JPH0921332A - 重油燃焼ガスタービンの運転方法 - Google Patents
重油燃焼ガスタービンの運転方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 重油燃焼ガスタービンの運転に際し、高温腐
食防止対策のため、各種の高融点化合物を燃料中に添加
しているプラントの高効率運転方法を提供する。 【解決手段】 重油燃料に防食添加剤を注入して重油燃
焼ガスタービンの腐食損傷を防止する、重油燃焼ガスタ
ービンの運転方法において、防食添加剤量を運転開始初
期には、添加剤中の防食金属成分(M)と燃料中の腐食
成分(V)との重量比をM/V=2〜5の範囲となし、
1〜6週間の範囲で予め決めた1サイクルの運転時間の
経過にともなって、防食添加剤量を段階的もしくは連続
傾斜的に少なくして、その1サイクルの最終点で初期量
の0.1〜0.3とする。
食防止対策のため、各種の高融点化合物を燃料中に添加
しているプラントの高効率運転方法を提供する。 【解決手段】 重油燃料に防食添加剤を注入して重油燃
焼ガスタービンの腐食損傷を防止する、重油燃焼ガスタ
ービンの運転方法において、防食添加剤量を運転開始初
期には、添加剤中の防食金属成分(M)と燃料中の腐食
成分(V)との重量比をM/V=2〜5の範囲となし、
1〜6週間の範囲で予め決めた1サイクルの運転時間の
経過にともなって、防食添加剤量を段階的もしくは連続
傾斜的に少なくして、その1サイクルの最終点で初期量
の0.1〜0.3とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は重油を燃料として運
転する発電用ガスタービンの効率的な運転方法に関する
ものである。本発明は、重油、石油コークス、石油プラ
ントの残渣油などを燃料として運転するボイラに対して
も適用可能である。
転する発電用ガスタービンの効率的な運転方法に関する
ものである。本発明は、重油、石油コークス、石油プラ
ントの残渣油などを燃料として運転するボイラに対して
も適用可能である。
【0002】
【従来の技術】一般にボイラやガスタービンによる発電
プラントでは、運転経費に占める燃料費の割合いが高い
ため、価格の廉価な重油(石油コークス、アスファル
ト、石油精製時の各種残渣油などを含む)を使用する場
合が多い。しかし、重油中には、ナトリウム(Na)、
硫黄(S)、バナジウム(V)などの元素化合物を主成
分とする各種の腐食性化合物が含まれているため、重油
の燃焼ガスと直接接触するボイラおよびガスタービンの
高温構造部材が著しく腐食損耗を受ける問題をかかえて
いる。特にガスタービンの動翼および静翼は、ボイラ伝
熱管のように、水や水蒸気による強い冷却作用を受けな
いうえ、最近のガスタービンは発電効率を上げるため、
燃焼ガスの高温化がはかられているので、腐食損耗は一
層激しくなっている。
プラントでは、運転経費に占める燃料費の割合いが高い
ため、価格の廉価な重油(石油コークス、アスファル
ト、石油精製時の各種残渣油などを含む)を使用する場
合が多い。しかし、重油中には、ナトリウム(Na)、
硫黄(S)、バナジウム(V)などの元素化合物を主成
分とする各種の腐食性化合物が含まれているため、重油
の燃焼ガスと直接接触するボイラおよびガスタービンの
高温構造部材が著しく腐食損耗を受ける問題をかかえて
いる。特にガスタービンの動翼および静翼は、ボイラ伝
熱管のように、水や水蒸気による強い冷却作用を受けな
いうえ、最近のガスタービンは発電効率を上げるため、
燃焼ガスの高温化がはかられているので、腐食損耗は一
層激しくなっている。
【0003】このような重油を燃焼する発電用ガスター
ビン(以下、重油燃焼ガスタービン)の高温腐食問題を
解決するため、次に示すような様々な対策が行われてい
る。 (1)重油中に含まれているNa,S,Vなどの腐食性
化合物を物理的もしくは化学的に除去して、腐食性の低
い重油燃料とする。 (2)高温の燃焼ガスと直接接触する動翼、静翼などの
材質を改善して、高温腐食作用に耐える材料を開発す
る。 (3)動翼、静翼の表面に耐高温腐食性に富んだコーテ
ィングを施工する。 (4)動翼、静翼の内部へ送る冷却用空気の流れを効果
的に行い、動静翼の表面温度を低下させて、高温腐食反
応を抑制する。 (5)重油中に防食添加剤を加えて燃焼させ、腐食性化
合物と化学反応させて腐食性のない化合物に変化させ
る。
ビン(以下、重油燃焼ガスタービン)の高温腐食問題を
解決するため、次に示すような様々な対策が行われてい
る。 (1)重油中に含まれているNa,S,Vなどの腐食性
化合物を物理的もしくは化学的に除去して、腐食性の低
い重油燃料とする。 (2)高温の燃焼ガスと直接接触する動翼、静翼などの
材質を改善して、高温腐食作用に耐える材料を開発す
る。 (3)動翼、静翼の表面に耐高温腐食性に富んだコーテ
ィングを施工する。 (4)動翼、静翼の内部へ送る冷却用空気の流れを効果
的に行い、動静翼の表面温度を低下させて、高温腐食反
応を抑制する。 (5)重油中に防食添加剤を加えて燃焼させ、腐食性化
合物と化学反応させて腐食性のない化合物に変化させ
る。
【0004】しかし、以上のような対策には、それぞれ
次のような問題があり、さらに効果的かつ経済的な対策
の確立が望まれている。すなわち (1)の重油中に含まれている腐食性成分の除去は、こ
れらの腐食性化合物の多くが、油溶性であるため、簡単
な方法で分離することができず、特にSおよびV化合物
の重油からの除去には多額の費用を要するので、技術的
に可能であっても経済的でない。 (2)の動・静翼材の耐高温腐食性を向上させるには、
クロム、アルミニウムなどの金属成分の増加が効果的で
あるが、これらの金属成分の増加は動・静翼材料の高温
強度と機械加工性を低下させる欠点があるため、耐高温
腐食性と高温強度の両方を兼備した動,静翼材は、未だ
に開発されていない。 (3)動,静翼の表面を耐高温腐食性に優れるコーティ
ンクで被覆する方法は、古くから実用化されている。こ
