CN101435387B - 废气再循环系统的清理系统 - Google Patents
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Abstract
废气再循环系统的清理系统：清理废气再循环(EGR)系统(100)内的排气，从而允许接近EGR系统(100)的部件。清理EGR系统(100)的系统(125)及方法可包括：EGR清理送风机(160)，EGR清理排风机(155)，或涡轮机(147)。该系统和方法可将排气抽出EGR系统(100)。该系统(125)和方法可将排气驱出EGR系统(100)。
Description
相关申请的参见
本申请涉及2007年10月30日申请的第11/928,038号[GE编号227348]被共同转让的美国专利申请；和2007年11月8日申请的第11/936,996号[GE编号228178]美国专利申请。
技术领域
本发明涉及一种涡轮机的废气再循环(EGR)系统，更具体来说，涉及一种从EGR中清理排气的系统。
背景技术
环境中氮氧化物(下文为：NOx)、二氧化碳(下文为：“CO2”)和硫氧化物(SOx)等排放物的长期影响越来越受到关注。已经严格规定了涡轮机例如燃气涡轮可以排放的那些排放物的允许水平。涡轮机的操作者期望降低排放的NOx、CO2和SOx水平的方法。
排气流中存在大量的可冷凝蒸气。这些蒸气通常包含多种组分，例如：水，酸，醛，烃，氧化硫和氯化合物。如果不处理，允许这些组分进入燃气涡轮，将加快内部组件的腐蚀和污损。
废气再循环(EGR)通常包括通过涡轮机进口部分再循环部分排气，在进口部分，排气与进入的气流在燃烧前混合。该过程有利于除去和分离浓缩的CO2，同时也减少NOx排放物。
可能需要接近废气再循环系统部件以维护、检查、修理或用于其他目的。在接近之前，当废气再循环系统不在使用时，或者当涡轮机不产生排气时，应从废气再循环系统清理排气。此外，没被清理的排气残留会在废气再循环系统内冷凝，从而导致部件腐蚀。
由于上述原因，需要一种清理EGR系统的系统及方法。在使用后，该系统应允许接近废气再循环系统部件，并且减少部件腐蚀的可能性。
发明内容
根据本发明的实施例，一种从至少一个废气再循环(EGR)系统100中清理排气流121的系统，其中排气流121从涡轮机147排出；该系统包括：至少一个EGR系统100，包括第一区101、第二区103、EGR滑轨(skid)、EGR进口风挡(damper)和EGR出口风挡，其中，该至少一个EGR系统100降低了排气流121中组分的水平；EGR清理系统125，包括置于第一区101内的至少一个第一清理流调节装置130和置于第二区103内的至少一个第二清理流调节装置140，其中，该至少一个第一清理流调节装置130和该至少一个第二清理流调节装置140的设置允许EGR系统100内压力平衡。其中，EGR清理系统125能够在EGR第一区101和EGR第二区103之间建立压降；以及，其中，EGR清理系统125使用无害流体(benign fluid)从至少一个EGR系统100清理排气流121。
排气流121的流量可为约1,000磅/小时至约50,000,000磅/小时，温度在约华氏50度至约华氏1500度之间。
第一区101和第二区103之间的压降为从约1英寸水柱至约30英寸水柱。
该EGR清理系统125还可包括：置于第一区101内的第一清理口135，和置于第二区103内的EGR清理送风机155；其中，该EGR清理送风机155通过第一清理口135将排气流121驱出EGR系统100。
该EGR清理系统125还可包括：置于第二区103内的第二清理口145，和置于第二区103内的EGR清理排风机160；并且其中，该EGR清理排风机160将排气流121抽出EGR系统100。
该EGR清理系统125还可包括：至少一个清理管线165；其中，清理管线165将EGR清理系统125和涡轮机147连为一体，从而使涡轮机147通过第二清理口145将排气流121驱出EGR系统100。
该EGR清理系统125还可包括：至少一个清理管线165；其中，清理管线165将EGR清理系统125和涡轮机147连为一体，从而使涡轮机147将排气流121抽出EGR系统100。
