NL8304427A

NL8304427A - CATALYTIC SYSTEM FOR CONTROLLING POLLUTION IN THE EXTRACTION OF GAS TURBINES.

Info

Publication number: NL8304427A
Application number: NL8304427A
Authority: NL
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1982-12-27
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1984-07-16
Also published as: GB2132112A; GB8330760D0; GB2132112B

Description

' » II

W; 5 j N.O. 32127 1W; 5 y N.O. 32127 1

Katalytisch stelsel voor het sturen van de verontreiniging 1n de afvoer van gasturbines.Catalytic system for controlling the pollution in the discharge of gas turbines.

De uitvinding heeft betrekking op de besturing van verontreiniging 5 en heeft meer in het bijzonder betrekking op de katalytische reductie van stikstofoxdde verontreinigingen in een gasturbine-afvoerstroom.The invention relates to the control of impurities 5 and more particularly relates to the catalytic reduction of nitrogen oxide impurities in a gas turbine discharge stream.

De meeste inwendige-verbrandingsmachines die koolwaterstofbrandstoffen gebruiken, wekken vermogen op door de brandstof te verbranden door reactie met zuurstof in de lucht. Zoals 10 echter bekend is neemt zuurstof slechts ongeveer 21 volume percent van de lucht in. Het hoofdbestanddeel van de resterende 79 percent is stikstof dat niet aan de verbrandingsreactie bijdraagt. Onder de omstandigheden in de verbrand!ngskamer van een inwendige-verbrandingsmachine zal de stikstof echter chemisch In 15 reactie treden met overmaat aan zuurstof zodat verbindingen opgewekt worden die ongewenste verontreinigingen in de afvoerstroom voorstellen.Most internal combustion machines that use hydrocarbon fuels generate power by burning the fuel by reaction with oxygen in the air. However, as is known, oxygen occupies only about 21 volume percent of the air. The main component of the remaining 79 percent is nitrogen that does not contribute to the combustion reaction. However, under the conditions in the combustion chamber of an internal combustion machine, the nitrogen will react chemically with excess oxygen to generate compounds that represent undesirable contaminants in the effluent.

Deze verbindingen kunnen NO, NO2 en hogere oxiden van stikstof zijn, die allen gezamenlijk onder de naam N0X bekend zijn.These compounds can be NO, NO2 and higher oxides of nitrogen, all of which are known collectively under the name NOX.

N0X is als de hoofdtussenverbinding geïdentificeerd bij het 20 opwekken, van fotochemische, met roet doordrongen mist (smog). Wanneer de atmosferische N0X bestraald wordt, in het bijzonder met ultraviolet licht, wordt ozon vrijgegeven en wordt de karakteristieke lichtabsorptie, stank en giftige werking ingezet.NOx has been identified as the major intermediate compound in the generation of photochemical soot-impregnated fog (smog). When the atmospheric NOx is irradiated, in particular with ultraviolet light, ozone is released and the characteristic light absorption, odor and toxic effect are used.

Daar N0X zulk een bijdragende factor in de luchtvervuiling is 25 hebben regeringen toenemend strenge voorschriften op de afgifte daarvan door inwendige-verbrandingsmachines aangelegd.Since NOx is such a contributing factor in air pollution, governments have increasingly stringent regulations on its delivery by internal combustion engines.

De bedrijfsomstandigheden van een inwendige-verbrandingsmachlne, zoals bijvoorbeeld een gasturbine, kunnen ingesteld worden om de emissie of afgifte van N0X tot een minimum te beperken. De instelling 30 is echter kritisch betrokken op de belasting die door de gasturbinemachine aangedreven wordt, en een instelling, die bij een bepaalde belastingswaarde de afgifte van N0X tot een minimum beperkt, is verder onbevredigend wanneer de belasting omhoog en omlaag gaat.The operating conditions of an internal combustion engine, such as for example a gas turbine, can be adjusted to minimize the emission or release of NOx. However, setting 30 is critically related to the load driven by the gas turbine machine, and a setting which minimizes NOx delivery at a given load value is further unsatisfactory as the load goes up and down.

Wanneer een gasturbine in een toepassing met een constante 35 uitgangsbelasting wordt gebruikt, zoals bijvoorbeeld bij het aandrijven van een als basisbelastingsbron voor een elektrische gebruiksinrichting toegepaste generator, kunnen redelijke N0X niveau's verkregen worden door de bedrijfsomstandigheden zorgvuldig In te stellen. Hetzelfde geldt niet voor een gasturbine die in een pieksysteem door een 40 elektrische gebruiksinrichting wordt toegepast. Als gevolg van de aard 8304427 -----:-—* * ΐ 2 daarvan moet een piekstelsel snel op veranderingen 1n belasting zowel . boven als onder een normaal uitgangspunt kunnen reageren. In feite is, wanneer een piekstelsel als vrijlopende reserve wordt bedreven, de uitgangsbelastlng daarvan In wezen gelijk aan nul. Wanneer door de 5 gebruikslnrichtlng een toegenomen vraag wordt gedetecteerd moet het pieksysteem snel reageren door zijn elektrisch ultgangsvermogen van nul te vergroten naar enige eindige waarde die vervolgens bij veranderende belasting snel omhoog en omlaag kan variëren.When a gas turbine is used in a constant output load application, such as, for example, driving a generator used as a base load source for an electrical appliance, reasonable NOx levels can be obtained by carefully adjusting the operating conditions. The same does not apply to a gas turbine which is used in a peak system by an electrical appliance. Due to its nature 8304427 -----: -— * * ΐ 2 of these, a peak system must change quickly at 1n load both. above and below a normal starting point. In fact, when a peak system is operated as a free-wheeling reserve, its output load is essentially zero. When an increased demand is detected by the utility, the peak system must respond quickly by increasing its electrical output power from zero to any finite value which can then vary rapidly up and down with changing load.

De bekende techniek geeft een aantal technieken aan om 10 atmosferische verontreinigingen in verbrandings- of afvoergas te verminderen. Het Amerikaanse octrooischrift 4.293.521 beschrijft bijvoorbeeld de toevoeging van natriumhydroxide (NaOH) aan een verbrandingsgas voor reaktie met verontreinigingen om vaste neerslag te verkrijgen dat uit het verbrandingsgas, zoals bijvoorbeeld door een 15 cycloonscheider, weggenomen kan worden voordat het overblijvende gas naar de atmosfeer wordt uitgelaten.The known technique indicates a number of techniques to reduce atmospheric impurities in combustion or exhaust gas. For example, U.S. Pat. No. 4,293,521 describes the addition of sodium hydroxide (NaOH) to an impurity reaction combustion gas to obtain solid precipitate that can be removed from the combustion gas, such as, for example, by a cyclone separator, before the residual gas is released to atmosphere. elated.

Het Amerikaanse octrooischrift 3.977.836 beschrijft de toepassing van ammoniak (NH3) in de aanwezigheid van een katalysator om N0X in het verbrandingsgas te reduceren tot stikstofgas plus water. Dit 20 octrooischrift beschrijft het probleem van het meten van ammoniak, en beschrijft in feite de meting van ammoniak door het te doen reageren met overmaat aan N0X in de aanwezigheid van een katalysator om de hoeveelheid van aanwezige ammoniak door de afname in N0X te bepalen.U.S. Patent 3,977,836 describes the use of ammonia (NH3) in the presence of a catalyst to reduce NOx in the combustion gas to nitrogen gas plus water. This patent describes the problem of measuring ammonia, and in fact describes the measurement of ammonia by reacting it with excess NO x in the presence of a catalyst to determine the amount of ammonia present by the decrease in NO x.

In een basisbelastingsstelsel zou het mogelijk zijn om NH3 aan 25 de gasturbine-afvoer toe te voegen in een molarverhouding die N0X in de afvoerstroom tot een minimum zou beperken. Teneinde dit uit te voeren zou de meting van N0X in de afvoerstroom gebruikt kunnen worden als leiddraad bij het instellen van de stroom van NH3 in de gasturbine-afvoer. De meting echter van N0X door beschikbare 30 analyse-inrichtingen, zoals bijvoorbeeld chemi-luminescerende infrarode of constante-potentiaal elektrolytische technieken, zijn betrekkelijk langzaam en vereisen een tijd 1n de orde van een minuut of meer om de meting te beëindigen waaronder niet de transporttijd is begrepen van het gas vanaf de aftastplaats naar de analyse-inrichting. Bij een snel 35 veranderende belasting kunnen responsietijden in deze orde de afgifte van overmaat aan N0X of NH3 mogelijk maken.In a base loading system, it would be possible to add NH3 to the gas turbine effluent in a molar ratio that would minimize NO in the effluent stream. In order to do this, the measurement of NOx in the exhaust flow could be used as a guide in adjusting the flow of NH3 in the gas turbine exhaust. However, the measurement of NO by available analyzers, such as, for example, chemiluminescent infrared or constant-potential electrolytic techniques, are relatively slow and require a time 1n the order of a minute or more to finish the measurement, not including the transport time including the gas from the scanning site to the analyzer. With a rapidly changing load, response times in this order may allow the release of excess NO or NH 3.

Restanten aan ammoniak in de afvoerstroom van een gasturbine vertegenwoordigt een betekenisvolle verontreinigingsfactor op zich.Remains of ammonia in the discharge flow from a gas turbine represent a significant pollution factor in itself.

N0X emissievoorschriften worden in sommige plaatsen in de wereld 40 aangelegd die het Vermogen teboven gaan van zelfs een ammoniak en 8304427 3 katalysatorinrichting die werken zoals eerder beschreven.NOx emission regulations are imposed in some places in the world 40 that exceed the Power of even an ammonia and 8304427 3 catalyst device operating as previously described.

Het thermische rendement van een stelsel dat een gasturbine gebruikt kan aanzienlijk verbeterd worden door de afblaas of < uitlaatwarmte in de gasturbine-afvoer of uitlaatgassen te herwinnen 5 voor het opwekken van stoom en door deze stoom te gebruiken voor het laten lopen van een stoomturbine. Bij enige stoomturbine- en gasturbine gecombineerde cyclussystemen, bekend onder het General Electric Co handelsmerk STAG, wordt een warmteherwinnings- of verbruiksstoomgenerator (HRSG) toegepast via welke de hete 10 gasturbine-afvoer op zijn weg naar de atmosfeer passeert. Een of meer trappen van een economlzer en stoomgenerator evenals mogelijke superverwarmers worden in de warmteverbrulksstoomgenerator toegepast om een stoomturbine van een of neer trappen te voeden. De afvoeren van de stoom- en gasturbines kunnen in een enkele belasting gecombineerd 15 worden of kunnen op alternatieve wijze aan verschillende belastingen toegevoerd worden. De ene belasting kan gebruikt worden voor het aandrijven van een elektrische generator en de andere kan gebruikt worden om andere inrichtingen van vermogen te voorzien. Ook kunnen beide turbines gekoppeld worden aan de rotor van dezelfde elektrische 20 generator om het uitgangsvermogen te combineren. Andere toepassingen zijn het opwekken van elektriciteit door de gasturbine en het gebruik van de stoom voor niet-krachtvermogen, zoals voor verwarmings- of industriële processen.The thermal efficiency of a system using a gas turbine can be significantly improved by recovering venting or exhaust heat in the gas turbine exhaust or exhaust gases to generate steam and using this steam to run a steam turbine. Some steam turbine and gas turbine combined cycle systems, known under the General Electric Co trademark STAG, employ a heat recovery or consumption steam generator (HRSG) through which the hot gas turbine exhaust passes on its way to the atmosphere. One or more stages of an economlzer and steam generator as well as possible super heaters are used in the heat block steam generator to feed a steam turbine from one or down stages. The discharges from the steam and gas turbines can be combined in a single load or alternatively can be fed to different loads. One load can be used to power an electric generator and the other can be used to power other devices. Both turbines can also be coupled to the rotor of the same electric generator to combine the output power. Other applications are the generation of electricity by the gas turbine and the use of steam for non-power, such as for heating or industrial processes.

