专利名称：用于减少由涡轮机械产生的硫氧化物排放的系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及于2007年10月30日提交的共同受让的美国专利申 请11/928，038[GE案巻目录227348]。本发明涉及从涡轮机械排放的排 气，更具体地说涉及在将排气再循环回到涡轮机械中之前用于减少排 气中的硫氧化物的系统。
背景技术：
人们对于氮氧化物(以下为NOx)和二氧化碳(以下为"C02")以及硫 氧化物(SOx)排放对环境的长期影响的担忧日渐增加。由涡轮机械例如 燃气涡轮机排放的排放物的可容许水平被严格地限制。涡轮机械的操 作员期望有降低NOx、 C02和SOx排放水平的方法。
在排气流中存在极大量的可凝结的蒸汽。这些蒸汽通常包含各种 成分，例如水、酸、醛、烃类、硫氧化物和氯化合物。在未处理的情 况下如果容许这些成分进入燃气涡轮机中的话，将加速内部构件的腐 蚀和结祐。
排气再循环(EGR)通常涉及将排放的排气的一部分通过涡轮机械 的入口部分进行再循环，在燃烧之前这一部分排气在入口处与进入的 气流相混合。这个过程有利于去除和分离浓缩的C02，并且还降4氐了 NOx和SOx的排放水平。
当前已知的EGR系统存在一些问题。排气中的杂质和湿气阻碍 了使用简单的再循环回路来减少排放物，例如SOx排放物的产生。直 接将排气引向涡轮机械的入口部分将会引起涡轮结垢、腐蚀和内部涡 轮机械构件的加速磨损。因此在与进入空气混合之前，应该对转向的 排气进行处理。出于前述原因，需要一种用于减少再循环的排气流中的SOx排放
水平的系统。该系统将最大限度地减小排气流中的有害成分对涡轮机 械构件的影响。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种系统，其用于减少至少一
个涡轮机械100的至少一个排气流165中排放的硫氧化物(SOx)，其包 括入口部分和排气部分；该系统包括提供至少一个排气再循环系统 (EGR)150,其包括至少一个EGR风扇167和上游热交换器300,其中 该至少一个EGR150可以/人该至少一个涡轮4几械100的排气部分才妄 收第一温度下的至少一个排气流165;其中该至少一个排气流165包 括第一水平下的SOx;将SOx降低至第二水平；并容许至少一个排气 流165在第二温度下进入入口部分；并且其中该至少一个排气流165 是离开该至少一个涡轮机械100的总的排气流147的一部分；而且其 中上游热交换器300定位在至少一个EGR风扇167的上游。
该排气再循环系统150可将至少一个排气流165中的成分从第一 水平降低至第二水平，其中这些成分包括NOx、 C02、水、氯离子、 酸、醛、烃类中的至少一种或其组合。
该系统还可包括至少一个EGR风门155，其用于使离开至少一个 涡轮机械100的总的排气流147中的至少一个排气流165转向。
该系统还可包括至少 一个余热蒸汽发生器(HRSG)200,其安装在 涡轮机械100的排气部分的下游，以及上游热交换器300的上游；其 中至少一个排气流165从至少一个涡轮机械100的排气部分流向至少 一个HRSG200的入口部分，之后/人至少一个HRSG200的出口部分流 向上游热交换器300的入口部分。
SOx的第一水平可包括^換重量计算大约10ppb至大约100ppb的范 围。另外，SOx的第二水平可包括按重量计算大约O.lppb至大约20ppb 的范围。该系统还可包括至少一个洗涤器170,其包括入口部分和出口 部分；其中该至少一个洗涤器170的入口部分从上游热交换器300的 出口部分接收至少一个排气流165;并且该至少一个洗涤器170的出 口部分容许该至少一个排气流165流向至少一个EGR风扇167的入 口部分；并且所述至少一个洗涤器170可以接收至少一个排气流165; 并将该至少一个排气流165中的成分^^人第一水平降低至第二水平，其 中这些成分包括NOx、 C02、水、氯离子、酸、醛、烃类中的至少一 种或其组合；以及下游热交换器220;其中下游热交换器220定位在 至少一个洗涤器170的出口部分的下游，以及EGR风扇167的上游； 并且其中下游热交换器220降低该至少一个排气流165的温度；其中 离开至少一个上游热交换器300的至少一个排气流165的温度大约为 120华氏度至大约150华氏度；且离开至少一个下游热交换器220的 至少一个排气流165的温度大约为60华氏度至大约100华氏度。该 系统的至少一个洗涤器170可利用包括淡水、海水或其组合的洗涤流 体172,174。