根据本发明另一实施例，一种从至少一个废气再循环(EGR)系统100清理排气流121的方法，其中，排气流121从涡轮机147排出；该方法包括：提供至少一个废气再循环系统100，包括第一区101、第二区103、EGR滑轨、EGR进口风挡和EGR出口风挡，其中，该至少一个EGR系统100降低了排气流121中组分的水平；提供EGR清理系统125，包括置于第一区101内的至少一个第一清理流调节装置130和置于第二区103内的至少一个第二清理流调节装置140；在EGR系统100内，在至少一个第一清理流调节装置130与至少一个第二清理流调节装置140之间建立压力平衡；在第一区101和第二区103之间建立压降；及在废气再循环清理系统125内利用无害流体从至少一个EGR系统100清理排气流121。
在此，排气流121的流量为约1,000磅/小时至约50,000,000磅/小时，温度在约华氏50度至约华氏1500度之间。另外，第一区101和第二区103之间压降在约1英寸水柱至约30英寸水柱之间。
根据本发明的另一实施例，一种从至少一个废气再循环系统(EGR)清理排气流的方法，其中，排气流从涡轮机排出；该方法包括：提供至少一个EGR系统，包括第一区、第二区、EGR滑轨、EGR进口风挡和EGR出口风挡，其中，该至少一个EGR系统降低了排气流中组分的水平；提供EGR清理系统，包括置于第一区内的至少一个第一清理流调节装置和置于第二区内的至少一个第二清理流调节装置；在EGR系统内，在至少第一清理流调节装置和至少一个第二清理流调节装置之间建立压力平衡；在第一区和第二区之间建立压降；及利用EGR清理系统从至少一个EGR系统清理排气流。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例示意性说明用于清理排气流的系统的实例；
图2是根据本发明第二实施例示意性说明用于清理排气流的系统的实例；
图3是根据本发明第三实施例示意性说明用于清理排气流的系统的实例；
图4是根据本发明第四实施例示意性说明用于清理排气流的系统的实例。
具体实施方式
下列优选实施例的详细描述涉及说明本发明具体实施例的附图。具有不同结构及操作的其他实施例并不超出本发明的范围。
在此使用的某些术语仅是为了方便读者，不能认为是对本发明范围的限制。例如，诸如：“上”，“下”，“左”，“右”，“前”，“后”，“上部”，“下部”，“水平”，“垂直”，“上游”，“下游”，“前部”，“后部”等词语，仅仅是描述附图所示的结构。事实上，本发明具体实施例的部件或多个部件可面向任意方向，因此除非另有说明，术语应理解为包含这类变型。
EGR系统接受涡轮机的部分排气(下文为“排气流”)，减少排气流中上述组分的水平，并且，随后把排气流再循环到涡轮机的进口部分。该过程有利于减小排气流中排放物的水平，并且将浓缩的CO2除去和分离。
EGR系统中的排气流应当被清理，例如但并不限制于，当：a)EGR系统不可用时；b)涡轮机关闭或熄火时；c)当操作者需要接近EGR部件以修理，检查或维护时；或者，d)排气流该清理时的其他原因。本发明的实施例具有从EGR系统中清理排气流的技术效果。EGR系统排出的排气流可由于多种原因需要清理，例如但并不限制于，当操作者可能需要接近EGR系统部件以检查、修理、维护等时。
本发明可适用于多种能产生气态流体的涡轮机，例如但并不限制于，重型燃气涡轮；航空系列燃气涡轮等。本发明的实施例适用于单个涡轮机或多个涡轮机。本发明实施例可适用于在单循环或复合循环结构下运行的涡轮机。
通常，本发明实施例的EGR清理系统包括多个部件。部件的结构和顺序由与EGR系统一体的涡轮机的结构决定。一般来说，EGR清理系统使用无害流体，例如但并不限制于环境气体，将EGR回路中的排气流排出。如下所述，有多种设置可用来完成清理排气流。
本发明的部件可由能经受操作环境的任何材料制造，在该操作环境下，EGR清理系统可以运行和操作。这些部件包括，例如但并不限制于，第一清理流调节装置，第二清理流调解装置，EGR清理送风机，和EGR清理排风机。
现参照附图，在几个视图中，不同的附图标记表示的是类似的部件，图1是根据本发明第一实施例，示意性说明了用于清理排气流121的系统的实例；图1说明了EGR系统100，和EGR清理系统125。
