[发明专利]化学计量式排气再循环和相关燃烧控制有效
申请号: | 201210070670.1 | 申请日: | 2012-01-13 |
公开(公告)号: | CN102588113A | 公开(公告)日: | 2012-07-18 |
发明(设计)人: | S·D·德拉珀 | 申请(专利权)人: | 通用电气公司 |
主分类号: | F02C3/34 | 分类号: | F02C3/34;F02C9/00 |
代理公司: | 中国专利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人: | 李强;谭祐祥 |
地址: | 美国*** | 国省代码: | 美国;US |
权利要求书: | 查看更多 | 说明书: | 查看更多 |
摘要: | |||
搜索关键词: | 化学 计量 排气 再循环 相关 燃烧 控制 | ||
技术领域
本发明涉及燃气轮机发动机系统和相关控制,并且更具体地,涉及具有多个燃烧器的燃气轮机发动机,该多个燃烧器中的各个可利用反馈控制环路分开来控制,以基于排气中检测到的氧气和一氧化碳的量来调整燃料-空气比率,同时确保能够利用催化剂从排气中去除有害的NOx排放。本发明提供了本文中所称的“化学计量式(stoichiometrical)排气再循环(SEGR)”。
背景技术
燃气轮机发动机典型地包括压缩机区段、燃烧器区段和旋转以便产生电功率的至少一个涡轮。压缩机排出物直接供给到烃燃料在其中被喷射、混合并且燃烧的燃烧器区段中。燃烧气体然后被引导进入并通过涡轮的一个级或多个级,涡轮从燃烧气体中抽取旋转能。为了实现最大运行效率,燃气轮机燃烧系统在各种各样的不同燃料组分、压力、温度和燃料/空气比率条件下运行,优选地具有利用或者液体燃料或者气体燃料或者两者的组合(被称为“混合燃烧”系统)的能力。然而,用于燃气轮机燃烧器中的许多候选烃燃料包含有害的污染物和/或其它工艺的副产品,它们倾向于抑制燃烧和/或降低系统的能力和效率。
近年来,由于联邦政府实施的严格的排放限制和环境污染控制法令,排放(尤其是NOx)的减少,在美国也已经得到更多的重视。在烃燃料的燃烧中,氮氧化物由于空气中氮的高温氧化,以及由于基于烃的燃料中的氮化合物(例如吡啶)的氧化而产生。
由于“污染效应”,已经在使用排气再循环系统来减少燃气轮机发动机中的NOx排放方面取得一些进展,与无再循环的系统相比,这导致燃烧器入口氧气浓度降低,并且CO2浓度和含水量增加。因为NOx的形成率强烈地取决于峰值火焰温度,因此火焰温度的小的降低往往降低NOx排放。一种已知技术涉及使排气再循环到燃气轮机发动机,这导致形成额外的CO2,但仅仅伴随O2和CO浓度有增量式的降低。可惜的是,残留在使用排气再循环的排气中的氧气的量总是保持处于或高于大约2%,并且众所周知,过量的氧气能够不利地影响大多数NOx去除催化剂的效率。因此,先前的利用再循环来减少和/或消除排气流中的NOx的工作的成功仅仅是有限的。
将排气再循环应用到固定的燃气轮机发动机的另一个顾虑涉及如下需求,即在入口流与再循环组合时,降低排气温度且避免增加燃烧器入口温度或者压缩机负荷。共有的美国专利No.4,313,300教导了,如果动力装置包括联合燃气轮机蒸汽轮机系统(其中,再循环气体被引入将空气供应到燃气轮机燃烧器的单个空气压缩机),那么可基本克服过热的问题。然而,No.4,313,300专利没有教导或者建议利用关于存在于排气中的一氧化碳的数据来调整供给到燃烧器的燃料的量,其中燃烧器单独运行或者与其它燃烧器一前一后地运行。
至此,还没有使用通过监测一氧化碳排放来控制燃气轮机发动机中的单独的选定燃烧器的燃料-空气比率,特别是通过使用反馈控制或者调节回路,例如本文中描述的那些。已知的现有技术燃气轮机系统也不提供可接受的方法来基于单独的不同的燃烧器而细调燃料-空气比率,以便减少存在于排气中的CO和氧气的量。已知的现有技术燃气轮机系统的实例包括授予Kataoka等人的美国专利No.6,598,402,其公开了将排气的一部分再循环到压缩机的进口的排气再循环型燃气轮机和用于调整返回的气体的量以对应于燃气轮机负荷的改变的再循环控制单元。该No.6,598,402专利不依赖于排气流中检测到的一氧化碳的量作为调整通往选定的燃烧单元的燃料-空气供给的手段。该专利也没有教导如何提供化学计量式排气再循环控制。
授予Utamura等人的美国专利No.6,202,400和No.5,794,431描述了两种不同但是相关的方法,其用于改进燃气轮机和蒸汽轮机组合的热效率,由此燃气轮机排气的一部分被再循环到压缩机,以便帮助维持较均匀且恒定的压缩机供给温度且改进系统的整体热效率。这两个专利没有教导基于在排气流中检测到的一氧化碳的量,利用燃料调节回路或者反馈控制来有效地减少排气的CO或氧气含量。另外,仅仅检测CO不能解决对化学计量式排气再循环控制的需求。
该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于通用电气公司,未经通用电气公司许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】
本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201210070670.1/2.html,转载请声明来源钻瓜专利网。