の方法ではコーティング成分は、翼材料とは異なり高温
強度を必要とせず、耐高温腐食性のみを目的とするた
め、比較的自由に金属成分を選択できる利点がある。し
かし、この方法でも不純物の少ない良質の燃料を使用す
るガスタービンでは防食効果は認められているものの、
本発明が対象としている重油燃焼ガスタービンに対して
は、十分な性能は発揮されていない。 (4)の空気冷却による動静翼表面温度の低下対策は、
その一方で冷却用空気量の増加を招き、これがタービン
効率の低下要因となるので、本方式の適用には限界があ
る。 (5)重油中に防食添加剤を加えて燃焼させる方法は、
重油燃焼ガスタービンに対しては最も広く採用されてい
る。すなわち重油中のNa塩は高温水によって抽出、除
去した後、Mg,Ca,Ba,Siなどの化合物を添加
して燃焼しNa,S,およびV化合物と化学反応させて
その腐食性を抑制するものであり、これまでにも多くの
防食添加剤が提案されている。
次のような問題があり、さらに効果的かつ経済的な対策
の確立が望まれている。すなわち (1)の重油中に含まれている腐食性成分の除去は、こ
れらの腐食性化合物の多くが、油溶性であるため、簡単
な方法で分離することができず、特にSおよびV化合物
の重油からの除去には多額の費用を要するので、技術的
に可能であっても経済的でない。 (2)の動・静翼材の耐高温腐食性を向上させるには、
クロム、アルミニウムなどの金属成分の増加が効果的で
あるが、これらの金属成分の増加は動・静翼材料の高温
強度と機械加工性を低下させる欠点があるため、耐高温
腐食性と高温強度の両方を兼備した動,静翼材は、未だ
に開発されていない。 (3)動,静翼の表面を耐高温腐食性に優れるコーティ
ンクで被覆する方法は、古くから実用化されている。こ
の方法ではコーティング成分は、翼材料とは異なり高温
強度を必要とせず、耐高温腐食性のみを目的とするた
め、比較的自由に金属成分を選択できる利点がある。し
かし、この方法でも不純物の少ない良質の燃料を使用す
るガスタービンでは防食効果は認められているものの、
本発明が対象としている重油燃焼ガスタービンに対して
は、十分な性能は発揮されていない。 (4)の空気冷却による動静翼表面温度の低下対策は、
その一方で冷却用空気量の増加を招き、これがタービン
効率の低下要因となるので、本方式の適用には限界があ
る。 (5)重油中に防食添加剤を加えて燃焼させる方法は、
重油燃焼ガスタービンに対しては最も広く採用されてい
る。すなわち重油中のNa塩は高温水によって抽出、除
去した後、Mg,Ca,Ba,Siなどの化合物を添加
して燃焼しNa,S,およびV化合物と化学反応させて
その腐食性を抑制するものであり、これまでにも多くの
防食添加剤が提案されている。
【0005】たとえば、Fe,Al,Zn,Snの酸化
物およびこれらの金属のステアリン酸塩を添加する特公
昭29−8430号公報、Co,Mn,Fe,Cu,C
a,Ba,Mgなどの金属有機化合物を添加する特公昭
43−9663号公報、MgO,CaO,SiO2 ,C
r2 O3 ,Al2 O3 ,Fe2 O3 などの酸化物を添加
する特公昭48−29283号公報、特願昭50−14
2347号公報、特許1,094,783号などがあ
る。また、外国特許としては、米国特許第2,949,
008号、同3,002,825号明細書などがMgO
などの高融点化合物の添加を提案し、さらにアルミニウ
ム−シリケートを添加するスイス特許第314,443
号明細書、カルシウム・シリケートを用いる米国特許第
2,843,200号明細書などが提案されている。
物およびこれらの金属のステアリン酸塩を添加する特公
昭29−8430号公報、Co,Mn,Fe,Cu,C
a,Ba,Mgなどの金属有機化合物を添加する特公昭
43−9663号公報、MgO,CaO,SiO2 ,C
r2 O3 ,Al2 O3 ,Fe2 O3 などの酸化物を添加
する特公昭48−29283号公報、特願昭50−14
2347号公報、特許1,094,783号などがあ
る。また、外国特許としては、米国特許第2,949,
008号、同3,002,825号明細書などがMgO
などの高融点化合物の添加を提案し、さらにアルミニウ
ム−シリケートを添加するスイス特許第314,443
号明細書、カルシウム・シリケートを用いる米国特許第
2,843,200号明細書などが提案されている。
【0006】しかし、これらの防食添加剤の添加は、必
然的に燃焼残渣物(灰)量を多くし、これが動,静翼の
表面に多量に付着するため、高温腐食防止には効果を発
揮するものの、燃焼ガスの通路を狹める結果を招き、通
風抵抗の増大によってガスタービン効率が低下する欠点
がある。わが国をはじめ、石油系燃料を輸入に頼ってい
るところでは、燃料価格が高く、ガスタービンの運転経
費に占める燃料費の割合が85%以上にも達するところ
では、僅かなガスタービン効率、すなわち発電効率の低
下対策は重要な課題である。
然的に燃焼残渣物(灰)量を多くし、これが動,静翼の
表面に多量に付着するため、高温腐食防止には効果を発
揮するものの、燃焼ガスの通路を狹める結果を招き、通
風抵抗の増大によってガスタービン効率が低下する欠点
がある。わが国をはじめ、石油系燃料を輸入に頼ってい
るところでは、燃料価格が高く、ガスタービンの運転経
費に占める燃料費の割合が85%以上にも達するところ
では、僅かなガスタービン効率、すなわち発電効率の低
下対策は重要な課題である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】重油燃焼ガスタービン
の運転に際し、高温腐食防止対策のため、各種の高融点
化合物を燃料中に添加しているプラントの高効率運転方
法を提供する。防食添加剤を採用している重油燃焼ガス
タービンにおいて、添加剤の注入時間の経過に伴って、
動,静翼の表面にこれらの添加剤が付着するとともにそ
の量が必要以上に増加する結果、通風抵抗が増え、最終
的にガスタービン効率が低下する現象を回避する方法を
提供する。
の運転に際し、高温腐食防止対策のため、各種の高融点
