本申請涉及共同未決的US申請?zhí)枺篏E卷號280650-1，申請序列號14/753,064、280685-1，申請序列號14/753,066、280688-1，申請序列號14/753,073、280692-1，申請序列號14/753,074、280707-1,申請序列號14/753,077、280714-1，申請序列號14/753,080、280730-1，申請序列號14/753,085、280731-1，申請序列號14/753,088、280815-1，申請序列號14/753,093、281003-1，申請序列號14/753,102、281004-1，申請序列號14/753,107、281005-1,申請序列號14/753,097，以及281007-1，申請序列號14/753,105，所有都在2015年6月29日提交。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開大體涉及功率生成系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及用于冷卻功率生成系統(tǒng)的排氣氣體的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

來自功率生成系統(tǒng)(例如簡單循環(huán)燃氣渦輪功率生成系統(tǒng))的排氣氣體通常必須滿足對于釋放到大氣中的排氣氣體的成分的苛刻的規(guī)章要求。典型地在燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)的排氣氣體中找到且經(jīng)受管制的成分中的一種是氮氧化物(即，NO_X)，其包括例如一氧化氮和二氧化氮。為了將NO_X從排氣氣體流移除，通常使用技術(shù)(如選擇性催化還原(SCR))。在SCR過程中，氨(NH₃)等與NO_X反應，并且產(chǎn)生氮(N₂)和水(H₂O)。

SCR過程的效力部分地取決于處理的排氣氣體的溫度。來自燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)的排氣氣體的溫度通常高于大約1100°F。然而，SCR催化器需要在小于大約900°F下操作，以在合理催化器壽命內(nèi)維持效力。在該程度上，來自簡單循環(huán)燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)的排氣氣體典型地在SCR之前冷卻。

大型外部鼓風機系統(tǒng)用于通過將冷卻氣體(如周圍空氣)與排氣氣體混合而將燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)的排氣氣體溫度降低到900°F以下。因為由外部鼓風機系統(tǒng)的故障引起的催化器損壞的可能性，所以典型地使用冗余的外部鼓風機系統(tǒng)。這些外部鼓風機系統(tǒng)包括許多構(gòu)件(如鼓風機、馬達、過濾器、空氣入口結(jié)構(gòu)和大型管道)，其為昂貴、龐大的，并且增加燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)的操作成本。此外，外部鼓風機系統(tǒng)和燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)的操作不是固有聯(lián)接的，因此增加由燃氣渦輪操作的各種模式期間的過高溫度引起的SCR催化器損壞的可能性。為了防止由過高溫度(例如，如果(多個)外部鼓風機系統(tǒng)故障或者不可充分地冷卻排氣氣體)引起的SCR催化器損壞，燃氣渦輪可需要關(guān)閉，直到可糾正溫度問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的第一方面提供一種用于空氣渦輪系統(tǒng)的空氣流控制系統(tǒng)，其包括：用于生成過量空氣流的燃氣渦輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件；用于接收由燃氣渦輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流的混合區(qū)域；以及空氣抽取系統(tǒng)，其用于抽取由壓縮機構(gòu)件生成的過量空氣流的至少一部分，以提供旁通空氣，并且將旁通空氣轉(zhuǎn)移到混合區(qū)域中，以降低排氣氣體流的溫度。

本公開的第二方面提供一種渦輪機系統(tǒng)，其包括：壓縮機構(gòu)件、燃燒器構(gòu)件以及渦輪構(gòu)件，其中，燃氣渦輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件包括用于生成過量空氣流的至少一個超尺寸壓縮機級；用于接收由燃氣渦輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流的混合區(qū)域；空氣抽取系統(tǒng)，其用于抽取由壓縮機構(gòu)件的至少一個超尺寸壓縮機級生成的過量空氣流的至少一部分，以提供旁通空氣；并且將旁通空氣轉(zhuǎn)移到混合區(qū)域中，以降低排氣氣體流的溫度；以及用于處理降低溫度的排氣氣體流的排氣處理系統(tǒng)，其中，排氣處理系統(tǒng)包括選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。