Wanneer het afvoergas van de gasturbine door de 25 warmteverbrulksstoomgenerator passeert, wordt de temperatuur daarvan vanaf het gebied van ongeveer 800*F verminderd naar ongeveer 1100*F tot ongeveer 300*F door warmte-overdracht aan de stoomgeneratoren en economizers. De katalytische reactor is in de warmteverbrulksstoomgenerator geplaatst en is ontworpen om op 30 efficiënte wijze binnen het genoemde temperatuurgebied te werken.As the exhaust gas from the gas turbine passes through the heat-blocking steam generator, its temperature is reduced from the range of from about 800 * F to about 1100 * F to about 300 * F by heat transfer to the steam generators and economizers. The catalytic reactor is placed in the heat-blocking steam generator and is designed to operate efficiently within said temperature range.

Automatische stuurstelsels voor gasturbines stellen een aantal van gemeten en berekende bedrijfsparameters ter beschikking. Het Amerikaanse octroolschrift 3.520.133 beschrijft een bepaald type van automatisch gasturbinestuurstelsel.Automatic gas turbine control systems provide a number of measured and calculated operating parameters. U.S. Patent 3,520,133 describes a particular type of automatic gas turbine control system.

35 Dienovereenkomstig beoogt de uitvinding een stuurstelsel te verschaffen voor het injecteren van ammoniak in een afvoerstroom van een gasturbine waarbij de nadelen van de bekende techniek ondervangen worden.Accordingly, it is an object of the invention to provide a control system for injecting ammonia into a gas turbine effluent which obviates the drawbacks of the prior art.

De uitvinding beoogt eveneens een ammoniakstuurstelsel te 40 verschaffen dat een aanvaardbaar niveau van N0X emissie uit een 8304427 » * 4 warmteverbruiksstoomgenerator in een onder variërende belastingsomstandigheden bedreven STAG bedrijf handhaaft.The invention also aims to provide an ammonia control system which maintains an acceptable level of NOx emission from an 8304427 * 4 heat consumption steam generator in STAG operation operated under varying load conditions.

! De uitvinding beoogt eveneens een ammoniakstuurstelsel te verschaffen voor een STAG bedrijf dat een voorspeld NOx-signaal 5 toepast gebaseerd op gasturbinewerkomstandighheden als element van de besturing.! The invention also aims to provide an ammonia control system for a STAG operation that applies a predicted NOx signal 5 based on gas turbine operating conditions as an element of the control.

De uitvinding beoogt eveneens een ammoniakstuurstelsel te verschaffen waarin een voorspelde NOx-waarde wordt gebruikt welke ontwikkeld is als gevolg van gasturbinewerkomstandigheden en een 10 gemeten-NOx waarde die uit een gasmonster is afgeleid dat uit de afvoergasstroming van de gasturbine is genomen.The invention also aims to provide an ammonia control system using a predicted NOx value developed as a result of gas turbine operating conditions and a measured NOx value derived from a gas sample taken from the exhaust gas flow from the gas turbine.

Volgens een aspect van de uitvinding wordt een stelsel verschaft voor het sturen van de toevoer van ammoniak in een uitlaatgasstroom van een verbrandingsproces stroomopwaarts van een katalysator voor het 15 reageren met N0X in de katalysator, welk stelsel middelen heeft om een voorspelde hoeveelheid van door het verbrandingsproces opgewekte N0X te voorspellen, voorts middelen om de ammoniak in de uitlaatgasstroom te injecteren met een snelheid die effectief is om in de katalysator te reageren met de voorspelde hoeveelheid van N0X 20 teneinde een niveau van N0X stroomafwaarts van de katalysator op te wekken gelijk aan een N0X instel punt, middelen om de hoeveelheid van N0X stroomafwaarts van de katalysator te meten teneinde een gemeten-N0X signaal op te wekken, middelen om het gemeten-NOx signaal te vergelijken met het instel punt teneinde een N0X foutsignaal op te 25 wekken, en middelen om de snelheid in afhankelijkheid van de fout te corrigeren teneinde de N0X stroomafwaarts van de katalysator bij te regelen naar het instel punt toe.According to an aspect of the invention, there is provided a system for controlling the supply of ammonia in an exhaust gas stream from a combustion process upstream of a catalyst for reacting with NOX in the catalyst, which system has means to provide a predicted amount of the combustion process predict N0X generated, further means to inject the ammonia into the exhaust gas stream at a rate effective to react in the catalyst with the predicted amount of N0X 20 to generate a level of N0X downstream of the catalyst equal to an N0X set point, means for measuring the amount of NOx downstream of the catalyst to generate a measured NOx signal, means for comparing the measured NOx signal with the set point to generate a NOx error signal, and means for correct the velocity depending on the error in order to adjust the NOx downstream of the ka talysator to adjust to set point.

Volgens een kenmerk van de uitvinding wordt een stelsel verschaft voor het sturen van N0X emissie in een STAG bedrijf van het type 30 voorzien van een gasturbine die een verwarmde afwerk- of uitlaatgassen opwekt, en een warmteherwinnings- of verbruiksstoomgenerator waardoor de verwarmde uitlaatgassen worden gevoerd voor het daarin opwekken van stoom, omvattende een katalysator in de warmteverbruiksstoomgenerator voor de doorgang van de uitlaatgassen daardoor, welke katalysator van 35 het type is dat N0X en ammoniak doet reageren om stikstof en water op te wekken ten behoeve van de reductie van N0X in de afvoerstroom van de warmteverbruiksstoomgenerator, middelen voor het opwekken van een voorspeld-N0x signaal gebaseerd op tenminste een druk, een temperatuur, een luchtstroom en een brandstofstroom in de gasturbine, 40 een op het voorspelde-N0x signaal reagerende ammoniakstuurinrichting 8304427 « 4 . 5 F-—— om een hoeveelheid ammoniak in de verwarmde uitlaatgassen te injecteren voor reaktie met de N0X zodat de N0X voorbij de katalysator gereduceerd wordt tot een N0X instel punt, middelen om een gemeten~NOx signaal op te wekken dat betrokken is op de hoeveelheid 5 N0X voorbij de katalysator, middelen om een N0X foutsignaal op te wekken in afhankelijkheid van het verschil tussen het gemeten-NOx signaal en het instelpunt, en middelen om de injectie van ammoniak in antwoord op het foutsignaal in te stellen in een richting en een hoeveelheid zodat het foutsignaal gereduceerd wordt, 10 Volgens een verder kenmerk van de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het sturen van de toevoer van ammoniak in een afvoergasstroom van een voor een katalysator gelegen verbrandingsproces, omvattende de stappen van het vóórspellen van een voorspelde hoeveelheid van door het verbrandingsproces opgewekte N0X, 15 het injecteren van de ammoniak in de afvoergasstroom met een snelheid werkzaam om in de katalysator met de voorspelde hoeveelheid N0X te reageren zodat voorbij de katalysator een N0X niveau wordt opgewekt dat gelijk is aan het N0X instelpunt, het meten van de hoeveelheid N0X voorbij de katalysator zodat een gemeten~NOx signaal wordt 20 verkregen, het vergelijken van het gemeten-NOx signaal met het instelpunt om een N0X foutsignaal op te wekken, en het corrigeren van de snelheid in afhankelijkheid van de fout om de N0X voorbij de katalysator bij te regelen naar het instelpunt.According to an inventive feature, a system for controlling NOx emission in a STAG operation of type 30 is provided comprising a gas turbine generating a heated waste or exhaust gas, and a heat recovery or consumption steam generator through which the heated exhaust gas is passed for generating steam therein, comprising a catalyst in the heat consumption steam generator for the passage of the exhaust gases therethrough, which catalyst is of the type which causes NOx and ammonia to react to generate nitrogen and water for the purpose of reducing NOx in the effluent stream of the heat consumption steam generator, means for generating a predicted NOx signal based on at least a pressure, a temperature, an air flow and a fuel flow in the gas turbine, 40 an ammonia controller 8304427 «4 reacting to the predicted NOx signal. 5 F - to inject an amount of ammonia into the heated exhaust gases before reacting with the N0X so that the N0X past the catalyst is reduced to an N0X set point, means to generate a measured ~ NOx signal relative to the amount 5 N0X past the catalyst, means to generate an N0X error signal depending on the difference between the measured NOx signal and the set point, and means to adjust the injection of ammonia in response to the error signal in a direction and amount so that the error signal is reduced. According to a further feature of the invention, there is provided a method of controlling the supply of ammonia in an exhaust gas stream from a combustion process located in front of a catalyst, comprising the steps of predicting a predicted amount of the material combustion process generated N0X, 15 injecting the ammonia into the exhaust gas stream at a rate effective to enter the reacting the catalyst with the predicted amount of N0X to generate a N0X level equal to the N0X set point beyond the catalyst, measuring the amount of N0X past the catalyst to obtain a measured ~ NOx signal, comparing the measured NOx signal with the set point to generate an N0X error signal, and correcting the speed according to the error to adjust the N0X past the catalytic converter to the set point.

Volgens weer een verder kenmerk van de uitvinding wordt een 25 werkwijze verschaft voor het sturen van N0X emissie in een STAG bedrijf van het type voorzien van een gasturbine die een verwarmde afwerk of uitlaatgassen opwekt, en een warmteherwinnings- of verbruiksstoomgenerator waardoor de verwarmde uitlaatgassen worden gevoerd voor het opwekken van stoom daarin, en een katalysator in de 30 warmteverbrulksstoomgenerator die aangebracht is voor de doorgang van de uitlaatgassen daardoor om stikstof en water op te wekken voor de reductie van N0X in de afvoerstroom van de warmteverbruiksstoomgenerator, omvattende het opwekken van een voorspelde-NOx signaal gebaseerd op tenminste een druk, een 35 temperatuur, een luchtstroom en een brandstofstroom in de gasturbine, het injecteren van een hoeveelheid ammoniak in antwoord op het voorspelde-N0x signaal in de verwarmde uitlaatgassen voor reactie met de N0X om de N0X voorbij de katalysator te reduceren tot een N0X instelpunt, het opwekken van een gemeten-NOx signaal betrokken op de 40 hoeveelheid N0X voorbij de katalysator, het opwekken van een N0XAccording to yet a further feature of the invention, there is provided a method for controlling NOx emission in a STAG operation of the type comprising a gas turbine generating a heated finish or exhaust gases, and a heat recovery or consumption steam generator through which the heated exhaust gases are passed for generating steam therein, and a catalyst in the heat-blocking steam generator arranged for passage of the exhaust gases therethrough to generate nitrogen and water for the reduction of NOX in the effluent from the heat consumption steam generator, comprising generating a predicted- NOx signal based on at least a pressure, a temperature, an air flow and a fuel flow in the gas turbine, injecting an amount of ammonia in response to the predicted-N0x signal into the heated exhaust gases for reaction with the N0X to the N0X past the catalyst reduce to an N0X set point, generating ee n measured-NOx signal based on the 40 amount of NOx past the catalyst, generating an NOx

S3 0 4 42 7 ___j ' 9 t- 6 foutsignaal 1n afhankelijkheid van het verschil tussen het gemeten-N0x signaal en het instel punt, en het bijregelen van de injectie van ammoniak In antwoord op het foutsignaal in een* richting en een hoeveelheid zodat het foutsignaal gereduceerd wordt.S3 0 4 42 7 ___j '9 t- 6 error signal 1n depending on the difference between the measured N0x signal and the set point, and adjusting the injection of ammonia In response to the error signal in a * direction and an amount so that it error signal is reduced.