化合物を燃料中に添加しているプラントの高効率運転方
法を提供する。防食添加剤を採用している重油燃焼ガス
タービンにおいて、添加剤の注入時間の経過に伴って、
動,静翼の表面にこれらの添加剤が付着するとともにそ
の量が必要以上に増加する結果、通風抵抗が増え、最終
的にガスタービン効率が低下する現象を回避する方法を
提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、防食添加剤を
加えた重油を燃焼するガスタービンでしばしば発生する
動,静翼表面に対する防食添加剤の過剰付着によるガス
タービン効率の低下を防止するため、次に示す手段を採
用する。重油燃焼ガスタービンの動,静翼で発生する高
温腐食損傷の主たる原因として、重油燃料中に不純物と
して含まれているNa,SおよびVの化合物があり、こ
れらの化合物の防食添加剤としてMg,Ca,Ba,S
iなどの無機、あるいは有機化合物を重油中へ添加する
が、その防食機構は後記するごとく極めて複雑である。
しかし、種々の試験の結果、重油燃料中に不純物として
含まれているVの成分のみを目安として、防食添加剤量
を運転開始初期には、添加剤中の防食金属成分(M)と
燃料中の腐食成分(V)との重量比をM/V=2〜5の
範囲と設定することにより実際上、十分に機能すること
が確かめられた。
加えた重油を燃焼するガスタービンでしばしば発生する
動,静翼表面に対する防食添加剤の過剰付着によるガス
タービン効率の低下を防止するため、次に示す手段を採
用する。重油燃焼ガスタービンの動,静翼で発生する高
温腐食損傷の主たる原因として、重油燃料中に不純物と
して含まれているNa,SおよびVの化合物があり、こ
れらの化合物の防食添加剤としてMg,Ca,Ba,S
iなどの無機、あるいは有機化合物を重油中へ添加する
が、その防食機構は後記するごとく極めて複雑である。
しかし、種々の試験の結果、重油燃料中に不純物として
含まれているVの成分のみを目安として、防食添加剤量
を運転開始初期には、添加剤中の防食金属成分(M)と
燃料中の腐食成分(V)との重量比をM/V=2〜5の
範囲と設定することにより実際上、十分に機能すること
が確かめられた。
【0009】Mg,Ca,Ba,Siなどの無機、ある
いは有機化合物を重油中へ添加するに際し、その添加量
を運転状態に応じて段階的もしくは傾斜的に変化させ
る。すなわちガスタービンの開放点検後、あるいは動,
静翼を新しいものに更新して運転を開始するときには、
防食添加剤量を多くして、動,静翼の表面に防食添加剤
濃度の高い付着物層を形成させて翼材の腐食を防止す
る。その後、予め使用重油とガスタービンの運転条件に
関して経験的に決めた、1〜6週間の範囲内の1サイク
ルの運転時間の経過にともなって、防食添加剤量を段階
的もしくは連続傾斜的に少なくして、その最終点で初期
量の0.1〜0.3となるように運転を行う。1サイク
ル終了後、タービン動静翼の付着物を400〜700Cの
温水で洗浄、除去し、前記サイクルを繰り返すものであ
る。
いは有機化合物を重油中へ添加するに際し、その添加量
を運転状態に応じて段階的もしくは傾斜的に変化させ
る。すなわちガスタービンの開放点検後、あるいは動,
静翼を新しいものに更新して運転を開始するときには、
防食添加剤量を多くして、動,静翼の表面に防食添加剤
濃度の高い付着物層を形成させて翼材の腐食を防止す
る。その後、予め使用重油とガスタービンの運転条件に
関して経験的に決めた、1〜6週間の範囲内の1サイク
ルの運転時間の経過にともなって、防食添加剤量を段階
的もしくは連続傾斜的に少なくして、その最終点で初期
量の0.1〜0.3となるように運転を行う。1サイク
ル終了後、タービン動静翼の付着物を400〜700Cの
温水で洗浄、除去し、前記サイクルを繰り返すものであ
る。
【0010】このような防食添加剤の重油中への段階的
もしくは傾斜的注入の採用によって、動,静翼表面には
防食添加剤濃度の高いデポジットが付着して、恰も耐食
性の被覆を形成したような状態となる。一旦この被覆が
形成すると、その後は重油中への防食添加剤量を少なく
しても、すなわちNa,S,Vなどの腐食性化合物の多
い燃焼残渣物が付着しても、動,静翼表面に対する腐食
作用は発生しなくなる現象を利用するものである。一
方、この方式を採用したガスタービンでは、従来の一定
量の防食添加剤を連続して重油中へ注入する方式に比較
すると、防食添加剤の使用量が少なくなるので添加剤経
費の節減とともに、動,静翼表面への添加剤の過剰付着
に伴う通風抵抗の増加割合が軽減されることによって、
タービン効率の低下が抑制される利点がある。
もしくは傾斜的注入の採用によって、動,静翼表面には
防食添加剤濃度の高いデポジットが付着して、恰も耐食
性の被覆を形成したような状態となる。一旦この被覆が
形成すると、その後は重油中への防食添加剤量を少なく
しても、すなわちNa,S,Vなどの腐食性化合物の多
い燃焼残渣物が付着しても、動,静翼表面に対する腐食
作用は発生しなくなる現象を利用するものである。一
方、この方式を採用したガスタービンでは、従来の一定
量の防食添加剤を連続して重油中へ注入する方式に比較
すると、防食添加剤の使用量が少なくなるので添加剤経
費の節減とともに、動,静翼表面への添加剤の過剰付着
に伴う通風抵抗の増加割合が軽減されることによって、
タービン効率の低下が抑制される利点がある。
【0011】
【発明の実施の形態】重油燃焼ガスタービンの動,静翼
で発生する高温腐食損傷の原因は、主として重油燃料中
に不純物として含まれているNa,SおよびV化合物に
よるもので、それぞれの化合物は次のような形態で含ま
れている。 Na:海水成分(NaCl)として含まれている。 S :脂肪族系もしくは芳香族系の油溶性硫黄化合物と
して含まれている。 V :油溶性の錯化合物として含まれている。 これらの3元素化合物は、重油燃焼環境下で相互に反応
して新しい化合物を生成し、これらがガスタービンの