本公開的第三方面提供一種功率生成系統(tǒng)，其包括：包括壓縮機構(gòu)件、燃燒器構(gòu)件以及渦輪構(gòu)件的燃氣渦輪系統(tǒng)，其中，燃氣渦輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件包括用于生成過量空氣流的至少一個超尺寸壓縮機級；由渦輪構(gòu)件驅(qū)動的軸；聯(lián)接于軸用于生成電的發(fā)電機；用于接收由燃氣渦輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流的混合區(qū)域；空氣抽取系統(tǒng)，其用于抽取由壓縮機構(gòu)件的至少一個超尺寸壓縮機級生成的過量空氣流的至少一部分，以提供旁通空氣；并且將旁通空氣轉(zhuǎn)移到混合區(qū)域中，以降低排氣氣體流的溫度，其中，由壓縮機構(gòu)件的超尺寸壓縮機級生成的過量空氣流比燃氣渦輪系統(tǒng)的燃燒器構(gòu)件和渦輪構(gòu)件中的至少一個的流動速率容量大大約10%到大約40%；以及用于處理降低溫度的排氣氣體流的排氣處理系統(tǒng)，其中，排氣處理系統(tǒng)包括選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。

技術(shù)方案1. 一種用于燃氣渦輪系統(tǒng)的空氣流控制系統(tǒng)，包括：

燃氣渦輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件，其用于生成過量空氣流；

混合區(qū)域，其用于接收由所述燃氣渦輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流；以及

空氣抽取系統(tǒng)，其用于抽取由所述渦輪系統(tǒng)的所述壓縮機構(gòu)件生成的所述過量空氣流的至少一部分，以提供旁通空氣，并且用于將所述旁通空氣轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的空氣流控制系統(tǒng)，其特征在于，由所述燃氣渦輪系統(tǒng)的所述壓縮機構(gòu)件生成的所述過量空氣流比所述燃氣渦輪系統(tǒng)的燃燒器構(gòu)件和渦輪構(gòu)件中的至少一個的流動速率容量大大約10%到大約40%。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的空氣流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣流控制系統(tǒng)還包括用于控制至所述燃氣渦輪系統(tǒng)的所述壓縮機構(gòu)件的空氣流的至少一個進口導葉。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的空氣流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述燃氣渦輪系統(tǒng)的所述壓縮機構(gòu)件包括至少一個超尺寸壓縮機級。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的空氣流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣流控制系統(tǒng)還包括用于將所述旁通空氣與所述排氣氣體流在所述混合區(qū)域中混合的混合系統(tǒng)。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的空氣流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣抽取系統(tǒng)還包括旁通導管，其用于將所述旁通空氣圍繞所述燃氣渦輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案6所述的空氣流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣流控制系統(tǒng)還包括流動限制系統(tǒng)，其聯(lián)接于所述旁通導管，用于選擇性地限制流動到所述旁通導管中的旁通空氣的量。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的空氣流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣抽取系統(tǒng)構(gòu)造成將所述過量空氣流的部分轉(zhuǎn)移到所述壓縮機構(gòu)件中，以對所述燃氣渦輪系統(tǒng)增壓。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的空氣流控制系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣流控制系統(tǒng)還包括用于處理降低溫度的排氣氣體流的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。

技術(shù)方案10. 一種渦輪機系統(tǒng)，包括：

燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括壓縮機構(gòu)件、燃燒器構(gòu)件以及渦輪構(gòu)件，其中，所述燃氣渦輪系統(tǒng)的所述壓縮機構(gòu)件包括用于生成過量空氣流的至少一個超尺寸壓縮機級；

混合區(qū)域，其用于接收由所述燃氣渦輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流；

空氣抽取系統(tǒng)，其用于抽取由所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個超尺寸壓縮機級生成的所述過量空氣流的至少一部分，以提供旁通空氣；并且將所述旁通空氣轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度；以及

排氣處理系統(tǒng)，其用于處理降低溫度的排氣氣體流，其中，所述排氣處理系統(tǒng)包括選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，由所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個超尺寸壓縮機級生成的所述過量空氣流比所述燃氣渦輪系統(tǒng)的所述燃燒器構(gòu)件和所述渦輪構(gòu)件中的至少一個的流動速率容量大大約10%到大約40%。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機系統(tǒng)還包括用于控制至所述燃氣渦輪系統(tǒng)的所述壓縮機構(gòu)件的空氣流的至少一個進口導葉。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機系統(tǒng)還包括用于將所述旁通空氣與所述排氣氣體流在所述混合區(qū)域中混合的混合系統(tǒng)。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣抽取系統(tǒng)還包括旁通導管，其用于將所述旁通空氣圍繞所述燃氣渦輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機系統(tǒng)還包括流動限制系統(tǒng)，其聯(lián)接于所述旁通導管，用于選擇性地限制流動到所述旁通導管中的旁通空氣的量。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的渦輪機系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣抽取系統(tǒng)構(gòu)造成將所述過量空氣流的部分轉(zhuǎn)移到所述壓縮機構(gòu)件中，以對所述燃氣渦輪系統(tǒng)增壓。

