CN104514599B - 用于燃气涡轮系统的排气处理的方法及排气处理组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于燃气涡轮系统的排气处理的方法及排气处理组件。本发明涉及一种操作燃气涡轮系统的方法，其中燃气涡轮系统包括压缩机、燃烧器、热回收蒸汽发生器、洗涤器、直接接触冷却器，该方法包括：将从洗涤器排放的洗涤流体引入直接接触冷却器中、使直接接触冷却器中的洗涤流体与从热回收蒸汽发生器排放的排气相接触以便从该排气移除氮氧化物的一部分；将从直接接触冷却器排放的排气给送到压缩机中。利用本发明的技术解决方案，排气中的氮氧化物借助于使用的来自洗涤器的洗涤流体还原至一定程度。该解决方案可以以简单且可行的方式来改善氮氧化物还原中的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气涡轮，具体涉及一种用于燃气涡轮系统的排气处理的方法及排气处理组件。
背景技术
燃料如煤、油、天然气、泥煤、废物等在燃烧设备如发电设备中的燃烧生成称为烟道气流的热处理气流。大体上，烟道气流包含颗粒和气态污染物，如二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)、一氧化二氮(N2O)和二氧化硫(SO2)。已经认识到了将这些气态污染物释放到大气中的不利环境影响，且已导致了发展出适于从烟道气流移除或减少此类气态污染物的量的工艺。
已经开发出了各种燃烧改进技术来控制烟道气流中的NOx的形成。这些技术大体上具有相对较低的NOx还原效率，且涉及较大的热损失。烟道气流处理技术可实现显著地高于燃烧改进技术的移除效率。此类烟道气体处理技术包括选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。SCR和SNCR技术使用氨或尿素来执行化学氧化还原反应以将NOx还原成氮(N2)和水(H2O)。然而，这些技术关联有显著的缺陷，如，SCR情况下的高成本、催化剂退化、氨滑移和设备空间，以及SNCR的情况下的窄温度窗口和氨滑移(未反应的氨)。从烟道气流化学地吸收NOx的洗涤系统向SCR和SNCR技术及其相关联的缺陷提供了备选方案。
再循环是可基本上用于燃气涡轮中的大多数多样可能目的的技术。在燃气涡轮中的排气的再循环中，排气的较大分数从整体排气支流分流，且一般在冷却和净化之后又输送至涡轮的质量进入流或涡轮压缩机。排气成分与新鲜环境空气的成分大为不同。通常，再循环的排气支流与来自周围环境的新鲜空气混合，且该混合物随后输送至压缩机。
WO 2013103990 A2中公开了一种气体处理系统，其包括具有与彼此分离的第一侧和第二侧的热交换器。第一侧限定第一入口和第一出口，且第二侧限定第二入口和第二出口。直接接触冷却器与第一出口流体连通，直接接触加热器与第一入口流体连通，且/或气体滤器与第一入口和第一出口流体连通。气体处理系统包括与第二入口和/第二出口流体连通的氨过滤系统。抑制此类振荡的可能性包括附接的阻尼装置如四分之一波长的管、亥姆霍兹阻尼器或声屏障。
US 20120102913 A1中公开了一种用于还原排放物的设备及组装方法，其中热回收蒸汽发生器(HRSG)联接到燃气涡轮发动机上，燃气涡轮发动机排放包括氮氧化物(NOx)的排气流。HRSG包括用于加热排气的基于蒸汽的加热元件，以及至少一个NOx还原元件，其联接在至少一个基于蒸汽的加热元件下游，且构造成便于减少导送到至少一个NOx还原元件中的排气中的NOx的量。
WO 2012094362 A3中公开了一种用于向化石燃料应用的HRSG施加臭氧NOx控制的方法，其中用于从来自化石燃料焚烧涡轮的排气流中还原NOx和回收废热的方法包括使节约器与蒸发器之间的排气流与臭氧气体相接触以将NO转换成二氧化氮(NO2)，从而形成包括NO2和剩余NO的排气流。该方法还包括使包括NO2和剩余NO的排气流与水雾相接触以产生包括硝酸(HNO3)和剩余NO的排气流。该方法还包括冷却包括HNO3和剩余NO的排气流，将第一剩余水膜收集在第一冷凝介质上来获取HNO3，以及移除第一水膜和HNO3。
即使在本领域中实现了较大的发展，但仍需要进一步的空间来探索以更低的成本和更高的效率还原排气中的NOx的可能途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于操作燃气涡轮系统的方法，其中燃气涡轮系统包括用于压缩入口空气的压缩机、用于使燃料气体与压缩的入口空气燃烧来形成排气的燃烧器、用于收集排气的一部分的热回收蒸汽发生器、用于在燃料给送到燃烧器中之前以洗涤流体洗涤燃料的洗涤器、用于以冷却流体来冷却从热回收蒸汽发生器排放的排气的直接接触冷却器，方法包括：将从洗涤器排放的洗涤流体引入直接接触冷却器中、使直接接触冷却器中的洗涤流体与从热回收蒸汽发生器排放的排气相接触以便从该排气移除氮氧化物的一部分；将从直接接触冷却器排放的排气给送到压缩机中。
