CN118056060A - 具有scr反应器组件的燃气涡轮和热回收系统的组合以及其组装和使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于减排的装备，该装备具有将废气给料到热回收蒸汽发生器(或HRSG)壳体中的燃气涡轮，在该热回收蒸汽发生器(或HRSG)壳体中定位有减排系统，该减排系统按气体流顺序的特征在于第一还原剂喷射器(RRI1)(如喷氨格栅)，以用于将还原剂、优选地氨提供到在该HRSG内行进的涡轮废气中，之后是定位在该第一RRI1的下游的第一SCR反应器，之后是以下项中的任一者：(i)湍流发生器(TG)，如静态混合器，或(ii)第二RRI2，如第二喷氨格栅，或(iii)具有支撑在RRI2的喷射器上的集成TG的RRI2，之后是第二SCR反应器。为了利用该HRSG内的有限体积，该减排系统优选地不含分离的主体氧化催化剂或分离的主体氨逃逸催化剂。还表征了组装和操作该ERS或具有ERS的T‑H组合的方法。

Description

具有SCR反应器组件的燃气涡轮和热回收系统的组合以及其 组装和使用方法

技术领域

本发明主题包括组合的燃气涡轮发电装备和热回收系统，如热回收蒸汽发生器(“HRSG”)，其中行进通过热回收系统(例如，HRSG)的燃气涡轮的废气由减排系统处理，该减排系统包括还原剂(如氨)给料和接收SCR反应器组件。本发明进一步涉及特别设计用于组合的燃气涡轮发电装备和热回收系统的减排系统，以及其各自的使用和组装方法。

背景技术

全球对电力的需求持续增加，并且因此，使用化石燃料和可再生燃料的全球电力生产持续增加以满足这种增加的需求。然而，燃烧这些燃料会产生排放物，这些排放物释放到大气中会导致空气污染。这种对空气污染的贡献可能导致环境问题，诸如烟雾、细颗粒和臭氧。为了减少空气污染的产生，正在实施更严格的污染要求和监管。因此，减少排放(诸如NOx)将有益于环境，同时也具有商业优势。

为了以有效方式帮助满足全球电力需求，已经开发了燃烧(气体驱动)涡轮发电机装备和热回收系统的组合(“T-H组合”)。

T-H组合的特征在于燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机通常通过将空气吸入压缩机以增加气体压力来操作。使用压缩空气来燃烧燃料，通常是烃燃料，诸如天然气。这种燃烧通常在相对“贫”的条件下进行，其中使用超过完全燃烧烃燃料组分所需的化学计算量的氧。这有助于维持相对低的燃烧温度，这可改善用于制造涡轮的材料的耐久性。

来自燃烧器的高温、高压气体被进料到气体涡轮发动机中，在燃气涡轮发动机中气体膨胀并且气体的温度下降。在大多数应用中，气体涡轮驱动压缩机以及产生电力的发电机。离开涡轮的废气温度相对高，并且在下游或集成操作中排出或处理以减少不想要的排放之前，可在热回收系统诸如热回收蒸汽发生器(“HRSG”)中使用。当利用HRSG时，由热回收蒸汽发生器产生的蒸汽可用作组合循环设备的一部分以驱动蒸汽涡轮。这提高了使用HRSG的发电设备的发电效率。这种系统的问题之一是废气含有污染物；诸如，当利用烃基燃料时，烃(HC)、一氧化碳(CO)、挥发性有机化合物(VOC)和氮氧化物(NOx)，所有这些由各种监管机构控制。此外，相对于燃烧时具有高NOx输出的一些燃料，诸如直接的氢基和氨基燃料，NOx的产生可能是特别成问题的。

用于控制烟囱排放中的NOx的一种已知技术是选择性催化还原(SCR)。在SCR系统中，存在于废气中的NOx通过在释放到大气中之前在合适的温度下在SCR元件上将NOx与例如氨混合而被还原成氮气和水。氨可以无水氨的形式提供。另选地，用作还原剂的氨可通过将氨前体化合物给料到废气中而得到，该废气被热解和水解以形成氨。此类前体的示例是氨基甲酸铵、甲酸铵和尿素。优选将氨前体化合物以水溶液的形式给料到废气中。优选地，尿素是优选的氨前体化合物，并且其以水溶液的形式被进料到废气中。

图1示意性地示出了以燃气涡轮循环1和水/蒸汽循环2为特征的常规组合循环设备(即，T-H组合的常规示例)。在涡轮循环1中，空气A进入空气压缩机10中，并且在燃烧室11中与燃料F混合并燃烧。燃烧产物然后被进料到涡轮区段13中，使得涡轮轴14旋转发电机15，该发电机产生电力。

来自涡轮区段13的废气E进入HRSG 20的过渡管道19，并且传递到HRSG 20的压力部件围堵结构部分，其中废气在其经过水/蒸汽回路时被冷却，从而加热水并且使水沸腾成蒸汽。在废气将其实际量的能量(冷却)释放到水/蒸汽循环之后，其从HRSG烟囱21排出。在此处，在废气烟囱中，测量排放以进行报告，如(就美国而言)向环境保护局(EPA)和/或地方州或地区办事处报告，以确定排放合规性。

图1中例示的常规T-H组合的水/蒸汽循环2由HRSG 20、蒸汽涡轮(ST)70、发电机75和冷凝器76组成。ST 70由高压(“HP”)区段71、中压(“IP”)区段72和低压(“LP”)区段73组成。三个ST区段70和发电机75都在公共轴74上。当蒸汽流过ST 70时，其转动轴74并且由发电机75产生电力。该蒸汽离开ST 70并流向冷凝器76。高压区段、中压区段和低压区段的特征在于逐步降低的压力水平，如：2500psig至2600psig的HP；500psig至600psig的IP；50psig至100psig的LP。

也如图1所示，常规组合循环设备通常包括另外的常规元件，例如低压冷凝物22、低压(LP)节约器23、LP蒸汽鼓31、LP降液管32、LP蒸发器33、LP过热器34、ST的LP部分(73)的管道35、LP旁通阀减温器37、IP节约器40、IP蒸汽鼓41、IP降液管42、IP蒸发器43、IP过热器44、冷再热管道(61)的管道45、HP节约器50、HP节约器51、HP锅炉鼓52、HP降液管53、ST的HP区段(71)的管道56、HP旁通阀减温器58、冷再热管道61、ST的IP区段(72)的热再热管道63、再热(“RH”)旁通阀减温器65和锅炉给料泵81，它们的操作是已知的，因此不再进一步详细讨论。

在满负荷和某一最小负荷之间的正常操作期间，在HRSG中产生的所有蒸汽进入ST并且离开ST LP区段73进入冷凝器76，在冷凝器中蒸汽冷凝成水以通过水/蒸汽循环2在泵80处开始循环回来。

离开HRSG的蒸汽流过阀[HP：57、RH：64和LP：36]，去往ST(ST入口阀)以如上所述进行发电。

在图1例示的布置中，排放控制设备被示出为在废气流中位于HP锅炉鼓52的下游。图1中进一步示出了中温一氧化碳或CO催化剂独立主体(即，氧化催化剂)130，然后是喷氨格栅120，并且最后是用于NOx控制的SCR催化剂110。

在图1示出的组合循环设备配置的正常操作期间，来自气体涡轮(“GT”)的废气通过HP过热器55和再热器62冷却，然后通过HP锅炉鼓管54进一步冷却。氧化催化剂130被设计成在废气温度范围内操作，以将排放维持在所需的烟囱21水平。然后，喷氨格栅120将氨喷射到气体流中，然后混合物被运送到SCR催化剂110，在其中NOx被还原以达到允许的顺应水平。

随着排放标准的收紧，已经努力在不产生氨逃逸的情况下提高NOx的去除率。这些包括例如在HRSG内被认为有助于满足排放标准的区域处添加氧化催化剂(“OC”)(诸如上文所提及的那些)和/或氨逃逸催化剂(ASC)。此类努力的示例还可在以下项中看到，例如：McDeed的US9,399,927B2；Repp的WO 2016/132138 A1；Andersen的WO 2018/100368A1、Nilsson的US2017/0259209 A1和Bibble的CN 204140170 U。

在现有技术(例如，参见授予Forwerck的US2015/0361850 A1、授予Zhang的US2013/0104519 A1、以及授予Mikkelsen的US 6,550,250 B2)中还看到涉及向废气给料供应氨以用于该废气给料的SCR处理；如通过使用喷氨格栅(“AIG”)。

为了满足更严格的要求，现有技术中的另一趋势是具有高分辨率的AIG(例如，具有足够可调谐喷射区和常流动湍流挡板的AIG，以便能够将NH3/NOx的不良分布水平维持在等于或低于10％的均方根)。这些高分辨率AIG供应布置被布置在SCR反应器的上游(其中SCR反应器通常定位在OC的下游和/或OC的上游(具有或不具有另外的ASC))，诸如在以上段落中描述的现有技术参考中所提到的那些。这是基于现有技术的信念，为了满足对于HRSG的出口处的NOx百分比去除的越来越严格的排放设定，在到达常规SCR反应器(“SCRconv”)之前需要氨与废气流的良好混合。即，如图1A所示，喷射到携带NOx的废气流中的氨的不良分布的还原可导致在常见的氨逃逸水平下显著的NOx去除水平。如图1A中进一步描绘的，由“RMS”(均方根)或图键中的标准偏差值表示的NH3/NOx不良分布水平的还原导致NOx百分比去除量的偏移，其中较低的不良分布值被认为是实现较高的NOx百分比去除值所需要的。

换句话讲，SCR催化剂被设计成基于规定的入口条件实现期望的性能。在操作中，这些参数将在空间上和时间上变化。催化剂被设计成考虑特定量的变化，该变化在技术规范中在不良分布标准下定义。这些标准反映了温度、流速和NH3/NOx摩尔(或体积)比变化的界限，这将提供足够的SCR系统性能。

对于导致SCR催化剂系统的NH3和NOx混合物的高不良分布水平的确定提供了关于增加的NOx输出和/或增加的NH3滑过SCR催化剂的可能性(以及保持在排放水平标准内的相关困难)的信息。换句话讲，较高的不良分布提供了在适当的NH3/NOx反应混合物中缺乏足够水平的NH3的流动区域(导致未处理的NOx通过量通过SCR催化剂)和在NH3/NOx混合物中NH3过多的流动区域(导致氨逃逸通过SCR并到达排放烟囱--缺少额外的特征，诸如所提到的另外的下游ASC)的可能性更高的信息。

通常，温度的允许变化表示为平均温度和±公差。流量和NH3/NOx摩尔比的允许变化也以％标准偏差表示。％标准偏差可如下计算：

标准偏差定义为：

其中：

Xi＝测量值(特定点i处的流速或NH3/NOx比例)

N＝单个数据的总数

X_平均＝平均值

在SCR催化剂的接收入口处等于或低于10％ RMS(均方根)的不良分布值是在现有技术中在努力达到许多位置的排放标准要求中所寻求的例示。这种相对于下游SCR涂层的不良分布控制也在现有技术中讨论，诸如在Cichanowicz的US 7,776,297 B2中。

在本领域中还存在与越来越大尺寸的涡轮发电机(例如，产生高于600兆瓦的大尺寸涡轮发电机系统，如适于中央站发电的那些)协调地使HRSG尺寸最大化的趋势。例如，最近的HRSG通常涉及大尺寸构造项目(例如，水平设置的HRSG，宽度40英尺至45英尺并且高度70英尺至80英尺并且长度超过120英尺)。然而，为了适应更大的涡轮发电机尺寸而增加的热回收系统尺寸在本领域中造成了一个问题，即相对于典型的建筑材料的相关成本和组装成本(例如，许多HRSG中的混凝土和钢工作)，产生了不期望的高的每添加英尺的建筑成本。

因此，在本领域中存在增加涡轮驱动的发电机的尺寸的趋势，并且因此由于与较大涡轮相关的增加的NOx废气流量而需要去除的NOx的量(例如，较大且更有效的涡轮以最大燃烧温度的增加为特征，从而导致出口NOx的增加)。相对于进入HRSG的较高NOx量的SCR处理的努力，还需要限制从HRSG逃逸的氨的量(其中许多排放标准等于或低于5ppmvdc(或基于体积的百万分之一，干燥气体并校正为标准条件，以下为了方便使用“ppm”)NH3泄漏，包括在一些区域中2ppm NH3泄漏的要求)。同时，期望防止HRSG的体积或线性长度的相关增加，这继而又意味着限制HRSG内的减排系统的体积或线性长度。相对于在到达SCR反应器入口之前在HRSG内更高的NOx输入水平，这种限制减排系统的线性长度的期望还导致NOx/NH3混合时间的减少。与T-H组合相关的这些竞争方面导致常规设备的制造不能满足或难以达到在期望的T-H组合操作水平下的更严格的要求。尽管进行了各种努力，诸如前述高分辨率AIG组件和/或用于SCR反应器的高催化剂负载，以及在流动路径中存在OC和/或ASC(如果在HRSG中存在太多的流动障碍，这也可导致背压问题)，但情况依然如此。

换句话讲，在常规T-H组合系统中，仅一个SCR催化反应器(“SCRconv”)与一个或多个OC和/或ASC反应器一起定位在废气流管线中，(HRSG)空间约束导致AIG入口区域被定位成相对靠近SCRconv的表面。在一些系统(例如，参见CN 204140170 U)中还布置有布置在AIG的下游和SCRconv反应器的上游的静态混合器(“SM”)装置。考虑到AIG和SCRconv之间有限间隔，在常规系统中经常存在这样的特征：设计高分辨率AIG供应系统以努力使低水平的不良分布的NH3/NOx比例(如等于或小于10％ RMS)到达SCR反应器壁的表面(再次参见图1A，其示出了对于给定的氨逃逸水平，更高的NOx去除和更低的不良分布百分比)。

尽管进行了这些努力，但是由于废气中所含的NOx的高输入水平，特别是在较大的(例如，以天然气为燃料的)燃气涡轮中(例如，在HRSG入口处NOx输出为例如50ppm至60ppmNOx)，在达到所需的减排水平(例如，至少95％ NOx还原)同时还达到所需的氨逃逸水平(例如，满足如不超过5ppm(或在其他区域中为4ppm、3ppm、2ppm)的区域要求的那些)方面已经历了困难。即使采用添外的步骤，如在SCRconv上提供的高催化剂负载，仍然不可能在接收气体涡轮废气的热回收蒸汽发生器(HRSG)中实现所提到的排放水平。即，例如，即使在SCRconv上具有高催化剂材料负载，在一个子区域中的NH3/NOx比例中的NH3的过载仍可导致氨滑移，而在另一个子区域中的NH3的负载不足可导致不充分的NOx去除区域，这总计可阻止达到排放NOx还原阈值(例如，95％)和/或导致氨逃逸过量，如>5ppm。如所提到的，这种困难和竞争兴趣已经导致大气体涡轮T-H组合难以满足或根本不满足期望的排放总还原水平。

相对于T-H组合排放性能，存在许多影响该排放性能的因素，诸如温度、废气流水平/模式以及NH3/NOx的比例。然而，由于与T-H组合系统相关的典型设计约束(相对于HRSG内的驱动涡轮废气温度和流动模式)，相对于废气流的NH3引入水平和布置以及NH3/NOx的比例代表现有技术中非常关注的区域，特别地，供应到SCR反应器的NH3/NOx比例被认为是非常重要的比例之一。由于这些原因，现有技术涉及在接收废气内对NH3进行强烈混合，以如通过在初始SCR反应器的上游(例如，根据CN 204140170U的HRSG热交换器束的上游)包括静态混合器来努力实现高NOx去除，结合OC和/或ASC的感知策略定位(例如，考虑到上游空间限制，参见CN 204140170 U定位SCRconv下游的ASC和OC)，以努力在SCRconv反应堆入口处呈现期望的NH3/NOx比例，或与ASC一样用SCRconv后反应器处理能够使NH3以该比例过量以防止氨逃逸从HRSG出口排出(例如，再次参见CN 204140170 U，以及WO 2016/132138 A1和US 9,399,927B2)。尽管做出了这些努力，但在达到期望的(例如，标准驱动的)NOx去除和/或NH3滑移水平方面仍然存在问题，特别是相对于增加涡轮发电机的尺寸(或使用高NOx输出的燃料)同时避免扩大热回收系统的尺寸和/或在废气流中添加越来越多的减排部件的当前趋势。

发明内容

在本发明的各种实施方案中，申请人已经采取了在现有技术中推广的另选方法。例如，在本发明的第一实施方案中，将还原剂(优选氨或其前体)与SCR反应器之间的中间湍流发生器(如静态或动态混合器)一起供应到在热回收系统(例如，HRSG)内顺序布置的一对SCR反应器。这种布置已经导致减少了现有技术集中于在到达下游SCR反应器的NH3/NOx混合物中达到越来越低的不良分布水平的需要，并且还导致减少了经过/围绕在相应热回收系统接收区域(例如，HRSG围堵空间)内接收的SCR反应器的总氨逃逸的益处。

本发明的催化剂组件的性质还使得能够避免使用在现有技术组件中占据有限的HRSG围堵体积中的空间的一个或多个独立主体OC或者一个或多个独立主体ASC。然而，在一些环境中，本发明包括在关键位置存在一个或多个独立主体或分离主体OC或ASC。然而，考虑到催化剂反应器组件最小化(以及相关的HRSG长度最小化)的显著优点，在本发明中优选避免使用OC和/或ASC分离主体。此外，在本发明中，避免必须使用现有技术的分离主体OC反应器以及分离主体ASC反应器使得能够在热回收系统的类似体积区域内添加第二SCR反应器(否则其将被该OC和/或ASC反应器主体占据)，同时保持期望的压降水平(例如，根据本发明的实施例，优选避免从HRSG的入口到出口的超过3.5英寸水柱的压降，如在1.5英寸至3.5英寸水柱的优选压降保持范围内)。

因此，本发明的布置的特征在于具有还原剂供应源的减排系统(ERS)，如还原剂喷射器系统(RRI1)。在本发明的实施方案中，RRI1由氨供应源((例如，喷氨格栅)，通常称为“AIG1”)表示，以将氨(例如，无水氨、氨水、尿素(如尿素水溶液)或其他氨供应构件)与其NOx一起给料到涡轮废气中，使得NH3/NOx混合物与催化剂组件接触，该催化剂组件在废气流顺序中具有第一SCR反应器(SCR1)、湍流发生器(“TG”--如静态混合器“SM”)和第二SCR反应器(SCR2)。

