本文公開的主題涉及渦輪系統(tǒng),并且更具體地涉及用于將冷卻空氣噴射到由渦輪系統(tǒng)產(chǎn)生的(多個)排出氣流中的系統(tǒng)及方法。
背景技術:
燃氣輪機系統(tǒng)通常包括至少一個燃氣渦輪發(fā)動機,其具有壓縮機、燃燒器和渦輪。燃燒器構(gòu)造成燃燒燃料和壓縮的空氣的混合物,以生成熱燃燒氣體,其繼而驅(qū)動渦輪的葉片。由燃氣渦輪發(fā)動機產(chǎn)生的排出氣體可包括某些副產(chǎn)物,諸如氮氧化物(nox)、硫氧化物(sox)、碳氧化物(cox)和未燃烴。
技術實現(xiàn)要素:
按照實施例,一種燃氣輪機系統(tǒng)可包括流體地聯(lián)接到燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪的出口上的排氣處理系統(tǒng),排氣處理系統(tǒng)構(gòu)造成接收具有由燃氣渦輪發(fā)動機生成的燃燒產(chǎn)物的排出氣體,且在排出氣體流出燃氣輪機系統(tǒng)之前處理排出氣體。排氣處理系統(tǒng)的排氣路徑構(gòu)造成使排出氣體流過排氣處理系統(tǒng)。排氣處理系統(tǒng)的調(diào)溫空氣(temperingair)系統(tǒng)構(gòu)造成將調(diào)溫空氣引入排氣路徑中來冷卻排出氣體。調(diào)溫空氣系統(tǒng)包括從調(diào)溫空氣系統(tǒng)的空氣入口延伸到調(diào)溫空氣出口的調(diào)溫空氣通路,在調(diào)溫空氣出口處調(diào)溫空氣引出調(diào)溫空氣系統(tǒng)且引入排氣路徑中。調(diào)溫空氣系統(tǒng)的過濾器系統(tǒng)具有沿調(diào)溫空氣通路定位的疏水過濾器(hydrophobicfilter),疏水過濾器構(gòu)造成從流過調(diào)溫空氣通路的空氣除去吸濕和易潮解的材料。
按照另一個實施例,一種簡單循環(huán)燃氣輪機系統(tǒng)包括構(gòu)造成將空氣吸入壓縮機空氣入口中且產(chǎn)生壓縮的空氣的壓縮機、構(gòu)造成接收壓縮的空氣流和燃料流且燃燒壓縮的空氣和燃料的混合物來產(chǎn)生燃燒氣體的燃燒器、經(jīng)由軸傳動地聯(lián)接到壓縮機上且構(gòu)造成接收來自燃燒器的燃燒氣體且從燃燒氣體提取功來經(jīng)由軸對負載和壓縮機供能的渦輪,以及構(gòu)造成接收作為排出氣體的來自渦輪的燃燒氣體的導管,導管具有多個區(qū)段,且其中導管流體地聯(lián)接到排氣器上,排氣器構(gòu)造成允許由排出氣體產(chǎn)生的已處理的排出氣體流出簡單循環(huán)燃氣輪機系統(tǒng)。導管收納構(gòu)造成將過濾的調(diào)溫空氣經(jīng)由導管引入排出氣體的流中的調(diào)溫空氣噴射柵格,調(diào)溫空氣出口經(jīng)由調(diào)溫空氣通路流體地聯(lián)接到調(diào)溫空氣入口上,調(diào)溫空氣通路包括過濾器系統(tǒng),其具有構(gòu)造成從流過調(diào)溫空氣通路的空氣除去吸濕和易潮解的材料的疏水過濾器,其中過濾器系統(tǒng)構(gòu)造成從經(jīng)由調(diào)溫空氣入口吸入的空氣產(chǎn)生過濾的調(diào)溫空氣。
按照另一個實施例,一種操作簡單循環(huán)燃氣輪機系統(tǒng)的方法包括:使用簡單循環(huán)燃氣輪機的燃氣渦輪發(fā)動機通過從燃燒氣體提取功來驅(qū)動負載以產(chǎn)生排出氣體,將排出氣體指引到流體地聯(lián)接到燃氣渦輪發(fā)動機上的導管中,將空氣吸入使一個或更多個調(diào)溫空氣入口與定位在導管中的調(diào)溫空氣噴射柵格聯(lián)接的調(diào)溫空氣通路的一個或更多個調(diào)溫空氣入口中,空氣作為調(diào)溫空氣吸入,在分別定位在一個或更多個調(diào)溫空氣入口附近的一個或更多個過濾器系統(tǒng)內(nèi)過濾調(diào)溫空氣,來通過將調(diào)溫空氣經(jīng)由一個或更多個過濾器系統(tǒng)的至少一個疏水過濾器吸入,以從調(diào)溫空氣中除去吸濕和易潮解的材料,而產(chǎn)生過濾的調(diào)溫空氣,將過濾的調(diào)溫空氣指引到定位在導管的第一區(qū)段中的調(diào)溫空氣噴射柵格來將過濾的調(diào)溫空氣噴射到第一區(qū)段中,使過濾的調(diào)溫空氣與排出氣體在導管的第一區(qū)段內(nèi)混合來將熱從排出氣體傳遞至過濾的調(diào)溫空氣且由此產(chǎn)生冷卻的排出氣體,以及在導管的第二區(qū)段內(nèi)的選擇性催化還原(scr)系統(tǒng)的靜止催化器存在的情況下使冷卻的排出氣體與還原劑反應來降低冷卻的排出氣體中的氮氧化物(nox)的濃度,以產(chǎn)生已處理的排出氣體。
實施方案1.一種燃氣輪機系統(tǒng),包括:
流體地聯(lián)接至燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪的出口的排氣處理系統(tǒng),所述排氣處理系統(tǒng)構(gòu)造成接收由所述燃氣渦輪發(fā)動機生成的具有燃燒產(chǎn)物的排出氣體,且在所述排出氣體流出所述燃氣輪機系統(tǒng)之前處理所述排出氣體;
構(gòu)造成使所述排出氣體流過所述排氣處理系統(tǒng)的所述排氣處理系統(tǒng)的排氣路徑;
構(gòu)造成將調(diào)溫空氣引入所述排氣路徑中來冷卻所述排出氣體的所述排氣處理系統(tǒng)的調(diào)溫空氣系統(tǒng),其中所述調(diào)溫空氣系統(tǒng)包括從所述調(diào)溫空氣系統(tǒng)的空氣入口延伸至調(diào)溫空氣出口的調(diào)溫空氣通路,在所述調(diào)溫空氣出口處調(diào)溫空氣引出所述調(diào)溫空氣系統(tǒng)且引入所述排氣路徑中;以及
具有沿所述調(diào)溫空氣通路定位的疏水過濾器的所述調(diào)溫空氣系統(tǒng)的過濾器系統(tǒng),所述疏水過濾器構(gòu)造成從流過所述調(diào)溫空氣通路的空氣除去吸濕和易潮解的材料。
實施方案2.根據(jù)實施方案1所述的系統(tǒng),其特征在于,包括構(gòu)造成降低所述排出氣體中的氮氧化物(nox)的濃度的所述排氣處理系統(tǒng)的選擇性催化還原(scr)系統(tǒng),其中所述scr系統(tǒng)包括靜止催化器,其沿所述排氣路徑定位且構(gòu)造成催化所述排出氣體中的nox與還原劑之間的反應,以及其中所述調(diào)溫空氣出口定位成在所述靜止催化器上游將所述調(diào)溫空氣引入所述排氣路徑中。
實施方案3.根據(jù)實施方案2所述的系統(tǒng),其特征在于,所述疏水過濾器構(gòu)造成從流過所述調(diào)溫空氣通路的所述空氣除去將在其它情況下改變所述靜止催化器的活性位置的吸濕和易潮解材料。
實施方案4.根據(jù)實施方案1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述調(diào)溫空氣通路與構(gòu)造成使空氣流至所述燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機的空氣通路完全分離。