EGR系统100，如图1所示，包括：第一区101，第二区103，EGR滑轨105，EGR排风机110，EGR进口风档115，和可与涡轮机(图1未示出)的排气部分150一体设置的EGR排气风档120。
该至少一个EGR系统100可是任一尺寸，并可由能经受排气流121物理性能的材料制造，排气流121物理性能例如但并不限制于，流量为约1,000Lb/hr至约50,000,000Lb/hr，温度在约华氏50度至约华氏1500度之间。
EGR系统100的流体通道123可由进口部分149(图1未示出)和排气部分150限制。第一区101可认为是邻置于涡轮机进口部分149的EGR系统100部件。第二区103可认为是邻置于涡轮机排气部分150的EGR系统100部件。
EGR滑轨105通常包括可从排气流121中降低上述组分水平的EGR系统100部件。这些部件可包括至少一个热交换器，至少一个洗涤器，至少一个除沫器，或类似部件，(这些没在图中示出)。在EGR系统100运行期间，EGR排风机110可使排气循环。
通常，在EGR系统100运行期间，EGR排气风档120可打开，允许至少一个排气流121从涡轮机的排气部分150进入EGR第二区103。然后，EGR滑轨105可减少排气流121中组分的水平。下一步，EGR进口风档115可打开，允许再循环的排气流121进入涡轮机进口部分149中。
当不使用时，例如但并不限制于，当涡轮机不产生排气时，应清理EGR系统100。当EGR系统100不使用时，进口和排气风档115，120可关闭；EGR排风机110断电，和EGR滑轨105不能运行。这些条件使EGR系统100成为内部具有排气流121的封闭容器等。因此，应将排气流121从EGR系统100中清理出。
清理EGR系统100的优点可包括，例如但并不限制于，允许检查，保养或修理EGR系统100内的上述部件。EGR清理系统125可包括允许排气漏出EGR系统100的部件，从而，防止在不使用时EGR系统100成为封闭容器。
清理还有利于防止EGR系统100内产生腐蚀。当EGR系统100不使用时，残留在其中的排气流121最终可冷凝，从而，可能在EGR系统100内形成酸态和/或液态。
当部件故障阻碍EGR系统100内的排气流121循环时，还可使用EGR清理系统125。此时，EGR清理系统125可将排气流121从EGR系统100中移出。
EGR清理系统125，如图1所示，包括：至少一个第一清理流调节装置130，至少一个第二清理流调节装置140，至少一个第二清理口145，和至少一个EGR清理排风机110。
EGR清理系统125部件的位置可保证涡轮机的进口部分149和排气部分150限定的流体通道能被清理。如图1所示，至少一个第一清理流调节装置130可置于第一区101内；及至少一个第二清理流调节装置140可置于第二区103内。至少一个第一清理流调节装置130和至少一个第二清理流调节装置140的设置可允许清理EGR系统100的流体通道123；并且，还使第一和其二区101，103之间压力平衡。
该至少一个第一清理流调节装置130和至少一个第二清理流调节装置140可是风档，排风口，或其他类似的装置。在本发明的该第一实施例中，至少一个第一清理流调节装置130可允许环境气体(或类似)进入EGR系统100。该至少一个第二清理流调节装置140可允许排气流121流出EGR系统100。
该至少一个EGR清理排风机100可通过第二清理口145将排气流121抽出。第二清理口145的下游末端可向大气敞开。可选择地，第二清理口145的下游末端可和一个系统例如但并不限制于能接收从EGR系统100清理的排气的通风系统一体化设置。
在使用中，当涡轮机不产生流过EGR系统100的排气时；或当EGR系统100不运行时；或者当EGR系统100的部件故障时；或者，在EGR清理系统125的操作者所决定的任何时间内；EGR清理系统125可以运行。
通常，当EGR系统100不运行时，EGR进口风档115和EGR出口风档130可关闭，EGR滑轨105的部件可断电，并且，EGR清理排风机160也可断电。
