專利名稱：用于控制以及減少NO_x排放物的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上在降低NOx排放物的領(lǐng)域中。更具體而言，本發(fā)明涉及用于減少來(lái)自NOx產(chǎn)生源的NOx排放物的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
NOx排放物在許多行業(yè)，特別是動(dòng)力生產(chǎn)行業(yè)中受到關(guān)注。NOx的產(chǎn)生在高溫燃燒應(yīng)用和/或關(guān)于含氮燃料的燃燒普遍存在。在高燃燒溫度下，在燃燒空氣中的雙原子氮可被氧化而產(chǎn)生N0X。燃料中的氮也可在燃燒期間以自由基的形式釋放而形成N0X。普遍已知的是NOx排放物引起了酸雨以及有害的健康副作用，因此NOjJ^放物是按規(guī)程仔細(xì)檢查的對(duì)象。一種減少NOx的常見方法涉及在催化器上注射還原劑來(lái)將NOx轉(zhuǎn)化為隊(duì)。甚至更特別地，一起使用氨與選擇性催化還原(SCR)催化器是目前減少NOx最常用的手段。在一些應(yīng)用中，這種手段可從氣流中有效地去除80%到95%的NOx ；然而，氨反應(yīng)劑的使用可能是顯著的運(yùn)行成本。因此，將合乎需要的是提供用于減少NOx的新系統(tǒng)和方法。還將合乎需要的是提供這樣一種用于減少NOx的新系統(tǒng)和方法，其會(huì)消除對(duì)諸如氨的還原性反應(yīng)劑的需要，或減少對(duì)它的使用。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種用于減少NOx排放物的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括構(gòu)造為產(chǎn)生包括 NOx的氣流的氣體產(chǎn)生源，以及定位在該氣體產(chǎn)生源的下游的氧化催化器。該氧化催化器可構(gòu)造為氧化該氣流中的NO氣體分子以產(chǎn)生高階NxOy分子。去除系統(tǒng)可定位在該氧化催化器的下游，并可構(gòu)造為通過(guò)溶劑吸收或反應(yīng)從該氣流中去除高階NxOy分子。該系統(tǒng)還可包括定位在該氧化催化器的下游的輔助NOx削減(trimming)系統(tǒng)，其中該輔助NOx削減系統(tǒng)構(gòu)造為將反應(yīng)劑注入到該氣流中，該反應(yīng)劑配置為與存在于該氣流中的NOx分子反應(yīng)。在另一方面，提供了一種用于減少來(lái)自系統(tǒng)的NOx排放物的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可包括測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)包括適于且定位為測(cè)量氣流或燃料的特性的傳感器，其中該測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)造為傳送表征所測(cè)量的特性的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還可包括配置為接收從該測(cè)量系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)的控制器，其中該控制器配置為依賴于從該測(cè)量系統(tǒng)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)執(zhí)行算法， 以確定要加入該氣流中的反應(yīng)劑的量。該控制器可配置為產(chǎn)生表征要加入的反應(yīng)劑的量的控制信號(hào)。該系統(tǒng)還可包括促動(dòng)器，該促動(dòng)器適于響應(yīng)于由該控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)注入到該氣流中的反應(yīng)劑的量。在另一方面，提供了一種用于從產(chǎn)生源產(chǎn)生的氣流中減少NOx排放物的方法。該方法可包括通過(guò)使氣流與氧化催化器接觸而氧化存在于氣流中的部分NO氣體，以產(chǎn)生高階NxOy分子；通過(guò)溶劑吸收或反應(yīng)從該氣流去除高階NxOy分子；以及在該氧化催化器下游將反應(yīng)劑注入到氣流中，該反應(yīng)劑配置為與存在于氣流中的NOx分子反應(yīng)。