在本发明的另选实施方案中，提出了与上述实施方案中特征相同的布置，但包括第二还原剂供应源，诸如第二还原剂供应喷射位置(RRI2)，如第二喷氨位置(称为“AIG2”)，优选地代替先前所述实施方案中的TG(SM)。RRI2可构成例如与RRI1的还原剂源分开的还原剂(例如，氨)源(例如，分开的还原剂供应箱，诸如分开的氨或尿素箱)，或者可构成公共源(单个还原剂供应箱(例如氨或尿素箱)，具有适当的管道和阀门，给料到喷射RRI1和RRI2位置)。在本发明的优选方面，在SCR1和SCR2之间存在TG或RRI2，但不是两者都存在。然而，在本发明的另选方法中，提供了集成的湍流产生构件和RRI构件，诸如湍流产生混合器，这些湍流产生混合器定位成用于重定向从RRI的喷射器/管道离开(并且优选地还由其支撑)的还原剂的流出。

本发明的布置产生的附加优点是不太需要高分辨率和甚至中分辨率还原剂供应单元。即，参考作为还原剂供应的示例的氨供应，低分辨率AIG是具有更少的可调谐区域和更低的所需分辨率的AIG(因此是具有更少初始组装和维护成本的RRI)。

例如，典型的常规高分辨率AIG(适用于上述HRSG)可具有多于24个独立控制的区域，如具有3个垂直列的区域和9行水平区域的AIG，27个分离的可调谐区域(具有或不具有添加的集成喷射混合器，并且具有或不具有公共SCR上游的多个大致Y轴分离的喷射位置)。另选的常规高解析度AIG示例的特征在于多于18个可调谐区域，如21或更多个区域(3个垂直列的区域与7个水平区域导致21个分离的可调谐区域)加上由喷射系统支撑且用于中断(添加湍流)喷射还原剂流的添加的集成混合器，其中此类添加的管道混合器由授予Wirt等人的US 8,017,084 B1例示。将混合器紧固到管道上大大增加了生产成本和制造时间，但在许多现有技术系统中需要努力以获得小于或等于10％ RMS的不良分布水平。在高分辨率AIG的更进一步的示例中，存在分离的Y轴间隔开的AIG喷射器组件，其通常需要多侧HRSG插入，并且在高分辨率实施方案中还具有相对于多个Y轴喷射位置总计大于18的总区域。

适用于在本发明的许多实施方案中使用的低分辨率AIG的特征在于少于所提到的21个单独的可调谐区域，并且优选地等于或少于18个没有单独的Y轴喷射位置和/或没有集成管道混合器的可调谐区域，如RRI单元(例如，AIG单元)，该RRI单元与例如更高的氨对NOx的不良分布起作用，如具有高于10％ RMS的不良分布的那些功能。具有总共6至18个可调谐还原剂区域，更优选10至16个，如12个或16个总可调谐区域，并且没有集成管道支撑混合器(并且还优选没有Y轴分离)的RRI(例如AIG)是低分辨率RRI单元的示例。因此，低分辨率RRI优选地不具有添加的集成管道支撑混合器，并且还优选地限于一个一般Y轴插入位置(优选地仅在一侧上或限于具有中央共用支撑框架结构的相对侧插入)。

低分辨率RRI单元的示例包括具有3个或更少个(例如，优选地小于3个，如仅1个或2个)垂直列的区域(如一个垂直列中具有16个独立可调谐水平区域的AIG)的那些。可利用表示低分辨率RRI单元的各种其他RRI配置，如由提供期望的“低分辨率”总区域的任何XxZ组合构成的那些(例如，对于12个总可调谐区域，3垂直×4水平，或者对于16个总可调谐区域，2垂直×8水平)。

在另选实施方案中，RRI1和RRI2中的任一者或者RRI1和RRI2两者都设置有添加的流动中断集成管道混合器，诸如上述(如将诸如在上文的US 8,017,084B1中描述的集成管道支撑混合器镀层添加到RRI2中的喷射器管道中以代替SM插入或者与SM插入一起时)。然而，在允许将ERS中的每个RRI使用为低分辨率RRI的本发明配置中，再次存在可用的益处。

在本发明中，合适的RRI(例如，AIG)还原剂供应构件的另外示例(尽管从例如成本和复杂性的观点来看不如低分辨率优选)包括落入中间分辨率类别内的那些，其优选地特征在于多于18个和24个或更少的可调谐区域，并且与低分辨率类别一样，其没有添加的集成管道支撑混合器并且还优选地没有导致公共SCR的另外的Y轴间隔开的还原剂喷射系统。通过不具有添加的集成管道支撑混合器(以及类似的混合构件)，使得可使用其中形成(例如，钻孔)有喷射端口的简单供应管道，并且不添加与在供应管道上添加混合器镀层(通常通过加工密集焊接)相关联的复杂性。此外，中间分辨RRI还优选地通常仅布置有单个Y轴喷射位置。因此，具有介于21个至24个区域之间的区域并且不具有任何添加的管道组装混合器并且也限于一个Y轴一般喷射位置的RRI也代表本发明的各方面的中间类别RRI。

本发明旨在提供T-H组合，该组合特征在于旨在满足更严格的排放要求的设计，关于NOx水平还原和氨逃逸输出水平，如在热回收系统的(例如，HRSG)出口处取得的。这包括具有前述较大尺寸的燃气涡轮的T-H组合；(如在以天然气运行的涡轮出口处具有50ppm至60ppm NOx的那些)或以在它们的废气输出中产生大于60ppm NOx的燃料运行的相同尺寸或更小的涡轮发电机。例如，本发明涉及高级NOx还原(例如，96％ NOx还原或更高，包括97％、98％和99％)，同时将NH3逃逸保持在等于或低于5ppm(如等于或低于4ppm、3ppm或2ppm NH3逃逸)。因此，本发明涉及甚至相对于具有相对高的NOx产生水平的系统(如所提到的较大的天然气驱动涡轮发电机以及以不同于天然气的替代燃料为特征的系统，其在燃烧时在涡轮出口处具有甚至更高的NOx产生(例如，>60ppm NOx))获得具有低逃逸值的高NOx去除。

例如，燃料，诸如氢基燃料(例如，直接氢或间接氢，如通过氨(包括绿氨)来源)被认为是可具有相对较高的NOx输出(诸如≥60ppm至≤100ppm NOx)的燃料的示例。通过具有SCR催化剂组件的有效减排系统ERS来实现这种具有有限NH3逃逸的高级NOx还原。本发明包括减排系统或ERS，其具有在第一还原剂供应器/喷射器(RRI1)(例如，AIG1)下游的SCR反应器(SCR1和SCR2)的组合，其中SCR1和SCR2具有中间湍流发生器TG，如混合器装置(例如，静态混合器SM)；或第二RRI2供应(例如，AIG2)。优选地提供RRI2来代替TG(SM)，或者另选地，前述RRI(RRI1和/或RRI2)的特征在于集成湍流发生器，如可应用RRI的喷射器管道上支撑的流动重定向混合构件(例如，参见作为所提到的混合构件的示例的上文和下文描述的集成管道支撑混合器)。

通过避免使用独立主体氧化催化剂(“OC”)或独立主体氨逃逸催化剂(“ASC”)(无论是在第一或第二RRI的上游还是在第一或第二SCR反应器的下游)，与其中仅存在一个SCR反应器(模块化SCR催化剂插入物的壁)的常规布置相比，本发明避免了对增加的热回收系统空间以容纳添加的SCR2的需要；同时还避免了有问题的压力损失水平。

例如，具有用于ERS的SCR1/TG(例如，SM)/SCR2的本发明催化剂组件可被设计用于在分配用于本领域中期望的最小化HRSG设计的相同有限空间内接收(例如，用于接收HRSG的减排部件的20英尺至24英尺的常规分配线性HRSG长度)。例如，以OC/AIG/SCRconv或AIG/SCRconv/OC(和/或ASC)的组合为特征的现有技术的减排系统在设计中用由RRI1/SCR1/TG/SCR2或RRI1/SCR1/RRI2/SCR2或RRI1/SCR1/RRI2(具有集成湍流混合构件等)/SCR2表示的减排系统代替，该减排系统在可应用HRSG中的公共线性占用长度内，尽管具有添加的独立主体SCR2(例如，占用空间限于HRSG的20英尺至24英尺)。

此外，与现有技术中寻求相对较低的不良分布百分比(例如，经由前述高分辨率AIG供应喷射器系统和/或位于SCRconv上游的静态混合器)以努力增加经由SCRconv去除的NOx百分比的趋势相反，本发明提供了较高或“较宽松”的不良分布值X(标准偏差或“Xsd”)。例如，到达SCR1的入口的合适的Xsd值包括大于10％且小于20％(或12％≤Xsd≤15％)的Xsd。例如，进入SCR1的>10％至15％和进入SCR2的>10％至20％的不良分布范围(即，考虑到SCR1和SCR2之间NOx的逐步降低，与到达SCR1相比，到达SCR2的较宽松的标准不良分布水平是可接受的)是本发明的代表性不良分布范围。例如，跨SCR1的95％ NOx还原水平和SCR2的下游的更高的总NOx还原，对于一些实施方案包括99％(特别是当期望99％的这种高NOx还原目标时，到达SCR的不良分布的保留比更高的20％更接近>10％范围点)。在许多本发明环境中，所提到的低分辨率RRI是合适的，或者在一些情况下可能需要中间分辨率，注意，随着越来越大的HRSG尺寸，存在可增加所涉及的总区域的增加的面积。尽管如此，在本发明中，增加的不良分布的灵活性水平常常允许使用满足低分辨率RRI的监管，即使对于本文所描述的最大HRSG也是如此。

在本发明的实施方案示例中，SCR1和SCR2的间隔序列能够适应通过SCR1的较大逃逸水平(诸如由于到达SCR1的入口的相对较高的Xsd不良分布值而产生的逃逸水平)；因为定位的SCR2能够充分地使通过/经过SCR1的NOx和/或NH3逃逸反应，以实现相对于NOx去除百分比和氨逃逸避免的期望的输出排放水平。就这一点而言，应当指出的是，经过SCRconv的逃逸包括由于所提到的不良分布而通过SCRconv的逃逸，但是还包括NOx，并且特别是NH3相对于SCRconv和HRSG框架结构之间的接收或一般密封区域经过SCRconv的外部框架结构的逃逸。为了降低不良分布水平，现有技术还包括大量增加的密封步骤，诸如多个密封纤维“枕状件”和增加的至SCR的上游密封挡板以努力阻塞围绕SCRconv周边的流动。一般密封关系是没有这些增加的密封步骤的密封关系。

因此，尽管在本发明中相对于具有到达SCR1的表面的混合氨的废气允许更高或更宽松的不良分布水平，但与双SCR1和SCR2序列相关联的两个一般密封性质能够降低通过减排系统的总逃逸。换句话讲，在本发明的实施方案示例中，虽然允许更高或更宽松的基于不良分布的(“内部”)逃逸通过SCR1，但用于SCR1和SCR2组合的两个一般密封布置表示与SCRconv系统相关的外部逃逸量相比总“外部”逃逸量的降低(例如，与SCRconv相比，两个一般密封导致SCR2的外部/下游的至少50％更少的NH3逃逸)。

因此，由本发明中SCR1和SCR2的组合产生的益处是能够更好地防止外部SCR反应器相对于喷射的试剂材料(如氨以及NOx)逃逸。由于在本发明的实施方案中存在两个多孔SCR反应器“壁”(每个壁优选的特征在于框架结构和多个模块化SCR1和SCR2插入物或单元)，具有相应相关的一般密封关系，因此本发明能够更好地阻止不期望水平的绕过反应器壁的氨逃逸。例如，围绕SCR1反应器壁的外周的AIG1供应的氨的任何逃逸仅逃逸流动到反应器SCR2的体积中(并且还可能在到达该第二SCR2之前经受TG(例如，SM)以用于在到达SCR2之前增加的混合)。想对于NOx外周逃逸也存在相同的情况。

本发明包括所提到的SCR1和SCR2，其各自呈现共同的SCR“壁”设计/构造，在反应器SCR1和SCR2与热回收系统(例如，HRSG)围堵装置的接收表面之间具有相对共同的一般密封关系。这可能包括代表SCR1和SCR2的壁中的模块中的每一者是共同材料(例如，共同SCR催化剂组合物、催化剂支撑基底材料和用于模块化SCR单元的框架)和配置(尽管不同材料和/或配置可用于代表SCR1和SCR2的两个多孔(允许废气流动通过)“壁”)。

此外，尽管低分辨率还原剂(例如氨)供应装置适用于RRI1(AIG1)(和/或RRI2(AIG2)，当具有特征时)，但本发明的示例还包括在本发明的另选实施方案中给料到通向SCR1(或SCR2或者SCR1和SCR2两者)的废气中的中分辨率氨供应，或者在更进一步的另选实施方案中甚至高分辨率RRI(RRI1和/或RRI2)(如具有预先存在的AIG1的改装情形中，因为利用低或中分辨率RRI表示显著的成本节省)。即，由于本发明的ERS配置及其处理增加的不良分布百分比水平的能力，提供了利用优选中分辨率并且甚至更优选低分辨率(例如更少的可调谐区域和避免必须在管道上添加混合构件)RRI供应系统的优点(在设计和实际使用和维修方面)。此外，在本发明的实施方案示例中，总减排系统ERS配置可提供总SCR催化剂材料负载(例如，载体涂层负载或WCL)体积的降低。这被认为不仅包括SCR1和SCR2中的每一者单独地具有比常规T-H组合SCRconv更少的催化剂负载；而且至少在一些实施方案示例中，总催化剂负载的降低被认为适用于SCR1和SCR2上的催化剂材料负载体积量的总和小于或等于在常规T-H组合布置中使用的SCRconv中所需的催化剂材料负载体积量。

因此，相对于本发明的第一方面，特征在于组合的燃气涡轮发电装备和热回收系统(例如，热回收蒸汽发生器(“HRSG”))或“T-H组合”，其包括涡轮和热回收系统，其中行进通过热回收系统(例如，HRSG)的涡轮的废气由减排系统处理，该减排系统包括：

a)第一还原剂供应系统RRI(例如，喷氨格栅或AIG)，该第一还原剂供应系统RRI将还原剂诸如NH3供应到由涡轮输出的废气中，

b)第一SCR反应器(SCR1)，该SCR1相对于通过热回收系统(例如，HRSG)的涡轮废气流定位在第一RRI1(AIG1)的下游，

c)以下项中的任一者：(i)湍流发生器(TG)，如静态混合器；或(ii)

第二RRI2(AIG2)；或(iii)具有集成湍流发生器(TG)的RRI2，如具有喷射器支撑的混合器的RRI2，该混合器放置成与通过RRI2的试剂流动接触(也被称为RRI2')

d)位于适用的(i)、(ii)或(iii)的下游的第二SCR反应器(SCR2)。

本发明的第二方面包括使T-H组合的前述涡轮是被配置为以天然气作为其燃料供应并且以热回收系统作为HRSG进行操作的涡轮。

相对于第一方面或第二方面，本发明的第三方面包括RRI1/SCR1/TG(或RRI2或RRI2')/SCR2的减排系统，该减排系统能够在还原剂(例如，氨)逃逸等于或小于5ppm、更优选等于或小于4ppm、还更优选地等于或小于3ppm，并且最优选等于或小于2ppm(并且优选同时具有超过10％RMS的稳态NH3/NOx不良分布水平)的情况下，将HRSG入口处的NOx流在热回收系统(例如，HRSG)的出口处还原至少95％、更优选至少96％，并且还更优选至少97％(包括高达99％的还原)。

NO_x浓度通常在SCR转化构件的出口端测量(并且可能也在SCR转化构件的入口处测量，其在本发明中可包括SCR1的上游和SCR2的下游，或SCR1的上游、SCR1的下游、SCR2的上游和SCR2的下游的独特布置，或可提供关于NOx转化信息的期望水平的细节的所提到的上游和/或下游位置的任何组合)。本发明中的感测也包括仅感测SCR2相对于期望信息的下游输出，如NOx浓度。

相应NO_x浓度可例如通过化学发光检测器(CLD)、傅里叶变换红外光谱学(FTIR)或红外光谱学(IR)来测定。这些测定NO_x浓度的方法本身是本领域技术人员公知的，并且可以应用于本发明而不脱离权利要求的范围。例如在SCR转化构件的出口端测量的NO_x浓度可用于确定(例如，计算)催化剂系统内的NO_x转化以及催化剂系统的活性。

作为对如上所述的相对活性的测量结果的补充(例如，监管驱动的)或另选方案，还可测量在SCR转化构件的出口端处的氨逃逸(NH₃逃逸)(例如，在SCR2的下游，并且任选地还有以上描述的用于NOx监测的SCR1和SCR2(上游/下游传感器)定位组合中的任一者，以及当感测技术允许时仅在SCR2的下游感测)。氨逃逸通常通过所提到的FTIR测量，或在另选技术中通过2CLDS(SCR2的上游/下游)或可调谐二极管激光器测量。

所提及的还原剂(例如，NH3)逃逸测量技术代表本身也是本领域技术人员公知的方法，并且可在不脱离权利要求的范围的情况下应用于本发明中(还注意这些已知技术在本发明中的独特使用，如检测NOx和/或氨逃逸时，不仅在SCR2的下游，而且任选地在SCR1和SCR2之间的中间区域，例如在上述上游/下游SCR1和SCR2组合的任一者中)。

相对于第一方面、第二方面或第三方面，本发明的第四方面包括具有在以上第一方面至第三方面的每一者中描述的T-H组合的涡轮，其对于单循环具有大于或等于400兆瓦的额定功率(包括用更大的50Hz涡轮发电机可获得的高达571兆瓦)或对于双循环具有大于600兆瓦的输出(例如，对于特征在于燃气涡轮发电机输出和与HRSG相关联的HRSG蒸汽涡轮发电机的输出的双循环高达约840兆瓦)。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第五方面包括具有以水平流管线方式取向的HRSG形式的热回收系统。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第六方面包括在SCR1和SCR2之间具有静态混合器作为湍流发生器TG(并且没有RRI2或RRI2')。