在这些(或类似)条件下，EGR清理系统125可开始运行。至少一个第一清理流调节装置130可调节，从而允许环境气体进入流体通道123。接着，至少第一第二清理流调节装置140可以调节，从而允许排气流121流出流体通道123。下一步，ERG排风机110可通电，并可产生从约1英寸水柱至约30英寸水柱的压降。这使排气流121的较大部分流出流体通道123。此外，至少一个第一清理流调节装置130允许环境气体置换EGR系统100的流体通道123内的排气流121。
图2是根据本发明第二实施例，示意性说明了用于清理排气流121的系统的实例。如图2所示，该第二实施例和第一实施例之间的主要差别是从EGR系统100中清理排气流121的方式不同。在本发明EGR清理系统125的第二实施例中，如图2所示，包括：至少一个第一清理流调节装置130，至少一个第一清理口135，至少一个第二清理流调节装置140，和至少一个EGR清理送风机155。
EGR清理系统125部件的设置可保证清理涡轮机的进口部分149和排气部分150限定的流体通道。如图2所示，至少一个第一清理流调节装置130可设置于第一区101内；及至少一个第二清理流调节装置140可设置于第二区103内。该至少一个第一清理流调节装置130和至少一个第二清理流调节装置140的设置是有利的。
至少一个第一清理流调节装置130和至少一个第二清理流调节装置140的形式可以是风档，排风口，或其他装置。在本发明的该第二实施例中，至少一个第一清理流调节装置130可与至少一个第一清理口135设为一体，以使排气流121清理出EGR系统100。该至少一个第二清理流调节装置140可使流体流121，例如但并不限制于环境气体，流入EGR系统100。
在本发明的该第二实施例中，至少一个EGR清理送风机155可用来通过第一清理口135驱动排气流121。第一清理口135的下游末端可向空气开放。可选择地，第一清理口135的下游末端可与一个系统例如但并不限制于可接收从EGR系统100清理的排气的通风系统设为一体。
在使用中，当涡轮机不产生排气流121时；或当EGR系统100不运行时；或者当EGR系统100的部件故障时；或者，在EGR清理系统125操作者所决定的任何时间内；EGR清理系统125可开始运行。
如所述，当EGR系统100不运行时，EGR进口风档115和EGR出口风档130可关闭，EGR滑轨105的部件可断电，及EGR排风机110也可断电。
在这些(或类似)条件下，EGR清理系统125可开始工作。然后，可开启至少一个第一清理流调节装置130，使排气流121流过第一清理口135。接着，至少一个第二清理流调节装置140可调节，并且，EGR送风清理送风机155可通电，产生从约1英寸水柱至约30英寸水柱的压降。这使排气流121的较大部分通过第一清理口135流出EGR系统100。而且，EGR送风清理送风机155允许环境气体置换EGR系统100流体通道123内的排气流121。
图3和4是本发明的另一实施例，说明了EGR清理系统125。图3、4与图1、2之间的主要不同是涡轮机的一体性。如下所述，EGR清理系统125可设置为允许涡轮机将排气流121吸入进口部分149，或通过第二清理口145将排气流121驱出。
图3是根据本发明第三实施例，示意性说明了用于清理排气流121的系统的实例。如图3所示，该第三实施例中的涡轮机可包括进口部分149上的开口，例如但不限制于抽取装置(extraction)。该开口可使气体通过设有清理隔离装置170的清理管线165，从进口部分流到第一清理流调节装置130。
在使用中，当涡轮机不产生排气流121时；或者，当EGR系统100不运行时；或者，当EGR系统100的部件故障时；或者，在EGR清理系统125操作者所决定的任何时间内；EGR清理系统125可开始运行。
如所述，当EGR系统100不运行时，EGR进口风档115和EGR出口风档130可关闭，EGR滑轨105的部件可断电，及EGR排风机110也可断电。
在这些或类似的条件下，EGR清理系统125可开始运行。涡轮机可在任何允许气体流过清理管线165的方式下运行。可调节清理隔离装置170，使气体通过清理管线165从进口部分149流到至少一个第一清理流调节装置130，然后可以调节清理隔离装置170，使气体进入流体通道123。接着，可调节至少一个第二清理流调节装置140，使排气流121流出第二清理口145。
