專利名稱：用于對渦輪機(jī)的排氣進(jìn)行再循環(huán)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從渦輪機(jī)排放的廢氣，且尤其涉及用于在使廢氣再循 環(huán)返回到渦輪機(jī)內(nèi)之前減少廢氣內(nèi)有害成分的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在人們越來越關(guān)注氧化氮(在下文中稱作NOx)和二氧化碳(在 下文中稱作"C02")和硫?qū)τ诃h(huán)境排放的長期效應(yīng)。渦輪機(jī)(諸如燃?xì)?輪機(jī))可排放的NOx和C02的允許水平是受到嚴(yán)重管制的。渦輪機(jī)的 操作者需要減少所排放的NOx和C02水平的方法。
氣的一部分，在渦輪機(jī)的入口部，所排放廢氣的一部分與進(jìn)入的空氣 流混合之后進(jìn)行燃燒。這個(gè)過程便于移除和截存(sequestration)所排放 的NOx和濃C027jof,從而減小凈排放水平。
當(dāng)前已知的EGR系統(tǒng)存在一些問題。在廢氣內(nèi)的雜質(zhì)和濕氣防 止利用簡單的再循環(huán)回路來減少C02和NOx。將廢氣直接引入至渦輪 機(jī)入口部將會導(dǎo)致渦輪結(jié)垢、腐蝕和內(nèi)部渦輪機(jī)部件的加速磨損。因 此，所分流的廢氣應(yīng)在與入口空氣4參混之前進(jìn)行處理。在廢氣流中存 在大量的可凝結(jié)蒸汽。這些蒸汽通常含有很多種成分，諸如水蒸汽、 酸、醛、烴、硫和氯化合物。如果不進(jìn)行處理就允許進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的 入口，這些成分將加速內(nèi)部部件的腐蝕和結(jié)垢。
由于上述原因，需要一種用于處理再循環(huán)廢氣流以減d、廢氣流內(nèi) 有害成分對渦輪機(jī)部件的影響的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種用于減少至少一個(gè)渦輪機(jī)的至少一個(gè)排氣流內(nèi)的成分的系統(tǒng)，渦輪機(jī)包括入口部和排氣部；該系統(tǒng)包 括提供至少一個(gè)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR),其包括至少一個(gè)洗滌器； 其中，至少一個(gè)洗滌器能夠從至少一個(gè)渦輪機(jī)的排氣部接收在第一 溫度的至少一個(gè)排氣流；接收包含處于第一水平的成分的至少一個(gè)排 氣流；將該成分減少到第二水平；以及，允許至少一個(gè)排氣流在第二 溫度退出；且至少一個(gè)排氣流是從至少一個(gè)渦輪機(jī)所退出的總排氣的 一部分；且至少一個(gè)EGR將從至少一個(gè)洗滌器退出的至少一個(gè)排氣 流再循環(huán)到入口部。
該系統(tǒng)還可包括安裝到排氣部下游和洗滌器上游的至少一個(gè)余 熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG);其中，至少一個(gè)排氣流從至少一個(gè)渦輪機(jī) 的排氣部流到HRSG的入口部，且然后從HRSG的出口部流到至少一 個(gè)洗滌器的入口部。
這些成分可能包括下列成分中的至少一種水、酸、醛、烴或它 們的組合。
所退出的至少一個(gè)排氣流可包括大約10,000 Lb/hr到大約 50,000,000 Lb/hr的流率和大約100華氏度到大約1500華氏度的溫度。
該系統(tǒng)可包括至少一個(gè)EGR流量調(diào)節(jié)裝置，用于乂人至少一個(gè)渦 輪機(jī)退出的總排氣分流至少一個(gè)排氣流。
該系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)下游熱交換器；其中，至少一個(gè)下游 熱交換器從至少一個(gè)洗滌器的出口部接收至少一個(gè)排氣流，且降低至 少一個(gè)排氣流的溫度；至少一個(gè)除霧器；該至少一個(gè)除霧器連接至少 一個(gè)下游熱交換器的下游，并且從至少一個(gè)排氣流移除水；和至少一 個(gè)混合站；該至少 一 個(gè)混合站連接至少 一 個(gè)渦輪機(jī)的入口部的上游， 并且使至少一個(gè)排氣流與入口空氣混合，入口空氣進(jìn)入至少一個(gè)渦輪 機(jī)。
該系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)注入器，用于將至少一種試劑注入到 至少 一 個(gè)洗滌器內(nèi)用以吸收至少 一 個(gè)排氣流中的成分的 一 部分；以 及，至少一個(gè)濕式靜電濾塵器，其中，該至少一個(gè)濕式靜電濾塵器連接至少一個(gè)下游熱交換器的下游，并且移除至少 一個(gè)排氣流中成分的 一部分。
該系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)上游熱交換器；其中，該至少一個(gè)上 游熱交換器能夠接收至少一個(gè)排氣流；降低至少一個(gè)排氣流的溫度； 以及，允許該至少一個(gè)排氣流流到至少一個(gè)洗滌器的入口部；至少一 個(gè)除霧器；該至少一個(gè)除霧器連接至少一個(gè)洗滌器的下游并且從至少 一個(gè)排氣流移除水；以及，至少一個(gè)混合站；該至少一個(gè)混合站連接 至少一個(gè)渦4侖才幾的入口部的上游，并且^吏至少一個(gè)排氣流與進(jìn)入該至 少一個(gè)渦輪才幾的入口空氣混合。
