本申請涉及全部于2015年6月29日提交的共同未決美國申請?zhí)枺?4/753064,14/753066,14/753072,14/753074,14/753077,14/753080,14/753085,14/753088,14/753093,14/753102,14/753107,14/753097和14/753105，GE代理人檔案號280650-1，280685-1，280687-1，280692-1，280707-1，280714-1，280730-1，280731-1，280815-1，281003-1，281004-1，281005-1和281007-1。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及發(fā)電系統(tǒng)，并且更具體地，涉及用于冷卻發(fā)電系統(tǒng)的廢氣的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

來自發(fā)電系統(tǒng)(例如簡單循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng))的廢氣常常必須滿足針對釋放到大氣中的廢氣的組分的嚴(yán)格法規(guī)要求。典型地在燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的廢氣中發(fā)現(xiàn)并且受到監(jiān)管的成分之一是氮氧化物(即，NO_x)，其例如包括一氧化氮或二氧化氮。為了從廢氣流去除NO_x，常常使用諸如選擇性催化還原(SCR)的技術(shù)。在SCR過程中，氨(NH₃)或類似物與NO_x反應(yīng)并且產(chǎn)生氮(N₂)和水(H₂O)。

SCR過程的有效性部分地取決于被處理的廢氣的溫度。來自燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的廢氣的溫度常常高于約1100°F。然而，SCR催化劑需要在小于約900°F下操作以在合理的催化壽命期間保持有效性。就此而言，在SCR之前通常冷卻來自簡單循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的廢氣。

大型外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)已用于通過混合冷卻氣體(如環(huán)境空氣)和廢氣將燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的廢氣溫度降低到低于900°F。由于外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的故障引起的催化劑損害的可能性，通常使用冗余外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。這些外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)包括許多部件，如吹風(fēng)機(jī)、馬達(dá)、過濾器、進(jìn)氣結(jié)構(gòu)和大導(dǎo)管，其昂貴、龐大并且增加燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的操作成本。另外，外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的操作不是固有聯(lián)系的，因此增加了在燃?xì)鉁u輪機(jī)操作的各種模式期間由于過度溫度引起的SCR催化劑損害的概率。為了防止由于過度溫度引起的SCR催化劑損害(例如，如果(一個或多個)外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)出故障或不能充分地冷卻廢氣)，燃?xì)鉁u輪機(jī)可能需要停機(jī)直到溫度問題可以被矯正。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的第一方面提供一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的空氣流控制系統(tǒng)，其包括：用于附連到燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的可旋轉(zhuǎn)軸的空氣流生成系統(tǒng)，用于通過進(jìn)氣部段吸入過量空氣流；混合區(qū)域，用于接收由燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣流；空氣提取系統(tǒng)(air extraction system)，用于提取由空氣流生成系統(tǒng)生成的過量空氣流的至少一部分以提供旁路空氣；以及殼體，該殼體圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)并且形成空氣通道，旁路空氣通過空氣通道并且圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)流動到混合區(qū)域中以降低廢氣流的溫度。

基于本公開的第一方面，在空氣流控制系統(tǒng)中，空氣流生成系統(tǒng)包括風(fēng)扇。另外，空氣流控制系統(tǒng)還包括混合系統(tǒng)，用于在混合區(qū)域中混合旁路空氣和廢氣流。此外，在空氣流控制系統(tǒng)中，空氣提取系統(tǒng)包括至少一個入口導(dǎo)葉。

進(jìn)一步地，空氣流控制系統(tǒng)還包括流動引導(dǎo)系統(tǒng)，用于將旁路空氣朝著混合區(qū)域中的廢氣流引導(dǎo)到廢氣流中。

更進(jìn)一步地，流動引導(dǎo)系統(tǒng)包括殼體的向內(nèi)彎曲端部分和/或至少一個出口導(dǎo)葉。

基于本公開的第一方面，在空氣流控制系統(tǒng)中，由空氣流生成系統(tǒng)吸入的過量空氣流包括由燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)部件吸入的空氣流的約百分之十到約百分之四十。另，空氣提取系統(tǒng)配置成將過量空氣流的任何未提取部分轉(zhuǎn)移到燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)部件中以過給燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)。另外，空氣流控制系統(tǒng)還包括用于處理降低溫度的廢氣流的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。此外，在空氣流控制系統(tǒng)中，殼體包括燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的外殼。再者，空氣流控制系統(tǒng)還包括空氣流控制器，用于控制空氣提取系統(tǒng)以將降低溫度的廢氣流保持在低于約900°F的溫度。