實施方案5.根據(jù)實施方案4所述的系統(tǒng),其特征在于,所述過濾器系統(tǒng)容納在過濾器殼體中,以及所述系統(tǒng)包括附加的過濾器系統(tǒng),其容納在沿構(gòu)造成使空氣流至所述燃氣渦輪發(fā)動機的所述壓縮機的所述空氣通路定位的附加過濾器殼體中。
實施方案6.根據(jù)實施方案1所述的系統(tǒng),其特征在于,包括一個或更多個傳感器,其構(gòu)造成監(jiān)測跨過所述調(diào)溫空氣系統(tǒng)的所述過濾器系統(tǒng)的所述空氣的壓降,或跨過所述過濾器系統(tǒng)的所述空氣的流速的變化,或兩者,且提供關于所述壓降或所述流速的變化或兩者的外部指示。
實施方案7.根據(jù)實施方案6所述的系統(tǒng),其特征在于,包括調(diào)溫空氣控制系統(tǒng),其具有一個或更多個處理器和儲存一個或更多個指令集的存儲器電路,所述指令集在由所述一個或更多個處理器執(zhí)行時構(gòu)造成:
接收關于跨過所述過濾器系統(tǒng)的所述空氣的所述壓降或跨過所述過濾器系統(tǒng)的所述空氣的所述流速的變化,或以上兩者的外部指示;
使所述壓降或所述流速的變化與所述疏水過濾器的狀態(tài)關聯(lián);
經(jīng)由用戶界面提供關于所述疏水過濾器的狀態(tài)的用戶可察覺的指示。
實施方案8.根據(jù)實施方案7所述的系統(tǒng),其特征在于,所述一個或更多個指令集在由所述一個或更多個處理器執(zhí)行時,構(gòu)造成估計所述疏水過濾器的使用時間,或所述疏水過濾器的剩余使用壽命時間,或它們的組合。
實施方案9.根據(jù)實施方案1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述調(diào)溫空氣通路包括多個空氣入口,其包括所述空氣入口,其中所述多個空氣入口構(gòu)造成允許空氣沿通向調(diào)溫空氣集管的平行且獨立的流動路徑進入所述調(diào)溫空氣通路,以及其中所述平行且獨立的流動路徑各自包括:
具有相應的疏水過濾器的相應的過濾器系統(tǒng);
相應的風扇,其定位在相應的過濾器系統(tǒng)下游,且構(gòu)造成將空氣吸入相應的空氣入口且穿過相應的過濾器系統(tǒng),且激發(fā)所述空氣穿過相應的平行且獨立的流動路徑;
一個或更多個相應的傳感器,其構(gòu)造成探測跨過相應的過濾器系統(tǒng)的壓降、跨過所述過濾器系統(tǒng)的流速的變化,或兩者,且提供關于所述壓降或所述流速的變化或兩者的外部指示;以及
通向所述調(diào)溫空氣集管的相應的空氣出口。
實施方案10.根據(jù)實施方案9所述的系統(tǒng),其特征在于,所述調(diào)溫空氣集管構(gòu)造成組合來自多個平行且獨立的流動路徑的相應的空氣流,且將相應的空氣流指引至所述調(diào)溫空氣出口,在所述調(diào)溫空氣出口處調(diào)溫空氣引出所述調(diào)溫空氣系統(tǒng)且引入所述排氣路徑中。
實施方案11.根據(jù)實施方案9所說的系統(tǒng),其特征在于,包括通信地聯(lián)接至一個或更多個相應的傳感器和所述多個平行且獨立的流動路徑的相應的風扇的相應的促動器的調(diào)溫空氣控制系統(tǒng),所述調(diào)溫空氣控制系統(tǒng)具有一個或更多個處理器和儲存一個或更多個指令集的存儲器電路,所述指令集在由所述一個或更多個處理器執(zhí)行時,構(gòu)造成:
接收關于跨過相應的過濾器系統(tǒng)的所述空氣的壓降或跨過相應的過濾器系統(tǒng)的所述空氣的流速的變化,或以上兩者的外部指示;
使所述壓降或所述流速的變化與相應的疏水過濾器的狀態(tài)關聯(lián);
將輸出提供至相應的風扇中的至少一個的相應的促動器,以響應于確定相應的疏水過濾器的狀態(tài)使得相應的疏水過濾器未在預定參數(shù)集內(nèi)操作來沿相應的平行且獨立的流動路徑調(diào)整空氣流。
實施方案12.根據(jù)實施方案1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述過濾器系統(tǒng)定位在所述空氣入口處且在風扇上游,所述風扇構(gòu)造成將空氣吸入所述空氣入口且穿過所述過濾器系統(tǒng),且激發(fā)所述空氣穿過所述調(diào)溫空氣通路。
實施方案13.根據(jù)實施方案1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述過濾器系統(tǒng)包括具有作為多個過濾級中的一個的所述疏水過濾器的多級過濾器模塊。
實施方案14.根據(jù)實施方案13所述的系統(tǒng),其特征在于,所述多級過濾器模塊包括構(gòu)造成過濾存在于流過所述調(diào)溫空氣通路的空氣內(nèi)的干顆粒的預濾器,以及其中所述疏水過濾器定位在所述多級過濾器模塊內(nèi)的顆粒過濾器的下游。
實施方案15.根據(jù)實施方案1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述疏水過濾器包括含氟聚合物涂布的玻璃纖維過濾器介質(zhì)或膨體聚四氟乙烯(eptfe)。
實施方案16.一種簡單循環(huán)燃氣輪機系統(tǒng),包括:
構(gòu)造成將空氣吸入壓縮機空氣入口且產(chǎn)生壓縮的空氣的壓縮機;
構(gòu)造成接收所述壓縮的空氣流和燃料流,且燃燒所述壓縮的空氣和燃料的混合物來產(chǎn)生燃燒氣體的燃燒器;
渦輪,其經(jīng)由軸傳動地聯(lián)接至所述壓縮機,且構(gòu)造成接收來自所述燃燒器的所述燃燒氣體,且從所述燃燒氣體提取功來經(jīng)由所述軸對負載和所述壓縮機供能;以及
構(gòu)造成接收作為排出氣體的來自所述渦輪的燃燒氣體的導管,所述導管具有多個區(qū)段,以及其中所述導管流體地聯(lián)接至排氣器,所述排氣器構(gòu)造成允許由所述排出氣體產(chǎn)生的已處理的排出氣體流出所述簡單循環(huán)燃氣輪機系統(tǒng);以及
其中所述導管收納構(gòu)造成將過濾的調(diào)溫空氣經(jīng)由所述導管引入所述排出氣體的流中的調(diào)溫空氣噴射柵格,所述調(diào)溫空氣出口經(jīng)由調(diào)溫空氣通路流體地聯(lián)接至調(diào)溫空氣入口,所述調(diào)溫空氣通路包括過濾器系統(tǒng),其具有構(gòu)造成從流過所述調(diào)溫空氣通路的空氣除去吸濕和易潮解的材料的疏水過濾器,其中所述過濾器系統(tǒng)構(gòu)造成從經(jīng)由所述調(diào)溫空氣入口吸入的空氣產(chǎn)生所述過濾的調(diào)溫空氣。
實施方案17.根據(jù)實施方案16所述的系統(tǒng),其特征在于,所述導管的多個區(qū)段包括擴散區(qū)段、所述擴散區(qū)段下游的過渡區(qū)段,以及所述擴散區(qū)段下游的排氣導管,所述排氣導管收納選擇性催化還原(scr)系統(tǒng)的靜止催化器,其構(gòu)造成催化所述排出氣體中的氮氧化物(nox)與還原劑之間的反應,以及其中所述調(diào)溫空氣噴射柵格定位成將所述過濾的調(diào)溫空氣引入所述擴散區(qū)段或所述過渡區(qū)段。
實施方案18.根據(jù)實施方案17所述的系統(tǒng),其特征在于,包括調(diào)溫空氣控制系統(tǒng),其由一個或更多個處理器和儲存一個或更多個指令集的存儲器電路來實施,所述指令集在由所述處理器執(zhí)行時,構(gòu)造成:
