CN106285955A - 发电系统废气冷却 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发电系统废气冷却技术。具体地，本发明根据实施例提供一种用于燃气涡轮机系统的空气流控制系统，其包括：用于附连到燃气涡轮机系统的可旋转轴的空气流生成系统，用于通过进气部段吸入过量空气流；混合区域，用于接收由所述燃气涡轮机系统产生的废气流；空气提取系统，用于提取由所述空气流生成系统生成的过量空气流的至少一部分以提供旁路空气；壳体，所述壳体围绕所述燃气涡轮机系统并且形成空气通道，旁路空气通过所述空气通道并且围绕所述燃气涡轮机系统流动到所述混合区域中以降低废气流的温度；以及废气处理系统，用于处理降低温度的废气流。

Description

发电系统废气冷却
相关申请的交叉引用
本申请涉及全部于2015年6月29日提交的共同未决美国申请号：14/753064,14/753066,14/753072,14/753074,14/753077,14/753080,14/753085,14/753088,14/753093,14/753102,14/753107,14/753097和14/753105，GE代理人档案号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。
技术领域
本公开总体上涉及发电系统，并且更具体地，涉及用于冷却发电系统的废气的系统和方法。
背景技术
来自发电系统(例如简单循环燃气涡轮机发电系统)的废气常常必须满足针对释放到大气中的废气的组分的严格法规要求。典型地在燃气涡轮机发电系统的废气中发现并且受到监管的成分之一是氮氧化物(即，NOx)，其例如包括一氧化氮或二氧化氮。为了从废气流去除NOx，常常使用诸如选择性催化还原(SCR)的技术。在SCR过程中，氨(NH3)或类似物与NOx反应并且产生氮(N2)和水(H2O)。
SCR过程的有效性部分地取决于被处理的废气的温度。来自燃气涡轮机发电系统的废气的温度常常高于约1100°F。然而，SCR催化剂需要在小于约900°F下操作以在合理的催化寿命期间保持有效性。就此而言，在SCR之前通常冷却来自简单循环燃气涡轮机发电系统的废气。
大型外部吹风机系统已用于通过混合冷却气体(如环境空气)和废气将燃气涡轮机发电系统的废气温度降低到低于900°F。由于外部吹风机系统的故障引起的催化剂损害的可能性，通常使用冗余外部吹风机系统。这些外部吹风机系统包括许多部件，如吹风机、马达、过滤器、进气结构和大导管，其昂贵、庞大并且增加燃气涡轮机发电系统的操作成本。另外，外部吹风机系统和燃气涡轮机发电系统的操作不是固有联系的，因此增加了在燃气涡轮机操作的各种模式期间由于过度温度引起的SCR催化剂损害的概率。为了防止由于过度温度引起的SCR催化剂损害(例如，如果(一个或多个)外部吹风机系统出故障或不能充分地冷却废气)，燃气涡轮机可能需要停机直到温度问题可以被矫正。
发明内容
本公开的第一方面提供一种用于燃气涡轮机系统的空气流控制系统，其包括：用于附连到燃气涡轮机系统的可旋转轴的空气流生成系统，用于通过进气部段吸入过量空气流；混合区域，用于接收由燃气涡轮机系统产生的废气流；空气提取系统(air extractionsystem)，用于提取由空气流生成系统生成的过量空气流的至少一部分以提供旁路空气；以及壳体，该壳体围绕燃气涡轮机系统并且形成空气通道，旁路空气通过空气通道并且围绕燃气涡轮机系统流动到混合区域中以降低废气流的温度。
基于本公开的第一方面，在空气流控制系统中，空气流生成系统包括风扇。另外，空气流控制系统还包括混合系统，用于在混合区域中混合旁路空气和废气流。此外，在空气流控制系统中，空气提取系统包括至少一个入口导叶。
进一步地，空气流控制系统还包括流动引导系统，用于将旁路空气朝着混合区域中的废气流引导到废气流中。
更进一步地，流动引导系统包括壳体的向内弯曲端部分和/或至少一个出口导叶。