根据本发明的一个示例性实施例，燃气涡轮系统还包括借助于冷却流体向直接接触冷却器提供冷却的冷却塔，且该方法还包括：将从冷却塔排放的冷却流体引入直接接触冷却器中。
根据本发明的一个示例性实施例，燃气涡轮系统还包括用于向直接接触冷却器提供冷却的热交换器。
根据本发明的一个示例性实施例，该方法还包括：将用于移除氮氧化物的试剂引入直接接触冷却器中。
根据本发明的一个示例性实施例，该方法还包括：将用于氧化氮氧化物的氧化剂引入直接接触冷却器中。
根据本发明的一个示例性实施例，该方法还包括：将pH控制试剂引入直接接触冷却器中。
根据本发明的一个示例性实施例，试剂包括Fe(II)、EDTA、NTA和DPTA中的至少一者。
根据本发明的一个示例性实施例，氧化剂包括过氧化氢、臭氧和等离子中的至少一者。
根据本发明的一个示例性实施例，pH控制试剂包括NaOH、NaHCO3和Na2CO3中的至少一者。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于燃气涡轮系统的排气处理组件，其中燃气涡轮系统包括用于压缩入口空气的压缩机、用于使燃料气体与压缩的入口空气燃烧来形成排气的燃烧器，该组件包括：用于收集排气的一部分的热回收蒸汽发生器；用于在燃料气体给送到燃烧器中之前以洗涤流体来洗涤燃料气体的洗涤器、用于以冷却流体来冷却从热回收蒸汽发生器排放的排气的直接接触冷却器，其中洗涤器与直接接触冷却器流体地连接，以便将从洗涤器排放的洗涤流体引入直接接触冷却器中，热回收蒸汽发生器与直接接触冷却器流体地连接，以便使直接接触冷却器中的洗涤流体与从热回收蒸汽发生器排放的排气相接触，以从该排气移除氮氧化物的一部分；直接接触冷却器与压缩机流体地连接以将从直接接触冷却器排放的排气给送到压缩机中。
根据本发明的一个示例性实施例，该组件还包括：将用于移除氮氧化物的试剂引入直接接触冷却器中的试剂供应装置；将用于氧化氮氧化物的氧化剂引入直接接触冷却器中的氧化剂供应装置，用于将pH控制试剂引入直接接触冷却器中的pH控制试剂供应装置。
根据本发明的一个示例性实施例，该组件还包括：借助于冷却流体向直接接触冷却器提供冷却的冷却塔，其与直接接触冷却器流体连接以将从冷却塔排放的冷却流体引入直接接触冷却器中。
根据本发明的一个示例性实施例，该组件还包括：用于向直接接触冷却器提供冷却的热交换器。
利用本发明的技术解决方案，排气中的氮氧化物借助于使用的来自洗涤器的洗涤流体还原至一定程度。该解决方案可以以简单且可行的方式来改善氮氧化物还原中的效率。
附图说明
在参照附图阅读仅为了举例的目的给出的本发明的优选实施例的以下非限制性描述时，本发明的目的、优点和其它特征将变得更清楚，附图中相似的参考标号可用于表示相似的元件，且在附图中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的具有排气处理的燃气涡轮系统的示意图；
图2示出了根据本发明的另一个实施例的具有排气处理的燃气涡轮系统的示意图；以及
图3示出了根据本发明的另一个实施例的具有排气处理的燃气涡轮系统的示意图。
零件清单
10 燃气涡轮系统
102 燃料气体和环境空气的混合物
105 混合器
110 压缩机
120 燃烧器
130 涡轮
140 热回收蒸汽发生器
142 从热回收蒸汽发生器排放的排气
150 直接接触冷却器
152 冷却流体
154 从直接接触冷却器排放的排气
156 氧化剂
158 试剂
159 从直接接触冷却器排放的冷却流体
160 洗涤器
162 洗涤流体
164 燃料气体
166 从洗涤器排放的燃料气体
168 从洗涤器排放的洗涤流体
170 冷却塔
172 从冷却塔排放的冷却流体
180 热交换器
184 入口冷却流体
186 出口冷却流体
190 冷却流体处理装置
192 从冷却流体处理装置排放的冷却流体。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的具有排气处理的燃气涡轮系统10的示意性实例。燃气涡轮系统10包括用于压缩入口空气的压缩机110、用于使燃料气体与压缩的入口空气燃烧来形成排气的流体地连接的燃烧器120，以及用于使排气膨胀来驱动负载的流体地连接的涡轮130。燃气涡轮系统10还包括用于收集从涡轮130排放的排气的至少一部分的热回收蒸汽发生器(HRSG)140、用于利用洗涤流体162如水在燃料气体164给送到燃烧器120中之前洗涤燃料气体164以便移除硫化物或其它还原含硫化合物的洗涤器160、用于以冷却流体152如水来冷却从热回收蒸汽发生器140排放的排气142的直接接触冷却器150。在洗涤器160中洗涤之后，燃料气体166给送到燃烧器120中来用于燃烧。
