專利名稱：用于減少由渦輪機(jī)械產(chǎn)生的硫氧化物排放的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及于2007年10月30日提交的共同受讓的美國(guó)專利申 請(qǐng)11/928，038[GE案巻目錄227348]。本發(fā)明涉及從渦輪機(jī)械排放的排 氣，更具體地說涉及在將排氣再循環(huán)回到渦輪機(jī)械中之前用于減少排 氣中的硫氧化物的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人們對(duì)于氮氧化物(以下為NOx)和二氧化碳(以下為"C02")以及硫 氧化物(SOx)排放對(duì)環(huán)境的長(zhǎng)期影響的擔(dān)憂日漸增加。由渦輪機(jī)械例如 燃?xì)鉁u輪機(jī)排放的排放物的可容許水平被嚴(yán)格地限制。渦輪機(jī)械的操 作員期望有降低NOx、 C02和SOx排放水平的方法。
在排氣流中存在極大量的可凝結(jié)的蒸汽。這些蒸汽通常包含各種 成分，例如水、酸、醛、烴類、硫氧化物和氯化合物。在未處理的情 況下如果容許這些成分進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)中的話，將加速內(nèi)部構(gòu)件的腐 蝕和結(jié)祐。
排氣再循環(huán)(EGR)通常涉及將排放的排氣的一部分通過渦輪機(jī)械 的入口部分進(jìn)行再循環(huán)，在燃燒之前這一部分排氣在入口處與進(jìn)入的 氣流相混合。這個(gè)過程有利于去除和分離濃縮的C02，并且還降4氐了 NOx和SOx的排放水平。
當(dāng)前已知的EGR系統(tǒng)存在一些問題。排氣中的雜質(zhì)和濕氣阻礙 了使用簡(jiǎn)單的再循環(huán)回路來減少排放物，例如SOx排放物的產(chǎn)生。直 接將排氣引向渦輪機(jī)械的入口部分將會(huì)引起渦輪結(jié)垢、腐蝕和內(nèi)部渦 輪機(jī)械構(gòu)件的加速磨損。因此在與進(jìn)入空氣混合之前，應(yīng)該對(duì)轉(zhuǎn)向的 排氣進(jìn)行處理。出于前述原因，需要一種用于減少再循環(huán)的排氣流中的SOx排放
水平的系統(tǒng)。該系統(tǒng)將最大限度地減小排氣流中的有害成分對(duì)渦輪機(jī) 械構(gòu)件的影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種系統(tǒng)，其用于減少至少一
個(gè)渦輪機(jī)械100的至少一個(gè)排氣流165中排放的硫氧化物(SOx)，其包 括入口部分和排氣部分；該系統(tǒng)包括提供至少一個(gè)排氣再循環(huán)系統(tǒng) (EGR)150,其包括至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167和上游熱交換器300,其中 該至少一個(gè)EGR150可以/人該至少一個(gè)渦輪4幾械100的排氣部分才妄 收第一溫度下的至少一個(gè)排氣流165;其中該至少一個(gè)排氣流165包 括第一水平下的SOx;將SOx降低至第二水平；并容許至少一個(gè)排氣 流165在第二溫度下進(jìn)入入口部分；并且其中該至少一個(gè)排氣流165 是離開該至少一個(gè)渦輪機(jī)械100的總的排氣流147的一部分；而且其 中上游熱交換器300定位在至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167的上游。
該排氣再循環(huán)系統(tǒng)150可將至少一個(gè)排氣流165中的成分從第一 水平降低至第二水平，其中這些成分包括NOx、 C02、水、氯離子、 酸、醛、烴類中的至少一種或其組合。
該系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)EGR風(fēng)門155，其用于使離開至少一個(gè) 渦輪機(jī)械100的總的排氣流147中的至少一個(gè)排氣流165轉(zhuǎn)向。
該系統(tǒng)還可包括至少 一個(gè)余熱蒸汽發(fā)生器(HRSG)200,其安裝在 渦輪機(jī)械100的排氣部分的下游，以及上游熱交換器300的上游；其 中至少一個(gè)排氣流165從至少一個(gè)渦輪機(jī)械100的排氣部分流向至少 一個(gè)HRSG200的入口部分，之后/人至少一個(gè)HRSG200的出口部分流 向上游熱交換器300的入口部分。
SOx的第一水平可包括^換重量計(jì)算大約10ppb至大約100ppb的范 圍。另外，SOx的第二水平可包括按重量計(jì)算大約O.lppb至大約20ppb 的范圍。該系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)洗滌器170,其包括入口部分和出口 部分；其中該至少一個(gè)洗滌器170的入口部分從上游熱交換器300的 出口部分接收至少一個(gè)排氣流165;并且該至少一個(gè)洗滌器170的出 口部分容許該至少一個(gè)排氣流165流向至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167的入 口部分；并且所述至少一個(gè)洗滌器170可以接收至少一個(gè)排氣流165; 并將該至少一個(gè)排氣流165中的成分^^人第一水平降低至第二水平，其 中這些成分包括NOx、 C02、水、氯離子、酸、醛、烴類中的至少一 種或其組合；以及下游熱交換器220;其中下游熱交換器220定位在 至少一個(gè)洗滌器170的出口部分的下游，以及EGR風(fēng)扇167的上游； 并且其中下游熱交換器220降低該至少一個(gè)排氣流165的溫度；其中 離開至少一個(gè)上游熱交換器300的至少一個(gè)排氣流165的溫度大約為 120華氏度至大約150華氏度；且離開至少一個(gè)下游熱交換器220的 至少一個(gè)排氣流165的溫度大約為60華氏度至大約100華氏度。該 系統(tǒng)的至少一個(gè)洗滌器170可利用包括淡水、海水或其組合的洗滌流 體172,174。
