CN106285952B - 功率生成系统排气冷却 - Google Patents

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Abstract

根据实施例的用于燃气涡轮系统(12)的空气流控制系统包括：用于生成过量空气流(72)的燃气涡轮系统(12)的压缩机构件(18)；用于接收由燃气涡轮系统(12)产生的排气气体流(32)的混合区域(33)；空气抽取系统(70)，其用于抽取由燃气涡轮系统(12)的压缩机构件(18)生成的过量空气流(72)的至少一部分，以提供旁通空气；并且将旁通空气转移到混合区域(33)中，以降低排气气体流(32)的温度；以及用于处理降低温度的排气气体流(32)的排气处理系统(14)。

Description

功率生成系统排气冷却
相关申请的交叉引用
本申请涉及共同未决的US申请号：GE卷号280650-1，申请序列号14/753,064、280685-1，申请序列号14/753,066、280688-1，申请序列号14/753,073、280692-1，申请序列号14/753,074、280707-1,申请序列号14/753,077、280714-1，申请序列号14/753,080、280730-1，申请序列号14/753,085、280731-1，申请序列号14/753,088、280815-1，申请序列号14/753,093、281003-1，申请序列号14/753,102、281004-1，申请序列号14/753,107、281005-1,申请序列号14/753,097，以及281007-1，申请序列号14/753,105，所有都在2015年6月29日提交。
技术领域
本公开大体涉及功率生成系统，并且更具体而言，涉及用于冷却功率生成系统的排气气体的系统和方法。
背景技术
来自功率生成系统(例如简单循环燃气涡轮功率生成系统)的排气气体通常必须满足对于释放到大气中的排气气体的成分的苛刻的规章要求。典型地在燃气涡轮功率生成系统的排气气体中找到且经受管制的成分中的一种是氮氧化物(即，NOX)，其包括例如一氧化氮和二氧化氮。为了将NOX从排气气体流移除，通常使用技术(如选择性催化还原(SCR))。在SCR过程中，氨(NH3)等与NOX反应，并且产生氮(N2)和水(H2O)。
SCR过程的效力部分地取决于处理的排气气体的温度。来自燃气涡轮功率生成系统的排气气体的温度通常高于大约1100°F。然而，SCR催化器需要在小于大约900°F下操作，以在合理催化器寿命内维持效力。在该程度上，来自简单循环燃气涡轮功率生成系统的排气气体典型地在SCR之前冷却。
大型外部鼓风机系统用于通过将冷却气体(如周围空气)与排气气体混合而将燃气涡轮功率生成系统的排气气体温度降低到900°F以下。因为由外部鼓风机系统的故障引起的催化器损坏的可能性，所以典型地使用冗余的外部鼓风机系统。这些外部鼓风机系统包括许多构件(如鼓风机、马达、过滤器、空气入口结构和大型管道)，其为昂贵、庞大的，并且增加燃气涡轮功率生成系统的操作成本。此外，外部鼓风机系统和燃气涡轮功率生成系统的操作不是固有联接的，因此增加由燃气涡轮操作的各种模式期间的过高温度引起的SCR催化器损坏的可能性。为了防止由过高温度(例如，如果(多个)外部鼓风机系统故障或者不可充分地冷却排气气体)引起的SCR催化器损坏，燃气涡轮可需要关闭，直到可纠正温度问题。
发明内容
本公开的第一方面提供一种用于空气涡轮系统的空气流控制系统，其包括：用于生成过量空气流的燃气涡轮系统的压缩机构件；用于接收由燃气涡轮系统产生的排气气体流的混合区域；以及空气抽取系统，其用于抽取由压缩机构件生成的过量空气流的至少一部分，以提供旁通空气，并且将旁通空气转移到混合区域中，以降低排气气体流的温度。
本公开的第二方面提供一种涡轮机系统，其包括：压缩机构件、燃烧器构件以及涡轮构件，其中，燃气涡轮系统的压缩机构件包括用于生成过量空气流的至少一个超尺寸压缩机级；用于接收由燃气涡轮系统产生的排气气体流的混合区域；空气抽取系统，其用于抽取由压缩机构件的至少一个超尺寸压缩机级生成的过量空气流的至少一部分，以提供旁通空气；并且将旁通空气转移到混合区域中，以降低排气气体流的温度；以及用于处理降低温度的排气气体流的排气处理系统，其中，排气处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统。