在本发明的一个示例性实施例中，从洗涤器160排放的洗涤流体168引入直接接触冷却器150中来接触排气142，以便借助于在从燃料气体吸收的洗涤流体168中硫化物和其它还原含硫化合物之间的反应来从该排气移除氮氧化物的一部分(NOx)。此后，从直接接触冷却器150排放的排气154给送到压缩机110中。在本发明的一个示例性实施例中，燃气涡轮系统10包括混合器105，其使排气154与其中的环境空气相混合。然后，排气154和环境空气的混合物102给送到压缩机110中。
在本发明的一个示例性实施例中，为了进一步从排气142移除NOx和其它杂质和污染物，试剂158和氧化剂156引入直接接触冷却器150中。试剂158包括Fe(II)、EDTA、NTA和DPTA和具有亚硫酸盐和硫化物的其它螯合剂中的至少一者。氧化剂156包括过氧化氢、臭氧和等离子中的至少一者。还将构想出的是将pH控制剂引入直接接触冷却器150中来控制其中流体的pH。pH控制剂可包括NaOH、NaHCO3和Na2CO3中的至少一者。
图2示出了如图1中所示的燃气涡轮系统10的变型。根据如图2中所示的一个示例性实施例，燃气涡轮系统10包括冷却塔170，其用于借助于冷却流体如水来向直接接触冷却器150提供冷却。从冷却塔170排放的冷却流体172引入直接接触冷却器150中。在另一个示例性实施例中，冷却流体172可在相同供应管线中与试剂152组合。在直接接触冷却器150中使用之后，冷却流体159可回到冷却塔170来用于再循环。
图3示出了如图1中所示的燃气涡轮系统10的另一个变型。根据如图3中所示的一个示例性实施例，燃气涡轮系统10包括用于通过冷却流体如水向直接接触冷却器150提供冷却的热交换器180。在该实施例中，如图2中所示，用于直接接触冷却器150中的冷却流体可与冷却塔170中的冷却流体分开。在图3中，在使用和从直接接触冷却器150排放之后，冷却流体159引入热交换器180中来用于冷却。然后，从热交换器180排放的冷却流体可直接地引入直接接触冷却器150中。作为备选或此外，冷却流体处理装置190可连接到热交换器180下游，以用于再生在直接接触冷却器150中使用的冷却流体。在此情况下，从冷却流体处理装置190排放的冷却流体192可引入直接接触冷却器150中。如上文所述，试剂158可在相同的供应管线中与冷却流体192组合。对于热交换器，入口冷却流体184如水和出口冷却流体186可来自另一个冷却装置且流至另一个冷却装置，如，图2中所示的冷却塔170，以用于热交换器180的冷却。
作为本发明的一个实施例，提出了一种用于燃气涡轮系统10的排气处理组件。如图1中所示，排气处理组件可包括：用于收集排气的一部分的热回收蒸汽发生器140；用于在燃料气体给送到燃烧器120之前以洗涤流体如水洗涤燃料气体的洗涤器160，用于以冷却流体如水冷却从热回收蒸汽发生器140排放的排气的直接接触冷却器150，其中洗涤器160与直接接触冷却器150流体地连接以将从洗涤器160排放的洗涤流体引入直接接触冷却器150中，热回收蒸汽发生器140与直接接触冷却器150流体地连接，以便使直接接触冷却器150中的洗涤流体与从热回收蒸汽发生器140排放的排气相接触，以从该排气移除氮氧化物的一部分；直接接触冷却器150与压缩机120流体地连接，以将从直接接触冷却器150排放的排气给送到压缩机120中。
尽管未示出，但排气处理组件还可包括将用于移除氮氧化物的试剂158引入直接接触冷却器150中的试剂供应装置；将用于氧化氮氧化物的氧化剂156引入直接接触冷却器150中的氧化剂供应装置，以及用于将pH控制试剂引入直接接触冷却器150中的pH控制试剂供应装置。
如图2中所示，排气处理组件还可包括借助于冷却流体向直接接触冷却器150提供冷却的冷却塔170，其与直接接触冷却器150流体地连接，以将从冷却塔170排放的冷却流体引入直接接触冷却器150中。
如图3中所示，排气处理组件还可包括用于向直接接触冷却器150提供冷却的热交换器180。
利用本发明的技术解决方案，排气中的氮氧化物借助于使用的来自洗涤器的洗涤流体还原至一定程度。该解决方案可以以简单且可行的方式来改善氮氧化物还原中的效率。