或者，该系统还可包括至少一个洗涤器170，其包括入口部分 和出口部分；其中至少一个洗涤器no的入口部分从上游热交换器300 的出口部分接收至少一个排气流165;并且其中该至少一个洗涤器170 的出口部分容许该至少一个排气流165流向至少一个EGR风扇167 的入口部分；并且该至少一个洗涤器170可以接收至少一个排气流 165,其包括第一水平下的硫氧化物排放物；并将该至少一个排气流 165中的成分从第一水平降低至第二水平，其中这些成分包括NOx、 C02、水、氯离子、酸、醛、烃类中的至少一种或其组合；旁路烟囱 230连接在至少一个涡轮机械100的排气部分的下游和HRSG200的上 游；其中旁路烟囱230与EGR系统形成一体；并且多个气门 240,242,244,246与旁路烟囱230形成一体，以防止所述至少一个排气 流165的回流。这里，该至少一个洗涤器170利用包括淡水、海水或 其组合的洗涤流体172,174。
图1是根据本发明一个实施例的示意图 排放的系统的一个示例。
图2是根据本发明第二实施例的示意图 排放的系统的一个示例。
图3是根据本发明第三实施例的示意图 排放的系统的一个示例。
图4是根据本发明第四实施例的示意图 排放的系统的一个示例。
图5是根据本发明第五实施例的示意图 排放的系统的一个示例。
图6是根据本发明第六实施例的示意图 排放的系统的一个示例。
部件列表
涡轮机械 100
压缩4几 110
轴 120
进气 125
燃烧系统 130
燃料 135
燃烧气体 140
涡轮 145
总的排气流 147
排气再循环系统(EGR) 150
EGR气门 155
非再循环的排气 160
其显示了用于减少SO: 其显示了用于减少SO: 其显示了用于减少SO: 其显示了用于减少SO: 其显示了用于减少SO: 其显示了用于减少SO:排气流165
EGR风扇167
洗涤器170
洗涤器流体172, 174
水净化装置177
再循环槽180
再循环槽排》丈182
HRSG200
过滤器210
下游热交换器220
下游冷却流体222,224
旁路烟囱230
气门240,242,244,246
上游热交换器300
上游冷却流体302,30具体实施例方式
以下优选实施例的详细i兌明参照了附图，其显示了本发明的特定
的实施例。其它具有不同结构和操:作的实施例并没有脱离本发明的范 围。
某些用语在这里只是出于方便读者的目的而使用的，不应被认为 是对本发明范围的限制。例如，如"上"、"下"、"左"、"右"、 "前，，、"后"、"顶部"、"底部"、"水平"、"垂直，，、"上 游"、"下游"、"前部"、"后部"等词语，都仅仅是描述图中所 显示的构造。实际上，本发明一个实施例的元件或多个元件可沿任何 方向定向，并且这些用语因此应被理解为包含了这种变化，除非另有 规定。
本发明的 一个实施例采用 一种系统的形式，其可通过^f吏至少 一个涡轮机械的一部分排气再循环而降低SOx排放水平；该部分排气可在 重新进入涡轮机械之前与进气相混合，而不影响设备的可靠性和可用 性。
本发明具有降低SOx、 NOx、浓缩的C02以及其它有害成分水平 的技术效果，所有这些成分都可能是排气的一部分(后文中称之为"排 气流"等)。这些水平可从第一水平降低至第二水平。本发明可将两种 方法结合在一起，这两种方法用于降低SOx、 NOx、浓缩的C02以及 其它有害成分的水平。
本发明可将排气流的温度降低至可使前述成分冷凝之后除去的 饱和温度。本发明还可降低排气流的温度，并在排气流温度下使用洗 涤工艺(等)。
本发明可应用于各种产生气态流体的涡轮机械，例如但不局限于 重型燃气涡轮机；航空派生燃气涡轮机(aero-derivative gas turbine)等 (以下被称为"燃气涡轮机")。本发明的一个实施例可应用于单个燃 气涡轮机或多个燃气涡轮机。本发明的 一个实施例可应用于以简单循 环或复合循环结构进行运行的燃气涡轮。
总地说来，本发明 一个实施例的排气再循环系统包括多个元件。 这些元件的构造和顺序可由排气的成分和所用冷却流体的类型来确 定。总地说来，包括排气再循环过程的步骤是冷却、减少成分和混 合。当利用本发明时，与进气混合的转向气体可以被导入涡轮入口而 不造成损害。如以下所述，具有多个可用于完成排气处理的装置。