本公开的第三方面提供一种功率生成系统，其包括：包括压缩机构件、燃烧器构件以及涡轮构件的燃气涡轮系统，其中，燃气涡轮系统的压缩机构件包括用于生成过量空气流的至少一个超尺寸压缩机级；由涡轮构件驱动的轴；联接于轴用于生成电的发电机；用于接收由燃气涡轮系统产生的排气气体流的混合区域；空气抽取系统，其用于抽取由压缩机构件的至少一个超尺寸压缩机级生成的过量空气流的至少一部分，以提供旁通空气；并且将旁通空气转移到混合区域中，以降低排气气体流的温度，其中，由压缩机构件的超尺寸压缩机级生成的过量空气流比燃气涡轮系统的燃烧器构件和涡轮构件中的至少一个的流动速率容量大大约10%到大约40%；以及用于处理降低温度的排气气体流的排气处理系统，其中，排气处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统。
技术方案1. 一种用于燃气涡轮系统的空气流控制系统，包括：
燃气涡轮系统的压缩机构件，其用于生成过量空气流；
混合区域，其用于接收由所述燃气涡轮系统产生的排气气体流；以及
空气抽取系统，其用于抽取由所述涡轮系统的所述压缩机构件生成的所述过量空气流的至少一部分，以提供旁通空气，并且用于将所述旁通空气转移到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度。
技术方案2. 根据技术方案1所述的空气流控制系统，其特征在于，由所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件生成的所述过量空气流比所述燃气涡轮系统的燃烧器构件和涡轮构件中的至少一个的流动速率容量大大约10%到大约40%。
技术方案3. 根据技术方案2所述的空气流控制系统，其特征在于，所述空气流控制系统还包括用于控制至所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件的空气流的至少一个进口导叶。
技术方案4. 根据技术方案2所述的空气流控制系统，其特征在于，所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件包括至少一个超尺寸压缩机级。
技术方案5. 根据技术方案1所述的空气流控制系统，其特征在于，所述空气流控制系统还包括用于将所述旁通空气与所述排气气体流在所述混合区域中混合的混合系统。
技术方案6. 根据技术方案1所述的空气流控制系统，其特征在于，所述空气抽取系统还包括旁通导管，其用于将所述旁通空气围绕所述燃气涡轮系统转移到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度。
技术方案7. 根据技术方案6所述的空气流控制系统，其特征在于，所述空气流控制系统还包括流动限制系统，其联接于所述旁通导管，用于选择性地限制流动到所述旁通导管中的旁通空气的量。
技术方案8. 根据技术方案1所述的空气流控制系统，其特征在于，所述空气抽取系统构造成将所述过量空气流的部分转移到所述压缩机构件中，以对所述燃气涡轮系统增压。
技术方案9. 根据技术方案1所述的空气流控制系统，其特征在于，所述空气流控制系统还包括用于处理降低温度的排气气体流的选择性催化还原(SCR)系统。
技术方案10. 一种涡轮机系统，包括：
燃气涡轮系统，其包括压缩机构件、燃烧器构件以及涡轮构件，其中，所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件包括用于生成过量空气流的至少一个超尺寸压缩机级；
混合区域，其用于接收由所述燃气涡轮系统产生的排气气体流；
空气抽取系统，其用于抽取由所述压缩机构件的所述至少一个超尺寸压缩机级生成的所述过量空气流的至少一部分，以提供旁通空气；并且将所述旁通空气转移到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度；以及
排气处理系统，其用于处理降低温度的排气气体流，其中，所述排气处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统。
技术方案11. 根据技术方案10所述的涡轮机系统，其特征在于，由所述压缩机构件的所述至少一个超尺寸压缩机级生成的所述过量空气流比所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件和所述涡轮构件中的至少一个的流动速率容量大大约10%到大约40%。
