CR系统)和使用SCR模型的更精确和稳健排放物控制。
[0030]考虑到上述情况，图1是燃气涡轮机系统10的方块图，所述燃气涡轮机系统包括根据本发明的用于控制涡轮机系统10的排放物的排放控制器12。燃气涡轮机系统10包括燃气涡轮发动机14和包括后处理系统18的底循环16。燃气涡轮发动机14可以包括、但不限于简单循环重型燃气涡轮机系统或航空发动机改装燃烧系统。后处理系统18可以包括SCR系统20以减小来自燃气涡轮发动机的放物。底循环16配置成使用由燃气涡轮发动机14生成的热(例如，来自废气的废热)生成电力并且可以包括其它部件，如废热回收锅炉和蒸汽涡轮机。
[0031]燃气涡轮发动机14包括压缩机22、涡轮机燃烧器24和涡轮机26。涡轮机燃烧器24包括将液体燃料和/或气体燃料(如柴油、天然气或合成气)引导到涡轮机燃烧器24中的燃料喷嘴28。如图所示，涡轮机燃烧器24可以具有多个燃料喷嘴28。更具体地，涡轮机燃烧器24可以包括具有初级燃料喷嘴30的初级燃料喷射系统和具有次级燃料喷嘴32的次级燃料喷射系统。燃料可以以任何合适的分流比率在初级燃料喷嘴30和次级燃料喷嘴32之间被输送(例如，燃料分流)。如下面更详细地所述，排放控制器12可以调整和调节用于燃气涡轮机系统10的NOx排放物控制的燃料分流。在所示的实施例中，燃气涡轮发动机14包括一个涡轮机燃烧器24，然而，应当注意燃气涡轮发动机14可以包括任何数量的涡轮机燃烧器24。另外，应当注意每个涡轮机燃烧器24可以根据需要包括具有任何合适的燃料分流的两个以上燃料喷射系统。在燃气涡轮发动机14包括一个以上涡轮机燃烧器24的实施例中，除了在用于每个涡轮机燃烧器24的燃料喷嘴之间以外，燃料分流也包括在多个涡轮机燃烧器24之间输送燃料。
[0032]涡轮机燃烧器24点燃并且燃烧空气-燃料混合物，并且然后将热的加压燃烧气体34 (例如，废气)传到涡轮机26中。涡轮机26的涡轮机叶片联接到轴36，所述轴也联接到遍布燃气涡轮发动机14的若干其它部件。当燃烧气体34穿过涡轮机26中的涡轮机叶片时，涡轮机26被驱动旋转，这导致轴36旋转。最后，燃烧气体34作为废气流38离开燃气涡轮发动机14。此外，轴36可以联接到经由轴36的旋转提供动力的负载40。例如，负载40可以是可以经由燃气涡轮发动机14的旋转输出生成功率的任何合适的装置，如发电机、飞机的推进器等。
[0033]压缩机叶片作为压缩机22的部件被包括。压缩机叶片联接到轴36并且当轴36由涡轮机26驱动旋转时将旋转，如上所述。压缩机22内的压缩机叶片的旋转将来自进气口 42的空气压缩成加压空气44。加压空气44然后进给到涡轮机燃烧器24的燃料喷嘴28中。燃料喷嘴28混合加压空气44和燃料以产生用于燃烧(例如，导致燃料更完全燃烧的燃烧)的合适混合比率，从而不浪费燃料或导致过度排放物。
[0034]离开涡轮机26，废气流38可以继续在下游方向46上朝着底循环16 (例如，后处理系统18)流动。如上所述，由于燃烧过程，废气流38可能包括某些副产物，如氮氧化物(N0X，包括NO和NO2)、硫氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)、和未燃烃。由于某些法规要求，后处理系统18可以用于在将废气流38释放到大气中之前减小这样的副产物的浓度。如图所示，后处理系统18可以包括SCR系统20以减小或去除来自废气流38的放物。
[0035]SCR系统20包括SCR反应器48，其具有催化剂50、入口 52和出口 54。SCR系统20也包括喷射器56，其位于SCR反应器48的入口 52的上游以将还原剂(例如，氨[NH3])喷射到SCR反应器48中，使得还原剂在催化剂50的表面上被吸收。包含废气流38可以通过入口 52流动到SCR反应器48中，并且与在催化剂50的表面上吸收的还原剂反应。经由该NOx还原反应，NOx可以转化成氮(N2)和水(H2O),并且因此可以减小废气流38中的NOx水平。