技術(shù)方案17. 一種功率生成系統(tǒng)，包括：

燃氣渦輪系統(tǒng)，其包括壓縮機構(gòu)件、燃燒器構(gòu)件以及渦輪構(gòu)件，其中，所述燃氣渦輪系統(tǒng)的所述壓縮機構(gòu)件包括用于生成過量空氣流的至少一個超尺寸壓縮機級；

軸，其由所述渦輪構(gòu)件驅(qū)動；

發(fā)電機，其聯(lián)接于所述軸用于生成電；

混合區(qū)域，其用于接收由所述燃氣渦輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流；

空氣抽取系統(tǒng)，其用于抽取由所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個超尺寸壓縮機級生成的所述過量空氣流的至少一部分,以提供旁通空氣,并且將所述旁通空氣轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度，其中，由所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個超尺寸壓縮機級生成的所述過量空氣流比所述燃氣渦輪系統(tǒng)的所述燃燒器構(gòu)件和所述渦輪構(gòu)件中的至少一個的流動速率容量大大約10%至大約40%；以及

排氣處理系統(tǒng)，其用于處理降低溫度的排氣氣體流，其中，所述排氣處理系統(tǒng)包括選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng).

技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的功率生成系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣抽取系統(tǒng)還包括旁通導管，其用于將所述旁通空氣圍繞所述燃氣渦輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度。

技術(shù)方案19. 根據(jù)技術(shù)方案17所述的功率生成系統(tǒng)，其特征在于，所述功率生成系統(tǒng)還包括流動限制系統(tǒng)，其聯(lián)接于所述旁通導管，用于選擇性地限制流動到所述旁通導管中的旁通空氣的量。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案17所述的功率生成系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣抽取系統(tǒng)構(gòu)造成將所述過量空氣流的部分轉(zhuǎn)移到所述壓縮機構(gòu)件中，以對所述燃氣渦輪系統(tǒng)增壓。

本公開的示例性方面設(shè)計成解決本文中描述的問題和/或未論述的其它問題。

附圖說明

本公開的這些和其它特征將從結(jié)合附圖進行的本公開的各種方面的下列詳細描述更容易理解，該附圖描繪本公開的各種實施例。

圖1示出根據(jù)實施例的簡單循環(huán)燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)的示意圖。

圖2描繪根據(jù)實施例的圖1的燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)的部分的放大視圖。

圖3是示出在根據(jù)實施例的燃氣渦輪系統(tǒng)的不同負載百分比下的旁通空氣到混合區(qū)域中的流量和排氣氣體流的溫度之間的示例性關(guān)系的圖表。

注意的是，本公開的附圖不按比例。附圖意圖僅描繪本公開的典型方面，并且因此不應當看作是限制本公開的范圍。在附圖中，相似標記代表附圖之間的相似元件。

部件列表

10 燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)

12 燃氣渦輪系統(tǒng)

14 排氣處理系統(tǒng)

16 空氣入口區(qū)段

18 壓縮機構(gòu)件

20 燃燒器構(gòu)件

22 渦輪構(gòu)件

24 軸

26 箭頭

28 發(fā)電機

30 下游端部

32 排氣氣體流

33 混合區(qū)域

34 下游方向

36 CO催化器

38 SCR催化器

40 氨蒸發(fā)器系統(tǒng)

42 氨噴射網(wǎng)格

44 煙囪

46 儲槽

48 鼓風機系統(tǒng)

50 加熱器

52 氨蒸發(fā)器

54 泵系統(tǒng)

60 超尺寸壓縮機級

62 進口導葉組件

64 進口導葉

66 促動器

70 空氣抽取系統(tǒng)

72 空氣流

74 抽取導管

76 旁通導管

78 補充混合系統(tǒng)

80 流動限制系統(tǒng)

82 阻尼器

84 促動器

86 空氣釋放系統(tǒng)

88 阻尼器

90 空氣出口

92 促動器

94 閥

100 空氣流控制器

102 數(shù)據(jù)

