專(zhuān)利名稱(chēng)：：廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和具有該廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的渦輪機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：0001本發(fā)明涉及減少熱力型氮氧化物(N0x)的廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)基于進(jìn)入燃料的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率改變EGR水平來(lái)減少熱力型N0x的EGR系統(tǒng)、具有該EGR系統(tǒng)的渦輪機(jī)系統(tǒng)和EGR控制方法。
背景技術(shù)：
：0002EGR能夠用于改變和控制熱力型N0x的產(chǎn)生。在常規(guī)的EGR系統(tǒng)中，廢氣自渦輪機(jī)朝著該系統(tǒng)的空氣入口部分再循環(huán)。當(dāng)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)負(fù)載降低時(shí)，再循環(huán)的廢氣量可能增大。因此，需要調(diào)節(jié)再循環(huán)的廢氣量，從而確保系統(tǒng)的燃燒室的溫度保持恒定。0003已經(jīng)使用了用于在BGR系統(tǒng)中控制通過(guò)熱力方式產(chǎn)生的N0x的若干方法。一種方法使用諸如水或蒸汽的稀釋劑來(lái)降低火焰溫度并限制N0x。另一種方法基于渦輪機(jī)負(fù)載信息來(lái)控制EGR流量，從而將NOx排放降到最小。在所公開(kāi)的后一種方法中，再循環(huán)到壓縮機(jī)中的廢氣的量可基于例如發(fā)電機(jī)的負(fù)栽、流入燃燒室中的燃料的流量和由發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的外部系統(tǒng)的負(fù)載需求來(lái)控制。00041在渦輪機(jī)系統(tǒng)中，可使用多種不同類(lèi)型的燃料。每種燃料類(lèi)型都具有不同的沃泊指數(shù)和反應(yīng)率。因此，在渦輪機(jī)系統(tǒng)中使用不同類(lèi)型的燃料可改變?nèi)紵^(guò)程的溫度。需要一種EGR系統(tǒng)，其能夠基于進(jìn)入渦輪機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)入燃料的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率來(lái)改變EGR的量，從而允許在被使用燃料的類(lèi)型的數(shù)次變動(dòng)期間獲得連續(xù)的渦輪機(jī)操作。
發(fā)明內(nèi)容0005本發(fā)明的示例性實(shí)施方式提供一種EGR系統(tǒng)，該EGR系統(tǒng)包括能夠操作性地連接至渦輪機(jī)系統(tǒng)并調(diào)節(jié)預(yù)定量的再循環(huán)廢氣的EGR調(diào)節(jié)器。EGR系統(tǒng)還包括測(cè)量單元和控制單元，該測(cè)量單元測(cè)量進(jìn)入燃料的燃料成分，該控制單元連接至EGR調(diào)節(jié)器和測(cè)量單元并基于測(cè)得的燃料成分確定進(jìn)入燃料的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率，并且該控制單元基于所確定的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率確定再循環(huán)廢氣的預(yù)定量。0006本發(fā)明的附加的示例性實(shí)施方式提供具有EGR系統(tǒng)的渦輪才幾系統(tǒng)和EGR控制方法。0007通過(guò)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的其他實(shí)施方式和方面在本文中被詳細(xì)描述，并且被認(rèn)為是要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。參閱說(shuō)明書(shū)和附圖，將會(huì)更好地理解具有所述優(yōu)點(diǎn)和特征的本發(fā)明。圖7是示出了可在本發(fā)明的實(shí)施方式中實(shí)施的EGR控制方法的流程圖。具體實(shí)施例方式0015]現(xiàn)在更詳細(xì)地參閱附圖，在圖1中將會(huì)看到根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的EGR系統(tǒng)1。EGR系統(tǒng)1能夠操作性地連接至渦輪機(jī)系統(tǒng)10。EGR系統(tǒng)1包括能夠操作性地連接至渦輪機(jī)系統(tǒng)10的EGR調(diào)節(jié)器2。EGR調(diào)節(jié)器2調(diào)節(jié)將在渦輪機(jī)系統(tǒng)10內(nèi)再循環(huán)的預(yù)定量的廢氣30。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，EGR調(diào)節(jié)器2可以是閥或氣閘，然而，本發(fā)明并非僅限于此，任何合適的控制機(jī)構(gòu)都可以使用。0016]EGR系統(tǒng)1還包括測(cè)量單元3,用于測(cè)量進(jìn)入燃料5的燃料成分。