可选择地，操作者可关闭第二流调节装置140，并打开EGR排气风档120。这可使排气流121流出涡轮机的排气部分150。
至少一个第一清理流调节装置130允许来自进口部分149的气体清理EGR系统100流体通道123内的排气流121。
图4是根据本发明第四实施例，示意性说明了用于清理排气流121的系统的实例。如图4所示，在该第四实施例中的涡轮机中，部分清理管线165可与涡轮机的进口部分149一体设置。这可允许通常包括压缩机等的进口部分将排气流121抽出EGR系统100外。
在使用中，当涡轮机不产生排气流121时；或者，当EGR系统100不运行时；或者，当EGR系统100的部件故障时；或者，在EGR清理系统125操作者所决定的任何时间内；EGR清理系统125可开始运行。
当EGR系统100不运行时，EGR进口风档115和EGR出口风档130可关闭，EGR滑轨105的部件可断电，并且，EGR排风机110也可断电。
在这些或类似的条件下，EGR清理系统125可开始工作。涡轮机可在任何允许气体流过清理管线165的方式下运行。在此，涡轮机吸入气体。清理管线165与进口部分149一体设置可在清理管线165内产生真空。然后，可打开至少一个第一清理流调节装置130，使排气流121吸入清理隔离管线165。接着，至少一个第二清理流调节装置140允许气体吸入EGR系统100，从而，清理排气流121的流体通道123。
在此使用的术语仅起到描述特殊实施例的目的，不能认为是对本发明的限制。如果上下文中没有其他明确指出，在此使用的单数形式“一个”或“该”也可认为包括其他复数形式。还应进一步理解，该说明书中使用的术语“包含”和/或“包含有”说明的是所述特征，整体，步骤，运行，元件，和/或组分，并不能排除一个或多个其他特征，整体，步骤，运行，成分，组分和/或其组合。
虽然在此说明并描述了具体实施例，应当理解，任何被认为能实现同样目的的设置可以替换说明的具体实施例，并且，本发明在其他环境中具有其他应用。本申请意图覆盖本发明的任何改动或变动。所附权利要求决不能被认为是将本发明的范围限制于在此所述的具体实施例。
Claims (16)
1.一种从废气再循环（EGR）系统清理排气流的方法，其中，排气流从燃气涡轮排出；该方法包括：
提供燃气涡轮，包括：进口和排气部分；其中燃气涡轮可操作地产生排气流；
提供废气再循环系统，包括：第一区，第二区；废气再循环滑轨，废气再循环进口风挡，和废气再循环出口风挡；其中，废气再循环系统降低了排气流内的组分的水平并且促进了浓缩CO2的分离和去除；
提供废气再循环清理系统，包括：置于该第一区内的第一清理流调节装置，和置于该第二区内的第二清理流调节装置；
当废气再循环系统不工作时，可操作地使用无害流体操作该废气再循环清理系统以去除废气再循环系统中存在的排气流的残留物；
当废气再循环系统工作时，在第一清理流调节装置的第一区和第二清理流调节装置的第二区之间建立废气再循环系统内的压力平衡；以及
在该废气再循环系统的第一区和第二区之间建立压降。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，排气流的流量为1,000磅/小时至50,000,000磅/小时，温度为华氏50度至华氏1500度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一区和该第二区之间的压降为1英寸水柱至30英寸水柱。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该废气再循环清理系统还包括：置于该第一区内的第一清理口，和置于该第二区内的废气再循环清理送风机；并且其中，该废气再循环清理送风机通过该第一清理口将排气流驱出该废气再循环系统。