5 De uitvinding zal nader worden toegelicht met verwijzing naar de bijbehorende tekeningen, waarin dezelfde verwijzlngscijfers dezelfde elementen aanduiden en waarin: figuur 1 een vereenvoudigd schema geeft van een stoomturbine en gasturbinestelsel volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; 10 figuur 2 een stel krommen geeft van ammoniak en N0X emissies voor verschillende verhoudingen van deze componenten in een STAG bedrijf volgens figuur 1; figuur 3 een stel krommen geeft van de mol verhouding van ammoniak en N0X volgens een tweede stuurregel; 15 figuur 4 een blokschema geeft van een N0X voorspel inrichting van figuur 1; figuur 5 een blokschema geeft van een NH3 stuurinrichting van figuur.1; figuur 6 een blokschema geeft van een compensatie-lnrichting van 20 figuur 5; figuur 7 een kromme geeft van de mol verhouding van NH3 en N0X tot N0X bij de emissie uit het STAG bedrijf van figuur 1; en figuur 8 een schema geeft van de NH3 toevoer van figuur 5.The invention will be further elucidated with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals indicate like elements and in which: figure 1 shows a simplified diagram of a steam turbine and gas turbine system according to an embodiment of the invention; Figure 2 gives a set of curves of ammonia and NOx emissions for different ratios of these components in a STAG operation according to figure 1; Figure 3 shows a set of curves of the mole ratio of ammonia and NOX according to a second control rule; Figure 4 is a block diagram of an NOX prediction device of Figure 1; Figure 5 is a block diagram of an NH3 control device of Figure 1; Figure 6 is a block diagram of a compensation device of Figure 5; Figure 7 shows a curve of the mole ratio of NH3 and NOX to NOX in the emission from the STAG operation of Figure 1; and Figure 8 is a schematic of the NH3 feed of Figure 5.

In figuur 1 is een gebruikelijke in het algemeen met 10 aangedulde 25 gasturbine aangegeven voorzien van een compressor 12, een verbrander 14 en een turbine 16.Figure 1 shows a conventional gas turbine, generally indicated by 10, provided with a compressor 12, a burner 14 and a turbine 16.

Lucht die aan een inlaat 18 van de compressor 12 wordt gevoerd, wordt door via een mechanische verbinding 20 vanaf de turbine 16 teruggevoerd vermogen samengedrukt. De samengedrukte lucht wordt vla 30 een leiding 22 naar de verbrander 14 gevoerd. Aan de verbrander 14 wordt brandstof toegevoerd, die in de verbrander in de aanwezigheid van de samengedrukte lucht wordt verbrand waardoor heet energetisch gas wordt opgewekt dat in een leiding 24 naar de turbine 16 wordt gevoerd. Het.snel bewegende hete gas wordt in de turbine 16 geëxpandeerd om een 35 of meer turbinetrappen aan te drijven teneinde een draaimoment op de uitgangsas 26 teweeg te brengen, dat aan een belasting moet toegevoerd worden, evenals een draaimoment op de mechanische verbinding 20 voor het aandrijven van de compressor 12.Air supplied to an inlet 18 of the compressor 12 is compressed by power returned from the turbine 16 via a mechanical connection 20. The compressed air is passed through line 22 to burner 14. Fuel is supplied to the burner 14, which is burned in the burner in the presence of the compressed air, thereby generating hot energetic gas which is fed in a conduit 24 to the turbine 16. The rapidly moving hot gas is expanded in turbine 16 to drive one or more turbine stages to produce torque on output shaft 26 to be applied to a load, as well as torque on mechanical connection 20. driving the compressor 12.

De gasturbine 10 is een gebruikelijke turbine en bevat een aantal 40 stuurorganen, grendelingen en brandstoftoevoerelementen, die daar zij 3304427 k ..........The gas turbine 10 is a conventional turbine and contains a number of 40 controls, latches and fuel supply elements, which there can be 3304427 ..........

7 * *' gebruikelijk zijn noch aangegeven noch in figuur 1 beschreven zijn. Een deskundige zal de behoefte aan deze onderdelen in een gebruikelijk stelsel herkennen en zal door hun weglating hier niet afgehouden worden van het maken en gebruiken van de onderhavige uitvinding. Teneinde een 5 dergelijke besturing aan te geven is de lijn 28 van het stuurorgaan 30 naar de verbrander 14 symbolisch voor de besturing van bijvoorbeeld de brandstofstroom naar de verbrander 14 en daardoor van de besturing van het uitgangsvermogen van de gasturbine 10. Het stuurorgaan 30 heeft in samenhang met de uitvinding hierna te beschrijven andere functies.7 * * 'are usually neither indicated nor described in Figure 1. One skilled in the art will recognize the need for these components in a conventional system and, by omitting them, will not be discouraged from making and using the present invention here. In order to indicate such a control, the line 28 from the controller 30 to the burner 14 is symbolic of the control of, for example, the fuel flow to the burner 14 and, therefore, of the control of the output power of the gas turbine 10. The controller 30 has In conjunction with the invention, other functions to be described hereinafter.

10 De uitlaatgassen van de turbine 16 passeren via een afvoerleiding 32 naar een warmteverbruiksstoomgenerator 34. Behalve voor wat betreft specifieke hierna te beschrijven elementen is de warmteverbruiksstoomgenerator 34 een gebruikelijke die een of meer warmtewisselaarbuizen met bijbehorende pompen, kleppen en pijpleidingen 15 zowel inwendig als uitwendig kan bevatten die voor duidelijkheid van presentatie hier zijn weggelaten. Na door de warmteverbruiksstoomgenerator 34 gepasseerd te zijn worden de gasturbine afvoergassen als een afvoerstroom 36 vrijgegeven in de atmosfeer.The exhaust gases from the turbine 16 pass through a discharge pipe 32 to a heat consumption steam generator 34. Except as regards specific elements to be described below, the heat consumption steam generator 34 is a conventional one which can supply one or more heat exchanger tubes with associated pumps, valves and pipelines 15 both internally and externally. which have been omitted here for clarity of presentation. After passing through the heat consumption steam generator 34, the gas turbine exhaust gases are released into the atmosphere as a discharge stream 36.

20 Toevoerwater loopt in tegengestelde richting in de warmteverbruiksstoomgenerator 34 vanaf een leiding 38 voor toevoerwater nabij de afvoerstroom 36 naar een stoom!elding 40 nabij de afvoerleiding 32 teneinde als stoom of superverwarmde stoom uit te treden. De stoomgeleider 40 geleidt de stoom naar een stoomturbine 42 25 waarin de stoom geëxpandeerd wordt zodat op een uitgangsas 44 uitgangsvermogen teweeg gebracht wordt. De verbruikte stoom van de stoomturbine 42 wordt via een leiding 46 overgebracht naar een condensor 48, waarin de stoom gecondenseerd wordt zodat toevoerwater voor de toevoerwater!eiding 38 wordt verkregen.Supply water flows in opposite direction into the heat consumption steam generator 34 from a supply water conduit 38 near the exhaust stream 36 to a steam signal 40 near the exhaust conduit 32 to exit as steam or superheated steam. The steam conductor 40 directs the steam to a steam turbine 42 in which the steam is expanded so that output power is generated on an output shaft 44. The spent steam from the steam turbine 42 is transferred via a conduit 46 to a condenser 48, in which the steam is condensed so that feed water for the feed water line 38 is obtained.

30 Ofschoon slechts een enkele stoomleiding 40, die de stoomturbine 42 voedt, is aangegeven zal het aan de deskundige duidelijk zijn dat de stoomturbine 42 uit meer dan een trap kan bestaan.Although only a single steam line 40 supplying the steam turbine 42, it will be apparent to those skilled in the art that the steam turbine 42 may consist of more than one stage.

Een katalysator 50, die van elk geschikt type kan zijn die N0X en NH3 doet reageren om overwegend moleculaire stikstof en water op 35 te wekken, is in de warmteverbruiksstoomgenerator 34 gelaatst. De katalysator 50 heeft bij voorkeur een poreuze structuur die bijvoorbeeld een corrugeerd materiaal heeft dat tot in blokken is gevormd, zoals een onder het handelsmerk Noxnon door Hitachi Zosen Corp. verkochte katalysator.A catalyst 50, which may be of any suitable type that reacts NO and NH 3 to generate predominantly molecular nitrogen and water at 35, is placed in the heat consumption steam generator 34. The catalyst 50 preferably has a porous structure that has, for example, a corrugated material that has been cubed, such as a trademark under the trademark Noxnon by Hitachi Zosen Corp. sold catalyst.

40 De uitlaatgassen van de gasturbine die vanaf de afvoerleiding 32 8304427 ______Λ40 The exhaust gases from the gas turbine coming from the discharge pipe 32 8304427 ______ Λ

* V* V

8 ’ » de warmteverbruiksstoomgenerator 34 binnengaan, hebben een temperatuur van ongeveer 480 tot ongeveer 1050’F, en zij worden bij hun doorgang door de warmteverbruiksstoomgenerator 34 tot een temperatuur van ongeveer 250 *F afgekoeld wanneer zij uit de afvoerultlaat 36 uittreden.8 "enter the heat consumption steam generator 34, have a temperature of about 480 to about 1050" F, and they are cooled as they pass through the heat consumption steam generator 34 to a temperature of about 250 * F as they exit the exhaust outlet 36.

5 De katalysator 50 1s 1n een plaats In de warmteverbruiksstoomgenerator 34 ondergebracht waarin een juiste temperatuur voor een effectieve katalysatorwerklng heerst. Er Is een katalysatortemperatuur 1n het gebied van ongeveer 150 tot ongeveer 5Q0*C 1n afhankelijkheid van de toegepaste katalysator nodig. Buitensporige temperaturen bij sommige 10 katalysatoren kunnen de daarop geabsorbeerde NH3 doen wegdrijven en hét verbruik of het herwinnen kan verscheidene minuten tot verscheidene tientallen minuten duren. Te lage katalysatortemperaturen kunnen de oorzaak zijn dat de gewenste chemische reactie niet verkregen wordt of kunnen de gewenste reactie slechts met een rendement teweeg brengen dat 15 zo laag is dat een groot deel van de N0X via de afvoerultlaat 36 afgegeven wordt.The catalyst 50 1s 1n a place In the heat consumption steam generator 34 in which there is a proper temperature for effective catalyst operation. A catalyst temperature in the range of from about 150 to about 50 ° C is needed depending on the catalyst used. Excessive temperatures with some catalysts can drift the NH3 absorbed thereon and the consumption or recovery may take anywhere from several minutes to several tens of minutes. Catalyst temperatures that are too low can cause the desired chemical reaction not to be obtained or can only cause the desired reaction with an efficiency so low that a large part of the NOx is released via the discharge outlet 36.

Een NH3 stuurinrichting 52 voert NH3 via een leiding 54 toe aan een aantal 1n de afvoerleiding 32 geplaatste sproei-elementen 56.An NH3 control device 52 supplies NH3 via a line 54 to a number of spray elements 56 placed in the discharge line 32.

De NH3 stuurinrichting 52 ontvangt een temperatuursignaal van de lijn 20 58 vanaf een 1n de warmteverbruiksstoomgenerator 34 bij voorkeur juist voorbij de katalysator 50 geplaatste temperatuursensor 60. Het temperatuursignaal van de temperatuursensor 60 behoort derhalve nauw betrokken te zijn op de temperatuur van de katalysator 50. Een N0X sensor 62 1n de warmteverbruiksstoomgenerator 34 wekt een met de 25 concentratie van N0X in de uitlaatgassen overeenkomstig signaal op in de lijn 64 dat aan de NH3 stuurinrichting 52 en een weergeef en alarmlnrichting 66 wordt toegevoerd. In de gasturbinebesturlng wordt de 0g berekend en afzonderlijk aan het stuurstelsel toegevoerd. Een NH3 sensor 68 wordt naar wens verschaft voor het opwekken van een 30 signaal op een lijn 70 welk signaal evenredig is met de concentratie van NH3 in de uitlaatgassen. Het NH3 signaal wordt eveneens aan de weergeef en alarmlnrichting 66 toegevoerd.The NH3 controller 52 receives a temperature signal from the line 20 58 from a temperature sensor 60 placed just past the catalyst 50, preferably just past the catalyst 50. The temperature signal from the temperature sensor 60 should therefore be closely related to the temperature of the catalyst 50. A NOx sensor 62 1n the heat consumption steam generator 34 generates a signal corresponding to the concentration of NOx in the exhaust gases in line 64 which is supplied to the NH3 controller 52 and a display and alarm device 66. In the gas turbine control, the 0g is calculated and supplied separately to the control system. An NH3 sensor 68 is provided as desired to generate a signal on a line 70 which is proportional to the concentration of NH3 in the exhaust gases. The NH3 signal is also applied to the display and alarm device 66.