該系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)上游熱交換器；其中，至少一個(gè)上游 熱交換器能夠接收至少一個(gè)排氣流；降低至少一個(gè)排氣流的溫度； 以及，允許至少一個(gè)排氣流流到至少一個(gè)洗滌器的入口部；至少一個(gè) 下游熱交換器；該至少一個(gè)下游熱交換器從至少一個(gè)洗涂器的出口部 接收至少一個(gè)排氣流并且在至少一個(gè)除霧器降低至少一個(gè)排氣流的 溫度；該至少一個(gè)除霧器連接至少一個(gè)下游熱交換器的下游，并且從 至少一個(gè)排氣流移除水；以及，至少一個(gè)混合站；該至少一個(gè)混合站 連接至少 一個(gè)渦輪機(jī)的入口部的上游，并且使至少 一個(gè)排氣流與進(jìn)入 至少 一個(gè)渦4侖機(jī)的入口空氣混合。
該系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)注入器，其用于將至少一種試劑注入 到至少一個(gè)洗滌器內(nèi)用于吸收至少一個(gè)排氣流的成分的一部分；至少 一個(gè)上游熱交換器；其中，至少一個(gè)上游熱交換器能夠接收至少一 個(gè)排氣流；降低至少一個(gè)排氣流的溫度；以及，允許至少一個(gè)排氣流 流到至少一個(gè)洗滌器的入口部；至少一個(gè)下游熱交換器；該至少一個(gè) 下游熱交換器從至少一個(gè)洗滌器的出口部接收至少一個(gè)排氣流并且 降低至少一個(gè)排氣流的溫度；至少一個(gè)濕式靜電濾塵器；該至少一個(gè) 濕式靜電濾塵器連接至少一個(gè)下游熱交換器的下游并且移除至少一 個(gè)排氣流中的成分的一部分；至少一個(gè)除霧器，該至少一個(gè)除霧器連 接至少一個(gè)下游熱交換器的下游并且從至少一個(gè)排氣流移除水；以及，至少一個(gè)混合站，該至少一個(gè)混合站連4姿至少一個(gè)渦4侖才幾的入口 部的上游，并且使至少 一個(gè)排氣流與進(jìn)入至少 一個(gè)渦輪機(jī)的入口空氣 混合。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于使渦輪機(jī)的排氣再循環(huán)的系 統(tǒng)的實(shí)例的示意圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例用于使渦輪機(jī)的排氣再循環(huán) 的系統(tǒng)的實(shí)例的示意圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例用于使渦輪機(jī)的排氣再循環(huán) 的系統(tǒng)的實(shí)例的示意圖。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例用于使渦輪機(jī)的排氣再循環(huán) 的系統(tǒng)的實(shí)例的示意圖。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例用于使渦輪機(jī)的排氣再循 環(huán)的系統(tǒng)的實(shí)例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下文優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述參看附圖，附圖示出了本發(fā)明的具體 實(shí)施例。具有不同結(jié)構(gòu)和操作的其它實(shí)施例并不背離本發(fā)明的范疇。
僅為了讀者方便起見使用某些用語且這些用語并不被理解為限 制本發(fā)明的范疇。舉例說來，諸如"上部"、"下部"、"左"、"右"、 "前部"、"后部"、"頂部"、"底部"、"水平，，、"垂直"、 "上游"、"下游"、"之前"、"之后，，等詞語只是描述在附圖所 示的配置。實(shí)際上，本發(fā)明的實(shí)施例的該或該等元件可以任何方向定 向且因此除非另外規(guī)定，該用語應(yīng)被理解為涵蓋這些變化。
本發(fā)明的實(shí)施例表現(xiàn)為可使至少一個(gè)渦輪機(jī)的排氣的一部分再 循環(huán)的系統(tǒng)的形式，其中至少一個(gè)渦輪機(jī)的排氣的一部分可與入口空 氣混合并且再次進(jìn)入渦輪機(jī)而不會影響該單元的可靠性和可用性。一般而言，本發(fā)明的實(shí)施例的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)包括多個(gè)元件。元 件的配置和順序由廢氣的組成而決定。
一般而言，包括廢氣再循環(huán)過
程的步驟為冷卻、洗滌、除霧、高效的顆粒和小滴移除、以及混合。
當(dāng)利用本發(fā)明時(shí)，與入口空氣摻混的分流氣體可被？ 1入到渦輪入口而 不會產(chǎn)生害處。如下文所述的那樣，存在可用于實(shí)現(xiàn)廢氣處理的多個(gè) 設(shè)置。
本發(fā)明具有減少NOx、濃C02和有害成分的水平的技術(shù)效果， NOx、濃C02和有害成分均在排氣(在下文中稱作"排氣流"等)的一 部分內(nèi)。它們的水平可從第一水平減小到可由渦輪機(jī)的操作者決定的 第二水平。本發(fā)明的實(shí)施例還可允許移除和截存濃C02排放。
