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；280687-1、申請序列號14/753,072；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；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；和281007-1、申請序列號14/753,105，它們都是在2015年6月29日提交的。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開大體上涉及功率生成系統(tǒng)，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?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng))的排氣氣體通常必須符合對被釋放到大氣中的排氣氣體的成分的苛刻的規(guī)章要求。通常存在于燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的排氣氣體中且受到限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。為了從排氣氣體流移除NO_x，通常使用諸如選擇性催化還原(SCR)的技術(shù)。在SCR過程中，氨(NH₃)等與NO_x反應(yīng)，且產(chǎn)生氮(N₂)和水(H₂O)。

SCR過程的效力部分地取決于被處理的排氣氣體的溫度。來自燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的排氣氣體的溫度通常高于大約1100℉。然而，SCR催化劑需要在低于大約900℉下操作，以在合理的催化劑壽命內(nèi)維持效力。為此，通常在SCR之前冷卻來自簡單循環(huán)燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的排氣氣體。

大型外部送風(fēng)機系統(tǒng)已被用于通過將冷卻氣體(諸如周圍空氣)與排氣氣體混合而將燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的排氣氣體溫度降低到低于900℉。因為由外部送風(fēng)機系統(tǒng)的故障引起的催化劑損害的可能性，通常使用冗余的外部送風(fēng)機系統(tǒng)。這些外部送風(fēng)機系統(tǒng)包括許多構(gòu)件，諸如送風(fēng)機、馬達、過濾器、空氣攝入結(jié)構(gòu)(air intake structure)、和大型管道，它們是昂貴、體積大的，且增加燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的操作成本。此外，外部送風(fēng)機系統(tǒng)和燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的操作不是固有地聯(lián)接的，因此增加由燃?xì)鉁u輪操作的各種模式期間的過高溫度引起的SCR催化劑損害的概率。為了防止由過高溫度(例如，如果(多個)外部送風(fēng)機系統(tǒng)故障或不能充分地冷卻排氣氣體)引起的SCR催化劑損害，可能需要燃?xì)鉁u輪關(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用于降低燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的排氣氣體流的溫度的系統(tǒng)，包括：燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件；空氣流生成系統(tǒng)，其用于附接至燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的可旋轉(zhuǎn)軸，該空氣流生成系統(tǒng)和壓縮機構(gòu)件通過空氣攝入?yún)^(qū)段吸入過量空氣流；混合區(qū)域，其用于接收由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流；空氣提取系統(tǒng)，其用于：提取由空氣流生成系統(tǒng)和壓縮機構(gòu)件生成的過量空氣流的至少一部分以提供旁通空氣；和將該旁通空氣轉(zhuǎn)移到混合區(qū)域中，以降低排氣氣體流的溫度；和流體注射系統(tǒng)，其用于將霧化流體注射到混合區(qū)域中，以降低排氣氣體流的溫度。

本公開的第二方面提供功率生成系統(tǒng)，包括：燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括壓縮機構(gòu)件、燃燒器構(gòu)件和渦輪構(gòu)件，其中，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件包括至少一個加大壓縮機級(oversized compressor stage)；軸，其由渦輪構(gòu)件驅(qū)動；風(fēng)扇，其在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的上游聯(lián)接至軸，該風(fēng)扇和壓縮機構(gòu)件的該至少一個加大壓縮機級通過空氣攝入?yún)^(qū)段吸入過量空氣流；混合區(qū)域，其用于接收由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流；空氣提取系統(tǒng)，其用于：提取由風(fēng)扇和壓縮機構(gòu)件的該至少一個加大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；和將該旁通空氣轉(zhuǎn)移到混合區(qū)域中，以降低排氣氣體流的溫度；和流體注射系統(tǒng)，其用于將霧化流體注射到混合區(qū)域中，以降低排氣氣體流的溫度；和排氣處理系統(tǒng)，其用于處理降低溫度的排氣氣體流。

本公開的第三方面提供功率生成系統(tǒng)，其包括：燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括壓縮機構(gòu)件、燃燒器構(gòu)件、和渦輪構(gòu)件，其中，該燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件包括至少一個加大壓縮機級；軸，其由渦輪構(gòu)件驅(qū)動；發(fā)電機，其聯(lián)接至軸以用于生成電；

風(fēng)扇，其在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的上游聯(lián)接至軸，該風(fēng)扇和壓縮機構(gòu)件的該至少一個加大壓縮機級通過空氣攝入?yún)^(qū)段吸入過量空氣流；混合區(qū)域，其用于接收由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流；空氣提取系統(tǒng)，其用于：提取由風(fēng)扇和壓縮機構(gòu)件的該至少一個加大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；和將該旁通空氣轉(zhuǎn)移到混合區(qū)域中，以降低排氣氣體流的溫度；流體注射系統(tǒng)，其用于將霧化流體注射到混合區(qū)域中，以降低排氣氣體流的溫度；和排氣處理系統(tǒng)，其用于處理降低溫度的排氣氣體流。

技術(shù)方案1：一種用于降低燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的排氣氣體流的溫度的系統(tǒng)，包括：

燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件；

空氣流生成系統(tǒng)，其用于附接至所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的可旋轉(zhuǎn)軸，所述空氣流生成系統(tǒng)和所述壓縮機構(gòu)件通過空氣攝入?yún)^(qū)段吸入過量空氣流；

混合區(qū)域，其用于接收由所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流；

空氣提取系統(tǒng)，其用于提取由所述空氣流生成系統(tǒng)和所述壓縮機構(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，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；和

流體注射系統(tǒng)，其用于將霧化流體注射到所述混合區(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所述的系統(tǒng)，其中，由所述空氣流生成系統(tǒng)和所述壓縮機構(gòu)件生成的所述過量空氣流比所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的燃燒器構(gòu)件和渦輪構(gòu)件中的至少一者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1所述的系統(tǒng)，其中，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件包括至少一個加大壓縮機級，且其中，所述空氣流生成系統(tǒng)包括風(fēng)扇。

技術(shù)方案4：根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述霧化流體包括水。

技術(shù)方案5：根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，還包括排氣處理系統(tǒng)，包括：一氧化碳(CO)移除系統(tǒng)和選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，以用于處理降低溫度的排氣氣體流。

技術(shù)方案6：根據(jù)技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其中，所述混合區(qū)域配置在所述排氣處理系統(tǒng)的上游。

技術(shù)方案7：根據(jù)技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其中，所述混合區(qū)域配置在所述(CO)移除系統(tǒng)與所述選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)之間。

技術(shù)方案8：根據(jù)技術(shù)方案7所述的系統(tǒng)，其中，所述霧化流體包括水和氨溶液。

技術(shù)方案9：根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述空氣提取系統(tǒng)包括：

旁通管道，其用于將所述旁通空氣圍繞所述燃?xì)鉁u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；或

封殼，其包圍所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)且形成空氣通道，所述旁通空氣穿過所述空氣通道且圍繞所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)流到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度。