或者，該系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)洗滌器170，其包括入口部分 和出口部分；其中至少一個(gè)洗滌器no的入口部分從上游熱交換器300 的出口部分接收至少一個(gè)排氣流165;并且其中該至少一個(gè)洗滌器170 的出口部分容許該至少一個(gè)排氣流165流向至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167 的入口部分；并且該至少一個(gè)洗滌器170可以接收至少一個(gè)排氣流 165,其包括第一水平下的硫氧化物排放物；并將該至少一個(gè)排氣流 165中的成分從第一水平降低至第二水平，其中這些成分包括NOx、 C02、水、氯離子、酸、醛、烴類中的至少一種或其組合；旁路煙囪 230連接在至少一個(gè)渦輪機(jī)械100的排氣部分的下游和HRSG200的上 游；其中旁路煙囪230與EGR系統(tǒng)形成一體；并且多個(gè)氣門 240,242,244,246與旁路煙囪230形成一體，以防止所述至少一個(gè)排氣 流165的回流。這里，該至少一個(gè)洗滌器170利用包括淡水、海水或 其組合的洗滌流體172,174。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意圖 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的示意圖 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的示意圖 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的示意圖 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的示意圖 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的示意圖 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。
部件列表
渦輪機(jī)械 100
壓縮4幾 110
軸 120
進(jìn)氣 125
燃燒系統(tǒng) 130
燃料 135
燃燒氣體 140
渦輪 145
總的排氣流 147
排氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR) 150
EGR氣門 155
非再循環(huán)的排氣 160
其顯示了用于減少SO: 其顯示了用于減少SO: 其顯示了用于減少SO: 其顯示了用于減少SO: 其顯示了用于減少SO: 其顯示了用于減少SO:排氣流165
EGR風(fēng)扇167
洗滌器170
洗滌器流體172, 174
水凈化裝置177
再循環(huán)槽180
再循環(huán)槽排》丈182
HRSG200
過濾器210
下游熱交換器220
下游冷卻流體222,224
旁路煙囪230
氣門240,242,244,246
上游熱交換器300
上游冷卻流體302,30具體實(shí)施例方式
以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)i兌明參照了附圖，其顯示了本發(fā)明的特定
的實(shí)施例。其它具有不同結(jié)構(gòu)和操:作的實(shí)施例并沒有脫離本發(fā)明的范 圍。
某些用語在這里只是出于方便讀者的目的而使用的，不應(yīng)被認(rèn)為 是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。例如，如"上"、"下"、"左"、"右"、 "前，，、"后"、"頂部"、"底部"、"水平"、"垂直，，、"上 游"、"下游"、"前部"、"后部"等詞語，都僅僅是描述圖中所 顯示的構(gòu)造。實(shí)際上，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的元件或多個(gè)元件可沿任何 方向定向，并且這些用語因此應(yīng)被理解為包含了這種變化，除非另有 規(guī)定。
本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例采用 一種系統(tǒng)的形式，其可通過^f吏至少 一個(gè)渦輪機(jī)械的一部分排氣再循環(huán)而降低SOx排放水平；該部分排氣可在 重新進(jìn)入渦輪機(jī)械之前與進(jìn)氣相混合，而不影響設(shè)備的可靠性和可用 性。
本發(fā)明具有降低SOx、 NOx、濃縮的C02以及其它有害成分水平 的技術(shù)效果，所有這些成分都可能是排氣的一部分(后文中稱之為"排 氣流"等)。這些水平可從第一水平降低至第二水平。本發(fā)明可將兩種 方法結(jié)合在一起，這兩種方法用于降低SOx、 NOx、濃縮的C02以及 其它有害成分的水平。
本發(fā)明可將排氣流的溫度降低至可使前述成分冷凝之后除去的 飽和溫度。本發(fā)明還可降低排氣流的溫度，并在排氣流溫度下使用洗 滌工藝(等)。
本發(fā)明可應(yīng)用于各種產(chǎn)生氣態(tài)流體的渦輪機(jī)械，例如但不局限于 重型燃?xì)鉁u輪機(jī)；航空派生燃?xì)鉁u輪機(jī)(aero-derivative gas turbine)等 (以下被稱為"燃?xì)鉁u輪機(jī)")。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可應(yīng)用于單個(gè)燃 氣渦輪機(jī)或多個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)。本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例可應(yīng)用于以簡(jiǎn)單循 環(huán)或復(fù)合循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪。