尽管已经仅结合有限数目的实施例描述了本发明，但将容易理解的是，本发明不限于此类公开的实施例。相反，本发明可改变来结合迄今未描述的任何数目的改型、变更、置换或等同布置，但这与本发明的精神和范围相当。此外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但将理解的是本发明的方面可仅包括所述的实施例中的一些。因此，本发明不应被看作是由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
Claims (13)
1.一种用于操作燃气涡轮系统的方法，其中，所述燃气涡轮系统包括用于压缩入口空气的压缩机、用于使燃料气体与压缩的入口空气燃烧来形成排气的燃烧器、用于收集所述排气的一部分的热回收蒸汽发生器、用于在所述燃料给送到所述燃烧器中之前以洗涤流体洗涤所述燃料的洗涤器、用于以冷却流体来冷却从所述热回收蒸汽发生器排放的所述排气的直接接触冷却器，所述方法包括：
将从所述洗涤器排放的所述洗涤流体引入所述直接接触冷却器中，
使所述直接接触冷却器中的所述洗涤流体与从所述热回收蒸汽发生器排放的所述排气相接触以便借助于在从所述燃料气体吸收的洗涤流体中硫化物和其它还原含硫化合物之间的反应从该排气移除氮氧化物的一部分；
将从所述直接接触冷却器排放的所述排气给送到所述压缩机中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮系统还包括借助于所述冷却流体向所述直接接触冷却器提供冷却的冷却塔，且所述方法还包括：
将从所述冷却塔排放的所述冷却流体引入所述直接接触冷却器中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮系统还包括用于向所述直接接触冷却器提供冷却的热交换器。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将用于移除氮氧化物的试剂引入所述直接接触冷却器中。
5.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将用于氧化氮氧化物的氧化剂引入所述直接接触冷却器中。
6.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将pH控制试剂引入所述直接接触冷却器中。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述试剂包括Fe(II)、EDTA、NTA和DPTA中的至少一者。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧化剂包括过氧化氢、臭氧和等离子中的至少一者。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述pH控制试剂包括NaOH、NaHCO3和Na2CO3中的至少一者。
10.一种用于燃气涡轮系统的排气处理组件，其中所述燃气涡轮系统包括用于压缩入口空气的压缩机、用于使燃料气体与压缩的入口空气燃烧来形成排气的燃烧器，所述组件包括：
用于收集所述排气的一部分的热回收蒸汽发生器；
在所述燃料气体给送到所述燃烧器中之前以洗涤流体洗涤所述燃料气体的洗涤器，
用于以冷却流体来冷却从所述热回收蒸汽发生器排放的所述排气的直接接触冷却器，
其中，
所述洗涤器与所述直接接触冷却器流体地连接，以便将从所述洗涤器排放的所述洗涤流体引入所述直接接触冷却器中，
所述热回收蒸汽发生器与所述直接接触冷却器流体地连接，以便使所述直接接触冷却器中的所述流体与从所述热回收蒸汽发生器排放的所述排气相接触，以借助于在从所述燃料气体吸收的洗涤流体中硫化物和其它还原含硫化合物之间的反应从该排气移除氮氧化物的一部分；
所述直接接触冷却器与所述压缩机流体地连接以将从所述直接接触冷却器排放的所述排气给送到所述压缩机中。
11.根据权利要求10所述的排气处理组件，其特征在于，所述组件还包括：
将用于移除氮氧化物的试剂引入所述直接接触冷却器中的试剂供应装置；
将用于氧化氮氧化物的氧化剂引入所述直接接触冷却器中的氧化剂供应装置；
用于将pH控制试剂引入所述直接接触冷却器中的pH控制试剂供应装置。
12.根据权利要求10所述的排气处理组件，其特征在于，所述组件还包括：
借助于所述冷却流体向所述直接接触冷却器提供冷却的冷却塔，其与所述直接接触冷却器流体连接以将从所述冷却塔排放的所述冷却流体引入所述直接接触冷却器中。
13.根据权利要求10所述的排气处理组件，其特征在于，所述组件还包括：
用于向所述直接接触冷却器提供冷却的热交换器。
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