一种通过以下步骤降低燃烧气体废流中氮氧化物（ＮＯｘ）的量的方法和系统，这些步骤包括（１）分析废流，以测定ＮＯｘ的量；（２）确定使ＮＯｘ浓度降低到所需水平或更小所需的氨的化学计量量；（３）确定注氨格栅（２５）上游的燃烧气体废流的ＮＯｘ成分的流速分布；（４）在注氨格栅（２５）内的特定位置选择启动氨阀（２４ａ，２４ｂ，２６ａ和２６ｂ）；（５）在相应于气流中ＮＯｘ的位置的格栅位置将受控量的氨蒸气注入气流；和（６）利用选择性催化还原装置（３４）处理气流，以使ＮＯｘ的量降低到可接受水平。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及降低从燃烧系统排入大气的废气中氮氧化物的量的方法，具体地讲， 涉及使用测定和控制用选择性催化还原(“SCR”)显著降低和/或消除氮氧化物排放所必 需的精确量的氨的新方法来处理燃烧气体废流中氮氧化物的方法。
技术介绍
作为不完全高温燃烧副产物的氮氧化物形式被认为是燃烧源排放的主要污染物。 这种废气不变地包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，总NCHNO2浓度被标称为“N0X”。近 年来，氮氧化物由于其潜在毒性已成为公众日益关注的主题。也已知NOx成分为酸雨或光 化学烟雾的化学前体，并且导致“温室”效应。NOx也在与哮喘和其他呼吸道疾病有关的地 面臭氧形成中起作用。因此，NOx排放已成为日益严格的限制排到大气的废气中允许量的联邦和州立法 规的主题。目前实行中的污染控制法规也使得工业届有动机寻找显著降低或消除NOx排放 的改进的较低成本方法。在理想的燃烧气体处理系统中，NOx化合物均勻分布于废流中，并用催化剂处理， 以产生不受管制的化合物(例如氮)，然后可将其释放到大气中。理论上，NOx处理方法应 使化学计量为零的NOx气体离开催化剂床。遗憾的是，各种实际限制阻止在经处理的废气 中达到均勻的NOx浓度或零NOx排放。NOx转化效率较低的一个原因是在开始引入氨时氨与 废流中存在的其他化合物的自发的部分反应。存在此类化合物可导致氨的低效使用和/或 系统中NOx的低效还原。另外，废气流组成的变化可在化学计量上导致存在不正确的氨量， 从而提高NOx还原成“安全”化合物的成本，并产生过多氨(一般称为“氨逃漏”)可能释放 到大气的可能性。处理废气流中NOx的一种已知方法用选择性催化还原(“SCR” )用氨作为还原剂 将NOx还原成氮气。然而，由于氨的危险性，在SCR系统中氨的使用提出了必须解决的另外 的环境问题。由于联邦和州管理机构不断地压低NOx排放限制，其他法规也已降低可排入 大气的NH3的容许水平。在SCR过程中存在未使用的氨也唤起对处理NOx排放的总成本的关注。用SCR控制NH3排放的一个困难涉及组合循环发电工厂中使用的热回收蒸汽发生 器(“HRSG”)系统的设计。大多数HRSG系统有能力适应改变的气体流速和/或废气成分 (包括NOx)的不均勻分布。然而，HRSG废气组成和温度根据上游负荷有很大变化。虽然一 些SCR过程允许通过监测SCR下游的NOx浓度来调节HRSG废气中氨的浓度，但先前通过在 气体接触SCR催化剂前加入氨来处理HRSG流动型态(“空间分布”)中不均勻的NOx浓度 的努力仅获得了非常有限的成功。因此，在基于连续法处理的废气流中产生和保持足够的 氨空间分布仍然存在困难。大多数组合循环SCR装置在高压热交换器的下游操作，高压热交换器将HRSG废气 温度降低到600下至750 °F之间的水平。选择较低废气温度范围以保证高百分比NOx还原、低氨排放(氨逃漏)并保护SCR催化剂以免由于长时间暴露于高温而降解，例如在825下 至850下范围，降解可导致SCR催化剂的不可逆破坏。大多数可用于还原NOx的催化剂也必 须在600 750 °F范围操作，以避免氨的任何氧化以形成另外的N0X。生成另外的NOx的 任何此类反应必然增加SCR过程所需的氨量，并降低整个系统的NOx去除效率。较低废气 温度也避免HRSG废气中二氧化硫氧化成SO3，进而可导致在热回收蒸汽发生器内硫酸铵累 积。因此，尽管在处理HRSG废气中有一些改善，但为了减小SCR处理后寄生反应的可 能性或过量未反应氨的存在，仍需要在SCR入口保持更均勻的氨分布。对于给定催化剂和 反应器设计，正被使用的未反应氨的量主要取决于废气温度、催化剂、废气流分布和局部 NH3与NOx的比率。对于大多数氨-SCR催化剂，在相对较窄温度范围达到最佳高NOx还原和 低氨逃漏。