CN104204461A - 用于运行燃气轮机的方法和用于实施该方法的燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

在一种用于运行燃气轮机(11)的方法中借助于选择性催化装置(14)在添加NH3的情况下从燃气轮机(11)的废气中去除NOx。在同时节约NH3的消耗和在废气中避免NH3的情况下通过以下方式实现极其少的NOx含量，即在燃气轮机(11)的运行条件变化的情况下通过调节一部分废气的再循环将废气的NOx含量保持在恒定的水平上，并且针对恒定的NOx水平调整在选择性催化装置(14)中NH3的添加。

Description

用于运行燃气轮机的方法和用于实施该方法的燃气轮机
技术领域
本发明涉及燃气轮机的领域。本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于运行燃气轮机的方法。此外本发明涉及一种用于实施该方法的燃气轮机和带有燃气轮机的联合发电设备(Kombikraftwerk)。
背景技术
为了进一步提高燃气轮机的功率和效率，将燃烧温度进一步提升。更高的燃烧温度可导致在废气中更高含量的不期望的NOx。然而考虑到燃料的混合、泄漏和滞留时间通过优化的燃烧技术在废气中降低NOx含量具有极限。通过燃烧技术进一步降低似乎不可实现。
因此必须考虑，如何通过使用在燃烧之后使用的方法能够降低在废气中的NOx含量。
从F.Güthe等人的文章“在高压下测试的阿尔斯托姆连续燃气轮机燃烧器的烟道气再循环(2011ASME涡轮博览会的论文集，2011年6月6－10日，加拿大，温哥华，GT2011－45379)”("Flue Gas Recirculation of the Alstom Sequential Gas Turbine Combustor Tested at High Pressure", Proc. ASME Turbo Expo 2011, June 6-10, 2011, Vancouver, Canada, GT2011 -45379)中已知(参见该文章的附图5)，在确定的条件下通过废气再循环(Flue Gas Recirculation FGR)能够强烈地影响确切说降低在燃气轮机的废气中的NOx含量。
从出版文件US 2009/0284013 A1已知一种这样的方法和一种这样的装置，即在其中在联合发电设备的燃气轮机的废气中的NOx含量通过如下方式降低，即一方面通过废气再循环实现降低并且另一方面在通向废热蒸气发生器的废气流中布置有干燥的三元催化器。虽然这种类型的催化器避免使用NH3和由此关联的带有NH3的废气的污染的问题(“NH3溜走”(NH3 slipping))，然而由于所应用的催化器材料这种催化器非常地昂贵。
发明内容
因此本发明的目标是，给出一种用于运行燃气轮机的方法，该方法在使用NH3的情况下工作，然而尽可能避免与此关联的问题。
此外本发明的目标是，给出一种用于实施该方法的燃气轮机。
这个和其它的目标通过权利要求1和7的特征的总体解决。
在根据本发明的方法中借助于选择性催化装置在添加NH3的情况下从燃气轮机的废气中去除NOx，其中在燃气轮机的运行条件变化的情况下通过调节一部分废气的再循环将废气的NOx含量保持在恒定的水平上，并且针对恒定的NOx水平调整在选择性催化装置中NH3的添加。
因此可实现，即使在运行条件改变时也总是精确地给选择性催化提供去除NOx所必要的量的NH3。
根据本发明的方法的一种设计方案的特征在于，来自燃气轮机的废气的NOx含量通过废气再循环同时地持久地降低。由此能还更有效地从废气去除或者消除NOx。
根据本发明的方法的另一设计方案的特征在于，将废气在在选择性催化装置中进行选择性催化还原之前引导通过带有直接接触冷却器的冷却装置。通过与此关联的洗涤效果能将NOx去除的效能改进10-30%。
尤其地在此为了使洗涤效果最佳化在冷却装置中调节pH值和氧化剂的添加。
根据本发明的用于实施根据本发明的方法的燃气轮机具有利用NH3工作的在下游连结的选择性催化装置以用于去除来自燃气轮机的废气的NOx。该燃气轮机的特征在于，燃气轮机装备有调节的废气再循环。
根据本发明的燃气轮机的一种设计方案的特征在于，将用于再循环废气的废气再循环构造到燃气轮机的入口上。
根据本发明的燃气轮机的另一设计方案的特征在于，在选择性催化装置前布置有带有直接接触冷却器的冷却装置。
尤其地冷却装置构造成用于洗涤废气。
根据本发明的燃气轮机的另一设计方案的特征在于，设置有控制器，其与废气再循环相连接并且根据在废气中NOx含量调节废气再循环。
