CN103180551B

CN103180551B - 具有废气处理装置的燃气涡轮发动机及用废气处理装置从废气中消除氮氧化物的方法

Info

Publication number: CN103180551B
Application number: CN201180027808.3A
Authority: CN
Inventors: 埃尔温·拜尔; 于尔根·施泰因万德尔; 埃马纽埃尔·朱伯特
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: WO2011154280A1; EP2392785B1; US8973346B2; CN103180551A; EP2392785A1; US20130118180A1

Abstract

本发明涉及一种燃气涡轮发动机，特别是用于航空器的涡喷或涡扇发动机。所述燃气涡轮发动机包括燃烧段和产生废气的排气段。可通过使用具有反应器和喷射装置的气体处理装置来减少排放产物。反应器产生含氮物质，例如氨。该还原剂被注入燃气涡轮发动机的排气段中的气相内。通过选择性非催化反应，废气中的氮氧化物可被还原。此外，所述喷射装置设置为使得该还原过程的温度窗口范围为850℃～1100℃。用于产生气态氨的反应器可以是热反应器或高压等离子体装置。

Description

具有废气处理装置的燃气涡轮发动机及用废气处理装置从废气中消除氮氧化物的方法

技术领域

本发明涉及具有用于减少氮氧化物的废气处理装置的燃气涡轮发动机和用于在燃气涡轮发动机的排气段中还原氮氧化物的方法。

发明背景

本发明涉及燃气涡轮发动机，特别是用于推进大型航空器的涡喷或涡扇发动机，例如客机或军事作战航空器。燃气涡轮发动机通常包括涡轮机级，它将空气输送至压气机段。被压缩的空气被输送到下游的燃烧段。燃气涡轮发动机的能量通过燃料-空气混合物的燃烧而产生，其特征在于高过量的氧气，即贫燃。在燃烧过程中，形成热膨胀气体流。热膨胀气体从燃烧室被引导通过涡轮机叶片。当空气流过该区域时，速度增加的同时伴随空气压力下降。涡轮机的旋转动力可使压气机转动以补充空气供给。仍然具有能量的气体通过喷嘴被排出到大气中，该喷嘴使气体流加速。因此航空器的推力可以通过排出的气体流而产生。

随着空中交通的发展，需要减少航空器发动机的排放，以尽量减少作为主要巡航路线的对流层以及在高海拔地区时的较低平流层中的环境影响。政府间气候变化专门委员会(IPCC2007)建议，发达国家需要在未来10年内减少25-40％的排放量，并指明2050年的可持续目标为二氧化碳(以下缩写为CO₂)排放比1990年的水平减少约85％，以稳定大气中的温室气体。航空器排放CO₂和氮氧化物(以下缩写为NO_x，其中x是整数)并因此增加温室气体。航空器已经包括在排放交易方案内这一事实代表了对于减少这些排放的激励。CO₂排放问题主要涉及提高发动机效率。另一方面，在恒定功率比下，更高的发动机效率还导致NO_x排放量减少。在对流层臭氧和酸雨的形成中NO_x的作用非常重要。因此，开发用于限制NO_x排放的技术可能性是必不可少的。

热NO与燃料NO之间是有区别的，热NO由大气氮在燃气涡轮机燃烧段中普遍的高气体温度下形成的，而燃料NO是由燃料所含的氮在较低温度下形成的。在贫燃料的条件和高温下，在燃烧空气中的分子氮(N₂)和氧(O₂)离解并通过一系列反应产生一氧化氮排放物，其中三种主要反应为：

N₂+O→NO+N(1)

N+O₂→NO+O(2)

N+OH→NO+H(3)

除了与燃烧有关的一次减排措施外，二次废气处理措施用于分解已形成的NO_x。然而，在航空领域中，由于在高海拔地区航空器的推进必需发动机的核心流推力，所以不可能使用催化剂位于废气流中的二次脱氮技术。因此，需要适用于在涡喷发动机高温过程但不会干扰喷气推进的二次措施。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于处理燃气涡轮发动机废气的装置和方法，其可在顾及燃气涡轮发动机的温度条件的情况下，降低NO_x排放，而不干扰喷气推力。