110旁通空氣噴射網(wǎng)格

112 噴嘴。

具體實施方式

如以上指示的，本公開大體涉及功率生成系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及用于冷卻功率生成系統(tǒng)的排氣氣體的系統(tǒng)和方法。

圖1是渦輪機系統(tǒng)(例如，簡單循環(huán)燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)10)的框圖，該渦輪機系統(tǒng)包括燃氣渦輪系統(tǒng)12和排氣處理系統(tǒng)14。燃氣渦輪系統(tǒng)12可燃燒液體或氣體燃料(如天然氣和/或富氫合成氣體)，以生成熱燃燒氣體以驅(qū)動燃氣渦輪系統(tǒng)12。

燃氣渦輪系統(tǒng)12包括空氣入口區(qū)段16、壓縮機構(gòu)件18、燃燒器構(gòu)件20以及渦輪構(gòu)件22。渦輪構(gòu)件22經(jīng)由軸24驅(qū)動地聯(lián)接于壓縮機構(gòu)件18。在操作中，空氣(例如，周圍空氣)通過空氣入口區(qū)段16進入燃氣渦輪系統(tǒng)12(由箭頭26指示)，并且在壓縮機構(gòu)件18中加壓。壓縮機構(gòu)件18包括至少一個級，該至少一個級包括聯(lián)接于軸24的多個壓縮機葉片。軸24的旋轉(zhuǎn)引起壓縮機葉片的對應旋轉(zhuǎn)，由此將空氣經(jīng)由空氣入口區(qū)段16抽吸到壓縮機構(gòu)件18中，并且在進入到燃燒器構(gòu)件20中之前壓縮空氣。

燃燒器構(gòu)件20可包括一個或更多個燃燒器。在實施例中，多個燃燒器以圍繞軸24的大體圓形或環(huán)形構(gòu)造在多個周向位置處設(shè)置在燃燒器構(gòu)件20中。在壓縮空氣離開壓縮機構(gòu)件18并且進入燃燒器構(gòu)件20時，壓縮空氣與燃料混合用于在(多個)燃燒器內(nèi)燃燒。例如，(多個)燃燒器可包括一個或更多個燃料噴嘴，其構(gòu)造成將燃料空氣混合物以適合的比率噴射到(多個)燃燒器中用于燃燒、排放物控制、燃料消耗、功率輸出等。燃料空氣混合物的燃燒生成熱加壓排氣氣體，其可接著用于驅(qū)動渦輪構(gòu)件22內(nèi)的一個或更多個渦輪級(均具有多個渦輪葉片)。

在操作中，流動到渦輪構(gòu)件22中和流動穿過渦輪構(gòu)件22的燃燒氣體相對于渦輪葉片并且在它們之間流動，由此驅(qū)動渦輪葉片，并且因此驅(qū)動軸24旋轉(zhuǎn)。在渦輪構(gòu)件22中，燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)化成功，該功中的一些用于通過旋轉(zhuǎn)軸24驅(qū)動壓縮機構(gòu)件18，其中其余部分可用于有用功以驅(qū)動負載，如但不限于用于產(chǎn)生電的發(fā)電機28和/或另一渦輪。

流動穿過渦輪構(gòu)件22的燃燒氣體離開渦輪構(gòu)件22的下游端部30作為排氣氣體的流32。排氣氣體流32可繼續(xù)沿下游方向34朝排氣處理系統(tǒng)14流動。渦輪構(gòu)件22的下游端部30可經(jīng)由混合區(qū)域33流體地聯(lián)接于排氣處理系統(tǒng)14的CO移除系統(tǒng)(包括，例如，CO催化器36)和SCR系統(tǒng)(包括，例如，SCR催化器38)。如以上論述的，由于燃燒過程，故排氣氣體流32可包括某些副產(chǎn)物(如氮氧化物(NO_X)、硫氧化物(SO_X)、碳氧化物(CO_X)以及未燃烴)。由于某些規(guī)章要求，故排氣處理系統(tǒng)14可用于在大氣釋放之前降低此類副產(chǎn)物的濃度或使其大致最小化。

用于移除或減少排氣氣體流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，在用于將NO_X從排氣氣體流32移除的SCR過程中，氨(NH₃)或其它適合的還原劑可噴射到排氣氣體流32中。氨與NO_X反應以產(chǎn)生氮(N₂)和水(H₂0)。