相对于另选方案中的前述第一方面至第五方面中的任一者，本发明的第七方面包括具有RRI2或RRI2'并且在SCR1和SCR2之间没有独立湍流发生器(例如，没有独立静态混合器)。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第八方面包括产生废气输出的类型的T-H组合的涡轮，该废气输出在HRSG的入口点处呈现至少50ppm NOx和小于275ppmNOx，或50ppm至150ppm，包括通常与天然气运行涡轮相关的50ppm至60ppm NOx输出或通常与直接或间接氢燃料源相关联的60ppm至100ppm NOx输出。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第九方面包括SCR1和SCR2中的至少一者(或两者)是包含钒和钛的氧化物的NH3-SCR催化剂，并且优选地还包含钨的氧化物、钼的氧化物和二氧化硅中的一者或任何组合。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第十方面包括SCR1和SCR2中的至少一者(或两者)具有设置有SCR材料的波纹状支撑主体。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第十一方面包括SCR1和SCR2中的至少一者(或两者)是具有PGM材料(由Pt、Pd、Rh、Ir、Ru和Os表示的PGM，其中Pt、Pd和Rh的子集是在本环境中优选的，其中最优选的是具有Pd作为主要PGM的PGM，如单独的Pd、Pd和Pt、或Pd和Rh)的一者、全部或任何子组合作为材料组分(作为载体涂层组分)的双功能或多功能SCR催化剂反应器。在这方面，所提到的PGM材料优选布置在区域中，如在由具有PGM的SCR催化剂材料组成的下游区域(例如，提供氨逃逸催化剂或“ASC”功能的Pd占优势的SCR区域)中。优选的公共基底上游区优选不含PGM或PGM含量更低。作为多区域布置的示例：无SCR、OC上游区域(例如，具有支撑PGM(诸如Pd、Pt或两者)的氧化铝基底的OC)；无PGM、SCR材料中间区域；和具有SCR材料和PGM的第三ASC区域。如在本发明的第九方面中所提到的那样，优选地，所有这些区域设置在公共支撑基底上。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第十二方面包括SCR1，如含有钒的氧化物和钛的氧化物而不含PGM的单功能催化剂，或多功能SCR1，如SCR1基底的全部或一部分上具有PGM(例如，具有钯或具有钯和铂)，和SCR2，如在双功能SCR催化剂中的单功能或多功能催化剂，其中第一区域包含与SCR1相同并且是单功能的(例如，没有钯或没有PGM)并且更下游区域具有添加的PGM，如添加的钯(或Pd和Pt)，尽管另外的实施方案包括具有PGM(如第一和/或第二SCR的整个长度上的Pd和/或Pt)以及三区域催化剂(SCR1和/或SCR2)，其具有例如第一(上游)无SCR具有PGM区域(如在以具有PGM的基底为特征的OC区中)、中间无PGM具有SCR材料第二区域和具有PGM的下游SCR，如具有Pd和/或Pt的ASC区域。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第十三方面包括这样的催化剂，该催化剂在SCR1上具有单块不含PGM的载体涂层负载，并且SCR2是优选在具有不含PGM-SCR材料的上游区域和含PGM下游区域的公共支撑基底上的至少多区域载体涂层负载。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第十四方面包括具有集成TG的SCR1，如安装在SCR1框架的支架上的SM，以提供公共集成组合SCR1-SM，其可作为集成单元安装或连接在热回收系统内的适当位置，如HRSG。

本发明的第十五方面的特征在于T-H组合，其特征在于

燃气涡轮，该燃气涡轮产生废气；

热回收系统，如HRSG，其具有用于接收废气的入口；和

还原构件，用于还原废气中的NOx含量，同时将还原剂(优选氨)

逃逸保持在等于或低于5ppm。

本发明的第十六方面的特征在于，第十五方面具有所述还原构件，以便在热回收系统(例如，HRSG)内的废气流顺序中包括第一RRI1喷射装置、第一SCR反应器、湍流产生构件如独立主体静态混合器、或在SCR1和SCR2之间不涉及TG的独立RRI2、或具有集成(例如，喷射管道支撑的)湍流产生构件如喷射管道支撑的湍流混合器的RRI2、和第二SCR反应器。

本发明的第十七方面的特征在于，第十六方面具有静态混合器形式的湍流产生构件，并且热回收系统(例如，HRSG)优选地不受独立主体OC和独立主体ASC中的至少一者但优选地两者的入口到出口的影响。

本发明的第十八方面的特征在于，第十七方面在SCR1的出口端和SCR2的入口端之间的水平(上游至下游)线性间隔的前三分之一内具有湍流发生器，优选静态混合器，如以该线性间隔的第一象限内的静态混合器为特征的布置，包括在SCR1的下游端的一英寸至六英寸内的布置，如由SCR框架的支架延伸部提供的这种间隔，TG(SM)在所指到的一英寸至六英寸范围内固定到该支架。

本发明的第十九方面的特征在于，第十五方面具有所述还原构件，该还原构件在HRSG内的废气流顺序中包括HRSG内的第一RRI(RRI1)、第一SCR(SCR1)反应器、第二RRI(RRI2)和第二SCR(SCR2)，其中HRSG优选地不受独立主体OC和ASC中的至少一者但优选两者的入口到出口的影响。

相对于另选方案中的第十五方面至第十九方面中的任一者，本发明的第二十方面的特征在于具有RRI1，该RRI1在优选的较宽松的不良分布水平下将作为还原剂的氨供应到引导朝向SCR1的废气，该优选的较宽松的不良分布水平可归因于例如中(并且更优选地低)分辨率RRI(例如，导致大于10％的不良分布的AIG导致最接近的下游SCR反应器)。

本发明的第二十一方面的特征在于减排系统，该减排系统被配置为与T-H组合一起使用并且尺寸被设定用于由T-H组合的热回收系统(例如，HRSG)接收并且具有还原试剂供应组件如氨供应组件和催化剂反应器组件，其中减排系统依次并且相对于通过热回收系统(例如，HRSG)的涡轮废气流具有作为还原剂(氨供应)组件的一部分的第一还原剂喷射器RRI1(例如，氨喷射器AIG1)、第一SCR反应器、优选作为静态混合器SM(或者任选地第二RRI2(例如，AIG2)代替TG)的湍流发生器(TG)、或具有集成TG的RRI2如用于流动偏转的集成喷射器管道混合器构件、和第二SCR反应器，并且其中ERS被配置为相对于热回收系统(例如，HRSG)的出口还原至少96％(优选至少97％、98％或99％)的涡轮废气NOx，同时保持HRSG的该出口处的逃逸水平等于或低于5ppm(更优选等于或低于4ppm、3ppm或2ppm中的一者)(并且还优选具有超过10％ RMS的NH3/NOx不良分布水平(例如，在减排过程的至少大部分时间期间维持大于10％ RMS水平，如通过使用中分辨率RRI、或者通向上游SCR1的至少低分辨率RRI，并且更优选低分辨率RRI给料到SCR1和SCR2中的每一者))。

本发明的第二十二方面的特征在于，第二十一方面的减排系统，其中催化剂反应器组件由所述SCR1、所述TG(例如，SM)和所述SCR2表示，其中TG(例如，SM)定位成比SCR2的上游端更靠近SCR1的下游端。

本发明的第二十三方面的特征在于，第二十一方面的减排系统包括AIG1和AIG2以及由所述SCR1和所述SCR2组成的催化剂反应器组件。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第二十四方面的特征在于，HRSG在HRSG的入口和出口之间不受独立OC主体、或独立ASC主体、或独立OC主体和ASC独立主体中的每一者的影响。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第二十五方面，其中SCR1是单功能催化剂并且SCR2是多功能SCR催化剂。

本发明的第二十六方面的特征在于组装T-H组合的方法，该方法包括将第二十一方面的减排系统定位在热回收系统内，如HRSG。

本发明的第二十七方面的特征在于操作T-H组合的方法，该方法包括运行燃气涡轮以产生废气并使废气通过减排系统，该减排系统包括：

第一RRI1，该第一RRI1用于将还原剂诸如氨(例如，使用喷氨格栅(AIG1))提供到由涡轮输出的废气中，

第一SCR反应器，该第一SCR反应器相对于涡轮废气流定位在第一RRI的下游，

位于第一SCR反应器的下游的位置处，以下项中的一者：(i)独立主体湍流发生器(TG)如静态混合器(SM)，或(ii)第二RRI(例如，第二AIG2)，或(iii)集成RRI2(例如，AIG2)和TG，如在RRI2的喷射端口处提供的湍流产生挡板；和

第二SCR反应器，该第二SCR反应器位于所利用的(i)、(ii)或(iii)的下游。

本发明的第二十八方面的特征在于，使第二十七方面的气体涡轮废气通过ERS，该ERS定位在水平取向的热回收系统诸如HRSG内，并且其中该ERS包括(i)。

本发明的第二十九方面的特征在于，使第二十七方面的气体涡轮废气通过水平取向的热回收系统(例如，HRSG)，并且其中ERS包括(ii)或(iii)。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第三十方面的特征在于，在水平取向的热回收系统(例如，HRSG)中，仅SCR1和SCR2作为NOx选择性催化剂还原催化剂；或者，不同地，在水平取向的热回收系统(例如，HRSG)的入口和出口之间存在总共两个SCR反应器壁。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第三十一方面的特征在于，在热回收系统(例如，HRSG)的入口和出口之间没有OC和ASC独立催化剂主体。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第三十二方面的特征在于，RR1具有中分辨率RRI并且更优选低分辨率RRI，如具有少于21个独立可调谐还原剂(如液态尿素)喷射区域，并且更优选地18或更少(例如，6至16)(优选具有3或更少并且更优选地2或1列可调谐区域，以及避免Y轴分离的喷射位置和/或避免在入口管道组件上支撑的增加的流动偏转混合器)，并且当存在RRI2时，优选也是中(或更优选低)分辨率RRI2，并且特别是当在SCR1和SCR2之间存在SM时，RRI优选不含任何上述用于喷射还原剂流动中断的集成管道支撑混合器)。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第三十二方面的特征在于，具有超过10％ RMS的NH3/NOx稳态不良分布水平(例如，在减排过程的至少大部分时间期间维持大于10％ RMS水平)，并且相对于达到SCR1的废气优选大于10％至15％ RMS的范围，以及大于10％至20％。RMS相对于到达SCR2的废气。

相对于另选方案中的前述方面中的任一者，本发明的第三十三方面的特征在于，使SCR1定位在HRSG高压蒸发器的下游并且优选地在HP蒸发器的上游端和定位在下游的HP节约器之间。

附图说明

图1示出了具有常规减排系统的常规T-H组合。

图1A示出了比较在废气流中的NH3/NOx的各种不良分布水平下的氨逃逸水平和deNOx性能的图(即，示出NH3/NOx不良分布对SCR性能的影响的图)。

图2A示出了本发明的T-H组合的第一实施方案的示例，包括在废气流顺序中具有RRI1/SCR1/TG/SCR2的本发明减排系统实施方案示例。

图2B示出了本发明的T-H组合的第二实施方案的示例，包括在废气流顺序中具有RRI1/SCR1/RRI2/SCR2的另一个本发明减排系统实施方案示例。

图3A示出了适用于本发明的RRI1(例如，AIG1)(以及RRI2(例如，AIG2)(如果利用的话)的“低分辨率”(单侧HRSG支撑还原剂喷射系统(RRI)例如喷氨格栅(AIG))的透视图。

图3B示出了图3A中的圆圈区域的放大图。

图3C示出具有中分辨率的RRI的另一个实施方案的透视图(示出为具有HRSG的相对侧入口并且具有总共21个可调谐区域，但是不含由RRI管道支撑的任何湍流产生的混合器)。

图3D示出了在管道上具有流动混合器的高分辨率21区域RRI(例如，AIG)的流动面前视图，其表示基于区域的数目和包括混合器的组合的高分辨率RRI实施方案的示例。

图3E示出了在图3D RRI中表征的区域中的一者(其中21个区域中的“每一者”基于管道和混合器的常见一般配置)的管道和管道支撑混合器的透视图。

图3F示出了用于在图3E中表征的区域的管道组件和混合器的剖视图。

图4A示出了具有第一实施方案ERS以及控制器特征的水平HRSG形式的热回收系统的示意图(并且具有HRSG的内部的更简化视图，与HRSG内的第二循环内部部件相关联的非ERS设备仅通过参考“HRSG管”箱而简化)。

图4B示出了与图4A中相同的HRSG的示意图，但具有第二实施方案ERS'以及控制器特征(并且具有HRSG的内部的更简化视图，与HRSG内的第二循环内部部件相关联的非ERS设备仅通过参考“HRSG管”箱而简化)。

图5A示出了处于第一取向的SCR单独反应器模块化单元。

图5B示出了图5A中指定部分的放大图。

图5C示出了处于不同(水平流过)取向的图5A的SCR单独反应器模块化单元。

图6A至图6D示出了在共同支撑基底上的不同SCR基底涂层的示例，其中图6A是SCR并且不含添加的PGM(例如，单功能)，图6B示出了具有下游PGM添加的双功能SCR；图6C示出了在顺序区域中具有OC PGM、无SCR/无PGM、SCR/ASC PGM的三区域SCR；并且图6D示出了具有全长PGM涂层的100％长度SCR的示例。

图7示出了由多个具有相关模块框架的图5A模块化单元构成的SCR反应器模块，该模块继而又被设计成堆叠并固定在示出的热回收系统(例如，HRSG)的支撑框架结构内，以在HRSG中的废气流内形成SCR反应器壁。

图8示出由相对于部分示出的热回收系统(例如，HRSG)的接收区域的支撑框架结构插入和固定的多个图7模块组成的完整SCR反应器壁的形成。

图9示出了具有多个成形突起开口的静态混合器壁的形式的湍流发生器的仅区段的示意性前正视图(观察下游壁表面)。

图10示出了沿图9的具有突起的实心板(较少区段)的X-X横截面截取的左侧边缘视图，其被设计成促进相对于流过的湍流并且绕过废气流中的NH3和NOx而不产生太多背压。

图11示出了具有静态混合器形式的集成湍流发生器的组合SCR模块化单元的实施方案。

图11A示出了沿图11中的剖面线A-A的静态混合器的横截面图。

图12示出了还原反应物喷射器组的实施方案，该还原反应物喷射器组具有用于产生还原剂流动湍流的集成的“翼形”管道支撑的混合构件。

具体实施方式

本发明包括具有改进的减排系统的T-H组合，其特别适于在有效尺寸的热回收系统(诸如热回收蒸汽发生器(“HRSG”)系统)内处理燃气涡轮输出，诸如具有相对大的NOx含量的那些(如由较大尺寸的燃气涡轮产生的那些或以产生相对高的NOx的涡轮燃料运行的那些)。

T-H组合(THC)

图2A示出了本发明中的T-H组合(THC)的例示性实施方案，其总体上具有与图1中表征的T-H组合类似的设置(具有在以下讨论中描述和引用的变化，而共同引用的部件不再描述)。因此，图2A中所示的T-H组合只是本发明的排放回收系统(ERS(用于图2A实施方案的ERS(2a)或用于图2B实施方案的ERS(2b)或ERS')非常适合的合适的T-H组合一般设置的一个示例。还考虑了各种其他T-H组合。例如，本发明包括各种废气通道围堵结构，如由诸如HRSG所代表的热回收系统配置所提供。当废气围堵结构是HRSG时，可存在多种HRSG布置，包括改变热交换管类型和用于在T-H组合的水/蒸汽循环2A中产生蒸汽的布置。另外，在本发明中，与被送到热回收系统的废气相关联的燃气涡轮也可变化，包括不同的涡轮类型，诸如设计用于不同燃料源的那些涡轮类型，以及上文和下文描述的不同燃料/涡轮类型的一些示例。

在图2A所示的本发明的示例性实施方案中，THC包括涡轮(第一)循环1A，其优选为具有发电机15的类型，例如通过相对清洁的燃料F(例如，避免废气流中高灰分含量的那些)诸如天然气、轻馏分或合成气(例如，衍生自煤)来供给燃料。然而，第一循环涡轮可在适于运行涡轮操作的其他类型的燃料F上运行(例如，T-H组合，其中燃料在第一循环涡轮T中燃烧以在第一循环中发电，其中从第一循环涡轮中的气体燃烧产生的热在包括蒸汽驱动涡轮发电机的第二循环2A中的蒸汽操作热发动机中回收)。这两个循环的组合提高了系统的净总效率。

另外的燃料示例包括燃料(和设计成用这种燃料运行的涡轮)，诸如化石燃料或烃基燃料(例如，天然气或柴油)，或非烃类燃料，诸如直接氢或间接氢燃料，诸如基于氨(例如，“绿氨”)涡轮燃料源的那些。本发明非常适合于使用多种燃料类型(并且因此使用所述燃料运行的不同涡轮类型)进行操作，因为本发明能够以有效的方式逐步降低NOx水平，即使当所利用的燃料类型在燃烧时具有相对高的NOx输出时。例如，如所提到的，本发明被设计成将NOx还原95％或更多(如至少96％或更优选至少97％，如高达99％)，同时相对于当使用这种燃料时通常具有50ppm至60ppm的NOx输出的涡轮诸如天然气操作涡轮发电机将氨逃逸水平保持在等于或低于5ppm(如4ppm或更少、3ppm或更少以及2ppm或更少)。在例如直接氢气下操作的燃气涡轮将具有更高的输出水平，如60ppm至100ppm NOx。此外，NOx还原和NH3逃逸的这些记录值在本发明中是可实现的，同时具有“较宽松”的NH3/NOx不良分布水平，如在流向可应用的SCR构件的废气中大于10％ RMS(例如，10％至20％ RMS)。

第二循环2A中的热交换类型操作通常在HRSG的压力部件围堵结构的内部广泛地进行。HRSG的示例是金属框架和混凝土支撑壁的相对大的组件，其设计成限制上文在图1中的T-H组合(或“THC”)的背景中描述的各种ERS部件。因此，本发明的THC包括限定“围堵空间”的围堵结构(CS)，以用于接收热回收系统的压力部件，如定位在HRSG内的所提到的HRSG部件，以及本发明的减排系统ERS实施方案。该实施方案中的ERS包括用于处理所需污染物诸如氮氧化物(NOx)(并且当存在于废气中时)的催化组分，可设计用于另外处理由第一循环1A中的涡轮燃料的燃烧产生的一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)和挥发性有机化合物(VOC)。这些催化组分的催化活性通过将被处理的废气的热量传递给催化组分本身来促进。可针对温度优化的催化活性来选择催化部件在HRSG系统内的位置。