圖1是一張圖表，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的、用于減少NOx排放物的系統(tǒng)。圖2是一張圖表，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的、帶有額外的NOx削減的用于減少NOx排放物的系統(tǒng)。圖3是一張圖表，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的、帶有通過(guò)氨注入而提供的額外的NOx削減的用于減少NOx排放物的系統(tǒng)。圖4是一張示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的、用于減少NOx排放
物的控制方案。部件列表系統(tǒng)10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12熱交換器(一個(gè)或多個(gè))14氧化催化器16熱交換器18容器20排氣裝置22NOx減少系統(tǒng)30NOx削減系統(tǒng)32氨注入系統(tǒng)34選擇性催化還原(SCR)催化器36控制方法40測(cè)量步驟42確定步驟44促動(dòng)步驟4具體實(shí)施例方式提供了用于減少來(lái)自NOx產(chǎn)生源的NOx排放物的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法可用于多種產(chǎn)生NOx的應(yīng)用中，包括但不限于氣體燃燒、蒸汽產(chǎn)生以及碳?xì)浠衔锞珶拺?yīng)用。該系統(tǒng)和方法大體上可用于任何在其中產(chǎn)生包括NOx的氣流的應(yīng)用中。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可用于減少來(lái)自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放物。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可用于減少來(lái)自鍋爐的NOx排放物。在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可用于減少來(lái)自精煉廠的NOx排放物。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可主要通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)降低來(lái)自氣流的NOx 將該氣流中的NO分子氧化為高階NxOy分子，以及隨后通過(guò)溶劑吸收或反應(yīng)將該高階NxOy分子去除。 這樣的途徑可有利地避免或減少對(duì)持續(xù)注入還原劑的需要。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)可在不向氣流添加反應(yīng)劑的情況下去除來(lái)自燃燒后氣流的NOx的80%到95%。類似地，這樣的系統(tǒng)可降低或消除這樣的一種需要即添加諸如臭氧(O3)的氧化劑或能量源來(lái)產(chǎn)生例如 N2O5的具有更高溶劑吸收或反應(yīng)的NxOy物類。
本文使用的術(shù)語(yǔ)“高階NxOy分子”指的是其中X和/或y的值大于1的NxOy分子。 這些分子可為NO氧化的產(chǎn)物。例如，該術(shù)語(yǔ)高階NxOy分子包括NO2和隊(duì)05。該術(shù)語(yǔ)還包括比NO更高階的其它氮氧化物，包括N20、N2O3以及N204。方法在一方面，提供了用于減少來(lái)自由產(chǎn)生源產(chǎn)生的氣流的NOx排放物的方法。該方法可包括通過(guò)使該氣流與氧化催化器接觸而氧化存在于該氣流中的NO氣體的很大一部分， 以產(chǎn)生高階NxOy分子(例如NO2和/或N2O5)，以及之后通過(guò)水吸收或反應(yīng)從該氣流中去除
NO2氣體。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“氧化催化器”大體上指的是氧化NO分子以產(chǎn)生高階NxOy分子 (例如NO2*/或隊(duì)05)的裝置。該氧化催化器可以是具有涂覆有化學(xué)催化劑的內(nèi)部蜂巢結(jié)構(gòu)的流過(guò)裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，該氧化催化器可以是CO催化器。在一些實(shí)施例中，該氧化催化器構(gòu)造為氧化該氣流中足夠量的NO分子，使得離開該氧化催化器的氣流中的大多數(shù) NxOy分子是NO2分子。