本公開的第二方面提供一種渦輪機(jī)械系統(tǒng)，其包括：燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)，該燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)部件，燃燒器部件以及渦輪機(jī)部件；由渦輪機(jī)部件驅(qū)動的軸；在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的上游聯(lián)接到軸的風(fēng)扇，用于通過進(jìn)氣部段吸入過量空氣流；混合區(qū)域，用于接收由燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣流；空氣提取系統(tǒng)，用于提取由風(fēng)扇生成的過量空氣流的至少一部分以提供旁路空氣；殼體，該殼體圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)并且形成空氣通道，旁路空氣通過空氣通道并且圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)流動到混合區(qū)域中以降低廢氣流的溫度；以及空氣流控制器，用于控制空氣提取系統(tǒng)以將降低溫度的廢氣流保持在低于約900°F的溫度；以及選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，用于處理降低溫度的廢氣流。

基于本公開的第二方面，渦輪機(jī)械系統(tǒng)還包括混合系統(tǒng)，用于在混合區(qū)域中混合旁路空氣和廢氣流。此外，在渦輪機(jī)械系統(tǒng)中，空氣提取系統(tǒng)包括至少一個入口導(dǎo)葉。

進(jìn)一步地，渦輪機(jī)械系統(tǒng)還包括流動引導(dǎo)系統(tǒng)，用于將旁路空氣朝著混合區(qū)域中的廢氣流引導(dǎo)到廢氣流中。

更進(jìn)一步地，流動引導(dǎo)系統(tǒng)包括殼體的向內(nèi)彎曲端部分和/或至少一個出口導(dǎo)葉。

基于本公開的第二方面，在渦輪機(jī)械系統(tǒng)中，由空氣流生成系統(tǒng)吸入的過量空氣流包括由壓縮機(jī)部件吸入的空氣流的約百分之十到約百分之四十。另外，空氣提取系統(tǒng)配置成將過量空氣流的任何未提取部分轉(zhuǎn)移到燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)部件中以過給燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)。此外，在渦輪機(jī)械系統(tǒng)中，殼體包括燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的外殼。

本公開的第三方面提供一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括：燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)，該燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)部件，燃燒器部件以及渦輪機(jī)部件；由渦輪機(jī)部件驅(qū)動的軸；聯(lián)接到軸的發(fā)電機(jī)，用于生成電力；在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的上游聯(lián)接到軸的風(fēng)扇，用于通過進(jìn)氣部段吸入過量空氣流；混合區(qū)域，用于接收由燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣流；空氣提取系統(tǒng)，用于提取由風(fēng)扇生成的過量空氣流的至少一部分以提供旁路空氣；殼體，該殼體圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)并且形成空氣通道，旁路空氣通過空氣通道并且圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)流動到混合區(qū)域中以降低廢氣流的溫度；空氣流控制器，用于控制空氣提取系統(tǒng)以將降低溫度的廢氣流保持在低于約900°F的溫度；以及選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，用于處理降低溫度的廢氣流。

本公開的示例性方面設(shè)計成解決本說明書中所述的問題和/或未論述的其它問題。

附圖說明

從結(jié)合附圖進(jìn)行的本公開的各方面的以下詳細(xì)描述將更容易理解本公開的這些和其它特征，附圖描繪本公開的各實施例。

圖1顯示根據(jù)實施例的簡單循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。

圖2描繪根據(jù)實施例的空氣流生成系統(tǒng)。

圖3描繪根據(jù)實施例的圖1的燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的一部分的放大圖。

圖4是沿著圖1的線A--A獲得的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的旁路殼體和壓縮機(jī)部件的示例性橫截面圖。

圖5是沿著圖3的線B--B獲得的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的旁路殼體和壓縮機(jī)部件的示例性橫截面圖。

圖6是根據(jù)實施例的圖表，顯示在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的不同負(fù)荷百分比下進(jìn)入混合區(qū)域的旁路空氣流和廢氣流的溫度之間的示例性關(guān)系。