本發(fā)明可應(yīng)用于產(chǎn)生氣態(tài)流體的多種渦輪機(jī)，諸如，但不限于， 重型燃?xì)?侖才幾(heavy duty gas turbine)、 ^t改燃?xì)?侖才幾(aero-derivative gasturbine)等(在下文中被稱作"燃?xì)廨啓C(jī)")。本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用 于單個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)或多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)。本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用于以單個(gè)循 環(huán)或組合循環(huán)配置操作的燃?xì)廨啓C(jī)。
如下文所述，本發(fā)明的實(shí)施例可利用至少一個(gè)洗滌器；或至少一 個(gè)洗滌器和至少一個(gè)下游熱交換器；或至少一個(gè)洗滌器和至少一個(gè)上 游熱交換器；或至少一個(gè)洗滌器、至少一個(gè)下游熱交換器/和至少一個(gè) 上游熱交換器；或其各種組合。此外，前述實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例或 任一實(shí)施例可包括注入器和濕式靜電濾塵器，其中，注入器可引入用 于減小排氣流內(nèi)有害成分水平的試劑；濕式靜電濾塵器用于移除這些 成分。
本發(fā)明的元件，諸如，但不限于，洗滌器和熱交換器可由可耐受 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)可運(yùn)作和操作的操作環(huán)境的材料制成。
現(xiàn)參看附圖，其中，貫穿所有附圖，各種標(biāo)號表示類似的元件，
實(shí)例的示意圖。圖1示出燃?xì)廨啓C(jī)100和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)150。
渦輪機(jī)(在下文中稱作"燃?xì)廨啓C(jī)，，)100包括具有軸桿120的壓縮機(jī)110?？諝庠?25進(jìn)入壓縮機(jī)的入口 ，被壓縮機(jī)110壓縮且之后 排出到燃燒系統(tǒng)130，在燃燒系統(tǒng)130中，燃料135(諸如，但不限于 天然氣)燃燒以提供高能量燃燒氣體，高能量燃燒氣體驅(qū)動渦輪145。 在渦輪145中，熱氣體的能量被轉(zhuǎn)化為功，其中的某些功用于通過軸 桿120來驅(qū)動壓縮機(jī)110,且其余功為適于驅(qū)動負(fù)載(未圖示)的有用 功。
如圖1所示出的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)150包括至少一個(gè)EGR流量調(diào) 節(jié)裝置155和至少一個(gè)洗滌器170。
至少一個(gè)EGR流量調(diào)節(jié)裝置155可在非再循環(huán)排氣160與至少 一個(gè)排氣流165之間分配總的排氣流量(在圖1中未示出)。至少一個(gè) EGR流量調(diào)節(jié)裝置155的大小和制造材料能夠耐受(諸如，但不限于) 大約10000 Lb/hr至大約50000000 Lb/hr的流率和大約100F至大約 1500F的溫度的物理性質(zhì)。
燃?xì)廨啓C(jī)100的操作者可基于至少一個(gè)排氣流165所需的流率來 決定至少一個(gè)EGR流量調(diào)節(jié)裝置155的位置。至少一個(gè)排氣流165 可在至少一個(gè)EGR流量調(diào)節(jié)裝置155的下游流到至少一個(gè)洗滌器170 的入口部。
洗滌器系統(tǒng)(在下文中稱作"洗滌器，，)通常被認(rèn)為是空氣污染控 制裝置，其可從工業(yè)排氣流移除顆粒和/或其它排放物。洗涂器可使用 "洗滌過程"等，涉及用液體從氣體流"洗滌"不想要的污染物。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，至少一個(gè)洗滌器no可在接收至少一個(gè)排
氣流165后執(zhí)行一些功能。至少一個(gè)洗滌器170可將至少一個(gè)排氣流 165的溫度降至大約60華氏度至大約IOO華氏度的范圍。至少一個(gè)洗 滌器170還可將至少一個(gè)排氣流165內(nèi)的多種成分(未圖示)從第一水 平移除到第二水平。在本發(fā)明的實(shí)施例中，至少一個(gè)渦輪機(jī)的操作者 可決定第二水平的要求。這些成分可包括(例如，但不限于)下列成分 中的至少一種成分水蒸汽、酸、醛、烴或它們的組合。
至少一個(gè)洗滌器170可接收且隨后排出洗滌器冷卻流體172、174;其可為允許降低至少一個(gè)排氣流165的溫度(如所討論的那樣) 所需傳熱的類型。
至少一個(gè)洗滌器170可包括至少一個(gè)洗滌器泄料管線176,其可 移除前述成分的部分和濃C02?？赡Y(jié)管線178可移除至少一個(gè)排氣 流165中可在洗滌過程中凝結(jié)的部分。洗滌器再循環(huán)管線180可再循 環(huán)至少一個(gè)排氣流165的一部分以增加洗滌過程的有效性。
在洗滌過程之后，至少一個(gè)排氣流165可在下游流向壓縮才幾110。 然后，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)150可使入口空氣125與至少一個(gè)排氣流165 混合，之后由壓縮機(jī)110執(zhí)行壓縮。