在一些實(shí)施例中，在氣流與該氧化催化器接觸之前，氣流中的大多數(shù) NOx分子是NO分子。優(yōu)選地，該氧化催化器可在沿著氣流流動(dòng)路徑的位置處放置，此處該氧化催化器將暴露于范圍在大約350° F到大約700° F的氣流溫度。已發(fā)現(xiàn)使該氧化催化器在這樣的溫度范圍中工作可有利地允許該催化器由于低的工作溫度而熱力學(xué)地促進(jìn)NxOy 的產(chǎn)生，同時(shí)提供了足夠的溫度以在該催化器表面上實(shí)現(xiàn)期望的速率動(dòng)力學(xué)。還發(fā)現(xiàn)在排氣流中出現(xiàn)SOx可將最佳溫度轉(zhuǎn)移至更高的值。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生其中大約90 %的NOx分子是NO的氣流。氧化催化器可構(gòu)造為產(chǎn)生這樣的氣流在該氣流中，大約50%或更多的NOx 分子是高階NxOy分子(例如NO2和或隊(duì)05)，或更優(yōu)選地大約70%或更多的NOx分子是高階 NxOy分子，或甚至更優(yōu)選地大約80%或更多的NOx分子是高階NxOy分子。對(duì)于未經(jīng)NOx氧化抑制劑處理的CO催化器，在大約700° F或以下的溫度處可實(shí)現(xiàn)NOx中大于80%是高階 Nx0y。使用鉬基氧化催化器在大約350° F到大約700° F的范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)大約85%的氧化效率。該范圍可依賴于催化器組分、催化器表面處理以及催化器表面面積而變化。在一些實(shí)施例中，該方法還可包括燃燒燃料以產(chǎn)生氣流，其中該氣流包括燃料燃燒的反應(yīng)產(chǎn)物。例如，該燃料可包括碳?xì)浠衔锶剂稀⒎翘細(xì)浠衔锶剂匣蛩鼈兊慕M合。在示例性的實(shí)施例中，該燃料可包括天然氣、油或者煤。該氣流可由多種產(chǎn)生源產(chǎn)生，包括但不限于燃?xì)鉁u輪、鍋爐、爐子、精煉廠或者化學(xué)處理設(shè)備。氣流中的高階NxOy分子可在氧化催化器的下游通過(guò)溶劑吸收(例如通過(guò)水吸收) 或反應(yīng)去除。該高階NxOy分子，特別是NO2和N2O5分子，是可溶于水的，且可通過(guò)向氣流施用水而從該氣流中去除這些分子。例如，水可噴灑入該氣流中以吸收該氣流中的高階NxOy 分子。之后水和高階NxOy分子可從該氣流中分離。在某些實(shí)施例中，可在氧化催化器下游放置適于凝結(jié)該氣流中的水蒸氣的水收集器。在另一個(gè)實(shí)施例中，水薄膜或其它的溶劑薄膜支承在諸如去霧器墊的高表面面積結(jié)構(gòu)上，并且NxOy輸送到該薄膜。凝結(jié)水可吸收該氣流中的高階NxOy分子，以及之后水和高階NxOy分子可從該氣流中分離。在其它的實(shí)施例中， 高階NxOy分子可通過(guò)該高階NxOy分子與反應(yīng)劑的反應(yīng)而分離。例如，NO2分子可與堿石灰 (例如在石灰基的水溶液中)接觸并反應(yīng)。在某些實(shí)施例中，從NO分子到高階NxOy分子的氧化以及該高階NxOy分子的水吸收和/或反應(yīng)以從該氣流中有效去除至少40%的NOx分子的方式進(jìn)行。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，從NO分子到高階NxOy分子的氧化以及該高階NxOy分子的水吸收和/或反應(yīng)以從該氣流中有效去除至少75%的NOx分子的方式進(jìn)行。這樣的NOx減少水平可有利地在不加入氨的情況下實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，燃料源的性質(zhì)或要求的減少水平可能要求從氣流中去除甚至更大量的N0X。提供了 NOx削減方法，以便從由產(chǎn)生源-特別是產(chǎn)生較高水平NOx的NOx產(chǎn)生源-產(chǎn)生的氣流中、或者在需要或期望更多地降低NOx的地方增強(qiáng)NOx的減少。該方法可包括通過(guò)使氣流與氧化催化器接觸而氧化存在于氣流中的NO氣體的很大一部分，以產(chǎn)生NO2氣體和/或其它高階NxOy氧化物；通過(guò)溶劑吸收或反應(yīng)從該氣流中去除高階NxOy分子；以及在氧化催化器下游將反應(yīng)劑注入該氣流，該反應(yīng)劑配置為與存在于氣流中的NOx分子反應(yīng)。例如，可加入與該氣流中的NO分子反應(yīng)的反應(yīng)劑。在一些實(shí)施例中，該反應(yīng)劑可以是臭氧或氨。