[发明专利]降低燃气轮机燃烧系统排放的动态控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃烧系统，尤其是一种能降低燃烧系统排放的动态控制系统。

背景技术

减少燃烧系统的排放，特别是温室气体二氧化碳和氮氧化物等空气污染物的排放，一直是有关地球环境的问题中我们最关注的。在传统燃烧系统的工作过程中，多种因素比如动态负载的改变和燃料发热量的快速改变(但不仅限于此)都会出现。当在燃烧系统中使用高稀释剂比例的燃料作为达到低排放的手段时，多种因素比如负载的动态改变以及改变燃料的发热量，就会对扩散焰中的湍流产生我们不希望看到的影响，也就是排放的产物在期望水平以上并熄火。所以，非常需要在燃烧系统(比如电厂的燃烧系统)中提高效率并改进方法以减少这样的排放。

发明内容

为了动态(最好是实时)控制燃烧系统的排放以及保持低排放水平以达到排放法规和其他制度的要求，本发明公开了可以实现这个目的一种系统，一种装置以及一种方法。

在本公开的一个方面，燃烧系统包括一套动态控制系统，它只在燃烧系统工作时运行，并且主动控制稀释剂的流动以保证其可与燃料均匀混合。所述稀释剂是一种在燃烧区域里化学性质不活泼(惰性)的流体，比如氮，二氧化碳，氩，氦和蒸汽等。当稀释剂与燃料均匀混合时，动态控制系统就保持稀释剂的流量在一定速率，这个速率可以让稀释剂和燃料的混合比例保持在我们希望的水平，这样就可以使燃烧系统在使用这种混合燃料时达到期望的低排放水平。

在本公开的另一个方面，本发明还提供了一种可以在燃烧前动态地控制与燃料混合达到均匀浓度的稀释剂的流量的方法。一种优选的方式是，持续监测稀释剂和燃料的流动参数，并用其计算将要混合的稀释剂的流量，这样就可以得到我们期望的稀释剂和燃料比例的混合物。这之后，稀释剂和燃料就会在喷射入燃烧的火焰区域前，完全混合到我们期望的均匀水平(比如超过97.5％)，这样就可以获得最佳的低排放水平(比如氮氧化物的抵排放水平)。

在本公开的另一个方面，动态控制系统保持低排放水平的同时，保持燃烧系统内火焰稳定性。在动态控制系统的优选的实施方式中，在稀释剂和燃料的比例在3.0:1以上保持火焰的稳定性。

在另一方面，提供了一种用于在燃烧系统中降低排放的装置，其包括：动态控制单元，一个或多个用来测量混合物各个组分(比如稀释剂和燃料)的流量参数的传感器，对稀释剂的流量进行物理控制的流量控制器。所述一个或多个传感器负责测量流量参数(比如温度、压力和流速)，然后将数据传送给动态控制单元，由动态控制单元决定稀释剂合适的流量以保证得到的混合物处于期望的稀释剂-燃料比例，进而保证燃烧系统达到低排放水平的标准。这套装置更优选地还配备有静态混合器和程氏旋转叶片(CHENG ROTATION VANE，CRy)，这些装备组合之后的效果就可以使均匀度优选的高于99％以上。

附图说明

本发明所述内容可通过对如下附图的进一步描述而有更直观的理解。

图1：根据本发明示例性实施例的动态控制系统的框图；

图2：全部管路与设备的布置框图的示例，说明系统的内在安全特性满足工业安全法规；

图3：根据本发明令一示例性实施例的动态控制系统的框图；

图4：控制系统的接线图；

图5：示例性实施例中硬件立体图；

图6：氮氧化物和蒸汽—燃料比的函数关系图，其中还包括在不同的混合均匀度水平下的由高一氧化碳排放量带来的稳定性的跳跃；

图7：一氧化碳和蒸汽—燃料比的函数关系图，其中还包括在均匀度为99％时，由高一氧化碳排放量带来的稳定性的跳跃；

图8：氮氧化物排放量、引擎转速、蒸汽—燃料比与时间的函数关系图；

图9：在实际的燃气轮机燃烧系统内，使用优选方式的动态控制系统所带来的二氧化碳排放降低和动力输出提高的数据表格；

具体实施方式

在描述如附图所示的优选的实施方式时，为了更清楚的表达将使用一些特定的术语。然而，所选用的特定术语并不能被理解成一种对本发明公开内容的限制，应理解为每一个特定要素都包括所有在相近领域与之等同的技术。此外，将省略对公知的功能和机构的描述，因为其有可能使本发明的主题变得模糊不清。