技术方案12. 根据技术方案11所述的涡轮机系统，其特征在于，所述涡轮机系统还包括用于控制至所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件的空气流的至少一个进口导叶。
技术方案13. 根据技术方案10所述的涡轮机系统，其特征在于，所述涡轮机系统还包括用于将所述旁通空气与所述排气气体流在所述混合区域中混合的混合系统。
技术方案14. 根据技术方案10所述的涡轮机系统，其特征在于，所述空气抽取系统还包括旁通导管，其用于将所述旁通空气围绕所述燃气涡轮系统转移到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度。
技术方案15. 根据技术方案14所述的涡轮机系统，其特征在于，所述涡轮机系统还包括流动限制系统，其联接于所述旁通导管，用于选择性地限制流动到所述旁通导管中的旁通空气的量。
技术方案16. 根据技术方案10所述的涡轮机系统，其特征在于，所述空气抽取系统构造成将所述过量空气流的部分转移到所述压缩机构件中，以对所述燃气涡轮系统增压。
技术方案17. 一种功率生成系统，包括：
燃气涡轮系统，其包括压缩机构件、燃烧器构件以及涡轮构件，其中，所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件包括用于生成过量空气流的至少一个超尺寸压缩机级；
轴，其由所述涡轮构件驱动；
发电机，其联接于所述轴用于生成电；
混合区域，其用于接收由所述燃气涡轮系统产生的排气气体流；
空气抽取系统，其用于抽取由所述压缩机构件的所述至少一个超尺寸压缩机级生成的所述过量空气流的至少一部分,以提供旁通空气,并且将所述旁通空气转移到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度，其中，由所述压缩机构件的所述至少一个超尺寸压缩机级生成的所述过量空气流比所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件和所述涡轮构件中的至少一个的流动速率容量大大约10%至大约40%；以及
排气处理系统，其用于处理降低温度的排气气体流，其中，所述排气处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统.
技术方案18.根据技术方案17所述的功率生成系统，其特征在于，所述空气抽取系统还包括旁通导管，其用于将所述旁通空气围绕所述燃气涡轮系统转移到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度。
技术方案19. 根据技术方案17所述的功率生成系统，其特征在于，所述功率生成系统还包括流动限制系统，其联接于所述旁通导管，用于选择性地限制流动到所述旁通导管中的旁通空气的量。
技术方案20. 根据技术方案17所述的功率生成系统，其特征在于，所述空气抽取系统构造成将所述过量空气流的部分转移到所述压缩机构件中，以对所述燃气涡轮系统增压。
本公开的示例性方面设计成解决本文中描述的问题和/或未论述的其它问题。
附图说明
本公开的这些和其它特征将从结合附图进行的本公开的各种方面的下列详细描述更容易理解，该附图描绘本公开的各种实施例。
图1示出根据实施例的简单循环燃气涡轮功率生成系统的示意图。
图2描绘根据实施例的图1的燃气涡轮功率生成系统的部分的放大视图。
图3是示出在根据实施例的燃气涡轮系统的不同负载百分比下的旁通空气到混合区域中的流量和排气气体流的温度之间的示例性关系的图表。
注意的是，本公开的附图不按比例。附图意图仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当看作是限制本公开的范围。在附图中，相似标记代表附图之间的相似元件。
部件列表
10 燃气涡轮功率生成系统
12 燃气涡轮系统
14 排气处理系统
16 空气入口区段
18 压缩机构件
20 燃烧器构件
22 涡轮构件
24 轴
26 箭头
28 发电机
30 下游端部
32 排气气体流
33 混合区域
34 下游方向
36 CO催化器
38 SCR催化器
40 氨蒸发器系统
42 氨喷射网格
44 烟囱
46 储槽
48 鼓风机系统
50 加热器
52 氨蒸发器
54 泵系统
60 超尺寸压缩机级
62 进口导叶组件
64 进口导叶
66 促动器
70 空气抽取系统
72 空气流
