NL8304427A - Katalytisch stelsel voor het sturen van de verontreiniging in de afvoer van gasturbines. - Google Patents

Description

' » I

W; 5 j N.O. 32127 1

Katalytisch stelsel voor het sturen van de verontreiniging 1n de afvoer van gasturbines.

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.

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.

Deze verbindingen kunnen NO, NO2 en hogere oxiden van stikstof zijn, die allen gezamenlijk onder de naam N0X bekend zijn.

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.

Daar N0X zulk een bijdragende factor in de luchtvervuiling is 25 hebben regeringen toenemend strenge voorschriften op de afgifte daarvan door inwendige-verbrandingsmachines aangelegd.

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.

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.

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.

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.

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.

Restanten aan ammoniak in de afvoerstroom van een gasturbine vertegenwoordigt een betekenisvolle verontreinigingsfactor op zich.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

! 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.

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.

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.

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.

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 N0X

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.

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.

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.

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.

De gasturbine 10 is een gebruikelijke turbine en bevat een aantal 40 stuurorganen, grendelingen en brandstoftoevoerelementen, die daar zij 3304427 k ..........

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.

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.

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.

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.

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.

40 De uitlaatgassen van de gasturbine die vanaf de afvoerleiding 32 8304427 ______Λ

* 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.

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.

Een NH3 stuurinrichting 52 voert NH3 via een leiding 54 toe aan een aantal 1n de afvoerleiding 32 geplaatste sproei-elementen 56.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

™°X “(X+Br) * f H ’ £ s * exp CD

10

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)

10) 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)

p T

Λ /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.

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.

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.

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.

De berekende brandstof/luchtverhouding F wordt aan de ingang van een verbranderinlaattemperatuurcorrectie-inrichting 108 toegevoerd.

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.

40 Aan de verbranderverblijfstijdrekeninrichting 110 wordt de 8304427 r 13

compressorontlaadtemperatuur Τςρ toegevoerd evenals de I

gemeten-compressorontlaaddruk Ρςο, de stoominjectiemassastroom ms, en de brandstofstroomsnelheid mf. Uit deze ingangssignalen wordt zoals I

in het voorgaande aangegeven de relatieve verblijfstijd τ' berekend en I

5 toegevoerd aan de N0X stroomvoorspelinrichting 112. I

In de vochtigheidsfactorrekeninrichting 114 wordt een factor f\\ I

zoals in het voorgaande aangegeven opgewekt welke factor aan de N0X I

stroomvoorspelinrichting 112 wordt toegevoerd om de voorspelde~NOx I

stroom voor vochtigheid van de omgeving te compenseren.

10 In de stoom-brandstofverhoudingsrekeninrichting 116 worden de 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 een

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. I

De N0X voorspel inrichting 72 kan met elke geschikte 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.

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.

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.

De O2 correctlefactor kan de volgende vorm hebben: 0,2i - On O£ correctiefactor = - 0,21 - 0.

30 s waarin 0n = referentie O2 0S = gemeten 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.

3304427 · * 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 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.

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.

De instelpuntselector 146 vergelijkt het uitgangssignaal van de 40 N0X massastroomrekeninrichting 136 met de lage 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.

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.

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.

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 ?" 1

afvoeruitlaat 36, nadat het mengsel door de katalysator 50 Is I

gepasseerd en daarmee heeft gereageerd, tot een minimum is beperkt. I

Opgemerkt wordt echter dat de N0X niet op deze plek, maar daarentegen I

voorbij de katalysator 50 nabij de afvoeruitlaat 36 wordt gemeten. De I

5 redenen dat de N0X nabij de afvoeruitlaat 36 in plaats van in de 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.