在一些實(shí)施例中，該方法還可包括基于排放物測(cè)量或基于模型的控制來(lái)控制加入到該氣流中的反應(yīng)劑的量。在一些實(shí)施例中，該反應(yīng)劑可在從該氣流中去除了高階NxOy分子之后加入。在催化器上的從NO到NO2或其它NxOy氧化物的氧化減少了用來(lái)形成可輕易地從排氣流中洗滌出來(lái)的諸如N2O5的氮氧化物所需的臭氧總量。例如，將一摩爾的NO氧化為一摩爾的NO2需要大約一摩爾的臭氧，然而將一摩爾的NO2氧化為進(jìn)一步更可溶的N2O5以從排氣流中去除更高的NOx需要大約半摩爾的臭氧。因此對(duì)于在洗滌前向排氣加入臭氧(例如LoTOx過(guò)程) 的系統(tǒng)，在氧化催化器上將NO氧化為NO2可減少大約66%的臭氧需求。這樣可有利地導(dǎo)致這種系統(tǒng)更低的投入和運(yùn)行成本。在另一方面，提供了用于減少NOx排放物的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括構(gòu)造為產(chǎn)生包括 NOx的氣流的氣體產(chǎn)生源；定位在該氣體產(chǎn)生源下游的氧化催化器，該氧化催化器構(gòu)造為氧化氣流中的NO氣體分子以產(chǎn)生高階NxOy分子；以及定位在該氧化催化器下游的去除裝置， 其構(gòu)造為通過(guò)水吸收或反應(yīng)從該氣流中去除NxOy分子。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)可包括氣體產(chǎn)生源，該氣體產(chǎn)生源構(gòu)造為燃燒燃料以產(chǎn)生包括該燃料燃燒的反應(yīng)產(chǎn)物的氣流。該燃料可包括諸如天然氣、油或煤的碳?xì)浠衔锶剂?。該氣流可通過(guò)多種產(chǎn)生源產(chǎn)生，包括但不限于燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐、爐子或者化學(xué)處理設(shè)備 (例如精煉廠)。氣流中的高階NxOy分子可在該氧化催化器的下游通過(guò)水吸收或反應(yīng)去除。該高階 NxOy分子可溶于水，且可通過(guò)向該氣流施用水而從該氣流中去除。例如，水可通過(guò)水注入裝置，例如通過(guò)一個(gè)或多個(gè)噴嘴，噴灑入氣流中，以吸收氣流中的高階NxOy分子。之后水和高階NxOy分子可從該氣流中分離。在某些實(shí)施例中，可在氧化催化器下游放置適于凝結(jié)該氣流中的水蒸氣的水收集器。凝結(jié)水可吸收該氣流中的高階NxOy分子，以及之后水和高階NxOy 分子可從該氣流中分離。在其它的實(shí)施例中，高階NxOy分子可通過(guò)該高階NxOy分子與反應(yīng)劑的反應(yīng)而分離。例如，高階NxOy分子可與堿石灰溶液接觸并反應(yīng)。在某些實(shí)施例中，從NO分子到高階NxOy分子的氧化以及該高階NxOy分子的水吸收和/或反應(yīng)以從該氣流中有效去除至少40%的NOx分子的方式進(jìn)行。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，從NO分子到高階NxOy分子的氧化以及該高階NxOy分子的水吸收和/或反應(yīng)以從該氣流中有效去除至少75%的NOx分子的方式進(jìn)行。這樣的NOx減少水平可在不加入氨的情況下有利地實(shí)現(xiàn)。圖1中示出了一種用于減少NOx排放物的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。該系統(tǒng)10可具有諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx產(chǎn)生源。該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12可產(chǎn)生具有大約800° F到大約1200° F的排氣溫度以及9ppm的NOx濃度的氣流。該NOx排放物的大約10%可包括 NO2，而其余部分主要是NO。該氣流可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱交換器14，使得該氣流可被冷卻到大約350° F到大約800° F。之后該氣流可通過(guò)氧化催化器16，此處很大一部分NO分子被氧化為高階NxOy分子。在圖1的實(shí)施例中，離開該氧化催化器16的氣流可具有9ppm的 NOx濃度，大約80%的該NOx排放物包括NO2或者諸如隊(duì)05的其它高階氮氧化物。之后該氣流可在熱交換器18中被進(jìn)一步冷卻到大約120° F。