De N0X sensor 62 is bij voorkeur buiten de warmteverbruiksstoomgenerator 34 geplaatst en wordt voorzien van gasmonsters 35 van een sonde die bij voorkeur in de naar de afvoerultlaat 36 leidende gasstroom is geplaatst. Het monster wordt dan aan de analyse-inrichtingen overgebracht bij voorkeur via pijpleidingen. Ofschoon een dergelijk gastransport een gastransporttijd van enkele seconden tot een minuut met zich meebrengt is de plaatsing van de 40 analyse-apparatuur in een stabiele en gestuurde omgeving noodzakelijk 8304427 9 om nauwkeurige resultaten en toegankelijkheid voor callbratle en onderhoud te verkrijgen.The NOx sensor 62 is preferably located outside the heat consumption steam generator 34 and is provided with gas samples 35 from a probe which is preferably placed in the gas stream leading to the exhaust outlet 36. The sample is then transferred to the analyzers, preferably through pipelines. Although such gas transport involves a gas transport time of from a few seconds to a minute, the placement of the 40 analysis equipment in a stable and controlled environment is necessary to obtain accurate results and accessibility for call bratle and maintenance.

Een N0X voorspelInrichting 72 wekt een op inwendige parameters en op gedetecteerde parameters gebaseerd voorspeld-NOx signaal op dat 5 via een lijn 74 toegevoerd wordt aan de NH3 stuurinrichting 52. De N0X voorspel inrichting 72 ontvangt ingangssignalen waaronder temperatuur-, druk-, stroom- en vochtigheidsignalen op een lijn 76 vanaf de compressor 12. Op basis van deze ingangssignalen zal het vanaf de N0X voorspel inrichting 72 via de lijn 74 naar de NH3 10 stuurinrichting 52 toegevoerde voorspelde-N0x signaal snel op veranderingen in werkomstandigheden binnen ongeveer 1 tot ongeveer 10 seconden nadat een verandering optreedt reageren. De NH3 stuurinrichting 52 is derhalve in staat om op basis van snel tot het laatst toe bijgewerkte informatie de in de leiding 54 aan de 15 sproei-elementen 56 toegevoerde hoeveelheid NH3 te moduleren.An N0X predictor 72 generates an internal parameters and detected parameters based predicted NOx signal which is supplied via a line 74 to the NH3 controller 52. The NOx predictor 72 receives input signals including temperature, pressure, current, and humidity signals on a line 76 from the compressor 12. Based on these input signals, the predicted-N0x signal supplied from the N0X predictor 72 via the line 74 to the NH3 10 controller 52 will quickly respond to changes in operating conditions within about 1 to about 10 seconds react after a change occurs. The NH3 controller 52 is therefore able to modulate the amount of NH3 supplied in the conduit 54 to the spray elements 56 on the basis of information which has been updated rapidly to the last.

De stuurinrichting 30 wekt een N0X instelpuntsignaal op dat via een lijn 78 aan de NH3 stuurinrichting 52 wordt toegevoerd. Het N0X Instelpuntsignaal kan door een manuale besturing of door een computer in reactie op een opgeslagen programma of uitwendige ingangssignalen 20 opgewekt worden.The controller 30 generates an NOX set point signal which is applied to the NH3 controller 52 via a line 78. The NOX Setpoint signal can be generated by manual control or by a computer in response to a stored program or external input signals.

De N0X produktie in de verbrander 14 verloopt volgens een sterk exponentiële functie van temperatuur in de vlamzone daarin. Een methode van het reduceren van de temperatuur in de vlamzone is de injectie van stoom in de verbrander 14. In plaats van echter overeenkomstig het 25 uitgangsvermogen te verminderen vergroot de stoominjectie echter een beetje het uitgangsvermogen als gevolg van de toegenomen massastroomsnel heid. Via een leiding 80 wordt stoom vanaf een geschikt punt in het stoomstelsel, dat willekeurig als de stoomturbine 42 is aangegeven, toegevoerd aan een stoominjectieklep 82, vanwaar de stoom 30 via een leiding 84 aan de verbrander 14 wordt toegevoerd. De stuurinrichting 30 wekt op een lijn 86 een stoomstuursignaal op voor besturing van de stoominjectieklep 82. Naarmate de vraag naar vermogen van de gasturbine 10 verandert, wordt de hoeveelheid geïnjecteerde stoom overeenkomstig veranderd zodat de grootte van de uitwijkingen van 35 in de verbrander 14 opgewekte N0X verminderd wordt waardoor de variabiliteit, die door de NH3 stuurinrichting 52 en de katalysator 50 opgevangen moet worden, verminderd wordt.The NOx production in the burner 14 proceeds according to a strongly exponential function of temperature in the flame zone therein. One method of reducing the temperature in the flame zone is to inject steam into the burner 14. However, instead of correspondingly reducing the output power, the steam injection slightly increases the output power due to the increased mass flow rate. Steam is supplied via a conduit 80 from a suitable point in the steam system, which is arbitrarily designated as the steam turbine 42, to a steam injection valve 82, from where the steam 30 is supplied via a conduit 84 to the burner 14. The control device 30 generates on a line 86 a steam control signal for controlling the steam injection valve 82. As the power demand of the gas turbine 10 changes, the amount of injected steam is changed accordingly so that the magnitude of the deflections of 35 generated in the burner 14 NOX thereby reducing the variability to be accommodated by the NH3 controller 52 and the catalyst 50.

Kort beschreven wordt N0X in de uitlaatgassen vanaf de afvoeruitlaat 36 gestuurd door geïnjecteerde ammoniak vanaf de NH3 40 stuurinrichting 52 op basis van het snel reagerende voorspelde-N0x 3304427 * ▼ 10 signaal dat daaraan vanaf de N0X voorspelInrichting 72 wordt toegevoerd. Gemeend wordt dat de N0X voorspel Inrichting 72 aanvaardbaar nauwkeurige voorspellingen van de in de verbrander 14 opgewekte N0X kan opwekken op basis van gedetecteerde en berekende 5 parameters in de gasturbine 10. Het 1s daarom mogelijk dat een reagerende verontreinlgingsbesturing door deze, alleen op voorspelde N0X gebaseerde besturing verkregen kan worden. Het is echter mogelijk dat in het voorspelde-NOx signaal zich kleine fouten kunnen ontwikkelen. In dit geval kan het N0X signaal van de N0X sensor 62 10 gebruikt worden om de afgifte van NH3 bij te trimmen of fijn af te stemmen voor een verdere reductie van N0X emissies.Briefly, NOx in the exhaust gases from the exhaust outlet 36 is sent by injected ammonia from the NH3 40 controller 52 based on the rapidly responding predicted NOx 3304427 * ▼ 10 signal supplied thereto from the NOX predictor 72. It is believed that the N0X prediction device 72 can generate acceptably accurate predictions of the N0X generated in the burner 14 based on detected and calculated parameters in the gas turbine 10. It is therefore possible that a reactive pollutant control by this predicted N0X based only. control can be obtained. However, it is possible that small errors may develop in the predicted-NOx signal. In this case, the N0X signal from the N0X sensor 62 10 can be used to trim or fine tune the NH3 delivery for further reduction of N0X emissions.

In figuur 2 is een kromme aangegeven die de hoeveelheid N0X en NH3 in de uitlaatgassen van een katalytische reactor weergeven. Dat wil zeggen wanneer de hoeveelheid NH3 verhoogd wordt, wordt de N0X 15 verkleind. De eenheden van N0X en NH3 zijn in relatieve volumeconcentratie. De N0X kromme 88 neemt van links naar rechts af terwijl de NH3 kromme 90 van links naar rechts toeneemt. In hun snijpunt 92 wordt een optimum verkregen waarin een minimale totale verontreiniging als gevolg van N0X en NH3 emissie wordt bereikt.Figure 2 shows a curve representing the amount of NOx and NH3 in the exhaust gases of a catalytic reactor. That is, when the amount of NH3 is increased, the N0X 15 is reduced. The units of NOx and NH3 are in relative volume concentration. The N0X curve 88 decreases from left to right while the NH3 curve 90 increases from left to right. At their intersection 92 an optimum is obtained in which a minimal total contamination due to NOx and NH3 emission is achieved.

20 Wanneer onder bepaalde omstandigheden de aanwezigheid van overmaat· aan N0X nodig is, wordt een werkgebied 94 toegepast dat een minimale N0X waarde 96 heeft dat boven het snijpunt 92 blijft waardoor in de uitlaatgassen een volumeconcentratie van N0X groter dan NH3 gehandhaafd blijft. Een maximale N0X waarde 98 definieert het 25 boveneinde van het werkgebied 94. Een instel punt 100 wordt door de stuurinrichting 30 (figuur 1) gekozen voor toevoer via de lijn 78 aan de NH3 stuurinrichting 52 dat het werkgebied 94 zoals aangegeven over het gebied van verwachte stuurfouten positioneert.When, under certain conditions, the presence of excess NOx is required, a working region 94 is used which has a minimum NOx value 96 which remains above the intersection 92 thereby maintaining a volume concentration of NOx greater than NH3 in the exhaust gases. A maximum NOx value 98 defines the top end of the work area 94. A set point 100 is selected by the controller 30 (Figure 1) to supply via line 78 to the NH3 controller 52 that the work area 94 as indicated over the area of expected positions steering errors.

Een stuurinstelpunt in het snijpunt zoals aangegeven in figuur 3 30 kan bij NH3 stuurfouten toegepast worden met als gevolg variaties boven en onder het snijpunt. Dit type besturing kan versterkt worden door in de uitlaatgassen te zamen met de meting van N0X een meting van NH3 toe te passen. Het gewenste instelpunt wordt bereikt wanneer de hoeveelheden van NH3 en van N0X gelijk zijn. Er is bij het 35 verwachte type dienstverlening geen NH3 detectie-apparatuur van de vereiste gevoeligheid, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid gekwalificeerd. Zoals in figuur 1 echter is aangegeven kan een voorziening, zoals aangegeven door een lijn 71 naar keuze aangebracht worden vanaf de lijn 70 naar de NH3 stuurinrichting 52 zodat een 40 meting van NH3 aan de stuurinrichting 52 verschaft kan worden 8304427 11 ten behoeve van een combinatie met de N0X meting als primaire besturing of als trlmslgnaal.A control set point at the intersection point as shown in Figure 3 30 can be applied to NH3 steering errors resulting in variations above and below the intersection point. This type of control can be strengthened by applying a measurement of NH3 in the exhaust gases together with the measurement of NOx. The desired set point is reached when the amounts of NH3 and of NOx are equal. No NH3 detection equipment of the required sensitivity, accuracy and reliability is qualified in the expected type of service. However, as shown in Figure 1, a provision, as indicated by a line 71, may be optionally provided from line 70 to NH3 controller 52 so that a measurement of NH3 can be provided to controller 52 8304427 11 for a combination with the N0X measurement as primary control or as a signal signal.

