[发明专利]发电装置

说明书

技术领域

本发明大体涉及处理燃烧系统的排出路径中的排放，更具体地涉及用于减少排出路径中NO₂形成的方法和装置。

背景技术

图1是示范性燃气涡轮系统110的示意说明，该燃气涡轮系统110包括进入区段112、联接到进入区段112下游的压缩机区段114、联接到进入区段112下游的燃烧器区段116、联接到燃烧器区段116下游的涡轮区段118以及排出区段120。涡轮区段118可旋转地联接到压缩机区段114和负载122，负载122诸如但不限于发电机和机械驱动应用。

在操作期间，进入区段112将空气引向压缩机区段114。压缩机区段114将进入空气压缩至更高的压力和温度。压缩空气排向燃烧器区段116，其中该压缩空气与燃料混合并被点燃以产生燃烧气体，该燃烧气体流动至驱动压缩机区段114和/或负载122的涡轮区段118。排气离开涡轮区段118并且通过排出区段120流动至周围大气。

在天然气和液态燃料的燃烧期间，诸如但不限于一氧化碳(CO)、未燃碳氢化合物(UHC)以及氮氧化物(NO_x)排放的污染物可形成并排到周围大气。CO和UHC通常在较低温度燃烧条件下和/或在不足以完成反应的时间的条件下形成。相反，NO_x通常在较高温度下形成。至少某些已知的污染物排放源包括诸如但不限于工业锅炉(boiler)和高炉(furnace)，较大的公用锅炉和高炉、往复式发动机、燃气涡轮发动机、蒸汽发生器和其它燃烧系统的装置。

现代空气质量法规要求发电设施继续降低排放水平，同时要求继续提高燃料效率。由于严格的排放控制标准，希望通过抑制NO_x排放的形成来控制NO_x排放。氧化亚氮包括NO和NO₂，其中已知NO₂产生来自排气器的可见黄色羽流(yellow plume)且还形成“酸雨”。然而，仅仅控制燃烧可能被证明是不足以满足这些常常冲突的目的，因此需要继续改进后燃烧排气处理系统。

目前在商业上用于较大陆基发电站的控制氮氧化物的一种技术是选择性催化还原(SCR)。来自发电站的废气由于用于确保碳氢化合物燃料的充分燃烧的高比例的氧而具有净氧化效果。因此，存在于废气中的氮氧化物可还原成氮气和水，只不过这非常困难。这个问题通过选择性催化还原而解决，其中废气在释放到大气之前与无水氨混合并在大约150-550℃之间且优选地在300-550℃之间的温度下在合适的还原催化剂上传递。氨不是燃烧排气流的自然部分，而是，氨在催化剂元件的上游喷射到排气流内，以特定地用于支持以下等式(1)-(3)中还原反应中的一个或多个：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O(等式1)(快速反应)；

4NH₃+2NO+2NO₂→4N₂+6H₂O(等式2)(快速反应)；以及

8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O(等式3)(慢速反应：需要更多的催化剂表面)。

用于NO_x去除的主导反应是等式(1)，假定排气主要是NO。当NO与NO₂的摩尔比大于1.0时，等式(2)的反应也较快，使得等摩尔的NO_x与NH₃起反应。更高摩尔比的NO₂通过需要更高空间速度(更长催化反应器床)的等式(3)的更慢的反应来还原。第三反应比第二反应多需要1/3的氨来还原NO₂，从而增加总氨消耗。NO_x还原主要取决于温度。给定催化剂将通常在+50°R或-50°R(兰金)的温度范围内具有最佳性能，其中废气氧浓度超过百分之一。低于该浓度，催化剂活性会大大减弱，从而允许某些未反应氨溜掉。过高温度也可能会破坏催化剂。另外，高于该最佳温度范围，根据等式(4)，氨自身将被氧化以形成额外的NO_x：

4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O(等式4)