圖7顯示根據(jù)實施例的簡單循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的示意圖。

應(yīng)當(dāng)注意本公開的附圖不按比例繪制。附圖旨在僅僅描繪本公開的典型方面，并且因此不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限制本公開的范圍。在附圖中，在不同附圖之間相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。

具體實施方式

如上所述，本公開總體上涉及發(fā)電系統(tǒng)，并且更具體地，涉及用于冷卻發(fā)電系統(tǒng)的廢氣的系統(tǒng)和方法。

圖1是包括燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12和廢氣處理系統(tǒng)14的渦輪機(jī)械(例如，簡單循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)10)的框圖。燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12可以燃燒液體或氣體燃料，如天然氣和/或富氫合成氣，從而生成熱燃燒氣體以驅(qū)動燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12。

燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12包括進(jìn)氣部段16，壓縮機(jī)部件18，燃燒器部件20以及渦輪機(jī)部件22。渦輪機(jī)部件22經(jīng)由軸24驅(qū)動地聯(lián)接到壓縮機(jī)部件18。在運(yùn)行中，空氣(例如，環(huán)境空氣)通過進(jìn)氣部段16進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12(由箭頭26指示)并且在壓縮機(jī)部件18中加壓。壓縮機(jī)部件18包括至少一個級，所述級包括聯(lián)接到軸24的多個壓縮機(jī)葉片。軸24的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致壓縮機(jī)葉片的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，由此經(jīng)由進(jìn)氣部段16將空氣吸入壓縮機(jī)部件18中并且在進(jìn)入燃燒器部件20之前壓縮空氣。

燃燒器部件20可以包括一個或多個燃燒器。在實施例中，多個燃燒器在燃燒器部件20中以圍繞軸24的大體圓形或環(huán)形配置布置在多個圓周位置。當(dāng)壓縮空氣離開壓縮機(jī)部件18并且進(jìn)入燃燒器部件20時，壓縮空氣與燃料混合以便在(一個或多個)燃燒器內(nèi)燃燒。例如，(一個或多個)燃燒器可以包括一個或多個燃料噴嘴，所述燃料噴嘴配置成以用于燃燒、排放控制、燃料消耗、功率輸出等的合適比率將燃料-空氣混合物噴射到(一個或多個)燃燒器中。燃料-空氣混合物的燃燒生成熱加壓廢氣，該熱加壓廢氣然后用于驅(qū)動渦輪機(jī)部件22內(nèi)的一個或多個渦輪機(jī)級(每個具有多個渦輪機(jī)葉片)。

在運(yùn)行中，流動進(jìn)入并且通過渦輪機(jī)部件22的燃燒氣體對著渦輪機(jī)葉片并且在渦輪機(jī)葉片之間流動，由此驅(qū)動渦輪機(jī)葉片并且因此驅(qū)動軸24旋轉(zhuǎn)。在渦輪機(jī)部件22中，燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)換成功，其中的一些用于通過旋轉(zhuǎn)軸24驅(qū)動壓縮機(jī)部件18，剩余部分可用于有用功以驅(qū)動負(fù)載，例如但不限于用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)28和/或另一渦輪機(jī)。

流動通過渦輪機(jī)部件22的燃燒氣體作為廢氣流32離開渦輪機(jī)部件22的下游端30。廢氣流32可以繼續(xù)在下游方向34上朝著廢氣處理系統(tǒng)14流動。渦輪機(jī)部件22的下游端30可以經(jīng)由混合區(qū)域33流體地聯(lián)接到廢氣處理系統(tǒng)14的CO去除系統(tǒng)(例如，包括CO催化劑36)和SCR系統(tǒng)(例如，包括SCR催化劑38)。如上所述，由于燃燒過程，廢氣流32可能包括某些副產(chǎn)物，如氮氧化物(NO_x)，硫氧化物(SO_x)，碳氧化物(CO_x)和未燃烴。由于某些法規(guī)要求，廢氣處理系統(tǒng)14可以用于在大氣釋放之前降低或基本上最小化此類副產(chǎn)物的濃度。

用于去除或減少廢氣流32中的NO_x的量的一種技術(shù)是通過使用選擇性催化還原(SCR)過程。例如，在用于從廢氣流32去除NO_x的SCR過程中，氨(NH₃)或其它合適的還原劑可以噴射到廢氣流32中。氨與NO_x反應(yīng)以產(chǎn)生氮(N₂)和水(H₂O)。