Nadat de gassen bij het doorlopen van de warmteverbruiksstoomgenerator I

10 34 en de katalysator 50 zijn afgekoeld en gemengd kan een I

representatief monster gemakkelijker bij de plaats van de N0X sensor I

62 genomen worden. Het feit echter dat de N0X, die gemeten wordt door I

de N0X sensor 62, de hoeveelheid is die overblijft na reactie in de I

katalysator 50 in plaats van de hoeveelheid, waaraan ammoniak in de 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 I

daaruit de vereiste afgiftesnelheid van ammoniak af te lelden. 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 I

ammoniak tot N0X bij de sproei-elementen 56 orider aanname van een waarde voor de rendabele werking van de katalysator 50.· Derhalve kan 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 I

25 bestaande ammoniak/N0x mol verhouding onder aanname van een bepaald katalysatorrendement.

In figuur 6 kan het NQX foutsignaal op de lijn 160 eveneens aan een niet-lineaire versterker met een responsie gevormd overeenkomstig I

de verhouding van figuur 7 toegevoegd worden. Deze uitvoering stelt een 30 alternatief voor van de proportionele-integraalbesturing van figuur 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.

40 Dat wil zeggen dat de hoeveelheid N0X die de katalysator 50 kan 8304427 18

1 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.

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.

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 .

* # 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.

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.

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.

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.

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.

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.

83 0 4 -4 2 7'

Claims (15)

1. Stelsel voor het sturen van de toevoer van ammoniak 1n een uttlaatgasstroom van een verbrandingsproces vo'or een katalysator voor reactie met N0X 1n de katalysator, welk stelsel omvat middelen voor i 5 het vóórspellen van een voorspelde hoeveelheid van door het verbrandingsproces opgewekte N0X; middelen voor het injecteren van de ammoniak 1n de uitlaatgasstroom met een snelheid om in de katalysator te reageren met de voorspelde hoeveelheid N0X teneinde een niveau van N0X voorbij de katalysator gelijk aan een N0X instelpunt te 10 verkrijgen; middelen voor het meten van de hoeveelheid N0X voorbij de katalysator om een gemeten-NOx signaal op te wekken; middelen voor het vergelijken van het gemeten«NOx signaal met het instelpunt om een N0X foutslgnaal op te wekken; en middelen voor het corrigeren van de snelheid In afhankelijkheid van de fout teneinde de N0X voorbij de 15 katalysator bij te regelen naar het instelpunt.

2. Stelsel volgens conclusie 1, verder voorzien van middelen om de middelen voor het sturen in afhankelijkheid van de temperatuur van de katalysator te compenseren.

3. Stelsel volgens conclusie 1, waarin de middelen voor het 20 vóórspellen tenminste een grootheid gebruiken uit de groep van druk, temperatuur, luchtstroom en brandstofsnel heid van het verbrandingsproces.

4. Stelsel volgens conclusie 1, verder voorzien van middelen om stoom in het verbrandingsproces te injecteren met een hoeveelheid om de

25 N0X emissie te reduceren, waarbij de middelen voor het vóórspellen middelen bevatten voor het corrigeren van de voorspelde hoeveelheid N0X in afhankelijkheid van de hoeveelheid geïnjecteerde stoom.

5. Stelsel volgens conclusie 1, waarin het instelpunt een overwicht van N0X ten opzichte van ammoniak voorbij de katalysator 30 heeft.

6. Stelsel volgens conclusie 1, waarin het instelpunt een mol verhouding van ammoniak tot N0X van ongeveer 0,95 tot ongeveer 1,0 heeft.

7. Stelsel voor het sturen van N0X emissie in een STAG bedrijf 35 van het type voorzien van een gasturbine die verwarmde uitlaatgassen teweeg brengt en een warmteverbruiksstoomgenerator 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 40 het type is dat N0X en ammoniak doet reageren zodat stikstof en water 8 3 0 4 4 2 ? opgewekt worden ten behoeve van de reductie van N0X in de I afvoerstroom van de wannteverbruiksstoomgenerator; middelen om een I voorspeld~NOx signaal op te wekken gebaseerd op tenminste een grootheid uit de groep van druk, temperatuur, luchtstroom en 5 brandstofstroom in de gasturbine; een op het voorspelde-NOx signaal reagerende ammoniakstuurinrichting om een hoeveelheid ammoniak in de I verwarmde uitlaatgassen te injecteren voor reactie met de N0X I teneinde de N0X voorbij de katalysator te reduceren tot een N0X j instel punt; middelen om een op de hoeveelheid N0X voorbij de I 10 katalysator betrokken gemeten-NOx signaal op te wekken; 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 bij te regelen in een richting en een hoeveelheid teneinde het foutsignaal te reduceren. J