Met verwijzing naar figuur 4 wordt toegelicht dat de N0X voorspel inrichting 72 op gemeten of afgeleide grootheden inwerkt om op 5 de lijn 74 het voorspelde N0x-signaal op te wekken. De uiteindelijke vergelijking volgens welke het voorspelde-NOx signaal wordt opgewekt is als volgt:With reference to Figure 4, it is explained that the NOx predictor 72 acts on measured or derived quantities to generate the predicted NOx signal on line 74. The final equation according to which the predicted NOx signal is generated is as follows:

™°X “(X+Br) * f H ’ £ s * exp CD™ ° X “(X + Br) * f H’ £ s * exp CD

1010

De gemeten grootheden, berekeningen en constanten die in de berekening worden toegepast zijn als volgt gedefinieerd: 1) Qc * compressor inlaatluchtstroom (ft3/sec) 15 2) Pqd » compressor ontlaaddruk (PSIA) 3) Tqq = compresssor ontlaadtemperatuur (*R) 4) Δ TCD = TCD - T0 CR) 5) mf = massabrandstofstroom (Ibm/sec) 6) ms = massa^-stoominject lest room (Ibm/sec) 20 7) H * specifieke vochtigheid van omgeving (lbm H20/lbm droge lucht) 8) Ρβ * omgevingsdruk (PSIA) 9) Ta = omgevingstemperatuur (*R)The measured quantities, calculations and constants used in the calculation are defined as follows: 1) Qc * compressor inlet air flow (ft3 / sec) 15 2) Pqd »compressor discharge pressure (PSIA) 3) Tqq = compressor discharge temperature (* R) 4 ) Δ TCD = TCD - T0 CR) 5) mf = mass fuel flow (Ibm / sec) 6) ms = mass ^ steam injection lest cream (Ibm / sec) 20 7) H * specific humidity of environment (lbm H20 / lbm dry air ) 8) Ρβ * ambient pressure (PSIA) 9) Ta = ambient temperature (* R)

10) Tstd = 519*R10) Tstd = 519 * R

25 11) Pstd = 14,696 psia 12) f std s 0,07648 lbm/ft^ 13) iri^c » droge compressor!nlaatluchtstroom (Ibm/sec)25 11) Pstd = 14,696 psia 12) f std s 0.07648 lbm / ft ^ 13) iri ^ c »dry compressor! Air flow (Ibm / sec)

p Tp T

Λ /a Η A std 30 = c^std' °pstd TAΛ / a Η A std 30 = c ^ std '° pstd TA

14) Hc = vochtlgheidscorrectiefactor - 1 - 1,608H/(1+1,608H) 15) F = massaverhouding van droge brandstof tot droge lucht * 4 35 = mf/m^c 16) = relatieve verblijfstijd in de verbrander = PCD/((½ + ">f + ms )TCD) 17) g = verbrander!nlaattemperatuur correctie -a (f-f0)2/Tco 40 18) « vochtigheidsfactor 8304427 12 = exp [-19 (H-0,006343)] 19) fs = stoominjectiecorrectie = exp [(b + cATCD)rs/(l + d rs)] 20) rs = massaverhouding van stoom tot brandstof (lbm/lbm) 5 = ms/mf 9 21) M N0X * voorspelde N0X stroom (Ibm/sec) 22) a, b, c, d, A, B, C, T0, F0 zijn constanten die van het specifieke stelsel, werkpunt, etc. afhangen. Daarenboven hangen A, C, a, b en c af van de specifieke koolwaterstof of koolwaterstoffen 10 waaruit de brandstoffen bestaan. Een bijregeling voor de verschillende brandstofsamenstel ling kan automatisch of manuaal teweeg gebracht worden.14) Hc = humidity correction factor - 1 - 1.608H / (1 + 1.608H) 15) F = mass ratio of dry fuel to dry air * 4 35 = mf / m ^ c 16) = relative residence time in the incinerator = PCD / (( ½ + "> f + ms) TCD) 17) g = combustion! Inlet temperature correction -a (f-f0) 2 / Tco 40 18)« humidity factor 8304427 12 = exp [-19 (H-0.006343)] 19) fs = steam injection correction = exp [(b + cATCD) rs / (l + d rs)] 20) rs = mass ratio of steam to fuel (lbm / lbm) 5 = ms / mf 9 21) M N0X * predicted N0X current (Ibm / sec) 22) a, b, c, d, A, B, C, T0, F0 are constants that depend on the specific system, operating point, etc. In addition, A, C, a, b and c depend on the specific hydrocarbon or hydrocarbons that make up the fuels An adjustment for the different fuel composition can be effected automatically or manually.

In een vochtighe1dscorrectie-1nricht1ng 102 wordt de gemeten compressorlnlaatluchtstroom Qc vermenigvuldigd met een standaard 15 luchtdichtheidfactor pstd en met een vochtigheidscorrectlefactor Hc om de invloed van de vochtigheid van de omgeving op de resulterende waarde te elimineren. De factoren en Hc zijn in de voorgaande tabel gedefinieerd.In a humidity correction device 102, the measured compressor inlet air flow Qc is multiplied by a standard air density factor pstd and by a humidity correction factor Hc to eliminate the influence of the ambient humidity on the resulting value. The factors and Hc are defined in the previous table.

De op vochtigheid gecorrigeerde waarde wordt vanaf de 20 vochtigheidscorrectie-inrichting 102 toegevoerd aan een druk en temperatuurcorrectie-inrichting 104. De omgevingsdruk P/\ wordt gedeeld door een standaarddruk Pstd en de standaardtemperatuur Tstd wordt gedeeld door de omgevingsluchttemperatuur en deze verhoudingen worden door de vochtigheidscorrectie-inrichting 102 met de 25 vochtigheidscorrectiefactor Hc vermenigvuldigd zodat een op standaard omstandigheden betrokken droge-luchtstroommassa mdC wordt verkregen.The humidity corrected value is supplied from the humidity corrector 102 to a pressure and temperature corrector 104. The ambient pressure P / \ is divided by a standard pressure Pstd and the standard temperature Tstd is divided by the ambient air temperature and these ratios are divided by the humidity correction device 102 multiplied by the humidity correction factor Hc so as to obtain a dry air flow mass mdC based on standard conditions.

Een brandstof/luchtverhoudingrekeninrichting 106 deelt de gemeten of afgeleide brandstofsnel heid mf door de droge-luchtstroommassa 30 mjc om een droge-lucht tot luchtmassaverhouding F af te leiden.A fuel / air ratio calculator 106 divides the measured or derived fuel velocity mf by the dry air flow mass 30 mjc to derive a dry air to air mass ratio F.

De berekende brandstof/luchtverhouding F wordt aan de ingang van een verbranderinlaattemperatuurcorrectie-inrichting 108 toegevoerd.The calculated fuel / air ratio F is supplied to the input of a combustion inlet temperature corrector 108.

De verbranderinlaattemperatuurcorrectie-inrichting 108 ontvangt aan zijn tweede ingang een op de compressor ontlaadtemperatuur Tcq 35 betrokken signaal en berekent daaruit de verbranderinlaattemperatuurcorrectiefactor g die aan een ingang van de N0xstroomvoorspelinrichting 112 wordt toegevoerd. Het massa brandstofstroomsignaal mf wordt eveneens aan de N0X stroomvoorspelinrichting 112 toegevoerd.The combustion inlet temperature correction device 108 receives at its second input a signal related to the compressor discharge temperature Tcq 35 and calculates therefrom the burner inlet temperature correction factor g which is applied to an input of the NOx current predictor 112. The bulk fuel flow signal mf is also applied to the NOx flow predictor 112.

40 Aan de verbranderverblijfstijdrekeninrichting 110 wordt de 8304427 r 1340 At the burner residence timer 110, the 8304427 becomes 13

compressorontlaadtemperatuur Τςρ toegevoerd evenals de Icompressor discharge temperature Τςρ supplied as well as the I

gemeten-compressorontlaaddruk Ρςο, de stoominjectiemassastroom ms, en de brandstofstroomsnelheid mf. Uit deze ingangssignalen wordt zoals Imeasured compressor discharge pressure Ρςο, the steam injection mass flow rate ms, and the fuel flow rate mf. From these input signals, such as I

in het voorgaande aangegeven de relatieve verblijfstijd τ' berekend en Iindicated in the foregoing, the relative residence time τ 'calculated and I.

5 toegevoerd aan de N0X stroomvoorspelinrichting 112. I5 supplied to the NOx current predictor 112. I

In de vochtigheidsfactorrekeninrichting 114 wordt een factor f\\ IIn the humidity factor calculator 114, a factor f \\ I

zoals in het voorgaande aangegeven opgewekt welke factor aan de N0X Ias indicated above generated which factor to the N0X I

stroomvoorspelinrichting 112 wordt toegevoerd om de voorspelde~NOx Icurrent predictor 112 is supplied to the predicted ~ NOx I.

stroom voor vochtigheid van de omgeving te compenseren.compensate current for ambient humidity.

10 In de stoom-brandstofverhoudingsrekeninrichting 116 worden de IIn the steam fuel ratio calculator 116, the I

massa stroomverhoudingen van geïnjecteerde stoom en brandstof genomen om een stoom-brandstofverhoudingsignaal rs op te wekken dat aan een stoominjectiecorrectierekeninrichting 118 wordt toegevoerd. De stoominjectiecorrectierekeninrichting 118 ontvangt eveneens een 15 compressorontlaadtemperatuursignaal Tqd en wekt hieruit eenmass flow ratios of injected steam and fuel taken to generate a steam-fuel ratio signal rs applied to a steam injection correction calculator 118. The steam injection correction calculator 118 also receives a compressor discharge temperature signal Tqd and generates therefrom a

stoominjectiecorrectiesignaal fs op overeenkomstig de vergelijkingen in de voorgaande tabel, welk signaal aan de N0X stroomvoorspelinrichting 112 wordt toegevoerd. Het compressorontlaadtemperatuursignaal Τςο wordt eveneens aan de N0X 20 stroomvoorspelinrichting 112 toegevoerd. Het voorspelde-NOx signaal op de lijn 74 wordt overeenkomstig de eerder genoemde vergelijkingen berekend. Isteam injection correction signal fs according to the equations in the preceding table, which signal is applied to the NOx current predictor 112. The compressor discharge temperature signal Τςο is also applied to the N0X 20 current predictor 112. The predicted NOx signal on line 74 is calculated according to the aforementioned equations. I

De N0X voorspel inrichting 72 kan met elke geschikte hardware IThe NOx predictor 72 can be used with any suitable hardware I.

zijn uitgevoerd waaronder analoge of digitale schakelingen die of 25 discrete componenten of in geïntegreerde vorm kunnen zijn. Bij de voorkeursuitvoering is de N0X voorspel inrichting 72 uitgevoerd met een microprocessor voorzien van een geschikte ingangs- en uitgangssignaalconditioneerschakeling evenals van multiplexer en demultiplexerschakelingen zoals die nodig zijn en die voor de 30 deskundige gebaseerd op de gegeven informatie vanzelfsprekend zijn.including analog or digital circuits which may be either discrete components or in integrated form. In the preferred embodiment, the NOX predictor 72 is equipped with a microprocessor equipped with a suitable input and output signal conditioning circuit as well as multiplexer and demultiplexer circuits as needed and which are obvious to those skilled in the art based on the information provided.

In figuur 5 vergelijkt de NH3 stuurinrichting 52 in wezen de gemeten N0X massastroom op de lijn 158 met een, van één van de lijnen 78a en 78b gekozen instelpuntsignaal op de lijn 159 teneinde een signaal te ontwikkelen dat de afgifte van ammoniak vanaf een NH3 35 toevoer 120 via de leiding 54 aan sprote'staven of elementen 56 (figuur 1) stuurt. Voordat deze vergelijking en besturing echter uitgevoerd kan worden moeten de voorspelde en instelpuntwaarden bijgeregeld worden j zodat zij ten behoeve van een directe vergelijking consistente eenheden hebben. Daarenboven moeten er vertragingen worden ingevoerd om gegevens 40 van verschillende bronnen te relateren zodat overeenkomstige invloeden 1 8304427 % -- 14 op het tijdstip met betrekking tot hun optreden in het proces gecombineerd kunnen worden.In Figure 5, the NH3 controller 52 essentially compares the measured NOx mass flow on line 158 with a setpoint signal selected on one of lines 78a and 78b on line 159 to develop a signal that supplies ammonia from an NH3 35 feed. 120 directs to spreader bars or elements 56 (Figure 1) via line 54. However, before this comparison and control can be performed, the predicted and set point values must be adjusted so that they have consistent units for direct comparison. In addition, delays must be introduced to relate data 40 from different sources so that corresponding influences 1 8304427% - 14 at the time of their occurrence in the process can be combined.