如圖1中所示，氨蒸發(fā)器系統(tǒng)40和氨噴射格柵42可以用于蒸發(fā)氨溶液(例如，儲存在罐46中)并將其噴射到在SCR催化劑38的上游的廢氣流32中。例如，氨噴射格柵42可以包括具有用于將蒸發(fā)氨噴射到廢氣流32中的開口/噴嘴的管的網(wǎng)絡(luò)。將領(lǐng)會的是，廢氣流32中的氨和NO_x在它們穿過SCR催化劑38時反應(yīng)以產(chǎn)生氮(N₂)和水(H₂O)，因此從廢氣流32去除NO_x。由此產(chǎn)生的排放物可以通過燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的煙囪44釋放到大氣中。

例如，氨蒸發(fā)器系統(tǒng)40還可以包括吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)48，一個或多個加熱器50(例如，電加熱器)和氨蒸發(fā)器52，用于提供經(jīng)由氨噴射格柵42噴射到廢氣流32中的蒸發(fā)氨。氨可以使用泵系統(tǒng)54從罐46泵送到氨蒸發(fā)器52。吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)48可以包括冗余吹風(fēng)機(jī)，同時泵系統(tǒng)54可以包括冗余泵以在單獨(dú)的吹風(fēng)機(jī)/泵故障的情況下保證氨蒸發(fā)器系統(tǒng)40的繼續(xù)運(yùn)行。

SCR過程的有效性部分地取決于被處理的廢氣流32的溫度。由燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12生成的廢氣流32的溫度常常高于約1100°F。然而，SCR催化劑38通常需要在低于約900°F的溫度下操作。

根據(jù)實施例，空氣流生成系統(tǒng)56可以用于提供冷卻空氣以便將廢氣流32的溫度降低到適合于SCR催化劑38的水平。如圖1中所示，空氣流生成系統(tǒng)56可以包括風(fēng)扇58。風(fēng)扇58可以在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的上游聯(lián)接到燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的軸24以提供通過進(jìn)氣部段16吸入的冷卻空氣(例如，環(huán)境空氣)，該冷卻空氣可以用于降低廢氣流32的溫度。風(fēng)扇58可以使用安裝系統(tǒng)60固定地安裝(例如，螺栓連接、焊接等)到燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的軸24上。就此而言，風(fēng)扇58配置成以與軸24相同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。在其它實施例中，如圖2中所示，離合器機(jī)構(gòu)62可以用于將風(fēng)扇58可釋放地聯(lián)接到燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的軸24。如果不需要，這允許風(fēng)扇58選擇性地從軸24斷開。當(dāng)離合器機(jī)構(gòu)62接合時，風(fēng)扇58聯(lián)接到軸24并且配置成以與軸24相同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。離合器聯(lián)接/斷開命令可以經(jīng)由空氣流控制器100(圖1)提供給離合器機(jī)構(gòu)62?？烧{(diào)節(jié)速度驅(qū)動系統(tǒng)也可以用于將風(fēng)扇58聯(lián)接到軸24以允許風(fēng)扇58以不同于軸24的速度旋轉(zhuǎn)。

壓縮機(jī)部件18具有流量容量并且配置成基于其流量容量經(jīng)由進(jìn)氣部段16吸入空氣流(例如，環(huán)境空氣)。在運(yùn)行中，風(fēng)扇58設(shè)計成通過進(jìn)氣部段16吸入為壓縮機(jī)部件18的流量容量的約10％到約40％的附加空氣流。一般而言，可以基于若干因素改變和選擇性地控制空氣流的百分比增加，所述因素包括燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12上的負(fù)荷，正在吸入燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的空氣的溫度，SCR催化劑38處的廢氣流32的溫度，等等。

如圖1和3中所示，燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12可以由旁路殼體70圍繞。旁路殼體70從進(jìn)氣部段16延伸到混合區(qū)域33并且將進(jìn)氣部段16流體地聯(lián)接到混合區(qū)域33。旁路殼體70可以具有任何合適的配置。例如，旁路殼體70可以具有環(huán)形配置，如圖4中所示，圖4是沿著圖1中的線A--A獲得的橫截面。旁路殼體70形成圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的空氣通道72，冷卻旁路空氣(BA)的供給可以通過該空氣通道被提供以便冷卻燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的廢氣流32。

