[发明专利]改善燃气涡轮机的排放性能的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及减少排放的系统和方法，并且更特别地涉及燃气涡轮机发动机中的排放减少。

背景技术

氮的氧化物（NO_x）是在燃式发动机的废气流中发现的主要污染物。它们能导致对生物体有害的酸雨。若干排放减少技术已用于减少NO_x排放，例如但不限于在完全预混模式下操作时的干低NO_x（DLN）燃烧、废气再循环（EGR）、扩散燃烧中的蒸汽添加、再加热燃烧和选择性催化还原（SCR）。

在干低NO_x（DLN）预混燃烧中，例如，在引入燃烧器中之前进给氧化剂流与燃料混合。在这样的情况下，燃料与燃烧空气均匀地混合并且可用的过量空气有助于保持低火焰温度。低火焰温度又减少NO_x形成。

废气再循环（EGR）已成为用于NO_x减少的有吸引力的方法，尤其在内燃式发动机或其中燃料和空气通常在扩散或部分预混模式下燃烧的锅炉应用中。在废气再循环（EGR）中，废气流的一部分再循环回到进给氧化剂流中，有效地减小进给氧化剂流中的氧浓度。燃烧器中的过量氧的缺少减少NO_x的形成。

蒸汽添加到扩散火焰中将扩散火焰温度淬火到理想限度，因此减少NO_x的形成。在选择性催化还原（SCR）中，例如使用诸如氨的还原剂将废气流中的氮的氧化物还原成元素氮。

然而，使用前述排放减少技术减小废气流中的NO_x浓度。随着对于更清洁环境和更严格排放法规越来越关注，进一步减小燃式发动机的废气流中的NO_x浓度是非常需要的。

所以，需要解决前述问题中的一个或多个问题的改良的排放减少技术。

发明内容

根据实施例，提供一种发电系统。所述系统包括燃气涡轮机系统和废气再循环系统。所述燃气涡轮机系统包括燃烧室、压缩器和膨胀器。所述燃烧室配置成燃烧燃料流。所述压缩器配置成接收进给氧化剂流并且将经压缩的氧化剂流供应到所述燃烧室。所述膨胀器配置成接收来自所述燃烧室的排出流并且生成包括二氧化碳的废气流和电能。所述废气再循环系统包括热回收蒸汽发生器和废气再循环回路。所述热回收蒸汽发生器配置成接收所述废气流并且生成再循环流，其中所述再循环流与新鲜氧化剂混合以生成所述进给氧化剂流。所述废气再循环控制回路配置成接收与负荷压力、废气再循环的百分比、燃烧器的出口处的NO_x和CO₂的排放以及燃烧室中的点火温度中的至少一种相关的反馈以控制所述进给氧化剂流的先导比。

根据另一个实施例，提供一种发电系统。所述系统包括燃气涡轮机系统和废气再循环控制回路。所述燃气涡轮机系统包括燃烧室和压缩器以及膨胀器。所述燃烧室配置成燃烧燃料流。所述压缩器配置成接收进给氧化剂流并且将经压缩的氧化剂流供应到所述燃烧室。所述膨胀器配置成接收来自所述燃烧室的排出流并且生成包括二氧化碳的废气流和电能。所述废气再循环系统包括分流器、热回收蒸汽发生器和废气再循环控制回路。所述分流器配置成将所述废气流分成第一分流和第二分流。所述热回收蒸汽发生器配置成接收所述第一分流并且生成经冷却的第一分流，其中所述经冷却的第一分流的一部分与所述第二分流混合以生成再循环流，并且其中所述再循环流与新鲜氧化剂混合以生成所述进给氧化剂流。所述废气再循环控制回路配置成接收与负荷压力、废气再循环的百分比、燃烧器的出口处的NO_x和CO₂的排放以及燃烧室中的点火温度中的至少一种相关的反馈以控制所述进给氧化剂流的先导比。

根据另一个实施例，提供一种在减少NO_x排放的情况下发电的方法。所述方法包括：在压缩器中压缩进给氧化剂并且生成经压缩的氧化剂流，在燃烧室中燃烧燃料流和所述经压缩的氧化剂流并且生成排出流，膨胀来自所述燃烧室的所述排出流并且生成包括二氧化碳的废气流和电能，回收来自所述废气流的热并且生成再循环流，混合所述再循环流和新鲜氧化剂并且生成进给氧化剂流，以及基于关于由废气再循环控制回路的基于模型的控制接收的多个燃烧器参数的反馈来控制先导比。

通过参考附图阅读以下详细描述和附带的权利要求，本公开的其它目的和优点将变得明显。本领域技术人员通过结合若干附图和附带的权利要求回顾以下详细描述将显而易见本申请的这些和其它特征以及改进。

附图说明