De uitgangssignalen van gebruikelijke N0X analyse-inrichtingen verschaffen een maat van het percentage volumestroom van (droge) N0X 5 in de uitlaatstroom. Zoals eerder opgemerkt bevat atmosferische zuurstof bij benadering 21 volumepercent lucht. De reactie in de gasturbine doet de hoeveelheid lucht in het gas reduceren als gevolg van zijn combinatie met brandstof en de vorming van N0X verbindingen. Bij een nominale belasting en bij werkcondities die voor een efficiënte 10 werking zijn ingesteld, produceert een gasturbine uitlaatgassen met bijvoorbeeld ongeveer 15 percent zuurstof. Een dergelijke normale hoeveelheid kan als zuurstofreferentie gebruikt worden ten opzichte waarvan de afvoerstroom O2 vergeleken kan worden. Het uitlaat O2 signaal wordt via de leiding 65 toegevoerd aan een O2 15 referent!egenerator 122 die een O2 correctiefactor opwekt die via de lijn 124 wordt toegevoerd aan een tijdvertragingsorgaan 126 dat een tijdvertraging T*j_ heeft gelijk aan het verschil in responsietljden van de O2 berekening en de N0X sensor. Het vertraagde uitgangssignaal van het tijdvertragingsorgaan 126 wordt aan de ene 20 ingang van een vermenigvuldiger 128 toegevoerd. De gemeten N0X concentratie op delijn 64 wordt aan een tweede ingang van de vermenigvuldiger 128 toegevoerd. Het uitgangssignaal van de vermenigvuldiger 128, dat de voor zuurstof gecorrigeerde, gemeten NOx voorstelt, wordt via de lijn 64 toegevoerd aan de weergeef- en 25 alarminrichting 66.The output signals of conventional NOx analyzers provide a measure of the percentage volume flow of (dry) NOx 5 in the exhaust stream. As noted previously, atmospheric oxygen contains approximately 21 percent air by volume. The reaction in the gas turbine reduces the amount of air in the gas due to its combination with fuel and the formation of NOx compounds. At a nominal load and at operating conditions set for efficient operation, a gas turbine produces exhaust gases with, for example, about 15 percent oxygen. Such a normal amount can be used as an oxygen reference against which the effluent O2 can be compared. The output O2 signal is applied through line 65 to an O2 referencer generator 122 which generates an O2 correction factor which is applied through line 124 to a time delay means 126 having a time delay T1 equal to the difference in response times of the O2. calculation and the N0X sensor. The delayed output from the time delay means 126 is applied to one input of a multiplier 128. The measured NOX concentration on line 64 is fed to a second input of multiplier 128. The output of the multiplier 128, which represents the oxygen-corrected measured NOx, is supplied via the line 64 to the display and alarm device 66.

De O2 correctlefactor kan de volgende vorm hebben: 0,2i - On O£ correctiefactor = - 0,21 - 0.The O2 correction factor can take the following form: 0.2i - On O £ correction factor = - 0.21 - 0.

30 s waarin 0n = referentie O2 0S = gemeten O2.30 s where 0n = reference O2 0S = measured O2.

Daar het tijdvertragingsorgaan 126 de zuurstofcorrectiefactor over 35 een tijd^i vertraagt gelijk aan het verschil in responsietl jden van de O2 berekening en N0X sensor, stelt het uitgangssignaal van de vermenigvuldiger 128 het resultaat van deze twee op een enkelvoudig tijdstip in het verleden optredende factoren voor. Door de voor O2 gecorrigeerde, gemeten N0X kan de weergeef en alarminrichting 66 40 rechtstreeks voor Oo gecorrigeertie NO waarden vergelijken.Since the time delay means 126 delays the oxygen correction factor by 35 time equal to the difference in response times of the O2 calculation and NO sensor, the output of the multiplier 128 represents the result of these two factors occurring at a single time in the past . O2 corrected measured NOx allows display and alarm device 66 40 to directly compare NO corrected NO values.

3304427 · * 153304427 * 15

De O2 referentiegenerator 122 wekt eveneens een O2 decorrectiefactor op die via de lijn 130 wordt toegevoerd aan een O2 decorrectievermenigvuldiger 132. Aan de andere ingang van de O2 decorrectievermenlgvuldiger 132 wordt via de lijn 78a een instel punt 5 N0X waarde toegevoerd welke in op een vast percentage O2 betrokken eenheden van PPM verschaft wordt. De in de stuurinrichting 30 (figuur 1) opgewekte instelpuntwaarde op de lijn 78a omvat niet de invloeden van O2 op de N0X aflezing. De op de lijn 130 gevoerde O2 decorrectlefactor voert daarom een factor in het N0X instel punt in 10 zodat het uitgangssignaal van de O2 decorrectievermenigvuldiger 132 de vorm heeft van N0X in PPM. De vorm van de O2 decorreetiefactor is als volgt: 0,21 - 0s 0_ decorrectiefactor = - 15 2 0,21 - 0 nThe O2 reference generator 122 also generates an O2 correction factor which is applied via line 130 to an O2 correction multiplier 132. At the other input of the O2 correction multiplier 132, a set point 5 N0X value is applied which is at a fixed percentage. O2 concerned units of PPM is provided. The set point value on line 78a generated in the controller 30 (Figure 1) does not include the influences of O2 on the NOx reading. Therefore, the O2 decorrectle factor applied to line 130 inputs a factor into the N0X set point 10 so that the output of the O2 decor correction multiplier 132 is in the form of N0X in PPM. The form of the O2 decoration factor is as follows: 0.21 - 0s 0_ decoration factor = - 15 2 0.21 - 0 n

Opgemerkt wordt dat de O2 decorrectiefactor het omgekeerde is van de O2 correctiefactor. Het uitgangssignaal van de O2 20 decorrectievermenigvuldiger 132, dat het N0X instelpunt in delen per miljoen (PPM) voorstelt, wordt via een lijn 134 toegevoerd aan een ingang van een N0X massastroomrekeninrichting 136.It is noted that the O2 correction factor is the inverse of the O2 correction factor. The output of the O2 20 correction multiplier 132, which represents the NOx setpoint in parts per million (PPM), is supplied through a line 134 to an input of an NOX mass flow calculator 136.

De gemeten of berekende gasturbinestroom wordt via een lijn 138 toegevoerd aan een ingang van een tijdvertragingsorgaan 140, dat een 25 tijdvertragingT2. beeft, dat gelijk is aan het verschil tussen de responsietijd van de N0X analyse-inrichting en de tijd nodig voor een gasmonster om van het punt, waarin de gasturbinestroom gemeten wordt, te passeren naar het punt waarin het N0X monster getrokken wordt. Het vertraagde uitgangssignaal van het tijdvertragingsorgaan 140 wordt via 30 een lijn 142 toegevoerd aan een gemeten-massastroomrekeninrichting 144 en aan een ingang van de N0X massastroomrekeninrichting 136. In deze N0X massastroomrekeninrichting 136 wordt het N0X instelpuntsignaal (in PPM) vermenigvuldigd met het vertraagde-gasturbinestroomsignaal op de lijn 142 teneinde een N0X instelpuntsignaal in volume 35 stroomeenheden van NM^/HR op te wekken. Deze instelpuntwaarde wordt aan een instelpuntselector 146 toegevoerd. Via een lijn 78b wordt aan de instelpuntselector 146 een minimaal-instelpuntwaarde in NM^/HR toegevoerd.The measured or calculated gas turbine flow is supplied via a line 138 to an input of a time delay member 140, which has a time delay T2. trembles, which is equal to the difference between the response time of the NOx analyzer and the time required for a gas sample to pass from the point at which the gas turbine flow is measured to the point at which the NOx sample is taken. The delayed output from the time delay member 140 is applied through a line 142 to a measured mass flow calculator 144 and to an input of the NOx mass flow calculator 136. In this NOx mass flow calculator 136, the NOX setpoint signal (in PPM) is multiplied by the delayed gas turbine power signal at the line 142 to generate an NOx setpoint signal in volume units of NM ^ / HR flow units. This set point value is applied to a set point selector 146. Via a line 78b, a minimum setpoint selector 146 is applied to the setpoint selector 146.

De instelpuntselector 146 vergelijkt het uitgangssignaal van de 40 N0X massastroomrekeninrichting 136 met de lage N0XThe setpoint selector 146 compares the output of the 40 N0X mass flow calculator 136 with the low N0X

8 3 o A A 9 7 16 stroominstelpuntwaarde op de lijn 78b, en, bij overschrijding van de lage N0X stroominstelpuntwaarde door het uitgangssignaal van deze N0X massastroomrekeninrichting 136, wordt de hoge N0X stroominstelpuntwaarde gebruikt voor opvolgende schakelingen, waarbij 5 de lage N0X instelwaarde inactief blijft. Omgekeerd wordt, bij onderschrijding van de lage N0X instelpuntwaarde door het uitgangssignaal van de N0X massastroomrekeninrichting 136, deze lage N0X instelpuntwaarde toegepast en blijft de hoge N0X instelpuntwaarde inactief. Aan een vergelijker 147 worden bijvoorbeeld 10 aan de ingangen daarvan de N0X instelpuntwaarde en de lage N0X instelpuntwaarde toegevoerd. Aan de EN poort 148 worden de N0X instelpuntwaarde en het uitgangssignaal van de vergelijker 147 toegevoerd. Het uitgangssignaal van de vergelijker 147 wordt in een omkeerschakeling 150 omgekeerd en het resultaat daarvan wordt aan de 15 ene ingang van een EN poort 152 toegevoerd. Aan de andere ingang van de EN poort 152 wordt de lage N0X instelpuntwaarde toegevoerd. De uitgangssignalen van de EN poorten 148 en 152 worden aan een OF poort 154 toegevoerd waarvan het uitgangssignaal aan een plus^ingang van de optel!er 156 wordt toegevoerd.8 3 o A A 9 7 16 current setpoint value on line 78b, and, when the low N0X current setpoint value is exceeded by the output of this N0X mass flow calculator 136, the high N0X current setpoint value is used for subsequent circuits, leaving the low N0X setpoint inactive. Conversely, if the low N0X setpoint value is undershot by the output of the N0X mass flow calculator 136, this low N0X setpoint value is applied and the high N0X setpoint value remains inactive. For example, the N0X set point value and the low N0X set point value are applied to a comparator 147 at its inputs. The N0X setpoint value and the output of comparator 147 are applied to AND gate 148. The output of comparator 147 is inverted in inverter 150 and its result is applied to one input of an AND gate 152. The low N0X set point value is applied to the other input of the AND gate 152. The output signals of the AND gates 148 and 152 are applied to an OR gate 154, the output of which is applied to a plus input of the adder 156.

20 Ofschoon de elementen 148 en 152 als EN poorten zijn aangegeven, zijn zij in werkelijkheid schakelaars die, bij machtiging door een logisch niveau aan een ingang daarvan vanaf de vergelijker 146 en omkeerschakeling 150 respectievelijk, vanaf hun uitgangen een analoog signaal evenredig aan hun ingangssignalen afgeven. Wanneer hun 25 stuuringangssignalen onderdrukt worden, worden hun ingangen en uitgangen verbroken. Het uitgangssignaal van de OF poort 154 is derhalve een analoge waarde betrokken op of de N0X instelpuntwaarde of op de lage-grensinstelpuntwaarde.Although elements 148 and 152 are designated AND gates, they are actually switches which, when empowered by a logic level at an input thereof from comparator 146 and inverter 150, respectively, output analog signals proportional to their input signals from their outputs. . When their control input signals are suppressed, their inputs and outputs are disconnected. The output of the OR gate 154 is therefore an analog value based on either the NO setpoint value or the low limit setpoint value.

