederholt unter Verwendung eines vanadylvanadat normalerweise Korrosion bei Stählen 70 Talkums, das entgegen der erfindungsgemäßen Lehre

mit Kalziumkarbonat verdünnt worden war, so daß die Mischung 21,5Vo Kalzium enthielt. Nach 20stündigem Betrieb bei Verwendung dieses Zusatzes war der Durchschnittsniederschlag je Schaufel annähernd so hoch wie beim Verbrennen eines Heizöls ohne Zusatz.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung heißer Gase aus einem Heizöl, das bei der Verbrennung Asche ergibt, wie ein Rückstandsheizöl mit hohem Aschegehalt, welcher insbesondere zur Hauptsache aus Vanadium- und/oder Natriumverbindungen besteht, durch Zuführen einer kleinen Menge eines Zusatzstoffes in die Verbrennungseinrichtung, so daß dieser Zusatzstoff während der Verbrennung

in inniger Verbindung mit dem Heizöl ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Magnesiumsilikat oder eine Mischung von Magnesiumoxyd, -hydroxyd oder -karbonat mit Siliziumdioxyd verwendet wird und daß das Silikat oder die Mischung im wesentlichen frei von anderen Metallen außer Magnesium ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz des Silikates oder der Mischung in einer Menge von 0,01 bis 1,0% des ölgewichtes dem Heizöl zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumsilikat Asbestin oder Talkum ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 496 692.

© 009 570/191 8.60