技術(shù)方案10：根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述空氣提取系統(tǒng)構(gòu)造成將所述過量空氣流的一部分轉(zhuǎn)移到所述壓縮機構(gòu)件中，以對所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)增壓。

技術(shù)方案11：一種渦輪機系統(tǒng)，包括：

燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括壓縮機構(gòu)件、燃燒器構(gòu)件、和渦輪構(gòu)件，其中，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件包括至少一個加大壓縮機級；

軸，其由所述渦輪構(gòu)件驅(qū)動；

風(fēng)扇，其在所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的上游聯(lián)接至所述軸，所述風(fēng)扇和所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個加大壓縮機級通過空氣攝入?yún)^(qū)段吸入過量空氣流；

混合區(qū)域，其用于接收由所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流；

空氣提取系統(tǒng)，其用于：提取由所述風(fēng)扇和所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個加大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；和將所述旁通空氣轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度；

流體注射系統(tǒng)，其用于將霧化流體注射到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度；和

排氣處理系統(tǒng)，其用于處理降低溫度的排氣氣體流。

技術(shù)方案12：根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，由所述風(fēng)扇和所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個加大壓縮機級生成的所述過量空氣流比所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的燃燒器構(gòu)件和渦輪構(gòu)件中的至少一者的流動速率容量大大約10%到大約40%。

技術(shù)方案13：根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，所述霧化流體包括水。

技術(shù)方案14：根據(jù)技術(shù)方案11所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，所述排氣處理系統(tǒng)包括一氧化碳(CO)移除系統(tǒng)和選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。

技術(shù)方案15：根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，所述混合區(qū)域配置在所述排氣處理系統(tǒng)的上游。

技術(shù)方案16：根據(jù)技術(shù)方案14所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，所述混合區(qū)域配置在所述(CO)移除系統(tǒng)與所述選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)之間。

技術(shù)方案17：根據(jù)技術(shù)方案16所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，所述霧化流體包括水和氨溶液。

技術(shù)方案18：一種功率生成系統(tǒng)，包括：

燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，其包括壓縮機構(gòu)件、燃燒器構(gòu)件、和渦輪構(gòu)件，其中，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的壓縮機構(gòu)件包括至少一個加大壓縮機級；

軸，其由所述渦輪構(gòu)件驅(qū)動；

發(fā)電機，其聯(lián)接至所述軸以用于生成電；

風(fēng)扇，其在所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的上游聯(lián)接至所述軸，所述風(fēng)扇和所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個加大壓縮機級通過空氣攝入?yún)^(qū)段吸入過量空氣流；

混合區(qū)域，其用于接收由所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣氣體流；

空氣提取系統(tǒng)，其用于：提取由所述風(fēng)扇和所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個加大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；和將所述旁通空氣轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度；

流體注射系統(tǒng)，其用于將霧化流體注射到所述混合區(qū)域中，以降低所述排氣氣體流的溫度；和

排氣處理系統(tǒng)，其用于處理降低溫度的排氣氣體流。

技術(shù)方案19：根據(jù)技術(shù)方案18所述的功率生成系統(tǒng)，其中，由所述風(fēng)扇和所述壓縮機構(gòu)件的所述至少一個加大壓縮機級生成的所述過量空氣流比所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的燃燒器構(gòu)件和渦輪構(gòu)件中的至少一者的流動速率容量大大約10%到大約40%。

技術(shù)方案20：根據(jù)技術(shù)方案18所述的功率生成系統(tǒng)，其中，所述霧化流體包括水或水和氨溶液。

技術(shù)方案21：一種用于降低燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的排氣氣體流32的溫度的系統(tǒng)，包括：

燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18；

空氣流生成系統(tǒng)，其用于附接至所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的可旋轉(zhuǎn)軸24，所述空氣流生成系統(tǒng)和所述壓縮機構(gòu)件18通過空氣攝入?yún)^(qū)段16吸入過量空氣流72；

混合區(qū)域33, 230，其用于接收由所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12產(chǎn)生的排氣氣體流32；

空氣提取系統(tǒng)70，其用于提取由所述空氣流生成系統(tǒng)和所述壓縮機構(gòu)件18生成的所述過量空氣流72的至少一部分以提供旁通空氣，且用于將所述旁通空氣轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域33, 230中，以降低所述排氣氣體流32的溫度；和

流體注射系統(tǒng)200，其用于將霧化流體注射到所述混合區(qū)域33, 230中，以降低所述排氣氣體流32的溫度。

技術(shù)方案22：根據(jù)技術(shù)方案21所述的系統(tǒng)，其中，由所述空氣流生成系統(tǒng)和所述壓縮機構(gòu)件18生成的所述過量空氣流72比所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的燃燒器構(gòu)件20和渦輪構(gòu)件22中的至少一者的流動速率容量大大約10%到大約40%。

技術(shù)方案23：根據(jù)技術(shù)方案21所述的系統(tǒng)，其中，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18包括至少一個加大壓縮機級58，且其中，所述空氣流生成系統(tǒng)包括風(fēng)扇56。

技術(shù)方案24：根據(jù)技術(shù)方案21所述的系統(tǒng)，其中，所述霧化流體224包括水。

技術(shù)方案25：根據(jù)技術(shù)方案21所述的系統(tǒng)，還包括排氣處理系統(tǒng)14，包括：一氧化碳(CO)移除系統(tǒng)和選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，以用于處理降低溫度的排氣氣體流32。

技術(shù)方案26：根據(jù)技術(shù)方案25所述的系統(tǒng)，其中，所述混合區(qū)域33, 230配置在所述排氣處理系統(tǒng)14的上游。

技術(shù)方案27：根據(jù)技術(shù)方案25所述的系統(tǒng)，其中，所述混合區(qū)域33, 230配置在所述(CO)移除系統(tǒng)與所述選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)之間。

技術(shù)方案28：根據(jù)技術(shù)方案27所述的系統(tǒng)，其中，所述霧化流體224包括水和氨溶液。

技術(shù)方案29：根據(jù)技術(shù)方案21所述的系統(tǒng)，其中，所述空氣提取系統(tǒng)70包括：

旁通管道76，其用于將所述旁通空氣圍繞所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域33, 230中，以降低所述排氣氣體流32的溫度；或

封殼，其包圍所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12且形成空氣72通道，所述旁通空氣穿過所述空氣通道113且圍繞所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12流到所述混合區(qū)域33, 230中，以降低所述排氣氣體流32的溫度。

技術(shù)方案30：根據(jù)技術(shù)方案21所述的系統(tǒng)，其中，所述空氣提取系統(tǒng)70構(gòu)造成將所述過量空氣流72的一部分轉(zhuǎn)移到所述壓縮機構(gòu)件18中，以對所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12增壓。

技術(shù)方案31：一種渦輪機系統(tǒng)，包括：

燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12，其包括壓縮機構(gòu)件18、燃燒器構(gòu)件20、和渦輪構(gòu)件22，其中，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18包括至少一個加大壓縮機級58；