根据本发明的燃气轮机的另一设计方案的特征在于，燃气轮机装备有连续的燃烧系统。这样的燃气轮机例如从文件EP 0 620 362 B1中得到，其中该出版文件形成本说明书的集成的部分。
带有根据本发明的燃气轮机的联合发电设备也属于本发明。
附图说明
下面借助于实施例结合图纸来详细地解释本发明。其中：
图1在简化的设备示意图中显示了根据本发明的实施例的带有燃气轮机的联合发电设备。
具体实施方式
在图1中在简化的设备示意图中示出了根据本发明的实施例的带有燃气轮机11的联合发电设备10。该联合发电设备10除了燃气轮机11之外还包括水/蒸汽循环12，该水/蒸汽循环12的废热蒸汽发生器19由燃气轮机11的废气穿流并且利用从废气中获取的热量产生用于带有高压蒸汽涡轮20、中压蒸汽涡轮21以及低压蒸汽涡轮22的蒸汽涡轮组件的蒸汽。从低压蒸汽涡轮22中出来的蒸汽在冷凝器24中冷凝。产生的水借助于泵25在循环中泵送回到废热蒸汽发生器19。
废气在流动经过废热蒸汽发生器19之后在分叉部26中分开。一部分在废气回路管23中通过冷却器27借助于鼓风机28返回到燃气轮机11的入口并且在该处(与对于燃烧所必需的周围空气18一起)进入到燃气轮机11的压缩机15中。
废气的另一部分通过冷却装置13到达到选择性催化装置14中，在其中通过添加NH3(34)将NOx转化成N2并且从而从废气中去除NOx。然后最后得到的废气35可向外散出。
冷却装置13包括直接接触冷却器(DCC)29，在该直接接触冷却器中水(水在封闭的循环中环流并且借助于泵30通过热交换器31泵送返回到直接接触冷却器29)喷射到废气流中并且因此冷却废气流。通过在喷射的水和废气之间紧密的接触能同时地生产洗涤效果，其有利于去除NOx。对此能以受控的方式将氧化剂36例如NaOCl或O3或H2O2添加给水循环。此外可在循环中控制pH值。
在流过冷却装置13后废气到达选择性催化装置14中，在其中使废气与氨34进行彻底接触。
废气再循环(FGR)和选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction SCR)的组合对于本发明是重要的，其中如此调节废气再循环，即即使在燃气轮机11运行条件变换时也实现在废气中恒定的低的NOx含量。当维持废气中的这样的恒定的低的NOx含量时，一方面能节省NH3，另一方面使在选择性催化装置14中的NH3的添加与NOx含量的调节的值精确地相匹配，从而强烈地降低或者完全避免带有NH3的废气35的污染。以此方式在废气35中实现极其低的NOx含量并且NH3的消耗和带有NH3的污染保持较低。
为了实施该方法设置有控制器32，其一方面(例如通过鼓风机28)调节废气再循环并且另一方面(当必要时)调整在选择性催化装置14中NH3的添加。此外能够由控制器32控制在冷却装置13中的洗涤效果。在废气中NOx含量的变化能通过NOx传感器33探测，该NOx传感器33例如布置在选择性催化装置14的入口前之前并且将测量值发送给控制器32。
在NOx含量方面在以下情况时也是有利的，即当燃气轮机11装备有连续燃烧并且包括两个燃烧室16和16'以及两个涡轮17和17'时。
总体而言本发明通过下面的特征和优点而出众：
· 应用来自选择性催化还原(SCR)和废气再循环(FGR)的组合；
· 降低或者避免带有氨的废气的成本高的污染；
· 如此控制废气再循环，即即使在燃气轮机的运行条件不同时下也在废气中保持恒定的NOx含量；
· 用于选择性催化还原的氨的添加与在废气中保持恒定的NOx含量相匹配；
· 附加地能鉴于选择性催化还原监测NO与NO2的比例；
· 在直接接触冷却器29中的洗涤效果能取决于NO/NO2比例和直接接触冷却器的运行(考虑到pH值和氧化剂添加物)使NOx去除的效能上升10-30%。
根据图1的组件也包括这样的变型方案，即在其中将直接接触冷却器(DCC)29布置在废气分离部之前，从而其能处理全部废气质量流。
参考标号列表
10 联合发电设备
11 燃气轮机
12 水/蒸汽-循环
13 冷却装置
14 选择性催化装置
15 压缩机
16,16' 燃烧室
17,17' 涡轮
18 周围空气
19 废热蒸汽发生器
20 高压蒸汽涡轮
21 中压蒸汽涡轮
22 低压蒸汽涡轮
23 废气回路管
24 冷凝器
25 泵
26 分叉部
27 冷却器
28 鼓风机
29 直接接触冷却器
30 泵
31 热交换器
32 控制器
33 NOx传感器
34 NH3
35 废气
36 氧化剂