在使用中，在燃?xì)廨啓C(jī)100操作時(shí)本發(fā)明的上述實(shí)施例的廢氣再 循環(huán)系統(tǒng)150運(yùn)作。EGR流量調(diào)節(jié)裝置155可通過定位以允許至少一 個(gè)排氣流165的所需流率，且非再循環(huán)排氣160可流經(jīng)排氣煙囪(未圖 示)或類似裝置或其它裝置(諸如，但不限于，余熱回收蒸汽發(fā)生器(未 圖示))。然后，至少一個(gè)排氣流165可在下游流經(jīng)至少一個(gè)洗滌器170, 如上文所述的那樣。在至少一個(gè)洗滌器170中，至少一個(gè)排氣流165 的溫度可降低至低于飽和溫度。洗滌器冷卻流體172、 174的使用和 至少一個(gè)排氣流165的溫度的降低可能會造成至少一個(gè)排氣流165的 一部分流經(jīng)洗滌器再循環(huán)管線180。其中，至少一個(gè)排氣流165的可 凝結(jié)蒸汽的一部分可經(jīng)由可凝結(jié)管線178移除。之后，至少一個(gè)排氣 流165可在至少一個(gè)洗滌器170的下游流動且流入到壓縮才幾110內(nèi)。
在下文所討論和在圖2至圖5中所示出的替代實(shí)施例修改了至少 一個(gè)排氣流165的流動路徑和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)150的配置。每個(gè)實(shí)施 例的討論將強(qiáng)調(diào)與上文所討論實(shí)施例的不同。另外，圖2至圖5示出 被構(gòu)造進(jìn)行組合循環(huán)操作的至少一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)100。其中，余熱回收 蒸汽發(fā)生器(HRSG)200接收燃?xì)廨啓C(jī)100的總排氣。如圖2至圖5所 示，EGR流量調(diào)節(jié)裝置155可連接HRSG 200的下游并且如前面所述 的那樣進(jìn)行運(yùn)作。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例用于再循環(huán)渦輪機(jī)的排氣的系統(tǒng)的實(shí)例的示意圖。在本發(fā)明的這個(gè)第二實(shí)施例中，廢氣再循環(huán)系
統(tǒng)150可包括至少一個(gè)洗滌器170、至少一個(gè)下游熱交換器220、 至少一個(gè)除霧器230和至少一個(gè)混合站240。
在本洗滌器170的這個(gè)第二實(shí)施例中，至少一個(gè)洗滌器170可降 低至少一個(gè)排氣流165的溫度并且也可移除至少一個(gè)排氣流165內(nèi)多 種成分(未圖示)的一部分，如所描述的那樣。
至少一個(gè)洗滌器170可包括至少一個(gè)洗滌器泄料管線176和至少 一個(gè)洗滌器再循環(huán)管線180(如所描述的那樣)。至少一個(gè)洗滌器170 還可包括至少一個(gè)洗滌器補(bǔ)充管線210，洗滌器補(bǔ)充管線210可供應(yīng) 在洗滌過程中所用的流體。
至少一個(gè)下游熱交換器220可位于至少一個(gè)洗滌器170的下游，
其可將至少一個(gè)排氣流165冷卻到合理的溫度，使得燃?xì)廨啓C(jī)100的
性能不會受到熱入口空氣130溫度的影響。舉例說來，但不限于，至
少一個(gè)下游熱交換器220可將至少一個(gè)排氣流165的溫度降低到大約
35(略高于凍結(jié)溫度)華氏度到大約100華氏度的范圍。
至少一個(gè)下游熱交換器220可接收且隨后排出下游冷卻流體
222、 224,其可為允許降低至少一個(gè)排氣流165的溫度(如所討-淪的那 樣)所需傳熱量的類型。
至少一個(gè)下游熱交換器220還可包括至少一個(gè)可凝結(jié)管線178, 其可移除至少一個(gè)排氣流165中可能在熱交換過程中凝結(jié)的部分。
在本發(fā)明的這個(gè)第二實(shí)施例中，至少一個(gè)除霧器230可位于至少 一個(gè)下游熱交換器220下游。至少一個(gè)除霧器230可從至少一個(gè)排氣 流165移除可能從洗滌和熱交換過程攜帶的小水滴。
如所討論的那樣，本發(fā)明的實(shí)施例可包括至少一個(gè)混合站240， 其可位于至少一個(gè)下游熱交換器220下游。至少一個(gè)混合站240可被 認(rèn)為是將入口空氣125與至少一個(gè)排氣流165混合的裝置，且形成進(jìn) 入壓縮才幾240的入口 :;危體250。
至少一個(gè)混合站240可利用(例如，但不限于)折流板(baffle)、轉(zhuǎn)流器(flow turner)或類似裝置來使入口空氣125與至少一個(gè)排氣流165 混合。
如圖l所示，本發(fā)明的實(shí)施例可能不需要至少一個(gè)混合站240。 其中，例如，但不限于，入口空氣125與至少一個(gè)排氣流165可在鄰 近壓縮機(jī)110的區(qū)域內(nèi)混合，諸如，但不限于，在靠近濾過部的集氣 室中的入口管。
在使用中，在燃?xì)廨啓C(jī)100操作時(shí)本發(fā)明的第二實(shí)施例的廢氣再 循環(huán)系統(tǒng)150運(yùn)作。EGR流量調(diào)節(jié)裝置155可通過定位以允許至少一 個(gè)排氣流165的所需流率，如先前所述的那樣。然后，至少一個(gè)排氣 流165可在下游流經(jīng)至少一個(gè)洗滌器170,如上文所述的那^H在至 少一個(gè)洗滌器170中，至少一個(gè)排氣流165的溫度可能會降低到低于 飽和溫度。洗滌器冷卻流體172、 174的使用和至少一個(gè)排氣流165 溫度的降低可能會造成流165的一部分流經(jīng)洗滌器再循環(huán)管線180。 在洗滌器170內(nèi)所用流體的一部分可能經(jīng)由洗滌器補(bǔ)充管線210用新 的流體替換。