動,静翼表面に付着する。例えば、海水成分は 2NaCl+SO2 +1/2O2 +H2 O→Na2 SO4 +2HCl (1) 硫黄化合物は燃焼時にすべて硫黄酸化物(SO2 ,SO
3 )となって、(1)式のようにNa化合物と反応し
て、Na2 SO4 の生成に関与する。またV化合物は燃
焼環境下でV2 O3 ,V2 O4 の酸化物となり、最終的
には、蒸気圧が高く、低融点で、腐食性の強いV2 O5
となる。
で発生する高温腐食損傷の原因は、主として重油燃料中
に不純物として含まれているNa,SおよびV化合物に
よるもので、それぞれの化合物は次のような形態で含ま
れている。 Na:海水成分(NaCl)として含まれている。 S :脂肪族系もしくは芳香族系の油溶性硫黄化合物と
して含まれている。 V :油溶性の錯化合物として含まれている。 これらの3元素化合物は、重油燃焼環境下で相互に反応
して新しい化合物を生成し、これらがガスタービンの
動,静翼表面に付着する。例えば、海水成分は 2NaCl+SO2 +1/2O2 +H2 O→Na2 SO4 +2HCl (1) 硫黄化合物は燃焼時にすべて硫黄酸化物(SO2 ,SO
3 )となって、(1)式のようにNa化合物と反応し
て、Na2 SO4 の生成に関与する。またV化合物は燃
焼環境下でV2 O3 ,V2 O4 の酸化物となり、最終的
には、蒸気圧が高く、低融点で、腐食性の強いV2 O5
となる。
【0012】さらに、Na2 SO4 とV2 O5 は相互に
反応してさらに次に示すような化合物を生成する。例え
ば 28Na2 SO4 +12V2 O5 →24NaVO3 +16Na2 SO4 +12 SO3 (2) 28Na2 SO4 +12V2 O5 →5Na2 O・V2 O4 ・11V2 O5 + 23Na2 SO4 +5SO3 +1/2O2 (3) 28Na2 SO4 +12V2 O5 →2(Na2 O・V2 O4 ・5V2 O5 )+ 26Na2 SO4 +2SO3 +O2 (4) ここで生成する各種の化合物および重油燃焼時の初期生
成物などの融点は表1に示す通りであり、比較的低い温
度で溶融する特徴がある。したがって、ガスタービンの
運転条件下では、表1に示した各種の化合物は溶融状態
となって動,静翼面に付着する一方、翼の表面に生成し
ている保護性の金属酸化膜を化学的に溶解除去して、そ
の機能を消失させ、翼材を甚しく酸化したり、硫化損耗
させる作用を示す特徴がある。
反応してさらに次に示すような化合物を生成する。例え
ば 28Na2 SO4 +12V2 O5 →24NaVO3 +16Na2 SO4 +12 SO3 (2) 28Na2 SO4 +12V2 O5 →5Na2 O・V2 O4 ・11V2 O5 + 23Na2 SO4 +5SO3 +1/2O2 (3) 28Na2 SO4 +12V2 O5 →2(Na2 O・V2 O4 ・5V2 O5 )+ 26Na2 SO4 +2SO3 +O2 (4) ここで生成する各種の化合物および重油燃焼時の初期生
成物などの融点は表1に示す通りであり、比較的低い温
度で溶融する特徴がある。したがって、ガスタービンの
運転条件下では、表1に示した各種の化合物は溶融状態
となって動,静翼面に付着する一方、翼の表面に生成し
ている保護性の金属酸化膜を化学的に溶解除去して、そ
の機能を消失させ、翼材を甚しく酸化したり、硫化損耗
させる作用を示す特徴がある。
【0013】重油中に添加する防食添加剤は、表1に示
すような低融点で腐食性の強い各種化合物と燃焼環境中
もしくは動,静翼表面で化学反応して、その融点を上昇
させて固形化することによって、腐食反応力を低下させ
るために使用するものである。
すような低融点で腐食性の強い各種化合物と燃焼環境中
もしくは動,静翼表面で化学反応して、その融点を上昇
させて固形化することによって、腐食反応力を低下させ
るために使用するものである。
【0014】
【表1】
【0015】例えば防食添加剤成分をMgO,CaOと
し、一方、低融点の腐食性化合物をV2 O5 として、両
者が反応すると、それぞれ表2に示すような融点の高い
複合酸化物を生成してV2 O5 単独化合物の腐食性を抑
制する。また表2から明らかなように防食添加剤成分量
が多い複合酸化物ほど融点が高くなっており、より腐食
性の低い化合物となっていることがわかる。したがって
防食添加剤の重油中への注入量は多いほど防食効果が向
上することとなる。
し、一方、低融点の腐食性化合物をV2 O5 として、両
者が反応すると、それぞれ表2に示すような融点の高い
複合酸化物を生成してV2 O5 単独化合物の腐食性を抑
制する。また表2から明らかなように防食添加剤成分量
が多い複合酸化物ほど融点が高くなっており、より腐食
性の低い化合物となっていることがわかる。したがって
防食添加剤の重油中への注入量は多いほど防食効果が向
上することとなる。
【0016】
【表2】
【0017】しかし、防食添加剤を多量に使用すると、
動,静翼の表面にも添加剤成分が多量に付着するため、
燃焼ガスの流通抵抗が大きくなり、タービン効率が低下
するほか、防食添加剤の消費量増加によって、運転経費
が増加する問題がある。そこで本発明では、ガスタービ
ンの運動初期にのみ防食添加剤の注入量を多くして動,
静翼の表面と直接接触する燃焼残渣物(重油中の腐食成
分と防食添加剤成分の混合物)中の防食成分量の割合を
多くし、この状態を長期間に亘って維持できるようにそ
の後の添加量を段階的、もしくは傾斜的に少なくして行
くものである。すなわち、ガスタービンの運転初期にお
いて、防食添加剤成分の多い燃焼残渣物で耐食被覆を形
成し、その後、運転時間の経過にともなって、防食添加
剤の使用量を少なくして行っても、翼表面に防食添加剤
を多量に含む層が存在する限り、長期間にわたって翼の
防食状態は維持されることを狙ったものである。このよ
うな方式を採用することによってガスタービン効率の低
下が軽減されるとともに、防食添加剤の使用量を節約す
ることができる。
動,静翼の表面にも添加剤成分が多量に付着するため、
燃焼ガスの流通抵抗が大きくなり、タービン効率が低下
するほか、防食添加剤の消費量増加によって、運転経費
