[發明專利]用于發電設備的廢氣系統

有效

• 申請號: 201680010288.8
• 申請日: 2016-02-19
• 公開（公告）號: CN107223193B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: D·M·雷普
• 申請（專利權）人: 莊信萬豐股份有限公司
• 主分類號: F22B37/00
• 分類號: F22B37/00
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 王初

一種用于發電設備的廢氣系統，該廢氣系統包括熱源，該熱源用來在空氣中燃燒燃料以產生電力，該廢氣系統適合于接收流動的廢氣并且包括用來處理廢氣的催化劑系統，該催化劑系統包括第一氧化催化劑和第二氧化催化劑，其中第一氧化催化劑布置在熱源下游，使得流動的廢氣在第二氧化催化劑之前接觸第一氧化催化劑。

技術領域

本發明涉及用于諸如氣體渦輪機的發電設備的廢氣系統，該廢氣系統適合于接收流動的廢氣并且包括用來處理廢氣的催化劑系統，該催化劑系統包括氧化催化劑的系統。具體地說，本發明涉及使用這種系統來減少在發電設備的啟動和滿負荷之間從發電設備的廢氣排放的方法。

背景技術

在正常操作中，作為燃燒過程的一部分，氣體渦輪機電廠產生大量的二氧化碳(CO₂)、水、一氧化碳(CO)、揮發性有機化合物(VOC) 和氮的氧化物(NOx)。全球的各種監管機構(諸如美國環境保護局) 承擔減少廢氣排放的監管職責。

氣體渦輪發動機典型地通過將空氣吸入壓縮機中以增大氣體壓力而操作。碳氫化合物燃料(典型地為天然氣)使用壓縮空氣被燃燒。該燃燒通常在相對“貧的”條件下進行，其中多于碳氫化合物燃料成分的完全燃燒所必要的化學計算量的氧被使用。這有助于維持相對低的燃燒溫度，這可以提高用于制造渦輪機的材料的耐久性。

來自燃燒器的高溫高壓氣體被供給到氣體渦輪機發動機中，在該氣體渦輪機發動機中，氣體膨脹并且氣體的溫度降低。在大多數應用中，氣體渦輪機驅動壓縮機，以及產生電力的發電機。離開渦輪機的氣體處于相對高的溫度并且在下游操作中被排出或處理之前可以用于在熱回收蒸汽發生器(“HRSG”)中產生蒸汽以減少不合需要的排放。由熱回收蒸汽發生器產生的蒸汽可以用作聯合循環電廠的一部分以驅動蒸汽渦輪機。這提高使用HRSG的電廠的發電效率。

這種系統的一個問題是，廢氣包含一氧化碳(CO)、揮發性有機碳氫化合物(VOC)和氮的氧化物(NOx)，所有這些受到各種監管機構的控制。

兩種基本類型的催化技術被用于減少電廠的排放：使用氧化催化劑來轉化CO和VOC，和使用選擇性催化還原(“SCR”)催化劑來轉化NO_x。對于來自于可移動式發動機(例如，汽車發動機)的排放而言，使用氧化和SCR催化劑、并結合以在發動機的操作參數中的其它技術和變化，來減少排放。然而，氣體渦輪機與可移動式發動機的不同之處在于，一旦氣體渦輪機達到它們的滿負荷操作狀態，系統的操作參數就保持相對不變，這與可移動式發動機不一樣：在可移動式發動機中，動態驅動條件引起對發動機的載荷需求的變化，這導致可改變的廢氣溫度。可移動式發動機的工作周期的不同階段(例如，在冷啟動時)也會影響接觸廢氣后處理催化劑的廢氣的溫度。操作參數的這些差異，使得用于可移動式發動機的一些技術不能被用于氣體渦輪機。

在NOx被處理之前，氧化催化劑用于處理CO和VOC。已知許多氧化催化劑。氧化催化劑的選擇基于許多因素，所述許多因素包括但不限于該催化劑將被使用的溫度、催化劑的負載、被燃燒的燃料、廢氣的流率、所需的還原的百分比，等等。在高溫下的氧化催化劑的使用已知用來影響產生的不同氮氧化物的濃度，因為在這些條件下存在NO到NO₂的較少轉化。在進入SCR催化劑的廢氣中具有太多NO₂是有問題的，因為SCR催化劑的活性受到影響，并且它也可能參與棕色煙流的形成(可能由所謂的Wisconsin Process引起)。

存在于氣體渦輪機廢氣流中的NOx的量經常使用選擇性催化還原(SCR)或選擇性非催化還原而被控制。SCR依靠使用氨的NOx 的選擇性還原。基本反應可以被表達為：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O(快) (1)；

4NH₃+2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O(慢) (2)；以及