如圖1所示，氨蒸發(fā)器系統(tǒng)40和氨噴射網(wǎng)格42可用于在SCR催化器38上游將氨溶液(例如，儲存在儲槽46中)汽化和噴射到排氣氣體流32中。氨噴射網(wǎng)格42可包括例如具有開口/噴嘴的管的網(wǎng)絡(luò)，該開口/噴嘴用于將汽化氨噴射到排氣氣體流32中。如將認識到的，排氣氣體流32中的氨和NO_X在它們穿過SCR催化器38時反應，以產(chǎn)生氮(N₂)和水(H₂O)，因此將NO_X從排氣氣體流32移除。所得的排放物可通過燃氣渦輪系統(tǒng)12的煙囪44釋放到大氣中。

氨蒸發(fā)系統(tǒng)40還可包括例如鼓風機系統(tǒng)48、一個或更多個加熱器50(例如，電加熱器)，以及氨汽化器52，其用于提供經(jīng)由氨噴射網(wǎng)格42噴射到排氣氣體流32中的汽化氨。氨可使用泵系統(tǒng)54從儲槽46泵送至氨汽化器52。鼓風機系統(tǒng)48可包括冗余鼓風機，同時泵系統(tǒng)54可包括冗余泵，以在單個的鼓風機/泵故障的情況下確保氨蒸發(fā)器系統(tǒng)40的持續(xù)操作。

SCR過程的效力部分地取決于處理的排氣氣體流32的溫度。由燃氣渦輪系統(tǒng)12生成的排氣氣體流32的溫度通常高于大約1100°F。然而，SCR催化器38典型地需要在小于大約900°F的溫度下操作。

根據(jù)實施例，“超尺寸”壓縮機構(gòu)件18可用于提供冷卻空氣，用于將排氣氣體流32的溫度降低至適合于SCR催化器38的水平。壓縮機構(gòu)件18具有流動速率容量，并且構(gòu)造成基于其流動速率容量經(jīng)由空氣入口區(qū)段16吸入空氣(周圍空氣)流。壓縮機構(gòu)件18的流動速率容量可比燃燒器構(gòu)件20和渦輪構(gòu)件22中的至少一個的流動速率容量高大約10%到大約40%，產(chǎn)生過量空氣流。就是說，燃燒器構(gòu)件20和渦輪構(gòu)件22中的至少一個不可利用由壓縮機構(gòu)件18提供的所有空氣，并且過量空氣流由壓縮機構(gòu)件18產(chǎn)生。該過量空氣流可用于冷卻燃氣渦輪系統(tǒng)12的排氣氣體流32。根據(jù)實施例，壓縮機構(gòu)件18的壓縮機級60中的至少一個可為“超尺寸的”，以便提供過量空氣流。

單個超尺寸壓縮機級60的使用在下面描述；然而，這不意圖限制，并且附加的超尺寸壓縮機級60可在其它實施例中使用。大體上，由超尺寸壓縮機構(gòu)件18的至少一個超尺寸壓縮機級60吸入的空氣流的百分比增長可基于若干因素改變和選擇性地控制，該若干因素包括燃氣渦輪系統(tǒng)12上的負載、抽吸到燃氣渦輪系統(tǒng)12中的空氣的溫度、SCR催化器38處的排氣氣體流32的溫度等。

如圖2中描繪的，包括多個進口導葉64的進口導葉組件62可用于控制朝壓縮機構(gòu)件18引導的空氣的量。各個進口導葉64可由獨立促動器66選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))。在圖2中示意地示出根據(jù)各種實施例的促動器66，但是可使用任何已知的促動器。例如，促動器66可包括電機馬達，或任何其它類型的適合促動器。

促動器66可響應于來自空氣流控制器100的命令獨立和/或共同地控制，以選擇性地改變進口導葉64的定位。就是說，進口導葉64可由促動器66圍繞樞轉(zhuǎn)軸線選擇性地旋轉(zhuǎn)。在實施例中，各個進口導葉64可獨立于任何其它進口導葉64單獨地樞轉(zhuǎn)。在其它實施例中，成組的進口導葉64可獨立于其它組的進口導葉64樞轉(zhuǎn)(即，以兩個或更多個進口導葉的組樞轉(zhuǎn)，使得組中的每個進口導葉64一起旋轉(zhuǎn)相同的量)。用于進口導葉64中的各個的定位信息(例如，如由電機傳感器等感測的)可提供至空氣流控制器100。