之后該經(jīng)冷卻氣流可通過(guò)容器20，此處NxOy在諸如水溶劑的溶劑中洗滌，并被吸收或反應(yīng)，以及之后從該氣流中去除。例如，該容器20可包括將水或其它用于NxOy的溶劑注入該氣流中的水注入裝置。在一些實(shí)施例中，該容器20可包括凝結(jié)該氣流中的水蒸汽的水收集裝置。之后該液態(tài)水和吸收的高階NxOy分子可從該氣流中分離，以及之后該氣流可通過(guò)排氣裝置22而到達(dá)大氣。該排氣氣流可包括2.5ppmvd的N0X。在另一實(shí)施例中，該容器20可包括堿石灰或另一種用于NO2的反應(yīng)劑。高階NxOy分子的水吸收和/或反應(yīng)可以多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，對(duì)于高硫含量的燃料，高階NxOy分子的水吸收和/或反應(yīng)可作為煙道氣脫硫(FGD)過(guò)程的部分在FGD單元內(nèi)進(jìn)行。可采用多種類型的洗滌器從氣流中分離出高階NxOy分子，包括噴霧塔、填充床洗滌器和/或文氏管(venturi)洗滌器。在一些實(shí)施例中，燃料源的性質(zhì)或者要求的減少水平可能要求從該氣流中去除進(jìn)一步更多量的N0X。提供了 NOx削減系統(tǒng)，以用于從由產(chǎn)生源-特別是產(chǎn)生較高水平NOx的 NOx產(chǎn)生源-產(chǎn)生的氣流中、或者在需要或期望更多地降低NOx的地方增強(qiáng)NOx的減少。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了用于減少NOx排放物的系統(tǒng)，其包括構(gòu)造為產(chǎn)生包括NOx 的氣流的氣體產(chǎn)生源以及定位在該氣體產(chǎn)生源下游的氧化催化器。該氧化催化器可構(gòu)造為氧化氣流中的NO氣體分子以產(chǎn)生高階NxOy分子。該系統(tǒng)還可包括定位在該氧化催化器下游的去除系統(tǒng)，其構(gòu)造為通過(guò)水吸收或反應(yīng)從該氣流中去除高階NxOy分子。輔助NOx削減系統(tǒng)可定位在該氧化催化器的下游。該輔助NO/削減系統(tǒng)可構(gòu)造為將反應(yīng)劑注入該氣流中， 以便與存在于該氣流中的NOx分子反應(yīng)。該系統(tǒng)還可包括NOx削減控制系統(tǒng)。該NOx削減控制系統(tǒng)可配置為控制加入到該氣流中的反應(yīng)劑的量。該NOx削減控制系統(tǒng)可配置為基于排放物測(cè)量或基于模型的控制來(lái)控制加入到該氣流中的反應(yīng)劑的量?？墒褂枚喾NNOx削減系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，該NOx削減系統(tǒng)包括用于將臭氧注入到該氣流中的臭氧注入系統(tǒng)。在其它的實(shí)施例中，該削減系統(tǒng)包括氨注入系統(tǒng)和在該氨注入系統(tǒng)下游的選擇性催化還原催化器(SCR)。盡管在一些實(shí)施例中，這樣的削減系統(tǒng)可能要求持續(xù)注入還原劑，但是對(duì)于還原劑的需求可顯著降低，因?yàn)橛糜谌コ唠ANxOy分子的去除系統(tǒng)可被用作主要的NOx降低系統(tǒng)。例如，該去除系統(tǒng)構(gòu)造為去除存在于氣流中的NOx 分子的至少40%，或更優(yōu)選地，存在于氣流中的NOx分子的至少75%。在一些實(shí)施例中，在氣流與氧化催化器接觸之前，存在于該氣流中的NOx分子的大多數(shù)是NO分子。例如，在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，渦輪排氣中的大約90%的NOx分子可為 NO。在一些實(shí)施例中，該氧化催化器可氧化由產(chǎn)生源產(chǎn)生的大約50%或更多的NO分子。在某些實(shí)施例中，該氧化催化器可氧化由產(chǎn)生源產(chǎn)生的大約75%或更多的NO分子。圖2中示出了一種帶有輔助NOx削減的NOx減少系統(tǒng)。該NOx減少系統(tǒng)30可具有諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx產(chǎn)生源。該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12可產(chǎn)生具有燃料燃燒的組成產(chǎn)物(包括NOx)的氣流。