8. Werkwijze voor het sturen van de toevoer van ammoniak in de uitlaatgasstroom van een verbrandingsproces voor een katalysator, I omvattende het voorspellen van een voorspelde hoeveelheid van door het I verbrandingsproces opgewekte N0X; het injecteren van de ammoniak in de uitlaatgasstroom met een snelheid om 1n de katalysator te reageren 20 met de voorspelde hoeveelheid N0X teneinde een niveau van N0X voorbij de katalysator gelijk aan een N0X instelpunt op te wekken; I het meten van de hoeveelheid N0X voorbij de katalysator om een I gemeten«NOx signaal op te wekken; het verge Tijken van het I gemeten-NOx signaal met het instelpunt om een N0X foutsignaal op te I . 25 wekken; en het corrigeren van de snelheid in afhankelijkheid van het I foutsignaal teneinde de N0X voorbij de katalysator bij te regelen naar het instelpunt. I

9. Werkwijze voor het sturen van N0X emissie in een STAG bedrijf I van het type voorzien van een gasturbine die verwarmde uitlaatgassen 30 opwekt en een wannteverbruiksstoomgenerator waardoor de verwarmde uitlaatgassen worden gevoerd voor het daarin opwekken van stoom, en een katalysator in de wannteverbruiksstoomgenerator voor de doorgang van de uitlaatgassen daardoor teneinde stikstof en water ten behoeve van de reductie van N0X in de afvoerstroom van de 35 wannteverbruiksstoomgenerator op te wekken, omvattende het opwekken van een voorspeld-N0x signaal gebaseerd op tenminste een grootheid uit de groep van druk, temperatuur, luchtstroom en brandstofstroom in de gasturbine; het injecteren van een hoeveelheid ammoniak in antwoord op het voorspelde-N0x signaal in de verwarmde uitlaatgassen teneinde met 40 de N0X te reageren om de N0X voorbij de katalysator naar een N0X 9304427 Instel punt te reduceren; het opwekken van een gemeten~NOx signaal betrokken op de hoeveelheid N0X voorbij de katalysator; het opwekken van een N0X foutsignaal in afhankelijkheid van het verschil tussen het gemeten-NOx signaal en het instelpunt; en het bijregelen van de 5 injectie van ammoniak in antwoord op het foutsignaal in een richting en een hoeveelheid om het foutsignaal te reduceren.

10. Ammoniakstuurstelsel voor het sturen van een stroom van ammoniak in de uitlaatgassen van een brandstofverbrandingsinrichting teneinde N0X in de uitlaatgassen te laten reageren met de ammoniak in 10 een katalysator voor reductie van N0X afvoerstroom in de atmosfeer, omvattende.een, stuurinrichting om een voorspeld-NOx signaal op te wekken betrokken op parameters in de verbrandingsinrichting en tenminste een N0X instelpuntsignaal dat een gewenste N0X toestand voorbij de katalysator voorstelt, een N0X analyse«1nrichting om een 15 gemeten-N0x signaal op te wekken betrokken op de relatieve volumeconcentratie van N0X voorbij de katalysator omvattende middelen om het gemeten-NOx signaal in termen van relatieve volumeconcentratie om te zetten in een N0X stroomsnelheid in termen van mol N0X per tijdeenheid, waarbij het genoemde tenminste ene N0X instelpuntsignaal 20 in termen van mol N0X per tijdeenheid is; middelen om het verschil, te nemen van de omgezette gemeten~NOx stroomsnelheid en het N0X instelpuntsignaal teneinde een N0X foutsignaal op te wekken; middelen om een molverhoudlngssignaal van ammoniak tot NQX in antwoord op het N0X foutsignaal op te wekken; middelen om het molverhoudingssignaal 25 met het voorspelde-N0x signaal te vermenigvuldigen teneinde een ammoniak instruct!esignaal op te wekken; en een op het ammoniakinstructiesignaal reagerende ammoniaktoevoerinrichting om ammoniak in de uitlaatgassen te injecteren.