之后，至少一個(gè)排氣流165可在至少一個(gè)洗滌器170的下游流到 至少一個(gè)下游熱交換器220，在這里經(jīng)由可凝結(jié)管線178移除至少一 個(gè)排氣流165的可凝結(jié)蒸汽的一部分。之后，至少一個(gè)排氣流165可 流經(jīng)至少一個(gè)除霧器230并且然后流入到至少一個(gè)混合站240內(nèi)，所 有這些均在上文描述。在至少一個(gè)混合站240的下游，入口流體250 可流入到壓縮機(jī)110內(nèi)。本發(fā)明的這個(gè)第二實(shí)施例允許至少一個(gè)除霧 器230和至少一個(gè)混合站240的替代配置。舉例說來，但不限于，廢 氣再循環(huán)系統(tǒng)150可,皮構(gòu)造成使得至少一個(gè)混合站240位于至少一個(gè) 下游熱交換器220直接下游；且因此至少一個(gè)除霧器230位于至少一 個(gè)混合站240下游。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例用于使渦輪機(jī)的排氣再循環(huán)的實(shí) 例的示意圖。本發(fā)明的第二實(shí)施例與第三實(shí)施例之間的關(guān)鍵不同在于 至少一個(gè)熱交換器位于廢氣再循環(huán)系統(tǒng)150內(nèi)。如先前所討論的那樣，本發(fā)明的第二實(shí)施例可包括位于至少一個(gè)洗滌器170下游的至少一個(gè)
下游熱交換器220。然而，在下文要討論的本發(fā)明的第三實(shí)施例可包 括位于至少一個(gè)洗滌器170上游的上游熱交換器300。在本發(fā)明的這 個(gè)第三實(shí)施例中，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)150可包括至少一個(gè)洗滌器170、 至少一個(gè)上游熱交換器300、至少一個(gè)除霧器230和至少一個(gè)混合站 240。
至少一個(gè)上游熱交換器300可位于至少一個(gè)洗滌器170上游，且 可接收從EGR流量調(diào)節(jié)裝置155退出的至少一個(gè)排氣流165。至少一 個(gè)上游熱交換器300可將至少一個(gè)排氣流165冷卻到大約60華氏度 到大約IOO華氏度的范圍。
至少一個(gè)上游交換器300可接收且隨后排出上游冷卻流體302、 304，其可為允許降低至少一個(gè)排氣流165的溫度(如所討論的那樣) 所需傳熱量的類型。
至少一個(gè)上游熱交換器300還可包括至少一個(gè)可凝結(jié)管線178, 其可移除至少一個(gè)排氣流165中可能在熱交換過程中凝結(jié)的部分。
在使用中，在燃?xì)廨啓C(jī)100操作時(shí)本發(fā)明第三實(shí)施例的廢氣再循 環(huán)系統(tǒng)150運(yùn)作。EGR流量調(diào)節(jié)裝置155可通過定位以允許至少一個(gè) 排氣流165的所需流率，如先前所描述的那樣。然后，至少一個(gè)排氣 流165可在下游流經(jīng)至少一個(gè)上游熱交換器300，在這里可經(jīng)由可凝 結(jié)管線178移除至少一個(gè)排氣流165的可凝結(jié)蒸汽的一部分。
之后，至少一個(gè)排氣流165可在下游流經(jīng)至少一個(gè)洗涂器170， 如上文所述的那樣。之后，至少一個(gè)排氣流165可在至少一個(gè)洗滌器 170的下游流到至少 一個(gè)除霧器230，且然后流到至少 一個(gè)混合站240， 所有這些均在上文描述。在至少一個(gè)混合站240的下游，入口流體250 可流入到壓縮機(jī)110內(nèi)。本發(fā)明的第三實(shí)施例允許至少一個(gè)除霧器230 和至少一個(gè)混合站240的替代配置。舉例說來，但不限于，廢氣再循 環(huán)系統(tǒng)150可被構(gòu)造成使得至少一個(gè)混合站240位于至少一個(gè)下游熱 交換器220的直接下游；且因此至少一個(gè)除霧器230位于至少一個(gè)混合站240的下游。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例用于使渦輪機(jī)的排氣再循環(huán) 的系統(tǒng)的實(shí)例的示意圖。本發(fā)明的這個(gè)第四實(shí)施例的配置可允許通過 位于洗滌器170的上游和下游的多個(gè)熱交換器來實(shí)現(xiàn)的至少一個(gè)排氣 流165中的排熱。這種配置可允許比前述實(shí)施例的那些熱交換器相對 更少的熱交換器。
本發(fā)明第四實(shí)施例與第二實(shí)施例和第三實(shí)施例的關(guān)4A不同在于 在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)150內(nèi)包括至少一個(gè)下游熱交換器220和至少一個(gè) 上游熱交換器300。在本發(fā)明的這個(gè)第四實(shí)施例中，廢氣再循環(huán)系統(tǒng) 150可包括至少一個(gè)洗滌器170、至少一個(gè)上游熱交換器300、至少 一個(gè)下游熱交換器220、至少一個(gè)除霧器230和至少一個(gè)混合站240。