接收關于跨過所述過濾器系統(tǒng)的調(diào)溫空氣的壓降或跨過所述過濾器系統(tǒng)的所述調(diào)溫空氣的流速的變化,或以上兩者的外部指示;
使所述壓降或所述流速的變化與所述疏水過濾器的狀態(tài)關聯(lián);
提供輸出來促動流動控制裝置以響應于確定所述疏水過濾器的狀態(tài)在所述預定參數(shù)集外來改變穿過所述過濾器系統(tǒng)的所述調(diào)溫空氣的流,同時還控制所述過濾的調(diào)溫空氣到所述導管的引入,以提供足以將所述排出氣體冷卻至對應于與所述scr系統(tǒng)的所述靜止催化器相關聯(lián)的催化溫度范圍的溫度范圍的過濾的調(diào)溫空氣量。
實施方案19.根據(jù)實施方案18所述的系統(tǒng),其特征在于,所述一個或更多個指令集在由所述處理器執(zhí)行時構(gòu)造成控制所述過濾的調(diào)溫空氣到所述導管中的引入,以通過控制沿所述調(diào)溫空氣通路的多個獨立且平行的流動路徑的相應調(diào)溫空氣流來提供足以將所述排出氣體冷卻至對應于與所述scr系統(tǒng)的所述靜止催化器相關聯(lián)的所述催化溫度范圍的溫度范圍的過濾的調(diào)溫空氣量。
實施方案20.根據(jù)實施方案16所述的系統(tǒng),其特征在于,所述過濾器系統(tǒng)容納在定位于所述調(diào)溫空氣通路的入口處的過濾器殼體中。
附圖說明
在參照附圖閱讀以下詳細描述時,本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解,附圖中相似的標號表示附圖各處相似的部分,在附圖中:
圖1示出了按照本公開內(nèi)容的方面的簡單循環(huán)燃氣輪機系統(tǒng)的實施例的側(cè)立面視圖,該系統(tǒng)具有燃氣渦輪發(fā)動機、排氣處理系統(tǒng)和調(diào)溫空氣系統(tǒng),其具有構(gòu)造成過濾調(diào)溫空氣的疏水過濾器;
圖2示出了按照本公開內(nèi)容的方面的圖1的調(diào)溫空氣系統(tǒng)和排氣處理系統(tǒng)的實施例的側(cè)立面視圖,調(diào)溫空氣系統(tǒng)具有多個平行且獨立的流動路徑,各個路徑均具有帶相應的疏水過濾器的過濾器系統(tǒng);以及
圖3示出了圖1和2的過濾器系統(tǒng)的實施例的側(cè)視圖,其中過濾器系統(tǒng)包括多個過濾級,疏水過濾器代表過濾級中的一個。
具體實施方式
下文將描述本發(fā)明的一個或更多個特定實施例。為了提供這些實施例的簡要描述,可在說明書中不描述實際實施方式的所有特征。應當認識到的是,在任何此類實際實施方式的開發(fā)中,如任何工程或設計項目中那樣,必須進行許多實施方式特有的決定來實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標,諸如符合系統(tǒng)相關和業(yè)務相關的約束,這可從一個實施方式到另一個不同。此外,應當認識到的是,此開發(fā)工作可能復雜且耗時的,但對于受益于本公開內(nèi)容的普通技術人員仍是設計、制造和生產(chǎn)的例行任務。
當介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時,詞語"一個"、"一種"、"該"和"所述"旨在意指存在一個或更多個元件。用語"包括"、"包含"和"具有"旨在為包含性的,且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。
如上文所述,可能期望減少由燃氣渦輪發(fā)動機生成的排出氣體內(nèi)存在的某些燃燒產(chǎn)物的存在。此產(chǎn)物可包括氮氧化物(nox)、硫氧化物(sox)、碳氧化物(cox)和未燃烴。大體上,降低排出氣體內(nèi)的這些產(chǎn)物的相對濃度可包括在催化器存在的情況下使此產(chǎn)物與其它反應物反應。nox與反應物(例如,氨(nh3))之間的反應可在選擇性催化還原(scr)系統(tǒng)的金屬氧化物存在的情況下在排氣導管內(nèi)發(fā)生。催化器降低nox與氨之間的反應的活化能,以產(chǎn)生氮氣(n2)和水(h2o),從而在排出氣體從燃氣輪機系統(tǒng)釋放之前減少排出氣體中的nox的量。
scr系統(tǒng)可用于多種不同燃氣輪機系統(tǒng),其范圍從相對小規(guī)模的系統(tǒng)到較大的重載燃氣輪機系統(tǒng)。小規(guī)模的系統(tǒng)產(chǎn)生具有相對低溫度的排出氣體,而重載燃氣輪機系統(tǒng)產(chǎn)生具有高得多的溫度的排出氣體。盡管來自小規(guī)模系統(tǒng)的排出氣體具有大體上服從scr過程的溫度范圍,但由重載系統(tǒng)產(chǎn)生的排出氣體的溫度通常遠高于scr過程的可接受操作范圍(例如,適于保持scr催化器的穩(wěn)定性的溫度)。例如,按照本公開內(nèi)容的實施例,由重載燃氣渦輪發(fā)動機產(chǎn)生的排出氣體的等溫溫度可大于大約1000℉(例如,大約540℃),如,在大約1100℉到大約1300℉(例如,大約590℃到大約705℃)之間,而"熱"scr系統(tǒng)(具有相比于其它scr系統(tǒng)相對較高的操作溫度范圍的scr系統(tǒng))的可接受的操作范圍可在大約800℉到大約900℉(例如,大約425℃到大約485℃)之間。
為了將這些熱排出氣體的溫度降低至scr系統(tǒng)的可接受的操作范圍,排出氣體可與調(diào)溫空氣混合,以將熱從排出氣體傳遞至調(diào)溫空氣且因此冷卻排出氣體。因此,調(diào)溫空氣的量確定從排出氣體除去的熱量。
現(xiàn)在認識到的是,用于降低在重載系統(tǒng)中生成的排出氣體溫度的調(diào)溫空氣的量遠高于用于其它系統(tǒng)中的量。例如,適用于將此系統(tǒng)中的排出氣體冷卻至scr系統(tǒng)的適合溫度的調(diào)溫空氣的流量可占排氣流量的大約20%到大約50%之間,諸如大約30%。因此,還將認識到的是,傳統(tǒng)上由于減少低溫排出氣體所需的更低相對流量而忽略的調(diào)溫空氣的成分可對燃氣輪機系統(tǒng),且特別是scr催化器的操作具有較大影響。
例如,環(huán)境空氣通常用于調(diào)溫空氣系統(tǒng)。然而,某些地區(qū)(例如,沿海地區(qū)、工業(yè)區(qū))的環(huán)境空氣可包括某些污染物,諸如海鹽(氯化鈉)和含其它鹵化物或金屬鹵化物的材料。這些污染物可對scr催化器具有不利影響,且在某些情況中,可改變(例如,毒害或妨害)催化器。因此,對于調(diào)溫空氣,存在的需要在于具有相對低濃度的此污染物,甚至在環(huán)境空氣從環(huán)境空氣具有相對高的催化器毒物水平的地區(qū)吸收。
目前認識到的是,這些催化器毒物中的許多是吸濕和/或易潮解的材料,且在顆粒過濾對于某些環(huán)境空氣組分的除去可接受時,疏水過濾器可以以更高效率除去這些催化器毒物。因此,按照本公開內(nèi)容的實施例,用于冷卻燃氣輪機系統(tǒng)中的排出氣體的調(diào)溫空氣系統(tǒng)可使用一個或更多個疏水過濾器來除去作為吸濕(吸水)、易潮解(趨于在水中吸收和溶解)或潮解(吸收和溶解在水中)的材料而存在的環(huán)境空氣污染物。
