CN101435388A - 用于egr净化系统的辅助流体源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于EGR净化系统的辅助流体源，具体而言，排气再循环(EGR)系统(100)中的排气应进行净化，以容许接近EGR系统(100)的构件。本发明提供了一种用于净化EGR系统(100)的系统和方法。该系统和方法可包含净化气体供给(175)，其可包括：至少一个加压圆筒(180)、储罐(185)、压缩机(190)或无害流体源(195)。该系统和方法可将排气驱出EGR系统(100)。

Description

用于EGR净化系统的辅助流体源
技术领域
本申请涉及于2007年10月30日提交的共同转让的美国专利申请No.11/928,038[GE案件目录号227348]；于2007年11月8日提交的美国专利申请No.11/936,996[GE案件目录号228178]；以及于2007年11月14日提交的美国专利申请No.11/939,709[GE案件目录号229516]。
本发明涉及一种用于涡轮机械的排气再循环(EGR)系统，并且更具体地涉及用于净化来自EGR的排气的系统。
背景技术
人们对于氮氧化物(以下为NOX)、二氧化碳(以下为“CO2”)以及硫氧化物(SOX)的排放对环境的长期影响的担忧日益增加。由涡轮机械，例如燃气涡轮机排放的这些排放物的可允许的水平被严格地限制。涡轮机械的操作员期望有降低NOX、CO2和SOX排放水平的方法。
在排气流中存在极大量的可凝结的蒸汽。这些蒸汽通常包含各种成分，例如水、有机酸和无机酸、醛、烃类、硫氧化物和氯化合物。在未处理的情况下如果容许这些成分进入燃气涡轮机中的话，将加速内部构件的腐蚀和结垢。
排气再循环(EGR)通常涉及将排气的一部分通过涡轮机械的入口部分进行再循环，在燃烧之前这一部分在入口处与进入的气流相混合。这个过程有利于去除和分离浓缩的CO2，并且还降低了NOX的排放。
出于维护、检查、修理或其它目的可能需要接近EGR系统构件。在接近前；当EGR系统不使用时；或者当涡轮机械不产生排气时，EGR系统中冷凝，导致构件的腐蚀。
与净化EGR系统相关联的费用典型地随着所使用的EGR净化系统的类型而变化。
出于前述原因，需要一种用于净化EGR系统的系统和方法。在使用之后，该系统应容许接近EGR系统的构件，并减少这些构件的腐蚀的可能性。该EGR系统应具有较少的构件，并提供具有成本效率的操作。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于净化来自至少一个排气再循环(EGR)系统100的排气流135的系统，其中排气流135离开涡轮机械；该系统包括至少一个EGR系统100和EGR净化系统145，该至少一个EGR系统100包括：第一区域105、第二区域110、EGR滑板(skid)115、EGR入口气门125和EGR排气气门130；其中该至少一个EGR系统100降低排气流135中的成分水平；EGR净化系统145包括：至少一个定位在第一区域105中的第一净化流调节装置150、至少一个定位在第二区域110中的第二净化流调节装置155、净化出口160和净化气体供给175；其中至少一个第一净化流调节装置150和至少一个第二净化流调节装置155的位置容许EGR系统100中的压力平衡；其中EGR净化系统145可在EGR第一区域105和EGR第二区域110之间建立压力降；并且其中EGR净化系统145使用净化气体供给175中的无害流体147净化来自至少一个EGR系统100的排气流135。
排气流135可包括大约1,000磅/小时至大约50,000,000磅/小时的流率和大约50华氏度至大约1500华氏度的温度。
第一区域105和第二区域110之间的压力降可为大约1英寸水柱至大约30英寸水柱。
EGR净化系统145还可包括：至少一个净化管线165和至少一个净化隔离装置170，其中该净化管线165将EGR净化系统145与净化气体供给175结合为一体。
净化气体供给175可容许无害流体147将排气流135通过净化出口160而驱出EGR系统100。
无害流体147可包括：空气、压缩空气、氮气或其组合。此外，无害流体147可包括氮气。
净化气体供给175可包括至少一个加压圆筒180，其中该至少一个加压圆筒180存储无害流体147。备选地，净化气体供给175可包括储罐185和至少一个压缩机190，其中该至少一个压缩机190驱动无害流体147穿过EGR净化系统145。备选地，净化气体供给175可包括无害流体源195，其中该无害流体源195提供了无害流体147。
附图说明
图1是示意图，其显示了根据本发明第一实施例的用于净化排气流的系统的示例。
部件列表
100           排气再循环系统