總地說來，本發(fā)明 一個(gè)實(shí)施例的排氣再循環(huán)系統(tǒng)包括多個(gè)元件。 這些元件的構(gòu)造和順序可由排氣的成分和所用冷卻流體的類型來確 定。總地說來，包括排氣再循環(huán)過程的步驟是冷卻、減少成分和混 合。當(dāng)利用本發(fā)明時(shí)，與進(jìn)氣混合的轉(zhuǎn)向氣體可以被導(dǎo)入渦輪入口而 不造成損害。如以下所述，具有多個(gè)可用于完成排氣處理的裝置。
如以下所述，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可利用至少一個(gè)EGR風(fēng)扇和 上游熱交換器；至少一個(gè)EGR風(fēng)扇、上游熱交換器和至少一個(gè)洗滌 器；或至少一個(gè)EGR風(fēng)扇、上游熱交換器、至少一個(gè)洗滌器和至少 一個(gè)下游熱交換器。
本發(fā)明的任何實(shí)施例都可包括多個(gè)氣門，它們可防止排氣流回流 到渦輪機(jī)械的一部分中。另外，任何實(shí)施例還可包括至少一個(gè)噴射器 和至少一個(gè)濕式靜電濾塵器，該噴射器可引入試劑，以降低排氣流中有害成分的水平；該濕式靜電濾塵器用于除去包括亞硫酸鹽粒子的前 述成分。
雖然本發(fā)明描述了使用至少一個(gè)洗滌器來除去SOx化合物，并可 能用于降低排氣流的溫度，但也可使用其它裝置。例如，但不限于其 它吸收容器包括噴淋塔、蒸發(fā)氣體調(diào)節(jié)塔等等，其可用于執(zhí)行洗滌 器的功能。
在以下描述的本發(fā)明的實(shí)施例中，洗滌器可使用一種洗涂流體， 該洗滌流體可包括淡水、海水或其組合。
總地說來，海水的成分在獨(dú)立的來源之間及其中都是動(dòng)態(tài)的。海 水的堿性變化可能影響除去SOx的效率，并且還可能影響洗滌器中所 用流體(以下"洗滌流體")的流率。為了最大限度地減小洗滌流體特 性對(duì)EGR150的性能的影響，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可在引入至少一個(gè) 洗滌器170之前將海水和淡水混合起來。混合的流體可最大限度地減 小海水成分變化的影響。
本發(fā)明的元件，例如但不限于EGR風(fēng)扇、洗滌器和熱交換器， 可由任何材料制成，其可承受EGR系統(tǒng)在其中可起作用并運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn) 行環(huán)境。
現(xiàn)在參看附圖，各標(biāo)號(hào)代表遍及若干視圖中相似的元件，圖l是 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其顯示了用于減少SOx排放的系統(tǒng) 的一個(gè)示例。圖1顯示了燃?xì)鉁u輪機(jī)100、余熱蒸汽發(fā)生器(HRSG)200 和排氣再循環(huán)系統(tǒng)150。
或者，排氣再循環(huán)系統(tǒng)150可用于定位在不具有HRSG200的場(chǎng) 所的燃?xì)鉁u輪機(jī)100上。
燃?xì)鉁u輪機(jī)100包括具有軸120的壓縮機(jī)110?？諝庥?25處進(jìn) 入壓縮機(jī)的入口，被壓縮機(jī)110壓縮，之后排放至燃燒系統(tǒng)130,在 這里例如但不限于天然氣的燃料135燃燒，以提供高能量的燃燒氣體， 該燃燒氣體驅(qū)動(dòng)渦輪145。在渦輪145中，熱的燃?xì)饽芰勘晦D(zhuǎn)化為功， 某些功用于通過軸120來驅(qū)動(dòng)壓縮才幾110,而剩余部分可用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載(未顯示)的有效功。
如圖1中所示，排氣再循環(huán)系統(tǒng)150包括至少一個(gè)EGR氣門155; 至少一個(gè)上游熱交換器300;以及至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167。
至少一個(gè)EGR氣門155可將總的排氣流147按比例在非再循環(huán) 的排氣160和至少一個(gè)排氣流165之間分配。至少一個(gè)EGR氣門155 可具有某一尺寸，并且由能夠承受至少一個(gè)排氣流165的物理特性的 材料制成，例如，但不限于大約10000 Lb/hr至大約50000000 Lb/hr 的流率和大約100華氏度至大約1500華氏度的溫度。
燃?xì)鉁u輪機(jī)100的操作員可基于至少一個(gè)排氣流165的所需流率 而確定至少一個(gè)EGR氣門155的位置。該至少一個(gè)排氣流165可乂人 該至少一個(gè)EGR氣門155的下游流向至少一個(gè)上游熱交換器300的 入口部分。
至少一個(gè)上游熱交換器300可定位在至少一個(gè)EGR氣門155的 下游，并且可接收離開EGR氣門155的至少一個(gè)排氣流165。至少一 個(gè)上游熱交換器300和至少一個(gè)下游熱交換器220(圖1中未顯示)可單 獨(dú)或級(jí)聯(lián)(in tandem)工作以將至少一個(gè)排氣流165的溫度降低到飽和 溫度以下。這可容許至少一個(gè)排氣流165的一部分冷凝(以下稱"冷凝 物")，其可包括上述有害成分。各熱交換器220,300均包括冷凝物收 集系統(tǒng)(未顯示)，該系統(tǒng)容許除去被冷凝物捕獲的微粒。