盡管本公開內(nèi)容可適用于許多不同的燃氣輪機系統(tǒng),但本文所述的實施例可特別用于產(chǎn)生相對高溫度的排出氣體(例如,高于1000℉,大約540℃)的簡單循環(huán)重載燃氣輪機系統(tǒng)中。具有按照本公開內(nèi)容的某些方面的構(gòu)造的系統(tǒng)的一個實例在圖1中繪出,其為簡單循環(huán)燃氣輪機系統(tǒng)10的實施例的側(cè)立面視圖。
在圖1中,燃氣輪機系統(tǒng)10包括燃氣渦輪發(fā)動機12,其構(gòu)造成燃燒燃料14和壓縮的氧化劑16(例如,壓縮的空氣)的混合物,以繼而驅(qū)動負載18,諸如構(gòu)造成將電力供應至電網(wǎng)的發(fā)電機。所示燃氣渦輪發(fā)動機經(jīng)由軸20傳動地聯(lián)接到負載18上,且流體地聯(lián)接到排氣處理系統(tǒng)22上,系統(tǒng)22構(gòu)造成處理由燃料14和壓縮的氧化劑16的燃燒生成的產(chǎn)物。
燃氣渦輪發(fā)動機12包括各種特征,以便于該燃燒過程,包括壓縮機24、燃燒器區(qū)段26和渦輪28。渦輪28可經(jīng)由軸20傳動地聯(lián)接到壓縮機24和負載18上。在操作中,來自空氣源(例如,周圍環(huán)境)的空氣30(氧化劑)經(jīng)由進氣系統(tǒng)32進入燃氣渦輪發(fā)動機12,進氣系統(tǒng)32包括構(gòu)造成過濾空氣30(例如,使用過濾器34)且抑制與空氣流入進氣系統(tǒng)32相關聯(lián)的噪音(例如,使用消聲器36)的通路33。
已經(jīng)經(jīng)過進氣系統(tǒng)32的空氣30沿通路33流至壓縮機入口38,在該處,空氣30被受控地吸入壓縮機24中。例如,壓縮機入口38可包括各種特征,諸如入口導向?qū)~,其被使用且調(diào)整成改變可吸入壓縮機24中的空氣量。壓縮機24可包括聯(lián)接到軸20上的多個壓縮機葉片。壓縮機葉片可存在于一個或更多個級中,且軸20的旋轉(zhuǎn)引起壓縮機葉片的旋轉(zhuǎn),這繼而產(chǎn)生具有顯著高于壓縮機入口38處壓力的壓力的壓縮的空氣(即,壓縮的氧化劑16)。該旋轉(zhuǎn)因此還引起跨過將空氣30吸入壓縮機入口38的壓縮機24的壓差。此后,壓縮的氧化劑16從壓縮機出口40提供且提供至燃燒器區(qū)段26。
燃燒器區(qū)段26可包括一個或更多個燃燒器。在某些實施例中,多個燃燒器可成圍繞軸20的大致圓形或環(huán)形構(gòu)造設置在多個周向位置處。在壓縮的氧化劑16流出壓縮機24且進入燃燒器區(qū)段26中時,壓縮的氧化劑16可與燃料14(來自燃料源)混合來在燃燒器內(nèi)燃燒。
通過非限制性實例的方式,燃燒器可包括一個或更多個燃料噴嘴,其以用于燃燒、排放控制、燃料消耗、功率輸出等的適合比率將燃料空氣混合物噴射到燃燒器中。燃燒器的數(shù)目和尺寸以及特定燃燒參數(shù)(例如,燃料與空氣之比、稀釋水平)所有都可影響從此燃燒產(chǎn)生的燃燒氣體42(即,燃燒產(chǎn)物)的性質(zhì)。例如,諸如碳氧化物(cox)(例如,二氧化碳、一氧化碳)、氮氧化物(nox)、硫氧化物(sox)、水、未燃氧化劑和/或烴等的燃燒產(chǎn)物的相對比率可受燃燒參數(shù)、燃料與空氣比等影響。
燃燒氣體42用于驅(qū)動渦輪28內(nèi)的一個或更多個渦輪級(各自具有多個渦輪葉片)。在操作中,流入且穿過渦輪28的燃燒氣體42相對渦輪葉片流動且在其間流動,從而驅(qū)動渦輪葉片且因此軸20旋轉(zhuǎn)。軸20然后可驅(qū)動負載18,諸如發(fā)電設備中的發(fā)電機。如上文所述,軸20的旋轉(zhuǎn)還促使壓縮機24內(nèi)的葉片吸收和加壓在壓縮機入口38和進氣系統(tǒng)32處接收到的空氣30。以此方式,功由渦輪級從燃燒氣體42獲得,這逐漸地降低燃燒氣體42的溫度和壓力,且將它們作為排出氣體44釋放。如上文所述,在燃氣輪機12為重載燃氣渦輪發(fā)動機的實施例中,排出氣體44的溫度可(通過非限制性實例的方式)大于大約1000℉(例如,大約540℃),諸如在大約1100℉到大約1300℉(例如,大約590℃到大約705℃)之間。排出氣體44然后提供至排氣處理系統(tǒng)22,以尤其用于處理來降低排出氣體44內(nèi)存在的某些燃燒產(chǎn)物的水平。
如本領域的普通技術人員理解那樣,簡單循環(huán)燃氣輪機系統(tǒng)(諸如圖1中所示的系統(tǒng)10)可與聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的差別在于,聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)可使用由燃氣渦輪發(fā)動機12生成的排出氣體44來產(chǎn)生蒸汽(例如,使用余熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)),其繼而用于驅(qū)動蒸汽渦輪發(fā)動機。因此,在系統(tǒng)10改為聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的實施例中,系統(tǒng)10還將包括構(gòu)造成從排出氣體44產(chǎn)生蒸汽(即,獲得功)的特征,其操作成進一步降低排出氣體44的溫度和壓力。這可有利地導致適用于使用多種催化器的處理的排出氣體44的溫度。
在另一方面,在如圖1中所示的簡單循環(huán)中,從排出氣體44進一步獲得功通常不在渦輪28下游發(fā)生。然而,燃燒副產(chǎn)物的水平可能仍需要降低。為了便于例如使用選擇性催化還原(scr)系統(tǒng)48的scr催化器46的排出氣體44的進一步處理,排出氣體44可使用調(diào)溫空氣系統(tǒng)50來冷卻,這將在下文中進一步詳述。
為了有助于示出調(diào)溫空氣系統(tǒng)50的某些元件的構(gòu)造和定位,將參照可與彼此連續(xù)的排氣處理系統(tǒng)22的各種區(qū)段,或可具有其中區(qū)段的外壁并未與彼此連續(xù)的分段構(gòu)造。如圖所示,排出氣體44從渦輪28提供,且提供至排氣處理系統(tǒng)22,其所示實施例包括具有多個區(qū)段(例如,由其形成)的導管52。導管52通過截面示出,以便于論述定位在導管52內(nèi)的某些特征。多個區(qū)段可包括但不限于擴散區(qū)段54、過渡區(qū)段56和排氣區(qū)段58,且排氣44按順序流過這些區(qū)段,直到排出氣體經(jīng)由排氣器60流出系統(tǒng)10。
在一般意義上,擴散區(qū)段54和過渡區(qū)段56構(gòu)造成準備排出氣體44來用于在排氣處理系統(tǒng)22內(nèi)的進一步處理。通過非限制性實例的方式,擴散區(qū)段54可包括各種特征(諸如翼型件等),其構(gòu)造成沿導管52內(nèi)的一個或更多個擴散角擴散(或分散)排出氣體44。擴散可關于排氣流的軸向方向64(例如,與軸20基本平行)沿多個徑向方向62。以此方式,在擴散區(qū)段54的下游軸向位置處取得的排出氣體44的流的徑向截面比擴散區(qū)段54的上游軸向位置處取得的流的類似的截面更分散。