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，測(cè)量單元3可以是傳感器或氣相色譜儀，然而，本發(fā)明并非僅限于此，任何合適的測(cè)量裝置都可使用。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，EGR調(diào)節(jié)器2接收來(lái)自渦輪機(jī)22的廢氣24。測(cè)量單元3在燃燒室16處測(cè)量進(jìn)入燃料5的燃料成分，控制單元4基于所測(cè)得的燃料成分來(lái)確定進(jìn)入燃料5的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率并基于所確定的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率來(lái)確定再循環(huán)廢氣30的7預(yù)定量。然后，控制單元4控制EGR調(diào)節(jié)器2以將來(lái)自渦輪機(jī)22的預(yù)定量的廢氣30引導(dǎo)至壓縮機(jī)12。如圖1所示，廢氣24中的殘余廢氣36排放到大氣中。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，殘余廢氣36可以經(jīng)由熱交換器(未圖示)排出。0025此外，如圖1所示，預(yù)定量的再循環(huán)廢氣30同進(jìn)入空氣6—起引入到壓縮機(jī)12中。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，預(yù)定量的再循環(huán)廢氣30在引入到壓縮機(jī)12中之前可以通過(guò)熱交換器38來(lái)冷卻。0026圖2至6示出了本發(fā)明的可替代的示例性實(shí)施方式。圖2至6中的某些特征與圖1所示的特征相同，因此這些特征的詳細(xì)描述已,皮省略。圖4和5示出了根據(jù)本發(fā)明的附加的示例性實(shí)施方式的再加熱渦輪機(jī)系統(tǒng)。如圖4所示，單個(gè)測(cè)量單元3同時(shí)在第一燃燒室16和第二燃燒室48處測(cè)量進(jìn)入燃料5的燃料成分。替代性地，如圖5所示，EGR系統(tǒng)1包括多個(gè)測(cè)量單元3,所述多個(gè)測(cè)量單元包括第一測(cè)量單元3a和第二測(cè)量單元3b。在本示例性實(shí)施方式中，第一燃燒室16處的進(jìn)入燃料5的燃料成分由第一測(cè)量單元3a測(cè)量，第二燃燒室48處的進(jìn)入燃料5的燃料成分由第二測(cè)量單元3b測(cè)量，并且每個(gè)測(cè)量單元3a和3b測(cè)得的燃料成分都發(fā)送到控制單元4以便進(jìn)行處理。0030圖6示出了具有根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的EGR系統(tǒng)的雙軸渦輪機(jī)系統(tǒng)。如圖6所示，渦輪機(jī)系統(tǒng)10包括具有第一和第二軸52和54的雙軸。第一軸52可旋轉(zhuǎn)地連接壓縮機(jī)12和渦輪機(jī)16,第二軸54可旋轉(zhuǎn)地連接渦輪機(jī)50和發(fā)電機(jī)7。渦輪機(jī)22驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)12,直接自渦輪機(jī)22排出的氣體驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)50。在本示例性實(shí)施方式中，渦輪機(jī)50驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)7。根據(jù)另一示例性實(shí)施方式，渦輪機(jī)系統(tǒng)10可包括介于渦輪機(jī)22和渦輪機(jī)50之間的第二燃燒室(未圖示)，以執(zhí)行再加熱操作。0031圖7是示出了能夠在本發(fā)明的實(shí)施方式中實(shí)施的EGR控制方法的流程圖。在操作100處，進(jìn)入燃料的燃料成分是使用測(cè)量單元來(lái)測(cè)量的。流程從操作IOO進(jìn)展到操作110,此時(shí)基于測(cè)得的燃料成分確定進(jìn)入燃料的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率。流程從操作IIO進(jìn)展到操作120,此時(shí)由控制單元基于所確定的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率來(lái)確定再循環(huán)廢氣的預(yù)定量。流程從操作120進(jìn)展到操作130,此時(shí)基于所確定的廢氣的預(yù)定量，控制單元控制EGR流量。然后，流程從操作130進(jìn)展到操作140,此時(shí)預(yù)定量的廢氣被再循環(huán)。根據(jù)另一示例性實(shí)施方式，在操作100處，可實(shí)時(shí)測(cè)量進(jìn)入燃料的燃料成分。因此，在操作120處，可根據(jù)所確定的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率來(lái)實(shí)時(shí)改變EGR流量。因而，例如可通過(guò)下述方式來(lái)實(shí)時(shí)改變EGR流量當(dāng)所確定的沃泊指數(shù)的熱值大于系統(tǒng)中現(xiàn)有燃料的熱值時(shí)增加再循環(huán)廢氣的預(yù)定量，當(dāng)所確定的沃泊指數(shù)的熱值小于現(xiàn)有燃料的熱值時(shí)減少再循環(huán)廢氣的預(yù)定量，當(dāng)所確定的沃泊指數(shù)的熱值等于現(xiàn)有燃料的熱值時(shí)使再循環(huán)廢氣的預(yù)定量保持為恒定量。