涡轮发电机

如上所述，图2A中的THC的特征在于第一循环1A内的涡轮T，该涡轮T优选在上述燃料类型中的一者中操作，如所提到的“清洁”燃料类型。此外，如在本发明的背景中所描述的，本发明特别擅长处理来自相对大的涡轮(例如，在简单循环应用中尺寸超过400兆瓦并且在组合循环应用中尺寸超过600兆瓦的燃气涡轮，如适于中央站发电的那些)的废气输出。作为具有此类属性的相对较大的涡轮的非限制性例示性示例，参考General ElectricCompany的GE7HA.03 60循环气体涡轮，其在430Mw下以简单循环进行。

本发明还适用于比上述尺寸更小的涡轮尺寸，但具有能够处理具有高NOx输出的大涡轮尺寸(诸如上文和下文所述的那些)以及其他类型的废气生成装置(包括由于例如它们所运行的燃料类型(例如，直接氢气)而具有相对高的NOx输出的涡轮)的显著优点，这些装置即使在尺寸不一定大时也可输出高NOx。

废气围堵结构诸如热回收系统(以HRSG为例)

如上所述，并且再次参照图2A，本发明的热回收系统可以是HRSG。因此，下文参考如在特征在于HRSG的T-H组合中使用的本发明减排系统。就这一点而言，在HRSG的废气围堵结构CS内示出了本发明的减排系统ERS以及相对于所示的HRSG示例的各种其他HRSG循环2部件(诸如以上在本申请的背景部分中描述的那些)。

围堵结构CS被设计成将来自循环1A涡轮T的废气流E从HRSG的入口开口限制到排放开口D，并且还接收减排系统ERS连同背景参考的附加循环2部件，这些附加循环2部件的部分也被接收在HRSG中，用于目的诸如循环2操作中的废气热的热交换器传递，以使得蒸汽涡轮70能够操作。

围堵结构CS的尺寸被设计成容纳第一循环1A涡轮T的废气输出，并且提供所需的循环2热交换和用于ERS操作的足够空间。具有常规减排系统的常规HRSG，诸如在背景技术中描述的并且与较大尺寸的涡轮一起使用的那些，通常在>100(例如，120)英尺L×30(例如，40)英尺W×70(例如，80)英尺H的范围内(其中HRSG长度L表示通向HRSG的压力部分围堵结构或主体(具有长度L_E)的上游定位的分叉入口直到到达离开HRSG的围堵结构的压力部分的堆叠工作的下游端之间的长度)。本发明的围堵结构CS被设计成避免在HRSG制造中增加的费用，并且因此优选地保持L等于或低于所提到的120×40×80(L×W×H)尺寸范围，并且更优选地甚至相对于上述“较大”兆瓦发电涡轮为≤100英尺L×≤30英尺W×≤70英尺H。这种尺寸适合于沿HRSG的线性长度的例如20英尺至24英尺的ERS接收空间(具有所示CS的共同高度和宽度或者与ERS的线性长度匹配的扩展或隆起的H×W区域)。膨胀允许催化剂具有更大的横截面，并且在一定程度上确实降低了气体速度(但是由于增加的HRSG配置的复杂性可能增加配置成本)。

图8进一步示出了可用于组装本发明的独特ERS部件的技术(当处理常规部件时的常规技术)，并且该技术涉及由工人插入(堆叠)单独的SCR模块MO1、MO2、MO3等，以在部分示出的HRSG 20中的CS的界限内形成SCR壁(SCR1和SCR2)。图8的模块仅为SCR部件，但在另选实施方案中，接合在一起以形成模块的模块化单元(或模块本身的框架结构)可分别支撑(例如，在模块化单元100下游延伸的托架支撑件)如在静态混合器中的湍流产生器(参见关于图11和图11A的以下论述)。

而且，结合图2A中的湍流发生器(静态混合器)利用本发明的SCR1和SCR2被设计成提供足够的通流以优化涡轮操作，同时避免由于沿HRSG长度的太多阻塞部件而导致的压力损失的不期望的增加。例如，保持在等于或小于9百万磅/小时(例如，在6至9或6至8百万磅/小时内)的通过HRSG的废气流是适用于本发明(特别是用于大功率产生)同时仍确保期望的(例如，监管的)NOx还原水平和最小化的氨逃逸的流速的例示。

使用SCR反应器组件的减排系统(ERS)—实施方案1

i)化合物/还原剂供应系统RRI(例如，喷氨格栅-AIG)

图2A(示意性地)示出了化合物/还原剂供应系统220(也称为RRI)的示例；在本发明的实施方案中，其特征在于适用于SCR反应的还原剂，诸如包含氨水、无水氨和/或尿素水溶液的还原剂。当将氨用作还原剂时，其可通过将氨前体化合物例如尿素、氨基甲酸铵或甲酸铵给料到废气流中并且随后通过水解而可用。本文所公开的喷射系统和方法可将还原剂(例如，可将试剂以液态、气态或蒸汽态喷射)喷射到从燃气涡轮T源穿过并穿过HRSG并且与本发明的ERS接触的废气流中。因此，参考上述优选试剂类型，本发明的一方面的特征在于提供还原剂喷射供应系统(RRI)的供应系统220，如喷氨格栅(AIG)。此外，为了方便起见，以下以喷氨系统AIG(以及当涉及给料相应SCR反应器的多个Y轴间隔开的喷氨独立区域时的AIG1和AIG2)的例示性(在许多环境中优选)形式参考供应系统220。

如图2A中进一步表示的，供应系统220是本发明的例示性ERS实施方案的第一在线部件。供应系统220优选地是中分辨率或低分辨率RRI，优选地还具有在第一SCR1上游的单个Y轴喷射位置(在另选实施方案中，所提到的单个区域可补充有另外的上游和/或下游区域，尽管具有在SCR1上游的还原剂区域的仅一个喷射的ERS对于许多预期用途是优选的)。

就这一点而言，图3A示出了低分辨率RRI形式的化合物/试剂供应系统220A，其由合适的HRSG支撑结构支撑，以便具有延伸穿过围堵结构(在该实施方案中为一个侧壁)并且终止于热回收系统(诸如HRSG)的内壁内的还原剂供应管道，以便面对在热回收系统(例如，HRSG)的围堵结构/空间CS中经过的流动流FL。图3A以流动面向/通道经过的视角呈现系统220A的透视图。供应系统220A是适合于本发明的RRI1(AIG1)(以及RRI2(AIG2)，如果在下文的讨论中利用的话)的喷氨格栅(AIG)中的喷射系统(RRI)的示例。

如图3A所示，化合物/试剂供应系统220A(RRI)包括多个主入口管道组件IM1和IM2，它们是用于试剂诸如前述氨源的主入口管道。管道组件IM1包括主给料管线ML1，并且相应地，管道组件IM2包括主给料管线ML2。主给料管线ML1和主给料管线ML2中的每一者被示为分别具有出口区域BO1和BO2。每个出口区域的特征在于分配管道DC1和DC2(每个都被示为延伸较大管道区段的水平Y轴)，入口管线IL(对于ML1，每个入口管线IL被分配以示为IL1、IL2……IL7、IL8的附图标记，以及对于ML2，示为IL9、IL10……IL15、IL16的附图标记)从该分配管道(在该实施方案中垂直地)延伸出来。主管线ML3表示废气管道，所例示的移除管线(仅参考RM1)通过该废气管道引出加热的废气，以促进与进入的试剂的热交换，从而帮助升高其在喷射时的温度。

如从图3A进一步所见，各种入口管线IL各自被示为具有通向水平第一区段(沿Y轴延伸)的垂直区段(沿Z轴延伸)和下游X轴延伸部。每个下游X轴延伸部导致与堆叠歧管区段MAI1至MAI16(仅标记了IM1组的MAI1和MAI8，并且针对IM2组仅参考了MAI9和MAI16)中的相应一者接合的相应弯曲中间段。歧管区段可沿邻接壁的HRSG围堵表面堆叠，使得仅一个入口管道需要插入穿过HRSG的侧壁。

歧管区段MAI1至MAI16各自分别通向歧管MAN1至MAN16中的一者，这些歧管被示出为在端对端堆叠支撑布置中具有中间尺寸的管道区段。因此，与管道组件IM1和IM2相关联的管道的一部分被设计用于在围堵结构定位的外部(在限定围堵空间CS的壁的外部)，以避免相对于废气流FL的不适当的流动中断并且避免增加的潜在压力损失。

歧管区段MAI1至MAI16中的每一者还被示出为提供对多个喷枪IJL的支撑，其中每个喷枪IJL在HRSG(X轴)方向内的宽度方向上从支撑相应歧管区段向外并且在MAN1至MAN16之间延伸，并且其中在数量组中的相应四个组内的每个喷枪在自由端处分别由盖帽CP盖帽(其表示喷枪在限定围堵结构CS的围堵空间的HRSG的相对侧壁处的支撑端，其中支撑例如是附接到HRSG内部侧壁的开口顶部管道接头，其中盖帽歧管端能够与X轴膨胀室嵌套)。

因此，考虑到MAN1，作为示例，示出了IJ1A至IJ1D作为从IM1的MAI1延伸出的一组四个喷枪。在针对RRI 220A例示的实施方案中，示出了16个歧管区段(MAI1至MAI16)的堆叠，每个歧管区段分别支撑歧管MAN1至MAN16，并且由MAN1至MAN16表示的每个相应歧管在它们的最下游端被单独地覆盖。

参照图3B，还可看到，每个喷枪包括多个喷射端口IP，该多个喷射端口IP被布置成例如具有喷出还原剂(例如，诸如本文所述的氨源)的开口。例如，如果废气流在上游至下游、正Y轴方向上前进通过HRSG，则喷射端口被示出布置成在负Y轴方向上将还原剂喷射到即将到来的废气流FL中。在本发明的另选实施方案中，如果在流中存在足够的空间和湍流以实现期望的混合程度，则喷射端口可布置成使喷射的还原剂流与废气流在共同的流动方向上流动。另外，喷射端口每一者都沿X轴方向与所示的各种歧管MAN1至MAN16中的每种喷射IJL的延伸方向共同地间隔开。

对于以与上述IJ1A至IJ1D类似的方式包括一组四个喷枪IJL的16个示出的歧管MAN1至MAN16中的每一者，可看出相对于进入流动废气流FL中的试剂供应覆盖，大量的Z轴-X轴横截面面积(在沿HRSG的长度的基本上共同的Y轴位置处)通常被覆盖。

还参考阀组件区域VCA，其包括分别与IL1至IL16中的每一者相关联的多个阀。为了方便起见，仅标记了阀VA1(与IM1的入口管线IL1相关联)和阀VA9(与IM2的IL9相关联)，但是应当理解，IL1至IL16中的每一者在阀组件区域VCA内具有相关联的阀。因此，每个阀可控制与其相关联的相应歧管是打开还是关闭，以允许或不允许试剂供应到在HRSG围堵空间CS内延伸的相关联歧管的最终释放端口IP(在经过的废气流内)。此外，在优选的实施方案中，可通过具有可变定位阀(例如，蝶形阀)来提供关于从主管道IM1或IM2(无论哪一个与所讨论的阀相关联)给料的试剂的量的滑动标尺。此外，这些阀优选地各自与一个或多个控制构件(诸如以上描述的那些)处于电子控制关系(图4A和4B中示出的控制CN是例示性的)。

试剂供应管道和相关联单独歧管区域(例如，MAN1)的组合以及控制歧管(图3A中示出的16个歧管)中的每一者内的IP的总输出的能力说明了相对于废气流FL呈现不同的可调谐区域，其中每个区域对于无流动或全流动是单独且独立可控制的(并且更优选地，变流阀布置，其中存在相对于用于该特定管线(并且因此也用于该特定歧管)的受控且可调节的阀的打开-关闭阀状态以任何百分比水平(诸如1％、2％……98％、99％)在0％(无流)和100％(全可用流输出)之间选择百分比水平的能力)。尽管有这种阀流量可调节性，但图3A的供应系统220A(RRI或AIG)的性质在本领域中被认为是“低分辨率”的。即，系统220A代表低分辨率示例，因为例如可调谐区域的数目是有限的(例如，16个区域在18或更少个内)，不涉及添加到管道的集成管道支撑混合器，并且试剂源仅从HRSG的一侧并且在SCR上游的HRSG内的一个一般Y轴位置处供应。换句话讲，系统220A的性质(仅具有16个可调谐区域、不添加集成管道支撑混合构件、仅HRSG喷射供应的一侧以及一个一般Y轴位置)代表与更复杂的喷射系统相比相对容易的管道组件构造，该更复杂的喷射系统诸如涉及以下标准中的一者或多者的那些：(i)大量可调谐区域(例如，大于24)，(ii)添加混合构件到管道，(iii)多个Y轴分离的供应位置，其中每个具有其自己独立的可调谐区域组，以及(iv)多于一个侧壁(或任何两个或更多个侧部/顶部/底部的组合)管道插入位点到围堵空间中，如来自HRSG两侧(和/或来自由上向下位置)与(i)、(ii)或(iii)中的至少一者联接的那些。

存在于围堵空间内的废气的流入物中的有限数目的独立流动可控区域的附加或另选特性简化了管道复杂性并且例示了低分辨率RRI(例如，AIG)。每个“可调谐区域”通常可定义为可单独调节以改变供应到流动流FL中的试剂的量的喷射系统源。图3A中示出的阀VA1至VA16中的每一者被单独地调节以改变试剂的流动(例如，从开/关的更简化的方面或优选地从在无流动和全流动的两个极端之间变化的可调节性的方面)的情况下，提供了16个用于试剂供应的独立可控制的或可调谐区域。图3A示出了歧管MAN1至MAN16中的每一者以及它们相关联的喷射端口IP，其中歧管MAN1至MAN16中的每一者表示16个区(Z1至Z16，仅标记了Z1(顶部)和Z16(底部))中的相应一个。图3A中的布置也仅示出了垂直区域控制。即，虽然在一个柱中有16个独立可控制的区域，但是所示的每个歧管基于上游阀经由端口IP跨其整个X轴长度喷出(图3B)。因此，可解决不良分布的上部区域或高NOx通量区域；但是由于单独的垂直区域调节能力，不能校正过度不良分布或高NOx通量的左侧区域。

因此，对于16个(仅垂直间隔可控)区域，图3A的实施方案可被认为是“低分辨率”RRI(AIG)的示例。如所提到的，18或更少个的单个区域也是低分辨率特征区域编号的例示。还存在与通过依赖高分辨率喷射组件(如AIG中的RRI)实现较低的不良分布％值的相关性。例如，为了实现等于或低于10％(如8％)的不良分布值，可预期需要具有适用的(i)至(iv)中的一者或多者：(i)如25或更多的大量区域；(ii)相对于RRI喷射器在HRSG中增加管道支撑混合器附件；(iii)SCRconv上游的多个不同的(Y轴分离的)RRI喷射位置，以对流动的废气起作用，以及(iv)与(i)至(iii)中的一者或多者联接的多个HRSG壁管道插入。(i)至(iv)的所有这些特性代表了不期望的增加的复杂性和成本。此外，当考虑常规T-H系统时，诸如仅使用SCRconv(如双材料SCRconv的单壁)的那些，存在对低值(低于10％)不良分布值的相关需求；并且因此，如果有任何机会达到许多必需的NOx还原值(例如，96％)，则得到高分辨率RRI。

因此，在本申请中，RRI系统中的术语“低分辨率”是基于满足以下特性中的一者或多者的一种：(A)仅延伸穿过HRSG的一个表面的管道(在顶部/任一侧/或底部处仅一个引入位置)；(B)在HRSG中的仅一个一般Y轴区域中的管道供应(“一般”包括来自从共同HRSG表面入口位置延伸的共同主管线的管道相对于彼此稍微上游和下游的可能性，但不包括在不同Y轴位置处延伸穿过共同或不同侧壁的单独Y轴喷射分区管道组)；(C)不具有任何添加的混合构件，如添加的镀层，该添加的镀层涉及供给还原剂的重定向喷射管道并且通常支撑在该相同的管道上；以及(D)具有18或更少个区域。优选地，“低分辨率”的水平是满足上述(A)至(D)特性中的两者、三者或全部四者的RRI，如图3A的实施方案，其满足特性(A)、(B)、(C)和(D)中的每一者，其中其16个区域从在公共Y轴位置处仅延伸通过HRSG的一侧的管道给料，并且该管道不含添加的管道支撑混合构件。

本发明优选地避免使用高分辨率RRI，这通过上述“宽松的”不良分布水平潜力而成为可能。此外，在本发明的另选实施方案中，特征在于所提到的中水平分辨率，这在本发明的“更宽松”的不良分布灵活性中也是可能的，并且可便于达到上述NOx控制的最高水平，同时仍然避免了高分辨率RRI的复杂性。中分辨率RRI优选地满足上述低分辨率类别中的(B)和(C)，并且已经利用修改的(A)或(A')修改了(A)和(D)，其特征在于如在左侧和右侧壁管道组插入时的多个侧面插入的可能性；并且修改的(D)或(D')的特征在于可调谐区域的数目大于18个且至多24个可调谐区域。

中分辨率RRI的示例可在图3C所示的化合物/试剂供应系统220B(RRI)中看到，其满足(B)和(C)，但不满足(A)，基于通过HRSG的相对侧壁管道延伸，并且不满足(D)，基于具有大于18个可调谐区域(如下所述的24个可调谐区域)。图3C的特征在于与图3A所示的有些类似的分区布置，但是具有由列COL1和COL2表示的两列区以及每列中的12个水平隔开的可调谐区域(与图3A中的16个间隔开的可调谐区域的一列相反)。可使用诸如图3A中所示的类似源管道，但在该中分辨率RRI中，存在定位在HRSG围堵结构CS的每个外侧上的源管道。中心框架结构FS的特征还在于支撑左和右柱歧管中的每一者的内端。因此，源管道被设计成通过喷射通道I1至I24中的每一者(为方便起见仅参考I1、I2、I23和I24)输入试剂，诸如本文所述的氨源。与图3A的实施方案一样，存在多个密封且堆叠的独立歧管区段MAI1至MAI24(为了方便起见，仅参考MAI1、MAI2、MAI23和MAI24)，每个歧管区段将试剂给料到相关联歧管MAN1至MAN24中(其中每个歧管由具有阀的给料系统给料，以提供前述单独且独立的试剂流量调节(开/关或更优选地单独可变，其中优选地通过控制系统监测和主动(例如，反馈)阀调节进行调节)。此外，存在多个端口IP(在图3C中未示出，但是等同于在图3B的放大图中示出的端口IP)。

因此，当化合物/试剂供应系统220B(RRI)具有双侧壁插入管道时(并且因此不满足低分辨率特征(A))；其满足中间标准；这满足：(B)仅在一个一般Y轴区域中的管道供应(因为插入管道的左侧壁和右侧壁位于大致共同的Y轴位置处，这有利于利用共同的框架结构FS对歧管的内端进行支撑)，以及(C)因为其不含管道支撑混合构件，以及(D)因为其具有24或更少个区域(图3C中示出24个)。

可以看出，在特性(A)至(D)(如喷射区域的数目)和避免其中期望量的试剂未被供应到废气以产生期望的试剂(NH3)/NOx混合物的区域的能力之间存在关联。因此，具有大量管道和端口以能够实现大量可调谐喷射区域的高分辨率试剂供应系统(无论其是通过每个Y轴位置具有25个以上区域还是小于25个区域，但在SCR上游具有多个分离的Y轴喷射位置，或三个侧面的喷射位置(通常导致多个Y轴位置以提供空间)或具有例如多于18个可调谐区域的添加的管道支撑混合器)具有相对于由此流动的废气实现更普遍的混合的能力，并且因此具有更低的不良分布％潜力(例如，存在不适当的NH3/NOx混合的更少区域，并且在存在喷射区域的那些区域中，喷射区域的输出基于喷射的独立可调谐性质被设计为具有用于通过的废气的适当喷射比)。尽管高分辨率RRI供应系统可便于避免更高的不良分布水平，但更高的分辨率和相关联增加的复杂性是以材料、组装和维护的高成本为代价的；并且因此，如果仍然能够实现期望的总减排(诸如由监管规定产生的减排)，则避免这种较高复杂性是有益的。

本发明的布置非常适合于提供对试剂供应系统复杂性的降低的需求，同时仍然提供可根据本发明上下文中所述的还原水平实现高NOx去除和低试剂(例如，NH3)逃逸的ERS。图3A和图3C的供应系统220A和220B分别是低分辨率和中分辨率供应系统的示例，其避免了相对于高分辨率RRI的材料、组装和维护的高成本的上述缺点。

图3D至图3F示出了具有喷射器组件IAH的高分辨率试剂供应系统220H的示例，该喷射器组件IAH具有由3列(CO1、CO2和CO3)表示的21个可调谐区域和在垂直位置V1至V7处的7个可调谐区域，使得不仅可修改七个垂直水平V1至V7中的每一者中的喷射流，而且还可经由跨X轴的CO1、CO2和CO3的独立列修改左侧、右侧和中心的独立可调谐区域。RRI 220H具有喷射器组件IAH，其具有21个独立的喷射器管道(其中IJ1给料区域Z1和IJ3给料区域Z3代表21个中的2个)。

图3E和图3F示出了相对于所示的一个区域Z1的喷射器管道IJ1，以及其根据所描绘的流动方向FL在区域Z1的下游侧上的位置。还示出了通向中央歧管/支撑管道柱IPO的双通歧管IMA，该双通歧管向X轴管道IL给料，该X轴管道包括向左的10个喷射枪IL1L至IL10L(仅参考第一和第十个)和向右的10个喷射枪IL1R至IL10R(仅参考第一和第十个)。设置类似的一组入口管道，诸如图3E和图3F中所示的IJ1，以分别供应其他20个区域，使得每个区域是独立可调谐的。

RRI 220H被示出为具有21个独立的区域，这些区域处于中间区域数目水平，但是由于在每个喷枪IL上添加了管道混合器BF(为了方便，仅描绘了BF1L、BFL10以及BFR1和BFR10)，因此增加了大量的复杂性，以便使得RRI 220H成为高分辨率实施方案。管道支撑混合构件BF表示添加的镀层，其被放置在管道的上游(例如，通过焊接)以在流过单独的喷枪IL的流动中产生湍流，由此还原剂的喷射端口给料混合(其中图3D的实施方案在废气的共同流动方向上给料于试剂)。

图3D进一步示出了在由特征在于左侧壁SWL、右侧壁SWR、顶壁TW和底壁BW的HRSG的内表面表示的围堵结构CS的空间中处于其支撑关系的高分辨率RRI 220H。还示出了Z轴框架结构支柱STS支撑件，以便于整个RRI的中心悬挂定位。在该实施方案中，由双通歧管IMA和中央歧管/支撑管道柱IPO表示的给料管道还设置有钻在其中的独立端口，以避免相对于图3D中示出的综合RRI的盲点区域。此外，尽管未示出，但将定位合适的镀层以覆盖21区域面向流动的周边区域，从而防止周边废气逃逸经过所示的SCR反应器。

常规来源系统(未示出)可用于将试剂供应至供应系统220、220A、220B和220H的喷射器，其中这种常规来源系统的非排他性示例见于授予Mikkelsen等人的US 6,550,250 B2中。

化合物/试剂供应系统220(或220A或220B，其中220在下文通常用于表示220、220A和220B中的每一者(以及220H，诸如在改装情形中或其中尽管增加了复杂性和成本，但高分辨率RRI被认为是可接受的)，不存在相反的指示)被设计成在ERS的上游区域中供应适合于在本发明中使用的试剂化合物。因此，图2A中的示意图表示例如占据有限线性长度区域的氨供应区域(例如，内部管道占据HRSG有限长度/体积的一些长度，以提供本发明的ERS，这对于具有其单个Y轴插入位置的220而言通常相对最小)。

将由供应系统220提供到含有待还原的NOx的废气E中的还原剂(例如，NH3)混合并分配到浓度标准，以实现期望的NH3/NOx比例，从而实现预期的ERS性能。增加NH3/NOx比例将有助于增加SCR反应器中的NOx转化，但这也将增加SCR反应器之后的NH3逃逸。NH3供应量可经由合适的控制器(例如，参见图4A中的控制器CN)通过合适的感测(例如，监测SCR2以及潜在地还有SCR1下游的NH3和/或NOx的总逃逸水平，诸如利用前述NOx和试剂逃逸感测构件)以及相对于该控制器的反馈和/或前馈控制回路来调节，以调节NH3喷射供应量。

因此，本发明的一方面包括化合物/试剂供应系统220与控制器诸如控制器CN(或者如果控制器CN是也与T-H组合的一般控制相关联的控制器(例如，与ERS功能相关联的子控制)，则是其子部件)通信。控制器CN(无论是所提到的具有ERS功能子控制的通用T-H组合控制器还是专用的独立ERS控制器)可包括存储在机器可读介质(例如，存储器)中并且由处理器使用以实现本文所公开的技术的非暂态代码或指令。在某些实施方案中，控制器CN可利用存储器来存储指令(例如，代码)并且利用处理器(例如，多个微处理器、一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或某一其他处理器配置)来执行这些指令。存储器可存储各种表和/或模型(例如，表示和/或模拟ERS的各个方面的软件模型，以及基于过去性能的历史数据，如同催化剂类型和负载中相对于已知废气流特性的类似变量)。到控制器的各种输入信号可包括涡轮输出(例如，温度、流速)、排放浓度(例如，NOx浓度)或T-H组合的其他操作条件。

该输出信号可包括对用于反应物供应系统220的喷射命令的调节(如AIG，当利用喷氨格栅时)，以在进入第一在线SCR(以下描述的作为催化剂反应器组件的一部分的SCR1)或两个RRI(例如，AIG)中的每一者(如以下描述的本发明的另外的ERS的实施方案)之前调节从相应的可调谐区域转移至废气流E的NH3的量。控制器CN可利用一种或多种类型的模型(例如，可由处理器执行的基于软件的模型)。例如，模型可包括统计模型，诸如回归分析模型。回归分析可用于找到能够在特定误差范围内对未来趋势建模的函数。关联技术可用于找到变量之间的关系。此外，与模型一起利用的数据可包括历史数据、经验数据、基于知识的数据等。控制器CN还可硬连线到被利用或配置为单独地或部分地以无线方式与感测构件一起操作的任何感测构件(例如，向处理系统提供数据的发射传感器和对应接收单元(例如，用于执行上述功能的处理器电路))。本发明的特征包括放松与在至少SCR1并且优选地在SCR1和SCR2两者之前设定NH3/NOx不良分布值相关联的刚性水平的能力，并且因此控制器可被设定为提供和维持该不太严格的不良分布Xsd。

例如，常规TH组合配置(常常在HRSG内的感知策略位置处使用独立的主体OC和/或ASC)通常试图通过将不良分布水平维持在等于或低于作为最大值的10％来满足排放标准。在本发明中，虽然这种“较低”或“较紧”值的不良分布水平将很好地工作，但本发明还提供了允许比前述现有技术所寻求的最大值水平(相对于稳态不良分布操作水平)更高的不良分布水平的自由。例如，导致SCR1的例如15％的新的最大水平不良分布水平被表征为本发明的一方面。例如，本发明包括配置和/或设置控制器以允许经由RRI1(例如，AIG1)供应的大于10％且小于或等于20％的不良分布值，其中大于10％至15％的范围是达到SCR1的优选范围的示例，并且大于10％至20％的范围是达到SCR2的适当范围的示例，这些范围非常适合于处理预期的NOx还原和最小化的逃逸水平要求，诸如用于NOx还原和氨逃逸的那些值分别是≥95％(包括值96％、97％、98％和99％)和≤5ppm(包括值4ppm、3ppm、2ppm、1ppm)。

此外，上述ERS(和下文描述的ERS-具有或不具有集成的TG)代表被认为可用于另选用途的有效减排系统构件(“或SCR反应器”)。例如，相对于含NOx的废气输入的另选源(例如，不同于涡轮)以及相对于不同于本文所述的热回收系统(例如，HRSG)的不同废气流围堵结构，将NOx还原至所提到的水平，同时避免试剂逃逸(也在本文所述的所提到的水平处)。然而，本发明的SCR反应器(ERS或ERS')被设计成特别适用于处理诸如本文所述的涡轮的NOx输出，其中废气被给料到热回收系统诸如HRSG。

ii.催化剂反应器组件(实施方案1示例)

相对于在图2A中举例说明的本发明的例示的实施方案，存在特征催化剂反应器组件CRA(作为例示的ERS的一部分)，其在图2A例示的实施方案中在供应系统220的下游，并且包括在图2A中由210A和210B表示的第一和第二选择性催化还原反应器(SCR1和SCR2)以及如在图2A中由230表示的中间湍流发生器(TG)例如静态混合器(SM)。

a)SCR1(和/或SCR2)

催化剂反应器组件CRA的SCR1(以及SCR2-无论SCR2与SCR1相同还是与SCR2不同-参考本段中的“SCR”参考SCR1、SCR2或当在适当的上下文中时参考两者)可采取多种形式。根据示例性实施方案，SCR包括贱金属催化剂，通常利用用活性组分(例如，钨和钒的氧化物)浸渍的二氧化钛载体，和/或任何合适的其他NOx还原催化剂可用于该系统和方法中。SCR应当适于处理达到它的废气流温度，以便提供合适的寿命周期。本发明的实施方案包括具有相同的SCR1和SCR2(如配置、SCR催化剂材料、SCR基底和SCR框架结构完全相同)，使得当组装用于SCR1和SCR2的壁时可采取通用方法。然而，另选的实施方案包括具有不完全相同的SCR1和SCR2，尽管可能具有共同的剩余属性中的一者或多者，如与SCR2相比在SCR1上具有不同的催化剂材料，但具有共同的配置。例如，考虑到SCR2的下游定位(并且因此通常是冷却器位置(在SCR1和SCR2之间不存在加热器的添加，这在本发明中是可能的，但是通常呈现不期望的添加的操作燃料和/或电力使用和/或具有相关联的缺点的回流；并且因此，ERS优选不含任何专用催化剂温度加热器))，SCR2催化剂材料可包括不同于SCR1的材料。例如，在冷却器位置处的SCR2可包括不存在于SCR1中的PGM材料或与上游SCR1相比更高的PGM负载，如Pd或与SCR1相比在SCR2中更多的Pd，以便降低PGM(例如Pd)挥发性的可能性。

此外，SCR(SCR1和/或SCR2)可以是单一功能(以NOx还原为中心设计)或多功能(诸如以NOx还原为中心设计的双功能SCR，以及例如在HC、CO和VOC的氧化催化剂(OC)中的二级功能)。更进一步地，本发明的特征在于三功能SCR或另选双功能(其中氨逃逸避免焦点代替OC功能或代替非PGM区域或层以具有OC和ASC双功能)。例如，根据本发明的各方面，进一步设想了添加的避免逃逸催化剂ASC PGM负载，如共同基底上的第三区域(例如，没有SCR材料的上游OC区域/仅中间SCR区域和下游ASC区域)；或相对较少或无PGM SCR上游/ASC另选双区域布置，或OC PGM/SCR无PGM交替双区域配置。第一、第二(和第三或更多，当存在时)区域优选在所提到的上游到下游列表顺序中，尽管如果要求规定，则另选的实施方案包括具有另选区域顺序。此外，特别是从避免通过HRSG的相对高的压力损失的观点来看，SCR1和/或SCR2是固定的排放控制催化剂，诸如具有整体式催化剂主体的那些，如具有包围的结构框架以承受堆叠负载的波纹或蜂窝整体式催化剂主体。优选地，SCR1和SCR2被设置为独立的壁形成，其中每个壁由(相对于HRSG的Y轴长度)单金属围堵结构或每个围堵结构具有相应的SCR材料的集成的(在线性长度上)多围堵单一壁构件块结构组成，其中先前的单个围堵结构布置通常非常适合于甚至更高的NOx去除速率和上述低还原试剂逃逸量。

在市场上可买到的并且非常适合本发明主要预期用途性质的合适的固定式排放控制催化剂的示例包括Umicore AG的“DNX”型催化剂。Umicore的催化剂基于波纹纤维增强的二氧化钛(TiO2)载体板。该板用活性组分均匀浸渍，其中整个陶瓷板由均匀分布的三氧化钨(WO3)和五氧化二钒(V2O5)组成。所提到的“DNX”型催化剂的例示性材料组成表可见于下表1中。

表1(来源于Umicore“DNX”型催化剂的安全数据信息)

前述“DNX”系列的Umicore AG催化剂包括前述“单”或“非双”型SCR，其中“单”型的合适构造的示例是的US 7,431,904 B2，而双功能催化剂DNX型催化剂的示例由Castellino等人的WO 2014/124830 A1和Pedersen等人的WO 2017/220473 A1表示。如其中所见，双“DNX”催化剂可包括波纹纤维增强的二氧化钛(TiO2)载体板，其中这些板均匀地浸渍有活性组分，使得整个陶瓷板由均匀分布的三氧化钨(WO3)和五氧化二钒(V2O5)以及(与提供双功能属性相结合)特征在于添加浸渍的贵金属溶液(如在WO 2017/220473 A1中描述的示例中用PGM诸如钯溶液浸渍)的区域(例如，在本发明的例示性实施方案中的下游区域)组成。

如前所述，在本发明的各方面中，SCR1和SCR2中的每一者可由共同的(优选共同配置和共同组成)催化剂表示。因此，在使用“DNX”型催化剂的情况下，在SCR1和SCR2中的每一者处可存在一组上述非双功能“DNX”型催化剂的特征；或者另选地，SCR1和SCR2中的每一者可以是双功能“DNX”型催化剂，诸如在WO 2017/220473 A1中描述的。

在某些预期使用的环境下，不是SCR1和SCR2中的每一者都相同，而是可改变组成或配置中的一者或两者。例如，在使用“DNX”型催化剂的情况下，特征可以是SCR1为非双“DNX”型，并且SCR2为双“DNX”型催化剂。在其他预期使用的环境下，可实施反向布置，其特征在于双“DNX”类型的SCR1和非双“DNX”类型的SCR2。

而且，考虑到本发明的预期使用环境包括前述较大尺寸的HRSG，利用前述SCR催化剂“壁”用于催化剂还原组件，其中SCR1构成第一壁且SCR2表示与SCR1间隔开且独立的第二壁(例如，除了通过经由共同支撑HRSG围堵结构CS区域的间接接触之外，SCR1和SCR2壁之间没有直接接触)。因此，在本发明的图2A中，附图标记210A和210B表示设置在HRSG中的围堵结构CS中的此类“壁”。此外，在避免尺寸增加(如长度增加)以适应例如T-H组合的较大NOx输出涡轮的所提到的期望下，避免SCR1的出口端和SCR2的入口端之间的过多间隔(尽管这种增加的间隔的优点在SCR接触之前提供增加的混合时间)，其中8英尺至15英尺的间隔非常适合于本发明中的许多预期用途。

同样，考虑到本发明中的SCR1和SCR2的大尺寸潜在使用，每个壁优选地由模块组成，这些模块继而又由堆叠(并且优选地固定，如通过焊接)的模块化单元组成。在的US 8,323,600 B2中可以看到适于组装成模块的模块化单元的设计，这些模块继而又可组合(例如，堆叠在彼此的顶部上和/或并排堆叠并且固定以形成催化剂SCR壁)，该专利公开了特征在于板和其间的波形波纹片材的波纹整体式基底；和周边包围盒，其中箱配置非常适合于本发明中的预期“堆叠”壁形成。

例如，前述Umicore的催化剂以方形横截面为466mm×466mm(18.4英寸×18.4英寸)的镀铝碳钢元件(例示上述“金属围堵结构”)提供，这些模块化单元可由两名人员携带，然后堆叠并相互固定(例如，相对于垂直于HRSG线性长度的平面)，以提供模块(包括模块框架)，该模块(由选定的模块化单元堆叠配置与合适的框架固定在一起组成)可例如通过叉车运输并吊运至HRSG中所需的壁形成位置(例如，参见图8)。因此，在根据本发明的SCR壁形成的这一方面中，单个元件或模块化单元被组装以形成具有接合在一起的多个模块化单元的模块，这些模块代表构件块，这些构件块代表将被组装在一起以形成壁的多壁区段。每个SCR壁优选地在线性深度或长度上仅为一个模块化单元，以避免过大的背压(例如，通过将元件定位焊接在适于优选的水平反应器应用的支撑框架中)。/>

参考图5A至图5C，提供了对模块化单元100的进一步讨论，该模块化单元具有周边金属壁外壳102，该周边金属壁外壳具有开口入口端104和开口出口端106。在由外壳102的内表面限定的区域内从入口104延伸到出口106的全长，提供了前述波纹纤维增强的二氧化钛(TiO2)载体板，该板均匀地浸渍有活性组分，使得整个陶瓷板由均匀分布的三氧化钨(WO3)和五氧化二钒(V2O5)(以及在双功能情况下为钯的PGM材料)组成。

根据利用ERS的环境，可能有动机在全部或部分SCR上负载PGM。例如，当存在时，针对减排的PGM材料负载量可存在变化(例如，Pd提供氧化功能以特别地将CO氧化为CO2)。在优选的实施方案中，从下游端106开始并向上游端延伸的PGM的长度(优选负载Pd、Pd+Pt或Pt)可看出这种变化。例如，SCR1可具有0％长度的PGM负载(无PGM供应)以及SCR2。另选地，可存在一种安排，其中SCR1和SCR2中的每一者沿出口106至入口104之间的SCR1和SCR2的相应全长提供有100％的PGM负载(在全长上的普通PGM负载或梯度安排，如在入口处较低并且在出口区域处逐渐上升至最大负载)。PGM添加的百分比长度覆盖从出口到入口的更进一步的变化也是特征性的，如具有50％的SCR1和SCR2的每一者，使SCR1和SCR2的每一者具有双功能。特征还在于逃逸区域长度百分比潜力，其中SCR1和SCR2中的任一者或两者被改变至0％和100％之间的任何百分数点以更好地适应预期的使用环境，如SCR1上的25％ PGM涂层覆盖和SCR2上的75％ PGM涂层覆盖，仅作为一个示例。

同样，PGM涂层被设计成适合于预期用途，如针对氧化催化剂(和/或ASC)效应的Pd或Pt，并且SCR1、SCR2或两者上的PGM的覆盖长度的百分比是可变的以适合期望的环境(例如，燃料类型、涡轮尺寸等)。PGM包含的方式可变化，也可是被普通全长无PGM载体涂层吸收的PGM溶液变化，或者将含有PGM层的覆盖物添加的载体涂层添加到下面的非PGM层变化(或者对于非PGM载体涂层和PGM载体涂层，反之亦然)。

另外，虽然所提到的Umicore的催化剂(具有三氧化钨(WO3)和五氧化二钒(V2O5)均匀分布的陶瓷板)是非常适合于本发明的实施方案的SCR材料和配置的例示，但各种其他类型的SCR材料和配置也在本发明的考虑范围内。例如，当T-H组合的环境适合的情况下，特征在于另选的SCR材料，如单独的微孔材料(例如，沸石)，或作为添加的催化材料的载体(例如，铁和/或铜或PGM分区是例示性的)。

图5B示出了在模块化单元100的入口端中示出的截面XC的放大图。在图5B中，可更好地看到前述载体板108，其用于在催化剂形成工艺中将与其整体结合的内部波纹层110夹在中间。根据标准实践，如载体涂层装载技术(例如，用真空浸渍和/或加压载体涂层浆料流产生)，将催化涂层提供给组合载体板和夹层波纹片材。该涂层具有诸如上所述的催化材料含量(具有和不具有PGM负载)。

图5C示出了在水平取向的HRSG中假设的典型取向中的模块化单元100的另一视图，其具有废气流方向F的示意性标识(示出以及表示模块化单元100的中心轴线，该中心轴线平行于HRSG的延伸方向延伸(并且垂直于SCR催化剂入口接收壁面112，该SCR催化剂入口接收壁面被提供为用于模块化单元100的入口104处的催化材料的初始第一接触))。

图6A至图6D示出了诸如图5A中所示的波纹支撑件从入口到出口长度的示意图，其中具有如以上所述的载体涂层示例。即，图6A至图6D示出了不同SCR基底涂层的示例，其中图6A不含添加的PGM并且因此具有100％不含PGM的区域Zo(对于一个示例，参考早期提到的基于波纹纤维增强的二氧化钛(TiO2)载体板的Umicore的催化剂，其中该板用活性组分均匀浸渍，因为整个陶瓷板由三氧化钨(WO3)和五氧化二钒(V2O5)的均匀分布组成，但在该“非双”情况下不含PGM)。图6B示出了具有下游PGM添加的双功能SCR(在这种情况下，从出口朝向入口包含约50％的PGM，如用于区域Z2中的氨逃逸去除ASC的情况，而区域Z1是无PGM的并且因此可具有与Zo相同的组成)。图6C示出了三区域SCR；其中OC PGM无SCR区域Z1'/SCR无PGM区域Z2'/ASC SCR在顺序区域中具有PGM区域Z3，如33 1/3％的每个覆盖布置。图6D示出了由区域Z₁₀₀表示的具有PGM涂层示例的100％长度的SCR(梯度PGM是示例)。同样，对于前述区域中的任一者，也可考虑各种下/上涂层组合物，例如具有含有下面的(第一)SCR无PGM层的ASC区域(更靠近支撑基底)和含有PGM材料层的上面(第二)ASC(经由中间涂层与第一层接触或向外间隔开，并且相对于下面的第一层具有更小、相同或更大的长度)。

在具有由堆叠的模块化单元100形成的SCR1和SCR2的本发明的ERS的预期用途的示例中，形成有SCR壁W(诸如由图2A和图2B中的210A和210B表示)，其适于大体填充由用于HRSG的围堵结构CS的所提到的围堵空间表示的区域。例如，存在由多个互连模块化单元100组成的特征模块MO，通过将模块化单元彼此附接(例如，点焊)，优选地与附接的周边框架结构SF支撑件附接在一起。

例如，HRSG的CS的横截面积为35英尺宽和70英尺高，并且每个模块化单元为约18.4英寸×18.4英寸(466mm×466mm)，其中框架结构SF接合到根据图7的组合模块化单元100的周边，当考虑模块化单元和框架时，存在大约20英寸×20英寸的面积。利用这种近似，将需要跨CS的宽度定位的约21个模块化单元和垂直布置以表示CS的高度的42个模块化单元。为了使这种壁形成更实用，提供了模块MO，因为它们表示更容易处理(例如，起重机提升和插入HRSG)的SCR壁子集结构。因此，参照图7并使用估计的每模块化单元占用20英寸×20英寸，尺寸DI为约7英寸×20英寸或约140英寸的距离，并且DJ为约3.5英寸×20英寸或约70英寸的长度。

图7示出了这种模块MO的示例，该模块MO可由3.5模块化单元×7模块化单元互连组合形成，该组合由模块化单元100和框架SF组成。因此，在重定向图7中所示的模块化单元排使得7个互连模块化单元行垂直布置时，可将六个模块MO定位在垂直堆叠中，以在SCR壁中提供70英尺的高度(6英寸×140英寸是840英寸或70英尺)，并且通过并排方式布置的6个模块MO实现35英尺的宽度(6英寸×70英寸是420英寸或35英尺)。因此，图7示出了一个这样的模块MO的示例，该模块MO具有3.5模块化单元乘7模块化单元集成的子框架SF组合，该组合能够通过起重机等插入HRSG内以限定待形成的SCR壁W的子部件，该子部件能够被紧固(例如，焊接)到类似配置的模块。

因此，SCR壁W由多个堆叠并固定在相对位置的模块化单元100组成，其中模块化单元还优选地在壁W组装之前以多组方式固定，如在所提到的由模块MO表示的多行和列子集中，模块MO堆叠/接合在一起以占据HRSG内的CS(任选地，也可在MO的组合子集的周边使用密封材料(例如，密封“枕状件”或添加的阻挡挡板镀层)，尽管SCR1和SCR2顺序在本发明的许多环境中提供了避免相对于相应SCR的围堵结构和壁W之间的一般密封关系在密封中采取这种添加步骤的益处)。模块MO本身可堆叠在HRSG的CS内的位置中，其中用于MO的正在进行的堆叠过程在图8的过程中描绘(示出模块MO1和MO2已经固定在HRSG内，并且MO3被定位用于插入HRSG内以形成最终的SCR壁W)。此外，在本发明所表征的HRSG尺寸的示例中，合适的壁周边包括H/W/L尺寸的高度/宽度(横向于流方向)/深度或长度(在废气流方向上)，诸如H＝70英尺至80英尺；W＝30英尺至45英尺，并且L＝120英尺至130英尺。图7的子集或模块M0适于形成所提到的SCR反应器SCR1和SCR2中的每一者。

b)湍流产生构件(例如，静态混合器)

如图2A所示，在SCR1和SCR2之间设置有湍流发生器230或TG。在图2A所示的实施方案中，湍流发生器230是静态混合器SM。静态混合器SM非常适合于处理使用本发明的ERS的优选环境，合适的静态混合器是特征在于诸如图9和图10中所示的壁型板PW的静态混合器。图9示出了静态混合器(SM)形式的湍流发生器的示意性局部视图，并且该湍流发生器具有实心板，该实心板具有设计成由于与本发明中的RRI1(例如，AIG1)相关联的限制性较小的不良分布水平而增强穿过SCR1的残余还原剂(诸如，残余氨)的静态混合性能的突起部出口。还可预期一些周边旁通还原剂(例如，氨)逃逸通过壁W的周边和HRSG的CS之间的通道经过SCR1。由于例如壁W和CS界面的流速和性质(特别是与所提到的“较大”涡轮相关联的流速)，因此即使在增加密封努力(例如，机械密封或高温纤维密封材料)的情况下，该周边氨旁通也是可能的。

例如，在本发明的实施方案中，避免了对在CS和壁W的外周之间压缩的添加的密封材料(诸如，陶瓷纤维密封材料)或在SCR壁的周边的区域中添加的阻挡镀层(例如，密封阻挡镀层)的需要。此外，考虑到根据本发明的实施方案的CS尺寸要求，板PW优选地表示子壁尺寸的板。与前述模块化单元100一样，板PW的尺寸可被确定为当形成如图2A中所示的湍流发生器230中的整体湍流发生器时更容易处理和定位在适当位置。例如，当湍流发生器TG(230)被组装在HRSG中的适当位置时，多个板的尺寸可被确定为与模块MO类似的面积覆盖并且通过焊接和/或经由适当的周边框架(未示出)直接接合在一起。在本发明中，用于TG形成的另选实施方案也具有特征，如图11和图11A中所示的下述ISM，其是由单独的模块化单元100支撑的单独的静态混合器，而不是由独立的下游SM装置支撑，诸如前述图9镀层PW，其具有其自己的支撑结构，该支撑结构被设计成在下游位置处将其直接固定到CS内壁，并且不与SCR1直接连接。

当接近越来越高的去除水平时，本发明的另选实施方案可具有上述添加的密封材料(例如，纤维密封和/或阻塞(“密封”)镀层)中的一者或两者。围绕SCR的周边定位并且抵靠CS的内表面压缩的前述纤维密封材料可帮助减少周边还原剂和NOx旁通。使用氨作为还原剂类型的示例，可以看出，任何周边旁通氨(以及通过氨的任何流)在到达SCR2之前首先经受如通过TG(SM)230的湍流产生，其中组合NH3/NOx可被进一步去除。此外，SCR1和SCR2作为废气流所面对的两个壁的存在还具有减少通过SCR2的出口端泄漏的周边NOx和氨的总量的倾向(无论在SCR1和SCR2位置的每一者或任一者处是否存在密封)，因为围绕SCR1的任何周边泄漏的至少一部分将在SCR2处的反应中被吸收，从而减少最终可能通过SCR2周边的总量。

再次参照图9和图10，示出了具有静态混合器SM形式的合适的湍流发生器装置230(图2A)的示例。图9示出了SM的局部截面，其包括限定板壁PW(该板壁优选地由多个板(每个具有如图10中所示的横截面)表示)的平面板结构和相关联的框架，以便于插入到HRSG的CS中。例如，一个或多个板可具有模块100的共同高度和宽度，并且被组装在位于CS中的支撑框架结构网格(未示出)上。因此，在组装SM的板壁PW时，SM占据与SCR壁类似的HRSG接收区域。图10示出了穿过由图9中的横截面X-X表示的一行突起部PR的横截面视图。平面壁PW优选地具有每个平面片材PS，每个平面片材PS具有面向上游表面的平面废气流(接收/接触上游废气流Eu)，并且在其中形成多个流动通孔AP和布置在平面片材PS的整个表面上的下游延伸的定向流突起部PR1、PR2……(例如，如图9和图10所示的一系列列和行，尽管也可考虑各种其他位置布置，只要在不引入太多背压的情况下产生足够的湍流)。

图9和图10还示出了限定在支撑支柱之间的间隙(星形点向外延伸到圆盘，其中在变窄的星形点支撑件之间具有间隙)。如图10所示，由离开板壁PW的下游表面的下游延伸突起部提供的间隙导致在下游废气流E_D中湍流模式产生FL，其中例如所包含的氨和NOx在与SCR2接触之前充分混合。

参照图11和图11A，示出了与SCR模块100相关联的湍流发生器TG的另选实施方案。例如，在图2A所示的第一实施方案的例示性方面中，TG在图11和图11A中示出为静态混合器SM(为方便起见称为ISM)的集成形式。ISM示出为与SCR1的下游端集成，使得NOx和任何旁通氨经受由ISM为每个模块化单元100提供的湍流发生器。因此，与图2A和图9所示的静态混合器230不同，该静态混合器被设计为独立的板组件，尺寸优选地符合对于不适当的NH3/NOx混合而言最高关注的全CS横截面面积，图11中所示的布置允许多个ISM类型的静态混合器，这些静态混合器分别与相应模块化单元100相关联，使得存在许多ISM，这些ISM各自由相应模块化单元支撑，并且被设计成覆盖由CS的横截面表示的期望量的面积(例如，SCR壁中的所有模块化单元100都具有相关联ISM，或者仅一些模块化单元在壁中具有ISM，以覆盖SCR壁的最需要湍流产生的区域，如仅周边的ISM环)。

如图11A进一步所示，ISM的特征在于具有多个部分覆盖的孔的板PL，这些孔用于重定向通过主平面板的流动，其中孔/盖以与图9和图10中所示的用于较早描述的静态混合器的布置类似的方式形成。ISM的单个板直接固定到模块化单元100的框架102上，如通过增加的托架BR，该托架BR可在一端焊接、螺栓连接等到框架102上和在另一端固定到ISM的板PL上。这样，提供了集成的SCR壁部件和静态混合器。此外，这种集成提供了静态混合器ISM相对于从模块化单元100的下游端延伸到ISR的板PL的上游端的距离Dx的紧密定位。例如，图11中的间隔或距离Dx可以是例如1英寸至6英寸。此外，由连接的SCR模块化单元100和ISM表示的SCR1和TG的两个部件之间的集成关系使得能够在HRSG内快速组装，因为通过堆叠模块化单元，同时实现了ISM在适当定位中的堆叠。而且，从使用观点的方法来看，距离Dx有助于实现穿过NOx和氨两者的混合的期望水平，以及(特别是当模块化单元限定SCR壁特征ISM的外周时)待去除的废气组分的旁通逃逸，如NOx和氨绕过SCR1壁。

图12示出了本发明的另选实施方案，其具有不同形式的湍流发生构件TG，并且标记为TGL。TGL与还原剂的给料相关联，并且可与前述其他类型的TG一起使用或不使用(例如，其中RRI1和RRI2中的任一者或两者被提供有TGL并且不依赖于SM(ISM版本或其他)，或者其中SM(和/或ISM)与关联于(或每个)RRI特征的TGL一起使用)。图12示出了具有还原剂流入物IF的还原反应物喷枪LN，其中该喷枪进一步支撑在V形混合器板BV上方和下方，该V形混合器板BV(或者如果是两个部件的话)用于产生还原剂流湍流。例如，在图12中，可看到具有还原剂喷枪LN的RRI2的局部视图，诸如在图3B中的X轴方向上延伸的歧管管道，其设置有添加的混合构件BV。图12进一步例示了在歧管入口喷枪中形成的端口IP在角度方面周向地改变以在流中的喷射位置中提供增加的流变化的可能性。

此外，由于优选意图是具有图12中所示的基于挡板的TGL作为独立TG(如SM)的替代，所以挡板限于RRI2并且不存在于RRI1上以利用不太复杂、低分辨率的RRI1。在图12的TGL中，离开喷枪LN的还原剂将与经过BV混合器的湍流废气流混合，以便促进在到达下游SCR2之前充分的NH3/NOx混合。因此，当TGL与RRI(优选地仅RRI2，尽管另选实施方案包括与RRI1和RRI2中的每一者或者仅与RRI1相关联的TGL)相关联时，考虑到其湍流产生功能，在本“湍流产生”部分中描述它。

进一步的T-H组合(THC)视图

图4A示出了具有第一实施方案ERS的HRSG的示意图以及控制器特征(并且具有HRSG的内部的更简化视图，与HRSG内的第二循环内部部件相关联的非ERS设备仅通过参考“HRSG管”箱而简化，并且还旨在示出本发明的ERS非常适合于各种不同的HRSG设计以及涡轮/发电机组合，并且不仅仅是图2A、图2B中示出的那些)。

在图4A中，可以看到(通过虚线分界)，ERS由RRI1(具有或不具有TGL)/SCR1/TG(表示为SM)/SCR2在废气流方向上依次组成。还可以看到(通过点划线)特征在于SCR1/TG(SM表示)/SCR2的催化剂反应器组件CRA。图4A还例示了前述控制器CN，其便于T-H组合的上述/下述操作(对于该实施方案以无线形式示意性地示出，尽管到上述/下述各种传感器(未示出)的硬连线或者硬连线和无线的混合也是本发明的特征)。在图4A的ERS中，RRI1可以是AIG1，而TG可以是如图9所示的独立SM中的SM，或者是诸如图11所示的SCR1-SM(ISM)组合。此外，在下面的讨论中，相对于RRI1和RRI2的潜在选项，参考了AIG1和AIG2(但是意图是在下面的讨论中，AIG1和AIG2的使用仅表示关于RRI1和RRI2的示例，并且在下面的讨论中，当利用另选还原剂源时，可将RRI1和RRI2切换为参考AIG1和AIG2)。例如，关于AIG1/SCR1/TG(例如，SM)/SCR2的讨论被理解为当选择另选还原剂供应系统到氨格栅喷射系统时可用RRI1/SCR1/TG(例如，SM)/SCR2替换。

如上所述，在本领域中希望限制HRSG的总体尺寸的情况下，存在用于催化剂系统插入的有限空间(其中一些常规系统具有20英尺至24英尺以单独地或与其他独立OC和其他SCR系统部件诸如高分辨率AIG组合容纳例如SCRconv)。还如所提到的，在现有技术中，倾向于在感知的合适温度和/或功能位置(例如，SCRconv反应器下游的氨逃逸催化剂)处添加独立于OC和/或ASC的催化剂主体(这些催化体独立地容纳并且沿来自SCRconv的废气流的路径间隔开)。然而，在本发明的实施方案中，优选在HRSG的CS内(例如HRSG的入口端至HRSG的出口端之间(或至少在图4A中由长度Lx表示的ERS体积内))缺乏任何独立主体OC以及任何独立主体ASC。然而，当存在足够的空间并且背压水平不成问题时，本发明的另选实施方案可包括添加OC和/或ASC独立的催化剂主体(例如，在SCR1上游间隔开的OC“壁”)。

此外，虽然HRSG最小化是本发明的有利属性，但HRSG必须具有合适的长度和体积以适应废气产生源(诸如与T-H组合相关联的涡轮)的废气输出，本发明的ERS用于该T-H组合以去除排放物。例如，在涡轮发电机组合输出水平诸如上述水平的情况下，ERS需要在所提到的线性长度内有效地起作用以实现在本发明中所述的NOx还原和氨逃逸避免水平。

图4A示出了非常适于与此类较大的涡轮发电机组合一起使用的ERS，并且具有非常适于在HRSG的线性长度内工作的尺寸，如图4A中的ERS线性长度Lx所表示的(其由例如20英尺至24英尺的长度来表示，该长度定位在前述HRSG的L×W×H尺寸内，该尺寸适合与所述的“较大”涡轮发电机组合使用；或者，另选地，在HRSG的线性长度内的ERS的区域可设置在沿HRSG的长度的扩大的或凸出的W×H区域中，以允许良好的ERS流表面接触，而对于HRSG的全线性长度没有总体W×H增加)。

此外，在本发明的实施方案中，优选地在图4A例示的HRSG上游和下游管集之间没有单独的主体OC或单独的主体ASC(并且优选地，沿全长L也不相同，如同在HRSG的入口和出口位置之间不相同)。通过这种避免，有利于在例如特征在于SCRconv的此类现有技术系统上存在的背压和线性HRSG接收长度约束内引入第二SCR2(并且通常加上一个或多个独立的主体OC或ASC和/或具有相对高的催化剂SCRconv负载和相关联的增加的背压(以及催化剂涂层增加的成本))。

在图4A中，ERS的总线性长度占用由Lx表示(从AIG1的最上游点延伸到SCR2的最下游点)，其在优选实施方案(例如，适于“较大”涡轮发电机组合的那些实施方案)中在所提到的20英尺至24英尺范围内(对于许多HRSG设置更优选20英尺至22英尺)。下表2示出了AIG1、SCR1、SM(或TG)、SCR2的一些优选的相对间距，其被设计成非常适合于去除较高百分比的NOx(例如，等于或大于95％，如97％、98％和99％是NOx去除的较高百分比速率的例示)，同时将SCR2出口下游的试剂(例如，氨)逃逸水平保持在等于或小于3ppm NH3(更优选小于或等于2ppm NH3)。下表3中所提到的尺寸范围中的值Lo表示从入口平面(在涡轮输出和HRSG的CS之间的管道的膨胀阶段之后)到AIG1的线性中点的距离；L₁表示从AIG1的中点到SCR1的中点的线性距离；L₂表示从SCR1的中点到SM的线性中点的线性距离；L₃代表从SM的中点到SCR2的中点的线性距离。因此，各种其他尺寸关系也表示为SCR1的中点和SCR2的中点之间的距离，为L₂+L₃。

还在图4A中表示并且在表2中范围内的是尺寸Ly，其表示从SCR1的下游侧(以及经过SCR1的周边的任何逃逸)直到到达SCR2的上游表面的输出废气的总线性长度，该上游表面是湍流发生器构件在Ly体积内有效地混合NH3和NOx的区域。Lz表示从SCR1的下游表面到SM的上游端的距离，该距离是设计成实现相对于NH3/NOx比率的期望的混合水平的值(如长度Ly的前25％内的SM的中点的位置，并且更优选在0％至20％的范围内(其中0％表示SM齐平附着到SCR1的下游表面))。如图11所示，可利用托架来实现集成的SCR/SM，包括具有.5英寸至8英寸、并且更优选1英寸至6英寸范围的间距Lz的SCR/SM。

此外，考虑到限制HRSG线性长度/体积同时能够容纳“较大”的涡轮发电机组合的期望，在优选实施方案中，存在针对HRSG内(如在图4A中所示的长度L内)的NOx还原的两个(即，仅SCR1和SCR2)选择性催化反应器的限制。

此外，通过TG(例如SM)在下游但优选在Ly的上游25％部分处或内的上述定位，提供了靠近SCR1的出口的有利布置。TG(SM)的这种放置可包括在SCR1的出口端的4英尺内的放置，优选地在2英尺内(包括所提到的图11的配置)，其中使得从1英寸至6英寸的紧密间隔是可用的。

表2—图4AHRSG/ERS尺寸

下文给出的是一些比较表3和表4，以便更好地理解本发明的有利性质。下表3提供了与一组SCR1和SCR2(每一个也被建模为Umicore的双功能催化剂，沿共同的支撑基底长度具有50/50的负载，以及在SCR1出口下游建模的用于湍流产生的SM)相比，相对于特征在于具有双“DNX”型催化剂形式的常规SCRconv的HRSG的模拟传统双功能系统的比较值。即，F行、G行和H行表示为总NOx去除(F-96％)设置的共同特性；在出口处分别允许的氨逃逸量(G-5.0ppm)以及允许的NOx逃逸量(H-2ppm)。在了解最终输出所需特性和可获得的AIG不良分布能力水平(参见上文和下文的高分辨率和低分辨率或中分辨率讨论)的情况下，计算建模提供了与比较系统相关联的相应催化剂载体涂层负载要求和压降水平的确定(例如，载体涂层负载越多，废气流过越困难，并且相关的压降增加)。

表3

在上述固定特性适当的情况下，并且通过计算建模，可确定实现F、G和H的所提到的值所需的催化剂材料的体积(根据A、B和C)以及所涉及的压降(D)，以及达到F、G和H要求所需的不良分布要求(E)。例如，如果常规系统中的不良分布值不能满足8％ RMS水平且存在“较宽松”水平，则实现F、G和H中的所提到的值的能力将不可用。另一方面，根据本发明，尽管与SCR1和SCR2系统(以及与AIG1相关联的SCR1的上游区域和与靠近SCR1的出口端定位的SM的湍流中的因子相关联的SCR2的上游区域(以实现延长长度以在到达SCR2之前提供更多混合的益处)相关联的较高或较宽松的不良分布水平，但利用各种AIG系统类型可更容易地实现F、G和H的期望水平。

此外，如从表3可见，用于双功能DNX SCR常规催化剂建模设置的SCR催化剂材料体积水平特征在于85.4m³的总值，其表示27.9m³的仅SCR材料水平与57.5m³的双功能“DNX”下游催化剂材料体积的总和。行C中更高水平的量归因于努力具有足够的催化剂材料以适应尝试避免使用上游OC(在DNX上更高的OC催化剂材料负载以实现F行、G行和H行中的水平)。换句话讲，在“传统-双功能”标题下的建模的常规实施方案设计有足够的SCR材料负载，以实现F、G和H的所提到的还原参数，而不需要OC上游。然而，在SCRconv上包含OC和较小负载也是可能的，但会导致与总载体涂层负载水平、背压等类似的问题；并且因此建模的“传统-双功能”实施方案被认为是现有技术状态的良好代表。

在本发明的建模的“2串联反应器”列中，催化剂负载的A行、B行和C行值表示在F行、G行和H行达到所述水平所提到的SCR1和SCR2的催化剂负载之和。由于每个系统(常规双功能下游和SCR1/SCR2组合)的OC要求相同，因此双功能负载要求相同，为57.5m³。然而，本发明的SCR1/SCR2组合的性质为SCR引导的催化剂负载提供了B行处更小的总负载。即，如从上表可见，本发明系统被配置为实现在F、G和H中设定的相同还原特性，同时使用10.3m³更小体积的催化剂材料(即，与常规设置相比节省了催化剂负载要求，同时还提供了不良分布水平的更大灵活性--注意到用AIG技术达到诸如8％ RMS的水平的困难)。

D行旨在确认与单个双DNX SCRconv系统相比，本双SCR1/SCR2系统不导致背压问题。基于对每个系统测定的压降(“DP”)水平，可以看出在每个系统中基本上保持相同的压降水平(在H₂O中仅为.02的差值)，这被认为可归因于由于包括额外的SCR2而引起的压降的增加和降低通过系统的压降的较低载体涂层负载的益处之间的“洗涤”。

因此，从表3中呈现的比较可以看出，催化剂负载要求总体下降，加上不良分布水平的宽松，同时不产生背压问题或组分组合中空间占用的增加。总载体涂层负载水平的降低以及不良分布水平的宽松(允许较不复杂的低分辨率或中分辨率RRI)呈现了高成本节约的潜力和系统设计中非常有利的更大灵活性，同时仍然满足越来越严格的监管排放上限水平并且同时仍然保持在对于此类THC系统的优选的最小化尺寸限制内。

作为这种灵活性的组成，从下表4可以看出，在THC的HRSG内的所提到的位置中的SCR1/SCR2组合如何便于防止周边逃逸水平，这在诸如表3中所表征的SCRconv系统中是不可用的。即，SCR1和下游SCR2的组合提供了避免对总体周边废气逃逸(并且因此避免了由该废气携带的相关联的NOx和NH3)。因此，根据本发明，考虑满足监管要求的能力，同时提供更少的总载体涂层负载的可能性和/或满足那些目标所需的RRI的复杂性水平和相关联不良分布水平的降低。

表4

即，表4提供了对围绕第一SCR壁(例如，SCR1或SCRconv)然后围绕第二SCR(例如，SCR2)的未经处理的废气的逃逸量的旁通分析。更具体地，在假定不太完美的密封关系将允许围绕基于SCR模块的壁1％逃逸的情况下，对预期的NOx和NH3逃逸经过每个所提到的级进行分析(即，该分析仅相对于结构关系的一般密封旁通逃逸，而不是由于例如相对于SCR反应的不足的NH3/NOx比例(或NH3或NH3/NOx比例中的NOx过多)而导致的通过SCR材料的逃逸)。值得注意的是，1％的假设是例示性的值，说明在没有大量增加要求以阻止逃逸的情况下，SCR壁周围可逃逸什么(例如，密封枕状件中的增加的周边密封和/或放置就位的挡板上的增加的焊接以阻塞旁通开口等)。

表4中的第2列示出了相对于具有所提到的氧气含量的混合物的逃逸材料的类型，例示了贫废气流，并且进一步假设了50ppm NOx和55ppm NH3(添加的5ppm适应了喷射反应物的通常过量百分比，以促进相对于废气中携带的50ppm的NOx的反应含量充足性，例如，50ppm代表更大的涡轮输出)。因此，对于所喷射的55ppm NH3和涡轮废气中50ppm NOx的所提到的1％逃逸，存在穿过第一串联SCR反应器(例如，SCR1或SCRconv)的所提到的0.55ppm和0.5ppm相应结构周边旁通量。

因此，可以看出，在第一SCR反应器(不存在为减少这种未处理的结构逸出通道而采取的广泛且昂贵的附加密封措施)之后，经历了0.5ppm的NOx旁通。这种0.5ppm NOx水平的结构逃逸单独使得难以满足NOx逸出的监管限制(注意，由于跨SCR反应器的不良分布，即使在考虑通过SCR反应器的NOx之前，诸如96％的还原水平要求也难以单独由结构周边逃逸实现)。

以类似的方式，通过NH3的第一SCR反应器(SCR1或SCRconv)的0.55ppm NH3结构逃逸代表2ppm上限的27.5％，甚至在考虑由于跨SCR壁的不良分布等引起的逃逸之前。这种NH3的结构逃逸使得难以(如果不是不可能的话)满足监管上限，诸如2ppm上限，而不需要额外的昂贵步骤(如非常复杂的高分辨率AIG格栅)来降低不良分布并且因此降低NH3通过SCR的逃逸以及如上文所述的可能广泛的密封步骤，以努力将结构旁通降低到上述1％水平以下。

然而，在本发明中，在SCR2下游的情况下，并且考虑到将经历经由SCR1壁的NOx(和NH3)的还原，经历相对于本发明的ERS的总旁通量的大幅减少。即，所提到的柱4的0.1162ppm NH3的总周边逃逸仅占2ppm监管极限的5.8％(与上述27.5％相反)，这允许相对于SCR处理和/或可能涉及的周边HRSG密封水平(如果需要的话)的更大灵活性。例如，当考虑SCR1和SCR2的表3负载时，绕过SCR1的0.5ppm NOx与在SCR还原之后穿过SCR1壁的NOx混合。例如，在建模的83.7％下通过SCR1的百分比还原(表示与表3SCRconv负载相比，可归因于具有有利的较低催化剂负载量的SCR1壁的NOx还原百分比)的情况下，存在相对于向下游穿过SCR2的NOx的下式(SCR2下游的总NOx周边逃逸由[0.5ppm+(49.5ppm*(100-83.7％))]*1％＝0.0858ppm NOx表示)。

类似的分析(再次相对于SCR1建模的负载和跨SCR1的预期NH3还原％)也导致了SCR2下游的所提到的氨总周边逃逸[0.55ppm+(54.45ppm*(100-78.6％))]*1％＝0.1162ppm NH3总周边逃逸。

T-H组合内的ESR的组装及其操作

本发明的实施方案旨在将减排系统ERS组装在T-H组合内，并且更具体地，组装在T-H-组合的HRSG内(例如，接入HRSG的CS，如在HRSG中预先存在的催化剂系统的初始组装期间或改装操作期间)。组装操作包括将CRA的SCR1/TG(例如，SM)/SCR2中的每一者定位在HRSG内(以及AIG1，如在如果预先存在的氨源结构不充分的情况下的整修中或在新的T-H组合中的初始安装中)。虽然在从上游到下游的废气流方向上的结构顺序是AIG1/SCR1/TG(例如SM)/SCR2，但是组装顺序可与相对于废气流通道的上述顺序相同，或者是插入SCR1和SCR2中的每一者然后插入SM的另选顺序(或者SM可被附接到SCR1和/或TGL到AIG1并且组合被一起插入)。AIG1/SCR1/TG(例如，SM)/SCR2中的每一者被固定在HRSG内的位置中；并且，在一些实施方案中，添加的密封材料可设置在需要添加密封的CRA的任何部件的周边之间，如围绕SCR1和/或SCR2的密封，以避免废气旁通；如陶瓷纤维密封件，在放置SCR1或SCR2之后被预先附接或加工，提供了增加的密封和/或增加的阻塞“密封”镀层以阻塞通向围绕SCR1和/或SCR2周边的开口。然而，如所提到的，由于由本发明的ERS提供的增加的不良分布灵活性，一般密封在许多情况下也可以是适合的。

图8示出了插入到HRSG的开放区域中的本发明的SCR模块的安装的示例(HRSG的面板被去除以使得HRSG的围堵结构CS能够进入)，示出了用于相应模块(仅示出了MO1、MO2和MO3)的多个横向槽(参见以上关于与所提到的较大涡轮尺寸示例相关联的较大尺寸CS的讨论)。图8示出了模块MO1和MO2，示出为已经在HRSG内就位，并且MO3处于结合完成根据本发明的T-H组合的组装而被插入的过程中。其中每个模块由(例如)具有适当模块框架结构的3.5个模块化单元组成，并且它们是跨35英尺的HRSG宽度的六个接收槽，并且其中7个模块在高度方向上垂直堆叠以提供70英尺的高度，在SCR(SCR1和SCR2在该实施方案中类似地设计)中呈现接收流动废气的大表面区域(例如，由与本发明的SCR壁W相关联的基本上高度(例如，70英尺)和宽度(例如，35英尺)表示的表面区域(在线性Y轴方向上优选一个模块化单元深度))。

参照图2A和图4A，例示了从操作T-H组合中去除排放物的过程。在这个过程中，由涡轮T产生的废气被输入到HRSG入口中并且(以废气流动方向顺序)经过AIG1/SCR/TG(例如，SM)/SCR2中的每一者，并且然后离开HRSG的出口。

因此，在HRSG中接收的来自涡轮的废气流首先经受还原剂输入，如所提到的氨化合物中，然后废气流E内的NH3和NOx的混合物与和壁SCR1相关联的催化材料(例如，诸如上所述的单或多功能SCR)接触，其中在接触时，在选择性氨和SCR1壁组成的益处下发生NOx的选择性催化还原(与相对于废气流中的NH3/NOx混合物的SCR还原相关的化学本身在催化剂领域中是充分理解的，因此不在此重复)。

一旦废气流E流过SCR1，它就通过湍流产生构件TG(如果还没有经受具有RRI1的TGL)经受增加的湍流，如通过使废气流通过具有在上述长度Ly内的所提到的优选相对间隔的静态混合器SM。离开SM的废气流然后行进至并穿过SCR2，其中进一步去除排放物以使T-H组合满足前述标准(例如，至少95％的NOx还原(更优选地至少96％并且更优选地97％或更高的NOx(例如，98％或99％)还原，具有等于或小于5ppm(或更优选地等于或小于4ppm、等于或小于3ppm或等于或小于2ppm)的氨逃逸-甚至对于所提到的“较大”尺寸的涡轮或具有相对高的NOx生成的涡轮或类似废气生成装置(如上文所解释))。

控制器CN可帮助维持期望的流通特性，如监测HRSG输出处的NH3逃逸和/或NOx水平并且进行调整，如降低AIG1试剂输入，或者用适当定位的温度传感器和/或废气流速感测来监测温度。例如，CN可基于一个或多个(例如，格栅)传感器或从已知条件外推来接收前述混合比数据输入，以确保不良分布不超过“较宽松”不良分布水平，例如确保不存在增加，例如在SCR1入口处超过15％的不良分布值或在SCR2中超过20％。

使用SCR反应器组件的减排系统(ERS)—实施方案2

参照图2B和图4B，现在描述本发明的另选实施方案。考虑到分别由图4A和图4B表示的两个实施方案之间的许多相似性(如由相应图集(2A/4A)和(2B/4B)中的共同参考所证明)，以下论述强调另选实施方案(“实施方案2”)相对于上述图4A实施方案的不同方面。因此，属性诸如以上针对第一实施方案描述的那些，除非被所提到的差值改变，否则在此处同样适用(例如，与“较大”T-H组合一起使用的类似益处)。图4A中的前述Lx、Ly和Lz值同样适用于图4B中的实施方案2的线性长度示例，其中AIG2的中点代替SM的中点用于参考。