基于本公开的第一方面，在空气流控制系统中，由空气流生成系统吸入的过量空气流包括由燃气涡轮机系统的压缩机部件吸入的空气流的约百分之十到约百分之四十。另，空气提取系统配置成将过量空气流的任何未提取部分转移到燃气涡轮机系统的压缩机部件中以过给燃气涡轮机系统。另外，空气流控制系统还包括用于处理降低温度的废气流的选择性催化还原(SCR)系统。此外，在空气流控制系统中，壳体包括燃气涡轮机系统的外壳。再者，空气流控制系统还包括空气流控制器，用于控制空气提取系统以将降低温度的废气流保持在低于约900°F的温度。
本公开的第二方面提供一种涡轮机械系统，其包括：燃气涡轮机系统，该燃气涡轮机系统包括压缩机部件，燃烧器部件以及涡轮机部件；由涡轮机部件驱动的轴；在燃气涡轮机系统的上游联接到轴的风扇，用于通过进气部段吸入过量空气流；混合区域，用于接收由燃气涡轮机系统产生的废气流；空气提取系统，用于提取由风扇生成的过量空气流的至少一部分以提供旁路空气；壳体，该壳体围绕燃气涡轮机系统并且形成空气通道，旁路空气通过空气通道并且围绕燃气涡轮机系统流动到混合区域中以降低废气流的温度；以及空气流控制器，用于控制空气提取系统以将降低温度的废气流保持在低于约900°F的温度；以及选择性催化还原(SCR)系统，用于处理降低温度的废气流。
基于本公开的第二方面，涡轮机械系统还包括混合系统，用于在混合区域中混合旁路空气和废气流。此外，在涡轮机械系统中，空气提取系统包括至少一个入口导叶。
进一步地，涡轮机械系统还包括流动引导系统，用于将旁路空气朝着混合区域中的废气流引导到废气流中。
更进一步地，流动引导系统包括壳体的向内弯曲端部分和/或至少一个出口导叶。
基于本公开的第二方面，在涡轮机械系统中，由空气流生成系统吸入的过量空气流包括由压缩机部件吸入的空气流的约百分之十到约百分之四十。另外，空气提取系统配置成将过量空气流的任何未提取部分转移到燃气涡轮机系统的压缩机部件中以过给燃气涡轮机系统。此外，在涡轮机械系统中，壳体包括燃气涡轮机系统的外壳。
本公开的第三方面提供一种发电系统，其包括：燃气涡轮机系统，该燃气涡轮机系统包括压缩机部件，燃烧器部件以及涡轮机部件；由涡轮机部件驱动的轴；联接到轴的发电机，用于生成电力；在燃气涡轮机系统的上游联接到轴的风扇，用于通过进气部段吸入过量空气流；混合区域，用于接收由燃气涡轮机系统产生的废气流；空气提取系统，用于提取由风扇生成的过量空气流的至少一部分以提供旁路空气；壳体，该壳体围绕燃气涡轮机系统并且形成空气通道，旁路空气通过空气通道并且围绕燃气涡轮机系统流动到混合区域中以降低废气流的温度；空气流控制器，用于控制空气提取系统以将降低温度的废气流保持在低于约900°F的温度；以及选择性催化还原(SCR)系统，用于处理降低温度的废气流。
本公开的示例性方面设计成解决本说明书中所述的问题和/或未论述的其它问题。
附图说明
从结合附图进行的本公开的各方面的以下详细描述将更容易理解本公开的这些和其它特征，附图描绘本公开的各实施例。
图1显示根据实施例的简单循环燃气涡轮机发电系统的示意图。
图2描绘根据实施例的空气流生成系统。
图3描绘根据实施例的图1的燃气涡轮机发电系统的一部分的放大图。
图4是沿着图1的线A--A获得的燃气涡轮机系统的旁路壳体和压缩机部件的示例性横截面图。
图5是沿着图3的线B--B获得的燃气涡轮机系统的旁路壳体和压缩机部件的示例性横截面图。
图6是根据实施例的图表，显示在燃气涡轮机系统的不同负荷百分比下进入混合区域的旁路空气流和废气流的温度之间的示例性关系。
图7显示根据实施例的简单循环燃气涡轮机发电系统的示意图。
应当注意本公开的附图不按比例绘制。附图旨在仅仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被认为限制本公开的范围。在附图中，在不同附图之间相似的附图标记表示相似的元件。
具体实施方式
如上所述，本公开总体上涉及发电系统，并且更具体地，涉及用于冷却发电系统的废气的系统和方法。
图1是包括燃气涡轮机系统12和废气处理系统14的涡轮机械(例如，简单循环燃气涡轮机发电系统10)的框图。燃气涡轮机系统12可以燃烧液体或气体燃料，如天然气和/或富氢合成气，从而生成热燃烧气体以驱动燃气涡轮机系统12。