11. Ammoniak stuurstelsel volgens conclusie 10, waarin het 30 genoemde tenminste ene N0X instelpuntsignaal bevat een eerste instelpuntsignaal in termen van N0X relatieve volumeconcentratie en een tweede instelpuntsignaal in termen van mol N0X per tijdeenheid, verder omvattende middelen om het eerste instelpuntsignaal voor een hoeveelheid zuurstof in de afvoerstroom te decorrigeren teneinde een 35 gedecorrigeerd signaal op te wekken; middelen om de stroomsnelheid in de verbrandingsinrichting in de tijd uit te lijnen met de responsietijd van een N0X analyse-inrichting om een in de tijd uitgelijnd stroomsnelheidsignaal op te wekken; middelen om het gedecorrigeerde signaal te vermenigvuldigen met het in de tijd uitgelijnde 40 stroomsnelheidssignaal teneinde een gecorrigeerd eerste 8304427 * tnstelpuntsignaal op te wekken; en een InstelpuntseTector om dat signaal van het gecorrigeerde eerste instelpuntsignaal en het tweede instelpuntsignaal, dat het grootst is, toe te voeren aan de middelen voor het nemen van het verschil.

12. Ammoniakstuurstelsel volgens conclusie 11, waarin de middelen voor het in de tijd uitlijnen een tijdvertragingsorgaan bevatten met een vertragingstijd gelijk aan het verschil tussen de transporttijd van de gasstroom vanaf een punt, waarin de stroomsnelheid gemeten wordt, I naar een punt, waarin een monster van de N0X wordt genomen, en de 10 responsietijd van de N0X analyse-inrichting.

13. Ammoniakstuurstelsel volgens conclusie 10, waarin de middelen om een molverhoudingssignaal op te wekken bevatten een niet-lineaire versterker met een uitgangssignaal dat evenredig is met de mol verhouding van ammoniak tot N0X vooraf aan de reactie in de I 15 katalysator in antwoord op het gemeten~NOx signaal.

14. Ammoniakstuurstelsel volgens conclusie 10, waarin de middelen voor het opwekken van een molverhoudingssignaal een I temperatuurcorrectie-inrlchting bevatten voor het moduleren van het molverhoudingssignaal overeenkomstig de doelmatigheid van de 20 katalysator voor wat betreft de temperatuur van de katalysator.

15. Werkwijze voor het sturen van een stroom van ammoniak in de uitlaatgassen van een brandstofverbrandingsinrichting teneinde N0X in de uitlaatgassen te laten reageren met de ammoniak in een katalysator voor de reductie van N0X afvoerstroom in de atmosfeer, welke 25 inrichting een voorspeld-NOx signaal opwekt betrokken op parameters in de verbrandingsinrichting en tenminste een NOx instelpuntsignaal dat een gewenste N0X toestand voorbij de katalysator voorstelt, waarbij een N0X analyse-inrichting een gemeten~NOx signaal opwekt betrokken op de relatieve volumeconcentratie van N0X voorbij de 30 katalysator omvattende de stappen van het omzetten van het gemeten-N0x signaal in termen van relatieve volumeconcentratie in een N0X stroomsnelheid in termen van mol N0X per tijdeenheid; het verschil nemen van de omgezette gemeten«N0x stroomsnelheid en het I N0X instelpuntsignaal om een N0X foutsignaal op te wekken; het 35 opwekken van een molverhoudingssignaal van ammoniak tot N0X in I antwoord op het N0X foutsignaal; het vermenigvuldigen van het j molverhoudingssignaal met het voorspelde-N0x signaal teneinde een ammoniakinstructiesignaal op te wekken; en het injecteren van de I ammoniak in de uitlaatgassen in antwoord op het 40 ammoniakinstructiesignaal. 8304427