が増加する問題がある。そこで本発明では、ガスタービ
ンの運動初期にのみ防食添加剤の注入量を多くして動,
静翼の表面と直接接触する燃焼残渣物(重油中の腐食成
分と防食添加剤成分の混合物)中の防食成分量の割合を
多くし、この状態を長期間に亘って維持できるようにそ
の後の添加量を段階的、もしくは傾斜的に少なくして行
くものである。すなわち、ガスタービンの運転初期にお
いて、防食添加剤成分の多い燃焼残渣物で耐食被覆を形
成し、その後、運転時間の経過にともなって、防食添加
剤の使用量を少なくして行っても、翼表面に防食添加剤
を多量に含む層が存在する限り、長期間にわたって翼の
防食状態は維持されることを狙ったものである。このよ
うな方式を採用することによってガスタービン効率の低
下が軽減されるとともに、防食添加剤の使用量を節約す
ることができる。
【0018】なお、本発明で用いる防食添加剤として
は、Mg,Ca,Ba,Siなどの無機および有機化合
物を使用することができる。また天然産ドロマイトのよ
うにCaとMgが含まれている場合の添加量の割合は、
ドロマイト中のCa+Mg/V=2〜5を初期注入量と
し、以下段階的もしくは傾斜的に添加量を少なくして行
くことができる。以上説明したように、本発明の特徴と
する防食添加剤の重油中への段階型注入法と傾斜型注入
法の1サイクルを模式的に示すと図1に示す通りであ
る。図1(A)中の1は防食添加剤を一定量連続して注
入する従来の方法を示し、ときには必要に応じ、注入量
を多少変化することはあっても定量注入期間が長い。こ
れに対し、図1(A)中の2は2〜3日〜1週間単位で
防食添加剤の注入量を低下させる方法であり、これを段
階注入法と呼ぶ。また図1(B)中3は防食添加剤の注
入量を1日単位当り連続して低下させる方法で、傾斜型
注入法と呼ぶが、図1(B)中4の前記2と3の組合せ
も十分実用可能である。
は、Mg,Ca,Ba,Siなどの無機および有機化合
物を使用することができる。また天然産ドロマイトのよ
うにCaとMgが含まれている場合の添加量の割合は、
ドロマイト中のCa+Mg/V=2〜5を初期注入量と
し、以下段階的もしくは傾斜的に添加量を少なくして行
くことができる。以上説明したように、本発明の特徴と
する防食添加剤の重油中への段階型注入法と傾斜型注入
法の1サイクルを模式的に示すと図1に示す通りであ
る。図1(A)中の1は防食添加剤を一定量連続して注
入する従来の方法を示し、ときには必要に応じ、注入量
を多少変化することはあっても定量注入期間が長い。こ
れに対し、図1(A)中の2は2〜3日〜1週間単位で
防食添加剤の注入量を低下させる方法であり、これを段
階注入法と呼ぶ。また図1(B)中3は防食添加剤の注
入量を1日単位当り連続して低下させる方法で、傾斜型
注入法と呼ぶが、図1(B)中4の前記2と3の組合せ
も十分実用可能である。
【0019】本発明で使用する防食添加剤の具体的な化
合物は次の通りである。 Mg系添加剤:MgO,Mg(OH)2 ,MgCO3 ,
MgSO4 ,Mg(COOH)2 ,油溶性の有機Mg化
合物(ステアリン酸Mg,オレイン酸Mg) Ca系添加剤:CaO,Ca(OH)2 ,CaCO3 ,
CaSO4 ,Ca(COOH)2 ,油溶性の有機Ca化
合物(ステアリン酸Ca,オレイ酸Ca) Mg−Ca系添加剤:MgCO3 ・CaCO3 ,上記M
g系とCa系添加剤の混合物 Si系添加剤:SiO2 ,エチルシリケート,メチルシ
リケート その他の添加剤:Al,Ba,Feの酸化物,水酸化
物,炭酸塩,硫酸塩,天然産のタルク,カオリンなども
使用することができる。 上記化合物は水溶液およびスラリ,油溶性およびそのス
ラリ、微粉末のいずれかの状態で石油中へ注入して使用
する。
合物は次の通りである。 Mg系添加剤:MgO,Mg(OH)2 ,MgCO3 ,
MgSO4 ,Mg(COOH)2 ,油溶性の有機Mg化
合物(ステアリン酸Mg,オレイン酸Mg) Ca系添加剤:CaO,Ca(OH)2 ,CaCO3 ,
CaSO4 ,Ca(COOH)2 ,油溶性の有機Ca化
合物(ステアリン酸Ca,オレイ酸Ca) Mg−Ca系添加剤:MgCO3 ・CaCO3 ,上記M
g系とCa系添加剤の混合物 Si系添加剤:SiO2 ,エチルシリケート,メチルシ
リケート その他の添加剤:Al,Ba,Feの酸化物,水酸化
物,炭酸塩,硫酸塩,天然産のタルク,カオリンなども
使用することができる。 上記化合物は水溶液およびスラリ,油溶性およびそのス
ラリ、微粉末のいずれかの状態で石油中へ注入して使用
する。
【0020】
実施例1 本実施例では重油中の腐食成分(V2 O5 )の腐食作用
と、これに防食添加剤としてMg化合物を添加した場合
の防食効果について、実験用の重油燃焼炉を用いて調査
した。 1.供試試験片 動翼材として実用化されているNi基合金(0.12w
t%C−15.0wt%Cr−28.5wt%Co−
3.75wt%Mo−2.2wt%Ti−3.0wt%
Al−残りwt%Ni)を直径12mm×長さ100m
mの寸法に仕上げ試験片とした。 2.重油の一般性状 市販のC重油(S:2.5wt%,V=30〜35pp
m,Na:3〜5ppm)を燃料として用いた。
と、これに防食添加剤としてMg化合物を添加した場合
の防食効果について、実験用の重油燃焼炉を用いて調査
した。 1.供試試験片 動翼材として実用化されているNi基合金(0.12w
t%C−15.0wt%Cr−28.5wt%Co−
3.75wt%Mo−2.2wt%Ti−3.0wt%
Al−残りwt%Ni)を直径12mm×長さ100m
mの寸法に仕上げ試験片とした。 2.重油の一般性状 市販のC重油(S:2.5wt%,V=30〜35pp
m,Na:3〜5ppm)を燃料として用いた。
【0021】3.防食添加剤の種類 防食添加剤として下記の化合物を選択し、重油中へそれ
ぞれ添加し、よく攪拌して均等に分散させて用いた。 (1)Mg(OH)2 添加量は重油中のV含有量に対
し、重量比でMg/V=0.3,1.0,2.0,3.