軸24，其由所述渦輪構(gòu)件22驅(qū)動；

風(fēng)扇56，其在所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的上游聯(lián)接至所述軸24，所述風(fēng)扇56和所述壓縮機構(gòu)件18的所述至少一個加大壓縮機級58通過空氣攝入?yún)^(qū)段16吸入過量空氣流72；

混合區(qū)域33, 230，其用于接收由所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12產(chǎn)生的排氣氣體流32；

空氣提取系統(tǒng)70，其用于：提取由所述風(fēng)扇56和所述壓縮機構(gòu)件18的所述至少一個加大壓縮機級58生成的所述過量空氣流72的至少一部分以提供旁通空氣；和將所述旁通空氣轉(zhuǎn)移到所述混合區(qū)域33, 230中，以降低所述排氣氣體流32的溫度；

流體注射系統(tǒng)200，其用于將霧化流體注射到所述混合區(qū)域33, 230中，以降低所述排氣氣體流32的溫度；和

排氣處理系統(tǒng)14，其用于處理降低溫度的排氣氣體流32。

技術(shù)方案32：根據(jù)技術(shù)方案31所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，所述霧化流體224包括水或水和氨溶液。

技術(shù)方案33：根據(jù)技術(shù)方案31所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，所述排氣處理系統(tǒng)14包括一氧化碳(CO)移除系統(tǒng)和選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。

技術(shù)方案34：根據(jù)技術(shù)方案33所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，所述混合區(qū)域33, 230配置在所述排氣處理系統(tǒng)14的上游。

技術(shù)方案35：根據(jù)技術(shù)方案33所述的渦輪機系統(tǒng)，其中，所述混合區(qū)域33, 230配置在所述(CO)移除系統(tǒng)與所述選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)之間。

本公開的例示性方面被設(shè)計為解決在本文中描述的問題和/或未論述的其他問題。

附圖說明

根據(jù)結(jié)合附圖作出的本公開的各種方面的下列詳細(xì)描述，將更容易理解本公開的這些和其他特征，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?xì)鉁u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?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的一部分的放大視圖。

圖3示出根據(jù)實施例的簡單循環(huán)燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的示意圖。

圖4描繪根據(jù)實施例的圖3的燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的一部分的放大視圖。

圖5是沿圖3的A--A線取得的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的旁通封殼和壓縮機構(gòu)件的例示性橫截面圖。

圖6是沿圖4的B--B線取得的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的旁通封殼和壓縮機構(gòu)件的例示性橫截面圖。

圖7描繪了圖表，該圖表示出根據(jù)實施例的，在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的不同負(fù)載百分比下進入混合區(qū)域中的旁通空氣流量與排氣氣體流的溫度之間的例示性關(guān)系。

圖8描繪了圖表，該圖表示出根據(jù)實施例的，在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的不同負(fù)載百分比下的水流量與排氣氣體流的溫度之間的例示性關(guān)系。

圖9示出根據(jù)實施例的簡單循環(huán)燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)的示意圖。

應(yīng)注意的是，本公開的附圖不是按照比例的。附圖意圖僅描繪本公開的典型方面，且因此不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限制本公開的范圍。在附圖中，相似的標(biāo)號代表附圖之間的相似元件。

部件列表

10 燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)

12 燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)

14 排氣處理系統(tǒng)

16 空氣攝入?yún)^(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催化劑

38 SCR催化劑

40 氨蒸發(fā)器系統(tǒng)

42 氨注射柵格

44 煙道

46 儲槽

48 送風(fēng)機系統(tǒng)

50 加熱器

52 氨汽化器

54 泵系統(tǒng)

56 風(fēng)扇

58 加大壓縮機級

60 進口導(dǎo)向靜葉組件

62 進口導(dǎo)向靜葉

64 促動器

68 流體注射器

70 空氣提取系統(tǒng)

72 空氣流

74 提取管道

76 旁通管道

78 補充混合系統(tǒng)

80 流限制系統(tǒng)

82 氣閘

84 促動器

86 空氣釋放系統(tǒng)

88 氣閘

90 空氣出口

92 促動器

94 閥

100 流控制器

102 數(shù)據(jù)

110旁通空氣注射柵格

111 旁通封殼

112 噴嘴

113 空氣通道

114 空氣提取系統(tǒng)

116 進口導(dǎo)向靜葉

118 促動器

120 遠(yuǎn)側(cè)端部

122 流引導(dǎo)系統(tǒng)

124 出口導(dǎo)向靜葉

126 促動器

130 空氣釋放系統(tǒng)

132 氣閘

134 空氣出口

136 促動器

140 閥

150 檢修門

200 流體注射系統(tǒng)

202 第一泵

204 水凈化系統(tǒng)

206 第二泵

208 流體注射器

210 噴嘴

212 霧化水

220 流體注射器

222 噴嘴

224 霧化流體

230 混合區(qū)域

232 閥

234 閥

240 箭頭。

具體實施方式

如在上面指出的，本公開大體上涉及功率生成系統(tǒng)，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和3描繪渦輪機系統(tǒng)(例如，簡單循環(huán)燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10)的框圖，該渦輪機系統(tǒng)包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12和排氣處理系統(tǒng)14。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12可燃燒液體或氣體燃料，諸如天然氣和/或富氫合成氣，以生成熱燃燒氣體來驅(qū)動燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12。

燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12包括空氣攝入?yún)^(qū)段16、壓縮機構(gòu)件18、燃燒器構(gòu)件20、和渦輪構(gòu)件22。渦輪構(gòu)件22經(jīng)由軸24而驅(qū)動地聯(lián)接至壓縮機構(gòu)件18。在操作中，空氣(例如，周圍空氣)穿過空氣攝入?yún)^(qū)段16(由箭頭26指示)進入燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12，且在壓縮機構(gòu)件18中被加壓。壓縮機構(gòu)件18包括至少一個級，該至少一個級包括聯(lián)接至軸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(yīng)旋轉(zhuǎn)，從而將空氣經(jīng)由空氣攝入?yún)^(qū)段16抽吸到壓縮機構(gòu)件18中，且在進入燃燒器構(gòu)件20中之前壓縮該空氣。

燃燒器構(gòu)件20可包括一個或更多個燃燒器。在實施例中，多個燃燒器圍繞軸24以大體上圓形或環(huán)形的構(gòu)造在多個周向位置處配置在燃燒器構(gòu)件20中。在壓縮空氣離開壓縮機構(gòu)件18且進入燃燒器構(gòu)件20時，壓縮空氣與燃料混合以用于在(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，該一個或更多個燃料噴嘴構(gòu)造成將燃料-空氣混合物以對于燃燒、排放控制、燃料消耗、功率輸出等而言適當(dāng)?shù)乃俾首⑸涞?多個)燃燒器中。燃料-空氣混合物的燃燒生成熱加壓排氣氣體，該熱加壓排氣氣體然后可用于驅(qū)動渦輪構(gòu)件22內(nèi)的一個或更多個渦輪級(各自具有多個渦輪葉片)。