如以下所述，本发明的一个实施例可利用至少一个EGR风扇和 上游热交换器；至少一个EGR风扇、上游热交换器和至少一个洗涤 器；或至少一个EGR风扇、上游热交换器、至少一个洗涤器和至少 一个下游热交换器。
本发明的任何实施例都可包括多个气门，它们可防止排气流回流 到涡轮机械的一部分中。另外，任何实施例还可包括至少一个喷射器 和至少一个湿式静电滤尘器，该喷射器可引入试剂，以降低排气流中有害成分的水平；该湿式静电滤尘器用于除去包括亚硫酸盐粒子的前 述成分。
虽然本发明描述了使用至少一个洗涤器来除去SOx化合物，并可 能用于降低排气流的温度，但也可使用其它装置。例如，但不限于其 它吸收容器包括喷淋塔、蒸发气体调节塔等等，其可用于执行洗涤 器的功能。
在以下描述的本发明的实施例中，洗涤器可使用一种洗涂流体， 该洗涤流体可包括淡水、海水或其组合。
总地说来，海水的成分在独立的来源之间及其中都是动态的。海 水的碱性变化可能影响除去SOx的效率，并且还可能影响洗涤器中所 用流体(以下"洗涤流体")的流率。为了最大限度地减小洗涤流体特 性对EGR150的性能的影响，本发明的一个实施例可在引入至少一个 洗涤器170之前将海水和淡水混合起来。混合的流体可最大限度地减 小海水成分变化的影响。
本发明的元件，例如但不限于EGR风扇、洗涤器和热交换器， 可由任何材料制成，其可承受EGR系统在其中可起作用并运转的运 行环境。
现在参看附图，各标号代表遍及若干视图中相似的元件，图l是 根据本发明一个实施例的示意图，其显示了用于减少SOx排放的系统 的一个示例。图1显示了燃气涡轮机100、余热蒸汽发生器(HRSG)200 和排气再循环系统150。
或者，排气再循环系统150可用于定位在不具有HRSG200的场 所的燃气涡轮机100上。
燃气涡轮机100包括具有轴120的压缩机110。空气于125处进 入压缩机的入口，被压缩机110压缩，之后排放至燃烧系统130,在 这里例如但不限于天然气的燃料135燃烧，以提供高能量的燃烧气体， 该燃烧气体驱动涡轮145。在涡轮145中，热的燃气能量被转化为功， 某些功用于通过轴120来驱动压缩才几110,而剩余部分可用于驱动负载(未显示)的有效功。
如图1中所示，排气再循环系统150包括至少一个EGR气门155; 至少一个上游热交换器300;以及至少一个EGR风扇167。
至少一个EGR气门155可将总的排气流147按比例在非再循环 的排气160和至少一个排气流165之间分配。至少一个EGR气门155 可具有某一尺寸，并且由能够承受至少一个排气流165的物理特性的 材料制成，例如，但不限于大约10000 Lb/hr至大约50000000 Lb/hr 的流率和大约100华氏度至大约1500华氏度的温度。
燃气涡轮机100的操作员可基于至少一个排气流165的所需流率 而确定至少一个EGR气门155的位置。该至少一个排气流165可乂人 该至少一个EGR气门155的下游流向至少一个上游热交换器300的 入口部分。
至少一个上游热交换器300可定位在至少一个EGR气门155的 下游，并且可接收离开EGR气门155的至少一个排气流165。至少一 个上游热交换器300和至少一个下游热交换器220(图1中未显示)可单 独或级联(in tandem)工作以将至少一个排气流165的温度降低到饱和 温度以下。这可容许至少一个排气流165的一部分冷凝(以下称"冷凝 物")，其可包括上述有害成分。各热交换器220,300均包括冷凝物收 集系统(未显示)，该系统容许除去被冷凝物捕获的微粒。
因此，至少一个上游热交换器300可将至少一个排气流165冷却 至大约60华氏度至大约IOO华氏度的范围内。
至少一个上游热交换器300可接收并排^:上游冷却流体302,304; 如所讨论的，该流体可为如下类型，其容许为降低至少一个排气流165 的温度而达到所需传热量。
至少 一个EGR风扇167用于克服EGR系统150的压力差。因而， 至少一个EGR风扇167可容许至少一个排气流165流过整个EGR系 统150。至少一个洗涤器170还可除去至少一个排气流165中的SOx 排放物的一部分，将其从第一水平降低至第二水平。在本发明的一个实施例中，至少一个涡轮机械的操作员可确定第二水平的要求。