0,4.0となるように添加した。 (2)MgSO4 同 上 (3)Ca(OH)2 同 上 (4)Ba(OH)2 同 上 (5)SiO2 同 上
ぞれ添加し、よく攪拌して均等に分散させて用いた。 (1)Mg(OH)2 添加量は重油中のV含有量に対
し、重量比でMg/V=0.3,1.0,2.0,3.
0,4.0となるように添加した。 (2)MgSO4 同 上 (3)Ca(OH)2 同 上 (4)Ba(OH)2 同 上 (5)SiO2 同 上
【0022】4.試験条件 上記の重油およびこれに防食添加剤を注入した重油を燃
焼炉にて燃焼し、その燃焼ガス通路に試験片を取り付け
850℃の温度で100時間連続運転した。 5.防食効果の判定 防食効果の判定は腐食試験前後の試験片重量を測定し
て、その差から求めたが、試験後の試験片表面には、重
油中の腐食成分および防食添加剤が多量に付着していた
ので、これを500Cの温水で洗浄除去し、乾燥後、重
量測定を行った。
焼炉にて燃焼し、その燃焼ガス通路に試験片を取り付け
850℃の温度で100時間連続運転した。 5.防食効果の判定 防食効果の判定は腐食試験前後の試験片重量を測定し
て、その差から求めたが、試験後の試験片表面には、重
油中の腐食成分および防食添加剤が多量に付着していた
ので、これを500Cの温水で洗浄除去し、乾燥後、重
量測定を行った。
【0023】5.試験結果 試験結果を表3に要約した。この結果から明らかなよう
に、防食添加剤を用いない重油のみの燃焼雰囲気中では
最も腐食量が多い。これに対し、防食添加剤を添加した
重油燃焼ガス中では、いずれも腐食量は低下し、特にM
g系とCa系の防食効果が大きい。また防食添加剤の使
用量が増加するほど腐食量が低下しているのが明瞭に認
められ、Mg系およびCa系とは、それぞれ重量比でV
に対し、3.0〜4.0添加した場合には、無添加の場
合の1/10以下となっている。
に、防食添加剤を用いない重油のみの燃焼雰囲気中では
最も腐食量が多い。これに対し、防食添加剤を添加した
重油燃焼ガス中では、いずれも腐食量は低下し、特にM
g系とCa系の防食効果が大きい。また防食添加剤の使
用量が増加するほど腐食量が低下しているのが明瞭に認
められ、Mg系およびCa系とは、それぞれ重量比でV
に対し、3.0〜4.0添加した場合には、無添加の場
合の1/10以下となっている。
【0024】
【表3】
【0025】なお、表4に試験後の試験片表面付着物に
ついて、X線回折試験を行った結果を示した。この結果
から明らかなように、防食添加剤は硫酸塩と酸化物の形
で付着しており、これらの化合物が試験片の表面を被覆
して試験片の腐食反応を抑制していることがわかった。
ついて、X線回折試験を行った結果を示した。この結果
から明らかなように、防食添加剤は硫酸塩と酸化物の形
で付着しており、これらの化合物が試験片の表面を被覆
して試験片の腐食反応を抑制していることがわかった。
【表4】
【0026】実施例2 実施例1では防食添加剤の効果については判明したもの
の、実機ガスタービンであらわれる翼表面に対する防食
添加剤の付着に伴う燃焼ガスの通風抵抗の増大は調査で
きないため、本実施例ではガスタービン実機を用いて調
べた。 1.供試した実機ガスタービンの仕様 (1)発電出力 13,200KW (2)最大ガス温度 788℃ (3)使用燃料 重 油 2.燃料重油の性状 重油は、Na:30〜50ppm,S:2.5〜3.0
wt%,V:25〜45ppmを含む市販品であるが、
使用に先立ってNaは水洗処理によって1.8〜4.5
ppmの範囲に低下させたものを用いた。
の、実機ガスタービンであらわれる翼表面に対する防食
添加剤の付着に伴う燃焼ガスの通風抵抗の増大は調査で
きないため、本実施例ではガスタービン実機を用いて調
べた。 1.供試した実機ガスタービンの仕様 (1)発電出力 13,200KW (2)最大ガス温度 788℃ (3)使用燃料 重 油 2.燃料重油の性状 重油は、Na:30〜50ppm,S:2.5〜3.0
wt%,V:25〜45ppmを含む市販品であるが、
使用に先立ってNaは水洗処理によって1.8〜4.5
ppmの範囲に低下させたものを用いた。
【0027】3.防食添加剤の種類と注入量の変化 Mg(OH)2 を用い、次に示すように注入量を変化さ
せた。 (1)従来法 :重油中のMg/V=2.8の状態で4
週間連続注入 (2)本発明法:運転開始1週間はMg/V=2.8、
その後の1週毎にMg/V=1.8→1.0→0.5低
下させ合計運転期間は比較例と同じ4週間とした。
せた。 (1)従来法 :重油中のMg/V=2.8の状態で4
週間連続注入 (2)本発明法:運転開始1週間はMg/V=2.8、
その後の1週毎にMg/V=1.8→1.0→0.5低
下させ合計運転期間は比較例と同じ4週間とした。
【0028】4.評価結果 防食添加剤の注入初期から4週間後にわたって、タービ
ンの発電端出力を計測することによって、翼表面に対す
る防食添加剤の付着に伴う通風抵抗の増大およびタービ
ン出力の低下を調査した。この結果従来の防食添加剤注
入法では、注入初期12,800KW,4週間後,1
2,400KWであった。これに対し本発明の段階型注
入法では、それぞれ12,800KW,12,600K
Wであり、低下率は1.56%少なくなっていることが
認められた。
ンの発電端出力を計測することによって、翼表面に対す
る防食添加剤の付着に伴う通風抵抗の増大およびタービ
ン出力の低下を調査した。この結果従来の防食添加剤注
入法では、注入初期12,800KW,4週間後,1
2,400KWであった。これに対し本発明の段階型注
入法では、それぞれ12,800KW,12,600K
Wであり、低下率は1.56%少なくなっていることが
認められた。
【0029】なお運転終了後、タービン動静翼の表面を
外観観察したところ、いずれの防食添加剤の注入方法の
場合にも腐食の発生は認められず両者とも防食効果は認
められた。このとき採取した動静翼表面上の付着物をX