0032根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，在操作120處，可基于所確定的沃泊指數(shù)、通過(guò)控制單元的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)選擇再循環(huán)廢氣的預(yù)定量。替代性地，可通過(guò)如下方式確定再循環(huán)廢氣的預(yù)定量獲取渦輪機(jī)負(fù)栽信息并基于所確定的沃泊指數(shù)和所獲得的渦輪機(jī)負(fù)栽信息來(lái)選擇再循環(huán)廢氣的預(yù)定量。00331根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)測(cè)量進(jìn)入燃料的燃料成分、確定進(jìn)入燃料的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率、并基于所確定的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率來(lái)控制EGR流量，本發(fā)明提供了優(yōu)化給定燃料的EGR流量從而減少系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間所產(chǎn)生的N0x量的優(yōu)點(diǎn)。因而，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的EGR系統(tǒng)能夠適應(yīng)燃料類(lèi)型的變化。0034盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行多種改變并且可以用等同元件替換本發(fā)明的元件。此外，在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可以做出多種改型以使具體情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明并非僅限于作為實(shí)施本發(fā)明的最佳模式而公開(kāi)的具體實(shí)施方式，相反，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。此外，術(shù)語(yǔ)第一、第二等的使用并非表示任何順序或重要性，術(shù)語(yǔ)第一、第二等僅用于元件之間的彼此區(qū)分。0035構(gòu)4牛列表:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)，包括能夠操作性地連接至渦輪機(jī)系統(tǒng)(10)的廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)，所述廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)調(diào)節(jié)預(yù)定量的再循環(huán)廢氣(30)；至少一個(gè)測(cè)量單元(3)，其構(gòu)造為測(cè)量進(jìn)入燃料(5)的燃料成分；和操作性地連接至所述廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)和測(cè)量單元(3)的控制單元(4)，所述控制單元(4)基于測(cè)得的燃料成分確定所述進(jìn)入燃料(5)的沃泊指數(shù)和反應(yīng)率中的至少一個(gè)，并基于沃泊指數(shù)和反應(yīng)率中的至少一個(gè)確定廢氣(30)的預(yù)定量。2.如權(quán)利要求l所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)，其中，所述控制單元(4)包括含有信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，所述信息包括具體燃料沃泊指數(shù)的預(yù)定廢氣再循環(huán)量，并且所述控制單元(4)基于所確定的所述進(jìn)入燃料(5)的沃泊指數(shù)來(lái)選擇再循環(huán)廢氣(30)的預(yù)定量。3.如權(quán)利要求2所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1),其中，所述數(shù)據(jù)庫(kù)是查找表格。4.如權(quán)利要求2所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1),其中，所述控制單元(4)獲取渦輪機(jī)負(fù)載信息并基于所確定的沃泊指數(shù)和所獲得的渦輪機(jī)負(fù)載信息來(lái)控制所述廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)。5.如權(quán)利要求l所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1),其中，所述控制單元(4)基于所述進(jìn)入燃料(5)的火焰速度、可燃性極限、和化學(xué)反應(yīng)時(shí)間中的至少一個(gè)來(lái)確定所述進(jìn)入燃料(5)的反應(yīng)率，并且所述控制單元(4)基于所確定的反應(yīng)率來(lái)確定再循環(huán)廢氣(30)的預(yù)定量。6.