用于减少氨泄漏的燃气轮机的运行方法技术

本文描述了运行燃气涡轮发动机(12)以减少氨泄漏的方法。一种示例性的方法(100)包括在输出功率水平的范围内运行发动机(102)；在输出功率水平的范围内将发动机废气(19)中产生的NOx的质量流控制在相差10％以内；以及在选择性催化还原过程(22)中处理(106)发动机的废气。以这种方式，就整个输出功率水平的范围的质量(摩尔)流而言，NOx的产生和相应的在SCR过程中所利用的还原剂(33)的流保持相对恒定，并且控制了氨泄漏。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少氨泄漏的燃气轮机的运行方法
总的来说，本专利技术涉及燃气涡轮发动机(gasturbineengine)，更具体地，涉及通过在功率输出水平之间变速(ramping)涡轮发动机时稳定NOx的产生来控制氨从废气的选择性催化还原处理中泄漏的方法。
技术介绍
为了减少空气污染物、特别是是氮氧化物(NOx)的排放，美国环保署(EPA)已经公布了严格的针对包括燃气、燃油和燃煤发电厂的发电工业的排放标准。NOx是由空气的存在下燃烧任何燃料所产生的。在典型的燃气涡轮系统中，由在高温下燃烧并使较为贫乏供应的预混合的燃料和空气的燃烧稳定化的引燃火焰(pilotflame)产生大部分的NOx。因为NOx是环境中不期望的气体而且其排放必须受到限制，因而传统策略(wisdom)是在燃烧过程中产生尽可能少的NOx，例如通过向引燃火焰输送少至在不同功率水平下实现火焰的稳定性所必须的燃料。尽管如此，一些NOx总是要产生的，并且所产生的NOx量随着涡轮机功率水平的增大而增加。已知的是，燃烧后的处理方法例如选择性催化还原(SCR)用于在释放至大气之前将废气流中的NOx的量减少至低的水平。可将各种还原剂用于SCR系统，其包括氢气、氨、尿素等。氨是用于将NOx排放减少至低水平的最有效的还原剂之一。但是，氨也是对环境有害的，并且当氨穿过SCR系统进入环境而没有与NOx反应时可发生氨的泄漏。美国专利No.7,166,262描述了通过严密地调节响应于所检测到的氨和氮氧化物的水平的氨流来最小化氨泄漏的方法。然而，即使有严格的氨水平的调节，在相应发动机的负荷变化期间氨的量也可以大幅波动。附图说明参照附图在下文中对本专利技术进行阐述，附图示出了：图1示出了描绘在本领域已知的发动机变速期间预SCR(pre-SCR)的NOx和NH3流速的运行数据的图。图2示出了可用于实施本专利技术的具有选择性催化还原系统的燃气涡轮发电装置(厂)的示意图。图3示出了在图2的系统中使用的典型的燃烧室的横截面图。图4示出了描绘NOx和NH3流的运行数据的图，其中当功率水平变化时发动机废气中的NOx浓度保持恒定。图5示出了描绘NOx和NH3流的运行数据的图，其中当功率水平变化时发动机废气中的NOx质量流保持相对恒定。图6示出了用于运行燃气涡轮的一个方法。图7示出了用于运行燃气涡轮的另一个方法。具体实施方式典型地，调节燃烧涡轮发动机以在全部功率水平下最小化NOx的产生，并且相对于引入SCR系统的废气中的NOx的量以化学计量为基础添加氨。如图1所示，功率水平(以负荷％示出)的变化会导致NOx产生的变化，其进而会要求氨流成比例的变化。专利技术人已经认识到，当与NOx反应所用的氨的需求快速变化时，氨泄漏在功率水平快速变化期间最成问题。与传统策略不同，专利技术人在本文中公开如下方法：其中在燃烧期间产生最小量的NOx不是首要目标，而目标是产生质量相对恒定的NOx质量，即使所述恒定量是比可能的最小值更大的NOx的量。在遍及多个功率输出水平的发动机负荷跟踪运行(loadfollowoperation)期间本专利技术的方面是特别有利的。在燃气涡轮负荷变化(变速)的整个过程中就质量(摩尔)流速而言发动机所产生的NOx保持相对恒定时，结果是在SCR系统中对还原剂(例如氨)的需求更加稳定或接近恒定。比最低的量更高的NOx产生保持在SCR系统的能力之内，并且相对恒定的NOx质量流容许对控制氨泄漏的改进，使得即使在负荷跟踪运行期间也符合空气许可正规水平(permitcompliancelevel)。图2示出了具有燃气涡轮发动机12的发电装置10，在燃气涡轮发动机12中可使用本文所述的方法。然而，要理解不是将本专利技术限制在所示的实施方式中使用。所述涡轮发动机12通常包括所示出的压缩机部件14、具有燃烧室17的燃烧室部件16、涡轮部件18和排气部件20。在运行中，压缩机部件14压缩环境空气。经压缩的空气可从所述压缩机部件14进入所述燃烧室部件16中的一个或多个燃烧室。将所述经压缩的空气和燃料混合，并且使空气-燃料混合物在所述一个或多个燃烧室中燃烧以形成热工作气体。将燃烧后的、热气体从燃烧室部件16输送至涡轮机部件18，其中使所述热气体膨胀通过交替的固定叶片和旋转叶片的列以驱动连接至发电机(未示出)的转子。离开所述涡轮机部件18的膨胀气体可经由排气部件20从发动机中排出。可使来自涡轮机12的废气19按需通过热回收蒸气发生器，此后废气19离开排气烟囱23至大气。可将SCR系统22设置在废气19的流动路径21中。