该目的通过以下具有废气处理装置的燃气涡轮发动机实现，所述燃气涡轮发动机包括用于贫燃的燃烧段；用于输送废气的排气段；和具有喷射装置的废气处理装置；其中废气处理装置还包括反应器，所述反应器用于产生将来自燃烧段的废气中的氮氧化物还原的气态还原剂；和其中喷射装置适合将还原剂注入排气段中。燃气涡轮发动机还包括串流设置在排气段中用于接收来自燃烧段的废气的高压涡轮机和低压涡轮机；其中喷射装置适于将所述还原剂注入低压涡轮机中，在排气段中用于还原氮氧化物的处理温度的范围为800～1100℃。喷射装置选自高压喷嘴、计量喷枪、分配环和具有多个喷嘴的格栅。燃气涡轮发动机还包括：控制单元；其中控制单元根据燃烧段中的条件来控制还原剂的喷射速率。反应器是还包括以下部件的水解反应器：分离器，其用于使尿素水溶液或尿素与其它含氮物质的混合物分离于气态产物氨和二氧化碳。反应器是高压等离子体装置，或者是热反应器。热反应器还包括连接至燃烧段的热交换器，用于保持反应器温度在110℃～300℃温度范围内。另外，燃气涡轮机是具有包括废气处理装置的外缸的航空器涡轮发动机。燃气涡轮发动机还包括至少一个涡轮机空气冷却装置，用于将冷却空气注入排气段中；其中喷射装置适合将还原剂导入涡轮机空气冷却装置的端部。

根据本发明的一个实施方案，一种燃气涡轮发动机包括用于贫燃(leanburing)产生废气的燃烧段，用于输送废气的排气段和具有喷射装置的废气处理装置。所述废气处理装置还包括用于产生气态还原剂以还原废气中氮氧化物的反应器，其中所述喷射装置适于将气态还原剂注入到排气段中。

在燃烧段中，空气与燃料混合并在过量氧的存在下燃烧。含有NO_x的热废气被向下游输送到排气段内通过涡轮机转子。废气中NO_x的浓度随发动机类型、空气/燃料比和发动机运转阶段而变化。在利用喷射装置将气态还原剂注入排气段后，可减少废气中的NO_x。

因此，用于涡喷发动机或涡扇发动机的废气处理集中在使用不妨碍喷气推力的选择性非催化还原(SNCR)。在SNCR方法中，氮氧化物通过与含氮还原剂的将NO_x转化为惰性氮气的反应而被消除。常用的含氮化合物是例如氨、氰尿酸或有机胺。对于有效的SNCR而言，需要将胺型还原剂注入到温度范围在800℃～1200℃的热气流中。由于此温度限制，非催化NO_x还原过程通常不能直接应用于燃烧段中或之后，根据空气燃料混合比和火焰区位置，此处甚至会达到高于2000℃的温度。因此，非选择性催化还原非常适用于温度窗口低于约1100℃的排气段。

如果使用含氮分子，则通过均相气体反应的选择性NO_x还原是唯一可能的。示意性的反应如下(其中m和n是整数值，X是原子或分子)：

mNO+XnN→N₂+OmXn(4)

如果气态氨被用作含氮物质，则一个与过量氧的可能反应如下：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O(5)

如上所述，燃烧段不能被用作注入区，这是因为高温度范围可能会导致由氨生成NO，因此限制了催化过程的效率。因此，还原剂被注入到排气段中，此处的温度范围已经较低并且低于约1100℃，在SNCR过程中可以根据反应(4)和(5)，产生氮分子N₂的稳定三键。

通过使用反应器，可以生产对涡轮叶片既不产生损害也不产生腐蚀的气态还原剂。气态还原剂可以例如通过尿素水解成气态产物氨NH₃和CO₂来生产，上述气体可以分离并作为气体混合物添加到排气段中。该反应器可以是热或高压等离子体装置，用以生产最终减少废气中的氮氧化物的气态还原剂。

因此，可以提供一种不对发动机核心流产生任何干扰的废气净化***。此外，可以在不对燃烧室进行任何改动的情况下实现NO_x还原。

根据本发明的另一实施方案，燃气涡轮发动机还包括串流(inserialflow)设置在用于接收来自燃烧段的废气的排气段中的高压涡轮机和低压涡轮机，其中喷射装置适于将还原剂注入低压涡轮机中。