在操作中，流到渦輪構(gòu)件22中且穿過其的燃燒氣體朝渦輪葉片且在它們之間流動，從而驅(qū)動渦輪葉片且因此驅(qū)動軸24旋轉(zhuǎn)。在渦輪構(gòu)件22中，燃燒氣體的能量被轉(zhuǎn)換成功，該功中的一些被用于通過旋轉(zhuǎn)軸24來驅(qū)動壓縮機構(gòu)件18，其中其余的可用于有用功以驅(qū)動負(fù)載，諸如但不限于用于產(chǎn)生電的發(fā)電機28和/或另一渦輪。

流過渦輪構(gòu)件22的燃燒氣體作為排氣氣體32的流離開渦輪構(gòu)件22的下游端部30。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而流體地聯(lián)接至排氣處理系統(tǒng)14的CO移除系統(tǒng)(其例如包括CO催化劑36)和SCR系統(tǒng)(其例如包括SCR催化劑38)。如上所述，作為燃燒過程的結(jié)果，排氣氣體流32可包括某些副產(chǎn)品，諸如氮氧化物(NO_x)、硫氧化物(SO_x)、碳氧化物(CO_x)和未燃的烴)。由于某些規(guī)章需求，排氣處理系統(tǒng)14可用于在大氣釋放之前降低這種副產(chǎn)品的濃度或使其顯著地最小化。

用于移除或減少排氣氣體流32中的NO_x的量的一個技術(shù)是通過使用選擇性催化還原(SCR)過程。例如，在用于從排氣氣體流32移除NO_x的SCR過程中，氨(NH₃)或其他合適的還原劑可被注射到排氣氣體流32中。氨與NO_x反應(yīng)以產(chǎn)生氮(N₂)和水(H₂O)。

如圖1和3所示，氨蒸發(fā)器系統(tǒng)(ammonia evaporator system)40和氨注射柵格42可用于在SCR催化劑38上游使氨溶液(其例如儲存在儲槽46中)汽化和注射到排氣氣體流32中。氨注射柵格42可包括例如具有開口/噴嘴的管的網(wǎng)絡(luò)，該開口/噴嘴用于將汽化的氨注射到排氣氣體流32中。如將理解的，排氣氣體流32中的氨和NO_x在它們行進穿過SCR催化劑38時反應(yīng)，以產(chǎn)生氮(N₂)和水(H₂O)，因此從排氣氣體流32移除NO_x。所得的排放物可被通過燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的煙道44釋放到大氣中。

氨蒸發(fā)器系統(tǒng)40可還包括例如送風(fēng)機系統(tǒng)48、一個或更多個加熱器50(例如，電加熱器)和氨汽化器(ammonia vaporizer)52，以用于提供汽化的氨，該汽化的氨被經(jīng)由氨注射柵格42注射到排氣氣體流32中。可使用泵系統(tǒng)54將氨從儲槽46泵送至氨汽化器52。送風(fēng)機系統(tǒng)48可包括冗余的送風(fēng)機，而泵系統(tǒng)54可包括冗余的泵，以在單獨的送風(fēng)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被處理的排氣氣體流32的溫度。由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12生成的排氣氣體流32的溫度通常高于大約1100℉。然而，SCR催化劑38通常需要在小于大約900℉的溫度下操作。

根據(jù)實施例，風(fēng)扇56和“加大”壓縮機構(gòu)件18可用于提供冷卻空氣，以用于將排氣氣體流32的溫度降低至對SCR催化劑38而言適合的水平。此外，流體注射系統(tǒng)200可用于將冷卻流體(例如，水)注射到排氣氣體流32中，以降低排氣氣體流32的溫度。

如在圖1中所描繪的，風(fēng)扇56可在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的上游聯(lián)接至燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的軸24，以提供被穿過空氣攝入?yún)^(qū)段16抽吸的冷卻空氣(例如，周圍空氣)，該冷卻空氣可用于降低排氣氣體流32的溫度。風(fēng)扇56可固定地安裝(例如，螺接、焊接等)至燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的軸24。為此，風(fēng)扇56構(gòu)造成在與軸24相同的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。在其他實施例中，離合器機構(gòu)可用于將風(fēng)扇56可釋放地聯(lián)接至燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的軸24。這允許風(fēng)扇56如果不需要則從軸24選擇性地斷開聯(lián)接。當(dāng)離合機構(gòu)接合時，風(fēng)扇56聯(lián)接至軸24，且構(gòu)造成在與軸24相同的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)?？山?jīng)由空氣流控制器100對離合器機構(gòu)提供離合器聯(lián)接/斷開聯(lián)接命令?？烧{(diào)節(jié)速度的驅(qū)動系統(tǒng)還可用于將風(fēng)扇56聯(lián)接至軸24，以允許風(fēng)扇56在與軸24不同的速度下旋轉(zhuǎn)。

壓縮機構(gòu)件18具有流動速率容量，且構(gòu)造成基于其流動速率容量經(jīng)由空氣攝入?yún)^(qū)段16吸入空氣(周圍空氣)流。風(fēng)扇和壓縮機構(gòu)件18的組合的流動速率容量可比燃燒器構(gòu)件20和渦輪構(gòu)件22中的至少一者的流動速率容量高大約10%到大約40%，從而形成過量空氣流。即，燃燒器構(gòu)件20和渦輪構(gòu)件22中的至少一者不可利用由風(fēng)扇56和壓縮機構(gòu)件18的組合提供的所有的空氣，且形成過量空氣流。該過量空氣流可用于冷卻燃?xì)鉁u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58中的至少一個可為“加大的”，以便提供過量空氣流中的至少一些。如在下面詳述的，10%到40%的額外空氣流可用于冷卻排氣氣體流32，且如果期望，則用于對燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12增壓。在下面描述單個加大壓縮機級58的使用；然而，這不意圖為限制性的，且可在其他實施例中使用額外的加大壓縮機級58。一般來說，可基于若干要素來改變和選擇性地控制空氣流的百分比增長，該若干要素包括燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12上的負(fù)載、被抽吸到燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12中的空氣的溫度、SCR催化劑38處的排氣氣體流32的溫度等。

如在圖2中描繪的，包括多個進口導(dǎo)向靜葉62的進口導(dǎo)向靜葉組件62可用于控制可用于風(fēng)扇56和壓縮機構(gòu)件18的空氣的量。可通過獨立的促動器64來選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))各進口導(dǎo)向靜葉62。在圖2中示意地示出根據(jù)各種實施例的促動器64，但是可使用任何已知的促動器。例如，促動器64可包括電動機械馬達、或任何其他類型的合適促動器。

