[发明专利]带有烟气再循环部和催化转换器的燃气涡轮动力设备

说明书

技术领域

本发明涉及带有催化转化器的联合循环动力设备和用于操作这种动力设备的方法。

背景技术

带有氨的选择性催化还原(SCR)是用于在燃气涡轮动力设备中的NOx减少的公共手段。其在催化剂的辅助下将氮氧化物(也称为NOx)转换成N2和水，H2O。已经提议三向催化转换器的使用以避免氨的使用。但是，它们需要与化学计量点相近的燃料空气比。为了减少在燃烧气体中的氧气含量，在U.S.2009/0284013A1中提议一种燃气涡轮设备，其包括燃气涡轮、热回收蒸汽发生器和烟气再循环部。燃气涡轮包括用于空气的压缩机，和用于再循环烟气的压缩机、燃烧器以及涡轮。将热回收蒸汽发生器的输入侧连接至燃气涡轮的涡轮出口。热回收蒸汽发生器包括两个锅炉出口。将烟囱连接至第一锅炉出口。烟气再循环部连接至带有压缩机的压缩机入口的第二锅炉出口用于再循环烟气。此外，从该燃气涡轮设备已知布置在废热锅炉的上游的以三向催化剂的形式的烟气处理装置。

该提议的设备通过减少在燃烧入口气体中的氧气含量而允许燃料空气比λ接近1的燃烧。但是，在燃气涡轮燃烧器中的有限空间中接近化学计量条件的完全稳定燃烧难以实现。此外，对于不同的操作条件，在单个轴上的两个压缩机的匹配(例如，相对于质量流和压力)难以实现。

发明内容

本公开的一个目的为提供带有低NOx排放的联合循环动力设备，其不需要用于NOx减少的氨并且具有良好的操作适应性。

本公开的一个方面为提议一种联合循环动力设备，其带有燃气涡轮和热回收锅炉布置，该热回收锅炉布置包括从锅炉入口至第一锅炉出口的第一锅炉烟气路径，和从锅炉入口至第二锅炉出口的单独的第二锅炉烟气路径，其中，在第一锅炉烟气路径中布置有补充点燃部和随后的三向催化转换器。

燃气涡轮包括至少一个压缩机、至少一个燃烧器和至少一个涡轮。热回收锅炉布置具有连接至涡轮出口的锅炉入口，和带有连接至烟囱的第一出口的出口侧，和连接至烟气再循环部的第二出口，该烟气再循环部将第二出口连接至燃气涡轮的压缩机入口。

根据一个示范实施例，催化转换器是三向催化转换器。根据另一示范实施例，催化转换器包括NOx吸收催化剂。

根据示范实施例，第一锅炉烟气路径包括第一扇区，其将扩散器入口连接至NOx吸收催化剂。当在操作中时，在第一扇区中的吸收催化剂从燃气涡轮烟气装载NOx。此外，第一锅炉烟气路径包括第二扇区，其将扩散器入口连接至NOx吸收催化剂。将补充点燃部安装于在扩散器入口和NOx吸收催化剂之间的第二扇区中。当在操作中时，NOx吸收催化剂在NOx吸收催化剂的第二扇区中再生。

带有至少两个扇区的一个可能的布置包括吸收催化剂，其可旋转地安装在第一锅炉烟气路径中。在操作中，吸收催化剂的区段从吸收扇区旋转至再生扇区，并且吸收催化剂的再生区段从再生扇区旋转至吸收扇区。因此，在操作中，可获得吸收催化剂的周期装载和再生。

为了持续的操作a，根据一个实施例，吸收催化剂构造为再生旋转催化剂，其包括布置为在圆筒形外壳中旋转的大体圆形盘。外壳包括向第一入口扇区入口的连接和向第二入口扇区的连接，并且具有公共出口。

为了减少尺寸和耗油率，可使补充点燃部最小化。可使再生第二扇区的入口区域比吸收扇区的入口区域小，来减少补充点燃部的尺寸和耗油率。在示范实施例中，用于装载吸收催化剂的第一扇区的入口区域是用于再生吸收催化剂的第二扇区的入口区域的至少两倍大。

在另一示范实施例中，NOx吸收催化剂是固定的。为了允许NOx吸收催化剂的不同扇区的交替装载和再生，将烟气路径划分为至少两个扇区，其中，将至少两个补充扇区点燃部安装在NOx吸收催化剂的上游。各个补充扇区点燃部具有独立的燃料供应控制，以允许在用于随后的NOx吸收催化剂的再生的各个扇区的补充点燃部的独立操作。

在动力设备的又一实施例中，热回收锅炉布置包括控制部件，其布置为控制进入第一锅炉烟气路径和单独的第二锅炉烟气路径的烟气的之间分离的质量流。该控制部件或控制元件可为例如薄片、可移动折流板或安装在流路中的一个中的阀。

根据一个示范实施例，将压缩机进口分离成与压缩机的流道连接的扇区，带有引导穿过压缩机入口的第一扇区的新鲜空气的供给，并且带有引导穿过压缩机入口的第二扇区的第一烟气流的供给。在示范布置中，第一和第二区为共轴的。这允许了用于再循环烟气向同轴入口区的外部区的线的连接。结果，将烟气再循环至压缩机进口的径向外部区，并且供给至燃气涡轮的二级空气系统。这减少或避免了在燃烧器周围使氧气绕过新鲜空气，并且可因此减少烟气的氧气含量。