由超尺寸壓縮機級60提供的增大的空氣流可增大壓縮機構(gòu)件18處的空氣壓力。例如，在其中壓縮機構(gòu)件18的流動速率容量比渦輪構(gòu)件22的流動速率容量大大約10%到大約40%的情形中，可實現(xiàn)大約5到大約15英寸的水的對應壓力增大。該壓力增大可用于克服壓力下降，并且便于較冷的空氣與排氣氣體流32在下游的排氣處理系統(tǒng)14中的適當混合(在下面描述)。壓力增大還可用于對燃氣渦輪系統(tǒng)12增壓。

抽取系統(tǒng)70可提供成將由壓縮機構(gòu)件18吸入的過量空氣中的至少一些圍繞燃氣渦輪系統(tǒng)12的燃燒器構(gòu)件20和渦輪構(gòu)件22轉(zhuǎn)移至混合區(qū)域33。該“旁通空氣”可用于將混合區(qū)域33中的排氣氣體流32的溫度降低至適合于SCR催化器38的水平，該“旁通空氣”有效地繞過燃氣渦輪系統(tǒng)12的燃燒器構(gòu)件20和渦輪構(gòu)件22。

參照圖1和2，空氣抽取系統(tǒng)70可用于抽取附加空氣流中的至少一些，該附加空氣流通過壓縮機構(gòu)件18的超尺寸壓縮機級60的使用提供?？墒褂美缫粋€或更多個抽取導管74(圖2)抽取空氣流72。抽取的空氣、或“旁通空氣”(BA)不進入燃氣渦輪系統(tǒng)12，而是改為通過旁通導管76引導至混合區(qū)域33，如由箭頭BA指示的，其中旁通空氣可用于冷卻排氣氣體流32。附加空氣流的任何剩余部分(即，由超尺寸壓縮機級60生成且未經(jīng)由抽取導管74抽取的附加空氣流的任何部分)進入燃氣渦輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18，并且以正常的方式流動穿過燃氣渦輪系統(tǒng)12。這作用成對燃氣渦輪系統(tǒng)12增壓，增大燃氣渦輪系統(tǒng)12的效率和功率輸出。

旁通空氣可通過一個或更多個旁通導管76朝在渦輪構(gòu)件22下游的混合區(qū)域33發(fā)送。旁通空氣離開旁通導管76，并且通過旁通空氣噴射網(wǎng)格110(圖1)進入混合區(qū)域33，其中，旁通空氣(例如，周圍空氣)與排氣氣體流32混合并且將排氣氣體流32冷卻至適合于與SCR催化器38一起使用的溫度。在實施例中，由燃氣渦輪系統(tǒng)12生成的排氣氣體流32的溫度在混合區(qū)域33中由旁通空氣從大約1100°F冷卻至小于大約900°F。旁通空氣噴射網(wǎng)格110可包括例如多個噴嘴112等，用于將旁通空氣引導(例如噴射)到混合區(qū)域33中。旁通空氣噴射網(wǎng)格110的噴嘴112可以以如下方式繞著混合區(qū)域33分布，以便使旁通空氣和排氣氣體流32在混合區(qū)域33中的混合最大化。旁通空氣噴射網(wǎng)格110的噴嘴112可固定就位，并且/或者可為可移動的，以選擇性地調(diào)節(jié)旁通空氣到混合區(qū)域33中的噴射方向。

補充混合系統(tǒng)78(圖1)可定位在混合區(qū)域33內(nèi)，以增強混合過程。補充混合系統(tǒng)78可包括例如靜態(tài)混合器、隔板等。CO催化器36還可有助于通過增加背壓(例如，朝渦輪構(gòu)件22引導回)而改進混合過程。

如圖2中描繪的，到各個抽取導管74中的空氣流可使用流動限制系統(tǒng)80選擇性地控制，流動限制系統(tǒng)80包括例如阻尼器82、導葉或能夠選擇性地限制空氣流的其它裝置。各個阻尼器82可由獨立促動器84選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))。促動器84可包括電機馬達、或任何其它類型的適合促動器。阻尼器82可響應于來自空氣流控制器100的命令來獨立和/或共同地控制，以選擇性地改變阻尼器82的定位，使得期望量的旁通空氣經(jīng)由旁通導管76引導到混合區(qū)域33中。用于阻尼器82中的各個的定位信息(例如，如由電機傳感器等感測的)可提供至空氣流控制器100。