可響應(yīng)于來自流控制器100的命令獨立地和/或共同地控制促動器64，以選擇性地改變進口導(dǎo)向靜葉62的定位。即，可通過促動器64使進口導(dǎo)向靜葉62圍繞樞軸軸線選擇性地旋轉(zhuǎn)。在實施例中，各進口導(dǎo)向靜葉62可獨立于任何其他進口導(dǎo)向靜葉62單獨地樞轉(zhuǎn)。在其他實施例中，進口導(dǎo)向靜葉62的組可獨立于進口導(dǎo)向靜葉62的其他組樞轉(zhuǎn)(即，以兩個或更多個組的形式樞轉(zhuǎn)，使得組中的每個進口導(dǎo)向靜葉64一起旋轉(zhuǎn)相同的量)。進口導(dǎo)向靜葉62中的各個的位置信息(例如，通過電動機械傳感器等感測的)可被提供至流控制器100。

由風(fēng)扇56和壓縮機構(gòu)件18的加大壓縮機級58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，在空氣流通過風(fēng)扇56和壓縮機構(gòu)件18的加大壓縮機級58的操作而增大從大約10%到大約40%的情形中，可實現(xiàn)大約5至15英寸水的對應(yīng)的壓力增大。該壓力增大可用于克服壓力下降，且有助于較冷的空氣與排氣氣體流32在下游排氣處理系統(tǒng)14中的適當(dāng)混合(在下面描述)。該壓力增大還可用于對燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12增壓。

參考圖1和2，空氣提取系統(tǒng)70可用于提取由風(fēng)扇56和壓縮機構(gòu)件18的加大壓縮機級58提供的額外空氣流中的至少一些?？墒褂美缫粋€或更多個提取管道74(圖2)來提取空氣流72。提取的空氣或“旁通空氣”(BA)不進入燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12，而是如由箭頭BA指示地穿過旁通管道而被引導(dǎo)至混合區(qū)域33，在此，旁通空氣可用于冷卻排氣氣體流32。剩余的空氣(即，不被經(jīng)由提取管道74提取的額外空氣流的任何部分)進入燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18，且以正常的方式流過燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12。如果剩余空氣的流量大于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的流動速率容量，則可發(fā)生燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的增壓，從而增大燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的效率和功率輸出。

可通過一個或更多個旁通管道76在渦輪構(gòu)件22的下游朝混合區(qū)域33發(fā)送旁通空氣。旁通空氣離開旁通管道76，且穿過旁通空氣注射柵格110(圖1)進入混合區(qū)域33，在此，旁通空氣(例如，周圍空氣)與排氣氣體流32混合且將其冷卻至適合用于與SCR催化劑38一起使用的溫度。在實施例中，在混合區(qū)域33中通過旁通空氣將由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12生成的排氣氣體流32的溫度從大約1100℉降低至小于大約900℉。旁通空氣注射柵格110可包括例如多個噴嘴112等，以用于將旁通空氣引導(dǎo)(例如注射)到混合區(qū)域33中。旁通空氣注射柵格110的噴嘴112可以以使得使旁通空氣和排氣氣體流32在混合區(qū)域33中的混合最大化的方式圍繞混合區(qū)域33分配。旁通空氣注射柵格110的噴嘴112可固定在合適位置，并且/或者可以是可移動的，以選擇性地調(diào)節(jié)到混合區(qū)域33中的旁通空氣的注射方向。

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可包括例如靜止混合器、擋板等。CO催化劑36還可通過增加反壓(例如，被朝渦輪構(gòu)件22引導(dǎo)回)來幫助改善混合過程。

如在圖2中描繪的，可使用流限制系統(tǒng)80來選擇性地和/或獨立地控制到各提取管道74中的空氣流72，流限制系統(tǒng)80包括例如氣閘82、導(dǎo)向靜葉、或能夠選擇性地限制空氣流的其他裝置?？赏ㄟ^獨立的促動器84來選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))各氣閘82。促動器84可包括電動機械馬達、或任何其他類型的合適的促動器?？身憫?yīng)于來自流控制器100的命令來獨立地和/或共同地控制氣閘82，以選擇性地改變氣閘82的定位，使得期望量的旁通空氣被經(jīng)由旁通管道76引導(dǎo)到混合區(qū)域33中。氣閘82中的各個的位置信息(例如，通過電動機械傳感器等感測的)可被提供至流控制器100。

可使用空氣釋放系統(tǒng)86從旁通管道76中的一個或更多個選擇性地釋放旁通空氣，空氣釋放系統(tǒng)86包括例如置于一個或更多個空氣出口90中的一個或更多個氣閘88(或能夠選擇性地限制空氣流的其他裝置，例如導(dǎo)向靜葉)?？赏ㄟ^獨立的促動器92來選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))氣閘88在空氣出口90內(nèi)的位置。促動器92可包括電動機械馬達、或任何其他類型的合適的促動器。可響應(yīng)于來自流控制器100的命令來控制各氣閘88，以選擇性地改變氣閘88的定位，使得期望量的旁通空氣可從旁通管道76釋放。各氣閘88的位置信息(例如，通過電動機械傳感器等感測的)可被提供至流控制器100?？赏ㄟ^從旁通管道76中的一個或更多個通過一個或更多個計量閥94釋放旁通空氣來提供進一步的空氣流控制，通過來自流控制器100的命令來控制該一個或更多個計量閥94。

流控制器100可用于調(diào)整由風(fēng)扇56和壓縮機構(gòu)件18的加大壓縮機級58生成的空氣的量，其相對于進入燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12(且作為排氣氣體流32離開)的空氣的量，被作為旁通空氣穿過旁通管道76轉(zhuǎn)移且到混合區(qū)域33中，以便在改變的操作條件下維持SCR催化劑38處的合適溫度。在圖7中提供圖表，該圖表示出燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的不同負(fù)載百分比下的到混合區(qū)域33中的旁通空氣的流量與排氣氣體流32的溫度之間的例示性關(guān)系。在此示例中，圖7中的圖表描繪：1) 在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的不同負(fù)載百分比下的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的排氣氣體流32的溫度變化；和2) 在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的不同負(fù)載百分比下將SCR催化劑38處的溫度維持在恰當(dāng)?shù)乃教?例如，900℉)所需的作為排氣氣體流32的百分比的旁通空氣的流量(旁通比)的對應(yīng)變化。如在圖7中的圖表中所呈現(xiàn)的，穿過旁通管道76流到混合區(qū)域33中的旁通空氣的量可隨著排氣氣體流32的溫度變化而改變(例如，在流控制器100的控制下)，以便調(diào)整SCR催化劑38處的溫度。