因此，至少一個(gè)上游熱交換器300可將至少一個(gè)排氣流165冷卻 至大約60華氏度至大約IOO華氏度的范圍內(nèi)。
至少一個(gè)上游熱交換器300可接收并排^:上游冷卻流體302,304; 如所討論的，該流體可為如下類型，其容許為降低至少一個(gè)排氣流165 的溫度而達(dá)到所需傳熱量。
至少 一個(gè)EGR風(fēng)扇167用于克服EGR系統(tǒng)150的壓力差。因而， 至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167可容許至少一個(gè)排氣流165流過整個(gè)EGR系 統(tǒng)150。至少一個(gè)洗滌器170還可除去至少一個(gè)排氣流165中的SOx 排放物的一部分，將其從第一水平降低至第二水平。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)渦輪機(jī)械的操作員可確定第二水平的要求。
在流過至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167之后，至少一個(gè)排氣流165可向 下游流向壓縮才幾110。之后排氣再循環(huán)系統(tǒng)150可在壓縮沖幾110扭3亍 壓縮之前將進(jìn)氣125和至少一個(gè)排氣流165混合起來。
在使用過程中，本發(fā)明的上述實(shí)施例的排氣再循環(huán)系統(tǒng)150在燃 氣渦輪機(jī)100的運(yùn)行期間起作用。EGR氣門155可定位成容許至少一 個(gè)排氣流165的所需流率，并且非再循環(huán)的排氣160可流過排氣煙囪 等(未顯示)。然后該至少一個(gè)排氣流165可向下游流過至少一個(gè)上游 熱交換器300,如上所述。在至少一個(gè)上游熱交換器300中，可將至 少一個(gè)排氣流165的溫度降低到容許將SOx排放從第一水平降低至第 二水平的溫度范圍內(nèi)。之后該至少一個(gè)排氣流165可流向至少一個(gè) EGR風(fēng)扇167，然后向下游流入壓縮機(jī)110。
以下論述并在圖2至圖5中顯示的本發(fā)明的備選實(shí)施例，其改變 了至少一個(gè)排氣流165的流動(dòng)路徑和排氣再循環(huán)系統(tǒng)150的結(jié)構(gòu)。各 個(gè)實(shí)施例論述將著重于和上面論述的實(shí)施例的差異。
圖2是才艮據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的示意圖，其顯示了用于減少SOx 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。如圖2中所示，該第二實(shí)施例和第一實(shí)施例 之間的主要差異是至少一個(gè)上游熱交換器300的位置。在此第二實(shí)施 例中，至少一個(gè)上游熱交換器300可定位在HRSG200的下游，并位 于至少一個(gè)EGR氣門155的上游。這種結(jié)構(gòu)可容許從總的排氣流147 中提取更大的熱量。然后非再循環(huán)的排氣160可用于其它地方，例如， 但不限于可產(chǎn)生用于加工和/或發(fā)電用的蒸汽的鍋爐。
圖3是才艮據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的示意圖，其顯示了用于減少SOx 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。在本發(fā)明的該第三實(shí)施例中，排氣再循環(huán)系 統(tǒng)150可包括至少一個(gè)EGR氣門155;至少一個(gè)上游熱交換器300; 至少一個(gè)洗滌器170;再循環(huán)槽180;和至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167。
該至少一個(gè)EGR氣門155和至少一個(gè)上游熱交換器300可如之 前所述起作用。洗滌器系統(tǒng)(后文中稱為"洗滌器")通常被認(rèn)為是一種空氣污染 控制裝置，其可除去工業(yè)排氣流中的顆粒和/或其它排放物。洗滌器可 使用"洗滌工藝"等，包括液體以"洗去，，氣流中不需要的污染物。
如所封論的，至少一個(gè)洗滌器170可接收并然后排出洗滌流體 172,174;洗滌流體可為容許降低至少一個(gè)排氣流165的溫度所需要的 熱傳遞的類型。洗滌流體172,174通常吸收所述至少一個(gè)排氣流165 中有害成分的一部分。
在本發(fā)明的該第三實(shí)施例中，洗滌流體172,174可以是淡水。淡 水可由自然水源提供，例如，但不限于淡水湖或井。淡水還可由政府 水源提供，例如，但不限于城市用水系統(tǒng)等。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)洗滌器170可水平地定位， 這可容許以經(jīng)濟(jì)且有效的方式處理大量的至少一個(gè)排氣流165。與類
似的豎直定位的洗涂器相比，水平狀態(tài)定位的洗滌器170還可更為廉 價(jià)地制造，更易于安裝，而且維護(hù)更為廉價(jià)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該至少一個(gè)洗滌器170可將SOx排放 從第一水平降低至第二水平。例如但不局限于，SOx的排放降低可包 括在大約10ppb至大約100ppb重量范圍內(nèi)的第一水平；和在大約 O.lppb至大約20ppb重量范圍內(nèi)的第二水平。
至少一個(gè)洗滌器170還可除去至少一個(gè)排氣流165中的多種成分 的一部分，將其從第一水平降低至第二水平。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例 中，至少一個(gè)渦輪機(jī)械的操作員可確定第二水平的要求。這些成分可 包括，例如，但不局限于NOx、 C02、水、氯離子、酸、醛、烴類中 的至少一種或其組合。