本發(fā)明的第四實(shí)施例可整合至少一個(gè)上游熱交換器300、至少一 個(gè)下游熱交換器220和至少一個(gè)洗滌器170的操作，以分階段地從至 少一個(gè)排氣流165排熱并因此降低至少一個(gè)排氣流165的溫度，如下 文所述的那樣。
在使用中，在燃?xì)廨啓C(jī)IOO操作時(shí)本發(fā)明的第四實(shí)施例的廢氣再 循環(huán)系統(tǒng)150運(yùn)作。EGR流量調(diào)節(jié)裝置155可通過定位以允許至少一 個(gè)排氣流165的所需流率，如在前面所述的那樣。然后，至少一個(gè)排 氣流165可在下游流經(jīng)至少一個(gè)上游熱交換器300，其可將至少一個(gè) 排氣流165的溫度降至大約120華氏度到大約150華氏度的范圍。之 后，至少一個(gè)排氣流165可在下游流向至少一個(gè)洗滌器170。之后， 至少一個(gè)排氣流165可在至少一個(gè)洗滌器170的下游流經(jīng)至少一個(gè)下 游熱交換器220，下游熱交換器220可將至少一個(gè)排氣流165的溫度 降至大約60華氏度到大約IOO華氏度的范圍。之后，至少一個(gè)排氣 流165可流經(jīng)至少一個(gè)除霧器230,且然后進(jìn)入至少一個(gè)混合站240 內(nèi)，所有這些均在上文描述。在至少一個(gè)混合站240下游，入口流體 250可流入到壓縮才幾110內(nèi)。本發(fā)明的第四實(shí)施例允許至少一個(gè)除霧 器230和至少一個(gè)混合站240的替代配置，如上文所述的那樣。本發(fā)明的第四實(shí)施例還可允許從至少 一個(gè)排氣流165進(jìn)行排熱的 替代分階段方式。舉例說來，但不限于，至少一個(gè)上游熱交換器300 可將至少一個(gè)排氣流165的溫度降至大約150華氏度到大約350華氏 度的范圍；之后，至少一個(gè)洗滌器170可將溫度降至大約120華氏度 到大約150華氏度；且然后，至少一個(gè)下游熱交換器220可將溫度降 至大約60華氏度到大約100華氏度。
圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例用于再循環(huán)渦輪機(jī)的排氣的 系統(tǒng)的實(shí)例的示意圖。本發(fā)明的這個(gè)第五實(shí)施例與第四實(shí)施例之間的 關(guān)鍵不同在于包括至少一個(gè)注入器500和至少一個(gè)濕式靜電濾塵器 510。如所討論的那樣，至少一個(gè)洗滌器170可在洗滌過程中使用流 體來移除至少一個(gè)排氣流165內(nèi)成分的一部分。由于成分的組成，可 需要試劑來輔助移除這些成分。試劑可執(zhí)行吸收過程來移除這些成 分。試劑可包括(例如，但不限于)氨、基于石灰石的液體試劑、水或 類似物，或其組合。至少一個(gè)注入器500可將試劑注入到廢氣再循環(huán) 系統(tǒng)150的至少一個(gè)洗滌器170內(nèi)。
試劑所使用的吸收過程可能形成顆粒物質(zhì)，應(yīng)當(dāng)從至少一個(gè)洗滌 器170中移除顆粒物質(zhì)。至少一個(gè)濕式靜電濾塵器510可移除顆粒物 質(zhì)。 一般而言，濕式靜電濾塵器510可包括靜電荷且利用流體執(zhí)行洗 滌類似操作，以從至少一個(gè)洗滌器170移除顆粒物質(zhì)。
至少一個(gè)注入器500和至少一個(gè)濕式靜電濾塵器510可添加到前 面實(shí)施例中的任一個(gè)實(shí)施例。如下文所討^r的那樣，當(dāng)前面所描述的 凝結(jié)和洗滌過程并不將至少一個(gè)排氣流165內(nèi)的成分減少到第二水平 時(shí)，可利用至少一個(gè)注入器500和至少一個(gè)濕式靜電濾塵器510。
在本發(fā)明的第五實(shí)施例中，如圖5所示，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)150可 包括至少一個(gè)洗滌器170、至少一個(gè)注入器500、至少一個(gè)上游熱 交換器300、至少一個(gè)下游熱交換器220、至一個(gè)濕式靜電濾塵器510、 至少一個(gè)除霧器230和至少一個(gè)混合站240。
在使用中，在燃?xì)廨啓C(jī)IOO操作時(shí)本發(fā)明的第五實(shí)施例的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)150運(yùn)作。EGR流量調(diào)節(jié)裝置155可通過定位以允許至少一 個(gè)排氣流165的所需流率，如先前所述的那樣。至少一個(gè)排氣流165 可在下游流經(jīng)至少一個(gè)上游熱交換器300,其可將至少一個(gè)排氣流165 的溫度降至大約120華氏度到大約150華氏度的范圍。之后，至少一 個(gè)排氣流165可在下游流到至少 一個(gè)洗滌器170 ，至少 一個(gè)注入器500 可向其內(nèi)注入至少一種試劑，如所描述的那樣。之后，至少一個(gè)排氣 流165可在至少一個(gè)洗滌器170的下游流經(jīng)至少一個(gè)下游熱交換器 220，其可將至少一個(gè)排氣流165的溫度降至大約60華氏度到大約100 華氏度的范圍。