流控制器100可接收與燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10的操作有關(guān)的數(shù)據(jù)102。此種數(shù)據(jù)可包括，例如，排氣氣體流32的在其進入混合區(qū)域33時的溫度、在混合/冷卻已在混合區(qū)域33中發(fā)生之后的SCR催化劑38處的排氣氣體流32的溫度、被通過風(fēng)扇56和燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18抽吸到空氣攝入?yún)^(qū)段16中的空氣的溫度、和在燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10內(nèi)的各種場所處獲得的其他溫度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)102還可包括例如在空氣攝入?yún)^(qū)段16內(nèi)、在進口導(dǎo)向靜葉62處、在風(fēng)扇56處、在加大壓縮機級56和/或壓縮機構(gòu)件18的其他級的入口處、在提取管道74內(nèi)、在旁通管道76內(nèi)、在渦輪構(gòu)件22的下游端部30處、和在燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10內(nèi)的各種其他場所處獲得的空氣流和壓力數(shù)據(jù)。還可對流控制器100提供負(fù)載數(shù)據(jù)、燃料消耗量數(shù)據(jù)、和與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的操作有關(guān)的其他信息。流控制器100還可接收與進口導(dǎo)向靜葉62、氣閘82和88、閥94等有關(guān)的位置信息。如何獲得此種數(shù)據(jù)(例如，使用恰當(dāng)?shù)膫鞲衅?、反饋?shù)據(jù)等)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言應(yīng)當(dāng)為顯而易見的，且將不在本文中提供與此種數(shù)據(jù)的獲得有關(guān)的更多細(xì)節(jié)。

基于接收的數(shù)據(jù)102，流控制器100構(gòu)造成根據(jù)需要改變穿過旁通管道76流到混合區(qū)域33中的旁通空氣的量，以將SCR催化劑38處的溫度維持在合適的水平處。這可例如通過改變以下中的至少一者來實現(xiàn)：通過風(fēng)扇56和燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18的結(jié)合作用而被抽吸到空氣攝入?yún)^(qū)段16中的空氣流(可例如通過調(diào)節(jié)進口導(dǎo)向靜葉24中的一個或更多個的位置并且/或者通過增大軸24的轉(zhuǎn)速來控制該流)；到提取管道74中的空氣流72(可例如通過調(diào)節(jié)氣閘82中的一個或更多個的位置控制該流)；和從提取管道74、穿過旁通管道76、行進到混合區(qū)域33中的旁通空氣流(可例如通過調(diào)節(jié)氣閘88中的一個或更多個的位置和/或計量閥94的操作狀態(tài)來控制該流)。

流控制器100可包括計算機系統(tǒng)，該計算機系統(tǒng)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來控制穿過旁通管道76流到混合區(qū)域33中的旁通空氣的量。由流控制器100生成的命令可用于控制燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10中的各種構(gòu)件(例如，諸如促動器64、84、92、閥94等)的操作。例如，由流控制器100生成的命令可用于控制促動器64、84和92的操作，以分別控制進口導(dǎo)向靜葉62、氣閘82和氣閘88的旋轉(zhuǎn)位置。由流控制器100生成的命令還可用于觸發(fā)燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10中的其他控制設(shè)定。

如在圖3和4中所描繪的，作為使用外部旁通管道76的代替，可通過旁通封殼111來包圍燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12。旁通封殼111從空氣攝入?yún)^(qū)段16延伸，且將空氣攝入?yún)^(qū)段16流體地聯(lián)接至混合區(qū)域33。旁通封殼111可具有任何合適的構(gòu)造。例如，旁通封殼111可具有如圖5中所描繪的環(huán)形構(gòu)造，圖5是沿圖3中的A--A線獲得的橫截面。旁通封殼111形成圍繞燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的空氣通道113，通過空氣通道113，可提供冷卻旁通空氣(BA)的供應(yīng)，以用于冷卻燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的排氣氣體流32。

可提供空氣提取系統(tǒng)114，以提取由風(fēng)扇56和壓縮機構(gòu)件18的加大壓縮機級58提供的額外空氣流中的至少一些，且將提取的空氣引導(dǎo)到在旁通封殼111和燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12之間形成的空氣通道113中?？諝馓崛∠到y(tǒng)114可包括例如進口導(dǎo)向靜葉、定子、或用于將空氣流選擇性地引導(dǎo)到空氣通道113中的任何其他適合的系統(tǒng)。在接下來的描述中，空氣提取系統(tǒng)114包括但不限于進口導(dǎo)向靜葉。如在圖6(其為沿圖4中的B--B線取得的橫截面)中示出的，空氣提取系統(tǒng)114可完全圍繞入口延伸至在旁通封殼111和燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18之間形成的空氣通道113。

如在圖4中所描繪的，空氣提取系統(tǒng)114可包括多個進口導(dǎo)向靜葉116，以用于控制被引導(dǎo)到空氣通道113中的空氣的量，該空氣通道113形成在旁通封殼111與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12之間?？赏ㄟ^獨立的促動器118來選擇性地且獨立地控制(例如，旋轉(zhuǎn))各進口導(dǎo)向靜葉116。在圖4中示意地示出促動器118，但可使用任何已知的促動器。例如，促動器118可包括電動機械馬達、或任何其他類型的合適的促動器。

可響應(yīng)于來自流控制器100的命令獨立地和/或共同地控制空氣提取系統(tǒng)114的促動器118，以選擇性地改變進口導(dǎo)向靜葉116的定位。即，可通過促動器118使進口導(dǎo)向靜葉116圍繞樞軸軸線選擇性地旋轉(zhuǎn)。在實施例中，各進口導(dǎo)向靜葉116可獨立于任何其他進口導(dǎo)向靜葉116單獨地樞轉(zhuǎn)。在其他實施例中，進口導(dǎo)向靜葉116的組可獨立于進口導(dǎo)向靜葉116的其他組樞轉(zhuǎn)(即，以兩個或更多個組的形式樞轉(zhuǎn)，使得組中的每個進口導(dǎo)向靜葉116一起旋轉(zhuǎn)相同的量)。進口導(dǎo)向靜葉116中的各個的位置信息(例如，通過電動機械傳感器等感測的)可被提供至流控制器100。

旁通空氣不進入燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12，而是改為如由箭頭BA指示地被穿過空氣通道113引導(dǎo)至混合區(qū)域33，在此，旁通空氣可用于冷卻排氣氣體流32。剩余空氣(即，由風(fēng)扇56和加大壓縮機級58生成且未通過空氣提取系統(tǒng)114提取的額外空氣流的任何部分)進入燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18，且以正常的方式流過燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12。如果剩余空氣的流量大于燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的流動速率容量，則可發(fā)生燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的增壓，從而增大燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的效率和功率輸出。

旁通空氣穿過空氣通道113朝渦輪構(gòu)件22下游的混合區(qū)域33流動且流到其中。在實施例中，旁通空氣離開空氣通道113，且成角度地被朝混合區(qū)域33中的排氣氣體流32引導(dǎo)且被引導(dǎo)到其中，以增強混合。在混合區(qū)域33中，旁通空氣(例如，周圍空氣)與排氣氣體流32混合且將其冷卻至適合用于與SCR催化劑38一起使用的溫度。在實施例中，通過旁通空氣將由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12生成的排氣氣體流32的溫度在混合區(qū)域33中從大約1100℉冷卻至小于大約900℉。