排氣再循環(huán)系統(tǒng)150可能需要至少一個(gè)洗滌器170提供高的流 率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可使用再循環(huán)槽180來提高洗滌流體 172,174的流率。如圖所示，洗滌流體172,174的一部分174可流入再 循環(huán)槽180,之后通過管線172而重新進(jìn)入至少一個(gè)洗滌器170中。
才艮據(jù)淡水來源的不同，可將至少一個(gè)水凈化裝置177與至少一個(gè)洗滌器170或再循環(huán)槽180形成一體。該至少一個(gè)水凈化裝置177可 除去可能存在于淡水中的有害內(nèi)容物。如圖所示，至少一個(gè)水凈化裝 置177可定位在洗滌器170的入口部分附近，再循環(huán)槽180的入口部 分附近，和/或再循環(huán)槽180的排放部分附近。
通過容許來自再循環(huán)槽180中的再循環(huán)槽排放182用作供給至少 一個(gè)上游熱交換器300的冷卻流體，本發(fā)明可減少供給排氣再循環(huán)系 統(tǒng)150的新鮮水的數(shù)量。這里，例如，但不限于再循環(huán)槽排放182可 形成進(jìn)入至少一個(gè)上游熱交換器300的獨(dú)立的流動(dòng)路徑?；蛘?，再循 環(huán)槽排放182可與上游冷卻流體供給路徑302相混合。
將再循環(huán)槽排放182與至少一個(gè)上游熱交換器300結(jié)合，這可提 高排氣再循環(huán)系統(tǒng)150的總效率。
如之前所述，在洗滌過程之后，至少一個(gè)排氣流165可向下游流 向至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167。如之前所述，之后排氣再循環(huán)系統(tǒng)150可 在壓縮機(jī)IIO執(zhí)行壓縮之前將進(jìn)氣125和至少一個(gè)排氣流165進(jìn)行混 合。
在使用中，本發(fā)明的上述實(shí)施例的排氣再循環(huán)系統(tǒng)150在燃?xì)鉁u 輪機(jī)100的運(yùn)行期間起作用。EGR氣門155可定位成容許至少一個(gè)排 氣流165的所需流率，并且非再循環(huán)的排氣160可流過排氣煙自等(未 顯示)。如上所述，之后至少一個(gè)排氣流165可向下游流過至少一個(gè)上 游熱交換器300。在至少一個(gè)上游熱交換器300中，可將至少一個(gè)排 氣流165的溫度降低到容許SOx排放從第一水平降低至第二水平的溫 度范圍內(nèi)。
接下來，至少一個(gè)排氣流165隨后可流向至少一個(gè)洗滌器170。 在該至少一個(gè)洗滌器170中，可將該至少一個(gè)排氣流165的溫度P爭(zhēng)4氐 至^^包和溫度以下。^使用的洗滌流體172,174可流過再循環(huán)槽180，在 該再循環(huán)槽180處至少一個(gè)水凈化裝置177可除去淡水中的有害成 分。
接下來，至少一個(gè)排氣流165可向至少一個(gè)洗滌器170的下游而流向至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167,之后向下游流入壓縮4幾110。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的示意圖，其顯示了用于減少SOx 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。
本發(fā)明的該第四實(shí)施例和第三實(shí)施例之間的關(guān)鍵區(qū)別是在該第 四實(shí)施例中，將海水而非淡水用作至少一個(gè)洗滌器170中的洗滌流體。 在本發(fā)明的該第四實(shí)施例中，排氣再循環(huán)系統(tǒng)150可包括至少一個(gè) EGR氣門155;至少一個(gè)上游熱交換器300;至少一個(gè)洗滌器170; 至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167;和至少一個(gè)過濾器210。
所述至少一個(gè)EGR氣門155和至少一個(gè)上游熱交換器300可如 之前所述起作用。
如所述，洗滌器可使用"洗滌工藝"等，包括液體以"洗去"氣 流中不需要的污染物。利用海水的洗滌器可不需要試劑。相反，使用 海水的堿性或緩沖能力來中和排氣SOx。
如所述，該至少一個(gè)洗滌器170可水平地定位；并可接收之后排 放洗滌流體172,174;洗滌流體可為容許降低至少一個(gè)排氣流165的 溫度所需要的熱傳遞的類型。在本發(fā)明的該第四實(shí)施例中，洗滌流體 172,174是海水。
通過容許洗滌流體172,174的排放174作為供給至少一個(gè)上游熱 交換器300的冷卻流體，本發(fā)明可減少供給排氣再循環(huán)系統(tǒng)150的新 鮮水的數(shù)量。這里，例如，但不限于，排放174可形成進(jìn)入至少一個(gè) 上游熱交換器300的獨(dú)立的流動(dòng)路徑?；蛘撸拧氛?74可與上游冷卻 流體供給路徑302相混合。
將排放174與至少一個(gè)上游熱交換器300結(jié)合，這可提高排氣再 循環(huán)系統(tǒng)150的總效率。
如所述,在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)洗滌器170可將SOx 排放從第一水平降低至第二水平。例如但不限于，SOx的排放減少可 包括在大約10ppb至大約100ppb重量范圍內(nèi)的第一水平；和在大約 O.lppb至大約20ppb重量范圍內(nèi)的第二水平。該至少一個(gè)洗滌器170還可除去至少一個(gè)排氣流165中的多種成 分的一部分，將其從第一水平降低至第二水平。