105           第一区域
110           第二区域
115           EGR滑板
120           EGR风扇
125           EGR入口气门
130           EGR排气气门
135           排气流
140           流动路径
145           EGR净化系统
147           无害流体
150         第一净化流调节装置
155         第二净化流调节装置
160         净化出口
165         净化管线
170         净化隔离装置
175         净化气体供给
180         加压圆筒
185         储罐
190         压缩机
195         无害流体源
具体实施方式
以下优选实施例的详细说明参照了附图，附图显示了本发明的特定的实施例。其它具有不同结构和操作的实施例并没有脱离本发明的范围。
在这里某些术语可能仅出于方便读者的目的而使用，且不应被认为是对本发明范围的限制。例如，词语诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”等等，都仅仅是描述图中所示的构造。实际上，本发明实施例的元件或多个元件可定向在任何方向上，并且因此除非另行说明，否则这些术语应被理解为包含了这种变化。
EGR系统接收来自涡轮机械的一部分排气(以下称为“排气流”)，降低排气流中的前述成分的水平，之后使排气流再循环至涡轮机械的入口部分。该过程利于降低排气流中的排放物的水平，并容许除去和分离浓缩的CO2。
EGR系统中的排气流在以下情况下应进行净化，例如但不限于：a)EGR系统可能不在使用中；b)涡轮机械已经断开或执行点火停机(fired shutdown)；c)当操作员出于修理、检查或维护的目的而试图接近EGR构件时；或d)出于任何其它原因应净化排气流时。本发明的一个实施例具有净化来自EGR系统的排气流的技术效果。存在于EGR系统中的排气流可能出于各种原因而需要净化，例如，但不限于，当操作员为了检查、修理、维护等目的而可能需要接近EGR系统构件时。
本发明可应用于产生气态流体的各种涡轮机械，例如但不限于重型燃气涡轮机；航空派生燃气涡轮机等等。本发明的一个实施例可应用于单个涡轮机械或多个涡轮机械。本发明的一个实施例可应用于以简单循环或复合循环结构运行的涡轮机械。
总的说来，本发明的一个实施例的EGR净化系统包括多个元件。这些元件的构造和顺序可由与EGR系统结合为一体的涡轮机械的构造来确定。总的说来，EGR净化系统用无害流体置换EGR回路中的排气流，该无害气体例如但不限于环境空气、压缩空气和氮气。如以下所述，有多个可用来完成排气流净化的装置。
本发明可提供用作灭火系统的额外的好处。这里，如果供EGR净化系统使用的无害流体147是氮气，那么操作员可在EGR系统100内正在发生的火灾期间利用氮气进行净化。
本发明的元件可由任何能承受运行环境的材料制成，EGR净化系统可在该运行环境下起作用并运转。这些元件包括例如，但不限于第一净化流调节装置、第二净化流调节装置、净化出口和净化气体供给。
现在参看图1，这是一张示意图，其显示了根据本发明第一实施例的用于净化排气流135的系统的一个示例。图1显示了EGR系统100和EGR净化系统145。
图1中所示的EGR系统100包括：第一区域105、第二区域110、EGR滑板115、EGR风扇120、EGR入口气门125、净化气体供给175以及EGR排气气门130，该EGR系统100可与涡轮机械的排气部分(图1中未显示)结合为一体。
该至少一个EGR系统100可具有一个尺寸，并且由能够承受排气流135的物理特性的材料制成，该物理特性包括例如，但不限于大约1000磅/小时至大约50000000磅/小时的流率和大约50华氏度数至大约1500华氏度的温度。
EGR系统100的流动路径140可由入口部分和排气部分(图1中未显示)限定边界。第一区域105可被认为是定位在涡轮机械入口部分附近的EGR系统100的部分。第二区域110可被认为是定位在涡轮机械排气部分附近的EGR系统100的部分。
EGR滑板115通常包括EGR系统100的一些构件，这些构件降低排气流135中的前述成分的水平。这些构件可包括至少一个热交换器、至少一个洗涤器、至少一个除雾器或相似的构件(图中都未显示)。EGR风扇120可在EGR系统100的运行期间使排气进行循环。
总的说来，在EGR系统100的运行期间，EGR排气气门130可打开以容许至少一个排气流135从涡轮机械的排气部分进入到EGR第二区域110中。之后，EGR滑板115可降低排气流135中的成分水平。接下来，EGR入口气门125可打开，以容许再循环的排气流135进入涡轮机械的入口部分。