所述SCR系统22包括置于废气流动路径21中的本领域已知的用于NOx还原的催化剂24。所述SCR系统22包括一个或多个用于将还原剂引入废气19的典型地形成为注入栅网(injectiongrid)26的注入器，其相对于废气流动路径21的方向置于所述催化剂24的下游。还原剂源31例如通过流体供应管道28将还原剂33供应至所述注入栅网26。在某些实施方式中，在供应管道28中设置流动控制阀30以选择性地控制所述还原剂33的流动。典型地，将系统控制器32连接至流动控制阀30以调节到达所述注入栅网26的所述还原剂的流。所述控制器32可包括如本领域已知的硬件、软件或其任意组合。除在发电装置10内的控制组件外，所述系统控制器32可具有数据采集和分析能力。例如，系统控制器32可有效地连接(operativelyconnected)至发电装置10内的一个或多个传感器以提供所述的期望数据。本文所使用的术语“有效地连接”可以包括直接连接或间接连接，其包括没有直接物理接触的连接。在某些实施方式中，配置控制器32以基于进入SCR系统32的NOx质量流来调节还原剂33流。NOx的质量流速率可以是预测值或测量值。废气19中的NOx的实际量可通过一个或多个传感器34来测量，所述一个或多个传感器34有效地连接至控制器32并且相对于排气部件20设置以向控制器32提供关于例如SCR单元进口35处或附近的NOx量的数据。典型地，以ppmvd(每百万的份数，以干燥体积计)计来测量SCR系统24的进口处的NOx的测量量，并且之后如美国公开专利申请No.20120096835所阐述的将其转换为以磅/小时计的NOx质量流速，美国公开专利申请No.20120096835的全部内容以参考的方式并入本文。此外，控制器32可有效地连接至一个或多个传感器36，其相对于燃烧部件16被有效设置以提供关于引燃燃料流、预混合燃料流、和/或主喷嘴燃料流的质量流速的数据。另外，控制器32可有效地连接至燃烧部件16以控制被引导至用于提供上述燃料流的一个或多个注入器或混合器的燃料和/或空气的量。又一方面，控制器32可有效地连接至排气部件20以选择性地增加和/或减少输入SCR系统22的废气19的流。现在参照图3，其示出了用于燃烧部件16的燃烧室17的示例性槽(can)38的横截面图。典型地，燃烧室17包括若干个单独的槽38。在每个槽38中，存在使流经其中的空气/燃料混合物旋转运动的多个旋流器。如图3中所描绘的，存在所示的围绕中心引燃旋流器42的八个主燃料旋流器40，尽管本专利技术并不限于此。通过引入燃料和/或空气/燃料混合物的一个或多个注入器44，各个旋流器40、42将一定量的燃料和/或燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
运行燃气涡轮发动机的方法，该方法包括：在功率输出水平的范围内运行所述发动机；在所述功率输出水平的范围内将发动机废气中产生的NOx的质量流控制在相差10％以内；和在选择性催化还原过程中处理所述发动机废气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.23 US 13/747,5141.运行燃气涡轮发动机的方法，该方法包括：在功率输出水平的范围内运行所述发动机；在所述功率输出水平的范围内将发动机废气中产生的NOx的质量流控制在相差10％以内恒定；和在选择性催化还原过程中处理所述发动机废气。2.权利要求1所述的方法，其中在所述功率输出水平的范围内将所述NOx的质量流控制在相差5％以内恒定。3.权利要求1所述的方法，其中在所述功率输出水平的范围内将所述NOx的质量流控制在相差3％以内恒定。4.权利要求1所述的方法，其中所述处理包括在SCR过程中使用一定量的氨还原一定量的NOx。5.权利要求4所述的方法，还包括在所述功率输出水平的范围内将所述氨的质量流控制在相差10％以内恒定，恒定的氨质量流的值对应于NOx的质量流的值，从而在所述SCR过程中控制氨的泄漏。6.权利要求4所述的方法，还包括在所述功率输出水平的范围内控制所述选择性催化还原过程中的氨的质量流。7.权利要求6所述的方法，其中在所述功率输出水平的范围内将所述氨的质量流控制在相差3％以内恒定。8.权利要求1所述的方法，其中通过在所述功率输出水平的范围内将进入燃烧发动机的引燃火焰的燃料流保持在进入满负荷下的引燃火焰的燃料流的10％以内来进行所述控制。9.权利要求8所述的方法，还包括在所述功率输出水平的范围内将进入燃烧发动机的引燃火焰的燃料流控制在进入满负荷下的所述引燃火焰的燃料流的3％以内。10.运行燃气涡轮发动机的方法，包括：在功率输出水平的范围内运行所述发动机；和在所述功率输出水平的范围内将发动机的废气中产生的NOx的质量流保持在满负荷下产生的NOx的质量流的10％以内。11.权利要求10所述的方法，还包括在所述功率输出水平的范围内将NOx的质量流保持在满负荷下产生的NOx的质量流的5％以...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM海伍德，R卡戈拉努，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE