DE102008055521A1 - Verfahren zum Regeln einer Strömungsrate eines zurückgeführten Abgases - Google Patents

Verfahren zum Regeln einer Strömungsrate eines zurückgeführten Abgases Download PDF

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Joell Randolph Ii Hibshman
Jason D. Fuller
Noemie Dion Ouellet
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General Electric Co
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Abstract

Ein Verfahren zum Regeln eines Abgas-Rückführungs(EGR)-Systems (107) wird bereitgestellt. Das EGR-System (107) kann die Entfernung und Absonderung mindestens eines Bestandteils innerhalb des Abgasstromes (170) gestatten, bevor die Rückführung stattfindet. Das Verfahren kann das Niveau mindestens eines Bestandteils überwachen und eine EGR-Rückführungsrate einstellen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgas-Rückführungssystem und mehr im Besonderen auf ein Verfahren und System zum Regeln der Menge des nach einem Behandeln durch ein Rückführungssystem in eine Turbomaschine wieder eintretenden Abgases.
  • Es gibt wachsende Bedenken hinsichtlich der Langzeitwirkungen von Stickoxid- (im Folgenden NOx) und Kohlendioxid- (im Folgenden „CO2") und Schwefeloxid(SOx)-Emissionen auf die Umwelt. Die zulässigen Emissionsniveaus, die durch eine Turbomaschine, wie eine Gasturbine, emittiert werden dürfen, sind stark reguliert. Betreiber von Turbomaschinen wünschen Verfahren zum Verringern der emittierten Niveaus von NOx, CO2 und SOx.
  • In dem Abgasstrom existieren signifikante Mengen kondensierbarer Dämpfe. Diese Dämpfe enthalten üblicherweise eine Vielfalt von Bestandteilen, wie Wasser, Säuren, Aldehyde, Kohlenwasserstoffe, Schwefeloxide und Chlorverbindungen. Unbehandelt beschleunigen diese Bestandteile Korrosion und Verschmutzung der internen Komponenten, wenn man sie in die Turbomaschine eintreten lässt.
  • Abgas-Rückführung (EGR) schließt allgemein das Rückführen eines Teiles des emittierten Abgases durch einen Einlassabschnitt der Turbomaschine ein. Das Abgas wird dann mit der hereinkommenden Luftströmung vor der Verbrennung vermischt. Der EGR-Prozess erleichtert die Entfernung und Absonderung konzentrierten CO2 und verringert auch die NOx- und SOx-Emissionsniveaus.
  • Es gibt einige Bedenken hinsichtlich der derzeit bekannten EGR-Systeme. Die Menge und Rate des zurückgeführten Abgases beeinflusst die Turbomaschinen-Betriebsfähigkeit einschließlich, darauf jedoch nicht beschränkt. der Brennerstabilität, der Emissionen, der Kompressorstabilität und der Komponenten-Lebensdauer.
  • Aus den vorgenannten Gründen gibt es einen Bedarf an einem Verfahren und System zum Regeln der Zusammensetzung des Einlass-Strömungsmittels, das aus dem EGR-System austritt. Das Verfahren und System sollten die Strömungsrate des wieder in die Turbomaschine eintretenden Abgases regeln. Das Verfahren und System sollte eine Strömungsrate des zurückgeführten Abgases als einen Regelparameter nutzen. Das Verfahren und System sollte die Empfindlichkeit des EGR-Systems auf variierende Brennstoff-Zusammensetzungen verringern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Regeln eines Abgasstromes, wobei der Abgasstrom durch eine Turbomaschine erzeugt wird: Bereitstellen mindestens eines Abgas-Rückführungs(EGR)-Systems, umfassend: mindestens eine EGR-Strömung konditionierende Vorrichtung und mindestens eine Strömungs-Regelvorrichtung, Nutzen eines Massenströmungs-Regelsystems, wobei das Nutzen der Massenströmungs-Regelung die Stufen umfasst: Empfangen eines Ziel-EGR-Bruchteiles, umfassend den Teil des Abgasstromes innerhalb eines Einlass-Strömungsmittels, wobei das Einlass-Strömungsmittel in den Einlassabschnitt der Turbomaschine eintritt; Bestimmen eines gegenwärtigen EGR-Bruchteils; Bestimmen ob der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb eines Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt und Einstellen einer EGR-Rate des Abgasstromes, wenn der gegenwärtige EGR-Bruchteil außerhalb des Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Regeln eines Abgasstromes, wobei der Abgasstrom durch eine Turbomaschine erzeugt wird: Bereitstellen mindestens eines Abgas-Rückführungs(EGR)-Systems, umfassend: mindestens eine EGR-Strömung konditionierende Vorrichtung und mindestens eine Strömungs-Regelvorrichtung, Nutzen eines Massenströmungs-Regelsystems, wobei das Nutzen der Massenströmungs-Regelung die Stufen des Empfangens eines Zielniveaus mindestens eines Bestandteils, Bestimmen eines Ziel-EGR-Bruchteils, Bestimmen eines gegenwärtigen EGR-Bruchteils, Bestimmen ob der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb eines Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt und Einstellen einer EGR-Rate des Abgasstromes, wenn der gegenwärtige EGR-Bruchteil außerhalb des Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine schematische Darstellung der Umgebung, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet.
  • 2 ist ein Fließbild, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Nutzen eines EGR-Bestandteil-Regelsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 3 ist ein Fließbild, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Nutzen eines EGR-Massenströmungs-Regelsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 4 ist ein Fließbild, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Nutzen eines EGR-Bestandteil-Regelsystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 5 ist ein Fließbild, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Nutzen eines EGR-Massenströmungs-Regelsystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 6 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems zum Einstellen einer EGR-Rate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die folgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezieht sich auf die beigefügte Zeichnung, die spezifische Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Andere Ausführungsformen mit anderen Strukturen und Operationen weichen nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung ab.
  • Hierin wird eine bestimmte Terminologie nur für die Bequemlichkeit des Lesers benutzt und sollte nicht als eine Beschränkung des Umfangs der Erfindung verstanden werden. So beschreiben z. B. Worte wie „oberer", „unterer", „links", „rechts", „vorn", „hinten", „oben", „Boden", „horizontal", „vertikal", „stromaufwärts", „stromabwärts", „vor", „hinter" und Ähnliche lediglich die in den Figuren gezeigte Konfiguration. Das Element oder die Elemente einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können tatsächlich in irgendeiner Richtung orientiert sein und die Terminologie sollte daher dahinge hend verstanden werden, dass solche Variationen mit umfasst werden, sofern nichts anderes spezifisch ausgeführt ist.
  • Eine EGR-Rate kann als die Rate und Menge des Abgasstromes angesehen werden, die in den Einlassabschnitt der Turbomaschine eintritt. Die Zusammensetzung des Einlass-Strömungsmittels schließt den Abgasstrom, die Einlassluft und mindestens einen der vorgenannten Bestandteile und Komnbinationen davon ein, ist darauf aber nicht beschränkt.
  • Die vorliegende Erfindung kann auf eine Vielfalt von Turbomaschinen angewendet werden, die ein gasförmiges Strömungsmittel erzeugen, wie eine Hochlast-Gasturbine, eine Flugzeug-Gasturbine oder Ähnliche (im Folgenden als „Gasturbine" bezeichnet), darauf jedoch nicht beschränkt. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf entweder eine einzelne Gasturbine oder mehrere Gasturbinen angewendet werden. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf eine Gasturbine angewendet werden, die in einem einfachen Zyklus arbeitet oder auf eine Konfiguration mit kombiniertem Zyklus.
  • In den Figuren repräsentieren die verschiedenen Bezugsziffern gleiche Elemente in den verschiedenen Ansichten. 1 ist eine schematische Darstellung die die Umgebung veranschaulicht, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet. 1 veranschaulicht einen Ort 100, wie, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Kraftwerk, das eine Turbomaschine 105, ein EGR-System 107, einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) 155 und einen Abgaskamin 165 aufweist. Alternativ kann die vorliegende Erfindung mit einer Stelle 100 integriert sein, die keinen HRSG 155 aufweist.
  • Das EGR-System 107 umfasst mehrere Elemente. Die Konfiguration und Reihenfolge dieser Elemente kann durch die Zusammen setzung des Abgasstromes 170 und die Art des Kühl-Strömungsmittels diktiert sein, die von den Komponenten des EGR-Systems 107 benutzt wird. Alternative Ausführungsformen des EGR-Systems 107 können zusätzliche oder weniger Komponenten als die weiter unten beschriebenen Komponenten einschließen. Verschiedene Anordnungen und/oder Konfigurationen, die sich von 1 unterscheiden, können mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert sein.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst das EGR-System 107 eine Mischstation 115, eine Einlass-Modulationsvorrichtung 120, eine Umgehungs-Modulationsvorrichtung 125, einen Umgehungskamin 130, mindestens eine EGR-Strömung konditionierende Vorrichtung 135, eine stromabwärts gelegene Temperatur konditionierende Vorrichtung 140, ein Bestandteil-Reduktionssystem 145, eine stromaufwärts gelegene Temperatur konditionierende Vorrichtung 150, mindestens eine Abgas-Modulationsvorrichtung 160 und mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann direkte oder indirekte Daten hinsichtlich mindestens eines von bereitstellen: der gegenwärtigen EGR-Strömungsrate, der Konzentration des mindestens einen Bestandteiles oder Kombinationen davon.
  • Im Allgemeinen kann das vom EGR-System 107 benutzte Verfahren einschließen: Kühlen des Abgasstromes 170, Reduktion und Entfernung der vorgenannten Bestandteile innerhalb des Abgasstromes 170 und dann Vermischen des Abgasstromes 170 mit der Einlassluft, was ein Einlass-Strömungsmittel bildet, das vom Einlassabschnitt 110 durch den Abgaskamin 165 zu strömt. Das EGR-System 107 kann die Temperatur des Abgasstromes 170 auf eine Sättigungs-Temperatur verringern, bei der die vorgenannten Bestandteile kondensieren können und dann entfernt werden. Alternativ kann das EGR-System 107 auch die Temperatur des Abgasstromes 170 verringern und dann einen Waschprozess (oder Ähnli ches) auf den Abgasstrom anwenden, um die vorerwähnten Bestandteile zu entfernen.
  • Während EGR-System 107 arbeitet, kann die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 die Strömungsrate des Abgasstromes 170 bestimmen, die benutzt werden kann, den EGR-Bruchteil zu bestimmen. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann benachbart dem Einlassabschnitt 110 der Turbomaschine 105 angeordnet sein. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann benutzt werden, die Konzentration mindestens eines Bestandteiles innerhalb des Einlass-Strömungsmittels zu bestimmen.
  • Es sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung als ein Verfahren, System oder Computerprogramm-Produkt verkörpert werden kann. Demgemäß kann die vorliegende Erfindung die Form einer vollständigen Hardware-Ausführungsform, einer vollständigen Software-Ausführungsform (einschließlich Firmware, residenten Software, Microcode usw.) oder einer Ausführungsform annehmen, die Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, die alle allgemein hierin als eine „Schaltung", ein „Modul" oder ein" System" bezeichnet werden. Weiter kann die vorliegende Erfindung die Form eines Computerprogramm-Produktes auf einem computernutzbaren Speichermedium annehmen, das einen computernutzbaren Programmcode aufweist, der in dem Medium verkörpert ist.
  • Irgendein geeignetes computerlesbares Medium kann benutzt werden. Das computernutzbare oder computerlesbare Medium kann z. B. ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleiter-System, -Apparat, -Vorrichtung oder Ausbreitungsmedium sein, darauf jedoch nicht beschränkt. Spezifischere Beispiele (eine nicht erschöpfende Liste) des computerlesbaren Mediums würden die Folgenden einschließen: eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Drähten, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Fest- oder Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren, programmierbaren Lese-Speicher (EPROM oder Flashspeicher), eine optische Faser, einen tragbaren Disketten-Lese-Speicher (CD-ROM), eine optische Speichervorrichtung, ein Übertragungsmedium, wie solche, die das Internet oder ein Intranet unterstützen, oder eine magnetische Speichervorrichtung. Das computernutzbare oder computerlesbare Medium könnte selbst Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein, auf welches das Programm gedruckt ist, da das Programm elektronisch durch z. B. optisches Scannen des Papiers oder anderen Mediums, aufgenommen, dann kompiliert, interpretiert oder in anderer Weise in einer geeigneten Weise verarbeitet werden kann, falls erforderlich, und dann in einem Computerspeicher gespeichert werden kann. Im Kontext dieses Dokumentes kann ein computernutzbares oder computerlesbares Medium irgendein Medium sein, das das Programm zur Verwendung oder in Verbindung mit dem Instruktions-Ausführungssystem, der Apparatur oder der Vorrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, ausbreiten oder transportieren kann.
  • Der Computerprogrammcode zum Ausführen von Operationen der vorliegenden Erfindung kann in einer objektorientierten Programmiersprache, wie Java7, Smalltalk oder C++ oder Ähnlichem, geschrieben sein. Der Computerprogrammcode zum Ausführen von Operationen der vorliegenden Erfindung kann aber auch in konventionellen prozeduralen Programmiersprachen, wie der Programmiersprache „C" oder einer ähnlichen Sprache, geschrieben sein. Der Programmcode kann gänzlich auf dem Computer des Benutzers ausgeführt werden, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als eine alleinstehende Softwarepackung, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem entfernten Computer oder vollständig auf dem entfernten Computer. In letzterem Szenario kann der entfernte Computer mit dem Computer des Benut zers durch ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetzwerk (WAN) verbunden sein, oder die Verbindung kann mit einem externen Computer (z. B. durch das Internet oder einen Internetservice-Provider) hergestellt sein.
  • Die vorliegende Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf Fließbild-Darstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Apparaten (Systemen) und Computerprogramm-Produkten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es sollte klar sein, dass jeder Block der Fließbild-Darstellungen und/oder Blockdiagrammen und Kombinationen von Blöcken in den Fließbett-Darstellungen und/oder Blockdiagrammen durch Computerprogramm-Instruktionen ausgeführt werden kann. Diese Computerprogramm-Instruktionen können einem Prozessor eines Computers für öffentliche Zwecke, einem Computer für spezielle Zwecke oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsapparatur bereitgestellt werden, um eine Maschine zu produzieren, sodass die Instruktionen, die über den Prozessor des Computers oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsapparatur ausgeführt werden, Mittel zum Ausführen der Funktionen/Akte erzeugen, die in dem Fließbild und/oder dem Blockdiagrammblock oder den -blöcken spezifiziert sind.
  • Die vorliegende Erfindung hat die technische Wirkung des Regelns der Zusammensetzungen eines Einlass-Strömungsmittels, die als das Arbeits-Strömungsmittel angesehen werden kann, aus einem EGR-System austritt und in den Einlassabschnitt einer Turbomaschine eintritt.
  • Die Computerprogramm-Instruktionen können auch in einem computerlesbaren Speicher gespeichert sein, der einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsapparatur dirigieren kann, in einer speziellen Weise zu funktionieren, sodass die in dem computerlesbaren Speicher gespeicherten In struktionen einen Gegenstand, einschließlich Instruktionsmitteln, produzieren, die die Funktion/den Akt die/der in dem Fließbild und/oder dem Blockdiagrammblock oder den -blöcken spezifiziert sind, ausführen. Die Computerprogramm-Instruktionen können auch auf einem Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsapparatur geladen werden, um zu verursachen, dass eine Reihe von Betriebsstufen auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Apparatur ausgeführt wird, um einen computerimplementierten Prozess derart zu produzieren, dass die Instruktionen, die auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Apparatur ausgeführt werden, Stufen zum Ausführen der Funktionen/Akte bereitstellen, die in dem Fließbild und/oder dem Blockdiagrammblock spezifiziert sind.
  • Die vorliegende Erfindung kann konfiguriert sein, das Einlass-Strömungsmittel der Turbomaschine 105 automatisch oder kontinuierlich zu überwachen, um die Menge des Abgasstromes 170 zu bestimmen, der in den Einlassabschnitt 110 eintreten sollte. Alternativ kann das Regelsystem konfiguriert sein, eine Benutzeraktion zu erfordern, um die Operation einzuleiten. Eine Ausführungsform des Regelsystems der vorliegenden Erfindung kann als ein alleinstehendes System funktionieren. Alternativ kann das Regelsystem als ein Modul oder Ähnliches innerhalb eines breiteren Systems, wie einem Turbinenregel- oder einem Anlagenregel-System integriert sein. So kann z. B. das Regelsystem der vorliegenden Erfindung mit dem Regelsystem integriert sein, das das EGR-System 107 betreibt, darauf jedoch nicht beschränkt.
  • 2 zeigt ein Fließbild, das ein Beispiel eines Verfahrens 200 zum Benutzen eines EGR-Bestandteil-Regelsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren 200 kann mindestens ein EGR-Bestandteil-Regelsystem einschließen, das z. B. in Stufen 210 bis 260 funktionieren kann, darauf jedoch nicht beschränkt. In einer Ausführungsform kann das EGR-System 107 mit einer grafischen Benutzer-Schnittstelle (GUI) oder Ähnlichem integriert sein. Die GUI kann es der Bedienungsperson gestatten, durch das unten beschriebene Verfahren 200 zu navigieren. Die GUI kann auch mindestens eine Benachrichtigung des Status des EGR-Systems 107 liefern.
  • In Stufe 210 des Verfahrens 200 kann das EGR-System 107 einen Abgasstrom 170 wie beschrieben behandeln. In Abhängigkeit von entweder der Art und/oder dem Betrieb der Turbomaschine 105 kann das erzeugte Abgas eine Strömungsrate von etwa 10.000 US-Pfund/h bis etwa 50.000.000 US-Pfund/h und eine Temperatur von etwa 100 Grad Fahrenheit bis etwa 1.100 Grad Fahrenheit aufweisen.
  • In Stufe 220 kann das Verfahren 200 einen Ziel-EGR-Bruchteil empfangen. Der EGR-Bruchteil kann als die Strömungsrate des Abgasstromes 121 angesehen werden. Alternativ kann er als die Menge, wie, ein Prozentsatz des Abgasstromes 170 innerhalb des Einlass-Strömungsmittels, darauf jedoch nicht beschränkt, angesehen werden. Der EGR-Bruchteil kann bestimmt werden durch Dividieren der Massen-Strömungsrate des Abgasstromes 170 durch die Massen-Strömungsrate der Einlassluft.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren 200 automatisch den EGR-Bruchteil von dem Regelsystem empfangen, welches das EGR-System 107 betreibt. In einer Alternative der vorliegenden Erfindung kann der Benutzer den EGR-Bruchteil eingeben.
  • In Stufe 230 kann das Verfahren 200 das Zielniveau mindestens eines Bestandteiles bestimmen. Das Verfahren 200 kann ein Arten-Konservierungstriebwerk oder Ähnliches benutzen, um das Zielniveau zu bestimmen. Das Arten-Konservierungstriebwerk kann mehrere Turbomaschinen-Betriebsdaten zusammen mit dem Ziel-EGR-Bruchteil einführen, um das Zielniveau zu errechnen. Die mehreren Turbomaschinen-Betriebsdaten können einschließen: mindestens eine Brennstoff-Zusammensetzung, die Kompressor-Luftströmung der Turbomaschine 105 und die Brennstoff-Strömung der Turbomaschine 105. Die mindestens eine Brennstoff-Zusammensetzung kann die Zusammensetzung des Brennstoffes, der in ein Verbrennungssystem der Turbomaschine 105 eintritt und die Zusammensetzung des in einem Hilfs-Brennsystem benutzten Brennstoffes einschließen, das mit der Turbomaschine 105 integriert ist, darauf jedoch nicht beschränkt, wobei das Hilfsbrennsystem einen Hilfsboiler oder Kombinationen davon einschließen kann.
  • Das Arten-Konservierungstriebwerk kann eine physikalische Gleichung oder Ähnliches einführen, um das Zielniveau des mindestens einen Bestandteiles zu errechnen. Wie diskutiert, schließt der mindestens eine Bestandteil mindestens einen von SOx, NOx, CO2, O2, Wasser, Chloridionen, Säuren, Aldehyde, Kohlenwasserstoffe oder Kombinationen davon ein.
  • Das Arten-Konservierungstriebwerk kann eine physikalische Gleichung oder Ähnliches einführen, um das Zielniveau des mindestens einen Bestandteiles zu berechnen. So kann z. B. das Arten-Konservierungstriebwerk einen Zielabgas-CO2-Molenbruch errechnen als eine Funktion von: einem Ziel-EGR-Massenbruchteil, der Brennstoffströmung, der Brennstoff-Zusammensetzung und der Turbomaschinen 105-Einlassströmung, darauf jedoch nicht beschränkt. Der Zielabgas-CO2-Molenbruchwert kann mit einem CO2-Molenbruch verglichen werden, der durch die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 gemessen wurde. Der Vergleichsprozess kann ein Fehlersignal ergeben, welches das Verfahren 200 für die Rückführungsregelung der EGR-Strömungsrate benutzen kann.
  • Zusätzlich kann die Verbrennungsreaktion für die Turbomaschine 105, die einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff in Standardluft verbrennt, durch Gleichung 1 unter Benutzung molarer Koeffizienten, wie unten veranschaulicht, beschrieben werden: CαHγ + (a + e)(O2 + 3,76N2) => bCO2 + cH2O + eO2 + (a + e)(3,76)N2 [Gleichung 1]
  • "Brennstoff-Zusammensetzung" ist hier durch die tiefgestellten Kohlenstoff- und Wasserstoff-Zeichen, α und γ, definiert. Der molare Sauerstoffüberschuss-Koeffizient e kann als eine Funktion des EGR-Massenbruches (XEGR), der Kompressor-Einlass-Massenströmung (WC) und der Brennstoff-Massenströmung (WF), wie durch Gleichung 2 veranschaulicht, errechnet werden.
  • Figure 00130001
  • Der Ziel-Abgas-CO2-Molenbruch (yCO2-Ziel) kann, auf einer Trockenbasis, aus der Reaktion in Gleichung 1 gemäß Gleichung 3 errechnet werden.
  • Figure 00130002
  • Gleichungen 1 bis 3 können angepasst werden, um ähnliche Arten-Konservierungsberechnungen für andere Bestandteile als CO2 oder für eine Turbomaschine 105 auszuführen, die mit anderen Arbeits-Strömungsmitteln oder Brennstoffarten arbeitet. Wie diskutiert, schließt der Bestandteil mindestens einen von: SOS, NOx, CO2, O2, Wasser, Chloridionen, Säuren, Aldehyde, Kohlenwasserstoffe oder Kombinationen davon ein.
  • In Stufe 240 kann das Verfahren 200 das gegenwärtige Niveau mindestens eines Bestandteiles bestimmen. Wie diskutiert, kann das EGR-System 107 die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 einschließen. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann Sensoren, Transmitter und ähnliche Vorrichtungen einschließen, die Daten hinsichtlich des gegenwärtigen Niveaus des mindestens einen Bestandteils liefern können. Die Position der mindestens einen EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann Rückkopplung hinsichtlich der Zusammensetzung des Einlass-Strömungsmittels liefern. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann stromaufwärts und/oder stromabwärts des Verbrennungssystems der Turbomaschine 105 angeordnet sein, was die Genauigkeit der Rückkopplung bzw. Rückführung erhöht. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann mit dem Regelsystem integriert sein, das zum Betreiben des Verfahrens 200 benutzt wird. Die durch die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 gelieferten Daten können benutzt werden, das gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils direkt oder indirekt zu bestimmen.
  • In Stufe 250 kann das Verfahren 200 bestimmen, ob das gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils innerhalb des Bestandteil-Bereiches liegt. Das Verfahren 200 vergleicht das in Stufe 230 bestimmte Zielniveau und das in Stufe 210 bestimmte gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Bedienungsperson den Bereich bestimmen. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Bereich automatisch bestimmt werden. Ist z. B. das Zielniveau 1 und das gegenwärtige Niveau von etwa 0,95 bis etwa 1,05, darauf jedoch nicht beschränkt, dann kann das Verfahren 200 bestimmen, dass das gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils innerhalb des Bereiches liegt.
  • Zusätzlich kann z. B. die Turbomaschine 105 mit einem Ziel-EGR-Massenbruchteil von 30%, einem Brennstoff/Kompressor- Einlassströmungs-Verhältnis nahe 0,019 und einer Brennstoff-Zusammensetzung von 97% Methan (CH4), 2% Ethan (C2H6) und 1% Propan (C3H8) betrieben werden, darauf jedoch nicht beschränkt, was einen (trockenen) Zielabgas-CO2-Molenbruch von 0,051 ergibt. Das Verfahren kann die EGR-Strömungsrate einstellen, um den gemessenen (trockenen) Abgas-CO2-Molenbruch innerhalb +/–0,001 des Zieles über einen Bereich der gemessenen CO2-Molenbrüche von 0,005 bis 0,25 zu halten.
  • Liegt das Niveau des mindestens einen Bestandteils außerhalb des Bereiches, dann kann das Verfahren 200 zu Stufe 260 fortschreiten, ansonsten kann Verfahren 200 zur Stufe 210 zurückkehren, wobei die Stufen 210 bis 250 wiederholt werden können, bis der mindestens eine Bestandteil außerhalb des Bereiches liegt.
  • In Stufe 260 kann das Verfahren 200 die EGR-Rate einstellen. Wie diskutiert, kann die EGR-Rate als die Rate und Menge des Abgasstromes 170 angesehen werden, die in die Mischstation 115 eintritt, wo das Einlass-Strömungsmittel erzeugt wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren 200 Stufen 210 bis 260 wiederholen, um zu bestätigen, dass der mindestens eine Bestandteil innerhalb des vorerwähnten Bereiches verbleibt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Komponenten des EGR-Systems 107 benutzen, um die EGR-Rate einzustellen. So kann z. B. das Verfahren 200 mindestens eine der folgenden Funktionen einschließen: Einstellen einer Geschwindigkeit einer EGR Strömung konditionierenden Vorrichtung 135, wie einer EGR-Gebläsegeschwindigkeit, darauf jedoch nicht beschränkt, Einstellen einer Steigung mindestens einer EGR-Gebläseschaufel, Modulieren mindestens einer Strömungs-Regelvorrichtung, darauf jedoch nicht beschränkt. Die Strömungs- Regelvorrichtung kann mindestens eines von einschließen: eine Einlass-Dämpfungsvorrichtung, eine Umgehungs-Dämpfungsvorrichtung, eine Abgas-Dämpfungsvorrichtung oder Kombinationen davon.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die GUI dem Benutzer eine Benachrichtigung liefern, ob die EGR-Rate eingestellt werden sollte.
  • 3 ist ein Fließbild, das ein Beispiel eines Verfahrens 300 des Regelns der EGR-Rate eines Einlass-Strömungsmittels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren 300 kann mindestens ein EGR-Massenströmungs-Regelsystem einschließen, das z. B. in den unten folgenden Stufen 310 bis 350 funktionieren kann, darauf jedoch nicht beschränkt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das EGR-System 107 mit einer grafischen Benutzer-Schnittstelle (GUI) oder Ähnlichem integriert sein. Die GUI kann der Bedienungsperson gestatten, durch das unten beschriebene Verfahren 300 zu navigieren. Die GUI kann auch mindestens eine Benachrichtigung des Status des EGR-Systems 107 liefern.
  • In Stufe 310 des Verfahrens 300 kann das EGR-System 107 einen Abgasstrom 170, wie beschrieben, behandeln. Wie diskutiert, kann das erzeugte Abgas eine Strömungsrate von etwa 10.000 US-Pfund/h bis etwa 50.000.000 US-Pfund/h und eine Temperatur von etwa 100 Grad Fahrenheit bis etwa 1.100 Grad Fahrenheit aufweisen.
  • In Stufe 320 kann das Verfahren 300 einen Ziel-EGR-Bruchteil empfangen. Der EGR-Bruchteil kann als die Menge angesehen werden, wie, ohne beschränkt zu sein, ein Prozentsatz des Abgasstromes 170 innerhalb des Einlass-Strömungsmittels. Der EGR-Bruchteil kann durch Dividieren der Massenströmungsrate des Abgasstromes 170 durch die Massenströmungsrate der Einlassluft bestimmt werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren 300 automatisch den EGR-Bruchteil von dem Regelsystem empfangen, welches das EGR-System 107 betreibt. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Benutzer den EGR-Bruchteil eingeben.
  • In Stufe 330 kann das Verfahren 300 den gegenwärtigen EGR-Bruchteil bestimmen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die gegenwärtigen EGR-Ratendaten von der mindestens einen EGR-Rückführungsvorrichtung 175 empfangen. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann Sensoren, Transmitter und ähnliche Vorrichtungen einschließen, die Daten hinsichtlich der gegenwärtigen Strömungsrate des Abgasstromes 170 liefern können. Die EGR-Ratendaten können zum Bestimmen des EGR-Bruchteils benutzt werden. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mindestens ein Energieausgleich benutzt werden, um den gegenwärtigen EGR-Bruchteil zu bestimmen.
  • Der Energieausgleich beruht im Allgemeinen auf der Erhaltung der Energie, die allgemein erklärt, dass die in ein System eintretende Energie gleich der Energie ist, die aus dem gleichen System austritt. Der Energieausgleich einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Gleichung 4 veranschaulicht, die für WEGR gelöst werden kann, das zum Bestimmen des EGR-Bruchteils benutzt werden kann.
    Figure 00170001
    worin
    • WEGR
    die Strömungsrate des Abgasstromes 170 ist,
    TEGR
    die Temperatur des Abgasstromes 170 ist,
    CP_EGR
    die spezifische Wärme des Abgasstromes 170 bei konstantem Druck ist,
    WTin
    die gesamte Strömungsrate in den Turbomaschineneinlass ist,
    TTin
    die Temperatur der Einlassströmung der Turbomaschine ist,
    CP_Tin
    die spezifische Wärme der Turbomaschinen-Einlassströmung bei konstantem Druck ist
    TLuft
    die Temperatur der Umgebungsluft ist,
    CP_Luft
    die spezifische Wärme der Umgebungsluft bei konstantem Druck ist, und
    Tref
    die Bezugstemperatur zum Errechnen der absoluten Enthalpy ist.
  • In Stufe 340 kann das Verfahren 300 bestimmen, ob der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb eines Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt. Das Verfahren 300 vergleicht hier den Ziel-EGR-Bruchteil, der in Stufe 320 bestimmt wurde, und den gegenwärtigen EGR-Bruchteil, der in Stufe 330 bestimmt wurde. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Bedienungsperson den Bereich bestimmen, der ein Toleranzband oder Ähnliches sein kann. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Bereich automatisch bestimmt werden. Wenn z. B. der Ziel-EGR-Bruchteil 1 ist und der gegenwärtige EGR-Bruchteil von etwa 0,95 bis etwa 1,05 beträgt, darauf jedoch nicht beschränkt, dann kann das Verfahren 300 bestimmen, dass der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb des Bereiches liegt.
  • Liegt der gegenwärtige EGR-Bruchteil außerhalb des Bereiches, dann kann das Verfahren 300 zur Stufe 350 gehen; ansonsten kann das Verfahren 300 zur Stufe 310 zurückkehren, wobei die Stufen 310 bis 340 wiederholt werden können, bis der gegenwärtige EGR-Bruchteil außerhalb des Bereiches liegt.