高压涡轮机和低压涡轮机的串联设置通常用于双轴涡喷发动机中。通常，涡轮机段包括安装在绕发动机中心轴线旋转的一个或多个同轴轴杆上的旋转部件。汽轮机转子可包括叶片和静态机翼或翼片。根据所述段中的涡轮机级和温度，选择还原剂的注入位置。如果在高压涡轮机的下游进行喷射，则废气温度已经低至选择性还原氮氧化物成惰性产物氮和水所必需的温度。仅注入气态还原剂，低压涡轮机的叶片可以不被损坏或侵蚀。如果叶片旋转，则可以利用该运动将还原剂均匀地分配到废气流中。

航空器上使用的典型双轴设置将低压压缩***中的第一压气机级与低压涡轮机结合。在这样的双轴发动机中，喷射入口优选位于高压涡轮机和低压涡轮机之间。在三轴发动机中，喷射装置优选位于高压涡轮机和中压涡轮机之间。具有至少两个不同的轴，低压涡轮机的材料可以选择为不同于高压涡轮机。因此，可以选择特别是耐还原剂例如耐氨的材料。

根据本发明的另一实施方案，提供一种燃气涡轮机，其中排气段中用于还原氮氧化物的处理温度的范围为800～1100℃。

选择性非催化还原过程优选发生在850～1050℃的高温度范围内。在这个温度下，含氮还原剂的注入导致NO被分解成环境中性产物N₂(惰性氮)和H₂O(水)。通过将喷射装置定位在排气段中，优选在低压涡轮机处，温度窗口可以得到最佳利用。因此，SNCR的处理温度不落在温度窗口以外并且可以防止SNCR催化转换效率下降。

根据本发明的另一实施方案，燃气涡轮发动机的喷射装置选自以下组中之一：高压喷嘴(highpressurenozzle)、计量喷枪(meteringlane)、具有多个喷嘴的格栅(grid)以及分配环(distributionring)。使用此喷射技术，将试剂在整个横截面上导入排气段中。

还原剂和试剂气体如氨的均匀分配是通过一个或多个可以排列成个环或格栅的喷嘴产生的。此外，均匀分配可以通过使用高压喷嘴来实现。此外，可以使用可相对于燃气涡轮发动机的旋转轴移动的计量喷枪。计量喷枪允许控制被分配到废气中的还原剂的量。

根据本发明的另一实施方案，燃气涡轮机还包括控制单元，其中所述控制单元根据燃烧段中的条件控制还原剂的喷射速率(injectionrate)。

喷射装置和喷射速率的控制可以取决于内燃机的旋转速度以及在燃烧段中注入的燃料量。还原剂例如氨的用量应该有效地显著降低废气中的NO_x浓度。此外，温度应控制为保证最佳的处理温度。控制单元和喷射装置也可以用于注入例如可降低处理温度的额外的还原剂。因此，根据喷射区内的处理温度，可以添加额外的还原剂。此外，也可以与空气喷射喷嘴组合。如果例如空气被注入在同一涡轮机级中用于冷却涡轮机，则还原剂可以使用同一喷射装置，从而稀释还原剂。

根据本发明的另一实施方案，反应器是水解反应器，该反应器还包括分离器，用于将尿素水溶液或含有另一含氮物质的尿素混合物与气体产物氨和二氧化碳分离。

示意性的水解反应如下：

NH₂CONH₂(尿素)+H₂O(水)→NH₃(氨)+CO₂(6)

释放作为气体的氨和二氧化碳的上述整体反应需要热并且在存在过量水的情况下得到促进。此反应的产物是气体并且可通过分离器与尿素水溶液或含有另一含氮物质的尿素混合物分离。分离的氨可以如上所述通过将空气入口与还原剂喷射喷嘴组合来用空气稀释。采用这种方式，提供更大的气体流量并且可以实现在废气流中更均匀的氨分布。因此，良好混合和用于将氮氧化物通过氨转化成水的近化学计量比匹配得到支持。良好转化的典型比例为NH₃-NO比为0.5～2.0。