該氣流可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱交換器14以及之后通過(guò)氧化催化器 16，此處很大一部分NO分子被氧化為高階NxOy分子。之后該氣流可在熱交換器18中進(jìn)一步冷卻。之后該經(jīng)冷卻的氣流可通過(guò)容器20，此處高階NxOy分子被以水的方式吸收或反應(yīng)并從該氣流中被去除。例如，該容器20可包括將水或其它用于NO2的溶劑注入到氣流中的水注入裝置。在一些實(shí)施例中，該容器20可包括使氣流中的水蒸汽凝結(jié)的水收集裝置。之后這些液態(tài)水和被吸收的NO2可從該氣流中分離，以及之后該氣流可通過(guò)NOx削減系統(tǒng)32。在另一實(shí)施例中，該容器20可包括熱交換器以及洗滌器，以提供組合的冷卻和洗滌級(jí)。對(duì)于在排氣流中存在高濃度SOx的應(yīng)用，排氣溫度在進(jìn)入該容器20時(shí)可高于350° F。 在該容器20中，在從NO和NO2到隊(duì)05的有效氧化之前即加入臭氧以阻止臭氧的快速破壞之前，該排氣流溫度可降低到大約250° F或者更低。該容器20可在NOx削減系統(tǒng)32之前洗滌一些NOx和S0X，在一些實(shí)施例中，該NOx削減系統(tǒng)32可提供添加臭氧和最終水洗滌級(jí)的功能。在NOx削減系統(tǒng)32中，反應(yīng)劑可注入到氣流中，以與存在于氣流中的NO分子反應(yīng)。 例如，氨或臭氧可在NOx削減系統(tǒng)32中注入到氣流中。在一些實(shí)施例中，該NOx削減系統(tǒng)32 可包括臭氧注入系統(tǒng)和水洗滌系統(tǒng)。臭氧可與NOx分子反應(yīng)，以產(chǎn)生隊(duì)05和/或NO2或者其它的NxOy，它們隨后可通過(guò)排氣裝置22中的水洗滌系統(tǒng)去除。在一些實(shí)施例中，該NOx削減系統(tǒng)可包括用于將NOx分子轉(zhuǎn)化為N2和仏的NOx還原劑注入系統(tǒng)和還原催化器。例如，如圖3所示，離開該容器20的氣流可被供饋通過(guò)氨注入系統(tǒng)34以及之后被供應(yīng)到低溫選擇性催化還原(SCR)催化器36。之后該氣流可通過(guò)排氣裝置22到達(dá)大氣?？刂葡到y(tǒng)在另一方面，提供了用于減少NOx排放物的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可作為NOx減少系統(tǒng)的部分用于控制削減反應(yīng)劑的注入。例如，該控制系統(tǒng)可和NOx減少系統(tǒng)一起使用，該 NOx減少系統(tǒng)包括構(gòu)造為產(chǎn)生包括來(lái)自燃料燃燒的NOx的氣流的氣體產(chǎn)生源以及定位在該氣體產(chǎn)生源下游的氧化催化器。該氧化催化器可構(gòu)造為氧化氣流中的NO氣體分子以產(chǎn)生高階NxOy分子，諸如NO2和隊(duì)05氣體分子。該NOx減少系統(tǒng)還可包括定位在氧化催化器下游的NO2去除系統(tǒng)，該去除系統(tǒng)構(gòu)造為通過(guò)水吸收或反應(yīng)從該氣流中去除NO2分子；以及定位在該氧化催化器下游的輔助NOx削減系統(tǒng)，該輔助NOx削減系統(tǒng)構(gòu)造為將反應(yīng)劑注入到氣流中。該反應(yīng)劑可配置為與存在于氣流中的NOx分子反應(yīng)。該控制系統(tǒng)可包括測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)包括適于且定位為測(cè)量氣流或燃料的一個(gè)或多個(gè)特性的傳感器。例如，該測(cè)量系統(tǒng)可構(gòu)造為測(cè)量NOx的濃度、NO的濃度或NO2的濃度中的至少一個(gè)。在一些實(shí)施例中，該傳感器定位在NOx削減系統(tǒng)的上游。在某些實(shí)施例中，該傳感器定位在氧化催化器的下游。在某些實(shí)施例中，該傳感器定位在用于高階NxOy分子的去除系統(tǒng)的下游。該測(cè)量系統(tǒng)可構(gòu)造為傳送表征所測(cè)量的特性的數(shù)據(jù)。該控制系統(tǒng)還可包括配置為接收從該測(cè)量系統(tǒng)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)的控制器。該控制器可依賴于從該測(cè)量系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)執(zhí)行算法來(lái)確定要加入到氣流中的反應(yīng)劑的量。因此， 該控制器可基于氣流或燃料的所測(cè)量的特性來(lái)確定要添加的反應(yīng)劑的量。