如在圖3和4中描繪的，旁通封殼111的遠(yuǎn)側(cè)端部120可朝混合區(qū)域333向內(nèi)彎曲，以將旁通空氣成角度地朝混合區(qū)域33中的排氣氣體流32引導(dǎo)且引導(dǎo)到其中。旁通空氣和排氣氣體流32的交叉流可有助于混合，從而增強排氣氣體流32的冷卻。還可提供流引導(dǎo)系統(tǒng)122以將旁通空氣成角度地朝排氣氣體流32引導(dǎo)且引導(dǎo)到其中。這種流引導(dǎo)系統(tǒng)122可包括例如出口導(dǎo)向靜葉、定子、噴嘴、或用于將旁通空氣流選擇性地引導(dǎo)到混合區(qū)域33中的任何其他合適的系統(tǒng)。

在圖4中示出例示性的流引導(dǎo)系統(tǒng)122。在該示例中，流引導(dǎo)系統(tǒng)122包括多個出口導(dǎo)向靜葉124?？赏ㄟ^獨立的促動器126選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))各出口導(dǎo)向靜葉124。在圖4中示意地示出促動器126，但可使用任何已知的促動器。例如，促動器126可包括電動機械馬達、或任何其他類型的合適的促動器。在實施例中，流引導(dǎo)系統(tǒng)122可完全圍繞空氣通道113的引出端延伸，空氣通道113形成在旁通封殼111與燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的渦輪構(gòu)件22之間。

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可包括例如靜止混合器、擋板等。CO催化劑36還可通過增加反壓(例如，被朝渦輪構(gòu)件22引導(dǎo)回)來幫助改善混合過程。

如圖4所示，可使用空氣釋放系統(tǒng)130從旁通封殼111選擇性地釋放旁通空氣，空氣釋放系統(tǒng)130包括例如置于一個或更多個空氣出口134中的一個或更多個氣閘132(或能夠選擇性地限制空氣流的其他裝置，例如導(dǎo)向靜葉)?？赏ㄟ^獨立的促動器136來選擇性地控制(例如，旋轉(zhuǎn))氣閘132在空氣出口134內(nèi)的位置。促動器136可包括電動機械馬達、或任何其他類型的合適的促動器?？身憫?yīng)于來自流控制器100的命令來控制各氣閘132，以選擇性地改變氣閘132的定位，使得期望量的旁通空氣可從旁通封殼111釋放。各氣閘132的位置信息(例如，通過電動機械傳感器等感測的)可被提供至流控制器100?？赏ㄟ^將旁通空氣從旁通封殼111通過一個或更多個計量閥140(圖4)釋放來提供進一步的空氣流控制，通過來自流控制器100的命令來控制該一個或更多個計量閥140。

流控制器100可用于調(diào)整由風(fēng)扇56和壓縮機構(gòu)件18的加大壓縮機級58生成的空氣的量，其相對于進入燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12(且作為排氣氣體流32離開)的空氣的量，被作為旁通空氣穿過旁通管道113轉(zhuǎn)移到混合區(qū)域33中，以便在變化的操作條件下維持SCR催化劑38處的合適溫度。穿過空氣通道113流動到混合區(qū)域33中的旁通空氣的量可在排氣氣體流32的溫度變化時(例如，在流控制器100的控制下)變化，以便調(diào)整SCR催化劑38處的溫度。

如在圖4中示意地示出的，旁通封殼111可設(shè)有一個或更多個檢修門(access door)150。檢修門150提供穿過旁通封殼111至燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的各種構(gòu)件的通路(例如，以用于保養(yǎng)、修理等)。

如在上面詳述的，流控制器100可接收與燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10及其構(gòu)件的操作有關(guān)的多種數(shù)據(jù)102。基于接收的數(shù)據(jù)102，流控制器100構(gòu)造成根據(jù)需要改變穿過旁通管道113流動到混合區(qū)域33中的旁通空氣的量，以調(diào)整SCR催化劑38處的溫度。這可例如通過改變以下中的至少一個來實現(xiàn)：通過風(fēng)扇56和燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的壓縮機構(gòu)件18而被抽吸到空氣攝入?yún)^(qū)段16中的空氣流；被經(jīng)由空氣提取系統(tǒng)114引導(dǎo)到空氣通道113中的空氣流(可例如通過調(diào)節(jié)進口導(dǎo)向靜葉116中的一個或更多個的位置來控制該流)；和穿過空氣通道113行進到混合區(qū)域33中的旁通空氣流(可例如通過調(diào)節(jié)氣閘132中的一個或更多個的位置和/或計量閥140的操作狀態(tài)來控制該流)。

在實施例中，如在圖1中所描繪的，流體注射系統(tǒng)200可構(gòu)造成將水(H₂O)注射到排氣氣體流32中。第一泵202可用于將水的供應(yīng)輸送至水凈化系統(tǒng)204。在凈化之后，可通過第二泵206將水引導(dǎo)至流體注射器208。盡管本文中詳述的冷卻流體是水，但還可在本文公開的任何實施例中使用其他合適的流體。

流體注射器208可包括多個噴嘴210，以用于使水霧化，且用于將霧化水212引導(dǎo)到排氣氣體流32中。如在圖1中描繪的，流體注射器208的噴嘴210可被向上游朝燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的渦輪構(gòu)件22引導(dǎo)，以增強混合區(qū)域33內(nèi)的混合。在其他實施例中，流體注射器208的噴嘴210可被沿下游方向34(例如，沿與排氣氣體流32相同的方向)或沿上游和下游方向二者引導(dǎo)。在任何情形中，流體注射器208的噴嘴210可布置成在混合區(qū)域33中提供適當(dāng)?shù)幕旌虾蜏囟染鶆蛐?。例如，流體注射器208的噴嘴210可以以均勻地布置的柵格形式布置。

在混合區(qū)域33中，霧化水212與排氣氣體流32混合且有助于其冷卻至適用于與SCR催化劑38一起使用的溫度。通過霧化水212和旁通空氣將由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12生成的排氣氣體流32的溫度從大約1100℉冷卻至小于大約900℉，該旁通空氣經(jīng)由旁通空氣注射柵格110流到混合區(qū)域33中。流控制器100可構(gòu)造成控制被注射到排氣氣體流32中的水的量，以將SCR催化劑38處的溫度維持在恰當(dāng)?shù)乃?例如，900℉)。

圖8描繪了圖表，該圖表示出在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的不同負(fù)載百分比下的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的排氣氣體流32的溫度與到混合區(qū)域33中的霧化水212的流量之間的例示性關(guān)系。如在圖8中的圖表中所呈現(xiàn)的，經(jīng)由流體注射器208注射到排氣氣體流32中的霧化水212的量可在排氣氣體流32的溫度變化時(例如，在流控制器100的控制下)變化，以便幫助調(diào)整SCR催化劑38處的排氣氣體流32的溫度。

如在圖1中進一步描繪的，還可通過流體注射系統(tǒng)200將霧化水212在CO催化劑36的下游和氨注射柵格42和SCR催化劑38的上游注射到排氣氣體流32中。流體注射器220可包括多個噴嘴222，以用于使水霧化，且用于將霧化水224引導(dǎo)到排氣氣體流32中。如在圖1中描繪的，流體注射器220的噴嘴222可被向下游朝氨注射柵格42引導(dǎo)。在其他實施例中，可沿上游方向(例如，朝排氣氣體流32)引導(dǎo)流體注射器220的噴嘴222。在任一情形中，流體注射器208的噴嘴222可布置成在CO催化劑36與SCR催化劑38之間的混合區(qū)域230中提供適當(dāng)?shù)幕旌虾蜏囟染鶆蛐浴?/p>