根据本发明的另一实施方案，反应器是高压等离子体装置。

非热高压等离子体装置可以用以产生二氧化碳和氨。等离子体装置可取决于通过电晕放电或同轴反应器和电介质势垒放电的放电方法。利用高压等离子体，还原剂氨可在气相中活化。等离子体诱导形成自由基可以加速以下气体处理中的氮还原。等离子体的性能可根据气体质量流量以及旋转速度或燃气涡轮发动机的其他操作参数进行调节。无论是使用AC/DC电晕或电介质势垒放电，性能可通过调节放电电流幅度进行控制。

根据本发明的另一实施方案，反应器是热反应器。

如果在反应器中加热，则由尿素或含尿素的混合物生成气态氨得到促进。从该热反应器中，氨、CO₂和水的气态产物混合物可以被分离和回收。

根据本发明的另一实施方案，反应器还包括热交换器，用于保持反应器的温度处于110℃～300℃的范围。

通过使用热交换器，温度可被控制在约110℃～约300℃之间。这种热水解反应器通常在约125℃～约180℃温度下运行。因此，可以通过调节温度来控制形成含气态氨的产物的反应。调节通过热交换器的热输入以保持所需的操作温度。热交换器连接到燃烧段以提供传热。热交换器可以包括在其中的热交换介质。此外，传热可以通过使用气体/气体热交换器、气体/液体热交换器或热管来实现。

根据本发明的另一实施方案，燃气涡轮发动机是具有包括气体处理装置的外缸的航空器涡轮发动机。

典型的航空器涡轮发动机是涡喷发动机、涡扇发动机或涡轮轴发动机。使用加速排出发动机后部的废气推力的反应发动机尤其适合于非催化气体处理装置。在不安装催化装置的情况下，不产生压降并且可以保持航空器涡轮发动机的推力。

根据本发明的另一实施方案，燃气涡轮发动机还包括至少一个涡轮机空气冷却装置，用于在排气段中注入冷却空气，其中喷射装置适于将还原剂引入涡轮机空气冷却装置的端部。

通过将还原剂注入涡轮机空气冷却装置端部中，还原剂氨可以被用于冷却的空气所稀释或与其混合。因此，可以实现还原剂的更好分配，同时可使用用于涡轮机叶片空气冷却的喷射装置。

根据本发明的另一实施方案，提供一种通过废气处理装置从燃气涡轮发动机废气中消除氮氧化物的方法，所述方法包括：在废气处理装置的水解反应器中将含氮物质水溶液水解成气态还原剂；从液相中分离出气态还原剂，将气态还原剂通过喷射装置注入排气段中；和通过还原剂的还原来还原废气的氮氧化物。

因此，通过选择性非催化还原(SNCR)过程，利用例如氨作为还原剂进行氮氧化物的消除。利用喷射装置，可将水解产生的气态氨、二氧化碳和水的连续流以气体形式排出，以防止对涡轮机叶片的任何侵蚀或影响。利用该过程，燃气涡轮发动机的推力也完全不会受到影响，这对于航空中该气体处理技术的使用是必不可少的。

根据本发明的另一实施方案，提供一种方法，该方法具有以下步骤：在容器中混合水和尿素并将水解反应器加热至110℃至200℃的温度范围。

通过使用尿素，可以排除与运输贮存和转移氨相关的风险。氨被归类为危险物质，而尿素是可以安全地运输、贮存和无风险处理的稳定和非挥发性的物质。因此，对于在航空器上提供氨作为还原剂而言，这是优选的解决方案，其中安全标准非常高。

水解反应器的加热促进水解，因为该反应是吸热反应。通过调节加热(该加热可以通过连接到燃气涡轮发动机的燃烧段的热交换器进行)，水解可以停止或启动。

根据本发明的另一实施方案，提供一种航空器，其包括具有用于还原氮氧化物的废气处理装置的燃气涡轮发动机。

应当指出的是，上述特征也可以组合。虽然没有明确地详细描述，但上述特征的组合还可导致协同效应。此外，应指出的是，措辞“包括”不排除其他要素，并且无数量词修饰不排除多个要素。