De gemeten-massastroomrekeninrichting 144 vermenigvuldigt het 30 gemeten~N0x signaal in PPM met het vertraagde gasturbinestroomsignaal teneinde een N0X stroomwaarde in NM3/HR op te wekken die vla de lijn 158 wordt toegevoerd aan de min ingang van de optel Ier 156. Opgemerkt wordt dat beide ingangssignalen voor de optel Ier 156 in N0X massastroomeenheden van NM3/HR zijn. Het uitgangssignaal van de 35 optel Ier 156, dat de fout tussen het gekozen N0X instel punt en de gemeten N0X voorstelt, wordt via de lijn 160 toegevoerd aan een met grenswaarden uitgeruste proportionele en integraalstuurinrichting 162.The measured mass flow calculator 144 multiplies the measured ~ NOx signal in PPM by the delayed gas turbine power signal to generate an NOx current value in NM3 / HR which is applied from line 158 to the minus input of the adder 156. It should be noted that both input signals for the adder Ier 156 in N0X mass flow units of NM3 / HR. The output of the adder 156, which represents the error between the selected N0X set point and the measured N0X, is supplied via line 160 to a proportional and integral controller 162 equipped with limit values.

De in figuur 1 aangegeven sproei-elementen 56 injecteren in de turbine-uitlaatstroom in de afvoerleiding 32 ammoniak in een 40 mol verhouding van NH3 tot N0^ in die plek die de NOx afvoer in de 83 0-4 4 2 7 c 17 i ?" 1The spray elements 56 shown in Figure 1 inject into the turbine exhaust stream in the discharge line 32 ammonia in a 40 mol ratio of NH 3 to NO 2 in that spot which discharges the NOx in the 83 0-4 4 2 7 c 17 i? "1

afvoeruitlaat 36, nadat het mengsel door de katalysator 50 Is Idischarge outlet 36, after the mixture through the catalyst 50 is I.

gepasseerd en daarmee heeft gereageerd, tot een minimum is beperkt. Ihas passed and responded, to a minimum. I

Opgemerkt wordt echter dat de N0X niet op deze plek, maar daarentegen IIt should be noted, however, that the N0X is not in this place, but rather I

voorbij de katalysator 50 nabij de afvoeruitlaat 36 wordt gemeten. De Imeasured past the catalyst 50 near the discharge outlet 36. The I

5 redenen dat de N0X nabij de afvoeruitlaat 36 in plaats van in de I5 reasons why the N0X is near the exhaust outlet 36 instead of in the I.

nabijheid van de sproeistaven 56 wordt gemeten zijn de verhoogde temperatuur en het grote stroomvlak in de afvoerleiding 32 die een nauwkeurige meting van N0X op deze plek moeilijk uitvoerbaar maken.Proximity of the spray bars 56 are the elevated temperature and the large flow plane in the discharge line 32 which make accurate measurement of NOx at this location difficult to perform.

Nadat de gassen bij het doorlopen van de warmteverbruiksstoomgenerator IAfter passing the gases through the heat consumption steam generator I

10 34 en de katalysator 50 zijn afgekoeld en gemengd kan een I34 and the catalyst 50 are cooled and mixed an I

representatief monster gemakkelijker bij de plaats van de N0X sensor Irepresentative sample easier at the location of the N0X sensor I.

62 genomen worden. Het feit echter dat de N0X, die gemeten wordt door I62 are taken. However, the fact that the N0X, which is measured by I.

de N0X sensor 62, de hoeveelheid is die overblijft na reactie in de Ithe N0X sensor 62, is the amount that remains after reaction in the I.

katalysator 50 in plaats van de hoeveelheid, waaraan ammoniak in de Icatalyst 50 instead of the amount of ammonia in the I.

15 sproei-elementen 56 wordt toegevoegd, legt de eis op aan de NH3 stuurinrichting 52 om de N0X hoeveelheid bij de sproei-elementen 56 te betekenen uit de gemeten hoeveelheid bij de N0X sensor 62 en om I15 spray elements 56 is added, imposes the requirement on the NH3 controller 52 to mean the NOx amount at the spray elements 56 from the measured amount at the NO0 sensor 62 and to I

daaruit de vereiste afgiftesnelheid van ammoniak af te lelden. Ito calculate the required release rate of ammonia from this. I

In figuur 7 hangt de hoeveelheid van N0X, die in de gassen 20 voorbij de katalysator 50 overblijven, af van de mol verhouding van IIn Figure 7, the amount of NOx remaining in the gases 20 past the catalyst 50 depends on the molar ratio of I

ammoniak tot N0X bij de sproei-elementen 56 orider aanname van een waarde voor de rendabele werking van de katalysator 50.· Derhalve kan Iammonia to NOx at the spray elements 56 orider assuming a value for the cost effective operation of the catalyst 50. Therefore, I

een N0X fout op de lijn 160 (figuur 6) voorbij de katalysator 50 geïnterpreteerd worden in termen van de bij de sproei-elementen 56 Ian N0X error on the line 160 (Figure 6) beyond the catalyst 50 are interpreted in terms of the spray elements 56 I

25 bestaande ammoniak/N0x mol verhouding onder aanname van een bepaald katalysatorrendement.Existing ammonia / NOx mol ratio assuming a certain catalyst efficiency.

In figuur 6 kan het NQX foutsignaal op de lijn 160 eveneens aan een niet-lineaire versterker met een responsie gevormd overeenkomstig IIn Figure 6, the NQX error signal on line 160 can also be connected to a non-linear amplifier with a response formed according to I

de verhouding van figuur 7 toegevoegd worden. Deze uitvoering stelt een 30 alternatief voor van de proportionele-integraalbesturing van figuur 5. Ithe ratio of figure 7 can be added. This embodiment represents an alternative to the proportional integral control of Figure 5. I.

Derhalve zal voor een gegeven N0X fout op de lijn 160 de niet-lineaire versterker 164 de N0X fout op de lijn 160 wijzigen met een versterkingswaarde die de helling van de in figuur 7 aangegeven kromme is. De N0X fout op de lijn 160 wordt hierdoor in eenheden van 35 inlaatmolverhoudingen overgebracht. Dit molverhoudingssignaal wordt aan een temperatuurcorrectie-inrichting 168 toegevoerd. Het op de katalysatortemperatuur betrokken signaal op de lijn 58 wordt eveneens aan de temperatuurcorrectieinrichting 168 toegevoerd. Zoals bekend is de doelmatigheid van een katalysator afhankelijk van zijn temperatuur.Therefore, for a given NOx error on the line 160, the nonlinear amplifier 164 will change the NOx error on the line 160 by a gain value that is the slope of the curve shown in Figure 7. The NOx error on line 160 is hereby transmitted in units of 35 inlet molar ratios. This mole ratio signal is applied to a temperature corrector 168. The signal on line 58 related to the catalyst temperature is also applied to the temperature corrector 168. As is known, the efficiency of a catalyst depends on its temperature.

40 Dat wil zeggen dat de hoeveelheid N0X die de katalysator 50 kan 8304427 1840 That is, the amount of NOx that the catalyst 50 can 8304427 18

1 I1 I

% i verminderen afhangt van de temperatuur van de katalysator. Bij lage katalysatortemperaturen is de katalysator 50 in wezen niet in staat om met enige ammoniak te reageren en er is daarom geen reden om ammoniak in de uitlaatgasstroom te injecteren. Bij hogere temperaturen wordt de 5 katalysator meer en meer rendabel en rechtvaardigt de toevoer van toenemende hoeveelheden ammoniak totdat een temperatuurgebied wordt bereikt waarin een maximaal katalysatorrendement wordt verkregen. De temperatuurcorrectie-inrichting 168 bewerkt het op de lijn 166 ontvangen molverhoudingssignaal met een niet-lineaire 10 versterkingsfunctie waardoor bij lage katalysatortemperaturen de versterking in wezen nul is en er geen ammoniak wordt geïnjecteerd. Bij toenemende temperaturen neemt de versterking toe op een wijze die in wezen het vermogen van de katalysator volgt om met de N0X en ammoniak te reageren. Het resulterende uitgangssignaal van de 15 temperatuurcorrectie-inrichting 168 wordt via een lijn 170 toegevoerd aan een dode-bandgenerator 172 die gericht is op het verminderen van de variabiliteit van het uitgangssignaal tot rond een nominaal gebied. Het uitgangssignaal van de dode-bandgenerator 172 wordt via een P-I stuurinrichting 173 toegevoerd aan een begrenzingsschakeling 174 die 20 zowel de positieve als de negatieve uitwijkingen, die het via de lijn 176 gevoerde uitgangssignaal kan verkrijgen, beperkt. Hierdoor worden buitensporige uitwijkingen van zowel positieve als negatieve ammoniakafgifte verhinderd en dientengevolge worden zowel de N0X emissie als de NH3 emissie beperkt.% i depends on the temperature of the catalyst. At low catalyst temperatures, the catalyst 50 is essentially unable to react with any ammonia and therefore there is no reason to inject ammonia into the exhaust gas stream. At higher temperatures, the catalyst becomes more and more cost effective and justifies the supply of increasing amounts of ammonia until a temperature range is reached in which maximum catalyst efficiency is obtained. The temperature corrector 168 processes the mole ratio signal received on line 166 with a non-linear gain function, whereby the gain is essentially zero at low catalyst temperatures and no ammonia is injected. At increasing temperatures, the gain increases in a manner that essentially follows the catalyst's ability to react with the NOx and ammonia. The resulting output from the temperature corrector 168 is fed through a line 170 to a deadband generator 172 which aims to reduce the variability of the output to around a nominal range. The output of the deadband generator 172 is applied through a P-I controller 173 to a limiting circuit 174 which limits both the positive and negative deviations that the output signal fed through line 176 can obtain. This prevents excessive deviations from both positive and negative ammonia emissions and consequently both NOx and NH3 emissions are limited.

25 In figuur 5 wordt het inlaatmolverhoudingssignaal op de lijn 176 aan de ene ingang van de vermenigvuldiger 178 toegevoerd. De versterkingen in de stuurinrichting 162 zijn zodanig dat het op de lijn 176 aan de vermenigvuldiger 178 toegevoerde signaal op de juiste wijze in schaal wordt gebracht voor een vermenigvuldiging met het op de lijn 30 74 aan de andere ingang van de vermenigvuldiger 178 toegevoerde, voorspelde-N0x signaal. Door de vermenigvuldiging van deze twee grootheden wordt daarom de N0X term uit de verhouding geëlimineerd en wordt een NH3 instructiesignaal opgewekt dat via een lijn 180 wordt toegevoerd aan de NH3 toevoerinrichting 120.In Figure 5, the inlet mol ratio signal on line 176 is applied to one input of multiplier 178. The gains in the controller 162 are such that the signal applied to line 176 to multiplier 178 is properly scaled for multiplication by the predicted signal applied to line 30 74 to the other input of multiplier 178. N0x signal. Therefore, by multiplying these two quantities, the NOx term is eliminated from the ratio and an NH3 command signal is generated which is supplied via a line 180 to the NH3 feeder 120.