优选SCR控制系统应根据废气温度和检测的NO与NO2的比率调节NH3与NOx的 比率来减少氨逃漏并完成NOx破坏。如果NO与NO2的比率低于某值(通常为1. 0)，SCR在 大小上就不足以完成所需的NOx排放降低。影响NOx去除的另一个过程因素(特别在处理燃气涡轮机废气中)涉及SCR催化 剂的老化和反应性。SCR催化剂提高进入SCR的进料中NOx还原成氮的反应速率，而催化剂 在反应中不消耗。因此，稳态反应的平衡产物不显著改变。NH3和NOx扩散进入催化剂孔， 并被吸附到活性催化剂部位。然而，阻塞孔或部位的催化剂“毒物”或物质可能使催化剂部 位随时间钝化。现有基于氨的SCR系统的一个最近的环境关注点包括使用辅助导管燃烧器。来自 燃气涡轮发动机的废气包含显著量的热能，此热能可用于用蒸汽涡轮机产生蒸汽(并随后 产生电能)。然而，如果系统的热量需要超过了单单从燃气涡轮机废气得到的热量，则很多 工厂如今使用以位于燃气涡轮机和废热锅炉之间的下游导管燃烧器形式的辅助燃烧。为了 改善火焰稳定性并保证低NOx排放的清洁燃烧，大多数导管燃烧器设计为使涡轮机废气与 另外的燃料混合。然而，存在(或不存在)导管燃烧器对设计成从系统去除所有NOx的下 游SCR装置的最终性能可能具有显著影响。因此，燃气涡轮机的NOx排放控制仍然有大量问题和挑战，包括需要研究一种方 法，此方法在SCR系统中用氨作为主要还原剂，通过在任何操作条件下控制氨与NOx摩尔比 的所需空间分布使NOx还原达到最大程度，同时避免使用过量氨或形成降低SCR过程效率 的寄生氨反应。
技术实现思路
本专利技术提供一种降低燃烧气体废流(如来自燃气涡轮发动机的废气)中氮氧化物 (NOx)的量的新的方法和系统。一种示例性方法包括以下步骤(1)分析燃烧气体废流，以 测定存在的NOx的量；(2)用实时分析数据或基于已知和/或预测数据值的控制模型确定使 NOx浓度降低到所需水平或更小所需的氨的化学计量量；(3)确定注氨格栅上游位置的燃烧 气体废流的NOx成分的流速分布(空间分布)；(4)在注氨格栅内选择一个或多个位置以在 那些位置启动氨阀；(5)在相应于气流中NOx的位置的格栅位置将受控量的氨蒸气注入气 流；和(6)利用选择性催化还原装置处理含注入氨蒸气的气流，以使NOx的量降低到约5ppm 或更小的水平，优选降低到2ppm或更小。一种降低燃烧气体废流中氮氧化物(NOx)的量的示例性系统包括一个或多个气体 分析器，所述气体分析器能够测定燃烧气体废流中NOx的量和流速；确定使废流中NOx降低 到某种水平(如5ppm或更小)所需的氨的总化学计量量的装置；注氨系统，此系统为一定 大小，以将受控量的氨输入注氨格栅；包含多个注入口的注氨格栅，注入口为一定大小，以 在规定速率和位置将氨蒸气引入废流；和包含能够用氨将NOx还原成氮的催化剂的选择性 催化还原装置。附图说明图1为本专利技术的示例性处理步骤的示意流程图，这些处理步骤用于监测和分析涡 轮机废气流动条件，据此精确控制注入SCR上游的废气流中的氨的量，以达到NH3的均勻空 间分布，并降低经处理废气中NOx的量。图2为典型燃气涡轮机废气(如7FA+e废气流)中NO和NO2的平衡比率相对于 用标准热平衡代码(STANJAN)测定的平衡气体温度值作图的图示；图3为显示通过使用SCR催化剂并根据本专利技术应用注氨控制因素对于典型燃气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种降低燃烧气体废流中氮氧化物（ＮＯ↓［ｘ］）的量的方法，所述方法包括以下步骤：测定所述燃烧气体废流中存在的ＮＯ↓［ｘ］的量；确定所述燃烧气体废流中ＮＯ↓［ｘ］浓度降低到所需水平或更小所需的氨的总化学计量量；确定在注氨格栅（２５）上游的位置处所述燃烧气体废流中ＮＯ↓［ｘ］成分的空间分布；在所述注氨格栅（２５）内确定一个或多个用于启动一个或多个氨阀的区域；在相应于ＮＯ↓［ｘ］成分的所述空间分布的格栅位置将受控量的氨蒸气注入所述燃烧气体废流；并且利用选择性催化还原用注入的氨处理所述燃烧气体废流，以使ＮＯ↓［ｘ］的量降低到所需水平或更小。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GO克拉梅，G弗雷德里克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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