74 抽取导管
76 旁通导管
78 补充混合系统
80 流动限制系统
82 阻尼器
84 促动器
86 空气释放系统
88 阻尼器
90 空气出口
92 促动器
94 阀
100 空气流控制器
102 数据
110旁通空气喷射网格
112 喷嘴。
具体实施方式
如以上指示的，本公开大体涉及功率生成系统，并且更具体而言，涉及用于冷却功率生成系统的排气气体的系统和方法。
图1是涡轮机系统(例如，简单循环燃气涡轮功率生成系统10)的框图，该涡轮机系统包括燃气涡轮系统12和排气处理系统14。燃气涡轮系统12可燃烧液体或气体燃料(如天然气和/或富氢合成气体)，以生成热燃烧气体以驱动燃气涡轮系统12。
燃气涡轮系统12包括空气入口区段16、压缩机构件18、燃烧器构件20以及涡轮构件22。涡轮构件22经由轴24驱动地联接于压缩机构件18。在操作中，空气(例如，周围空气)通过空气入口区段16进入燃气涡轮系统12(由箭头26指示)，并且在压缩机构件18中加压。压缩机构件18包括至少一个级，该至少一个级包括联接于轴24的多个压缩机叶片。轴24的旋转引起压缩机叶片的对应旋转，由此将空气经由空气入口区段16抽吸到压缩机构件18中，并且在进入到燃烧器构件20中之前压缩空气。
燃烧器构件20可包括一个或更多个燃烧器。在实施例中，多个燃烧器以围绕轴24的大体圆形或环形构造在多个周向位置处设置在燃烧器构件20中。在压缩空气离开压缩机构件18并且进入燃烧器构件20时，压缩空气与燃料混合用于在(多个)燃烧器内燃烧。例如，(多个)燃烧器可包括一个或更多个燃料喷嘴，其构造成将燃料空气混合物以适合的比率喷射到(多个)燃烧器中用于燃烧、排放物控制、燃料消耗、功率输出等。燃料空气混合物的燃烧生成热加压排气气体，其可接着用于驱动涡轮构件22内的一个或更多个涡轮级(均具有多个涡轮叶片)。
在操作中，流动到涡轮构件22中和流动穿过涡轮构件22的燃烧气体相对于涡轮叶片并且在它们之间流动，由此驱动涡轮叶片，并且因此驱动轴24旋转。在涡轮构件22中，燃烧气体的能量转化成功，该功中的一些用于通过旋转轴24驱动压缩机构件18，其中其余部分可用于有用功以驱动负载，如但不限于用于产生电的发电机28和/或另一涡轮。
流动穿过涡轮构件22的燃烧气体离开涡轮构件22的下游端部30作为排气气体的流32。排气气体流32可继续沿下游方向34朝排气处理系统14流动。涡轮构件22的下游端部30可经由混合区域33流体地联接于排气处理系统14的CO移除系统(包括，例如，CO催化器36)和SCR系统(包括，例如，SCR催化器38)。如以上论述的，由于燃烧过程，故排气气体流32可包括某些副产物(如氮氧化物(NOX)、硫氧化物(SOX)、碳氧化物(COX)以及未燃烃)。由于某些规章要求，故排气处理系统14可用于在大气释放之前降低此类副产物的浓度或使其大致最小化。
用于移除或减少排气气体流32中的NOX的量的一种技术是通过使用选择性催化还原(SCR)过程。例如，在用于将NOX从排气气体流32移除的SCR过程中，氨(NH3)或其它适合的还原剂可喷射到排气气体流32中。氨与NOX反应以产生氮(N2)和水(H20)。
如图1所示，氨蒸发器系统40和氨喷射网格42可用于在SCR催化器38上游将氨溶液(例如，储存在储槽46中)汽化和喷射到排气气体流32中。氨喷射网格42可包括例如具有开口/喷嘴的管的网络，该开口/喷嘴用于将汽化氨喷射到排气气体流32中。如将认识到的，排气气体流32中的氨和NOX在它们穿过SCR催化器38时反应，以产生氮(N2)和水(H2O)，因此将NOX从排气气体流32移除。所得的排放物可通过燃气涡轮系统12的烟囱44释放到大气中。
氨蒸发系统40还可包括例如鼓风机系统48、一个或更多个加热器50(例如，电加热器)，以及氨汽化器52，其用于提供经由氨喷射网格42喷射到排气气体流32中的汽化氨。氨可使用泵系统54从储槽46泵送至氨汽化器52。鼓风机系统48可包括冗余鼓风机，同时泵系统54可包括冗余泵，以在单个的鼓风机/泵故障的情况下确保氨蒸发器系统40的持续操作。
SCR过程的效力部分地取决于处理的排气气体流32的温度。由燃气涡轮系统12生成的排气气体流32的温度通常高于大约1100°F。然而，SCR催化器38典型地需要在小于大约900°F的温度下操作。
