[发明专利]改进燃气轮机的排放性能的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及排放减少，尤其是涉及燃气轮机中的排放减少。

背景技术

氮氧化物(NOx)是内燃机的排气流中固有地被发现的主要污染物。已知它们引起对生物机体有害的酸雨。几种排放减少科技，例如但是不限于，预混合燃烧、排气再循环(EGR)、扩散燃烧中蒸汽添加、再热燃烧以及选择性催化还原(SCR)已经用于减少NOx排放。

在预混合燃烧中，例如，氧化剂进给流与燃料混合，之后被引入到燃烧器。在这种情况下，燃料与燃烧空气均匀地混合，并且有过量空气可用于帮助保持火焰温度较低。而低火焰温度减少NOx的形成。

在废气再循环(EGR)中，废气流的一部分再循环回到供给氧化剂流，有效地降低了在供给氧化剂流中的氧浓度。燃烧器中缺少过量氧减少了NOx的形成。再热燃烧类似于EGR，但此处第一燃烧器的燃烧产物在顺次第二燃烧器中被再热或者被再燃烧。因此，由于在第二顺次燃烧器中没有过量氧，从而减少了NOx的形成，再热第一燃烧器的燃烧产物。

而且，向扩散火焰内添加蒸汽急冷扩散火焰温度。蒸汽添加能够降低火焰温度到合乎需要的限度，从而减少了NOx的形成。在选择性催化还原(SCR)中，例如，采用如氨的还原剂来减少排气流中的氮氧化物，成为氮元素。

然而，采用上述排放减少科技降低废气流中的NOx浓度到大约9ppm。随着对更清洁环境日益关注以及更严格的排放规定，迫切需要进一步降低内燃机的排气流中的NOx浓度。

而且，全球变暖日益受到关注。从内燃机的二氧化碳排放是全球变暖的罪魁祸首。类似于碳捕获和碳储存科技被证明有效地降低了排气流中的二氧化碳浓度。排气流中的二氧化氮浓度的越高，碳捕获技术就更有效地且更有成本效益地工作。

因此，需要改进的减少排放的科技，其解决前述问题中的一个或多个问题并且能有效地使用碳捕获科技。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种改进燃气轮机的排放性能的方法。该方法包括再循环排气流的一部分通过排气再循环系统到燃气轮机的压缩机，以降低进入燃气轮机的燃烧器中的高压供给氧化剂流中的氧浓度。该方法还包括添加稀释剂到导向燃烧器的燃料流或者导向压缩机的低压供给氧化剂流中的至少一个，以减少总排气流中的氮氧化物(NOx)的浓度，并且增加总排气流中的二氧化碳的浓度。

根据本发明的另一实施例，提供了一种改进燃气轮机的排放性能的方法。该方法包括再循环排气流的一部分通过排气再循环系统到燃气轮机的压缩机，以降低进入燃气轮机的燃烧器中的高压供给氧化剂流中的氧浓度。该方法还包括添加稀释剂到导向预混合燃烧器的燃料流，并且在预混合燃烧器中燃烧燃料-稀释剂混合物，以减少总排气流中的氮氧化物(NOx)的浓度，并且增加总排气流中的二氧化碳的浓度。

根据本发明的另一实施例，提供了一种改进燃气轮机的排放性能的系统。该系统包括排气再循环系统，其构造为再循环排气流的一部分到燃气轮机的压缩机，以减少进入燃气轮机的燃烧器中的高压供给氧化剂流中的氧浓度。该系统还包括稀释剂添加系统，其构造为添加稀释剂到导向燃烧器的燃料流或者导向压缩机的低压供给氧化剂流中的至少一个，以减少总排气流中的氮氧化物(NOx)的浓度，并且增加总排气流中的二氧化碳的浓度。

根据本发明的另一实施例，提供了一种改进燃气轮机的排放性能的系统。该系统包括排气再循环系统，其构造为再循环排气流的一部分到燃气轮机的压缩机，以降低进入燃气轮机的燃烧器中的高压供给氧化剂流中的氧浓度。该系统还包括稀释剂添加系统，其构造为添加稀释剂到导入燃烧器内的预混合腔室的燃料流，以降低总排气流中的氮氧化物(NOx)的浓度，并且增加总排气流中的二氧化碳的浓度。

根据本发明的另一实施例，提供了一种改进发电中的排放性能的系统。该系统包括至少两个燃气轮机。该系统还包括稀释剂添加系统，其构造为添加稀释剂到第一燃气轮机燃烧器进口和第二燃气轮机燃烧器进口的燃料流或者在第一燃气轮机压缩机进口和第二燃气轮机压缩机进口的低压供给氧化剂流中的至少一个。所述系统还包括排气再循环系统，其构造为再循环排气流的一部分从第一燃气轮机出口进入第一燃气轮机压缩机进口，并且在第二燃气轮机压缩机进口循环第一燃气轮机的排气流的另一部分，以降低进入第一燃气轮机燃烧器和第二燃气轮机燃烧器中的高压供给氧化剂流中的氧浓度，并且因此降低氮氧化物(NOx)的浓度，并且增加第一燃气轮机和第二燃气轮机的排气流中的二氧化碳浓度。