用于減少氨泄漏的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及燃?xì)獾溳啺l(fā)動(dòng)機(jī)(gas turbine engine)，更具體地，涉及通過(guò)在功率輸出水平之間變速(ramping)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)穩(wěn)定NOx的產(chǎn)生來(lái)控制氨從廢氣的選擇性催化還原處理中泄漏的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了減少空氣污染物、特別是是氮氧化物(NOx)的排放，美國(guó)環(huán)保署(EPA)已經(jīng)公布了嚴(yán)格的針對(duì)包括燃?xì)?、燃油和燃煤發(fā)電廠的發(fā)電工業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)。嘰是由空氣的存在下燃燒任何燃料所產(chǎn)生的。在典型的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)中，由在高溫下燃燒并使較為貧乏供應(yīng)的預(yù)混合的燃料和空氣的燃燒穩(wěn)定化的引燃火焰(pilot flame)產(chǎn)生大部分的N0X。因?yàn)镹Ox是環(huán)境中不期望的氣體而且其排放必須受到限制，因而傳統(tǒng)策略(wisdom)是在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生盡可能少的NOx，例如通過(guò)向引燃火焰輸送少至在不同功率水平下實(shí)現(xiàn)火焰的穩(wěn)定性所必須的燃料。
[0003]盡管如此，一些NOx總是要產(chǎn)生的，并且所產(chǎn)生的NO x量隨著渦輪機(jī)功率水平的增大而增加。已知的是，燃燒后的處理方法例如選擇性催化還原(SCR)用于在釋放至大氣之前將廢氣流中的NOx的量減少至低的水平。可將各種還原劑用于SCR系統(tǒng)，其包括氫氣、氨、尿素等。氨是用于將放減少至低水平的最有效的還原劑之一。但是，氨也是對(duì)環(huán)境有害的，并且當(dāng)氨穿過(guò)SCR系統(tǒng)進(jìn)入環(huán)境而沒(méi)有與NOx反應(yīng)時(shí)可發(fā)生氨的泄漏。美國(guó)專(zhuān)利N0.7，166，262描述了通過(guò)嚴(yán)密地調(diào)節(jié)響應(yīng)于所檢測(cè)到的氨和氮氧化物的水平的氨流來(lái)最小化氨泄漏的方法。然而，即使有嚴(yán)格的氨水平的調(diào)節(jié)，在相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷變化期間氨的量也可以大幅波動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0004]參照附圖在下文中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述，附圖示出了:
[0005]圖1示出了描繪在本領(lǐng)域已知的發(fā)動(dòng)機(jī)變速期間預(yù)SCR(pre-SCR)的NOj^P NH3流速的運(yùn)行數(shù)據(jù)的圖。
[0006]圖2示出了可用于實(shí)施本發(fā)明的具有選擇性催化還原系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)電裝置(廠)的示意圖。
[0007]圖3示出了在圖2的系統(tǒng)中使用的典型的燃燒室的橫截面圖。
[0008]圖4示出了描繪NOdP NH 3流的運(yùn)行數(shù)據(jù)的圖，其中當(dāng)功率水平變化時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的N0X&度保持恒定。
[0009]圖5示出了描繪NOdP NH 3流的運(yùn)行數(shù)據(jù)的圖，其中當(dāng)功率水平變化時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的N0x質(zhì)量流保持相對(duì)恒定。
[0010]圖6示出了用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪的一個(gè)方法。
[0011]圖7示出了用于運(yùn)行燃?xì)鉁u輪的另一個(gè)方法。
【具體實(shí)施方式】
[0012]典型地，調(diào)節(jié)燃燒渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)以在全部功率水平下最小化NOx的產(chǎn)生，并且相對(duì)于引入SCR系統(tǒng)的廢氣中的NOx的量以化學(xué)計(jì)量為基礎(chǔ)添加氨。如圖1所示，功率水平(以負(fù)荷％示出)的變化會(huì)導(dǎo)致NOx產(chǎn)生的變化，其進(jìn)而會(huì)要求氨流成比例的變化。
[0013]發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)與NOx反應(yīng)所用的氨的需求快速變化時(shí)，氨泄漏在功率水平快速變化期間最成問(wèn)題。與傳統(tǒng)策略不同，發(fā)明人在本文中公開(kāi)如下方法:其中在燃燒期間產(chǎn)生最小量的NOx不是首要目標(biāo)，而目標(biāo)是產(chǎn)生質(zhì)量相對(duì)恒定的NO x質(zhì)量，即使所述恒定量是比可能的最小值更大的NOx的量。在遍及多個(gè)功率輸出水平的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷跟蹤運(yùn)行(loadfollow operat1n)期間本發(fā)明的方面是特別有利的。在燃?xì)獾溳嗀?fù)荷變化(變速)的整個(gè)過(guò)程中就質(zhì)量(摩爾)流速而言發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的N0x保持相對(duì)恒定時(shí)，結(jié)果是在SCR系統(tǒng)中對(duì)還原劑(例如氨)的需求更加穩(wěn)定或接近恒定。比最低的量更高的NOx產(chǎn)生保持在SCR系統(tǒng)的能力之內(nèi)，并且相對(duì)恒定的NOx質(zhì)量流容許對(duì)控制氨泄漏的改進(jìn)，使得即使在負(fù)荷跟蹤運(yùn)行期間也符合空氣許可正規(guī)水平(permit compliance level)。