根据实施例，“超尺寸”压缩机构件18可用于提供冷却空气，用于将排气气体流32的温度降低至适合于SCR催化器38的水平。压缩机构件18具有流动速率容量，并且构造成基于其流动速率容量经由空气入口区段16吸入空气(周围空气)流。压缩机构件18的流动速率容量可比燃烧器构件20和涡轮构件22中的至少一个的流动速率容量高大约10%到大约40%，产生过量空气流。就是说，燃烧器构件20和涡轮构件22中的至少一个不可利用由压缩机构件18提供的所有空气，并且过量空气流由压缩机构件18产生。该过量空气流可用于冷却燃气涡轮系统12的排气气体流32。根据实施例，压缩机构件18的压缩机级60中的至少一个可为“超尺寸的”，以便提供过量空气流。
单个超尺寸压缩机级60的使用在下面描述；然而，这不意图限制，并且附加的超尺寸压缩机级60可在其它实施例中使用。大体上，由超尺寸压缩机构件18的至少一个超尺寸压缩机级60吸入的空气流的百分比增长可基于若干因素改变和选择性地控制，该若干因素包括燃气涡轮系统12上的负载、抽吸到燃气涡轮系统12中的空气的温度、SCR催化器38处的排气气体流32的温度等。
如图2中描绘的，包括多个进口导叶64的进口导叶组件62可用于控制朝压缩机构件18引导的空气的量。各个进口导叶64可由独立促动器66选择性地控制(例如，旋转)。在图2中示意地示出根据各种实施例的促动器66，但是可使用任何已知的促动器。例如，促动器66可包括电机马达，或任何其它类型的适合促动器。
促动器66可响应于来自空气流控制器100的命令独立和/或共同地控制，以选择性地改变进口导叶64的定位。就是说，进口导叶64可由促动器66围绕枢转轴线选择性地旋转。在实施例中，各个进口导叶64可独立于任何其它进口导叶64单独地枢转。在其它实施例中，成组的进口导叶64可独立于其它组的进口导叶64枢转(即，以两个或更多个进口导叶的组枢转，使得组中的每个进口导叶64一起旋转相同的量)。用于进口导叶64中的各个的定位信息(例如，如由电机传感器等感测的)可提供至空气流控制器100。
由超尺寸压缩机级60提供的增大的空气流可增大压缩机构件18处的空气压力。例如，在其中压缩机构件18的流动速率容量比涡轮构件22的流动速率容量大大约10%到大约40%的情形中，可实现大约5到大约15英寸的水的对应压力增大。该压力增大可用于克服压力下降，并且便于较冷的空气与排气气体流32在下游的排气处理系统14中的适当混合(在下面描述)。压力增大还可用于对燃气涡轮系统12增压。
抽取系统70可提供成将由压缩机构件18吸入的过量空气中的至少一些围绕燃气涡轮系统12的燃烧器构件20和涡轮构件22转移至混合区域33。该“旁通空气”可用于将混合区域33中的排气气体流32的温度降低至适合于SCR催化器38的水平，该“旁通空气”有效地绕过燃气涡轮系统12的燃烧器构件20和涡轮构件22。
参照图1和2，空气抽取系统70可用于抽取附加空气流中的至少一些，该附加空气流通过压缩机构件18的超尺寸压缩机级60的使用提供。可使用例如一个或更多个抽取导管74(图2)抽取空气流72。抽取的空气、或“旁通空气”(BA)不进入燃气涡轮系统12，而是改为通过旁通导管76引导至混合区域33，如由箭头BA指示的，其中旁通空气可用于冷却排气气体流32。附加空气流的任何剩余部分(即，由超尺寸压缩机级60生成且未经由抽取导管74抽取的附加空气流的任何部分)进入燃气涡轮系统12的压缩机构件18，并且以正常的方式流动穿过燃气涡轮系统12。这作用成对燃气涡轮系统12增压，增大燃气涡轮系统12的效率和功率输出。
旁通空气可通过一个或更多个旁通导管76朝在涡轮构件22下游的混合区域33发送。旁通空气离开旁通导管76，并且通过旁通空气喷射网格110(图1)进入混合区域33，其中，旁通空气(例如，周围空气)与排气气体流32混合并且将排气气体流32冷却至适合于与SCR催化器38一起使用的温度。在实施例中，由燃气涡轮系统12生成的排气气体流32的温度在混合区域33中由旁通空气从大约1100°F冷却至小于大约900°F。旁通空气喷射网格110可包括例如多个喷嘴112等，用于将旁通空气引导(例如喷射)到混合区域33中。旁通空气喷射网格110的喷嘴112可以以如下方式绕着混合区域33分布，以便使旁通空气和排气气体流32在混合区域33中的混合最大化。旁通空气喷射网格110的喷嘴112可固定就位，并且/或者可为可移动的，以选择性地调节旁通空气到混合区域33中的喷射方向。
补充混合系统78(图1)可定位在混合区域33内，以增强混合过程。补充混合系统78可包括例如静态混合器、隔板等。CO催化器36还可有助于通过增加背压(例如，朝涡轮构件22引导回)而改进混合过程。