空氣提取系統(tǒng)74可以被提供以提取由風(fēng)扇58提供的附加空氣流的至少一些(例如，大于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的壓縮機(jī)部件18的流量容量的任何空氣流)并且將提取空氣引導(dǎo)到形成于旁路殼體70和燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12之間的空氣通道72中。例如，空氣提取系統(tǒng)74可以包括入口導(dǎo)葉(inlet guide vanes)，定子或用于將空氣流選擇性地引導(dǎo)到空氣通道72中的任何其它合適的系統(tǒng)。在以下描述中，空氣提取系統(tǒng)74包括但不限于入口導(dǎo)葉。如圖5中所示，圖5是沿著圖3中的線B--B獲得的橫截面，空氣提取系統(tǒng)74可以完全圍繞入口延伸到形成于旁路殼體70和燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的壓縮機(jī)部件18之間的空氣通道72。

如圖3中所示，空氣提取系統(tǒng)74可以包括多個入口導(dǎo)葉78以便控制引導(dǎo)到形成于旁路殼體70和燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12之間的空氣通道72中的空氣的量。每個入口導(dǎo)葉78可以由獨(dú)立的致動器(actuator)80選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))。在圖3中示意性地顯示根據(jù)各實施例的致動器80，但是可以使用任何已知的致動器。例如，致動器80可以包括機(jī)電馬達(dá)或任何其它類型的合適致動器。

旁路空氣不會進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12，而是改為通過空氣通道72引導(dǎo)到混合區(qū)域33，如箭頭BA所示，其中旁路空氣可以用于冷卻廢氣流32。剩余空氣(即，未經(jīng)由空氣提取系統(tǒng)74提取的附加空氣流的任何部分)進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的壓縮機(jī)部件18，并且以正常方式流動通過燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12。如果剩余空氣流大于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的壓縮機(jī)部件18的流量容量，可能發(fā)生燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的過給(supercharging)，增加燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的效率和功率輸出。

可以響應(yīng)來自空氣流控制器100的命令獨(dú)立地和/或全體地控制空氣提取系統(tǒng)74的致動器80以選擇性地改變?nèi)肟趯?dǎo)葉78的定位。也就是說，入口導(dǎo)葉78可以由致動器80圍繞樞軸線選擇性地旋轉(zhuǎn)。在實施例中，每個入口導(dǎo)葉78可以獨(dú)立于任何其它入口導(dǎo)葉78單獨(dú)地樞轉(zhuǎn)。在其它實施例中，入口導(dǎo)葉78的組可以獨(dú)立于入口導(dǎo)葉78的其它組樞轉(zhuǎn)(即，在兩個或更多個組中樞轉(zhuǎn)使得組中的每個入口導(dǎo)葉78一起旋轉(zhuǎn)相同量)。入口導(dǎo)葉78的每一個的位置信息(例如，由機(jī)電傳感器或類似物感測)可以提供給空氣流控制器100。

由風(fēng)扇58提供的增加空氣流可以增加壓縮機(jī)部件18處的空氣壓力。例如，在空氣流通過風(fēng)扇58的運(yùn)行從約10％增加到約40％的情況下，可以獲得約5到約15英寸水柱(inches of water)的相應(yīng)壓力增加。該壓力增加可以用于克服壓降并且促進(jìn)下游廢氣處理系統(tǒng)14中的較冷空氣與廢氣流32的適當(dāng)混合(在下面描述)。壓力增加也可以用于過給(supercharge)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12。

旁路空氣通過空氣通道72朝著并且流動進(jìn)入在渦輪機(jī)部件22的下游的混合區(qū)域33。在實施例中，旁路空氣離開空氣通道72并且朝著混合區(qū)域33中的廢氣流32傾斜(at an angle)引導(dǎo)到廢氣流32中以增強(qiáng)混合。在混合區(qū)域33中，旁路空氣(例如，環(huán)境空氣)與廢氣流32混合并且將廢氣流32冷卻到適合用于SCR催化劑38的溫度。在實施例中，由燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12生成的廢氣流32的溫度在混合區(qū)域33中由旁路空氣從約1100°F冷卻到約900°F。