在流过至少一个EGR风扇167之后，至少一个排气流165可向 下游流向压缩才几110。之后排气再循环系统150可在压缩冲几110扭3亍 压缩之前将进气125和至少一个排气流165混合起来。
在使用过程中，本发明的上述实施例的排气再循环系统150在燃 气涡轮机100的运行期间起作用。EGR气门155可定位成容许至少一 个排气流165的所需流率，并且非再循环的排气160可流过排气烟囱 等(未显示)。然后该至少一个排气流165可向下游流过至少一个上游 热交换器300,如上所述。在至少一个上游热交换器300中，可将至 少一个排气流165的温度降低到容许将SOx排放从第一水平降低至第 二水平的温度范围内。之后该至少一个排气流165可流向至少一个 EGR风扇167，然后向下游流入压缩机110。
以下论述并在图2至图5中显示的本发明的备选实施例，其改变 了至少一个排气流165的流动路径和排气再循环系统150的结构。各 个实施例论述将着重于和上面论述的实施例的差异。
图2是才艮据本发明第二实施例的示意图，其显示了用于减少SOx 排放的系统的一个示例。如图2中所示，该第二实施例和第一实施例 之间的主要差异是至少一个上游热交换器300的位置。在此第二实施 例中，至少一个上游热交换器300可定位在HRSG200的下游，并位 于至少一个EGR气门155的上游。这种结构可容许从总的排气流147 中提取更大的热量。然后非再循环的排气160可用于其它地方，例如， 但不限于可产生用于加工和/或发电用的蒸汽的锅炉。
图3是才艮据本发明第三实施例的示意图，其显示了用于减少SOx 排放的系统的一个示例。在本发明的该第三实施例中，排气再循环系 统150可包括至少一个EGR气门155;至少一个上游热交换器300; 至少一个洗涤器170;再循环槽180;和至少一个EGR风扇167。
该至少一个EGR气门155和至少一个上游热交换器300可如之 前所述起作用。洗涤器系统(后文中称为"洗涤器")通常被认为是一种空气污染 控制装置，其可除去工业排气流中的颗粒和/或其它排放物。洗涤器可 使用"洗涤工艺"等，包括液体以"洗去，，气流中不需要的污染物。
如所封论的，至少一个洗涤器170可接收并然后排出洗涤流体 172,174;洗涤流体可为容许降低至少一个排气流165的温度所需要的 热传递的类型。洗涤流体172,174通常吸收所述至少一个排气流165 中有害成分的一部分。
在本发明的该第三实施例中，洗涤流体172,174可以是淡水。淡 水可由自然水源提供，例如，但不限于淡水湖或井。淡水还可由政府 水源提供，例如，但不限于城市用水系统等。
在本发明的一个实施例中，至少一个洗涤器170可水平地定位， 这可容许以经济且有效的方式处理大量的至少一个排气流165。与类
似的竖直定位的洗涂器相比，水平状态定位的洗涤器170还可更为廉 价地制造，更易于安装，而且维护更为廉价。
在本发明的一个实施例中，该至少一个洗涤器170可将SOx排放 从第一水平降低至第二水平。例如但不局限于，SOx的排放降低可包 括在大约10ppb至大约100ppb重量范围内的第一水平；和在大约 O.lppb至大约20ppb重量范围内的第二水平。
至少一个洗涤器170还可除去至少一个排气流165中的多种成分 的一部分，将其从第一水平降低至第二水平。在本发明的一个实施例 中，至少一个涡轮机械的操作员可确定第二水平的要求。这些成分可 包括，例如，但不局限于NOx、 C02、水、氯离子、酸、醛、烃类中 的至少一种或其组合。
排气再循环系统150可能需要至少一个洗涤器170提供高的流 率。在本发明的一个实施例中，可使用再循环槽180来提高洗涤流体 172,174的流率。如图所示，洗涤流体172,174的一部分174可流入再 循环槽180,之后通过管线172而重新进入至少一个洗涤器170中。
才艮据淡水来源的不同，可将至少一个水净化装置177与至少一个洗涤器170或再循环槽180形成一体。该至少一个水净化装置177可 除去可能存在于淡水中的有害内容物。如图所示，至少一个水净化装 置177可定位在洗涤器170的入口部分附近，再循环槽180的入口部 分附近，和/或再循环槽180的排放部分附近。
通过容许来自再循环槽180中的再循环槽排放182用作供给至少 一个上游热交换器300的冷却流体，本发明可减少供给排气再循环系 统150的新鲜水的数量。这里，例如，但不限于再循环槽排放182可 形成进入至少一个上游热交换器300的独立的流动路径。或者，再循 环槽排放182可与上游冷却流体供给路径302相混合。