例如，如果傳感器測(cè)量NOx削減系統(tǒng)上游的氣流特性，該控制器可使用基于模型的算法來(lái)確定加入到氣流中的反應(yīng)劑的量，以實(shí)現(xiàn)期望的NOx減少。如果傳感器測(cè)量NOx削減系統(tǒng)下游的氣流特性， 該控制器可使用閉環(huán)反饋控制算法來(lái)調(diào)整添加的反應(yīng)劑的量，直到實(shí)現(xiàn)期望的氣流特性， 例如預(yù)先指定的控制設(shè)定點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，該控制器可接收來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，并基于多變量算法來(lái)確定要添加的反應(yīng)劑的量。例如，該控制器可接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的表征多個(gè)氣流特性的數(shù)據(jù)，這些特性包括但不限于NOx的濃度、NO的濃度、NO2的濃度或氣流溫度。傳感器也可沿著氣流流動(dòng)路徑放置在一個(gè)或多個(gè)位置。基于由一個(gè)或多個(gè)傳感器傳送的數(shù)據(jù)， 該控制器可配置為產(chǎn)生表征要添加的反應(yīng)劑的量的控制信號(hào)。該控制系統(tǒng)還可包括促動(dòng)器，該促動(dòng)器適于響應(yīng)由該控制器產(chǎn)生的控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)注入到氣流中的反應(yīng)劑的量。例如，該促動(dòng)器可包括控制閥或其它適合用于控制加入到氣流中的反應(yīng)劑的量的裝置。圖4示出了一種用于控制系統(tǒng)的示例性的控制方案。控制方法40可包括測(cè)量燃料或氣流的感測(cè)或測(cè)量步驟42。例如，可測(cè)量在氣流中的一個(gè)或多個(gè)位置處的Ν0χ、Ν0和/ 或NO2的濃度。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)實(shí)例來(lái)分析燃料，以確定燃料的氮含量或分級(jí)位置、 霧化品質(zhì)和/或煙道氣脫硫(FGD)單元中的洗滌流的量。之后該控制器可執(zhí)行確定步驟44，在該確定步驟44中確定加入到氣流中的削減反應(yīng)劑或者洗滌劑的量。在一些實(shí)施例中，該確定步驟44可通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)氣流測(cè)量結(jié)果與一個(gè)或多個(gè)預(yù)先指定的控制設(shè)定點(diǎn)比較來(lái)執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，該確定步驟44可包括執(zhí)行基于模型的控制算法。例如，該控制器可計(jì)算或者以其它方式確定加入到氣流中的反應(yīng)劑或溶劑或兩者的量，以實(shí)現(xiàn)期望的NOx減少水平。一旦該控制器執(zhí)行了確定步驟44，該控制器就可執(zhí)行促動(dòng)步驟46，以執(zhí)行將削減反應(yīng)劑注入到氣流中。該促動(dòng)步驟46可包括將控制信號(hào)傳送到諸如控制閥的促動(dòng)器，以調(diào)節(jié)加入到氣流中的反應(yīng)劑的量。多種反應(yīng)劑可加入到氣流中，包括但不限于臭氧或氨。在一些實(shí)施例中，當(dāng)NOx產(chǎn)生源在運(yùn)行中時(shí)，圖4的控制方案可持續(xù)地或幾乎持續(xù)地進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，該控制方案可通過(guò)事件來(lái)觸發(fā)，例如，探測(cè)或測(cè)量到達(dá)到或超過(guò)一個(gè)或多個(gè)預(yù)先指定的控制設(shè)定點(diǎn)的狀態(tài)。類似地，該過(guò)程可在探測(cè)或測(cè)量到滿足一個(gè)或多個(gè)預(yù)先指定的控制設(shè)定點(diǎn)的狀態(tài)之后結(jié)束。本書面的說(shuō)明書使用了實(shí)例來(lái)公開本發(fā)明，包括最好的模式，以及也使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及實(shí)踐任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其它實(shí)例。這些其它實(shí)例，如果它們具有與權(quán)利要求的書面語(yǔ)言并無(wú)差異的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的書面語(yǔ)言并無(wú)實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等價(jià)結(jié)構(gòu)元件，則意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