为进一步说明并提供对本发明的更好理解，在下文中参照附图更详细地描述了示例性实施方案。

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的使用气体处理装置的燃气涡轮发动机的示意图。

图2是使用具有热水解反应器的气体处理装置的燃气涡轮发动机的另一示例性实施方案的示意图。

图3示意性地示出具有燃气涡轮发动机和废气处理装置的航空器。

图4示出根据本发明的另一示例性实施方案的用于减少燃气涡轮发动机废气的氮氧化物的方法的步骤流程图。

图例和附图是示意性的并且不是按比例绘制的。

附图的详细说明

图1是本发明一个实施方案的通过涡喷燃气涡轮发动机提供动力的航空器的示意图。此外，示出取决于燃气涡轮发动机壳体内气***置的温度和压力的函数。该燃气涡轮发动机仅仅是示例性的，并且适用于通过涡扇或涡轮轴发动机提供动力的航空器或其它交通工具。涡轮燃气发动机100包括串流设置的吸气段110、压气机段111和112、燃烧段113和排气段116。压气机段包括低压压气机111和高压压气机112。这些压气机级将入口空气压力升高到相对高的水平。这可通过线118的第二“X”下方的图示看出。

被压缩的空气进入串流设置的燃烧段113。燃烧段包括燃料喷射装置103，它可以是简单的喷嘴或燃料喷嘴环(图中未示出)。喷射的燃料与空气混合并通过点火装置(未示出)点燃形成燃料火焰104。点火使得空气的体积膨胀，并进一步提高了气体温度，其中燃料的燃烧温度可达到约2000℃的最高温度。燃烧废气的温度在燃烧区下游最大，并且通常在分隔区域113和116的虚线处，如第三个“T”的下部图所示，显著高于1000℃。

在燃烧段的下游为排气段116的开始。沿流动路径，废气温度下降，如下图中的温度下降曲线117所示。在喷射装置102(见虚线)处可达到约1000℃的温度范围。由于注入的空气体积随周围环境具有较低温度，可见平行于所述虚线的温降。废气随着从低压涡轮机(见压力曲线118的第四个X)直到被送出涡轮机进入大气的路径被进一步冷却下来。

该燃气涡轮发动机100的压气机在涡轮机段中具有两个阶段，即连接至高压压气机112的高压涡轮机122和连接至低压压气机111的低压涡轮机121。燃气涡轮发动机的尾部是排气喷管115，其与外壳119的形状相结合产生用于航空器的推力。来自燃烧段的废气的热气流在离开喷管时被加速，从而产生与作用在发动机内部的压力相关联的推力，该压力通过喷管收缩得到保持并且增加。在通过排气喷管时压力的下降可在下图中的曲线118处看出。

在涡轮机段114中以及在排气段116中，具有所示包括喷射装置102的气体处理装置101。喷射装置102位于离开高压涡轮机进入低压涡轮机的气体温度为约1000℃时的位置。涡轮机级可例如由固定的喷嘴翼片和转子叶片构成。涡轮机适于将热加压气体转换成有用功，从而通过共用轴驱动压气机。

由于燃烧废气的温度对于下游涡轮机叶片可能过高，所以这些叶片有时必须被冷却以防止它们被熔融。一个冷却选择是从压气***向涡轮机叶片和翼片提供相对冷的空气。这种冷却可以通过喷淋头或切向喷射器实现。这些冷却***也可以用于实现对于选择性非催化还原的处理温度，其为约1000℃。

此外，涡轮机空气冷却入口也可以位于低压和高压涡轮机段之间。因此，这些喷射装置可以同时用作气体处理装置的喷口和入口。冷却用空气随后将稀释在气体处理装置的反应器中产生的还原剂，以均匀分配还原剂以使废气中的氮氧化物被还原成惰性气体N₂。为了获得良好的转化率，必须获得合适的温度范围。因此，未示出的温度传感器可以设置并用作对气体处理装置101的还原剂喷射速率的控制。

图2示出用于燃气涡轮发动机200的气体处理装置的示例性实施方案。燃气涡轮发动机200的剖视图仅示出排气喷管215和涡轮机段214。此外，示出界面，即壳体219被示意性地和部分地示出，其中气体处理装置的喷射装置202被示出。

废气处理装置包括热反应器201，其具有用以容纳尿素水溶液的下段210以及用以分离水解反应的气态产物的分离器204。这些气态产物可以通过阀205输送至喷射装置。该段应该处于超过60℃的温度范围内，从而不允许沉积在低温下形成的固体含氮物质。