之后，至少一個(gè)排氣流165可流經(jīng)至少一個(gè)濕式靜電濾塵器510， 然后流經(jīng)至少一個(gè)除霧器230且然后進(jìn)入至少一個(gè)混合站240，所有 這些均在上文描述。在至少一個(gè)混合站240下游，入口流體250可流 入到壓縮才幾110內(nèi)。
本發(fā)明的第五實(shí)施例允許至少一個(gè)除霧器230和至少一個(gè)混合站 240的替代配置，如上文所述的那樣。本發(fā)明的第五實(shí)施例還可允許 從至少一個(gè)排氣流165進(jìn)行排熱的替代分階段方式，如描述的那樣。
本文所用的用語僅出于描述特定實(shí)施例的目的且并不用于限制 本發(fā)明。除非在上下文中清楚地表示為其它情況，如本文所用的單數(shù) 形式"一"、"一個(gè)"、"一種"和"該"、"所述"預(yù)期也包括其 復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)了解的是用語"包括"和/或"包含"當(dāng)在本說明書中 使用時(shí)規(guī)定了所陳述特點(diǎn)、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在， 但并不排除一個(gè)或多個(gè)其它特點(diǎn)、整體、步驟、操作、元件、部件和 /或其群組的存在和添加。
雖然已在本文中示出和描述了具體實(shí)施例，但應(yīng)了解任何蓄意達(dá) 成相同目的的設(shè)置可能替代所示出的具體實(shí)施例且本發(fā)明在其它環(huán) 境中具有其它應(yīng)用。本申請預(yù)期涵蓋本發(fā)明的任何適應(yīng)和變型。下文 的權(quán)利要求決不是為了將本發(fā)明的范疇限制為本文所述的具體實(shí)施 例。
權(quán)利要求
1. 一種用于減少至少一個(gè)渦輪機(jī)(100)的至少一個(gè)排氣流(165)內(nèi)的成分的系統(tǒng)，所述至少一個(gè)渦輪機(jī)(100)包括入口部和排氣部；所述系統(tǒng)包括提供至少一個(gè)廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)(150)，其包括至少一個(gè)洗滌器(170)，其中，所述至少一個(gè)洗滌器(170)能夠從所述至少一個(gè)渦輪機(jī)(100)的所述排氣部接收在第一溫度的至少一個(gè)排氣流(165)；接收包含處于第一水平的成分的所述至少一個(gè)排氣流(165)；將所述成分降低到第二水平；以及允許所述至少一個(gè)排氣流(165)以第二溫度退出；并且其中，所述至少一個(gè)排氣流(165)是從所述至少一個(gè)渦輪機(jī)(100)所退出的總排氣的一部分；并且所述至少一個(gè)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(150)將從所述至少一個(gè)洗滌器(170)退出的所述至少一個(gè)排氣流(165)再循環(huán)至所述入口部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個(gè) 余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) (200)，其安裝到所述排氣部下游和所述 至少一個(gè)洗滌器(170)上游；所述至少一個(gè)排氣流(165)從所述至少一個(gè) 渦輪機(jī)(100)的所述排氣部流到所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(200)的入口 部，且然后從所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(200)的出口部流到所述至少一 個(gè)洗滌器(170)的入口部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述成分包括下 列成分中的至少一種水、酸、醛、烴或它們的組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所退出的所述至 少一個(gè)排氣流(165)包括大約10,000 Lb/hr到大約50,000,000 Lb/hr的流 率和大約IOO華氏度到大約1500華氏度的溫度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少一個(gè)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)裝置(l55)，用于從退出所述至少一個(gè)渦輪機(jī) (100)的所述總排氣中分流所述至少一個(gè)排氣流(165)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少 一 個(gè)下游熱交換器(220)，所述至少 一 個(gè)下游熱交換器(220) 從所述至少一個(gè)洗滌器(170)的出口部接收所述至少一個(gè)排氣流(165) 且降^f氐所述至少一個(gè)排氣流(165)的溫度；至少一個(gè)除霧器(230)，所述至少一個(gè)除霧器(230)連接所述至少水；以及至少 一個(gè)混合站(240)，所述至少 一個(gè)混合站(240)連接所述至少 一個(gè)渦輪機(jī)(100)的所述入口部的上游并且使所述至少一個(gè)排氣流 (165)與入口空氣(125)混合，所述入口空氣(125)進(jìn)入所述至少一個(gè)渦 輪機(jī)(IOO)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 