[0036]催化剂50可以是适合于经由SCR过程进行NOx还原反应的任何催化剂。例如，催化剂50可以由载体和活性催化成分制造。载体可以包括各种陶瓷材料，如氧化钛。活性催化成分可以包括贱金属(base metals)(例如，钒和钨)的氧化物。活性催化成分也可以包括沸石类(zeolites)，如铁和铜交换沸石。活性催化成分还可以包括各种贵金属(prec1usmetals)，如金、银和铀。
[0037]当气体(例如，废气流38和还原剂)穿过SCR反应器48时发生NOx还原反应。在进入SCR反应器48之前，还原剂由喷射器56喷射并且与废气流38混合。还原剂可以包括无水氨、含水的氨、尿素或它们的任何组合。然而，未反应的还原剂通过SCR反应器48的出口 54作为氨泄漏(ammonia slip) 58被释放。
[0038]SCR反应器48中的期望反应具有大约225°C到445°C、优选大约355°C到445°C的最佳温度范围。当SCR反应器48的温度不在反应的最佳范围内时、或者当太多的还原剂喷射到SCR反应器48中时，可能发生氨泄漏58。特别地，在燃气涡轮机系统10的起动或停止期间，SCR反应器48的温度可能降到225°C之下，例如为大约100°C，并且因此导致氨泄漏58从SCR反应器48的出口 54释放。
[0039]应当理解本说明书中公开的实施例不限于一个SCR系统20的使用，而是也可以包括多个SCR系统20。也应当理解可以在任何温度下发生反应。另外，尽管在所示的实施例中SCR系统20包括在后处理系统18中以总体上集中于从废气流38处理和去除NOx，但是其它实施例可以提供废气流38中的其它燃烧副产物的去除，如硫氧化物(S0X)、碳氧化物(COx)、和未燃烃。在这些实施例中，SCR系统20可以包括催化剂50，取决于正在从废气流38去除的组分，所述催化剂可以在几何形状和/或化学组成上不同。替代地或附加地，后处理系统18可以包括多个SCR系统20，每个可以集中于处理和去除废气流38中的一种或多种燃烧副产物。
[0040]在由后处理系统18减小废气流38的排放物水平(例如，废气流38中的NOx)之后，经处理的废气流60可以从后处理系统18离开。经处理的废气流60可能仍然包括一些燃烧副产物，如N0X、SOx, COx和未燃烃。如上所述，在一些情况下，经处理的废气流60可能包括氨泄漏58。经处理的废气流60然后可以输送到底循环16的其它部件以便进一步处理和/或使用。例如，底循环16可以包括热回收蒸汽发生器(HRSG)和蒸汽涡轮机。HRSG可以使用经处理的废气流60中剩余的热驱动蒸汽涡轮机以产生额外功率，由此增加燃气涡轮机系统10的效率。在穿过底循环16的其它部件之后，经处理的废气60可以作为经加工的废气61离开底循环16 (例如，释放到大气中)。应当注意燃气涡轮机系统10的总体NOx排放物水平可以被称为经处理的废气流60中的^^^的量(如下面所使用的)，或者在经处理的废气流60受到底循环16的其它部件的进一步加工的实施例中被称为经加工的废气61中的NOx的量。
[0041]如上所述，燃气涡轮机系统10包括排放控制器12，所述排放控制器可以用于控制燃气涡轮机系统10的操作以减小燃气涡轮机系统10(例如，在经处理的废气流60中)的总体排放物(例如，N0x、S0x、C0x# )。具体地，排放控制器12包括燃气涡轮机控制器62和后处理控制器64，其可以一起工作以协调从燃气涡轮机系统10处理和去除排放物(例如，NOx)。例如，如下面更详细地所述，排放控制器12可以调节燃气涡轮发动机14和/或SCR系统20的一个或多个操作参数，以控制废气38和经处理的废气60两者中的^^^减小的相对量。换句话说，为了减小燃气涡轮机系统10的总体NOx排放，离开燃气涡轮发动机14的废气38中的^,量可以被允许更高以使SCR系统20中能够提高NO ,排放物的减小。
