专利名称：：废气再循环系统和具有该废气再循环系统的涡轮机系统的制作方法
技术领域：
：0001本发明涉及减少热力型氮氧化物(N0x)的废气再循环(EGR)系统。更具体地说，本发明涉及通过基于进入燃料的沃泊指数和/或反应率改变EGR水平来减少热力型N0x的EGR系统、具有该EGR系统的涡轮机系统和EGR控制方法。
背景技术：
：0002EGR能够用于改变和控制热力型N0x的产生。在常规的EGR系统中，废气自涡轮机朝着该系统的空气入口部分再循环。当系统的发电机负载降低时，再循环的废气量可能增大。因此，需要调节再循环的废气量，从而确保系统的燃烧室的温度保持恒定。0003已经使用了用于在BGR系统中控制通过热力方式产生的N0x的若干方法。一种方法使用诸如水或蒸汽的稀释剂来降低火焰温度并限制N0x。另一种方法基于涡轮机负载信息来控制EGR流量，从而将NOx排放降到最小。在所公开的后一种方法中，再循环到压缩机中的废气的量可基于例如发电机的负栽、流入燃烧室中的燃料的流量和由发电机驱动的外部系统的负载需求来控制。00041在涡轮机系统中，可使用多种不同类型的燃料。每种燃料类型都具有不同的沃泊指数和反应率。因此，在涡轮机系统中使用不同类型的燃料可改变燃烧过程的温度。需要一种EGR系统，其能够基于进入涡轮机系统的进入燃料的沃泊指数和/或反应率来改变EGR的量，从而允许在被使用燃料的类型的数次变动期间获得连续的涡轮机操作。
发明内容0005本发明的示例性实施方式提供一种EGR系统，该EGR系统包括能够操作性地连接至涡轮机系统并调节预定量的再循环废气的EGR调节器。EGR系统还包括测量单元和控制单元，该测量单元测量进入燃料的燃料成分，该控制单元连接至EGR调节器和测量单元并基于测得的燃料成分确定进入燃料的沃泊指数和/或反应率，并且该控制单元基于所确定的沃泊指数和/或反应率确定再循环废气的预定量。0006本发明的附加的示例性实施方式提供具有EGR系统的涡轮才几系统和EGR控制方法。0007通过本发明的示例性实施方式的技术，可以实现附加的特征和优点。本发明的其他实施方式和方面在本文中被详细描述，并且被认为是要求保护的发明的一部分。参阅说明书和附图，将会更好地理解具有所述优点和特征的本发明。图7是示出了可在本发明的实施方式中实施的EGR控制方法的流程图。具体实施例方式0015]现在更详细地参阅附图，在图1中将会看到根据本发明的示例性实施方式的EGR系统1。EGR系统1能够操作性地连接至涡轮机系统10。EGR系统1包括能够操作性地连接至涡轮机系统10的EGR调节器2。EGR调节器2调节将在涡轮机系统10内再循环的预定量的废气30。根据一个示例性实施方式，EGR调节器2可以是阀或气闸，然而，本发明并非仅限于此，任何合适的控制机构都可以使用。0016]EGR系统1还包括测量单元3,用于测量进入燃料5的燃料成分。根据一个实施方式，测量单元3可以是传感器或气相色谱仪，然而，本发明并非仅限于此，任何合适的测量装置都可使用。根据一个示例性实施方式，EGR调节器2接收来自涡轮机22的废气24。测量单元3在燃烧室16处测量进入燃料5的燃料成分，控制单元4基于所测得的燃料成分来确定进入燃料5的沃泊指数和/或反应率并基于所确定的沃泊指数和/或反应率来确定再循环废气30的7预定量。然后，控制单元4控制EGR调节器2以将来自涡轮机22的预定量的废气30引导至压缩机12。如图1所示，废气24中的残余废气36排放到大气中。根据一个示例性实施方式，残余废气36可以经由热交换器(未图示)排出。0025此外，如图1所示，预定量的再循环废气30同进入空气6—起引入到压缩机12中。根据一个示例性实施方式，预定量的再循环废气30在引入到压缩机12中之前可以通过热交换器38来冷却。0026图2至6示出了本发明的可替代的示例性实施方式。图2至6中的某些特征与图1所示的特征相同，因此这些特征的详细描述已,皮省略。图4和5示出了根据本发明的附加的示例性实施方式的再加热涡轮机系统。如图4所示，单个测量单元3同时在第一燃烧室16和第二燃烧室48处测量进入燃料5的燃料成分。