燃气涡轮机系统12包括进气部段16，压缩机部件18，燃烧器部件20以及涡轮机部件22。涡轮机部件22经由轴24驱动地联接到压缩机部件18。在运行中，空气(例如，环境空气)通过进气部段16进入燃气涡轮机系统12(由箭头26指示)并且在压缩机部件18中加压。压缩机部件18包括至少一个级，所述级包括联接到轴24的多个压缩机叶片。轴24的旋转导致压缩机叶片的相应旋转，由此经由进气部段16将空气吸入压缩机部件18中并且在进入燃烧器部件20之前压缩空气。
燃烧器部件20可以包括一个或多个燃烧器。在实施例中，多个燃烧器在燃烧器部件20中以围绕轴24的大体圆形或环形配置布置在多个圆周位置。当压缩空气离开压缩机部件18并且进入燃烧器部件20时，压缩空气与燃料混合以便在(一个或多个)燃烧器内燃烧。例如，(一个或多个)燃烧器可以包括一个或多个燃料喷嘴，所述燃料喷嘴配置成以用于燃烧、排放控制、燃料消耗、功率输出等的合适比率将燃料-空气混合物喷射到(一个或多个)燃烧器中。燃料-空气混合物的燃烧生成热加压废气，该热加压废气然后用于驱动涡轮机部件22内的一个或多个涡轮机级(每个具有多个涡轮机叶片)。
在运行中，流动进入并且通过涡轮机部件22的燃烧气体对着涡轮机叶片并且在涡轮机叶片之间流动，由此驱动涡轮机叶片并且因此驱动轴24旋转。在涡轮机部件22中，燃烧气体的能量转换成功，其中的一些用于通过旋转轴24驱动压缩机部件18，剩余部分可用于有用功以驱动负载，例如但不限于用于产生电力的发电机28和/或另一涡轮机。
流动通过涡轮机部件22的燃烧气体作为废气流32离开涡轮机部件22的下游端30。废气流32可以继续在下游方向34上朝着废气处理系统14流动。涡轮机部件22的下游端30可以经由混合区域33流体地联接到废气处理系统14的CO去除系统(例如，包括CO催化剂36)和SCR系统(例如，包括SCR催化剂38)。如上所述，由于燃烧过程，废气流32可能包括某些副产物，如氮氧化物(NOx)，硫氧化物(SOx)，碳氧化物(COx)和未燃烃。由于某些法规要求，废气处理系统14可以用于在大气释放之前降低或基本上最小化此类副产物的浓度。
用于去除或减少废气流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，在用于从废气流32去除NOx的SCR过程中，氨(NH3)或其它合适的还原剂可以喷射到废气流32中。氨与NOx反应以产生氮(N2)和水(H2O)。
如图1中所示，氨蒸发器系统40和氨喷射格栅42可以用于蒸发氨溶液(例如，储存在罐46中)并将其喷射到在SCR催化剂38的上游的废气流32中。例如，氨喷射格栅42可以包括具有用于将蒸发氨喷射到废气流32中的开口/喷嘴的管的网络。将领会的是，废气流32中的氨和NOx在它们穿过SCR催化剂38时反应以产生氮(N2)和水(H2O)，因此从废气流32去除NOx。由此产生的排放物可以通过燃气涡轮机系统12的烟囱44释放到大气中。
例如，氨蒸发器系统40还可以包括吹风机系统48，一个或多个加热器50(例如，电加热器)和氨蒸发器52，用于提供经由氨喷射格栅42喷射到废气流32中的蒸发氨。氨可以使用泵系统54从罐46泵送到氨蒸发器52。吹风机系统48可以包括冗余吹风机，同时泵系统54可以包括冗余泵以在单独的吹风机/泵故障的情况下保证氨蒸发器系统40的继续运行。
SCR过程的有效性部分地取决于被处理的废气流32的温度。由燃气涡轮机系统12生成的废气流32的温度常常高于约1100°F。然而，SCR催化剂38通常需要在低于约900°F的温度下操作。
根据实施例，空气流生成系统56可以用于提供冷却空气以便将废气流32的温度降低到适合于SCR催化剂38的水平。如图1中所示，空气流生成系统56可以包括风扇58。风扇58可以在燃气涡轮机系统12的上游联接到燃气涡轮机系统12的轴24以提供通过进气部段16吸入的冷却空气(例如，环境空气)，该冷却空气可以用于降低废气流32的温度。风扇58可以使用安装系统60固定地安装(例如，螺栓连接、焊接等)到燃气涡轮机系统12的轴24上。就此而言，风扇58配置成以与轴24相同的旋转速度旋转。在其它实施例中，如图2中所示，离合器机构62可以用于将风扇58可释放地联接到燃气涡轮机系统12的轴24。如果不需要，这允许风扇58选择性地从轴24断开。当离合器机构62接合时，风扇58联接到轴24并且配置成以与轴24相同的旋转速度旋转。离合器联接/断开命令可以经由空气流控制器100(图1)提供给离合器机构62。可调节速度驱动系统也可以用于将风扇58联接到轴24以允许风扇58以不同于轴24的速度旋转。