[0042]如图所示，排放控制器12包括处理器66和存储器68。处理器66可以是任何通用或专用处理器。存储器68可以包括集体地存储指令的一个或多个有形、非暂时性、机器可读介质，所述指令可由处理器66执行以执行本说明书中所述的方法和控制动作。例如，存储器68可以包括RAM、ROM、EPROM, EEPROM、CD-ROM、闪速存储器或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储装置。排放控制器12还可以包括一个或多个模数(A/D)转换器以便处理排放控制器12的各种模拟输入。
[0043]排放控制器12可以监测来自位于燃气涡轮机系统10中的一个或多个传感器的一个或多个输入。例如，传感器可以包括压力传感器、水平传感器、温度传感器、流量传感器、组分传感器、浓度传感器、状态和位置指示器(例如，限制开关、霍尔效应(Hall effect)开关、声接近(acoustic proximity)开关、线性可变差动变压器、位置换能器)等。传感器可以联接到、或布置在燃气涡轮机系统10的各种部件中或周围、或者与其流体地连通，从而获得其操作信息。例如，涡轮机出口传感器70可以可操作地联接在涡轮机26的出口处并且获得信息，所述信息包括温度、气体流率/流量、NOx(包括NO和/或NO2)的浓度和其它燃烧副产物(包括30:!、0):!等)的浓度。SCR入口传感器72可以可操作地联接在SCR反应器48的入口 52处并且获得信息，所述信息包括温度、气体流率/流量、NOx (包括NO和/或NO2)的浓度、其它燃烧副产物(包括S0X、《^等)的浓度、和在SCR反应器48的入口 52的上游或紧邻处的氨的浓度。催化剂传感器74可以可操作地联接到SCR反应器48中的催化剂50并且获得信息，所述信息包括温度、气体流率/流量、NOx (包括NO和/或NO2)的浓度、其它燃烧副产物(包括SOx、《^等)的浓度、和在SCR反应器48中的催化剂50处或附近的氨的浓度。SCR出口传感器76可以可操作地联接在SCR反应器48的出口 54处并且获得信息，所述信息包括温度、气体流率/流量、NOx (包括NO和/或NO2)的浓度、其它燃烧副产物(包括30:!、0):!等)的浓度、和氨泄漏58的量。压缩机出口传感器78可以可操作地联接到压缩机22的出口并且获得信息，所述信息包括温度、气体流率/流量、和流动到燃烧器24中的空气的压力。一个或多个初级燃料传感器80和一个或多个次级燃料传感器82可以分别可操作地联接到初级燃料喷嘴和次级燃料喷嘴，并且获得信息，所述信息包括温度、气体流率/流量、和流动到燃烧器24中的燃料的压力。燃料传感器80和82的组合可以提供关于燃料分流的信息。燃料传感器80、82和压缩机出口传感器78的组合可以提供关于燃烧器24中的燃料与空气的比率的信息。尽管燃气涡轮机系统10包括上述的传感器，但是应当注意排放控制器12可以监测来自位于燃气涡轮机系统10的各种其它位置(包括、但不限于进气口 42、燃烧器24、负载40和底循环16)处的一个或多个传感器的输入。
[0044]另外，排放控制器12可以可操作地联接到燃气涡轮机系统10的各种部件以控制燃气涡轮机系统10的操作。例如，排放控制器12可以控制联接到并且配置成移动或控制燃气涡轮机系统10的各种部件的一个或多个致动器的操作(例如，经由开关、阀、马达、螺线管、定位器等)。作为另一例子，排放控制器12可以控制进气口 42 (例如，经由致动器84，如入口导叶致动器)和/或压缩机22 (例如，经由致动器86)的操作以调节进气口，包括流率/流量、温度、压力等。排放控制器12可以控制初级燃料喷嘴(例如，经由一个或多个致动器88)和次级燃料喷嘴(例如，经由一个或多个致动器90)的操作以