替代性地，如图5所示，EGR系统1包括多个测量单元3,所述多个测量单元包括第一测量单元3a和第二测量单元3b。在本示例性实施方式中，第一燃烧室16处的进入燃料5的燃料成分由第一测量单元3a测量，第二燃烧室48处的进入燃料5的燃料成分由第二测量单元3b测量，并且每个测量单元3a和3b测得的燃料成分都发送到控制单元4以便进行处理。0030图6示出了具有根据本发明的示例性实施方式的EGR系统的双轴涡轮机系统。如图6所示，涡轮机系统10包括具有第一和第二轴52和54的双轴。第一轴52可旋转地连接压缩机12和涡轮机16,第二轴54可旋转地连接涡轮机50和发电机7。涡轮机22驱动压缩机12,直接自涡轮机22排出的气体驱动涡轮机50。在本示例性实施方式中，涡轮机50驱动发电机7。根据另一示例性实施方式，涡轮机系统10可包括介于涡轮机22和涡轮机50之间的第二燃烧室(未图示)，以执行再加热操作。0031图7是示出了能够在本发明的实施方式中实施的EGR控制方法的流程图。在操作100处，进入燃料的燃料成分是使用测量单元来测量的。流程从操作IOO进展到操作110,此时基于测得的燃料成分确定进入燃料的沃泊指数和/或反应率。流程从操作IIO进展到操作120,此时由控制单元基于所确定的沃泊指数和/或反应率来确定再循环废气的预定量。流程从操作120进展到操作130,此时基于所确定的废气的预定量，控制单元控制EGR流量。然后，流程从操作130进展到操作140,此时预定量的废气被再循环。根据另一示例性实施方式，在操作100处，可实时测量进入燃料的燃料成分。因此，在操作120处，可根据所确定的沃泊指数和/或反应率来实时改变EGR流量。因而，例如可通过下述方式来实时改变EGR流量当所确定的沃泊指数的热值大于系统中现有燃料的热值时增加再循环废气的预定量，当所确定的沃泊指数的热值小于现有燃料的热值时减少再循环废气的预定量，当所确定的沃泊指数的热值等于现有燃料的热值时使再循环废气的预定量保持为恒定量。0032根据一个示例性实施方式，在操作120处，可基于所确定的沃泊指数、通过控制单元的数据库来选择再循环废气的预定量。替代性地，可通过如下方式确定再循环废气的预定量获取涡轮机负栽信息并基于所确定的沃泊指数和所获得的涡轮机负栽信息来选择再循环废气的预定量。00331根据本发明，通过测量进入燃料的燃料成分、确定进入燃料的沃泊指数和/或反应率、并基于所确定的沃泊指数和/或反应率来控制EGR流量，本发明提供了优化给定燃料的EGR流量从而减少系统运转期间所产生的N0x量的优点。因而，根据本发明的示例性实施方式的EGR系统能够适应燃料类型的变化。0034尽管已经参照示例性实施方式对本发明进行了描述，本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可以进行多种改变并且可以用等同元件替换本发明的元件。此外，在不偏离本发明的实质范围的情况下，可以做出多种改型以使具体情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明并非仅限于作为实施本发明的最佳模式而公开的具体实施方式，相反，本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。此外，术语第一、第二等的使用并非表示任何顺序或重要性，术语第一、第二等仅用于元件之间的彼此区分。0035构4牛列表:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>权利要求1.一种废气再循环系统(1)，包括能够操作性地连接至涡轮机系统(10)的废气再循环调节器(2)，所述废气再循环调节器(2)调节预定量的再循环废气(30)；至少一个测量单元(3)，其构造为测量进入燃料(5)的燃料成分；和操作性地连接至所述废气再循环调节器(2)和测量单元(3)的控制单元(4)，所述控制单元(4)基于测得的燃料成分确定所述进入燃料(5)的沃泊指数和反应率中的至少一个，并基于沃泊指数和反应率中的至少一个确定废气(30)的预定量。