图2B示出了与图2A中相同的T-H组合，但包含具有经修饰的CRA'的经修饰的ERS'。即，在SCR1和SCR2之间定位有RRI2(例如，AIG2)来代替TG(例如，SM)。由于前述本发明在限制间隔方面的优点，不存在独立主体SM，而由SM占据的体积基本上由RRI2(例如，AIG2)占据；(具有有限体积添加的所提到的TGL可在本发明中的另选布置中的RRI1(例如，AIG1)和/或RRI2(例如，AIG2)(其中优选实施方案是仅具有TGL的RRI2，如果使用的话)的位置中表征)。相对定位与AIG2和前述SM相同。即，表2参数通常仍然适用于代替SM的中心点而使用的AIG2的中心点。此外，与第一实施方案类似，第二实施方案优选地在以上针对图4A实施方案描述的HRSG中的所提到的位置中也没有独立主体OC或ASC。

如图2B和图4B可见，ERS'包括(再次，下文使用AIG作为RRI类型的示例，并且因此下文对AIG的引用也可被看作是对RRI的引用)AIG1/SCR1/AIG2/SCR2，其中AIG1/SCR1/SCR2中的每一者优选地类似于第一实施方案的那些(其中AIG1和AIG2优选地具有类似的给料(例如，喷射格栅)构造；但是对于在该实施方案中的AIG2中的给料还原，以匹配给料NH3相对于在SCR1和SCR2之间流动的废气中的NOx给料水平的略微超过一比一的比例，其中与AIG1和AIG2相关联的每个流量被潜在地控制(如通过图4B中的控制器CN)以努力实现导致相应SCR1和SCR2的期望的NH3/NOx比例(其中所提到的控制也可应用于区域调节以通过上述图3A AIG区域阀调节来调节AIG1和AIG2的特定区域面积(对于第一实施方案AIG1也是如此))。然而，再次，对于优选的低分辨率(或在一些情况下为中分辨率)，控制杆要求小于高分辨率AIG所需的要求。

第一实施方案的AIG1和第二实施方案的AIG1在结构上可与所提到的流输出修改(分流修改)相同，这是由于AIG2的添加以及后者以适合于在SCR1和SCR2之间通过的NOx水平的比例在ERS'中承担一些总NH3供应的能力。类似地，AIG2设计可与第一或第二实施方案的AIG1设计相同(但由于一个还原剂喷射源或两个还原剂喷射源的不同--其可由控制器CN控制--再次用于不同的分开供应特征)。此外，在另选实施方案中，第一和第二实施方案的AIG1可在结构上不同和/或第二实施方案中的AIG1和AIG2可在结构上不同(如不同试剂喷射设置，诸如中分辨率AIG1和低分辨率AIG2，或低分辨率AIG1和用于AIG2的所提到的TGL，其取决于总区域的数目，可导致AIG2被认为是高或中分辨率RRI，以及适于废气流特性的各种其他RRI1和RRI2分辨率布置)。优选地，用于图4B实施方案的RRI1和RRI2中的至少一者(并且更优选地每一者)具有如上所述的至少中分辨率并且更优选地较低分辨率设计(例如，在用于HRSG的所述典型W×H区域上的18或更少个喷射区域)。

而且，用于ERS'的例示性布置的特征在于具有适当喷射管道网络的公共还原剂源(例如，液态尿素供应罐)，以实现HRSG'内的期望喷射模式。这可包括与控制器CN相关联的阀布置(诸如图3A中的特征)，其中可在使用期间设置和/或调节至第二实施方案的AIG1和AIG2的试剂给料的相对百分比以促进输出处的期望还原水平。在实施方案的另选布置中，ERS'中的AIG1和AIG2中的两者可各自具有其自身的源罐供应和优选地由CN控制的相应阀调以实时地实现期望的相对分割(例如，到控制器CN的传感器反馈回路和到ERS'中的AIG1和AIG2的相关联给料许可输入)。

与较早描述的图4A实施方案一样，SCR1和SCR2可具有相同的组成(例如，催化剂负载量和特性)；以及例如相对于上游SCR1和下游SCR2定位的相同或不同的催化剂类型(例如具有非双/双功能催化剂SCR1和/或SCR2，如非双上游“DNX”型SCR1和双“DNX”型SCR2催化剂下游)，也如上文针对ERS的SCR1和SCR2所述(第一实施方案)。

本发明的实施方案涉及在T-H组合内并且更具体地在T-H组合的HRSG'内组装ERS'。例如，在初始组装期间或在HRSG'中预先存在的催化剂系统的改装操作期间访问HRSG'的CS。组装操作包括将CRA'的SCR1和SCR2中的每一者定位在HRSG'内以及AIG1和AIG2内，如在翻新的任一部分(如果预先存在的AIG1氨源结构不足)或在新的T-H组合中的初始安装中。这也可包括添加试剂源管道，使用AIG1中的源/流作为AIG2的给料，具有适当的阀调(未示出)，并且优选如上所述的CN控制器控制。

虽然结构顺序AIG1/SCR1/AIG2/SCR2与从上游到下游的废气流方向一致，但在初始组装期间的组装顺序或更换改装顺序可与上述顺序相同，或者作为插入SCR1和SCR2中的每一者然后插入AIG2的另选顺序。最终，AIG1/SCR1/AIG2/SCR2中的每一者被固定在HRSG内的位置中，其中CRA'(在图4B中示为SCR1和SCR2，具有相关联的点划线边界箱)并且其中ERS'被示为定位在图4B中的虚线所提到的有限体积区域内。再次，类似于实施方案1，考虑到限制HRSG'体积的期望，可避免在HRSG'内存在一个或多个独立氧催化剂主体(OC)或一个或多个ASC单独主体催化剂(如沿线性线L或至少沿ERS'长度Lx)；因为ERS'被认为适合满足大多数减排水平要求，诸如在所提到的“较大”T-H组合环境中。与第一实施方案一样，ERS'的组件特征可仅为普通密封件，或者可包括添加密封件，如围绕SCR1和/或SCR2放置的密封材料，以避免废气旁通，如陶瓷纤维密封件和/或放置SCR1或SCR之后预附接或工作的添加的“密封”流块镀层。

在本发明中，上述ERS或ERS'各自代表减排构件，该减排构件用于还原废气中的NOx含量，同时避免氨逃逸。

图8还可被认为示出了本发明的第二实施方案的SCR模块经由被插入到打开口(HRSG'的面板被去除以使得HRSG的CS能够进入)而安装的示例，示出了用于相应模块(仅示出了MO1、MO2和MO3)的多个横向槽。即，对于第一实施方案描述的组装操作在此处也是适用的，但是用于在HRSG'的CS中安装AIG2而不是SM。再次，图4B实施方案中的SCR1和SCR2的插入可具有或不具有作为SM的ISM，并且可具有或不具有用于RRI1和/或RRI2的TGL，如图4A实施方案的情况。

参照图2B和图4B，例示了从操作T-H组合中去除排放物的过程。在这个过程中，由涡轮T产生的废气被输入到HRSG入口中并且(以废气流动方向顺序)经过AIG1/SCR/AIG2/SCR2中的每一者，并且然后送出HRSG'的出口。因此，在HRSG中接收的来自涡轮的废气流首先经受如在所提到的氨化合物中的一种中的初始还原剂输入，然后废气流E内的NH3和NOx的混合物与和SCR1(例如，如上所述的多功能(例如，双或三)或单功能SCR)相关联的催化材料接触；其中NOx的选择性催化还原在选择性氨的益处下发生(同样，与相对于废气流中的NH3/NOx混合物的SCR还原相关联的化学本身在催化剂领域中是充分理解的并且因此在此处不重复)。

一旦废气流E流过SCR1，它就接收第二剂量的还原剂，如喷射的氨(参见以上关于相对于AIG1和AIG2中的每一者的还原剂输入的实时控制的讨论，诸如通过使用相关联的阀调和/或泵输出的上述控制器CN控制)。而且，该流是相对于具有上述长度Ly内的所提到的优选相对间隔的AIG2而言的。离开所示的AIG2喷射区域的废气流然后行进至并通过SCR2，其中排放物被进一步去除，使得T-H组合具有针对满足前述标准的ERS'，甚至对于以上限定的“较大”尺寸或高NOx输出涡轮发电机(例如，96％的NOx还原(更优选等于或大于97％、98％或99％)以及等于或小于3ppm(或等于或小于2ppm)的氨逃逸)。

除了相对AIG1和AIG2反应物供应分流的调节(包括相对分流中的实时调节)之外，控制器CN还可帮助维持期望的流通特性，如监测HRSG'输出处的NH3逃逸水平以及如降低AIG1和/或AIG2反应物输入(优选地在每个区域中的区域到区域基础上)进行调节，或者用适当定位的温度传感器监测温度以及基于沿气体流的位置处的那些温度或化学特性感测值进行AIG1和/或AIG2供应调节。例如，CN可接收基于如传感器格栅中的一个或多个传感器的前述混合比例值输入，以确保不良分布不超过“较宽松”不良分布水平，如确保在SCR1入口处没有增加超过例如15％的不良分布值。

以上详细描述了系统、方法和装备的示例性实施方案。系统、方法和装备不限于本文所述的具体实施方案，相反，系统和/或装备的方法和/或部件的操作可与本文所述的其他操作和/或部件独立地和分开地利用。此外，所述的操作和/或部件还可被定义在其他系统、方法和/或装备中或与其他系统、方法和/或装备组合使用，并且不限于仅用如本文所述的系统、方法和存储介质来实践。

当介绍本发明的各方面或其实施方案的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在这些要素中的一者或多者。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除了所列出的要素之外还可存在另外的要素。

在本公开中，数值点还旨在包括在共同指数单位值处的所有中间点(以及更大的指定范围内的所有子范围)，如在1至10的范围内包括2,3,……至9以及其中的可用子范围如3至5，或如在1.0至10.0的范围内包括所有中间点1.1,1.2,1.3……9.9(以及更大的指定范围内的所有子范围如1.3至1.7)。

Claims (25)

1.一种燃气涡轮发电装备和以HRSG”形式的热回收蒸汽发生器的组合，或“T-H组合”，所述T-H组合包括：涡轮、所述HRSG、和减排系统(ERS)，其中行进通过所述HRSG的所述燃气涡轮的废气由所述ERS处理，并且其中所述ERS包括：

e)第一还原剂供应器(RRI1)，所述RRI1将还原剂供应到由所述涡轮输出的废气中，

f)第一SCR反应器(SCR1)，所述SCR1位于所述RRI1的下游，

g)以下项中的任一者：(i)湍流发生器(TG)，所述TG接收来自所述SCR1的废气，或(ii)第二还原剂供应器(RRI2)，所述RRI2在位于所述SCR1的下游的位置处供应还原剂

h)第二SCR反应器(SCR2)，所述SCR2位于所述(i)或所述(ii)的下游。

2.根据权利要求1所述的T-H组合，其中所述T-H组合的所述涡轮是设计用于以天然气作为其燃料供应来进行操作的涡轮。

3.根据权利要求1所述的T-H组合，其中所述ERS包括RRI1/SCR1/TG(或RRI2)/SCR2，所述RRI1/SCR1/TG(或RRI2)/SCR2能够在引入的还原剂逃逸等于或小于5ppm，更优选地等于或小于4ppm，还更优选地等于或小于3ppm，并且最优选地等于或小于2ppm，并且优选地同时存在达到SCR1和SCR2中的每一者的高于10％RMS的稳态不良分布水平的情况下，将所述HRSG的入口处的NOx流在所述HRSG的出口处还原至少95％，更优选地至少96％，并且还更优选地97％、98％和99％中的至少一者。

4.根据权利要求1所述的T-H组合，所述T-H组合还包括第一发电机，所述第一发电机由所述涡轮驱动以提供第一涡轮发电机组合，并且其中所述第一涡轮发电机组合具有至少400兆瓦的额定功率，并且更优选地为400兆瓦至571兆瓦。

5.根据权利要求1所述的T-H组合，其中所述HRSG以水平流取向，其中所述ERS占据所述HRSG线性长度的等于或小于24英尺。

6.根据权利要求1所述的T-H组合，其中所述ERS在所述SCR1和所述SCR2之间具有作为湍流发生器的静态混合器(并且不含RRI2)。

7.根据权利要求1所述的T-H组合，其中所述ERS具有所述RRI2并且在所述SCR1和所述SCR2之间没有插入独立的湍流发生器。

8.根据权利要求1所述的T-H组合，其中所述ERS具有作为所述RRI1/SCR1/TG(或作为所述RRI2的第二氨格栅喷射器)/SCR2的喷氨格栅的上游至下游废气流顺序，其中在氨逃逸等于或小于3ppm，更优选地等于或小于2ppm，并且优选地同时存在达到SCR1和SCR2中的每一者的高于10％RMS的稳态不良分布水平的情况下，所述ERS能够将所述HRSG的所述入口处的NOx流在所述HRSG的所述出口处还原至少96％，更优选地97％、98％或99％中的至少一者。

9.根据权利要求1所述的T-H组合，其中SCR1和SCR2中的至少一者(或两者)是NH3-SCR催化剂，所述NH3-SCR催化剂包含钒和钛的氧化物，并且优选地还包含钨的氧化物、钼的氧化物、和二氧化硅中的至少一者或任何组合。

10.根据权利要求1所述的T-H组合，其中SCR1和SCR2中的至少一者(或两者)具有波纹支撑主体。

11.根据权利要求1所述的T-H组合，其中SCR1和SCR2中的至少一者(或两者)是具有下游区域的双功能SCR催化剂反应器，所述下游区域包含优选地选自钯或铂或者钯和铂与钒的氧化物和钛的氧化物的组合的PGM材料，其中所述钒的氧化物和所述钛的氧化物也存在于不含PGM的上游区域中。

12.根据权利要求1所述的T-H组合，其中SCR1是含有钒的氧化物和钛的氧化物并且不含PGM的单功能催化剂，并且SCR2是具有下游区域的多功能SCR催化剂，所述下游区域包含优选地钯或铂或者钯和铂与所述钒的氧化物和所述钛的氧化物的组合的PGM，其中所述钒的氧化物和所述钛的氧化物也存在于不含PGM的上游区域中。

13.根据权利要求1所述的T-H组合，所述T-H组合的特征在于具有在SCR1上负载的整体式不含PGM的载体涂层并且具有SCR2的催化剂，所述SCR2是具有不含PGM的上游区域和含PGM的下游区域的至少双区域载体涂层负载。

14.根据权利要求1所述的T-H组合，其中所述SCR1支撑集成TG，优选地安装在所述SCR1框架的支架上的SM，以提供公共集成组合SCR1-SM，所述公共集成组合SCR1-SM能够作为集成单元安装或者连接在所述HRSG内的适当位置。

15.根据权利要求1所述的T-H组合，其中所述HRSG不含独立OC主体并且也不含位于所述HRSG的所述入口和所述出口之间的独立ASC主体。

16.根据权利要求1所述的T-H组合，其中所述SCR1是单功能催化剂，并且所述SCR2是双功能SCR催化剂。

17.一种T-H组合，所述T-H组合包括：

燃气涡轮，所述燃气涡轮产生废气；

HRSG废气围堵结构，所述HRSG废气围堵结构接收所述废气；和

还原构件，所述还原构件用于还原所述废气中的NOx含量，同时避免氨逃逸。

18.根据权利要求17所述的组合，其中所述还原构件在所述HRSG内按废气流顺序包括第一AIG喷射出口、第一SCR反应器、湍流产生构件、和第二SCR，其中所述HRSG优选地从入口到出口不受独立主体OC和独立主体ASC的影响，以用于去除NOx或氨。

19.根据权利要求18所述的组合，其中所述湍流产生构件包括静态混合器。

20.根据权利要求19所述的组合，其中所述静态混合器位于从所述SCR1的所述下游端开始到所述SCR2的所述上游端的长度的第一象限内。

21.根据权利要求17所述的组合，其中所述还原构件在所述废气围堵结构内按废气流顺序包括第一还原剂喷射器RRI1、优选地AIG、第一SCR反应器、第二还原剂喷射器RRI2、优选地AIG、和第二SCR2，并且优选地其中所述废气围堵结构从入口到出口不受独立OC主体的影响，并且更优选地不含任何独立OC或ASC主体。

22.根据权利要求21所述的组合，其中RRI1由延伸到由HRSG限定的围堵空间中的多个喷枪组成，优选地具有跨所述HRSG的W×H区域的24个或更少个喷射区域的喷枪。

23.一种减排系统，所述减排系统被配置为与T-H组合一起使用并且尺寸被设定为被HRSG接收，所述减排系统包括氨供应组件和催化剂反应器组件，其中所述减排系统依次并且相对于通过所述HRSG的涡轮废气流具有作为所述氨供应组件的一部分的第一氨喷射器AIG1、第一SCR反应器、优选地作为静态混合器SM的湍流发生器(TG)

(或者任选地代替所述TG的第二AIG2)、和第二SCR反应器。

24.一种组装T-H组合的方法，所述方法包括将根据权利要求23所述的减排系统定位在所述HRSG内。

25.一种操作根据权利要求1所述的T-H组合的方法，所述方法包括运行燃气涡轮以产生废气并且使所述废气通过HRSG，所述HRSG包括减排系统，所述减排系统具有：

第一还原剂喷射器RRI1，优选地AIG，所述RRI1用于将还原剂、优选地氨提供到由所述涡轮输出的废气中，

第一SCR反应器，所述第一SCR反应器相对于通过所述HRSG的涡轮废气流定位在所述第一RRI1的下游，

以下项中的任一者：(i)湍流发生器(TG)，优选地静态混合器，其中所述TG独立地支撑在所述HRSG中或由所述SCR1外的悬臂支架支撑，或(ii)第二还原剂喷射器RRI2，优选地AIG；或(iii)集成RRI2和TG，所述集成RRI2和TG的特征在于支撑在所述RRI2的喷枪上的混合器，和

第二SCR反应器，所述第二SCR反应器位于所利用的(i)、(ii)或(iii)的下游，并且优选其中地存在达到SCR1和SCR2中的每一者的高于10％RMS的稳态不良分布水平。