  • In Stufe 350 kann das Verfahren eine EGR-Rate einstellen. Wie diskutiert, kann die EGR-Rate als die Rate und Menge des Abgasstromes 170 angesehen werden, der in die Mischstation 115 eintritt, wo das Einlass-Strömungsmittel erzeugt wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren 300 Stufen 310 bis 350 wiederholen, um zu bestätigen, dass der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb des Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteils liegt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Komponenten des EGR-Systems 107 benutzen, um die EGR-Rate einzustellen. So kann z. B. das Verfahren 300 mindestens eine der folgenden Funktionen einschließen: Einstellen einer Geschwindigkeit einer EGR Strömung konditionierenden Vorrichtung 135, wie, darauf jedoch nicht beschränkt, einer Luftquelle, darauf jedoch nicht beschränkt, wobei die Luftquelle einen Ventilator, ein Gebläse oder Kombinationen davon umfasst, Einstellen einer Steigung mindestens einer EGR-Ventilatorschaufel, Modulieren mindestens einer Strömungs-Regelvorrichtung. Die Strömungs-Regelvorrichtung kann mindestens eines einschließen von: eine Einlass-Dämpfungsvorrichtung, eine Umgehungs-Dämpfungsvorrichtung, eine Abgas-Dämpfungsvorrichtung oder Kombinationen davon. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die GUI dem Benutzer eine Nachricht liefern, ob die EGR-Rate eingestellt werden sollte.
  • In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das EGR-Massenströmungs-Regelsystem des Verfahrens 300 mit dem EGR-Bestandteil-Regelsystem des Verfahrens 200 integriert sein. Im Allgemeinen kann das EGR-Massenströmungs-Regelsystem ein relativ rascheres Ansprechen auf den Gesamtbetrieb des EGR-Systems 107 liefern als das Bestandteil-Regelsystem. Das EGR-Bestandteil-Regelsystem kann jedoch eine relativ genauere Rückmeldung hinsichtlich des Gesamtbetriebes des EGR-Systems liefern als das EGR-Massenströmungs-Regelsystem. Das Integrieren des EGR-Massenströmungs-Regelsystems und des EGR-Bestandteil-Regelsystems kann daher eine anfänglich rasche Rückmeldung liefern, gefolgt von einem langsameren und genaueren Ansprechen auf den Gesamtbetrieb des EGR-Systems 107.
  • 4 ist ein Fließbild, das ein Beispiel eines Verfahrens 400 des Benutzens eines EGR-Bestandteil-Regelsystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Das Verfahren 400 kann mindestens ein EGR-Bestandteil-Regelsystem einschließen, das z. B. in Stufen 410 bis 450 funktionieren kann, darauf jedoch nicht beschränkt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das EGR-System 107 mit einer grafischen Benutzer-Schnittstelle (GUI) oder Ähnlichem integriert sein. Die GUI kann es der Bedienungsperson gestatten, durch das unten beschriebene Verfahren 200 zu navigieren. Die GUI kann auch mindestens eine Nachricht hinsichtlich des Status des EGR-Systems 107 liefern.
  • In Stufe 410 des Verfahrens 400 kann das EGR-System 107 einen Abgasstrom 170, wie beschrieben, behandeln.
  • In Stufe 420 kann das Verfahren 400 ein Zielniveau für mindestens einen Bestandteil empfangen. Das Zielniveau für den mindestens einen Bestandteil kann eine Emissionsbeschränkung einschließen. So kann z. B. die Stelle 100 unter einer NOx-Emissionsbeschränkung von 9 ppm betrieben werden, darauf jedoch nicht beschränkt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren 400 automatisch das Zielniveau des mindestens einen Bestandteils vom Regelsystem empfangen, welches das EGR-System 107 oder die Turbomaschine 105 betreibt. In einer Alternative der vorliegenden Erfindung kann ein Benutzer das Zielniveau für den mindestens einen Bestandteil eingeben. Wie diskutiert, schließt der mindestens eine Bestandteil mindestens eines von: SOx, NOx, CO2, O2, Wasser, Chloridionen, Säuren, Aldehyde, Kohlenwasserstoffe oder Kombinationen davon ein.
  • In Stufe 430 kann das Verfahren 400 das gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils bestimmen. Wie diskutiert, kann das EGR-System 107 die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 einschließen. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann Sensoren, Transmitter und ähnliche Vorrichtungen einschließen, die Daten hinsichtlich des gegenwärtigen Niveaus des mindestens einen Bestandteils liefern können. Die Position der mindestens einen EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann eine Rückmeldung hinsichtlich der Zusammensetzung des Einlass-Strömungsmittels liefern Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann stromaufwärts und/oder stromabwärts des Verbrennungssystems der Turbomaschine 105 lokalisiert sein, was die Genauigkeit der Rückmeldung erhöht. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann mit dem Regelsystem integriert sein, das zum Betreiben des Verfahrens 400 benutzt wird. Die durch die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 gelieferten Daten können benutzt werden, direkt oder indirekt das gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils zu bestimmen.
  • In Stufe 440 kann das Verfahren 400 bestimmen, ob das gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils innerhalb eines Bestandteil-Bereiches liegt. Das Verfahren 400 vergleicht hier das Ziel-Bestandteilsniveau, das in Stufe 420 empfangen wurde, und das gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils, das in Stufe 430 bestimmt wurde. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Bedienungsperson den Bereich bestimmen. In einer alternativen Ausführungsform kann der Bereich automatisch bestimmt werden. Wenn z. B. darauf jedoch nicht beschränkt, das Zielniveau 1 ist und das gegenwärtige Niveau von etwa 0,95 bis etwa 1,05 beträgt, dann kann das Verfahren 400 bestimmen, dass das gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils innerhalb des Bereiches liegt.
  • Zusätzlich kann z. B. darauf jedoch nicht beschränkt, die Turbomaschine 105 mit einem Ziel-EGR-Massenbruchteil von 30%, einem Brennstoff/Kompressor-Einlassströmungs-Verhältnis nahe 0,019 und einer Brennstoff-Zusammensetzung von 97% Methan (CH4), 2% Ethan (C2H6) und 1% Propan (C3H8) betrieben werden, was einen Ziel-Abgas-CO2-Molenbruch (trocken) von 0,051 ergibt. Das Verfahren 400 kann die EGR-Strömungsrate einstellen, um den gemessenen Abgas-CO2-Molenbruch (trocken) innerhalb +/–0,001 des Zieles über einen Bereich gemessener CO2-Molenbrüche von 0,005 bis 0,25 zu halten.
  • Liegt das Niveau des mindestens einen Bestandteils außerhalb des Bereiches, dann kann das Verfahren 400 zur Stufe 450 gehen; ansonsten kann das Verfahren 400 zur Stufe 410 zurückkehren, wobei die Stufen 410 bis 440 wiederholt werden können, bis der mindestens eine Bestandteil außerhalb des Bereiches liegt.
  • In Stufe 450 kann das Verfahren 400 eine EGR-Rate einstellen. Wie diskutiert, kann die EGR-Rate als die Rate und Menge des Abgasstromes 170 angesehen werden, der in die Mischstation 115 eintritt, wo das Einlass-Strömungsmittel erzeugt wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren 400 Stufen 410 bis 450 wiederholen, um zu bestätigen, dass der mindestens eine Bestandteil innerhalb des vorerwähnten Bereiches bleibt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Komponenten des EGR-Systems 107 benutzen, um die EGR-Rate einzustellen. So kann z. B. darauf jedoch nicht beschränkt, das Verfahren 200 mindestens eine der folgenden Funktionen beinhalten: Einstellen einer Geschwindigkeit einer EGR-Strömung konditionierenden Vorrichtung 135, wie, darauf jedoch nicht beschränkt, eine EGR-Ventilatorgeschwindigkeit, Einstellen einer Steigung mindestens einer EGR-Ventilatorschaufel, Modulieren mindestens einer Strömungs-Regelvorrichtung. Die Strömungs-Regelvorrichtung kann mindestens eines von: eine Einlass-Dämpfungsvorrichtung, eine Umgehungs-Dämpfungsvorrichtung, eine Abgas-Dämpfungsvorrichtung oder Kombinationen davon, einschließen.
  • 5 ist ein Fließbild, das ein Beispiel eines Verfahrens 500 zum Benutzen eines EGR-Massenströmungs-Regelsystems gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Verfahren 500 kann mindestens ein EGR-Massenströmungs-Regelsystem einschließen, das z. B. in den folgenden Stufen 510 bis 560 funktionieren kann, darauf jedoch nicht beschränkt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das EGR-System 107 mit einer grafischen Benutzer-Schnittstelle (GUI) oder Ähnlichem integriert sein. Die GUI kann es der Bedienungsperson gestatten, durch das unten beschriebenen Verfahren 500 zu navigieren. Die GUI kann auch min destens eine Nachricht über den Status des EGR-Systems 107 liefern.
  • In Stufe 510 des Verfahrens 500 kann das EGR-System 107 einen Abgasstrom 170, wie beschrieben, behandeln.
  • In Stufe 520 kann das Verfahren 500 ein Zielniveau des mindestens einen Bestandteils empfangen. Wie diskutiert, kann das Zielniveau für den mindestens einen Bestandteil eine Emissionsbeschränkung einschließen. So kann z. B. die Stelle 100 unter einer NOx-Emissionsbeschränkung von 9 ppm arbeiten, darauf jedoch nicht beschränkt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren 400 das Zielniveau des mindestens einen Bestandteils vom Regelsystem automatisch empfangen, welches das EGR-System 107 oder die Turbomaschine 105 betreibt. In einer Alternative der vorliegenden Erfindung kann ein Benutzer das Zielniveau für den mindestens einen Bestandteil eingeben. Wie diskutiert, schließt der mindestens eine Bestandteil mindestens eines von: SOx, NOx, CO2, O2, Wasser, Chloridionen, Säuren, Aldehyde, Kohlenwasserstoffe oder Kombinationen davon ein.
  • In Stufe 530 kann das Verfahren 500 das vorgenannte Arten-Umwandlungstriebwerk benutzen, um einen Ziel-EGR-Bruchteil zu bestimmen. Wie diskutiert, kann der EGR-Bruchteil als die Menge angesehen werden, wie, darauf jedoch nicht beschränkt, ein Prozentsatz des Abgasstromes 170 innerhalb des Einlass-Strömungsmittels. Wie diskutiert, kann der EGR-Bruchteil bestimmt werden durch Dividieren der Massenströmungsrate des Abgasstromes 170 durch die Massenströmungsrate der Einlassluft.
  • In Stufe 540 kann das Verfahren 500 den gegenwärtigen EGR-Bruchteil bestimmen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die gegenwärtigen EGR-Ratendaten von der mindes tens einen EGR-Rückführungsvorrichtung 175 empfangen. Die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung 175 kann Sensoren, Transmitter und ähnliche Vorrichtungen einschließen, die Daten hinsichtlich der gegenwärtigen Strömungsrate des Abgasstromes 170 liefern können. Die EGR-Ratendaten können benutzt werden, um den EGR-Bruchteil zu bestimmen. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der vorerwähnte Energieausgleich benutzt werden, um den gegenwärtigen EGR-Bruchteil zu bestimmen.
  • In Stufe 550 kann das Verfahren 500 bestimmen, ob der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb eines Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt. Das Verfahren 500 vergleicht hier den Ziel-EGR-Bruchteil, der in Stufe 530 bestimmt wurde, und den gegenwärtigen EGR-Bruchteil, der in Stufe 540 bestimmt wurde. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Bedienungsperson den Bereich bestimmen, der ein Toleranzband oder Ähnliches sein kann. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Bereich automatisch bestimmt werden. Ist z. B. darauf jedoch nicht beschränkt, der Ziel-EGR-Bruchteil 1 und der gegenwärtige EGR-Bruchteil von etwa 0,95 bis etwa 1,05, dann kann das Verfahren 500 bestimmen, dass der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb des Bereiches liegt.
  • Liegt das Niveau des mindestens einen Bestandteils außerhalb des Bereiches, dann kann das Verfahren 500 zur Stufe 560 fortschreiten; ansonsten kann das Verfahren 500 zur Stufe 510 zurückkehren, wobei die Stufen 510 bis 550 wiederholt werden können, bis der gegenwärtige EGR-Bruchteil außerhalb des Bereiches liegt.
  • In Stufe 560 kann das Verfahren 500 eine EGR-Rate einstellen. Wie diskutiert, kann die EGR-Rate als die Rate und Menge des Abgasstromes 170 angesehen werden, der in die Mischstation 115 eintritt, wo das Einlass-Strömungsmittel erzeugt wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren 500 Stufen 510 bis 560 wiederholen, um zu bestätigen, dass der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Komponenten des EGR-Systems 107 benutzen, um die EGR-Rate einzustellen. So kann z. B. darauf jedoch nicht beschränkt, das Verfahren 500 mindestens eine der folgenden Funktionen beinhalten: Einstellen einer Geschwindigkeit einer EGR-Strömung konditionierenden Vorrichtung 135, wie, darauf jedoch nicht beschränkt, einer Luftquelle, wobei die Luftquelle einen Ventilator, ein Gebläse oder Kombinationen davon umfasst; Einstellen einer Steigung mindestens einer EGR-Ventilatorschaufel; Modulieren mindestens einer Strömungs-Regelvorrichtung. Die Strömungs-Regelvorrichtung kann mindestens eines von: eine Einlass-Dämpfungsvorrichtung, eine Umgehungs-Dämpfungsvorrichtung, eine Abgas-Dämpfungsvorrichtung oder Kombinationen davon, einschließen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die GUI dem Benutzer eine Nachricht liefern, wenn die EGR-Rate eingestellt werden sollte.
  • In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das EGR-Massenströmungs-Regelsystem des Verfahrens 500 mit dem EGR-Bestandteil-Regelsystem des Verfahrens 400 integriert sein. Im Allgemeinen kann das EGR-Massenströmungs-Regelsystem ein relativ rascheres Ansprechen auf den Gesamtbetrieb des EGR-Systems 107 liefern als das Bestandteil-Regelsystem. Das EGR-Bestandteil-Regelsystem kann jedoch eine relativ genauere Rückführung auf die Gesamtoperation des EGR-Systems liefern als das EGR-Massenströmungs-Regelsystem. Das Integrieren des EGR-Massenströmungs-Regelsystems und des EGR- Bestandteil-Regelsystems kann daher eine anfängliche rasche Rückführung liefern, gefolgt von einem langsameren, aber genauerem Ansprechen auf den Gesamtbetrieb des ERG-Systems 107.
  • 6 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems 600 zum Einstellen einer EGR-Rate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Elemente der Verfahren 200, 300, 400 und 500 können in dem System 600 verkörpert sein und durch dieses System ausgeführt werden. Das System 600 kann ein oder mehrere Benutzer- oder Klienten-Kommunikations-Vorrichtungen 602 oder ähnliche Systeme oder Vorrichtungen einschließen (zwei sind in 6 veranschaulicht). Jede Kommunikations-Vorrichtung 602 kann z. B. darauf jedoch nicht beschränkt, ein Computersystem, einen Personal-Digitalassistent, ein zellulares Telefon oder eine ähnliche Vorrichtung sein, die zum Senden und Empfangen einer elektronischen Botschaft in der Lage ist.
  • Das Kommunikationssystem 602 kann einen Systemspeicher 604 oder ein lokales Ablagesystem einschließen. Der Systemspeicher 604 kann z. B. darauf jedoch nicht beschränkt, ein Lesespeicher (ROM), ein Speicher mit wahlfreiem Zugang (RAM) ein Schnellspeicher und andere Speichervorrichtungen sein. Der ROM kann ein grundlegendes Eingabe/Ausgabe-System (BIOS) einschließen. Das BIOS kann grundlegende Routinen enthalten, die bei der Übertragung von Information zwischen Elementen oder Komponenten der Kommunikations-Vorrichtung 602 helfen. Der Systemspeicher 604 kann ein Betriebssystem 606 enthalten, um den Gesamtbetrieb der Kommunikations-Vorrichtung 602 zu regeln. Der Systemspeicher 604 kann auch einen Browser 608 oder einen Webbrowser einschließen. Der Systemspeicher 604 kann auch Datenstrukturen 610 oder einen computerausführbaren Code zum Einstellen einer EGR-Rate einschließen, der ähnlich den Verfahren 200, 300, 400 und 500 in den 2, 3, 4 bzw. 5 sein kann oder Elemente dieser Verfahren einschließen kann.
  • Der Systemspeicher 604 kann weiter einen Template-Cachespeicher 612 einschließen, der in Verbindung mit den Verfahren 200, 300, 400 und 500 in den 2, 3, 4 bzw. 5 zum Einstellen einer EGR-Rate benutzt werden kann.
  • Die Kommunikations-Vorrichtung 602 kann auch einen Prozessor oder eine Prozessoreinheit 614 einschließen, um Operationen der anderen Komponenten der Kommunikations-Vorrichtung 602 zu regeln. Das Betriebssystem 606, Browser 608 und Datenstrukturen 610 können auf der Prozessoreinheit 614 betriebsfähig sein. Die Prozessoreinheit 614 kann durch einen Systembus 616 mit dem Speichersystem 604 und anderen Komponenten der Kommunikations-Vorrichtung 602 gekoppelt sein.
  • Die Kommunikations-Vorrichtung 602 kann auch mehrere Eingabe-Vorrichtungen, Ausgabe-Vorrichtungen oder Kombinations-Eingabe/Ausgabe(I/O)-Vorrichtungen 618 einschließen. Jede Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung 618 kann durch eine (in 6 nicht gezeigte) Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle mit dem Systembus 616 gekoppelt sein. Die Eingabe- und Ausgabe-Vorrichtungen oder Kombinations-I/O-Vorrichtungen 618 gestatten es einem Benutzer zu operieren und mit der Kommunikations-Vorrichtung 602 in Verbindung zu treten und den Betrieb des Browsers 608 und der Datenstrukturen 610 zu regeln, um Zugang zu der Software zu erhalten, sie zu betätigen und zu regeln, um eine EGR-Rate einzustellen. Die I/O-Vorrichtungen 618 können eine Tastatur und eine Computer-Zeigevorrichtung oder Ähnliches einschließen, um die hierin diskutierten Operationen auszuführen.
  • Die I/O-Vorrichtungen 618 können z. B. darauf jedoch nicht beschränkt, auch Diskettenantriebe, optische, mechanische, mag netische oder Infrarot-Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen, -Modems oder Ähnliches einschließen. Die I/O-Vorrichtungen 618 können benutzt werden, um Zugang zu einem Speichermedium 620 zu erhalten. Das Medium 620 kann computerlesbare oder computerausführbare Instruktionen und andere Informationen zum Gebrauch durch ein oder in Verbindung mit einem System, wie den Kommunikations-Vorrichtungen 602, enthalten, speichern, kommunizieren oder transportieren.
  • Die Kommunikations-Vorrichtung 602 kann auch andere Vorrichtungen, wie eine Anzeige oder einen Monitor 622, einschließen oder mit diesen verbunden sein. Der Monitor 622 kann es dem Benutzer gestatten, mit der Kommunikations-Vorrichtung 602 in Verbindung zu treten.
  • Die Kommunikations-Vorrichtung 602 kann auch eine Festplatte 624 einschließen. Die Festplatte 624 kann durch eine (in 6 nicht gezeigte) Festplatten-Schnittstelle mit dem Systembus 616 gekoppelt sein. Die Festplatte 624 kann auch Teil des lokalen Ablagesystems oder Systemspeichers 604 bilden. Programme, Software und Daten können zwischen dem Systemspeicher 604 und der Festplatte 624 zum Betrieb der Kommunikations-Vorrichtung 602 übertragen und ausgetauscht werden.
  • Die Kommunikations-Vorrichtung 602 kann mit mindestens einem Einheitenregler 626 kommunizieren und Zugang zu anderen Servern oder anderen Kommunikations-Vorrichtungen, ähnlich der Kommunikations-Vorrichtung 602, über ein Netzwerk 628 haben. Der Systembus 616 kann durch eine Netzwerk-Schnittstelle 630 mit dem Netzwerk 628 gekoppelt sein. Die Netzwerk-Schnittstelle 630 kann ein Modem, eine Ethernetkarte, ein Router, ein Durchgang oder Ähnliches zum Koppeln mit dem Netzwerk 628 sein. Das Koppeln kann eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung sein.
  • Das Netzwerk 628 kann das Internet, ein privates Netzwerk, ein Intranet oder Ähnliches sein.
  • Der mindestens eine Einheitenregler 626 kann auch einen Systemspeicher 632 einschließen, der ein Ablagesystem, ROM, RAM oder Ähnliches einschließen kann. Der Systemspeicher 632 kann ein Betriebssystem 634, ähnlich dem Betriebssystem 606 in den Kommunikations-Vorrichtungen 602, einschließen. Der Systemspeicher 632 kann auch Datenstrukturen 636 zum Einstellen einer EGR-Rate einschließen. Die Datenstrukturen 636 können Operationen ähnlich denen einschließen, die mit Bezug auf die Verfahren 200, 300, 400 bzw. 500 zum Einstellen einer EGR-Rate beschrieben wurden. Der Server-Systemspeicher 632 kann auch andere Ablagen 638, Anwendungen, Module und Ähnliches einschließen.
  • Der mindestens eine Einheitenregler 626 kann auch einen Prozessor 642 oder eine Prozessoreinheit einschließen, um den Betrieb anderer Vorrichtungen in dem mindestens einen Einheitenregler 626 zu regeln. Der mindestens eine Einheitenregler 626 kann auch I/O-Vorrichtungen 644 einschließen. Die I/O-Vorrichtungen 644 können ähnlich den I/O-Vorrichtungen 618 der Kommunikations-Vorrichtungen 602 sein. Der mindestens eine Einheitenregler 626 kann weiter andere Vorrichtungen 646 einschließen, wie einen Monitor oder Ähnliches, um zusammen mit den I/O-Vorrichtungen 644 eine Schnittstelle zu dem mindestens einen Einheitenregler 626 bereitzustellen. Der mindestens eine Einheitenregler 626 kann auch eine Festplatte 648 einschließen. Ein Systembus 650 kann die verschiedenen Komponenten des mindestens einen Einheitenreglers 626 verbinden. Eine Netzwerk-Schnittstelle 652 kann über den Systembus 650 den mindestens einen Einheitenregler 626 mit dem Netzwerk 628 koppeln.
  • Die Fließbilder und Stufendiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und den Betrieb möglicher Ausführungen von Systemen, Verfahren und Computerprogramm-Produkten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In dieser Hinsicht kann jede Stufe in dem Fließbild oder den Stufendiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Codeabschnitt repräsentieren, der ein oder mehrere ausführbare Instruktionen zum Ausführen der spezifischen Funktion(en) umfasst. Es sollte auch klar sein, das, in einigen alternativen Ausführungen, die in der Stufe angegebenen Funktionen außerhalb der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten können. So können z. B. zwei in Aufeinanderfolge gezeigte Stufen tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden oder die Stufen können manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, was von der involvierten Funktionalität abhängt. Es sollte auch klar sein, dass jede Stufe der Stufendiagramme und/oder Fließbilddarstellung und Kombinationen von Stufen in den Stufendiagrammen und/oder der Fließbilddarstellung durch Systeme auf der Grundlage von Hardware für spezielle Zwecke ausgeführt werden können, die die spezifischen Funktionen oder Akte ausführen können oder durch Kombinationen von Hardware für spezielle Zwecke und Computer-Instruktionen.