2.如权利要求l所述的废气再循环系统(1)，其中，所述控制单元(4)包括含有信息的数据库，所述信息包括具体燃料沃泊指数的预定废气再循环量，并且所述控制单元(4)基于所确定的所述进入燃料(5)的沃泊指数来选择再循环废气(30)的预定量。3.如权利要求2所述的废气再循环系统(1),其中，所述数据库是查找表格。4.如权利要求2所述的废气再循环系统(1),其中，所述控制单元(4)获取涡轮机负载信息并基于所确定的沃泊指数和所获得的涡轮机负载信息来控制所述废气再循环调节器(2)。5.如权利要求l所述的废气再循环系统(1),其中，所述控制单元(4)基于所述进入燃料(5)的火焰速度、可燃性极限、和化学反应时间中的至少一个来确定所述进入燃料(5)的反应率，并且所述控制单元(4)基于所确定的反应率来确定再循环废气(30)的预定量。6.如权利要求l所述的废气再循环系统(1)，其中，所述测量单元(3)实时测量所述进入燃料(5)的燃料成分，并将测得的燃料成分传送给所述控制单元(4),所述控制单元(4)基于测得的燃料成分确定所述进入燃料(5)的沃泊指数和反应率中的至少一个，并通过基于沃泊指数和反应率中的至少一个实时改变废气再循环流量来控制所述废气再循环调节器(2)。7.如权利要求6所述的废气再循环系统(1)，其中，当所确定的沃泊指数的热值大于所述涡轮机系统(10)的现有燃料的热值时，所述控制单元(4)增加再循环废气(30)的预定量，当所确定的沃泊指数的热值小于所述现有燃料的热值时，所述控制单元减少再循环废气(30)的预定量，并且当所确定的沃泊指数的热值等于所述现有燃料的热值时，所述控制单元使再循环废气(30)的预定量保持为恒定量。8.—种涡轮机系统(10)，包括压缩机(14);至少一个燃烧室(16),其构造为接收进入燃料(5);至少一个涡轮机(22)，其操作性地连接至所述至少一个燃烧室(16);和废气再循环系统(1)，其包括废气再循环调节器(2),其操作性地连接至所述至少一个涡轮机(22)，所述废气再循环调节器(2)将来自所述至少一个涡轮机(22)的预定量的气体(30)引导至所述压缩机(12)>至少一个测量单元(3)，其构造为在所述至少一个燃烧室(16)处测量所述进入燃料(5)的燃料成分，和控制单元(4)，其操作性地连接至所述废气再循环调节器(2)和测量单元(3)，所述控制单元(4)基于测得的燃料成分确定所述进入燃料(5)的沃泊指数和反应率中的至少一个，并基于沃泊指数和反应率中的至少一个确定再循环废气(30)的预定量。9.如权利要求8所述的涡轮机系统(10)，其中，所述控制单元(2)获取涡轮机负载信息并基于所确定的沃泊指数和所获得的涡轮机负栽信息来控制所述废气再循环调节器(2)。10.如权利要求8所述的涡轮机系统(10),其中，所述测量单元(3)实时测量所述进入燃料(5)的燃料成分，并将测得的燃料成分传送给所述控制单元(4)，所述控制单元(4)基于测得的燃料成分确定所述进入燃料(5)的沃泊指数和/或反应率，并通过基于所述进入燃料(5)的沃泊指数和/或反应率实时改变废气再循环流量来控制所述废气再循环调节器(2)。全文摘要本发明涉及废气再循环系统(1)和具有该废气再循环系统(1)的涡轮机系统(10)。废气再循环系统(1)包括能够操作性地连接至涡轮机系统(10)并调节预定量的再循环废气(30)的废气再循环调节器(2)。废气再循环系统(1)还包括测量单元(3)和控制单元(4)，该测量单元测量进入燃料(5)的燃料成分，该控制单元连接至EGR调节器(2)和测量单元(3)并基于测得的燃料成分确定进入燃料(5)的沃泊指数和/或反应率，并且该控制单元基于所确定的沃泊指数和/或反应率确定再循环废气(30)的预定量。文档编号F02C6/18GK101672222SQ20091017438公开日2010年3月17日申请日期2009年9月11日优先权日2008年9月11日发明者G·M·吉尔克里斯特三世,H·卡里姆,S·F·辛普森申请人:通用电气公司