如图2中描绘的，到各个抽取导管74中的空气流可使用流动限制系统80选择性地控制，流动限制系统80包括例如阻尼器82、导叶或能够选择性地限制空气流的其它装置。各个阻尼器82可由独立促动器84选择性地控制(例如，旋转)。促动器84可包括电机马达、或任何其它类型的适合促动器。阻尼器82可响应于来自空气流控制器100的命令来独立和/或共同地控制，以选择性地改变阻尼器82的定位，使得期望量的旁通空气经由旁通导管76引导到混合区域33中。用于阻尼器82中的各个的定位信息(例如，如由电机传感器等感测的)可提供至空气流控制器100。
旁通空气可使用空气释放系统86从旁通导管76中的一个或更多个选择性地释放，空气释放系统86包括例如一个或更多个阻尼器88(或能够选择性限制空气流的其它装置(例如导叶))，其位于一个或更多个空气出口90中。空气出口90内的阻尼器88的位置可由独立促动器92选择性地控制(例如，旋转)。促动器92可包括电机马达、或任何其它类型的适合促动器。各个阻尼器88可响应于来自空气流控制器100的命令来控制，以选择性地改变阻尼器88的定位，使得期望量的旁通空气可从旁通导管76释放。用于各个阻尼器88的位置信息(例如，如由电机传感器等感测的)可提供至空气流控制器100。进一步的空气流控制可通过将旁通空气从旁通导管76中的一个或更多个释放穿过一个或更多个计量阀94而提供，一个或更多个计量阀94经由来自空气流控制器100的命令控制。
空气流控制器100可用于调整由超尺寸压缩机级60生成的空气的量(相对于进入燃气涡轮系统12的空气的量，其作为旁通空气通过旁通导管76转移到混合区域33中(并且作为排气气体流32离开))，以便在改变的操作条件下维持SCR催化器38处的适合温度。在图3中提供图表，该图表示出在燃气涡轮系统12的不同负载百分比下的旁通空气到混合区域33中的流量和排气气体流32的温度之间的示例性关系。在该示例中，图3中的图表描绘：1)在燃气涡轮系统12的不同负载百分比下的燃气涡轮系统12的排气气体流32的温度变化；和2)在燃气涡轮系统12的不同负载百分比下将SCR催化器38处的温度维持在适合水平(例如，900°F)处所需的、作为排气气体流32的百分比(旁通比)的旁通空气的流量的对应变化。如在图3中的图表中呈现的，旁通空气流动穿过旁通导管76到混合区域33中的量可随着排气气体流32的温度改变而变化，以便调整SCR催化器38处的温度。
空气流控制器100可接收与燃气涡轮功率生成系统10的操作相关联的数据102。此类数据可包括，例如，在排气气体流32进入混合区域33时的排气气体流32的温度、在混合/冷却在混合区域33中发生之后的SCR催化器38处的排气气体流32的温度、由燃气涡轮系统12的超尺寸压缩机级60和/或压缩机构件18抽吸到空气入口区段16中的空气的温度，以及在燃气涡轮功率生成系统10内的各种位置处获得的其它温度数据。数据102还可包括空气流和压力数据，该空气流和压力数据例如在空气入口区段16内、在进口导叶64处、在压缩机构件18的超尺寸压缩机级60和/或其它级的入口处、在抽取导管74内、在旁通导管76内、在涡轮构件22的下游端部30处，以及在燃气涡轮功率生成系统10内的各种其它位置处获得。负载数据、燃料消耗数据，以及与燃气涡轮系统12的操作相关联的其它信息也可提供至空气流控制器100。空气流控制器100还可接收与进口导叶64、阻尼器82和88、阀94等相关联的位置信息。对本领域技术人员而言将容易显而易见的是可如何(例如，使用适当的传感器、反馈数据等)获得此类数据，并且将不在本文中提供关于此类数据的获得的另外的细节。
基于接收的数据102，空气流控制器100构造成按需要改变旁通空气流动穿过旁通导管76到混合区域33中的量以将SCR催化器38处的温度维持在适合水平处。这可例如通过改变以下中的至少一个而实现：由燃气涡轮系统12的压缩机构件18抽吸到空气入口区段16中的空气的流(该流可例如通过调节进口导叶64中的一个或更多个的位置而控制)；到抽取导管74中的空气72的流(该流可例如通过调节阻尼器82中的一个或更多个的位置而控制)；以及从抽取导管74经过、穿过旁通导管76、到混合区域33中的旁通空气的流(该流可例如通过调节阻尼器88中的一个或更多个的位置和/或计量阀94的操作状态而控制)。