根據(jù)海水來源的不同，可將至少一個(gè)水凈化裝置177與至少一個(gè) 洗滌器170形成一體。如所述，該至少一個(gè)水凈化裝置177可除去可 能存在于海水中的有害內(nèi)容物。如圖所示，該至少一個(gè)水凈化裝置177 可定位在洗滌器170的入口部分附近。
如之前所述，在洗滌過程之后，至少一個(gè)排氣流165可向下游流 向至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167。之后排氣再循環(huán)系統(tǒng)150可向下游流向至 少一個(gè)過濾器210，該過濾器210可以是燃?xì)鉁u輪機(jī)100所利用的任 何現(xiàn)有過濾器或過濾器系統(tǒng)的補(bǔ)充，例如，但不限于任何入口過濾器 系統(tǒng)。該至少一個(gè)過濾器210可用作除霧器，以除去攜帶的水，水可 能含有鹽和酸，它們可能對(duì)燃?xì)鉁u輪沖幾100的入口產(chǎn)生負(fù)面影響。該 至少一個(gè)過濾器210還可除鹽。
海水包括幫助除去SOx的自然產(chǎn)生的鹽，。然而，在進(jìn)入燃?xì)鉁u 輪機(jī)100的壓縮機(jī)1 IO之前應(yīng)該從至少一個(gè)排氣流165中除去這些鹽。 該至少一個(gè)過濾器210可包括高氯化物成分等，以^更除鹽。
如之前所述，在流過至少一個(gè)過濾器210之后，該至少一個(gè)排氣 流165可在壓縮機(jī)110纟丸行壓縮之前與進(jìn)氣125相混合。
在使用中，本發(fā)明的上述實(shí)施例的排氣再循環(huán)系統(tǒng)150在燃?xì)鉁u 輪100的運(yùn)行期間起作用。EGR氣門155可定位成容許至少一個(gè)排氣 流165的所需流率，并且非再循環(huán)的排氣160可流過排氣煙囪等(未顯 示)。之后如上所述至少一個(gè)排氣流165可向下游流過至少一個(gè)上游熱 交換器300。在該至少一個(gè)上游熱交換器300中，可將該至少一個(gè)排 氣流165的溫度降低到容許SOx排放從第一水平降低至第二水平的溫 度范圍內(nèi)。
接下來，該至少一個(gè)排氣流165之后可流向至少一個(gè)洗滌器170。 在該至少一個(gè)洗滌器170中，可將該至少一個(gè)排氣流165的溫度降低 至飽和溫度以下。使用的洗滌流體172,174可流過再循環(huán)槽180,在該再循環(huán)槽180處至少一個(gè)水凈化裝置177可除去海水中的有害成 分。
接下來，該至少一個(gè)排氣流165可向至少一個(gè)洗滌器170的下游 而流向至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167,之后穿過至少一個(gè)過濾器210,然后 向下游流入壓縮纟幾110。
圖5是^4居本發(fā)明第五實(shí)施例的示意圖，其顯示了用于減少S0X 排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。
本發(fā)明的該第五實(shí)施例的構(gòu)造可容許爿^人至少一個(gè)排氣流165中除 去熱量，這通過定位在至少一個(gè)洗滌器170的上游和下游的多個(gè)熱交 換器而完成。
在本發(fā)明的該第五實(shí)施例和第四實(shí)施例之間的關(guān)鍵區(qū)別是在排 氣再循環(huán)系統(tǒng)150中包含至少一個(gè)下游熱交換器220。使用多個(gè)熱交 換器的好處包括最大限度地減小腐蝕對(duì)本實(shí)施例中的主熱交換器以 及至少一個(gè)上游熱交換器300的影響。本實(shí)施例中的輔助熱交換器， 至少一個(gè)下游熱交換器220可在已經(jīng)除去大多數(shù)有害成分之后進(jìn)一步 降低至少一個(gè)排氣流165的溫度。此構(gòu)造可容許比之前所述實(shí)施例的 熱交換器更小的熱交換器。
如圖5中所示，利用多個(gè)熱交換器的另一好處是減少供給排氣再 循環(huán)系統(tǒng)150的新鮮水的數(shù)量?？蓛艋辽僖粋€(gè)下游熱交換器220的 排放224，之后將其與用于至少一個(gè)上游熱交換器300的上游冷卻流 體302相混合。
在本發(fā)明的該第五實(shí)施例中，排氣再循環(huán)系統(tǒng)150可包括至少 一個(gè)EGR氣門155;至少一個(gè)上游熱交換器300;至少一個(gè)洗滌器170; 至少一個(gè)下游熱交換器220;至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167;和至少一個(gè)過 濾器210;除了以下討論的至少一個(gè)下游熱交換器220之外，所有這 些之前都已經(jīng)討論過。
該至少一個(gè)下游熱交換器220可定位在至少一個(gè)洗滌器170的下 游，并位于至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167的上游。該至少一個(gè)下游熱交換器220可將至少一個(gè)排氣流165冷卻至合理的溫度，使得燃?xì)鉁u輪機(jī) 100的性能不會(huì)由于熱的進(jìn)氣而受到影響。例如，但不局限于，至少 一個(gè)下游熱交換器220可將至少一個(gè)排氣流165的溫度降低至大約35 華氏度(大概在水點(diǎn)溫度之上)至大約100華氏度的范圍內(nèi)。
該至少一個(gè)下游熱交換器220可接收并之后排放下游冷卻流體 222,224;冷卻流體可為容許為降#<至少一個(gè)排氣流165的溫度而達(dá)到 所需傳熱量的類型。
如圖所示，下游冷卻流體222,224的排放224可提供對(duì)至少一個(gè) 上游熱交換器300的冷卻流體供給。這里，例如，但不限于，排放224 可形成進(jìn)入至少一個(gè)上游熱交換器300的獨(dú)立的流動(dòng)路徑?；蛘?，排 放224可與上游冷卻流體供給路徑302相混合。