至少一個(gè)注入器(500)，用于將至少一種試劑注入到所述至少一個(gè)洗滌器(170)內(nèi)，以便吸收所述至少一個(gè)排氣流(165)中所述成分的一部 分；以及至少一個(gè)濕式靜電濾塵器(510),所述至少一個(gè)濕式靜電濾塵器 (510)連接所述至少一個(gè)下游熱交換器(220)的下游，并且移除所述至少 一個(gè)排氣流(165)中所述成分的一部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 至少一個(gè)上游熱交換器，所述至少一個(gè)上游熱交換器(300)能夠接收所述至少一個(gè)排氣流(165); 降低所述至少一個(gè)排氣流(165)的溫度；以及 允許所述至少一個(gè)排氣流(165)流到所述至少一個(gè)洗滌器 (170)的入口部；至少一個(gè)除霧器(230),所述至少一個(gè)除霧器(230)連接所述至少 一個(gè)洗滌器(170)的下游，并且從所述至少一個(gè)排氣流(165)移除水；以及至少一個(gè)混合站(240)，所述至少一個(gè)混合站(240)連接所述至少 一個(gè)渦輪機(jī)(100)的所述入口部的上游，并且使所述至少一個(gè)排氣流 (165)與進(jìn)入所述至少一個(gè)渦輪機(jī)(100)的入口空氣(125)混合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 至少一個(gè)上游熱交換器，所述至少一個(gè)上游熱交換器(300)能夠接收所述至少一個(gè)排氣流(165); 降低所述至少一個(gè)排氣流(165)的溫度；以及 允許所述至少一個(gè)排氣流(165)流到所述至少一個(gè)洗滌器 (170)的入口部;至少一個(gè)下游熱交換器，所述至少一個(gè)下游熱交換器(220)從所述 至少一個(gè)洗滌器(170)的出口部接收所述至少一個(gè)排氣流(165)并且降 低所述至少一個(gè)排氣流(165)的溫度；至少一個(gè)除霧器(230),所述至少一個(gè)除霧器(230)連接所述至少 一個(gè)下游熱交換器(220)的下游，并且從所述至少一個(gè)排氣流(165)移除 水；以及至少一個(gè)混合站(240),所述至少一個(gè)混合站(240)連接所述至少 一個(gè)渦輪機(jī)(100)的入口部上游，并且使所述至少一個(gè)排氣流(165)與進(jìn) 入所述至少 一個(gè)渦輪機(jī)(1 OO)的入口空氣(125)混合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 至少一個(gè)注入器(500)，其用于將至少一種試劑注入到所述至少一個(gè)洗滌器(170)內(nèi)，以便吸收所述至少一個(gè)排氣流(165)的成分的一部分；至少一個(gè)上游熱交換器，所述至少一個(gè)上游熱交換器(300)能夠 接收所述至少一個(gè)排氣流(165); 降低所述至少一個(gè)排氣流(165)的溫度；以及 允許所述至少一個(gè)排氣流(165)流到所述至少一個(gè)洗滌器 (170)的入口部；至少一個(gè)下游熱交換器，所述至少一個(gè)下游熱交換器(220)從所述 至少一個(gè)洗滌器(170)的出口部接收所述至少一個(gè)排氣流(165)并且降 低所述至少一個(gè)排氣流(165)的所述溫度；至少一個(gè)濕式靜電濾塵器(510),所述至少一個(gè)濕式靜電濾塵器 (510)連接所述至少一個(gè)下游熱交換器(220)的下游，并且移除所述至少 一個(gè)排氣流(165)中的所述成分的一部分；至少一個(gè)除霧器(230)，所述至少一個(gè)除霧器(230)連接所述至少 一個(gè)下游熱交換器(220)的下游，并且從所述至少一個(gè)排氣流(165)移除 水；以及至少一個(gè)混合站(240)，所述至少一個(gè)混合站(240)連接所述至少一 個(gè)渦輪機(jī)(100)的所述入口部的上游，并且使所述至少一個(gè)排氣流(165) 與進(jìn)入所述至少一個(gè)渦輪機(jī)(100)的入口空氣(125)混合。
全文摘要
一種用于減少至少一個(gè)渦輪機(jī)的至少一個(gè)排氣流內(nèi)的成分的系統(tǒng)，該至少一個(gè)渦輪機(jī)包括入口部和排氣部。該系統(tǒng)包括提供至少一個(gè)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)洗滌器。該至少一個(gè)洗滌器能夠從該至少一個(gè)渦輪機(jī)的該排氣部接收在第一溫度的至少一個(gè)排氣流；接收包含處于第一水平的成分的該至少一個(gè)排氣流；將該成分降低到第二水平；以及，允許該至少一個(gè)排氣流以第二溫度退出。并且，該至少一個(gè)排氣流是從該至少一個(gè)渦輪機(jī)所退出的總排氣的一部分。該至少一個(gè)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)將從該至少一個(gè)洗滌器退出的該至少一個(gè)排氣流再循環(huán)至該入口部。該系統(tǒng)在排氣進(jìn)行再循環(huán)之前減少該排氣內(nèi)有害成分的水平。
文檔編號F02C3/34GK101424216SQ20081009966
公開日2009年5月6日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者J·E·羅伯茨, R·J·奇拉, R·W·泰勒 申請人:通用電氣公司