Claims (14)

1.一种用于运行燃气轮机(11)的方法，在该方法中借助于选择性催化装置(14)在添加NH3的情况下从所述燃气轮机(11)的废气中去除NOx，其特征在于，在燃气轮机(11)的运行条件变化的情况下通过调节一部分废气的再循环将所述废气的NOx含量保持在恒定的水平上，并且针对恒定的NOx水平调整在所述选择性催化装置(14)中NH3的添加。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，来自于所述燃气轮机(11)的或者从所述燃气轮机(11)中导出的废气的NOx含量通过所述废气再循环同时地持久地降低。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述废气在在所述选择性催化装置(14)中进行选择性催化还原之前引导通过冷却装置(13)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用直接接触冷却器(29)运行所述冷却装置(13)。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述冷却装置(14)中调节pH值和增添剂、氧化剂(36)的添加。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使用NaOCl和/或O3和/或H2O2作为氧化剂。
7.根据权利要求1－6中任一项所述的方法，其特征在于，所述直接接触冷却器(29)布置在废气的分离部之前，并且与全部废气质量流处于有效连接。
8.一种用于实施根据权利要求1－4中任一项所述的方法的燃气轮机(11)，该燃气轮机(11)具有利用NH3工作的在下游连结的选择性催化装置(14)以用于从燃气轮机(11)的废气中去除NOx，其特征在于，所述燃气轮机(11)装备有调节的废气再循环(23,26,27,28)。
9.根据权利要求8所述的燃气轮机，其特征在于，所述废气再循环(23,26,27,28)构造成用于将废气再循环到所述燃气轮机(11)的入口上。
10.根据权利要求8或9所述的燃气轮机，其特征在于，在所述选择性催化装置(14)之前布置有带有直接接触冷却器(29)的冷却装置(13)。
11.根据权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，所述冷却装置(13)构造成用于洗涤废气。
12.根据权利要求8－11中任一项所述的燃气轮机，其特征在于，设置有控制器(32)，所述控制器(32)与所述废气再循环(23,26,27,28)连接并且根据在所述废气中的NOx含量调节所述废气再循环。
13.根据权利要求8－12中任一项所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机(11)装备有连续的燃烧系统(16,16',17,17')。
14.一种带有根据权利要求8-13中任一项所述的燃气轮机(11)的联合发电设备(10)。
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