EGR系统100在不使用时应进行净化，例如，但不限于当涡轮机械不产生排气时。当EGR系统100不使用时，可关闭入口气门和排气气门115，120；EGR风扇120可关闭；并且EGR滑板115可以不运转。这些状态可容许EGR系统100变成一种包含容器或类似物，且排气流135包含在其内部。因此，排气流135应从EGR系统100中被净化。
净化EGR系统100的好处可包括例如，但不限于容许对EGR系统100中的前述构件进行检查、维护或修理。EGR净化系统145可包括这样一些构件，这些构件容许排气泄漏出EGR系统100，从而防止EGR系统100在不使用时变成一种包含容器。
净化还可能有利于防止在EGR系统100内发生腐蚀。当EGR系统100不使用时，留在EGR系统100中的排气流135可最终冷凝，可能导致在EGR系统100中形成酸和/或形成液体。
当构件的故障阻碍了排气流135在EGR系统100中的循环时，也可使用EGR净化系统145。这里，EGR净化系统145可从EGR系统100中除去排气流135。
图1中所示的EGR净化系统145包括：至少一个第一净化流调节装置150、至少一个第二净化流调节装置155、至少一个净化出口160、净化管线165、净化管线隔离装置170和净化气体供给175。
如所述，EGR净化系统145的构件的定位可确保流动路径135被净化。如图1中所示，至少一个第一净化流调节装置150可定位在第一区域105中；而至少一个第二净化流调节装置155可定位在第二区域110中。至少一个第一净化流调节装置150和至少一个第二净化流调节装置155的位置可容许净化EGR系统100的流动路径140；并且还容许在第一区域105和第二区域110之间达成压力平衡。
至少一个第一净化流调节装置150和至少一个第二净化流调节装置155可以是气门、出口或其它类似的装置。在本发明的实施例中，第一净化流调节装置150的一部分可与净化管线165结合为一体。净化管线165的相反端可与净化气体供给175结合为一体。
净化隔离装置170可定位在净化管线165上，并可防止从净化气体供给175流向第一调节装置150。该净化隔离装置170可以是阀门，或能够限制来自净化气体供给175的流的任何其它类似的装置。
如上所述，净化气体供给175通常包括无害流体147，该无害流体147用于净化来自EGR净化系统145的排气流135。该无害流体147可包括，例如，但不限于：空气、压缩空气、压缩氮气或其组合。在本发明的一个实施例中，无害流体147可存储在至少一个加压圆筒180中。
在本发明的一个备选实施例中，无害流体147可存储在至少一个储罐185中，该储罐185可与压缩机190结合为一体。压缩机可驱动无害流体147从净化气体供给175流向第一净化流调节装置150。
在本发明的另一备选实施例中，无害流体147可直接或间接地从任何其它可获得的无害流体源195中流出。例如，但不限于，无害流体源195可包括可能经历沸腾过程或相似过程的液态氮罐(未显示)；其将液态氮转换成气态氮。备选地，例如，但不限于，无害流体源195可包括定位在现场的压缩的流体气体管线。
净化出口160可定位在第二区域110中，并与第二净化流调节装置155结合为一体。净化出口160的下游端可向大气开放。备选地，净化出口160的下游端可与一个系统，例如，但不局限于通风系统结合为一体，该系统可从EGR系统100接收净化的排气。
本发明的一个备选实施例可用作用于EGR系统100的灭火系统或类似物。如果氮气或相似的灭火流体被用作无害流体，那么EGR净化系统145在这样不太可能的事件中可用来帮助熄灭EGR系统100中的火。
在使用过程中，当涡轮机械不产生流过EGR系统100的排气时；或者当EGR系统100不运转时；或者当EGR系统100的构件发生故障时；或者当EGR净化系统145的操作员决定使用EGR净化系统145的任何时候，EGR净化系统145都可起作用。
总的说来，当EGR系统100不运转时，EGR入口气门125和排气气门130可关闭；EGR滑板115的构件可不被激励，并且EGR风扇120也可不被激励。
在这些(或相似的)条件下，EGR净化系统145可开始运转。可调节至少一个第二净化流调节装置155，容许一部分排气流135通过净化出口160而流出流动路径140。接下来，可准备净化气体供给175以通过净化管线165输送无害流体147。这里，例如，但不限于，将至少一个储存无害流体147的压缩圆筒构造成容许无害流体147进入净化管线165中。备选地，如果净化气体供给175包括压缩机和包含无害流体147的储罐，那么可激励并配置压缩机以容许无害流体147进入净化管线165中。