35 In figuur 8 wordt in de NH3 toevoerinrichting 120 het NH3 instructiesignaal op de lijn 180 toegevoerd aan een NH3 stuurinrichting 182. De NH3 stuurinrichting 182 voert een bekrachtigingssignaal aan een stuurklep 184 toe. De NH3 toevoereenheid 186 die van elk geschikt type, zoals een drukreservoir 40 zoals aangegeven of elke andere geschikte opslag of generatoreenheid 8304427 è .In Figure 8, in the NH3 feeder 120, the NH3 command signal on line 180 is supplied to an NH3 controller 182. The NH3 controller 182 supplies an actuation signal to a control valve 184. The NH3 supply unit 186 which is of any suitable type, such as a pressure reservoir 40 as indicated or any other suitable storage or generator unit 8304427 è.

* # 19 kan zijn, voert onder druk gebracht NH3 via de leiding 188 toe aan de stuurklep 184. De stuurklep 184 regelt in antwoord op het bekrachtigingssignaal van de NH3 stuurinrichting 182 een stroom van NH3 via een stroommeetinrichting 190 toe aan een menger 192. De 5 uitgangsstroom van de menger 192 wordt via de leiding 54 toegevoerd aan de sproeistaven 56. De stroommeetinrichting 190 verschaft een terugkoppelsignaal aan de NH3 stuurinrichting 182 om een gesloten-lusbesturlng van de NH3 stuurklep 184 te realiseren.* # 19 may supply pressurized NH3 via line 188 to control valve 184. Control valve 184, in response to the energizing signal from NH3 controller 182, supplies a flow of NH3 through a flow meter 190 to a mixer 192. Output current from the mixer 192 is supplied through line 54 to the spray bars 56. The flow measuring device 190 provides a feedback signal to the NH3 controller 182 to effect a closed loop control of the NH3 control valve 184.

Bij hoge waarden van de gasturbinestroom is het mogelijk dat de 10 afgiftesnelheid van NH3 niet toereikend is om op adequate wijze de NH3 te atomiseren en te mengen met de turbinegasstroom zodat volledig van de beschikbare katalysatordoelmatigheid geprofiteerd kan worden.At high gas turbine flow rates, the NH3 release rate may not be sufficient to adequately atomize the NH3 and mix with the turbine gas stream to take full advantage of the available catalyst efficiency.

Teneinde te waarborgen dat een toereikende massastroom naar de sproeistaven 56 wordt gericht kan een in het algemeen bij 194 15 aangeduide extra luchtstroom toegevoerd worden. Een blazer 196 verschaft op de leiding 198 een stroom van onder druk gebrachte lucht via een luchtstuurklep 200 en een stroomneetinrichting 202 aan een tweede ingang van de menger 192, waarin de lucht voor afgifte aan de sproeistaven 56 met de NH3 wordt gemengd.In order to ensure that a sufficient mass flow is directed to the spray bars 56, an additional air flow generally indicated at 194 may be supplied. A blower 196 provides a flow of pressurized air on line 198 through an air control valve 200 and a flow solenoid 202 to a second inlet of the mixer 192, in which the air is mixed with the NH 3 for delivery to the spray bars 56.

20 Bij een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een constante luchtstroom van de blazer 196 toegepast. Bij een tweede uitvoeringsvorm wordt de luchtstroom in de hulpluchttoevoereenheid 194 betrokken op de gasturbinestroom. In dit geval wordt aan de luchtstuurinrichting 204 een signaal op de lijn 138 betrokken op de gasturbinestroom toegevoerd 25 welke inrichting in antwoord daarop de luchtstuurklep 200 bekrachtigt.In one embodiment of the invention, a constant airflow from the blower 196 is used. In a second embodiment, the air flow in the auxiliary air supply unit 194 is related to the gas turbine flow. In this case, a signal is supplied to the air control device 204 on the line 138 relative to the gas turbine flow, which device actuates the air control valve 200 in response thereto.

De stroommeetinrichting 202 verschaft een terugkoppelsignaal aan de luchtstuurinrichting 204 zodat een gesloten-lusbesturlng van de luchtstuurklep 200 gerealiseerd kan worden. De gecombineerde stroom van NH3 en lucht, die in de menger 192 zijn gemengd, verschaft bij de 30 sproei-elementen 56 een toereikende gecombineerde stroomsnelheid zodat de NH3 in de gasstroom energetisch geïnjecteerd wordt.The flow measuring device 202 provides a feedback signal to the air control device 204 so that a closed loop control of the air control valve 200 can be realized. The combined stream of NH3 and air, which are mixed in the mixer 192, provides an adequate combined flow rate at the spray elements 56 so that the NH3 is injected energetically into the gas stream.

Nadat de specifieke voorkeursuitvoeringen van de uitvinding met verwijzing naar de bijbehorende tekeningen toegelicht zijn, zal het duidelijk zijn dat de uitvinding niet tot deze uitvoeringsvormen 35 beperkt is maar dat verschillende veranderingen en wijzigingen door de deskundigen uitgevoerd kunnen worden zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.After the specific preferred embodiments of the invention have been explained with reference to the accompanying drawings, it will be apparent that the invention is not limited to these embodiments, but that various changes and modifications can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the invention steps.

83 0 4 -4 2 7'83 0 4 -4 2 7 '

Claims

1. System for controlling the supply of ammonia 1n an exhaust gas stream from a combustion process for a catalyst to react with NOx 1n the catalyst, the system comprising means for predicting a predicted amount of NOx generated by the combustion process; means for injecting the ammonia 1 into the exhaust gas stream at a rate to react in the catalyst with the predicted amount of NO x to obtain a level of NO x past the catalyst equal to an NO x set point; means for measuring the amount of NOx past the catalyst to generate a measured NOx signal; means for comparing the measured «NOx signal with the set point to generate an N0X error signal; and means for correcting the speed depending on the error to adjust the NOx beyond the catalyst to the set point.

The system of claim 1, further comprising means for compensating the means for controlling depending on the temperature of the catalyst.

System according to claim 1, wherein the means for prediction use at least a quantity from the group of pressure, temperature, air flow and fuel speed of the combustion process.

The system of claim 1, further comprising means for injecting steam into the combustion process in an amount every

Reduce NOx emission, the prediction means including means for correcting the predicted amount of NOx depending on the amount of steam injected.

The system of claim 1, wherein the set point has a predominance of NOx over ammonia beyond the catalyst 30.

The system of claim 1, wherein the set point has a mole ratio of ammonia to NOX from about 0.95 to about 1.0.

7. System for controlling NOx emission in a STAG operation 35 of the type comprising a gas turbine generating heated exhaust gases and a heat consumption steam generator through which the heated exhaust gases are passed for generating steam therein, comprising a catalyst in the heat consumption steam generator for the passage of the exhaust gases therethrough, which catalyst of 40 is the type which causes NOx and ammonia to react so that nitrogen and water 8 3 0 4 4 2? generated for the purpose of reducing NOx in the I effluent from the heat consumption steam generator; means for generating an I predicted ~ NOx signal based on at least a quantity from the group of pressure, temperature, air flow and fuel flow in the gas turbine; an ammonia driver responsive to the predicted-NOx signal to inject an amount of ammonia into the heated exhaust gases for reaction with the NOx I to reduce the NOx past the catalyst to an NOx setpoint; means for generating a measured NOx signal relative to the amount of NOx beyond the I10 catalyst; means for generating an N0X error signal depending on the difference between the measured ~ NOx signal and the set point; and means for adjusting the injection of ammonia in a direction and an amount in response to the error signal to reduce the error signal. J

A method of controlling the supply of ammonia in the exhaust gas stream of a combustion process for a catalyst, comprising predicting a predicted amount of NOx generated by the combustion process; injecting the ammonia into the exhaust gas stream at a rate to react the catalyst with the predicted amount of NOx to generate a level of NOX beyond the catalyst equal to an NOX setpoint; Measuring the amount of NOx past the catalyst to generate a measured NOx signal; comparing the I measured NOx signal with the setpoint to record an NOx error signal. Wake up; and correcting the speed according to the I error signal to adjust the NOx past the catalyst to the set point. I

9. Method for controlling NOx emission in a STAG company I of the type comprising a gas turbine which generates heated exhaust gases 30 and a heat consumption steam generator through which the heated exhaust gases are fed for generating steam therein, and a catalyst in the heat consumption steam generator for the passage of the exhaust gases therethrough to generate nitrogen and water for the reduction of NOx in the effluent from the heat consumption steam generator, including generating a predicted NOx signal based on at least a quantity from the group of pressure, temperature, airflow and fuel flow in the gas turbine; injecting an amount of ammonia in response to the predicted-N0x signal into the heated exhaust gases to react with the N0X to reduce the N0X past the catalyst to a N0X 9304427 Setpoint; generating a measured ~ NOx signal based on the amount of NOx past the catalyst; generating an NOx error signal depending on the difference between the measured NOx signal and the set point; and adjusting the injection of ammonia in response to the error signal in one direction and an amount to reduce the error signal.

10. Ammonia control system for controlling a flow of ammonia in the exhaust gases of a fuel combustion device to react NOx in the exhaust gases with the ammonia in a catalyst to reduce NOx effluent in the atmosphere, comprising a control device to provide a predicted Generate NOx signal based on parameters in the combustion device and at least one N0X setpoint signal representing a desired N0X state past the catalyst, an N0X analysis device to generate a measured N0x signal based on the relative volume concentration of N0X beyond the catalyst comprising means for converting the measured NOx signal in terms of relative volume concentration into an NOx flow rate in terms of moles NOx per unit time, said at least one NOx setpoint signal being 20 in terms of moles NOx per unit time; means for taking the difference of the converted measured ~ NOx flow rate and the N0X setpoint signal to generate an N0X error signal; means for generating a mole ratio signal from ammonia to NQX in response to the NOx error signal; means for multiplying the mole ratio signal 25 by the predicted NOx signal to generate an ammonia instructor signal; and an ammonia supply device responsive to the ammonia instruction signal for injecting ammonia into the exhaust gases.

The ammonia control system of claim 10, wherein said at least one NOX setpoint signal includes a first setpoint signal in terms of NOX relative volume concentration and a second setpoint signal in terms of moles NOX per unit time, further comprising means for converting the first setpoint signal for an amount of oxygen into correct the drain current to generate a decorrected signal; means for time-aligning the flow rate in the combustion device with the response time of an NOx analyzer to generate a time-aligned flow rate signal; means for multiplying the corrected signal by the time aligned 40 flow rate signal to generate a corrected first set point signal; and a Setpoint Selector for supplying that signal of the corrected first setpoint signal and the second setpoint signal, which is the largest, to the means for taking the difference.

The ammonia control system of claim 11, wherein the time alignment means includes a time delay means having a delay time equal to the difference between the flow time of the gas stream from a point in which the flow rate is measured, I to a point in which a sample of the N0X is taken, and the response time of the N0X analyzer.

The ammonia control system of claim 10, wherein the means for generating a mole ratio signal includes a non-linear amplifier with an output signal proportional to the mole ratio of ammonia to NOX prior to the reaction in the catalyst in response to the measured ~ NOx signal.

The ammonia control system of claim 10, wherein the means for generating a mole ratio signal includes a temperature correction device for modulating the mole ratio signal according to the catalyst temperature efficiency.

15. A method of controlling a flow of ammonia in the exhaust gases of a fuel combustion device to react NOx in the exhaust gases with the ammonia in a catalyst to reduce NOx effluent in the atmosphere, which device generates a predicted NOx signal based on parameters in the combustion device and at least one NOx setpoint signal representing a desired NOx state beyond the catalyst, wherein an NOx analyzer generates a measured ~ NOx signal based on the relative volume concentration of NOx beyond the catalyst including the conversion steps of the measured NOx signal in terms of relative volume concentration in an NOx flow rate in terms of moles of NOx per unit time; taking the difference of the converted measured N0x flow rate and the I N0X set point signal to generate an N0X error signal; generating a mole ratio signal from ammonia to NOx in I response to the NOx error signal; multiplying the mole ratio signal by the predicted NOx signal to generate an ammonia instruction signal; and injecting the ammonia into the exhaust gases in response to the ammonia instruction signal. 8304427