將排放224與至少一個(gè)上游熱交換器300結(jié)合，這可提高排氣再 循環(huán)系統(tǒng)150的總效率。
本發(fā)明的第五實(shí)施例可將至少一個(gè)上游熱交換器300、至少一個(gè) 下游熱交換器220以及至少一個(gè)洗滌器170的操作結(jié)合起來；以分級(jí) 除去至少一個(gè)排氣流165中的熱量，并從而降低其溫度，如接下來所 述。
在使用中，本發(fā)明的該第五實(shí)施例的排氣再循環(huán)系統(tǒng)150在燃?xì)?渦輪機(jī)IOO運(yùn)行期間起作用。如之前所述，EGR氣門155可定位成容 許至少一個(gè)排氣流165的所需流率。之后該至少一個(gè)排氣流165可向 下游流過至少一個(gè)上游熱交換器300,該上游熱交換器300可將至少 一個(gè)排氣流165的溫度降低至大約120華氏度至大約150華氏度的范 圍內(nèi)。
接下來，如上所述，至少一個(gè)排氣流165可向下游流向至少一個(gè) 洗滌器170。之后，該至少一個(gè)排氣流165可向至少一個(gè)洗滌器170 的下游流動(dòng)，穿過至少一個(gè)下游熱交換器220,該下游熱交換器220 可將至少一個(gè)排氣流165的溫度降低至大約60華氏度至大約100華 氏度的范圍內(nèi)。接下來，該至少一個(gè)排氣流165可向至少一個(gè)洗滌器170的下游 流向至少一個(gè)EGR風(fēng)扇167，之后穿過至少一個(gè)過濾器210,然后向 下游流入壓縮4幾110。
圖6是^^艮據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的示意圖，其顯示了用于減少 S0X排放的系統(tǒng)的一個(gè)示例。在本發(fā)明的該第六實(shí)施例和所有之前實(shí) 施例之間的關(guān)鍵區(qū)別是在排氣再循環(huán)系統(tǒng)150中包含多個(gè)氣門 240,242,244,246和旁路煙自230。該第六實(shí)施例的特征可結(jié)合到之前 所述的本發(fā)明的任何實(shí)施例中。
旁路煙囪230和多個(gè)氣門240,242，244，246可結(jié)合至少一個(gè)EGR 氣門155—起使用，以使排氣再循環(huán)系統(tǒng)150達(dá)到全系統(tǒng)流量。旁路 煙自230和多個(gè)氣門240,242,244,246可容許從內(nèi)部通向排氣再循環(huán)系 統(tǒng)150,并降低該排氣再循環(huán)系統(tǒng)150的整個(gè)冷卻時(shí)間。旁路煙囪230 和多個(gè)氣門240，242,244，246還可用于消除燃?xì)鉁u輪機(jī)100的速度和可 操作性與排氣再循環(huán)系統(tǒng)150的速度和操作性的相互影響。
多個(gè)氣門240,242,244,246的各氣門可包括止回閥；該止回閥可減 少至少一個(gè)排氣流165回流到燃?xì)鉁u輪才幾100中的可能性。
在排氣再循環(huán)系統(tǒng)150發(fā)生故障期間，氣門242和244可以一種 方式運(yùn)轉(zhuǎn)以保護(hù)壓縮機(jī)110免于吸入排氣。當(dāng)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣門246可 保護(hù)排氣再循環(huán)系統(tǒng)150免于接收至少一個(gè)排氣流165。
這里所使用的用語僅僅是為了描述特定實(shí)施例的目的，并不意圖 要限制本發(fā)明。除非上下文中明確地另外指出之外，否則如本文所用 單數(shù)形式"一，，、"一個(gè)"和"該"意在包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該懂得 當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，詞語"包括"指所述特征、整體、步驟、操 作、元件和/或構(gòu)件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步 驟、操作、元件、構(gòu)件和/或其群組的存在或增加。
雖然本文已經(jīng)顯示和描述了特定的實(shí)施例，但是應(yīng)該懂得，被計(jì) 劃以取得相同目的的任何裝置都可替代所顯示的特定的實(shí)施例，并且
本發(fā)明在其它環(huán)境中也具有其它應(yīng)用。本申請(qǐng)意圖覆蓋本發(fā)明的任何修改或變化。所附權(quán)利要求決非意圖將本發(fā)明的范圍限制在本文所述 的特定的實(shí)施例中。
權(quán)利要求
1. 一種用于減少包括入口部分和排氣部分的至少一個(gè)渦輪機(jī)械(100)的至少一個(gè)排氣流(165)中排出的硫氧化物(SOX)的系統(tǒng)；所述系統(tǒng)包括提供至少一個(gè)排氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)(150)，其包括至少一個(gè)EGR風(fēng)扇(167)和上游熱交換器(300)，其中，所述至少一個(gè)EGR(150)能夠從所述至少一個(gè)渦輪機(jī)械(100)的所述排氣部分接收處于第一溫度下的至少一個(gè)排氣流(165)；其中，所述至少一個(gè)排氣流(165)包括處于第一水平的SOX；將所述SOX降低至第二水平；并容許所述至少一個(gè)排氣流(165)在第二溫度下進(jìn)入所述入口部分；且其中，所述至少一個(gè)排氣流(165)是離開所述至少一個(gè)渦輪機(jī)械(100)的總的排氣流(147)的一部分；且其中，所述上游熱交換器(300)定位在所述至少一個(gè)EGR風(fēng)扇(167)的上游。