  • Die hierin nur für den Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen benutzte Terminologie soll die Erfindung nicht einschränken. Die Einzahlformen „ein", „eine" und „der/die/das", wie sie hierin benutzt werden, sollen die Pluralformen ebenfalls einschließen, sofern der Kontext nicht deutlich etwas Anderes zeigt. Es sollte weiter klar sein, dass die Begriffe „umfasst" und/oder „unfassend", wenn sie in dieser Anmeldung benutzt werden, die Anwesenheit der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Stufen, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber die Anwesenheit oder Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzen Zahlen, Stufen, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
  • Obwohl spezifische Ausführungsformen hierin dargestellt und beschrieben wurden, sollte klar sein, dass irgendeine Anordnung, die zur Erzielung des gleichen Zweckes kalkuliert ist, für die gezeigten spezifischen Ausführungsformen eingesetzt werden kann, und dass die Erfindung andere Anwendungen in anderen Umgebungen hat. Diese Anmeldung soll irgendwelche Adaptionen und Variationen der vorliegenden Erfindung abdecken. Die folgenden Ansprüche sollen in keiner Weise den Umfang der Erfindung auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränken.
  • Ein Verfahren zum Regeln eines Abgas-Rückführungs(EGR)-Systems 107 wird bereitgestellt. Das EGR-System 107 kann die Entfernung und Absonderung mindestens eines Bestandteils innerhalb des Abgasstromes 170 gestatten, bevor die Rückführung stattfindet. Das Verfahren kann das Niveau mindestens eines Bestandteils überwachen und eine EGR-Rückführungsrate einstellen.
    • 100
    Stelle
    105
    Turbomaschine
    107
    EGR-System
    110
    Einlassabschnitt
    115
    Mischstation
    120
    Einlass-Modulationsvorrichtung
    125
    Umgehungs-Modulationsvorrichtung
    130
    Umgehungskamin
    135
    EGR-Strömung konditionierende Vorrichtung
    140
    Stromabwärts gelegene Temperatur konditionierende Vorrichtung
    145
    Bestandteil-Reduktionssystem
    150
    Stromaufwärts gelegene Temperatur konditionierende Vorrichtung
    155
    Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG)
    160
    Abgas-Modulationsvorrichtung
    165
    Abgaskamin
    170
    Abgasstrom
    175
    EGR-Strömungsraten-Vorrichtung
    600
    System
    602
    Kommunikations-Vorrichtungen
    604
    Systemspeicher
    606
    Betriebssystem
    608
    Browser
    610
    Datenstrukturen
    612
    Cachespeicher
    614
    Prozessoreinheit
    616
    Systembus
    618
    Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen
    620
    Medium
    622
    Monitor
    624
    Festplatte
    626
    Server
    628
    Netzwerk
    630
    Netzwerk-Schnittstelle
    632
    Speicher
    634
    Betriebssystem
    636
    Datenstrukturen
    638
    Andere Ablagen
    642
    Prozessor
    644
    I/O-Vorrichtungen
    646
    Andere Vorrichtungen
    648
    Festplatte
    650
    Systembus
    652
    Netzwerk-Schnittstelle

Claims (10)

  1. Verfahren zum Regeln eines Abgasstromes (170), wobei der Abgasstrom (170) durch eine Turbomaschine (105) erzeugt ist, wobei das Verfahren umfasst: das Bereitstellen mindestens eines Abgas-Rückführungs(EGR)-Systems (107), umfassend: mindestens eine EGR-Strömung konditionierende Vorrichtung 135 und mindestens eine Strömungs-Regelvorrichtung; das Benutzen eines Massenströmungs-Regelsystems, wobei die Benutzung der Massenströmungs-Regelung die Stufen umfasst: das Empfangen eines Ziel-EGR-Bruchteiles, umfassend den Teil des Abgasstromes (170) innerhalb eines Einlass-Strömungsmittels, wobei das Einlass-Strömungsmittels in den Einlassabschnitt der Turbomaschine (105) eintritt; das Bestimmen eines gegenwärtigen EGR-Bruchteiles; das Bestimmen, ob der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb eines Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt und das Einstellen einer EGR-Rate des Abgasstromes (170), wenn der gegenwärtige EGR-Bruchteil außerhalb des Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der mindestens eine Bestandteile mindestens eines von: SOx, NOx, CO2, O2, Wasser, Chloridionen, Säuren, Aldehyde, Kohlenwasserstoffe oder Kombinationen davon umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Stufe des Einstellens der EGR-Rate des Abgasstromes (170) mindestens eines von: Einstellen einer Geschwindigkeit der EGR-Strömung konditionierenden Vorrichtung (135), Einstellen einer Steigung der mindestens einen EGR-Vorrichtung, Modulieren mindestens einer Strömungs-Regelvorrichtung oder Kombinationen davon, umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Stufe des Bestimmens des gegenwärtigen EGR-Bruchteiles das Empfangen von EGR-Ratendaten von mindestens einer EGR-Rückführungsvorrichtung umfasst und worin die EGR-Ratendaten zum Bestimmen des gegenwärtigen EGR-Bruchteiles benutzt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin die mindestens eine EGR-Rückführungsvorrichtung benachbart dem Einlassabschnitt (110) angeordnet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Stufe des Bestimmens des gegenwärtigen EGR-Bruchteiles weiter umfasst: das Empfangen mehrerer Turbomaschinen-Betriebsdaten und das Benutzen eines Energieausgleichs zum Bestimmen des gegenwärtigen EGR-Bruchteiles, wobei der mindestens eine Energieausgleich die Turbomaschinen-Betriebsdaten beinhaltet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die mehreren Turbomaschinen-Betriebsdaten mindestens eines der folgenden Daten umfassen: Kompressor-Luftströmung, Umgebungstemperatur, Kompressor-Einlasstemperatur, Abgasstrom-Temperatur, Feuchte oder Kombinationen davon.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Integrieren des EGR-Massenströmungs-Regelsystems mit mindestens einem EGR-Bestandteil-Regelsystem.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, worin die Stufe des Nutzens des mindestens einen EGR-Bestandteil-Regelsystems die Stufen umfasst: das Empfangen des Ziel-EGR-Bruchteils, das Nutzen des Ziel-EGR-Bruchteils zum Bestimmen eines Zielniveaus mindestens eines Bestandteils, das Bestimmen eines gegenwärtigen Niveaus des mindestens einen Bestandteils, das Bestimmen, ob das gegenwärtige Niveau des mindestens einen Bestandteils innerhalb eines Bestandteilbereiches liegt und das Einstellen einer EGR-Rate des Abgasstromes (170), wenn der mindestens eine Bestandteil außerhalb des Bestandteilbereiches liegt.
  10. Verfahren zum Regeln eines Abgasstromes (170), wobei der Abgasstrom (170) durch eine Turbomaschine (105) erzeugt ist, wobei das Verfahren umfasst: das Bereitstellen mindestens eines Abgas-Rückführungs(EGR)-Systems (107), umfassend: mindestens eine EGR-Strömung konditionierende Vorrichtung (135) und mindestens eine Strömungs-Regelvorrichtung; das Benutzen eines Massenströmungs-Regelsystems, wobei das Benutzen der Massenströmungs-Regelung die Stufen umfasst: das Empfangen eines Zielniveaus mindestens eines Bestandteils, das Bestimmen eines Ziel-EGR-Bruchteiles, das Bestimmen eines gegenwärtigen EGR-Bruchteiles, das Bestimmen, ob der gegenwärtige EGR-Bruchteil innerhalb eines Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt, und das Einstellen einer EGR-Ratg des Abgasstromes (170), wenn der gegenwärtige EGR-Bruchteil außerhalb des Bereiches des Ziel-EGR-Bruchteiles liegt.
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