線回折した結果注入したMgは、MgSO4 ,MgO,
2MgO・V2 O5 化合物を形成していることが判明
し、表4の結果とほぼ同様な環境が構成されていたこと
が確認された。
外観観察したところ、いずれの防食添加剤の注入方法の
場合にも腐食の発生は認められず両者とも防食効果は認
められた。このとき採取した動静翼表面上の付着物をX
線回折した結果注入したMgは、MgSO4 ,MgO,
2MgO・V2 O5 化合物を形成していることが判明
し、表4の結果とほぼ同様な環境が構成されていたこと
が確認された。
【0030】実施例3 実施例2の防食添加剤を注入した重油燃焼ガスタービン
を、4週間連続運転した後一旦停止させ、その後再起動
させた場合のタービン発電端出力の変化を調べた。その
結果、従来の一定量注入法および本発明の段階型注入法
とも、運転停止直前の出力に比較して0.82MWの回
復が認められた。この原因はガスタービンの運転状態
(高温状態)の動静翼表面に付着した防食添加剤が、運
転停止によって温度の降下する際、翼材質と防食添加剤
の膨張係数差が大きいため、両者の境界に剪断応力が発
生して添加剤のみが剥離脱落し、燃焼ガスの通風抵抗が
低下したものと考えられる。
を、4週間連続運転した後一旦停止させ、その後再起動
させた場合のタービン発電端出力の変化を調べた。その
結果、従来の一定量注入法および本発明の段階型注入法
とも、運転停止直前の出力に比較して0.82MWの回
復が認められた。この原因はガスタービンの運転状態
(高温状態)の動静翼表面に付着した防食添加剤が、運
転停止によって温度の降下する際、翼材質と防食添加剤
の膨張係数差が大きいため、両者の境界に剪断応力が発
生して添加剤のみが剥離脱落し、燃焼ガスの通風抵抗が
低下したものと考えられる。
【0031】再起動後、防食添加剤を従来の方法および
本発明の方法によって注入を続け、さらに4週間運転を
行った。ここでは本発明の注入方法を次に示すような傾
斜型注入法とした。すなわち再運転初期には従来法と同
じ量の防食添加剤(Mg/V=2.8)を注入したが4
週間目のMg/V=0.5となるまで1日当りMg/V
=0.66宛注入量を連続的に少なくしつつ運転を行っ
た。(傾斜型注入法)このようにして運転を再開したガ
スタービンの4週間目のタービン発電端出力を計測した
ところ、従来の注入法に比較し、傾斜型注入法は出力の
低下が、1.8%少ないことが判明し、この注入法も有
効であることが確認された。
本発明の方法によって注入を続け、さらに4週間運転を
行った。ここでは本発明の注入方法を次に示すような傾
斜型注入法とした。すなわち再運転初期には従来法と同
じ量の防食添加剤(Mg/V=2.8)を注入したが4
週間目のMg/V=0.5となるまで1日当りMg/V
=0.66宛注入量を連続的に少なくしつつ運転を行っ
た。(傾斜型注入法)このようにして運転を再開したガ
スタービンの4週間目のタービン発電端出力を計測した
ところ、従来の注入法に比較し、傾斜型注入法は出力の
低下が、1.8%少ないことが判明し、この注入法も有
効であることが確認された。
【0032】実施例4 本実施例では:Na,S,V含有量の少ない燃料を用い
たガスタービン実機における本発明の効果について調査
した。 1.供試した実機ガスタービンの仕様 実施例1と同じ 2.燃料油の性状 Na:1〜2ppm、S:0.5〜0.8wt%、V:
1〜2ppm 3.防食添加剤の種類と注入量の変化 (1) MgO (2) SiO2 燃料中のV含有量が少ないが、NsおよびS化合物によ
る腐食作用を抑制するため、防食添加剤の初期注入時は
Mg/V=5、Si/V=5の状態で運転を開始し、従
来法の連続注入法と本発明の段階型注入法について、タ
ービン発電端出力の低下と翼材の腐食発生状況を調査し
た。なお、従来法の連続注入期間は6週間、段階型注入
法では1週毎に注入量をMg/V=5,3,2,1,
0.5,0.1のように低下させた。
たガスタービン実機における本発明の効果について調査
した。 1.供試した実機ガスタービンの仕様 実施例1と同じ 2.燃料油の性状 Na:1〜2ppm、S:0.5〜0.8wt%、V:
1〜2ppm 3.防食添加剤の種類と注入量の変化 (1) MgO (2) SiO2 燃料中のV含有量が少ないが、NsおよびS化合物によ
る腐食作用を抑制するため、防食添加剤の初期注入時は
Mg/V=5、Si/V=5の状態で運転を開始し、従
来法の連続注入法と本発明の段階型注入法について、タ
ービン発電端出力の低下と翼材の腐食発生状況を調査し
た。なお、従来法の連続注入期間は6週間、段階型注入
法では1週毎に注入量をMg/V=5,3,2,1,
0.5,0.1のように低下させた。
【0033】4.評価結果 実施例2と同じ要領でタービン発電端出力の低下を計測
した結果Mg防食添加剤の場合、連続注入では出力の低
下率は6.3%であったものが傾斜型注入法では5.5
%にとどまり、Si防食添加剤の場合、連続注入では
5.8%、段階型注入では4.7%の低下であった。し
かしMg防食添加剤に比較すると翼表面の変色が大きく
今後の運転によって腐食が除去に進行することが予測さ
れた。
した結果Mg防食添加剤の場合、連続注入では出力の低
下率は6.3%であったものが傾斜型注入法では5.5
%にとどまり、Si防食添加剤の場合、連続注入では
5.8%、段階型注入では4.7%の低下であった。し
かしMg防食添加剤に比較すると翼表面の変色が大きく
今後の運転によって腐食が除去に進行することが予測さ
れた。
【0034】
【発明の効果】以上の実施例で詳述したように、重油燃
焼ガスタービンにおいて防食添加剤を用いてタービン動
・静翼の腐食を防止する際、運転初期の防食添加剤注入
量を多くして、動,静翼表面に防食成分の多い付着を恰
も防食被覆のように形成させる。その後運転時間の経過
にともなって防食添加剤の注入量を段階的もしくは傾斜
的に次第に少なくする方法を採用することによって 防食添加剤の使用量を少なくして、運転経費の軽減