压缩机部件18具有流量容量并且配置成基于其流量容量经由进气部段16吸入空气流(例如，环境空气)。在运行中，风扇58设计成通过进气部段16吸入为压缩机部件18的流量容量的约10％到约40％的附加空气流。一般而言，可以基于若干因素改变和选择性地控制空气流的百分比增加，所述因素包括燃气涡轮机系统12上的负荷，正在吸入燃气涡轮机系统12的空气的温度，SCR催化剂38处的废气流32的温度，等等。
如图1和3中所示，燃气涡轮机系统12可以由旁路壳体70围绕。旁路壳体70从进气部段16延伸到混合区域33并且将进气部段16流体地联接到混合区域33。旁路壳体70可以具有任何合适的配置。例如，旁路壳体70可以具有环形配置，如图4中所示，图4是沿着图1中的线A--A获得的横截面。旁路壳体70形成围绕燃气涡轮机系统12的空气通道72，冷却旁路空气(BA)的供给可以通过该空气通道被提供以便冷却燃气涡轮机系统12的废气流32。
空气提取系统74可以被提供以提取由风扇58提供的附加空气流的至少一些(例如，大于燃气涡轮机系统12的压缩机部件18的流量容量的任何空气流)并且将提取空气引导到形成于旁路壳体70和燃气涡轮机系统12之间的空气通道72中。例如，空气提取系统74可以包括入口导叶(inlet guide vanes)，定子或用于将空气流选择性地引导到空气通道72中的任何其它合适的系统。在以下描述中，空气提取系统74包括但不限于入口导叶。如图5中所示，图5是沿着图3中的线B--B获得的横截面，空气提取系统74可以完全围绕入口延伸到形成于旁路壳体70和燃气涡轮机系统12的压缩机部件18之间的空气通道72。
如图3中所示，空气提取系统74可以包括多个入口导叶78以便控制引导到形成于旁路壳体70和燃气涡轮机系统12之间的空气通道72中的空气的量。每个入口导叶78可以由独立的致动器(actuator)80选择性地控制(例如，旋转)。在图3中示意性地显示根据各实施例的致动器80，但是可以使用任何已知的致动器。例如，致动器80可以包括机电马达或任何其它类型的合适致动器。
旁路空气不会进入燃气涡轮机系统12，而是改为通过空气通道72引导到混合区域33，如箭头BA所示，其中旁路空气可以用于冷却废气流32。剩余空气(即，未经由空气提取系统74提取的附加空气流的任何部分)进入燃气涡轮机系统12的压缩机部件18，并且以正常方式流动通过燃气涡轮机系统12。如果剩余空气流大于燃气涡轮机系统12的压缩机部件18的流量容量，可能发生燃气涡轮机系统12的过给(supercharging)，增加燃气涡轮机系统12的效率和功率输出。
可以响应来自空气流控制器100的命令独立地和/或全体地控制空气提取系统74的致动器80以选择性地改变入口导叶78的定位。也就是说，入口导叶78可以由致动器80围绕枢轴线选择性地旋转。在实施例中，每个入口导叶78可以独立于任何其它入口导叶78单独地枢转。在其它实施例中，入口导叶78的组可以独立于入口导叶78的其它组枢转(即，在两个或更多个组中枢转使得组中的每个入口导叶78一起旋转相同量)。入口导叶78的每一个的位置信息(例如，由机电传感器或类似物感测)可以提供给空气流控制器100。
由风扇58提供的增加空气流可以增加压缩机部件18处的空气压力。例如，在空气流通过风扇58的运行从约10％增加到约40％的情况下，可以获得约5到约15英寸水柱(inches of water)的相应压力增加。该压力增加可以用于克服压降并且促进下游废气处理系统14中的较冷空气与废气流32的适当混合(在下面描述)。压力增加也可以用于过给(supercharge)燃气涡轮机系统12。