将再循环槽排放182与至少一个上游热交换器300结合，这可提 高排气再循环系统150的总效率。
如之前所述，在洗涤过程之后，至少一个排气流165可向下游流 向至少一个EGR风扇167。如之前所述，之后排气再循环系统150可 在压缩机IIO执行压缩之前将进气125和至少一个排气流165进行混 合。
在使用中，本发明的上述实施例的排气再循环系统150在燃气涡 轮机100的运行期间起作用。EGR气门155可定位成容许至少一个排 气流165的所需流率，并且非再循环的排气160可流过排气烟自等(未 显示)。如上所述，之后至少一个排气流165可向下游流过至少一个上 游热交换器300。在至少一个上游热交换器300中，可将至少一个排 气流165的温度降低到容许SOx排放从第一水平降低至第二水平的温 度范围内。
接下来，至少一个排气流165随后可流向至少一个洗涤器170。 在该至少一个洗涤器170中，可将该至少一个排气流165的温度P争4氐 至^^包和温度以下。^使用的洗涤流体172,174可流过再循环槽180，在 该再循环槽180处至少一个水净化装置177可除去淡水中的有害成 分。
接下来，至少一个排气流165可向至少一个洗涤器170的下游而流向至少一个EGR风扇167,之后向下游流入压缩4几110。
图4是根据本发明第四实施例的示意图，其显示了用于减少SOx 排放的系统的一个示例。
本发明的该第四实施例和第三实施例之间的关键区别是在该第 四实施例中，将海水而非淡水用作至少一个洗涤器170中的洗涤流体。 在本发明的该第四实施例中，排气再循环系统150可包括至少一个 EGR气门155;至少一个上游热交换器300;至少一个洗涤器170; 至少一个EGR风扇167;和至少一个过滤器210。
所述至少一个EGR气门155和至少一个上游热交换器300可如 之前所述起作用。
如所述，洗涤器可使用"洗涤工艺"等，包括液体以"洗去"气 流中不需要的污染物。利用海水的洗涤器可不需要试剂。相反，使用 海水的碱性或緩冲能力来中和排气SOx。
如所述，该至少一个洗涤器170可水平地定位；并可接收之后排 放洗涤流体172,174;洗涤流体可为容许降低至少一个排气流165的 温度所需要的热传递的类型。在本发明的该第四实施例中，洗涤流体 172,174是海水。
通过容许洗涤流体172,174的排放174作为供给至少一个上游热 交换器300的冷却流体，本发明可减少供给排气再循环系统150的新 鲜水的数量。这里，例如，但不限于，排放174可形成进入至少一个 上游热交换器300的独立的流动路径。或者，排》丈174可与上游冷却 流体供给路径302相混合。
将排放174与至少一个上游热交换器300结合，这可提高排气再 循环系统150的总效率。
如所述,在本发明的一个实施例中，至少一个洗涤器170可将SOx 排放从第一水平降低至第二水平。例如但不限于，SOx的排放减少可 包括在大约10ppb至大约100ppb重量范围内的第一水平；和在大约 O.lppb至大约20ppb重量范围内的第二水平。该至少一个洗涤器170还可除去至少一个排气流165中的多种成 分的一部分，将其从第一水平降低至第二水平。
根据海水来源的不同，可将至少一个水净化装置177与至少一个 洗涤器170形成一体。如所述，该至少一个水净化装置177可除去可 能存在于海水中的有害内容物。如图所示，该至少一个水净化装置177 可定位在洗涤器170的入口部分附近。
如之前所述，在洗涤过程之后，至少一个排气流165可向下游流 向至少一个EGR风扇167。之后排气再循环系统150可向下游流向至 少一个过滤器210，该过滤器210可以是燃气涡轮机100所利用的任 何现有过滤器或过滤器系统的补充，例如，但不限于任何入口过滤器 系统。该至少一个过滤器210可用作除雾器，以除去携带的水，水可 能含有盐和酸，它们可能对燃气涡轮冲几100的入口产生负面影响。该 至少一个过滤器210还可除盐。
海水包括帮助除去SOx的自然产生的盐，。然而，在进入燃气涡 轮机100的压缩机1 IO之前应该从至少一个排气流165中除去这些盐。 该至少一个过滤器210可包括高氯化物成分等，以^更除盐。
如之前所述，在流过至少一个过滤器210之后，该至少一个排气 流165可在压缩机110纟丸行压缩之前与进气125相混合。