如圖1和3中所示，旁路殼體70的遠(yuǎn)端82可以朝著混合區(qū)域33向內(nèi)彎曲以將旁路空氣朝著混合區(qū)域33中的廢氣流32傾斜(at an angle)引導(dǎo)到廢氣流32中。旁路空氣和廢氣流32的交叉流動可以促進(jìn)混合，由此增強(qiáng)廢氣流32的冷卻。流動引導(dǎo)系統(tǒng)84也可以被提供以將旁路空氣朝著廢氣流32傾斜(at an angle)引導(dǎo)到廢氣流32中。例如，這樣的流動引導(dǎo)系統(tǒng)84可以包括出口導(dǎo)葉(outlet guide vanes)，定子，噴嘴或用于將旁路空氣流選擇性地引導(dǎo)到混合區(qū)域33中的任何其它合適的系統(tǒng)。

在圖3中顯示示例性流動引導(dǎo)系統(tǒng)84。在該例子中，流動引導(dǎo)系統(tǒng)84包括多個出口導(dǎo)葉86。每個出口導(dǎo)葉86可以由獨(dú)立的致動器88選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))。在圖3中示意性地顯示致動器88，但是可以使用任何已知的致動器。例如，致動器88可以包括機(jī)電馬達(dá)，或任何其它類型的合適致動器。在實施例中，流動引導(dǎo)系統(tǒng)84可以完全圍繞形成于旁路殼體70和燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的壓縮機(jī)部件18之間的空氣通道72的出口延伸。

補(bǔ)充混合系統(tǒng)90(圖1)可以定位在混合區(qū)域33內(nèi)以增強(qiáng)混合過程。例如，補(bǔ)充混合系統(tǒng)90可以包括靜態(tài)混合器，擋板和/或類似物。CO催化劑36也可以通過增加背壓(例如，向后朝著渦輪機(jī)部件22定向)來幫助改善混合過程。

如圖3中所示，旁路空氣可以使用空氣釋放系統(tǒng)92從旁路殼體70選擇性地釋放，該空氣釋放系統(tǒng)包括，例如位于一個或多個空氣出口96中的一個或多個氣閘94(或能夠選擇性地限制空氣流的其它裝置，例如導(dǎo)葉)?？諝獬隹?6內(nèi)的氣閘94的位置可以由獨(dú)立的致動器98選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))。致動器98可以包括機(jī)電馬達(dá)，或任何其它類型的合適致動器。可以響應(yīng)來自空氣流控制器100的命令控制每個氣閘94以選擇性地改變氣閘94的定位，使得旁路空氣的期望量可以從旁路殼體70釋放。每個氣閘94的位置信息(例如，由機(jī)電傳感器或類似物感測)可以提供給空氣流控制器100。可以依靠通過一個或多個計量閥110(圖3)從旁路殼體70釋放旁路空氣提供進(jìn)一步的空氣流控制，所述計量閥由來自空氣流控制器100的命令控制。

空氣流控制器100可以用于相對于進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12(并且作為廢氣流32離開)的空氣的量調(diào)節(jié)作為旁路空氣通過空氣通道72轉(zhuǎn)移到混合區(qū)域33中的由風(fēng)扇58生成的空氣的量，以便在不同運(yùn)行條件下保持SCR催化劑38處的合適溫度。在圖6中提供圖表，其顯示在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的不同負(fù)荷百分比下進(jìn)入混合區(qū)域33的旁路空氣流和廢氣流32的溫度之間的示例性關(guān)系。在該例子中，圖6中的圖表描繪：1)在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的不同負(fù)荷百分比下的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的廢氣流32的溫度變化和2)作為廢氣流32的百分比(旁路比率)，在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的不同負(fù)荷百分比下將SCR催化劑38處的溫度保持在合適水平(例如，900°F)所需要的旁路空氣流的相應(yīng)變化。如圖6的圖表中所示，當(dāng)廢氣流32的溫度變化時，通過空氣通道72流動到混合區(qū)域33中的旁路空氣的量可以改變(例如，在空氣流控制器100的控制下)，以便調(diào)節(jié)SCR催化劑38處的溫度。