按照本公開內(nèi)容的方面,過渡區(qū)段56包括構(gòu)造成使排出氣體44從主層流狀態(tài)過渡且過渡到更大湍流狀態(tài),且冷卻排出氣體44(或使用熱傳遞流體開始冷卻排出氣體44)的特征。通過非限制性實例的方式,過渡區(qū)段56可包括湍流器66,諸如轉(zhuǎn)動導葉、穿孔板等,其定位在過渡區(qū)段56的一個或更多個調(diào)溫空氣噴射特征附近或與其交錯。
舉例來說,調(diào)溫空氣噴射特征可包括調(diào)溫空氣噴射柵格68,其構(gòu)造成經(jīng)由一個或更多個穿孔或開口管空氣噴射管道72來噴射調(diào)溫空氣(大體上如箭頭70繪出)。調(diào)溫空氣噴射柵格68可構(gòu)成調(diào)溫空氣系統(tǒng)50的調(diào)溫空氣出口的全部或一部分。如圖所示,穿孔空氣噴射管道72可定位在沿過渡區(qū)段56的多個軸向和徑向位置(例如,交錯位置)。此構(gòu)造可便于逐漸增大的湍流排出氣體與噴射的調(diào)溫空氣70之間的混合和熱傳遞。然而,空氣噴射管72的位置可具有其它非交錯的構(gòu)造。實際上,空氣噴射管72的任何適合的構(gòu)造都可按照本實施例來使用。
噴射的調(diào)溫空氣70和排出氣體44的混合物然后被指引到排氣導管58中,其可包括附加的湍流器74,以促進噴射的調(diào)溫空氣70與排出氣體44之間的附加混合和熱傳遞。co催化器76可定位在過渡區(qū)段56內(nèi)。co催化器76大體上構(gòu)造成降低某些含碳種類(諸如一氧化碳和其它)的氧化的活化能。co催化器76大體上選擇成用于此含碳種類,且對于高溫排出氣體不如scr催化器46敏感。另外,氧化過程可為放熱的。
盡管co催化器76促進排出氣體44中的含碳種類的氧化,但如上文所述,scr催化器46便于排出氣體44中的氮氧化物(nox)的化學還原。為了允許此還原,scr系統(tǒng)48構(gòu)造成使用定位在co催化器76下游的排氣導管58內(nèi)的氨噴射柵格(aig)78來引入諸如氨(nh3)的還原劑。aig78可包括歧管,其將氨(大體上由箭頭80繪出)在多個氨噴射出口82之間分送來用于引入排出氣體44中。aig78構(gòu)造成將基本相同量的氨分送跨過不同的氨噴射出口82,且因此跨過排氣導管58的徑向截面來促進氨80和排出氣體44的均勻混合。
還原劑流動控制和供應系統(tǒng)84可提供氨(和/或其它還原劑)的接收、儲存、溫度控制和流動控制。例如,還原劑流動控制和供應系統(tǒng)84可包括構(gòu)造成儲存氨(例如,作為干氨或作為氨水/銨混合物)的一個或更多個儲存罐,構(gòu)造成將氨與其它材料(例如,水)分離的一個或更多個蒸發(fā)器、構(gòu)造成控制氨的溫度的一個或更多個換熱器或混合管,以及構(gòu)造成控制氨進入aig78中的流的一個或更多個流動控制裝置(例如,增壓風機、風扇)。
scr催化器46定位在aig78下游且在排氣導管58內(nèi)。scr催化器46大體上包括催化nox與nh3之間的反應來產(chǎn)生n2和h2o的催化器。通過非限制性實例的方式,scr催化器46可實施為蜂窩狀支承結(jié)構(gòu)上的金屬氧化物(例如,陶瓷)涂層。在此實施例中,具有適用于主要由于使用調(diào)溫空氣70的受控冷卻而引起的scr過程的溫度的氨和排出氣體的混合物在涂布的蜂窩結(jié)構(gòu)上流動且流過蜂窩結(jié)構(gòu),這便于減少nox來產(chǎn)生經(jīng)由排氣器60從燃氣輪機系統(tǒng)10釋放的處理的排出氣體86。
另外,排出氣體44冷卻至適用于主要通過調(diào)溫空氣70的使用的scr過程的溫度。然而,導管52可能未包括能夠從與排出氣體44混合的空氣除去有害材料的特征,使scr催化器46易于改變(例如,毒害或妨害)。
為了防止此材料流入導管52,調(diào)溫空氣系統(tǒng)50包括構(gòu)造成從調(diào)溫空氣通路94提供且提供至調(diào)溫空氣噴射柵格68的調(diào)溫空氣92除去吸濕、易潮解和潮解的材料。具體而言,過濾器系統(tǒng)90沿調(diào)溫空氣通路94定位在調(diào)溫空氣入口96與流動控制特征(例如,風扇)98之間。在其它實施例中,過濾器系統(tǒng)90可定位在流動控制特征98下游(例如,風扇下游)。流動控制特征98構(gòu)造成將環(huán)境空氣30經(jīng)由調(diào)溫空氣入口吸入調(diào)溫空氣通路94來作為調(diào)溫空氣,且激發(fā)調(diào)溫空氣朝調(diào)溫空氣噴射柵格68穿過調(diào)溫空氣通路94。如圖所示,過濾器系統(tǒng)90可包括疏水過濾器100,其構(gòu)造成從調(diào)溫空氣除去吸濕、易潮解和潮解的某些材料。因此,過濾器系統(tǒng)90防止或阻止水溶性材料經(jīng)過調(diào)溫空氣通路94,其否則將妨害co催化器76或scr催化器46,或呈現(xiàn)為來自排氣器60的排放。以此方式,過濾器系統(tǒng)90產(chǎn)生過濾的調(diào)溫空氣102來用于輸送至調(diào)溫空氣噴射柵格68,其因此通過防止催化器毒物經(jīng)由調(diào)溫空氣引入排出氣體44的流中來延長至少scr催化器46的壽命。
調(diào)溫空氣控制系統(tǒng)(tacs)104可調(diào)節(jié)調(diào)溫空氣系統(tǒng)50的各種操作方面。例如,tacs104通信地聯(lián)接到便于調(diào)節(jié)流速、溫度、壓力、成分等的多種構(gòu)件上。如圖1中所示,tacs104與過濾器系統(tǒng)90和流動控制特征98關聯(lián)的感測和/或控制特征通信。
tacs104可在任何適合的可編程架構(gòu)(諸如包括一個或更多個處理器105和一個或更多個存儲器107的架構(gòu))上實施。一旦編程,則tacs104可認作是構(gòu)成特殊配置的裝置,其配置成至少基于與其編程相關聯(lián)的算法結(jié)構(gòu)來控制調(diào)溫空氣系統(tǒng)50的相關特征方面。以此方式,tacs104可構(gòu)造成執(zhí)行某些功能,且這些功能應當認作是表示與一個或更多個處理器105和一個或更多個存儲器107相關聯(lián)的tacs104的特殊算法結(jié)構(gòu)。
通過非限制性實例的方式,tacs104可包括一個或更多個專用集成電路(asic)、一個或更多個現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)、一個或更多個通用處理器,或它們的任何組合。另外,儲存由tacs104的處理器105執(zhí)行的指令的存儲器107可包括但不限于易失性存儲器(諸如隨機存取存儲器(ram)),和/或非易失性存儲器(諸如只讀存儲器(rom))、光學驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器或固態(tài)驅(qū)動器。而且,tacs104可實施為大型控制系統(tǒng)(例如,燃氣輪機控制系統(tǒng))的一部分,和/或分布在調(diào)溫空氣系統(tǒng)50各處的多種控制裝置和/或子系統(tǒng)(例如,分布式控制系統(tǒng))??刂蒲b置和/或子系統(tǒng)因此可包括上文所述的處理和存儲器電路配置的任何一個或組合。另外,tacs104將大體上包括各種輸入裝置,且可包括顯示器形式或連接器形式的用戶界面,其經(jīng)由與用戶的計算裝置的有線或無線連接是可訪問的。