空气流控制器100可包括计算机系统，其具有执行程序代码的至少一个处理器。该程序代码构造成使用例如数据102和/或来自人类操作者的指令控制旁通空气流动穿过旁通导管76到混合区域33中的量。由空气流控制器100生成的命令可用于控制燃气涡轮功率生成系统10中的各种构件(例如，如促动器66、84、92、阀94等)的操作。例如，由空气流控制器100生成的命令可用于控制促动器66、84和92的操作，以分别控制进口导叶64、阻尼器82以及阻尼器88的旋转位置。由空气流控制器100生成的命令还可用于触发燃气涡轮功率生成系统10中的其它控制设定。
代替常规大型外部鼓风机系统和/或其它常规冷却结构的、压缩机构件18中的超尺寸压缩机级60和空气抽取系统70的使用提供许多优点。例如，消除对冗余外部鼓风机系统和相关联构件(例如，鼓风机、马达以及相关联空气入口结构、过滤器、导管等)的需要。这减少燃气涡轮功率生成系统10的制造和操作成本以及总占地面积。在压缩机构件18的超尺寸压缩机级60通过现有的空气入口区段16而不是通过通常与外部鼓风机系统一起使用的单独的专用入口结构吸入空气时，进一步减小占地面积。
使用超尺寸压缩机级60提供更可靠且有效的燃气涡轮功率生成系统10。例如，因为用于在混合区域33中冷却的旁通空气由压缩机构件18的超尺寸压缩机级60吸入，所以不再要求大型外部鼓风机系统。此外，由超尺寸压缩机级60生成的过量空气流的至少一部分可用于对燃气涡轮系统12增压。
因为超尺寸压缩机级60联接于燃气涡轮系统12的轴24，并且由其驱动，所以降低了燃气涡轮功率生成系统10的功率要求。该构造消除了对通常在常规外部鼓风机冷却系统中使用的大型鼓风机马达的需要。
在各种实施例中，描述为“联接”于彼此的构件可沿一个或更多个界面连结。在一些实施例中，这些界面可包括在不同构件之间的接头，并且在其它情形中，这些界面可包括坚固和/或集成形成的互相连接。就是说，在一些情形中，“联接”于彼此的构件可同时形成为限定单个连续部件。然而，在其它实施例中，这些联接的构件可形成为单独的部件，并且随后通过已知过程(例如，紧固、超声波焊接、粘结)连结。
当元件被称作在另一元件“上”、“接合于”、“连接于”或“联接于”该另一元件时，其可直接在另一元件上、接合、连接或联接于该另一元件，或者可呈现插置元件。相比之下，当元件被称作直接在另一元件“上”、“直接接合于”、“直接连接于”、“直接联接于”该另一元件时，可不呈现插置的元件。用于描述构件之间的关系的其它单词应当以相似的方式(例如，“在...之间”相对于“直接在...之间”、“在...附近”相对于“直接在...附近”等)解释。如本文中使用的，用语“和/或”包括相关联的列举物品中的一个或更多个的任何和所有组合。
本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不意图限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还将理解的是，当在本说明书中使用时，用语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”详细说明陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但不排除一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组的存在或添加。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种用于燃气涡轮系统的空气流控制系统，包括：
燃气涡轮系统的压缩机构件，其用于生成流经所述燃气涡轮系统的空气入口区段的组合空气流，所述组合空气流包括供应给所述燃气涡轮系统的燃烧器构件的操作空气流和过量空气流；
在所述空气入口区段中位于所述压缩机构件上游的多个进口导叶，所述组合空气流穿过所述多个进口导叶，所述多个进口导叶控制所述组合空气流穿过所述空气入口区段至所述压缩机构件；
混合区域，其用于接收由所述燃气涡轮系统产生的排气气体流；
空气抽取系统，其用于抽取由所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件生成的所述过量空气流的至少一部分，以提供旁通空气，并且用于将所述旁通空气转移到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度，所述空气抽取系统包括：