在该图中，尿素212被包含在用于干燥条件下贮存该物质的容器中。根据还原剂氨的喷射速率的要求在混合容器209中将其与通过供水211提供的水混合之后，可将该水溶液通过泵208输送到反应器201的下段210中的入口206。除尿素外可用的另一种还原剂是氨基甲酸铵和作为溶剂的水，该氨基甲酸铵水溶液在高于60℃下转化为NH₃和CO₂。

释放作为气体的氨和二氧化碳的尿素水解反应在存在过量水的条件下得到促进。因此，控制供水可以附加地控制反应速率。尿素可以作为浓度约80％以下的水溶液使用。为了加速生成产物氨和CO₂以及H₂O的水解反应，热反应器201通过热交换器加热，其中通过热交换器203和传热介质将燃烧段213的热传递至具有位于反应器201中的另一热交换回路231的热反应器。

为了排空反应器，还预见存在另一阀207。此外，可以用不同的传感器来控制温度和控制单元220，以经由控制线222通过质量流量控制器205来控制喷射速率。该控制单元还通过控制线233控制尿素水溶液208的进料泵、供水211和热交换器231和203的调节。通过喷射装置202提供气态氨并且可以通过高压喷射和涡轮机叶片的额外旋转动力在涡轮机段214中实现均匀分布。因此，在气态氨和二氧化碳满足氮氧化物消除的化学计量条件的情况下，可以实现废气216中的高氮氧化物消除。

此外，还原剂可以被载气(未示出)稀释，所述载气例如用来冷却涡轮机叶片。该载气可以是来自环境的空气或来自压气段的旁路空气。因此，可以保持非催化选择性还原的最优反应温度范围即850～1050℃的范围。

示意图仅示出热反应器的示意图。然而，反应器的形状可适应燃气涡轮发动机壳体的圆筒形状。此外，提供作为圆筒形式的外缸。该圆筒形式与航空相关，用以尽可能地保持流线体的空气动力学形状。

除了热反应器外，也可以提供支持形成自由基的等离子体反应器。在使用NH₃作为还原剂的情况下，NH_x自由基促进一系列反应导致NO_x的消除。

此外，可以提供多个喷射装置以调节燃烧条件。例如，在由于空气/燃料混合比较高导致燃烧温度较低时，可以使用设置在低压涡轮机122中的第一喷射点上游的喷射装置。此外，喷射速率可通过控制单元以及载气稀释率来改变。对于已在反应器中的调节，还可改变尿素在水中的稀释率。

图3示出航空器302，尤其是涡轮喷气飞机，其包括具有废气处理装置301的燃气涡轮发动机300。图3仅示意性地示出作为钝形空气动力学流线体的燃气涡轮发动机外缸，所述外缸包括径向的圆形进气口。废气处理装置设置在外缸和空气管道之间，使得需要尽可能少的空间。废气处理装置所需的设备也可以组合或连接涡轮喷气发动机操作所必需的设备，如控制器、燃料泵或发电机。特别是为了调节还原剂的喷射速率，中央处理单元能够提供燃烧室的条件，例如燃料使用量或温度，并将该条件输送至废气处理装置的控制单元。

将浓度为温度范围在850℃到1050℃之间的废气中NO_x浓度约两倍的氨注入废气中得到50％～100％的还原效率。这些效率取决于温度以及与废气的混合程度。

图4示出通过废气处理装置从燃气涡轮发动机废气中消除氮氧化物的方法400的步骤流程图。在步骤401中，该方法开始。步骤402包括废气处理装置的水解反应器中将含氮物质水溶液水解成气态还原剂。在接着的步骤402中，从液相中分离出气态还原剂。在分离后进行步骤403，其中将气态还原剂通过喷射装置注入排气段中。最后，在步骤404中，废气中的氮氧化物通过与还原剂的还原反应而被还原。因此，可以实现燃烧废气中的NO_x浓度显著减少，而不会干扰喷气推进。此外，可以通过适当设置还原剂的喷射装置来提供最佳温度窗口。

尽管已经在附图和前述说明中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施方案。本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求能够理解和实现所公开的实施方案的其他变型，并实施所要求的发明。在权利要求中，措辞“包括”并不排除其它要素或步骤，并且不用数量词修饰时并不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中记载特定手段的纯粹事实并不表示这些手段的组合不能被有利地使用。在权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制本发明的范围。