為了有助于示出調(diào)溫空氣系統(tǒng)50的各種特征可作用為將調(diào)溫空氣提供至排氣處理系統(tǒng)22的方式,圖2為燃氣輪機系統(tǒng)10的圖解局部視圖,包括具有多個平行且獨立的流動路徑120的調(diào)溫溫度通路94的實施例。具體而言,所示實施例包括第一平行和獨立的流動路徑120a、第二平行且獨立的流動路徑120b,以及第三平行且獨立的流動路徑120c,它們中的每一個從其相應空氣入口96(第一空氣入口96a、第二空氣入口96b和第三空氣入口96c)延伸至調(diào)溫空氣集管122。盡管示為包括三個此類路徑,但可使用任何數(shù)目(例如,一個或更多個)的此類路徑。調(diào)溫空氣集管122構(gòu)造成組合從平行且獨立的流動路徑120的任何組合提供的過濾的調(diào)溫空氣102,且將組合流(作為從調(diào)溫空氣集管122的輸出121)提供至調(diào)溫空氣噴射柵格68。在某些實施例中,調(diào)溫空氣集管122還可包括各種流動控制裝置、換熱器、通風口等。
盡管下文參照了具有不同過濾器系統(tǒng)90的平行且獨立的流動路徑120,但將注意的是,平行且獨立的流動路徑120可共用一個或更多個過濾器系統(tǒng)90中的全部或一部分。例如,平行且獨立的流動路徑120的全部或子集可共用過濾器殼體和/或單個過濾器系統(tǒng)90的一個或更多個過濾級。過濾器系統(tǒng)90的構(gòu)造在下文中參照圖3進一步描述。
平行且獨立的流動路徑120中的各個可具有基本相同的構(gòu)造,或不同的構(gòu)造。如圖所示,多個平行且獨立的流動路徑中的各個平行且獨立的流動路徑均包括具有疏水過濾器100的實施例的過濾器系統(tǒng)90的實施例,以及構(gòu)造成控制流體流入和流過調(diào)溫空氣通路94的相應流動控制特征98(見圖1)。例如,所示流動路徑120中的每一個均包括相應的風扇123(示為第一風扇123a、第二風扇123和第三風扇123c),其構(gòu)造成經(jīng)由相應的入口96a,96b,96c將環(huán)境空氣30作為調(diào)溫空氣92來吸入調(diào)溫空氣通路94中。各個相應風扇123還構(gòu)造成經(jīng)由對應的過濾器系統(tǒng)90(包括疏水過濾器100)吸入調(diào)溫空氣92,以產(chǎn)生過濾的調(diào)溫空氣102。與各個風扇123相關聯(lián)的相應促動器124構(gòu)造成調(diào)整風扇123的操作,以調(diào)整經(jīng)由對應的平行且中間的流動路徑120至調(diào)溫空氣集管122的過濾的調(diào)溫空氣102的壓力和/或流速。
為了允許對穿過路徑120的調(diào)溫空氣流的進一步控制,各個路徑120均還可包括相應的流動控制裝置126(例如,流動控制閥或阻尼器128和相關聯(lián)的促動器130)。例如,風扇123可用于粗流動控制,而流動控制裝置126可用于細控制。此外或作為備選,流動控制裝置126可構(gòu)造成關閉閥,其構(gòu)造成響應于接收到關閉信號(例如,來自tacs104或一些其它控制裝置)來閉合對應的平行且獨立的流動路徑120且停止流體流動。
為了提供對提供至排氣處理系統(tǒng)22的調(diào)溫空氣的監(jiān)測,調(diào)溫空氣系統(tǒng)50還可包括沿調(diào)溫空氣通路94設置的多種傳感器132。在圖2的所示實施例中,一個或更多個傳感器沿平行且獨立的流動路徑120定位。為了簡化,僅一個傳感器132示為定位在各個流動路徑120上。然而,所示傳感器132旨在表示包括一個或更多個溫度傳感器(例如,熱電偶)、流量計、壓力傳感器、水傳感器、化學分析器(例如,氣相色譜儀或類似的分離和分析裝置),或它們的任何組合的傳感器的任何一個或組合。各個傳感器132均可例如包括配置成測量調(diào)溫空氣的參數(shù)的換能裝置,以及配置成提供關于調(diào)溫空氣的感測參數(shù)的外部指示的指示裝置。
通過非限制性實例的方式,某些傳感器132可定位在過濾器系統(tǒng)90下游和風扇123下游,其允許提供至調(diào)溫空氣集管122之前的過濾的調(diào)溫空氣102的監(jiān)測,以及來自各個平行且獨立的流動路徑120的輸出的單獨基礎上的監(jiān)測。監(jiān)測過濾器系統(tǒng)90的下游還可允許關于過濾器系統(tǒng)90的效率的確定,諸如其健康狀態(tài),以及與估計的使用時間或估計的剩余可用時間的關聯(lián)。
按照本公開內(nèi)容的某些方面,傳感器132中的某一些的輸出可通過tacs104關聯(lián)至疏水過濾器100的狀態(tài)。例如,定位在過濾器系統(tǒng)90的上游和下游的水和濕氣傳感器可通過確定過濾的調(diào)溫空氣102關于環(huán)境空氣30的水減少水平來提供關于疏水過濾器100是否適當操作的指示。類似地定位的化學分析器可提供關于某些堿金屬和/或含鹵化物的化合物通過過濾器系統(tǒng)90的疏水過濾器100減少的水平的指示。
壓力和/或流速變化可關于過濾器系統(tǒng)90的操作或狀態(tài),且在一些實施例中,更具體地是過濾器系統(tǒng)90的部分,諸如疏水過濾器100。如圖所示,調(diào)溫空氣系統(tǒng)50可包括傳感器134,其具有定位在過濾器系統(tǒng)90上游和下游的納入點(tap-inpoint),以確定跨過各個相應過濾器系統(tǒng)90的調(diào)溫空氣的流速的壓降或壓力變化。
傳感器132,134可通信地聯(lián)接到tacs104上,其可按照編程和儲存在存儲器107上且由處理器105執(zhí)行的一個或更多個指令(例如,算法)集來執(zhí)行各種控制例行程序。tacs104可包括配置成與傳感器132,134通信且處理從傳感器132,134接收到的輸入來生成用于控制例行程序的輸入的任何適合的通信裝置(例如,輸入/輸出裝置)。例如,傳感器132,134可具有有線或無線通信能力,且tacs104可按照適合的協(xié)議與傳感器132,134通信。例如,tacs104可執(zhí)行(例如,經(jīng)由計算和/或通過發(fā)送控制輸出)某些診斷和控制例行程序。實際上,在某些實施例中,tacs104可使壓力和/或流速變化關聯(lián)過濾器系統(tǒng)90的狀態(tài),諸如疏水過濾器100的狀態(tài)。tacs104還可基于來自傳感器132,134的輸出與疏水過濾器100的特定構(gòu)造之間的各種關聯(lián)來確定疏水過濾器100和/或整個過濾器系統(tǒng)90是否在預期參數(shù)內(nèi)操作。如下文所述,此確定也可使用其它輸入來執(zhí)行。