旁路空气通过空气通道72朝着并且流动进入在涡轮机部件22的下游的混合区域33。在实施例中，旁路空气离开空气通道72并且朝着混合区域33中的废气流32倾斜(at anangle)引导到废气流32中以增强混合。在混合区域33中，旁路空气(例如，环境空气)与废气流32混合并且将废气流32冷却到适合用于SCR催化剂38的温度。在实施例中，由燃气涡轮机系统12生成的废气流32的温度在混合区域33中由旁路空气从约1100°F冷却到约900°F。
如图1和3中所示，旁路壳体70的远端82可以朝着混合区域33向内弯曲以将旁路空气朝着混合区域33中的废气流32倾斜(at an angle)引导到废气流32中。旁路空气和废气流32的交叉流动可以促进混合，由此增强废气流32的冷却。流动引导系统84也可以被提供以将旁路空气朝着废气流32倾斜(at an angle)引导到废气流32中。例如，这样的流动引导系统84可以包括出口导叶(outlet guide vanes)，定子，喷嘴或用于将旁路空气流选择性地引导到混合区域33中的任何其它合适的系统。
在图3中显示示例性流动引导系统84。在该例子中，流动引导系统84包括多个出口导叶86。每个出口导叶86可以由独立的致动器88选择性地控制(例如，旋转)。在图3中示意性地显示致动器88，但是可以使用任何已知的致动器。例如，致动器88可以包括机电马达，或任何其它类型的合适致动器。在实施例中，流动引导系统84可以完全围绕形成于旁路壳体70和燃气涡轮机系统12的压缩机部件18之间的空气通道72的出口延伸。
补充混合系统90(图1)可以定位在混合区域33内以增强混合过程。例如，补充混合系统90可以包括静态混合器，挡板和/或类似物。CO催化剂36也可以通过增加背压(例如，向后朝着涡轮机部件22定向)来帮助改善混合过程。
如图3中所示，旁路空气可以使用空气释放系统92从旁路壳体70选择性地释放，该空气释放系统包括，例如位于一个或多个空气出口96中的一个或多个气闸94(或能够选择性地限制空气流的其它装置，例如导叶)。空气出口96内的气闸94的位置可以由独立的致动器98选择性地控制(例如，旋转)。致动器98可以包括机电马达，或任何其它类型的合适致动器。可以响应来自空气流控制器100的命令控制每个气闸94以选择性地改变气闸94的定位，使得旁路空气的期望量可以从旁路壳体70释放。每个气闸94的位置信息(例如，由机电传感器或类似物感测)可以提供给空气流控制器100。可以依靠通过一个或多个计量阀110(图3)从旁路壳体70释放旁路空气提供进一步的空气流控制，所述计量阀由来自空气流控制器100的命令控制。
空气流控制器100可以用于相对于进入燃气涡轮机系统12(并且作为废气流32离开)的空气的量调节作为旁路空气通过空气通道72转移到混合区域33中的由风扇58生成的空气的量，以便在不同运行条件下保持SCR催化剂38处的合适温度。在图6中提供图表，其显示在燃气涡轮机系统12的不同负荷百分比下进入混合区域33的旁路空气流和废气流32的温度之间的示例性关系。在该例子中，图6中的图表描绘：1)在燃气涡轮机系统12的不同负荷百分比下的燃气涡轮机系统12的废气流32的温度变化和2)作为废气流32的百分比(旁路比率)，在燃气涡轮机系统12的不同负荷百分比下将SCR催化剂38处的温度保持在合适水平(例如，900°F)所需要的旁路空气流的相应变化。如图6的图表中所示，当废气流32的温度变化时，通过空气通道72流动到混合区域33中的旁路空气的量可以改变(例如，在空气流控制器100的控制下)，以便调节SCR催化剂38处的温度。
空气流控制器100(图1)可以接收与燃气涡轮机发电系统10的运行关联的数据102。例如，这样的数据可以包括当废气流32进入混合区域33时的该废气流的温度，在混合/冷却已在混合区域33中发生之后SCR催化剂38处的废气流32的温度，通过风扇58和燃气涡轮机系统12的压缩机部件18的组合作用吸入进气部段16中的空气的温度，以及在燃气涡轮机发电系统10内的各种位置处获得的其它温度数据。数据102还可以包括例如在进气部段16内、在空气提取系统74处、在风扇58处、在压缩机部件18的入口处、在空气通道72内、在涡轮机部件22的下游端30处、在流动引导系统84处和在燃气涡轮机发电系统10内的各种其它位置处获得的空气流和压力数据。与燃气涡轮机系统12的运行关联的负荷数据、燃料消耗数据和其它信息也可以提供给空气流控制器100。空气流控制器100还可以接收与入口导叶78、出口导叶86、气闸94、阀110等关联的位置信息。如何获得这样的数据(例如，使用合适的传感器、反馈数据等)对于本领域的技术人员应当是显而易见的，并且在本说明书中将不提供关于获得这样的数据的更多细节。