1.一種用于減少NOx排放物的系統(tǒng)(30)，包括構(gòu)造為產(chǎn)生包括NOx的氣流的氣體產(chǎn)生源；定位在所述氣體產(chǎn)生源下游的氧化催化器(16)，所述氧化催化器(16)構(gòu)造為氧化所述氣流中的NO氣體分子，以產(chǎn)生高階NxOy分子；定位在所述氧化催化器(16)下游、構(gòu)造為通過(guò)溶劑吸收或反應(yīng)從所述氣流中去除高階NxOy分子的去除系統(tǒng)；以及定位在所述氧化催化器下游的輔助NOx削減系統(tǒng)(32)，所述輔助NOx削減系統(tǒng)(32)構(gòu)造為將反應(yīng)劑注入所述氣流中，所述反應(yīng)劑配置為與存在于所述氣流中的NOx分子反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括NOx削減控制系統(tǒng)， 其中所述NOx削減控制系統(tǒng)(3 配置為控制加入到所述氣流中的反應(yīng)劑的量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述NOx削減控制系統(tǒng)(32)配置為基于排放物測(cè)量或基于模型的控制中的至少一個(gè)控制加入到所述氣流中的反應(yīng)劑的量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述反應(yīng)劑為臭氧或氨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述輔助削減系統(tǒng)(32)包括臭氧注入系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述輔助削減系統(tǒng)(32)包括在所述臭氧注入系統(tǒng)下游的水洗滌器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述輔助削減系統(tǒng)(32)包括氨注入系統(tǒng)(34)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述輔助削減系統(tǒng)(32)包括在所述氨注入系統(tǒng)(34)下游的選擇性催化還原催化器(36)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述去除系統(tǒng)構(gòu)造為去除存在于所述氣流中的至少40%的所述NOx分子。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(30)，其特征在于，在所述氣流與所述氧化催化器接觸之前，存在于所述氣流中的NOx分子中的大多數(shù)是NO分子。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制以及減少NOx排放物的系統(tǒng)和方法。提供了一種用于減少NOx排放物的系統(tǒng)(30)。該系統(tǒng)(30)包括構(gòu)造為產(chǎn)生包括NOx的氣流的氣體產(chǎn)生源，以及定位在該氣體產(chǎn)生源下游的氧化催化器(16)。該氧化催化器(16)構(gòu)造為氧化該氣流中的NO氣體分子以產(chǎn)生高階NxOy分子。去除系統(tǒng)定位在該氧化催化器(16)下游，且被構(gòu)造為通過(guò)溶劑吸收或反應(yīng)從該氣流中去除高階NxOy分子。該系統(tǒng)(30)還包括定位在該氧化催化器(16)下游的輔助NOx削減系統(tǒng)(32)，其中該輔助NOx削減系統(tǒng)(32)構(gòu)造為將反應(yīng)劑注入到該氣流中，該反應(yīng)劑配置為與存在于該氣流中的NOx分子反應(yīng)。
文檔編號(hào)B01D53/90GK102233239SQ20111011381
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者G·O·克雷默 申請(qǐng)人:通用電氣公司