如權(quán)利要求l所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)，其中，所述測(cè)量單元(3)實(shí)時(shí)測(cè)量所述進(jìn)入燃料(5)的燃料成分，并將測(cè)得的燃料成分傳送給所述控制單元(4),所述控制單元(4)基于測(cè)得的燃料成分確定所述進(jìn)入燃料(5)的沃泊指數(shù)和反應(yīng)率中的至少一個(gè)，并通過(guò)基于沃泊指數(shù)和反應(yīng)率中的至少一個(gè)實(shí)時(shí)改變廢氣再循環(huán)流量來(lái)控制所述廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)。7.如權(quán)利要求6所述的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)，其中，當(dāng)所確定的沃泊指數(shù)的熱值大于所述渦輪機(jī)系統(tǒng)(10)的現(xiàn)有燃料的熱值時(shí)，所述控制單元(4)增加再循環(huán)廢氣(30)的預(yù)定量，當(dāng)所確定的沃泊指數(shù)的熱值小于所述現(xiàn)有燃料的熱值時(shí)，所述控制單元減少再循環(huán)廢氣(30)的預(yù)定量，并且當(dāng)所確定的沃泊指數(shù)的熱值等于所述現(xiàn)有燃料的熱值時(shí)，所述控制單元使再循環(huán)廢氣(30)的預(yù)定量保持為恒定量。8.—種渦輪機(jī)系統(tǒng)(10)，包括壓縮機(jī)(14);至少一個(gè)燃燒室(16),其構(gòu)造為接收進(jìn)入燃料(5);至少一個(gè)渦輪機(jī)(22)，其操作性地連接至所述至少一個(gè)燃燒室(16);和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)，其包括廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2),其操作性地連接至所述至少一個(gè)渦輪機(jī)(22)，所述廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)將來(lái)自所述至少一個(gè)渦輪機(jī)(22)的預(yù)定量的氣體(30)引導(dǎo)至所述壓縮機(jī)(12)>至少一個(gè)測(cè)量單元(3)，其構(gòu)造為在所述至少一個(gè)燃燒室(16)處測(cè)量所述進(jìn)入燃料(5)的燃料成分，和控制單元(4)，其操作性地連接至所述廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)和測(cè)量單元(3)，所述控制單元(4)基于測(cè)得的燃料成分確定所述進(jìn)入燃料(5)的沃泊指數(shù)和反應(yīng)率中的至少一個(gè)，并基于沃泊指數(shù)和反應(yīng)率中的至少一個(gè)確定再循環(huán)廢氣(30)的預(yù)定量。9.如權(quán)利要求8所述的渦輪機(jī)系統(tǒng)(10)，其中，所述控制單元(2)獲取渦輪機(jī)負(fù)載信息并基于所確定的沃泊指數(shù)和所獲得的渦輪機(jī)負(fù)栽信息來(lái)控制所述廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)。10.如權(quán)利要求8所述的渦輪機(jī)系統(tǒng)(10),其中，所述測(cè)量單元(3)實(shí)時(shí)測(cè)量所述進(jìn)入燃料(5)的燃料成分，并將測(cè)得的燃料成分傳送給所述控制單元(4)，所述控制單元(4)基于測(cè)得的燃料成分確定所述進(jìn)入燃料(5)的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率，并通過(guò)基于所述進(jìn)入燃料(5)的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率實(shí)時(shí)改變廢氣再循環(huán)流量來(lái)控制所述廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)。全文摘要本發(fā)明涉及廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)和具有該廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)的渦輪機(jī)系統(tǒng)(10)。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)包括能夠操作性地連接至渦輪機(jī)系統(tǒng)(10)并調(diào)節(jié)預(yù)定量的再循環(huán)廢氣(30)的廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)器(2)。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(1)還包括測(cè)量單元(3)和控制單元(4)，該測(cè)量單元測(cè)量進(jìn)入燃料(5)的燃料成分，該控制單元連接至EGR調(diào)節(jié)器(2)和測(cè)量單元(3)并基于測(cè)得的燃料成分確定進(jìn)入燃料(5)的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率，并且該控制單元基于所確定的沃泊指數(shù)和/或反應(yīng)率確定再循環(huán)廢氣(30)的預(yù)定量。文檔編號(hào)F02C6/18GK101672222SQ20091017438公開(kāi)日2010年3月17日申請(qǐng)日期2009年9月11日優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日發(fā)明者G·M·吉爾克里斯特三世,H·卡里姆,S·F·辛普森申請(qǐng)人:通用電氣公司