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)(150)將所述至少一個(gè)排氣流(165)中的成分從第一水平降低至第二水平，其中，所述成分包括NOX、CO2、水、氯離子、酸、醛、烴類中的至少一種或其組合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣再循環(huán) 系統(tǒng)(150)將所述至少一個(gè)排氣流(165)中的成分從第一水平降低至第 二水平，其中，所述成分包括NOx、 C02、水、氯離子、酸、醛、烴 類中的至少一種或其組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 至少一個(gè)EGR氣門(155),所述EGR氣門(155)用于使離開所述至少一 個(gè)渦輪機(jī)械(100)的所述總的排氣流(147)中的所述至少一個(gè)排氣流 (165)轉(zhuǎn)向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 至少 一個(gè)余熱蒸汽發(fā)生器(HRSG)(200)，所述余熱蒸汽發(fā)生器(200)安裝在所述渦輪機(jī)械(100)的所述排氣部分的下游，以及所述上游熱交換 器(300)的上游；其中，所述至少一個(gè)排氣流(165V人所述至少一個(gè)渦輪 機(jī)械(100)的所述排氣部分流向所述至少一個(gè)HRSG(200)的入口部分， 之后從所述至少一個(gè)HRSG(200)的出口部分流向所述上游熱交換器 (300)的入口部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述SOx的所述 第一水平包括按重量計(jì)算大約10ppb至按重量計(jì)算大約100ppb的范 圍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述SOx的所述 第二水平包括按重量計(jì)算大約o，lppb至按重量計(jì)算大約20ppb的范 圍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 至少一個(gè)洗滌器(170),其包括入口部分和出口部分；其中，所述 至少一個(gè)洗滌器(170)的所述入口部分從所述上游熱交換器(300) 的出口部分接收所述至少一個(gè)排氣流(165);并且其中，所述至少 一個(gè)洗滌器(170)的所述出口部分容許所述至少一個(gè)排氣流(165) 流向所述至少一個(gè)EGR風(fēng)扇(167)的入口部分；并且所述至少一 個(gè)洗滌器(170)能夠接收所述至少一個(gè)排氣流(165);且將所述至少 一個(gè)排氣流(165)中的成分^v第 一水平降^f氐至第 二水平，其中，所述成分包括NOx、 C02、水、氯離子、酸、 醛、烴類中的至少一種或其組合；和 下游熱交換器(220);其中，所述下游熱交換器(220)定位在所述至 少一個(gè)洗滌器(170)的出口部分的下游，以及所述EGR風(fēng)扇(167) 的上游；并且其中，所述下游熱交換器(220)降低所述至少一個(gè)排 氣流(165)的溫度；其中，離開所述至少一個(gè)上游熱交換器(300)的至少一個(gè)排氣流 (165)的溫度為大約120華氏度至大約150華氏度；并且其中，離開所述至少一個(gè)下游熱交換器(220)的至少一個(gè)排氣流(165)的溫 度為大約60華氏度至大約100華氏度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)洗 滌器(170)利用包括淡水、海水或其組合的洗滌流體(172,174)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 至少一個(gè)洗滌器(170),其包括入口部分和出口部分；其中，所述 至少一個(gè)洗滌器(170)的所述入口部分從所述上游熱交換器(300) 的出口部分接收所述至少一個(gè)排氣流(165);并且其中，所述至少 一個(gè)洗滌器(170)的所述出口部分容許所述至少一個(gè)排氣流(165) 流向所述至少一個(gè)EGR風(fēng)扇(167)的入口部分；并且所述至少一 個(gè)洗滌器(170)能夠接收所述至少一個(gè)排氣流(165),其包括處于第一水平的硫氧 化物排放物；且將所述至少一個(gè)排氣流(165)中的成分從第一水平降低至第 二水平，其中所述成分包括NOx、 C02、水、氯離子、酸、 醛、烴類中的至少一種或其組合； 旁路煙囪(230)，其連接所述至少一個(gè)渦輪機(jī)械(100)的排氣部分的 下游和所述HRSG(200)的上游；其中，所述旁路煙囪(230)與所述 排氣再循環(huán)系統(tǒng)形成一體；和多個(gè)氣門(240，242,244，246)，其與所述旁路煙自(230)形成一體， 以防止所述至少 一個(gè)排氣流(l 65)的回流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)洗 滌器(170)利用包括淡水、海水或其組合的洗滌流體(172,174)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于減少由渦輪機(jī)械產(chǎn)生的硫氧化物排放的系統(tǒng)，具體而言，由渦輪機(jī)械(100)產(chǎn)生的排氣的一部分由排氣再循環(huán)系統(tǒng)(150)通過入口部分再循環(huán)。該系統(tǒng)(150)在再循環(huán)之前降低了排氣流(165)中的硫氧化物和其它成分的水平。該系統(tǒng)(150)可利用海水、淡水或其組合作為洗滌過程的一部分，以減少硫氧化物以及其它成分。
文檔編號(hào)F02C3/34GK101429891SQ20081017579
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者A·托普拉尼, P·M·馬利, R·J·奇拉, R·W·泰勒, S·德拉珀 申請(qǐng)人:通用電氣公司