[0014]圖2示出了具有燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12的發(fā)電裝置10，在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12中可使用本文所述的方法。然而，要理解不是將本發(fā)明限制在所示的實(shí)施方式中使用。所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)12通常包括所示出的壓縮機(jī)部件14、具有燃燒室17的燃燒室部件16、渦輪部件18和排氣部件20。在運(yùn)行中，壓縮機(jī)部件14壓縮環(huán)境空氣。經(jīng)壓縮的空氣可從所述壓縮機(jī)部件14進(jìn)入所述燃燒室部件16中的一個(gè)或多個(gè)燃燒室。將所述經(jīng)壓縮的空氣和燃料混合，并且使空氣-燃料混合物在所述一個(gè)或多個(gè)燃燒室中燃燒以形成熱工作氣體。將燃燒后的、熱氣體從燃燒室部件16輸送至渦輪機(jī)部件18，其中使所述熱氣體膨脹通過(guò)交替的固定葉片和旋轉(zhuǎn)葉片的列以驅(qū)動(dòng)連接至發(fā)電機(jī)(未示出)的轉(zhuǎn)子。離開(kāi)所述渦輪機(jī)部件18的膨脹氣體可經(jīng)由排氣部件20從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出。可使來(lái)自渦輪機(jī)12的廢氣19按需通過(guò)熱回收蒸氣發(fā)生器，此后廢氣19離開(kāi)排氣煙囪23至大氣。
[0015]可將SCR系統(tǒng)22設(shè)置在廢氣19的流動(dòng)路徑21中。所述SCR系統(tǒng)22包括置于廢氣流動(dòng)路徑21中的本領(lǐng)域已知的用于NOx還原的催化劑24。所述SCR系統(tǒng)22包括一個(gè)或多個(gè)用于將還原劑引入廢氣19的典型地形成為注入柵網(wǎng)(inject1n grid)26的注入器，其相對(duì)于廢氣流動(dòng)路徑21的方向置于所述催化劑24的下游。還原劑源31例如通過(guò)流體供應(yīng)管道28將還原劑33供應(yīng)至所述注入柵網(wǎng)26。在某些實(shí)施方式中，在供應(yīng)管道28中設(shè)置流動(dòng)控制閥30以選擇性地控制所述還原劑33的流動(dòng)。
[0016]典型地，將系統(tǒng)控制器32連接至流動(dòng)控制閥30以調(diào)節(jié)到達(dá)所述注入柵網(wǎng)26的所述還原劑的流。所述控制器32可包括如本領(lǐng)域已知的硬件、軟件或其任意組合。除在發(fā)電裝置10內(nèi)的控制組件外，所述系統(tǒng)控制器32可具有數(shù)據(jù)采集和分析能力。例如，系統(tǒng)控制器32可有效地連接(operatively connected)至發(fā)電裝置10內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳感器以提供所述的期望數(shù)據(jù)。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“有效地連接”可以包括直接連接或間接連接，其包括沒(méi)有直接物理接觸的連接。
[0017]在某些實(shí)施方式中，配置控制器32以基于進(jìn)入SCR系統(tǒng)32的NOJM量流來(lái)調(diào)節(jié)還原劑33流。NOx的質(zhì)量流速率可以是預(yù)測(cè)值或測(cè)量值。廢氣19中的NOx的實(shí)際量可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)傳感器34來(lái)測(cè)量，所述一個(gè)或多個(gè)傳感器34有效地連接至控制器32并且相對(duì)于排氣部件20設(shè)置以向控制器32提供關(guān)于例如SCR單元進(jìn)口 35處或附近的NOx量的數(shù)據(jù)。典型地，以ppmvd (每百萬(wàn)的份數(shù)，以干燥體積計(jì))計(jì)來(lái)測(cè)量SCR系統(tǒng)24的進(jìn)口處的^^的測(cè)量量，并且之后如美國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.20120096835所闡述的將其轉(zhuǎn)換為以鎊/小時(shí)計(jì)的NOJM量流速，美國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.20120096835的全部?jī)?nèi)容以參考的方式并入本文。
[0018]此外，控制器32可有效地連接至一個(gè)或多個(gè)傳感器36，其相對(duì)于燃燒部件16被有效設(shè)置以提供關(guān)于引燃燃料流、預(yù)混合燃料流、和/或主噴嘴燃料流的質(zhì)量流速的數(shù)據(jù)。另夕卜，控制器32可有效地連接至燃燒部件16以控制被引導(dǎo)至用于提供上述燃料流的一個(gè)或多個(gè)注入器或混合器的燃料和/或空氣的量。又一方面，控制器32可有效地連接至排氣部件20以選擇性地增加和/或減少輸入SCR系統(tǒng)22的廢氣19的流。
[0019]現(xiàn)在參照?qǐng)D3，其示出了用于燃燒部件16的燃燒室17的示例性槽(can) 38的橫截面圖。典型地，燃燒室17包括若干個(gè)單