附图标记

100燃气涡轮发动机

101废气处理装置

102还原剂喷射装置

103燃料喷射装置

104燃料火焰

110进气段

111低压压气机

112高压压气机

113燃烧段

114涡轮机段

115喷嘴

116排气段

117温度曲线

118压力曲线

119外壳

121高压涡轮机

122低压涡轮机

200废气处理装置

201反应器

202喷射装置

203热交换器

204分离器

205质量流量控制器

206反应器入口阀

207反应器出口阀

208尿素水溶液进料泵

209容器

210反应器下段

212尿素贮存容器

211供水

215排气喷管

216废气

220控制单元

222质量流量控制器的控制线

231热交换器

232温度传感器

233热交换器控制线

302航空器

300燃气涡轮发动机

301气体处理装置

400还原燃气涡轮发动机的NO_x的方法

401-404方法的步骤

Claims

1.一种航空器涡轮发动机(100，300)，包括：

用于贫燃的燃烧段(113)；

用于输送废气的排气段(116)；

具有喷射装置(102)的废气处理装置(101)；

串流设置在所述排气段(116)中用于接收来自所述燃烧段(113)的废气的高压涡轮机(122)和低压涡轮机(121)；

其中所述废气处理装置(101)还包括反应器(201)，所述反应器(201)用于产生将来自所述燃烧段的废气中的氮氧化物还原的气态还原剂；和

其中所述喷射装置(102)适合将所述还原剂注入所述低压涡轮机(121)中。

2.根据权利要求1所述的航空器涡轮发动机(100，300)，

其中在所述排气段(116)中用于还原氮氧化物的处理温度的范围为800～1100℃。

3.根据权利要求1所述的航空器涡轮发动机(100，300)，

其中所述喷射装置(102)选自：

高压喷嘴；

计量喷枪；

分配环；和

具有多个喷嘴的格栅。

4.根据权利要求1所述的航空器涡轮发动机(100、300)，还包括：

控制单元(220)；

其中所述控制单元(220)根据所述燃烧段(113)中的条件来控制所述还原剂的喷射速率。

5.根据权利要求1所述的航空器涡轮发动机(100、300)，

其中所述反应器是还包括以下部件的水解反应器(201)：

分离器(204)，其用于使尿素水溶液(210)或尿素与其它含氮物质的混合物分离于气态产物氨和二氧化碳。

6.根据权利要求1所述的航空器涡轮发动机(100，300)，

其中所述反应器是高压等离子体装置。

7.根据权利要求1所述的航空器涡轮发动机(100，300)，

其中所述反应器是热反应器(201)。

8.根据权利要求7所述的航空器涡轮发动机(100，300)，

其中所述热反应器(201)还包括连接至所述燃烧段的热交换器，用于保持反应器温度在110℃～300℃温度范围内。

9.根据权利要求1所述的航空器涡轮发动机(100，300)，

其中所述航空器涡轮发动机(100，300)是具有包括所述废气处理装置的外缸的航空器涡轮发动机。

10.根据权利要求1所述的航空器涡轮发动机(100，300)，还包括：

至少一个涡轮机空气冷却装置，用于将冷却空气注入所述排气段中；

其中所述喷射装置适合将所述还原剂导入所述涡轮机空气冷却装置的端部。

11.一种通过废气处理装置(120)从航空器涡轮发动机的废气中消除氮氧化物的方法，所述方法包括：

在所述废气处理装置(120)的水解反应器中，将含氮物质水溶液水解成气态还原剂；

使液相分离于所述气态还原剂；

于串流设置在排气段(116)中的高压涡轮机(122)和低压涡轮机(121)中接收所述废气；

将所述气态还原剂通过喷射装置注入所述低压涡轮机(121)中；和

通过与所述还原剂的还原反应来还原所述废气中的氮氧化物。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在容器(209)中混合水和尿素；和

将所述水解反应器(201)加热至110℃～200℃的温度范围。

13.一种航空器(302)，包括根据权利要求1～10中任一项所述的航空器涡轮发动机(100，300)，所述航空器涡轮发动机(300)具有用于还原氮氧化物的废气处理装置(301)。