[發(fā)明專利]用于燃燒器排放物控制的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210197502.9
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102828802A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設計）人: R.F.霍斯金
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;F01N9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本申請和所得專利大體上涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更特定而言，涉及用于改進氮氧化物(NO_x)排放物控制以及減少二氧化氮(NO₂)產(chǎn)生的系統(tǒng)和方法。

背景技術

在燃氣渦輪機的運行中，常常在排氣中產(chǎn)生氮氧化物(NO_x)，其中NO_x包括氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。隨著全世界對NO_x排放物的規(guī)程變得更加嚴格，減少這種排放物是重要的設計準則。例如，美國環(huán)境保護署最近實施了關于在包括啟動的所有運行階段期間煙囪(stack)NO₂每小時排放量的新規(guī)程。

一種用于降低NO_x總排放量的解決方案是使用選擇性催化還原(“SCR”)系統(tǒng)。這樣的SCR系統(tǒng)可以經(jīng)由管道連接到燃氣渦輪機出口。SCR系統(tǒng)在排氣流經(jīng)過催化床之前將還原劑(通常為氨或尿素)加入到排氣流中，以便選擇性地吸收氮氧化物和還原劑。所吸收的組分在催化劑表面上經(jīng)歷化學反應，并且反應產(chǎn)物被解除吸附。具體而言，還原劑與排氣流中的氮氧化物反應而形成水和氮氣。使用其它類型還原劑的催化劑也是本領域已知的。

SCR系統(tǒng)的效率可以部分地取決于排氣流的溫度。然而，SCR系統(tǒng)的性能也可以部分地取決于作為總NO_x百分比的NO₂的含量。例如，對于與氨或尿素一起使用的催化劑來說，NO₂與NO的優(yōu)選比率可以為約1:1。對于其它催化劑的優(yōu)選比率可以在0:1和1:0之間的范圍內(nèi)。

在某些燃氣渦輪機運行條件期間，燃氣渦輪機出口處的NO₂與NO的比率可以很低，其中NO為全體NO_x的主要成分。在其它運行條件期間，NO₂與NO的比率可以很高。當排氣以相對較低的速度在管道中從燃氣渦輪機出口朝SCR流動從而沿該途徑與其它排氣成分反應時，NO₂與NO的比率也可以變化。事實上，在燃燒氣體中NO向NO₂的轉化可能對溫度、一氧化碳(CO)的存在以及由于未燃燒的燃氣渦輪機燃料而導致的未燃燒烴(UHC)的存在很敏感。構成管道的材料也可能有助于NO向NO₂的轉化。在燃氣渦輪機燃燒流中NO向NO₂的轉化可能是不期望的，因為它可能降低包括SCR系統(tǒng)的下游NO_x還原設備中的NO_x還原效率。管道內(nèi)也可存在可以影響燃燒氣體溫度的其它構件。這些構件可包括熱交換器、導管燃燒器等。

燃氣渦輪機下游的NO向NO₂的轉化也可能受到CO催化劑的存在的影響。CO催化劑可以在燃氣渦輪機下游和NO_x還原設備上游用來將CO轉化為CO₂，以便減少CO排放。這樣的CO催化劑也可以促進NO向NO₂的轉化。例如，在700華氏度(約371攝氏度)下，市售的CO催化劑可以將約95%的CO氧化成CO₂，并且還將約16%的NO氧化成NO₂。燃燒氣體溫度在CO催化劑處可以稍低于在燃氣渦輪機出口處。這樣的CO催化劑可以使NO_x還原設備具有不希望的NO₂與NO的更高比率。

因此，期望用于控制燃氣渦輪發(fā)動機(一般而言)和包括SCR系統(tǒng)的NO_x還原系統(tǒng)(具體而言)的改進的方法和系統(tǒng)，以便產(chǎn)生盡可能少的NO₂和/或產(chǎn)生所期望的NO₂與NO的比率，從而促進增加的NO_x還原效率。這樣的改進的方法和系統(tǒng)將促進減少的排放物，而不犧牲燃氣渦輪機的總輸出和效率。具體而言，本文所述的改進的方法和系統(tǒng)可用來減少CO催化劑上游的NO向NO₂的轉化，以便確保在CO催化劑下游和在NO_x還原設備入口處的可接受的NO₂與NO的比率。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本申請和所得專利提供了一種燃氣渦輪發(fā)動機系統(tǒng)。該燃氣渦輪發(fā)動機系統(tǒng)可包括燃氣渦輪發(fā)動機、與燃氣渦輪發(fā)動機下游的燃燒氣體流連通的氮氧化物還原系統(tǒng)以及氮氧化物控制器，該控制器用于控制進入氮氧化物還原系統(tǒng)的燃燒氣體流中的二氧化氮與氮氧化物的比率。