在實施例中，霧化水224與排氣氣體流32在混合區(qū)域230中混合且?guī)椭鷮⑵淅鋮s至適合用于與SCR催化劑38一起使用的溫度。通過霧化水224、霧化水212和/或旁通空氣將由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12生成的排氣氣體流32的溫度從大約1100℉冷卻至小于大約900℉，該旁通空氣經(jīng)由旁通空氣注射柵格110流到混合區(qū)域33中。流體流控制器100可用于控制注射到排氣氣體流32中的霧化水214的量。然后可經(jīng)由氨注射柵格42在排氣氣體流32與SCR催化劑38相互作用之前將汽化的氨注射到排氣氣體流32中。

流控制器100可用于例如取決于排氣氣體流32的在其向下游朝SCR催化劑38行進時的溫度來選擇性地控制霧化水212和/或霧化水224的注射。流控制器100可選擇性地打開/關(guān)閉閥232、234，以調(diào)整去往流體注射器208和流體注射器220的水流。

如通過圖1中的箭頭240描繪的，氨可被直接加至凈化的冷卻水，該凈化的冷卻水被泵送至流體注射器220。這消除了對分開的氨蒸發(fā)器系統(tǒng)40和氨注射柵格42的需求。在此情形中，通過流體注射器220的噴嘴222來使水/氨溶液霧化，以提供霧化水/氨224的供應(yīng)。霧化水/氨224被引導(dǎo)到排氣氣體流32中。在混合區(qū)域230中，霧化水/氨224與排氣氣體流32混合且?guī)椭鋮s其。通過霧化水/氨224、霧化水212、和/或旁通空氣將由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12生成的排氣氣體流32的溫度從大約1100℉冷卻至小于大約900℉，該旁通空氣經(jīng)由旁通空氣注射柵格110流到混合區(qū)域33中。

在實施例中，如圖9所示，流體注射系統(tǒng)200還可與圖3中描繪的系統(tǒng)結(jié)合地使用，以將水注射到排氣氣體流32中。流體注射系統(tǒng)200可以以與在上面關(guān)于圖1中描繪的系統(tǒng)詳述的基本上相同的方式操作。

流控制器100可用于調(diào)整在變化的操作條件下冷卻排氣氣體流32所需的霧化水212、224或霧化水/氨224的量。除了上述數(shù)據(jù)之外，流控制器100可接收與水和/或水/氨溶液的溫度有關(guān)的數(shù)據(jù)?；诮邮盏臄?shù)據(jù)102，流控制器100構(gòu)造成根據(jù)需要改變注射到混合區(qū)域33和/或混合區(qū)域230中以用于冷卻排氣氣體流32的霧化水212、224和/或霧化水/氨224的量。這例如可通過控制被提供(例如，泵送)至流體注射器208、220的水或水/氨溶液的量來實現(xiàn)。

代替常規(guī)大型外部送風(fēng)機系統(tǒng)和/或其他常規(guī)冷卻結(jié)構(gòu)的空氣流生成系統(tǒng)和流體注射系統(tǒng)200的使用提供許多優(yōu)點。例如，消除對冗余的外部送風(fēng)機系統(tǒng)和相關(guān)構(gòu)件(例如，送風(fēng)機、馬達和相關(guān)的空氣攝入結(jié)構(gòu)、過濾器、管道等)的需求。這減少燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10的制作和操作成本、以及總體占地面積。該占地面積進一步減小，因為風(fēng)扇56和加大壓縮機級58通過現(xiàn)有的空氣攝入?yún)^(qū)段16而非通過通常與外部送風(fēng)機系統(tǒng)一起使用的分開、專用的攝入結(jié)構(gòu)抽吸空氣。

風(fēng)扇56、加大壓縮機級58、和流體注射系統(tǒng)200的使用提供更可靠且有效率的燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10。例如，因為通過壓縮機構(gòu)件12自身的軸24來驅(qū)動用于在混合區(qū)域33中進行冷卻的旁通空氣，所以不再需要大型外部送風(fēng)機系統(tǒng)。此外，由風(fēng)扇56和加大壓縮機級58生成的空氣流的至少一部分可用于對燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12增壓。

因為風(fēng)扇56和加大壓縮機級58聯(lián)接至燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)12的軸24且被其驅(qū)動，所以降低了燃?xì)鉁u輪功率生成系統(tǒng)10的功率需要。因為與移動/加壓空氣相比，大體上花費少得多的能量來泵送水，所以實現(xiàn)進一步的功率降低。如在圖1和9中示出的實施例中一樣，可通過使氨與水結(jié)合來實現(xiàn)額外的成本/能量節(jié)省。這消除了對氨蒸發(fā)器系統(tǒng)40的各種構(gòu)件(例如，送風(fēng)機系統(tǒng)48、(多個)加熱器50、氨汽化器52)的需求。

在各種實施例中，被描述為“聯(lián)接”至彼此的構(gòu)件可沿一個或更多個接口連結(jié)。在一些實施例中，這些接口可包括不同構(gòu)件之間的接頭，且在其他情形中，這些接口可包括完整和/或整體形成的互相連接。即，在一些情形中，“聯(lián)接”至彼此的構(gòu)件可同時形成，以限定單個連續(xù)的部件。然而，在其他實施例中，這些聯(lián)接的構(gòu)件可形成為分開的部件，且隨后通過已知的工藝(例如，緊固、超聲波焊接、粘結(jié))連結(jié)。

當(dāng)元件或?qū)颖环Q為在另一元件“上”、“接合至”、“連接至”或“聯(lián)接至”該另一元件時，其可直接在該另一元件上、接合、連接或聯(lián)接至該另一元件，或可存在居間的元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接”在另一元件“上”、“直接接合至”、“直接連接至”、“直接聯(lián)接至”該另一元件時，可不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)以相似的方式來說明用于描述構(gòu)件之間關(guān)系的其他詞語(例如，“在...之間”對“直接在...之間”、“在...附近”對“直接在...附近”等)。如在本文中使用的，用語“和/或”包括相關(guān)的列出的物品中的一個或更多個的任何和所有的組合。

本文中使用的專門名詞是出于僅描述具體實施例的目的，且不意圖限制本公開。如在本文中使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”意圖也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指出。還將理解的是，當(dāng)在說明書中使用時，用語“包括”、和/或“包括...的”規(guī)定所聲明的特征、整體、步驟、操作、元件、和/或構(gòu)件的存在，但不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、構(gòu)件、和/或它們的集合的存在或加入。

本書面說明使用示例以公開本發(fā)明，包括最佳實施方式，并且還使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并且使用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。如果這些其他示例包括不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其他示例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其他示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。