另外,響應于基于從傳感器132,134接收到的輸入的某些確定,tacs104可執(zhí)行各種控制動作來調(diào)整調(diào)溫空氣系統(tǒng)50的操作參數(shù)。為了提供所示實施例中的此控制,tacs104可分別通信地聯(lián)接到風扇123a,123b,123c的促動器124a,124b,124c上,分別聯(lián)接到流動控制裝置126a,126b,126c的促動器130a,130b,130c上,或它們的任何組合。響應于確定沿相應通路120中的一個的調(diào)溫空氣的流速和/或壓力的變化可為適合的,tacs104可提供輸出,其影響適合的促動器或多個促動器(例如,促動器124和/或促動器130)來調(diào)整風扇123和/或閥128的操作。例如,tacs104可將輸出發(fā)送至促動器124,130中的任何一個或組合,以停止調(diào)溫空氣沿通路120中的一個或更多個的流動,以保持一個通路備用或用于維護。類似地,例如,tacs104可將輸出發(fā)送至促動器124,130中的任何一個或組合,以開始沿通路120中的一個的流動,以在備用或在維護之后(例如,在過濾器系統(tǒng)90上維護之后)使通路120聯(lián)機。tacs104還可沿通路120調(diào)整調(diào)溫空氣的流速和/或壓力,以解決將期望量的冷卻提供至排出氣體44所需的過濾的調(diào)溫空氣102的量的變化。換言之,tacs104可提供輸出來促動風扇123和/或流動控制裝置126中的一個或更多個,以響應于確定疏水過濾器100的狀態(tài)在預定參數(shù)集外來改變穿過過濾器系統(tǒng)90的調(diào)溫空氣的流動。tacs104可執(zhí)行此控制,同時還控制將過濾的調(diào)溫空氣102引入導管52中,以提供足以將排出氣體44冷卻至對應于與scr催化器46相關聯(lián)的催化溫度范圍的溫度范圍的過濾的調(diào)溫空氣102的量。
為此,tacs104還可在以調(diào)溫空氣冷卻之前、以調(diào)溫空氣冷卻之后和/或在scr催化器46處處理為前饋或反饋輸入之后監(jiān)測排出氣體44的各種方面。tacs104可在構(gòu)造成確定調(diào)溫空氣集管輸出121的適當流動(即,壓力和流速)的控制方案中使用前饋或反饋輸入。
為了提供關于排出氣體44輸入和允許關于過濾器系統(tǒng)90(更具體而言,疏水過濾器)的確定,所示排氣處理系統(tǒng)22包括定位和構(gòu)造成在系統(tǒng)22內(nèi)的各個級處將關于排出氣體44的信息提供至tacs104的一定數(shù)目的傳感器。例如,傳感器可共同地或獨立地提供關于排出氣體44的壓力、流動、溫度和/或成分信息。舉例來說且如圖所示,定位在調(diào)溫空氣噴射柵格68上游的第一排出氣體傳感器140可將關于排出氣體44的第一輸入提供至tacs104。第一輸入可大體上為任何參數(shù),但在某些實施例中,是關于經(jīng)歷與調(diào)溫空氣70的熱交換之前的排出氣體44的流動參數(shù)和/或排出氣體44的溫度。因此,tacs104可將該輸入用作用于確定由調(diào)溫空氣噴射柵格68提供的調(diào)溫空氣70的流動和/或溫度的前饋輸入。
第二排氣傳感器142可定位和構(gòu)造成監(jiān)測調(diào)溫空氣噴射柵格68下游但在scr催化器46上游(例如,緊接在上游)的排出氣體44、還原劑80和調(diào)溫空氣70(大體上繪制為箭頭144)的混合物的溫度。由第二排氣傳感器142提供的溫度輸入可為tacs104的重要反饋。例如,通常將期望的是,混合物144的溫度在scr催化器46能夠在穩(wěn)定操作中經(jīng)得起的溫度范圍內(nèi)。因此,如果混合物144的溫度在該范圍外,則tacs104可確定經(jīng)由調(diào)溫空氣噴射柵格68提供的調(diào)溫空氣70的流動的調(diào)整可為適合的。
按照本實施例,tacs104可構(gòu)造成使用來自排氣處理系統(tǒng)22內(nèi)的某些傳感器的信息來評估scr催化器46上的調(diào)溫空氣的效果,且繼而可使用這個來控制使用過濾器系統(tǒng)90的方式。例如,如圖所示,第三排氣傳感器146可具有scr催化器46上游和下游的納入處,以確定跨過催化器46的排出氣體的壓力和/或流速的變化。在壓力和/或流速的變化未在指定或另外可接受的范圍內(nèi)的情形中,tacs104可確定scr催化器46并未適當?shù)夭僮?,或已?jīng)經(jīng)歷不利地影響壓力和/或流動的物理退化量。例如,tacs104可將表示scr催化器46的退化的此反饋用作過濾器系統(tǒng)90中的一個或更多個可能未起作用來從調(diào)溫空氣70(見圖1)除去期望量的催化器毒物的指示物。
一個或更多個傳感器還可配置成監(jiān)測scr催化器46下游的一個或更多個點處(例如,排氣器60內(nèi))的排出氣體的成分。在某些實施例中,tacs104可使用該反饋作為對調(diào)溫空氣控制算法的輸入。例如,在所示實施例中,排氣處理系統(tǒng)22包括配置成測量經(jīng)由排氣器60從系統(tǒng)10排放的排出氣體中的nox的水平的nox傳感器150。所示排氣處理系統(tǒng)22還包括配置成測量經(jīng)由排氣器60排放的排出氣體中的未反應氨的氨傳感器152。
為了提供對排氣器60中的排出氣體(即,排放的排出氣體)中的這些成分的相對濃度的控制,排氣處理系統(tǒng)22還可包括連續(xù)的排放監(jiān)測系統(tǒng)(cems)154。如圖所示,cems154配置成接收來自nox傳感器150和氨傳感器152的反饋,且使用此反饋來調(diào)整scr系統(tǒng)48的氨噴射或其它方面。為了允許此控制,cems154可包括相關聯(lián)的處理裝置156和存儲器裝置158。cems154可包括如上文參照tacs104所述的相似類型的裝置,但可包括不同的編程,且因此算法結(jié)構(gòu)。而且,cems154和tacs104可一起實施為模塊(例如,電路或單獨的軟件應用)或較大控制系統(tǒng)的相似部分,諸如控制燃氣輪機10的大部分或所有操作方面的操作的控制系統(tǒng)。
還如圖所示,cems154和tacs104可通信地聯(lián)接到彼此上。tacs104可使用由cems154獲得的信息作為對調(diào)溫空氣流動控制算法的進一步輸入。例如,tacs104可調(diào)整風扇123和/或流動控制裝置128中的一個或更多個的操作來調(diào)整流動。
此外或作為備選,tacs104可使用來自cems154的信息來確定使用中的過濾器系統(tǒng)90的狀態(tài)。例如,cems154可確定scr催化器46并未在預定參數(shù)集內(nèi)操作(例如,催化活性未在預定范圍內(nèi))。該確定可通過響應于排放的排出氣體中的感測的nox水平和/或氨水平在預定(例如,可接受)范圍外來執(zhí)行的例行程序而作出。響應于確定scr催化器46未按預期操作,tacs104繼而可執(zhí)行某些診斷例行程序來識別包括疏水過濾器100的過濾器系統(tǒng)90是否按預期操作。在過濾器系統(tǒng)90并未按預期操作的情形中,tacs104可執(zhí)行某些校正動作,或可提供針對過濾器維護適合的用戶可察覺的指示。
過濾器系統(tǒng)90的操作可參照圖3來進一步認識到,圖3為具有多個過濾級170的過濾器系統(tǒng)90的實施例的側(cè)立面視圖。如圖3中所示,過濾器系統(tǒng)90包括三個級,但按照本公開內(nèi)容構(gòu)造的過濾器系統(tǒng)90可包括任何數(shù)目的級,包括作為級的疏水過濾器100。在某些實施例中,可使用僅兩個級(例如,除諸如干或粗顆粒過濾的另一個級外,疏水過濾器100作為一級)。在更進一步的實施例中,僅疏水過濾器可用于過濾環(huán)境空氣30(作為環(huán)境空氣吸入)。