空氣流控制器100(圖1)可以接收與燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)10的運(yùn)行關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)102。例如，這樣的數(shù)據(jù)可以包括當(dāng)廢氣流32進(jìn)入混合區(qū)域33時的該廢氣流的溫度，在混合/冷卻已在混合區(qū)域33中發(fā)生之后SCR催化劑38處的廢氣流32的溫度，通過風(fēng)扇58和燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的壓縮機(jī)部件18的組合作用吸入進(jìn)氣部段16中的空氣的溫度，以及在燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)10內(nèi)的各種位置處獲得的其它溫度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)102還可以包括例如在進(jìn)氣部段16內(nèi)、在空氣提取系統(tǒng)74處、在風(fēng)扇58處、在壓縮機(jī)部件18的入口處、在空氣通道72內(nèi)、在渦輪機(jī)部件22的下游端30處、在流動引導(dǎo)系統(tǒng)84處和在燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)10內(nèi)的各種其它位置處獲得的空氣流和壓力數(shù)據(jù)。與燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的運(yùn)行關(guān)聯(lián)的負(fù)荷數(shù)據(jù)、燃料消耗數(shù)據(jù)和其它信息也可以提供給空氣流控制器100?？諝饬骺刂破?00還可以接收與入口導(dǎo)葉78、出口導(dǎo)葉86、氣閘94、閥110等關(guān)聯(lián)的位置信息。如何獲得這樣的數(shù)據(jù)(例如，使用合適的傳感器、反饋數(shù)據(jù)等)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)是顯而易見的，并且在本說明書中將不提供關(guān)于獲得這樣的數(shù)據(jù)的更多細(xì)節(jié)。

基于接收的數(shù)據(jù)102，空氣流控制器100(圖1)配置成根據(jù)需要改變通過空氣通道72流動到混合區(qū)域33中的旁路空氣的量，以將SCR催化劑38處的溫度保持在合適水平。例如，這可以通過改變下列的至少一項實現(xiàn)：通過風(fēng)扇58和燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的壓縮機(jī)部件18的組合作用吸入進(jìn)氣部段16中的空氣流；允許經(jīng)由空氣提取系統(tǒng)74進(jìn)入空氣通道72的空氣流72(例如，可以通過調(diào)節(jié)一個或多個入口導(dǎo)葉78的位置控制該流動)；以及通過空氣通道72傳到混合區(qū)域33中的旁路空氣流(例如，可以通過調(diào)節(jié)一個或多個氣閘94的位置和/或計量閥110的運(yùn)行狀態(tài)控制該流動)。

空氣流控制器100可以包括具有執(zhí)行程序代碼的至少一個處理器的計算機(jī)系統(tǒng)，所述程序代碼配置成例如使用數(shù)據(jù)102和/或來自人類操作者的指令控制通過空氣通道72流動到混合區(qū)域33中的旁路空氣的量。由空氣流控制器100生成的命令可以用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)10中的各部件(例如，致動器80，88，98，離合器62，閥110和/或類似物)的運(yùn)行。例如，由空氣流控制器100生成的命令可以用于控制致動器80，88和98的運(yùn)行，以分別控制入口導(dǎo)葉78、出口導(dǎo)葉86和氣閘94的旋轉(zhuǎn)位置。由空氣流控制器100生成的命令也可以用于啟動燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)10中的其它控制設(shè)置。

如圖3中示意性地所示，旁路殼體70可以帶有一個或多個檢修門(access door)112。檢修門112提供通過旁路殼體70接近燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的各部件(例如，用于維修、修理等)。

在其它實施例中，如圖7中所示，燃?xì)鉁u輪機(jī)外殼120自身可以用于代替殼體70。該配置類似于圖1中所示的系統(tǒng)運(yùn)作，區(qū)別在于空氣提取系統(tǒng)74和流動引導(dǎo)系統(tǒng)84布置在燃?xì)鉁u輪機(jī)外殼120內(nèi)。燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10的燃燒器部件20的燃料/燃燒器入口122可以延伸通過燃?xì)鉁u輪機(jī)外殼120(例如，為了更容易接近)。在該配置中，旁路空氣(BA)在燃?xì)鉁u輪機(jī)外殼120與壓縮機(jī)部件18、燃燒器部件20和渦輪機(jī)部件22的外部之間通過。為了清楚起見未在圖7中顯示圖1和3中所示的其它部件，諸如進(jìn)氣部段、廢氣處理系統(tǒng)、空氣流控制器等。