在使用中，本发明的上述实施例的排气再循环系统150在燃气涡 轮100的运行期间起作用。EGR气门155可定位成容许至少一个排气 流165的所需流率，并且非再循环的排气160可流过排气烟囱等(未显 示)。之后如上所述至少一个排气流165可向下游流过至少一个上游热 交换器300。在该至少一个上游热交换器300中，可将该至少一个排 气流165的温度降低到容许SOx排放从第一水平降低至第二水平的温 度范围内。
接下来，该至少一个排气流165之后可流向至少一个洗涤器170。 在该至少一个洗涤器170中，可将该至少一个排气流165的温度降低 至饱和温度以下。使用的洗涤流体172,174可流过再循环槽180,在该再循环槽180处至少一个水净化装置177可除去海水中的有害成 分。
接下来，该至少一个排气流165可向至少一个洗涤器170的下游 而流向至少一个EGR风扇167,之后穿过至少一个过滤器210,然后 向下游流入压缩纟几110。
图5是^4居本发明第五实施例的示意图，其显示了用于减少S0X 排放的系统的一个示例。
本发明的该第五实施例的构造可容许爿^人至少一个排气流165中除 去热量，这通过定位在至少一个洗涤器170的上游和下游的多个热交 换器而完成。
在本发明的该第五实施例和第四实施例之间的关键区别是在排 气再循环系统150中包含至少一个下游热交换器220。使用多个热交 换器的好处包括最大限度地减小腐蚀对本实施例中的主热交换器以 及至少一个上游热交换器300的影响。本实施例中的辅助热交换器， 至少一个下游热交换器220可在已经除去大多数有害成分之后进一步 降低至少一个排气流165的温度。此构造可容许比之前所述实施例的 热交换器更小的热交换器。
如图5中所示，利用多个热交换器的另一好处是减少供给排气再 循环系统150的新鲜水的数量。可净化至少一个下游热交换器220的 排放224，之后将其与用于至少一个上游热交换器300的上游冷却流 体302相混合。
在本发明的该第五实施例中，排气再循环系统150可包括至少 一个EGR气门155;至少一个上游热交换器300;至少一个洗涤器170; 至少一个下游热交换器220;至少一个EGR风扇167;和至少一个过 滤器210;除了以下讨论的至少一个下游热交换器220之外，所有这 些之前都已经讨论过。
该至少一个下游热交换器220可定位在至少一个洗涤器170的下 游，并位于至少一个EGR风扇167的上游。该至少一个下游热交换器220可将至少一个排气流165冷却至合理的温度，使得燃气涡轮机 100的性能不会由于热的进气而受到影响。例如，但不局限于，至少 一个下游热交换器220可将至少一个排气流165的温度降低至大约35 华氏度(大概在水点温度之上)至大约100华氏度的范围内。
该至少一个下游热交换器220可接收并之后排放下游冷却流体 222,224;冷却流体可为容许为降#<至少一个排气流165的温度而达到 所需传热量的类型。
如图所示，下游冷却流体222,224的排放224可提供对至少一个 上游热交换器300的冷却流体供给。这里，例如，但不限于，排放224 可形成进入至少一个上游热交换器300的独立的流动路径。或者，排 放224可与上游冷却流体供给路径302相混合。
将排放224与至少一个上游热交换器300结合，这可提高排气再 循环系统150的总效率。
本发明的第五实施例可将至少一个上游热交换器300、至少一个 下游热交换器220以及至少一个洗涤器170的操作结合起来；以分级 除去至少一个排气流165中的热量，并从而降低其温度，如接下来所 述。
在使用中，本发明的该第五实施例的排气再循环系统150在燃气 涡轮机IOO运行期间起作用。如之前所述，EGR气门155可定位成容 许至少一个排气流165的所需流率。之后该至少一个排气流165可向 下游流过至少一个上游热交换器300,该上游热交换器300可将至少 一个排气流165的温度降低至大约120华氏度至大约150华氏度的范 围内。
接下来，如上所述，至少一个排气流165可向下游流向至少一个 洗涤器170。之后，该至少一个排气流165可向至少一个洗涤器170 的下游流动，穿过至少一个下游热交换器220,该下游热交换器220 可将至少一个排气流165的温度降低至大约60华氏度至大约100华 氏度的范围内。接下来，该至少一个排气流165可向至少一个洗涤器170的下游 流向至少一个EGR风扇167，之后穿过至少一个过滤器210,然后向 下游流入压缩4几110。
