燃气涡轮机排放物控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种燃气涡轮机排放物控制系统，所述系统包括：配置用于产生排气的燃气涡轮发动机；配置用于从所述排气产生处理后排气的选择性催化还原系统；和控制系统。所述控制系统包括：配置用于调节所述选择性催化还原系统的运行的第一控制器；配置用于调节所述燃气涡轮发动机的运行的第二控制器；和优化器，所述优化器配置用于协调所述第一控制器和所述第二控制器的运行以便同时最大化所述排气中的排放化合物的第一水平和调节还原剂到所述选择性催化还原系统中的喷射，以便使所述处理后排气中的所述排放化合物的第二水平降低至所述处理后排气中的所述排放化合物的第一期望水平。

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮机排放物控制系统
本说明书中所公开的主题涉及涡轮机系统，并且更确切地说，涉及用于调节这类涡轮机系统所产生的排放物的系统和方法。
技术介绍
燃气涡轮机系统通常包括具有压缩机、燃烧器和涡轮机的至少一个燃气涡轮发动机。燃烧器配置用于使燃料和压缩空气的混合物燃烧以便生成热的燃烧气体，所述热的燃烧气体进而驱动涡轮机的叶片。燃气涡轮发动机所产生的排气可包括某些副产物，如氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)和未燃尽的碳氢化合物。一般来说，合乎期望的是在将排气释放到大气中之前消除或大幅减少排气中的这类副产物的量。
技术实现思路
下文概述与原始所要求的专利技术在范围上相当的某些实施例。这些实施方案并非意图限制所要求的专利技术范围，相反，这些实施方案仅仅意图简要概述本技术的可能形式。实际上，本技术可以涵盖可与下述实施例类似或不同的各种形式。 在第一实施例中，一种系统包括:配置用于产生排气的燃气涡轮发动机；配置用于从所述排气产生处理后排气的选择性催化还原系统；以及控制系统。所述控制系统包括:配置用于调节选择性催化还原系统的运行的第一控制器；配置用于调节燃气涡轮发动机的运行的第二控制器；以及优化器，所述优化器配置用于协调第一控制器和第二控制器的运行以便同时增大排气中的排放化合物的第一水平和调节还原剂到选择性催化还原系统中的喷射，以便使处理后排气中的排放化合物的第二水平降低至处理后排气中的排放化合物的第一期望/所需水平。 其中，所述优化器配置用于调节所述选择性催化还原系统中的未反应还原剂的第一量，以实现所述未反应还原剂的第二期望值。 其中，所述控制系统包括燃气涡轮发动机控制器，所述燃气涡轮发动机控制器配置用于调节所述燃气涡轮发动机的一个或多个操作系统，以增加所述燃气涡轮发动机所产生的所述排气中的所述排放化合物的所述第一水平。 在第二实施例中，一种操作涡轮机系统的方法包括:在低于全负载下操作涡轮机系统的燃气涡轮发动机；操作选择性催化还原系统以使燃气涡轮发动机所产生的排气中的排放化合物的水平降低至期望水平；确定选择性催化还原系统的可用的未使用的能力/容量(capacity)以进一步降低燃气涡轮发动机所产生的排气中的排放化合物的水平；以及通过调整燃气涡轮发动机的一个或多个运行参数来增加燃气涡轮发动机所产生的排气中的排放化合物的水平。 在第三实施例中，一种操作涡轮机系统的方法包括:设定离开燃气涡轮发动机并进入选择性催化还原系统的排气中的排放化合物的第一量的第一期望值(或者称为“所需值”)，所述选择性催化还原系统配置用于将排气处理成处理后排气；设定选择性催化还原系统中的还原剂遗漏(slip)的第二量的第二期望值；设定离开选择性还原系统的过程排气中的排放化合物的第三期望值；将还原剂喷射到选择性催化还原系统中以实现还原剂遗漏的所述第二量的所述第二期望值；确定针对离开燃气涡轮发动机并进入选择性催化还原系统的排气中的排放化合物的所述第一量的所述第一期望值的调整，以便设定所述排放化合物的所述第一量的新的第一期望值；以及调整燃气涡轮发动机的至少一个运行参数以实现排放化合物的所述第一量的所述新的第一期望值。 【附图说明】 在参照附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本技术的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的字符表示所有附图中类似的部分，其中: 图1是根据本技术的实施例的涡轮机系统的方框图，所述涡轮机系统包括用于控制涡轮机系统的排放物的系统； 图2是用于控制图1所示涡轮机系统的排放物的方法的流程图；以及 图3是用于控制图1所示涡轮机系统的排放物的方法的流程图。 【具体实施方式】 下文将对本技术的一个或多个特定实施例进行描述。为了简要描述这些实施例，本说明书中可能不会描述实际实现方案的所有特征。应了解，在任何工程或设计项目中开发任何此类实际实现方案时，均必须做出与实现方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的特定目标，如是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实现方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类开发工作可能复杂而且耗时，但对所属领域中受益于本技术的普通技术人员而言，这将仍是设计、制造以及生产中的常规任务。 