更具體而言,過濾器系統(tǒng)90包括多個過濾級170,諸如分離器172(例如,水分離器,諸如導葉分離器)、預濾器174和疏水過濾器100。在某些實施例中,分離器172可不存在。過濾器殼體176覆蓋和支承(例如,收納)多個過濾級170,且在所示實施例中,包括調(diào)溫空氣入口96。過濾器殼體176可為導管(倉室)形式,其構(gòu)造成接收環(huán)境空氣30來作為調(diào)溫空氣,且使調(diào)溫空氣沿調(diào)溫空氣通路94流過多個過濾器級170以產(chǎn)生過濾的調(diào)溫空氣102。如上文所述,調(diào)溫空氣102最終輸送至排氣處理系統(tǒng)22。在某些實施例中,與過濾器殼體176相關聯(lián)的調(diào)溫空氣入口96包括構(gòu)造成允許調(diào)溫空氣入口96的覆蓋(例如,閉合)的多個蓋或?qū)~178。在更進一步的實施例中,蓋或?qū)~178可以是可移動的,(例如,通過促動器180)來調(diào)整入口流。作為另一個實例,蓋或?qū)~178可代表或包括定位在調(diào)溫空氣入口96處的防風雨罩,其構(gòu)造成阻止雨水和類似的環(huán)境元素進入過濾器殼體176中。
在多個過濾級170中,分離器172可提供用于過濾器系統(tǒng)90的除水的第一級,但在一些實施例中,可不存在。分離器172可包括能夠通過微滴成核來從調(diào)溫空氣除去水的任何適合的材料。例如,分離器172可構(gòu)造成便于具有特定尺寸范圍的氣霧劑微滴的水滴成核,且除去總進入水量。過濾器系統(tǒng)90的除水特征(未示出)可從過濾器系統(tǒng)90充分地除去成核或合并的水滴(例如,從與分離器172和/或疏水過濾器100相關聯(lián)的排水口)。
預濾器174定位在分離器172與疏水過濾器100之間,且構(gòu)造成延長疏水過濾器100的壽命,例如,通過過濾干顆粒(諸如灰塵、污垢和其它粗顆粒)。預濾器174可認作是代表在由疏水過濾器100過濾之前除去大(例如,粗)顆粒的較大部分的多個級170中的第二個。換言之,過濾器174可為由任何數(shù)目的不同材料(例如,纖維、填充材料)形成的基于尺寸的過濾器。
如圖所示,疏水過濾器100設置在預濾器174下游。如上文所述,疏水過濾器100構(gòu)造成從調(diào)溫空氣除去吸濕、易潮解和潮解的材料。舉例來說,疏水過濾器100可包括涂布適合的疏水材料(諸如含氟聚合物(例如,ptfe))的玻璃纖維,或可包括膨體ptfe膜片,或這些或其它適合的疏水材料的任何組合。在此方面,疏水過濾器100構(gòu)造成不但除去含水材料,而且還除去在其它情況下將經(jīng)過基于尺寸的過濾器的細鹽顆粒。疏水過濾器100可促進水滴合并,這可由過濾器系統(tǒng)90的除水特征(未示出)除去。在某些實施例中,疏水過濾器100能夠除去大于20微米尺寸的基本所有水滴,且能夠除去大于1微米尺寸的基本所有鹽顆粒。在一個實施例中,除去的鹽和水可作為鹽水移除。
過濾器系統(tǒng)90的出口182(例如,通向調(diào)溫空氣通路94的倉室)在某些實施例中可包括過渡區(qū)段184。過渡區(qū)段184可具有截頭圓錐幾何形狀,其便于朝調(diào)溫空氣通路94的各種流動控制裝置的流動。
如上文所述,tacs104可連同過濾器系統(tǒng)90(尤其包括疏水過濾器100)執(zhí)行監(jiān)測和控制方案,以向調(diào)溫空氣提供期望低水平的scr催化器毒物。tacs104大體上連同彼此執(zhí)行此監(jiān)測和控制方案。
舉例來說,監(jiān)測方案的一個實施例可包括單獨或與排氣流信息和調(diào)溫空氣流信息組合來監(jiān)測處理的排出氣體中的nox和/或氨的水平,作為關于過濾器系統(tǒng)90的狀態(tài)的反饋(例如,其性能)。具體而言,在某些實施例中,tacs104可使表示通過scr催化器46的降低的催化效率的反饋與疏水過濾器100的過濾效率關聯(lián)(例如,定量歸屬)。即,由于疏水過濾器100構(gòu)造成調(diào)溫空氣中的催化器毒物的主過濾器,故調(diào)溫空氣的存在下的降低的催化活性的指示可具體歸因于疏水過濾器100的降低的效率。例如,在一個實施例中,降低的催化活性與疏水過濾器的操作方面的關聯(lián)可排除其它可能效應物完成,諸如排除由其它過濾級降低的性能。然而,在其它實施例中,可在考慮其它可能的效應物的同時進行此關聯(lián)。
響應于確定特定通路120(見圖2)的疏水過濾器100并未適當?shù)刈饔?,tacs104可執(zhí)行某些校正動作和/或診斷例行程序。例如,tacs104可通過使附加的平行且獨立的流動路徑120聯(lián)機來執(zhí)行校正動作。這可包括開啟附加平行且獨立的路徑120的調(diào)溫空氣入口96,且將環(huán)境空氣30經(jīng)由其相關聯(lián)的疏水過濾器100吸入路徑120中。在基本相同的時間,tacs104可減少或完全停止表示為未在其預定參數(shù)集內(nèi)起作用的穿過疏水過濾器100的調(diào)溫空氣流。換言之,如果tacs104確定例如來自第一路徑120a的調(diào)溫空氣70有不可接受的高水平催化器毒物,則tacs104可使附加流動路徑(諸如第二路徑120b或第三路徑120c)聯(lián)機,且可同時降低穿過第一路徑120a的空氣的流速。通過降低流速但使附加流聯(lián)機,可仍滿足排出氣體44的冷卻需要。
tacs104還可執(zhí)行除結(jié)合排出氣體44的那些外或與其分開的其它診斷例行程序。例如,響應于確定第一過濾器系統(tǒng)90a(具體是其疏水過濾器100)可能未適當?shù)仄鹱饔?,tacs104可通過第一過濾器系統(tǒng)90a執(zhí)行各種調(diào)溫空氣流動調(diào)整,且可監(jiān)測調(diào)溫空氣流如何受影響(例如,通過監(jiān)測調(diào)整流動時壓力和/或流速如何變化的剖面)。如果流動剖面并非充分類似于預期的流動剖面,則tacs104可確定疏水過濾器100受阻或另外需要維護。tacs104可針對此效果提供用戶可察覺的指示(例如,經(jīng)由用戶界面)。
本發(fā)明的技術效果包括但不限于噴射到排出氣體中的調(diào)溫空氣的改善的過濾。改善的過濾可降低存在于調(diào)溫空氣內(nèi)的某些scr催化器毒物的相對水平,由此改善scr催化器的操作壽命和nox從排出氣體的相關聯(lián)的除去。
本書面描述使用了實例來公開本發(fā)明(包括最佳模式),且還使本領域的任何技術人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明,包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng),以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定,且可包括本領域的技術人員想到的其它實例。如果此類其它實施例具有并非不同于權(quán)利要求的書面語言的結(jié)構(gòu)元件,或如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件,則期望此類其它實例在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。