图6是^^艮据本发明的第六实施例的示意图，其显示了用于减少 S0X排放的系统的一个示例。在本发明的该第六实施例和所有之前实 施例之间的关键区别是在排气再循环系统150中包含多个气门 240,242,244,246和旁路烟自230。该第六实施例的特征可结合到之前 所述的本发明的任何实施例中。
旁路烟囱230和多个气门240,242，244，246可结合至少一个EGR 气门155—起使用，以使排气再循环系统150达到全系统流量。旁路 烟自230和多个气门240,242,244,246可容许从内部通向排气再循环系 统150,并降低该排气再循环系统150的整个冷却时间。旁路烟囱230 和多个气门240，242,244，246还可用于消除燃气涡轮机100的速度和可 操作性与排气再循环系统150的速度和操作性的相互影响。
多个气门240,242,244,246的各气门可包括止回阀；该止回阀可减 少至少一个排气流165回流到燃气涡轮才几100中的可能性。
在排气再循环系统150发生故障期间，气门242和244可以一种 方式运转以保护压缩机110免于吸入排气。当不运转时，气门246可 保护排气再循环系统150免于接收至少一个排气流165。
这里所使用的用语仅仅是为了描述特定实施例的目的，并不意图 要限制本发明。除非上下文中明确地另外指出之外，否则如本文所用 单数形式"一，，、"一个"和"该"意在包括复数形式。还应该懂得 当在本说明书中使用时，词语"包括"指所述特征、整体、步骤、操 作、元件和/或构件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步 骤、操作、元件、构件和/或其群组的存在或增加。
虽然本文已经显示和描述了特定的实施例，但是应该懂得，被计 划以取得相同目的的任何装置都可替代所显示的特定的实施例，并且
本发明在其它环境中也具有其它应用。本申请意图覆盖本发明的任何修改或变化。所附权利要求决非意图将本发明的范围限制在本文所述 的特定的实施例中。
权利要求
1. 一种用于减少包括入口部分和排气部分的至少一个涡轮机械(100)的至少一个排气流(165)中排出的硫氧化物(SOX)的系统；所述系统包括提供至少一个排气再循环系统(EGR)(150)，其包括至少一个EGR风扇(167)和上游热交换器(300)，其中，所述至少一个EGR(150)能够从所述至少一个涡轮机械(100)的所述排气部分接收处于第一温度下的至少一个排气流(165)；其中，所述至少一个排气流(165)包括处于第一水平的SOX；将所述SOX降低至第二水平；并容许所述至少一个排气流(165)在第二温度下进入所述入口部分；且其中，所述至少一个排气流(165)是离开所述至少一个涡轮机械(100)的总的排气流(147)的一部分；且其中，所述上游热交换器(300)定位在所述至少一个EGR风扇(167)的上游。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排气再循环系统(150)将所述至少一个排气流(165)中的成分从第一水平降低至第二水平，其中，所述成分包括NOX、CO2、水、氯离子、酸、醛、烃类中的至少一种或其组合。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排气再循环 系统(150)将所述至少一个排气流(165)中的成分从第一水平降低至第 二水平，其中，所述成分包括NOx、 C02、水、氯离子、酸、醛、烃 类中的至少一种或其组合。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 至少一个EGR气门(155),所述EGR气门(155)用于使离开所述至少一 个涡轮机械(100)的所述总的排气流(147)中的所述至少一个排气流 (165)转向。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 至少 一个余热蒸汽发生器(HRSG)(200)，所述余热蒸汽发生器(200)安装在所述涡轮机械(100)的所述排气部分的下游，以及所述上游热交换 器(300)的上游；其中，所述至少一个排气流(165V人所述至少一个涡轮 机械(100)的所述排气部分流向所述至少一个HRSG(200)的入口部分， 之后从所述至少一个HRSG(200)的出口部分流向所述上游热交换器 (300)的入口部分。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SOx的所述 第一水平包括按重量计算大约10ppb至按重量计算大约100ppb的范 围。
6. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SOx的所述 第二水平包括按重量计算大约o，lppb至按重量计算大约20ppb的范 围。
7. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 至少一个洗涤器(170),其包括入口部分和出口部分；其中，所述 至少一个洗涤器(170)的所述入口部分从所述上游热交换器(300) 的出口部分接收所述至少一个排气流(165);并且其中，所述至少 一个洗涤器(170)的所述出口部分容许所述至少一个排气流(165) 流向所述至少一个EGR风扇(167)的入口部分；并且所述至少一 个洗涤器(170)能够接收所述至少一个排气流(165);且将所述至少 一个排气流(165)中的成分^v第 一水平降^f氐至第 二水平，其中，所述成分包括NOx、 C02、水、氯离子、酸、 醛、烃类中的至少一种或其组合；和 下游热交换器(220);其中，所述下游热交换器(220)定位在所述至 少一个洗涤器(170)的出口部分的下游，以及所述EGR风扇(167) 的上游；并且其中，所述下游热交换器(220)降低所述至少一个排 气流(165)的温度；其中，离开所述至少一个上游热交换器(300)的至少一个排气流 (165)的温度为大约120华氏度至大约150华氏度；并且其中，离开所述至少一个下游热交换器(220)的至少一个排气流(165)的温 度为大约60华氏度至大约100华氏度。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述至少一个洗 涤器(170)利用包括淡水、海水或其组合的洗涤流体(172,174)。
9. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 至少一个洗涤器(170),其包括入口部分和出口部分；其中，所述 至少一个洗涤器(170)的所述入口部分从所述上游热交换器(300) 的出口部分接收所述至少一个排气流(165);并且其中，所述至少 一个洗涤器(170)的所述出口部分容许所述至少一个排气流(165) 流向所述至少一个EGR风扇(167)的入口部分；并且所述至少一 个洗涤器(170)能够接收所述至少一个排气流(165),其包括处于第一水平的硫氧 化物排放物；且将所述至少一个排气流(165)中的成分从第一水平降低至第 二水平，其中所述成分包括NOx、 C02、水、氯离子、酸、 醛、烃类中的至少一种或其组合； 旁路烟囱(230)，其连接所述至少一个涡轮机械(100)的排气部分的 下游和所述HRSG(200)的上游；其中，所述旁路烟囱(230)与所述 排气再循环系统形成一体；和多个气门(240，242,244，246)，其与所述旁路烟自(230)形成一体， 以防止所述至少 一个排气流(l 65)的回流。
10. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述至少一个洗 涤器(170)利用包括淡水、海水或其组合的洗涤流体(172,174)。
全文摘要
本发明涉及用于减少由涡轮机械产生的硫氧化物排放的系统，具体而言，由涡轮机械(100)产生的排气的一部分由排气再循环系统(150)通过入口部分再循环。该系统(150)在再循环之前降低了排气流(165)中的硫氧化物和其它成分的水平。该系统(150)可利用海水、淡水或其组合作为洗涤过程的一部分，以减少硫氧化物以及其它成分。
文档编号F02C3/34GK101429891SQ20081017579
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月6日 优先权日2007年11月8日
发明者A·托普拉尼, P·M·马利, R·J·奇拉, R·W·泰勒, S·德拉珀 申请人:通用电气公司