旁通空氣可使用空氣釋放系統(tǒng)86從旁通導管76中的一個或更多個選擇性地釋放，空氣釋放系統(tǒng)86包括例如一個或更多個阻尼器88(或能夠選擇性限制空氣流的其它裝置(例如導葉))，其位于一個或更多個空氣出口90中?？諝獬隹?0內(nèi)的阻尼器88的位置可由獨立促動器92選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))。促動器92可包括電機馬達、或任何其它類型的適合促動器。各個阻尼器88可響應于來自空氣流控制器100的命令來控制，以選擇性地改變阻尼器88的定位，使得期望量的旁通空氣可從旁通導管76釋放。用于各個阻尼器88的位置信息(例如，如由電機傳感器等感測的)可提供至空氣流控制器100。進一步的空氣流控制可通過將旁通空氣從旁通導管76中的一個或更多個釋放穿過一個或更多個計量閥94而提供，一個或更多個計量閥94經(jīng)由來自空氣流控制器100的命令控制。

空氣流控制器100可用于調(diào)整由超尺寸壓縮機級60生成的空氣的量(相對于進入燃氣渦輪系統(tǒng)12的空氣的量，其作為旁通空氣通過旁通導管76轉(zhuǎn)移到混合區(qū)域33中(并且作為排氣氣體流32離開))，以便在改變的操作條件下維持SCR催化器38處的適合溫度。在圖3中提供圖表，該圖表示出在燃氣渦輪系統(tǒng)12的不同負載百分比下的旁通空氣到混合區(qū)域33中的流量和排氣氣體流32的溫度之間的示例性關(guān)系。在該示例中，圖3中的圖表描繪：1)在燃氣渦輪系統(tǒng)12的不同負載百分比下的燃氣渦輪系統(tǒng)12的排氣氣體流32的溫度變化；和2)在燃氣渦輪系統(tǒng)12的不同負載百分比下將SCR催化器38處的溫度維持在適合水平(例如，900°F)處所需的、作為排氣氣體流32的百分比(旁通比)的旁通空氣的流量的對應變化。如在圖3中的圖表中呈現(xiàn)的，旁通空氣流動穿過旁通導管76到混合區(qū)域33中的量可隨著排氣氣體流32的溫度改變而變化，以便調(diào)整SCR催化器38處的溫度。

空氣流控制器100可接收與燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)10的操作相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)102。此類數(shù)據(jù)可包括，例如，在排氣氣體流32進入混合區(qū)域33時的排氣氣體流32的溫度、在混合/冷卻在混合區(qū)域33中發(fā)生之后的SCR催化器38處的排氣氣體流32的溫度、由燃氣渦輪系統(tǒng)12的超尺寸壓縮機級60和/或壓縮機構(gòu)件18抽吸到空氣入口區(qū)段16中的空氣的溫度，以及在燃氣渦輪功率生成系統(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還可包括空氣流和壓力數(shù)據(jù)，該空氣流和壓力數(shù)據(jù)例如在空氣入口區(qū)段16內(nèi)、在進口導葉64處、在壓縮機構(gòu)件18的超尺寸壓縮機級60和/或其它級的入口處、在抽取導管74內(nèi)、在旁通導管76內(nèi)、在渦輪構(gòu)件22的下游端部30處，以及在燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)10內(nèi)的各種其它位置處獲得。負載數(shù)據(jù)、燃料消耗數(shù)據(jù)，以及與燃氣渦輪系統(tǒng)12的操作相關(guān)聯(lián)的其它信息也可提供至空氣流控制器100?？諝饬骺刂破?00還可接收與進口導葉64、阻尼器82和88、閥94等相關(guān)聯(lián)的位置信息。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將容易顯而易見的是可如何(例如，使用適當?shù)膫鞲衅?、反饋?shù)據(jù)等)獲得此類數(shù)據(jù)，并且將不在本文中提供關(guān)于此類數(shù)據(jù)的獲得的另外的細節(jié)。

基于接收的數(shù)據(jù)102，空氣流控制器100構(gòu)造成按需要改變旁通空氣流動穿過旁通導管76到混合區(qū)域33中的量以將SCR催化器38處的溫度維持在適合水平處。這可例如通過改變以下中的至少一個而實現(xiàn)：由燃氣渦輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18抽吸到空氣入口區(qū)段16中的空氣的流(該流可例如通過調(diào)節(jié)進口導葉64中的一個或更多個的位置而控制)；到抽取導管74中的空氣72的流(該流可例如通過調(diào)節(jié)阻尼器82中的一個或更多個的位置而控制)；以及從抽取導管74經(jīng)過、穿過旁通導管76、到混合區(qū)域33中的旁通空氣的流(該流可例如通過調(diào)節(jié)阻尼器88中的一個或更多個的位置和/或計量閥94的操作狀態(tài)而控制)。