をはかる。 動静翼表面に付着する防食添加剤量を少なくして通
風抵抗の増加を抑制する。 の効果によってタービン発電端出力の低下を軽減
し、熱効率の向上に寄与する。などの効果が得られる。
焼ガスタービンにおいて防食添加剤を用いてタービン動
・静翼の腐食を防止する際、運転初期の防食添加剤注入
量を多くして、動,静翼表面に防食成分の多い付着を恰
も防食被覆のように形成させる。その後運転時間の経過
にともなって防食添加剤の注入量を段階的もしくは傾斜
的に次第に少なくする方法を採用することによって 防食添加剤の使用量を少なくして、運転経費の軽減
をはかる。 動静翼表面に付着する防食添加剤量を少なくして通
風抵抗の増加を抑制する。 の効果によってタービン発電端出力の低下を軽減
し、熱効率の向上に寄与する。などの効果が得られる。
【図1】(A)は、重油燃焼ガスタービンにおいて、防
食添加剤の一定量連続注入法1と防食添加剤注入量を段
階的に低下させる連続注入法2との対比を模式的に示し
たものである。(B)は、重油燃焼ガスタービンにおい
て、防食添加剤注入量を傾斜的に連続して低下させる注
入法3と、前記注入法2と3の組合せた方法4との対比
を模式的に示したものである。
食添加剤の一定量連続注入法1と防食添加剤注入量を段
階的に低下させる連続注入法2との対比を模式的に示し
たものである。(B)は、重油燃焼ガスタービンにおい
て、防食添加剤注入量を傾斜的に連続して低下させる注
入法3と、前記注入法2と3の組合せた方法4との対比
を模式的に示したものである。
Claims (2)
- 【請求項1】 重油燃料に、防食添加剤としてMg,C
a,BaおよびSiよりなる群から選ばれた少なくとも
1種の元素の化合物の注入して、重油燃焼ガスタービン
の腐食損傷を防止する、重油燃焼ガスタービンの運転方
法において、防食添加剤量を運転開始初期には、添加剤
中の防食金属成分(M)と燃料中の腐食成分(V)との
重量比をM/V=2〜5の範囲となし、1〜6週間の範
囲で予め決めた1サイクルの運転時間の経過にともなっ
て、防食添加剤量を段階的もしくは連続傾斜的に少なく
して、その最終点で初期量の0.1〜0.3とすること
によって、タービン動静翼への付着を抑制し、タービン
効率の低下を軽減させることを特徴とする、重油燃焼ガ
スタービンの運転方法。 - 【請求項2】 請求項1の1サイクル終了後、タービン
動静翼の付着物を400〜700Cの温水で洗浄、除去
し、前記サイクルを繰り返すことを特徴とする、重油燃
焼ガスタービンの運転方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7168857A JPH0921332A (ja) | 1995-07-04 | 1995-07-04 | 重油燃焼ガスタービンの運転方法 |
| US08/536,742 US5561977A (en) | 1995-07-04 | 1995-09-29 | Method of operating heavy oil-burning gas turbines |
| TW084110415A TW294761B (en) | 1995-07-04 | 1995-10-04 | The operating method of gas turbine with heavy oil-burning |
| CN95119852A CN1139736A (zh) | 1995-07-04 | 1995-11-30 | 控制烧重油的燃气轮机的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7168857A JPH0921332A (ja) | 1995-07-04 | 1995-07-04 | 重油燃焼ガスタービンの運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0921332A true JPH0921332A (ja) | 1997-01-21 |
Family
ID=15875853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7168857A Pending JPH0921332A (ja) | 1995-07-04 | 1995-07-04 | 重油燃焼ガスタービンの運転方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5561977A (ja) |
| JP (1) | JPH0921332A (ja) |
| CN (1) | CN1139736A (ja) |
| TW (1) | TW294761B (ja) |
Cited By (1)
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-
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- 1995-10-04 TW TW084110415A patent/TW294761B/zh not_active IP Right Cessation
- 1995-11-30 CN CN95119852A patent/CN1139736A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015528095A (ja) * | 2012-07-24 | 2015-09-24 | イテア エス.ピー.エー.Itea S.P.A. | バナジウム化合物を含む燃料のための燃焼方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1139736A (zh) | 1997-01-08 |
| TW294761B (en) | 1997-01-01 |
| US5561977A (en) | 1996-10-08 |
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