在運(yùn)行中，繼續(xù)參考圖7，由風(fēng)扇58和壓縮機(jī)部件18吸入的空氣的一部分作為旁路空氣由空氣提取系統(tǒng)74引導(dǎo)到形成于燃?xì)鉁u輪機(jī)外殼120與壓縮機(jī)部件18、燃燒器部件20和渦輪機(jī)部件22的外部之間的空氣通道124中。旁路空氣離開空氣通道124并且由流動引導(dǎo)系統(tǒng)84朝著混合區(qū)域33中的廢氣流32傾斜地(at an angle)引導(dǎo)到廢氣流32中。在混合區(qū)域33中，旁路空氣(例如，環(huán)境空氣)與廢氣流32混合并且將廢氣流32冷卻到適合用于SCR催化劑38(圖1)的溫度。由燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12生成的廢氣流32的溫度在混合區(qū)域33中由旁路空氣從約1100°F冷卻到低于約900°F。

包括代替常規(guī)大型外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和/或其它常規(guī)冷卻結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇58的空氣流生成系統(tǒng)56的使用提供許多優(yōu)點(diǎn)。例如，消除對冗余外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)部件(例如，吹風(fēng)機(jī)、馬達(dá)和關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)、過濾器、導(dǎo)管等)的需要。這減小燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)10的制造和運(yùn)行成本，以及總占地面積(overall footprint)。當(dāng)風(fēng)扇58通過現(xiàn)有的進(jìn)氣部段16而非通過常常與外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一起使用的獨(dú)立的、專用的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)吸入空氣時，可以進(jìn)一步減小占地面積。

風(fēng)扇58的使用提供更可靠和有效的燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)10。例如，由于在混合區(qū)域33中用于冷卻的旁路空氣由燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12自身的軸24驅(qū)動，因此不再需要大型外部吹風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。此外，由風(fēng)扇58生成的附加空氣流的至少一部分可以用于過給(supercharge)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12。

燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)10的功率要求減小，原因是風(fēng)扇58聯(lián)接到燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)12的軸24并且由其驅(qū)動。該配置消除通常在常規(guī)外部吹風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中使用大型吹風(fēng)機(jī)馬達(dá)的需要。

在各實施例中，描述為彼此“聯(lián)接”的部件可以沿著一個或多個接口聯(lián)結(jié)。在一些實施例中，這些接口可以包括不同部件之間的接合部，并且在其它情況下，這些接口可以包括固定地和/或一體地形成的互連。也就是說，在一些情況下，彼此“聯(lián)接”的部件可以同時形成以限定單個連續(xù)構(gòu)件。然而，在其它實施例中，這些聯(lián)接部件可以形成為獨(dú)立構(gòu)件并且隨后通過已知工藝(例如，緊固、超聲焊接(ultrasonic welding)、結(jié)合)聯(lián)結(jié)。

當(dāng)提及元件“在…上”、“接合到”、“連接到”或“聯(lián)接到”另一元件時，它可以直接地在另一元件上、接合、連接或聯(lián)接到另一元件，或者可能存在中間元件。相比之下，當(dāng)提及元件“直接在…上”、“直接接合到”、“直接連接到”或“直接聯(lián)接到”另一元件時，可以不存在中間元件。用于描述元件之間的關(guān)系的其它單詞應(yīng)當(dāng)以類似方式理解(例如，“在…之間”對“直接在…之間”，“相鄰”對“直接相鄰”等)。當(dāng)在本說明書中使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)聯(lián)列出的項中的一個或多個的任何和所有組合。

本說明書中使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定實施例并且不旨在限制本公開。當(dāng)在本說明書中使用時，單數(shù)形式“一”，“一個”和“所述”也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另外說明。還將理解當(dāng)在本說明書中使用時，術(shù)語“包括”和/或“包含”指定所述特征、整數(shù)(integers)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組合的存在或加入。

該書面描述使用例子來公開包括最佳模式的本發(fā)明，并且也使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它例子。這樣的其它例子旨在屬于權(quán)利要求的范圍內(nèi)，只要它們具有與權(quán)利要求的文字語言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者只要它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件。