空氣流控制器100可包括計算機系統(tǒng)，其具有執(zhí)行程序代碼的至少一個處理器。該程序代碼構(gòu)造成使用例如數(shù)據(jù)102和/或來自人類操作者的指令控制旁通空氣流動穿過旁通導管76到混合區(qū)域33中的量。由空氣流控制器100生成的命令可用于控制燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)10中的各種構(gòu)件(例如，如促動器66、84、92、閥94等)的操作。例如，由空氣流控制器100生成的命令可用于控制促動器66、84和92的操作，以分別控制進口導葉64、阻尼器82以及阻尼器88的旋轉(zhuǎn)位置。由空氣流控制器100生成的命令還可用于觸發(fā)燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)10中的其它控制設(shè)定。

代替常規(guī)大型外部鼓風機系統(tǒng)和/或其它常規(guī)冷卻結(jié)構(gòu)的、壓縮機構(gòu)件18中的超尺寸壓縮機級60和空氣抽取系統(tǒng)70的使用提供許多優(yōu)點。例如，消除對冗余外部鼓風機系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)構(gòu)件(例如，鼓風機、馬達以及相關(guān)聯(lián)空氣入口結(jié)構(gòu)、過濾器、導管等)的需要。這減少燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)10的制造和操作成本以及總占地面積。在壓縮機構(gòu)件18的超尺寸壓縮機級60通過現(xiàn)有的空氣入口區(qū)段16而不是通過通常與外部鼓風機系統(tǒng)一起使用的單獨的專用入口結(jié)構(gòu)吸入空氣時，進一步減小占地面積。

使用超尺寸壓縮機級60提供更可靠且有效的燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)10。例如，因為用于在混合區(qū)域33中冷卻的旁通空氣由壓縮機構(gòu)件18的超尺寸壓縮機級60吸入，所以不再要求大型外部鼓風機系統(tǒng)。此外，由超尺寸壓縮機級60生成的過量空氣流的至少一部分可用于對燃氣渦輪系統(tǒng)12增壓。

因為超尺寸壓縮機級60聯(lián)接于燃氣渦輪系統(tǒng)12的軸24，并且由其驅(qū)動，所以降低了燃氣渦輪功率生成系統(tǒng)10的功率要求。該構(gòu)造消除了對通常在常規(guī)外部鼓風機冷卻系統(tǒng)中使用的大型鼓風機馬達的需要。

在各種實施例中，描述為“聯(lián)接”于彼此的構(gòu)件可沿一個或更多個界面連結(jié)。在一些實施例中，這些界面可包括在不同構(gòu)件之間的接頭，并且在其它情形中，這些界面可包括堅固和/或集成形成的互相連接。就是說，在一些情形中，“聯(lián)接”于彼此的構(gòu)件可同時形成為限定單個連續(xù)部件。然而，在其它實施例中，這些聯(lián)接的構(gòu)件可形成為單獨的部件，并且隨后通過已知過程(例如，緊固、超聲波焊接、粘結(jié))連結(jié)。

當元件被稱作在另一元件“上”、“接合于”、“連接于”或“聯(lián)接于”該另一元件時，其可直接在另一元件上、接合、連接或聯(lián)接于該另一元件，或者可呈現(xiàn)插置元件。相比之下，當元件被稱作直接在另一元件“上”、“直接接合于”、“直接連接于”、“直接聯(lián)接于”該另一元件時，可不呈現(xiàn)插置的元件。用于描述構(gòu)件之間的關(guān)系的其它單詞應當以相似的方式(例如，“在...之間”相對于“直接在...之間”、“在...附近”相對于“直接在...附近”等)解釋。如本文中使用的，用語“和/或”包括相關(guān)聯(lián)的列舉物品中的一個或更多個的任何和所有組合。

本文中使用的術(shù)語僅出于描述特定實施例的目的，并且不意圖限制本公開。如本文中使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”意圖也包括復數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指出。還將理解的是，當在本說明書中使用時，用語“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”詳細說明陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但不排除一個或更多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或它們的組的存在或添加。

該書面的描述使用實例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這些其它實例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。