外部旁通导管，其用于使所述旁通空气围绕所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件和涡轮构件转移到所述混合区域中，以降低所述混合区域中所述排气气体流的温度，其中所述外部旁通导管包括轴向延伸导管的布置，所述轴向延伸导管周向地围绕所述燃气涡轮系统成阵列，以包围所述燃烧器构件和所述涡轮构件；
空气释放系统，其用于从所述轴向延伸导管中的一个或更多个选择性地释放旁通空气；
内部通道，用于将所述过量空气流的任何未抽取部分引入所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件以增压所述燃气涡轮系统；以及
选择性催化还原(SCR)系统，用于处理来自所述混合区域的降低温度的排气气体流。
2.根据权利要求1所述的空气流控制系统，其特征在于，由所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件生成的所述过量空气流比所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件和所述涡轮构件中的至少一个的流动速率容量大10%到40%。
3.根据权利要求2所述的空气流控制系统，其特征在于，所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件包括用于生成过量空气流的至少一个压缩机级。
4.根据权利要求1所述的空气流控制系统，其特征在于，所述空气流控制系统还包括用于将所述旁通空气与所述排气气体流在所述混合区域中混合的混合系统。
5.根据权利要求1所述的空气流控制系统，其特征在于，所述空气流控制系统还包括流动限制系统，其联接于所述外部旁通导管，用于选择性地限制流动到所述外部旁通导管中的旁通空气的量。
6.一种涡轮机系统，包括：
燃气涡轮系统，其包括压缩机构件、燃烧器构件以及涡轮构件，其中，所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件包括用于生成流经所述燃气涡轮系统的空气入口区段的组合空气流，所述组合空气流包括供应给所述燃气涡轮系统的燃烧器构件的操作空气流和过量空气流；
在所述空气入口区段中位于所述压缩机构件上游的多个进口导叶，所述组合空气流穿过所述多个进口导叶，所述多个进口导叶控制所述组合空气流穿过所述空气入口区段至所述压缩机构件；
混合区域，其用于接收由所述燃气涡轮系统产生的排气气体流；
空气抽取系统，其用于抽取由所述压缩机构件的至少一个超尺寸压缩机级生成的所述过量空气流的至少一部分，以提供旁通空气；并且将所述旁通空气转移到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度，所述空气抽取系统包括空气分离系统，所述空气分离系统包括：
外部旁通导管，其用于使所述旁通空气围绕所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件和涡轮构件转移到所述混合区域中，以降低所述混合区域中所述排气气体流的温度，其中所述外部旁通导管包括轴向延伸导管的布置，所述轴向延伸导管周向地围绕所述燃气涡轮系统成阵列，以包围所述燃烧器构件和所述涡轮构件；
空气释放系统，其用于从所述轴向延伸导管中的一个或更多个选择性地释放旁通空气；
内部通道，用于将所述过量空气流的任何未抽取部分引入所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件以增压所述燃气涡轮系统；以及
排气处理系统，其用于处理降低温度的排气气体流，其中，所述排气处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统。
7.根据权利要求6所述的涡轮机系统，其特征在于，由所述压缩机构件的所述至少一个超尺寸压缩机级生成的所述过量空气流比所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件和所述涡轮构件中的至少一个的流动速率容量大10%到40%。
8.根据权利要求7所述的涡轮机系统，其特征在于，所述涡轮机系统还包括流动限制系统，其联接于所述外部旁通导管，用于选择性地限制流动到所述外部旁通导管中的旁通空气的量。
9.根据权利要求6所述的涡轮机系统，其特征在于，还包括用于在所述混合区域中将所述旁通空气与所述排气气体流混合的混合系统。
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