5.如权利要求1的方法，其特征在于，该废气再循环清理系统还包括：置于该第二区内的第二清理口，和该置于该第二区内的废气再循环清理排风机；并且其中，该废气再循环清理排风机将排气流抽出该废气再循环系统。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该废气再循环清理系统还包括：清理管线；其中该清理管线使该废气再循环清理系统和该燃气涡轮连为一体，从而允许该燃气涡轮通过该第二清理口将排气流驱出该废气再循环系统。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，废气再循环清理送风机可操作地在第一区和第二区之间建立1英寸水柱至30英寸水柱的压降。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该废气再循环清理系统还包括：清理管线；其中该清理管线使该废气再循环清理系统和该燃气涡轮连为一体，从而允许该燃气涡轮将排气流抽出该废气再循环系统。
9.一种从废气再循环（EGR）系统（100）清理排气流（121）的系统，其中排气流（121）由燃气涡轮（147）产生；该系统包括：
燃气涡轮，包括：进口和排气部分；其中燃气涡轮可操作地产生排气流；
废气再循环系统（100），包括：第一区（101），第二区（103）；废气再循环滑轨，废气再循环进口风挡，和废气再循环出口风挡；其中，废气再循环系统（100）降低了排气流（121）内组分的水平并且促进了浓缩CO2的分离和去除；和
废气再循环清理系统（125），包括：置于该第一区（101）内的第一清理流调节装置（130），和置于该第二区（103）内的第二清理流调节装置（140）；
其中，当废气再循环系统不工作时，该废气再循环清理系统（125）可操作地使用无害流体去除废气再循环系统（100）中存在的排气流的残留物；
其中，当废气再循环系统工作时，第一清理流调节装置（130）的第一区和第二清理流调节装置（140）的第二区允许废气再循环系统（100）内压力平衡；以及
其中，该废气再循环清理系统（125）可操作地在该废气再循环系统的第一区（101）和第二区（103）之间建立压降。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，排气流（121）流量为1,000磅/小时至50,000,000磅/小时，温度为华氏50度至华氏1500度。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，该第一区（101）和该第二区（103）之间的压降为从1英寸水柱至30英寸水柱。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，该废气再循环清理系统（125）还包括：置于该第一区（101）内的第一清理口（135），和置于该第二区（103）内的废气再循环清理送风机（155）；并且其中，该废气再循环清理送风机（155）通过该第一清理口（135）将排气流（121）驱出该废气再循环系统（100）。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，该废气再循环清理系统（125）还包括：置于该第二区（103）内的第二清理口（145），和该置于该第二区（103）内的废气再循环清理排风机（160）；并且其中，该废气再循环清理排风机（160）将排气流（121）抽出该废气再循环系统（100）。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，该废气再循环清理系统（125）还包括：清理管线（165）；其中该清理管线（165）使该废气再循环清理系统（125）和该燃气涡轮（147）连为一体，从而允许该燃气涡轮（147）通过该第二清理口（145）将排气流（121）驱出该废气再循环系统（100）。
15.如权利要求12所述的系统，其特征在于，废气再循环清理送风机可操作地在第一区和第二区之间建立1英寸水柱至30英寸水柱的压降。
16.如权利要求9所述的系统，其特征在于，该废气再循环清理系统还包括：清理管线（165）；其中该清理管线（165）使该废气再循环清理系统（125）和该燃气涡轮（147）连为一体，从而允许该燃气涡轮（147）将排气流（121）抽出该废气再循环系统（100）。
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