当介绍本技术的各个实施例的元件时，冠词“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”和“所述(said) ”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括(comprising) ”、“包括(including) ”和“具有(having) ”旨在是包括性的，并且表示除了所列元件外，可能还存在其他元件。 本技术的实施例总体涉及用于控制燃气涡轮机系统的排放物的技术。例如，在燃气涡轮机系统中，一个或多个燃气涡轮发动机可使燃料燃烧以产生用于驱动一个或多个涡轮机级的燃烧气体，每一个所述涡轮机级均具有多个叶片。取决于所燃烧的燃料类型，由燃烧过程所产生的排气排放物可包括氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)和未燃尽的碳氢化合物。通常，燃气涡轮机系统(如燃气涡轮发电设备)所释放的排气的成分受到严格的监管要求。仅作为实例，法规可能要求释放到大气中的排气的NOx成分不大于阈值水平，如百万分之3 (3ppm)。 一种用于移除或减少排气流中的量的技术是选择性催化还原(SCR)。在SCR过程中，使还原剂，如氨(NH3)喷射到排气流中并且与NOx反应以产生氮(N2)和水(H2O) JCR过程的有效性可至少部分地取决于喷射到排气流中的还原剂的量。然而，当还原剂被过度喷射到排气流中时，多余的还原剂可不与NOx反应。因此，一定量的还原剂可“遗漏(slip)”或经过过SCR过程而不发生反应。 另一种用于移除或减少排气流中的NOx(或其他排放化合物)的量的技术是调节燃气涡轮机系统的运行。例如，可调节燃料系统运行(例如，调整燃料-空气比、燃料分流等)以便在燃气涡轮机系统的燃烧器内维持低的火焰温度，并且从而降低NOx排放水平。再例如，将水或蒸汽喷射到燃气涡轮机系统的燃烧器中可降低NOx排放水平。然而，水或蒸汽喷射可增加涡轮机系统内的燃烧动力学(例如，声学振荡和/或压力振荡)。因此，可能合乎期望的是，监测和/或调节喷射到涡轮机系统的燃烧器中的水或蒸汽的量。 这样，根据本技术的实施例，一种涡轮机系统(如简单循环重负载燃气涡轮机系统或航空发动机衍生物燃烧系统)可包括配置用于调节和协调燃气涡轮机系统的各种排放物控制技术(例如，燃料/空气比、火焰温度、蒸汽喷射、水喷射、燃料成分等)的控制系统以及用以实现涡轮机系统所产生的排放物(例如，烟囱排放物)的期望质量的选择性催化还原系统(例如，排气段中的选择性催化还原系统)。例如，如以下将进一步描述，控制系统可配置用于利用SCR系统的可用的^,还原能力来降低NOx排放水平，同时使得能够减少燃气涡轮机系统中的排放物控制措施的使用。以这种方式，可调整燃料系统运行(例如，可增大或减小燃料/空气比)、可减少蒸汽或水喷射、或可调整或改进燃气涡轮机系统的其他运行参数，以减少燃烧动力学(例如，声学振荡和/或压力振荡)、并且从而减少燃烧器和/或涡轮机硬件的机械疲劳和热疲劳。另外，可提高涡轮机系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮机排放物控制系统，所述系统包括：配置用于产生排气的燃气涡轮发动机；配置用于从所述排气产生处理后排气的选择性催化还原系统；以及控制系统，所述控制系统包括：配置用于调节所述选择性催化还原系统的运行的第一控制器；配置用于调节所述燃气涡轮发动机的运行的第二控制器；以及优化器，所述优化器配置用于协调所述第一控制器和所述第二控制器的运行，以便同时增加所述排气中的排放化合物的第一水平和调节还原剂到所述选择性催化还原系统中的喷射，从而使所述处理后排气中的所述排放化合物的第二水平降低至所述处理后排气中的所述排放化合物的第一期望水平。

【技术特征摘要】
2013.07.18 US 13/9457861.一种燃气涡轮机排放物控制系统，所述系统包括: 配置用于产生排气的燃气涡轮发动机； 配置用于从所述排气产生处理后排气的选择性催化还原系统；以及 控制系统，所述控制系统包括: 配置用于调节所述选择性催化还原系统的运行的第一控制器； 配置用于调节所述燃气涡轮发动机的运行的第二控制器；以及 优化器，所述优化器配置用于协调所述第一控制器和所述第二控制器的运行，以便同时增加所述排气中的排放化合物的第一水平和调节还原剂到所述选择性催化还原系统中的喷射，从而使所述处理后排气中的所述排放化合物的第二水平降低至所述处理后排气中的所述排放化合物的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：RF霍斯金，B奈杜，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：新型
国别省市：美国;US