接下来，可调节净化隔离装置170以容许无害流体147流向至少一个第一净化流调节装置150，之后可调节至少一个第一净化流调节装置150以容许无害流体147进入流动路径140中。
净化气体供给175可在流动路径140中产生大约1英寸水柱至大约30英寸水柱的压力差。这容许更大部分的排气流135流出流动路径140。
备选地，操作员可关闭第二流调节装置155，并打开EGR排气气门130。这可容许排气流135流出涡轮机械的排气部分(未显示)。
这里所使用的术语仅出于描述特殊实施例的目的，并不意图要限制本发明。除非上下文中明确地另行说明，否则如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式。还应该懂得当在本说明书中使用用语“包括”时，其指所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或增加。
虽然本文已经显示和描述了特定的实施例，但是应该懂得，计划取得相同目的的任何装置都可替代所示的特定的实施例，并且本发明在其它环境中具有其它应用。本申请意图覆盖本发明的任何修改或变化。所附权利要求决非想要将本发明的范围限制在本文所述的特定的实施例中。

Claims (10)

1.一种用于净化来自至少一个排气再循环(EGR)系统(100)的排气流(135)的系统，其中，所述排气流(135)离开涡轮机械；所述系统包括：
至少一个EGR系统(100)，其包括：第一区域(105)、第二区域(110)、EGR滑板(115)、EGR入口气门(125)和EGR排气气门(130)；其中，所述至少一个EGR系统(100)降低所述排气流(135)中的成分水平；
EGR净化系统(145)，其包括：定位在所述第一区域(105)中的至少一个第一净化流调节装置(150)、定位在所述第二区域(110)中的至少一个第二净化流调节装置(155)、净化出口(160)以及净化气体供给(175)；
其中，所述至少一个第一净化流调节装置(150)和所述至少一个第二净化流调节装置(155)的位置容许所述EGR系统(100)中的压力平衡；
其中，所述EGR净化系统(145)能够在所述EGR第一区域(105)和所述EGR第二区域(110)之间建立压力降；且
其中，所述EGR净化系统(145)使用所述净化气体供给(175)中的无害流体(147)来净化来自所述至少一个EGR系统(100)的排气流(135)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排气流(135)包括大约1,000磅/小时至大约50,000,000磅/小时的流率和大约50华氏度至大约1500华氏度的温度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述第一区域(105)和所述第二区域(110)之间的压力降为大约1英寸水柱至大约30英寸水柱。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述EGR净化系统(145)还包括：至少一个净化管线(165)和至少一个净化隔离装置(170)，其中，所述净化管线(165)将所述EGR净化系统(145)与所述净化气体供给(175)结合为一体。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述净化气体供给(175)容许所述无害流体(147)通过所述净化出口(160)将所述排气流(135)驱出所述EGR系统(100)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无害流体(147)包括空气、压缩空气、氮气或其组合。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无害流体(147)是氮气。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述净化气体供给(175)包括至少一个加压圆筒(180)，其中，所述至少一个加压圆筒(180)存储所述无害流体(147)。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述净化气体供给(175)包括储罐(185)和至少一个压缩机(190)，其中，所述至少一个压缩机(190)驱动所述无害流体(147)穿过所述EGR净化系统(145)。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述净化气体供给(175)包括无害流体源(195)，其中，所述无害流体源(195)提供所述无害流体(147)。
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