基于接收的数据102，空气流控制器100(图1)配置成根据需要改变通过空气通道72流动到混合区域33中的旁路空气的量，以将SCR催化剂38处的温度保持在合适水平。例如，这可以通过改变下列的至少一项实现：通过风扇58和燃气涡轮机系统12的压缩机部件18的组合作用吸入进气部段16中的空气流；允许经由空气提取系统74进入空气通道72的空气流72(例如，可以通过调节一个或多个入口导叶78的位置控制该流动)；以及通过空气通道72传到混合区域33中的旁路空气流(例如，可以通过调节一个或多个气闸94的位置和/或计量阀110的运行状态控制该流动)。
空气流控制器100可以包括具有执行程序代码的至少一个处理器的计算机系统，所述程序代码配置成例如使用数据102和/或来自人类操作者的指令控制通过空气通道72流动到混合区域33中的旁路空气的量。由空气流控制器100生成的命令可以用于控制燃气涡轮机发电系统10中的各部件(例如，致动器80，88，98，离合器62，阀110和/或类似物)的运行。例如，由空气流控制器100生成的命令可以用于控制致动器80，88和98的运行，以分别控制入口导叶78、出口导叶86和气闸94的旋转位置。由空气流控制器100生成的命令也可以用于启动燃气涡轮机发电系统10中的其它控制设置。
如图3中示意性地所示，旁路壳体70可以带有一个或多个检修门(access door)112。检修门112提供通过旁路壳体70接近燃气涡轮机系统12的各部件(例如，用于维修、修理等)。
在其它实施例中，如图7中所示，燃气涡轮机外壳120自身可以用于代替壳体70。该配置类似于图1中所示的系统运作，区别在于空气提取系统74和流动引导系统84布置在燃气涡轮机外壳120内。燃气涡轮机系统10的燃烧器部件20的燃料/燃烧器入口122可以延伸通过燃气涡轮机外壳120(例如，为了更容易接近)。在该配置中，旁路空气(BA)在燃气涡轮机外壳120与压缩机部件18、燃烧器部件20和涡轮机部件22的外部之间通过。为了清楚起见未在图7中显示图1和3中所示的其它部件，诸如进气部段、废气处理系统、空气流控制器等。
在运行中，继续参考图7，由风扇58和压缩机部件18吸入的空气的一部分作为旁路空气由空气提取系统74引导到形成于燃气涡轮机外壳120与压缩机部件18、燃烧器部件20和涡轮机部件22的外部之间的空气通道124中。旁路空气离开空气通道124并且由流动引导系统84朝着混合区域33中的废气流32倾斜地(at an angle)引导到废气流32中。在混合区域33中，旁路空气(例如，环境空气)与废气流32混合并且将废气流32冷却到适合用于SCR催化剂38(图1)的温度。由燃气涡轮机系统12生成的废气流32的温度在混合区域33中由旁路空气从约1100°F冷却到低于约900°F。
包括代替常规大型外部吹风机系统和/或其它常规冷却结构的风扇58的空气流生成系统56的使用提供许多优点。例如，消除对冗余外部吹风机系统和关联部件(例如，吹风机、马达和关联的进气结构、过滤器、导管等)的需要。这减小燃气涡轮机发电系统10的制造和运行成本，以及总占地面积(overall footprint)。当风扇58通过现有的进气部段16而非通过常常与外部吹风机系统一起使用的独立的、专用的进气结构吸入空气时，可以进一步减小占地面积。
风扇58的使用提供更可靠和有效的燃气涡轮机发电系统10。例如，由于在混合区域33中用于冷却的旁路空气由燃气涡轮机系统12自身的轴24驱动，因此不再需要大型外部吹风机系统。此外，由风扇58生成的附加空气流的至少一部分可以用于过给(supercharge)燃气涡轮机系统12。
燃气涡轮机发电系统10的功率要求减小，原因是风扇58联接到燃气涡轮机系统12的轴24并且由其驱动。该配置消除通常在常规外部吹风机冷却系统中使用大型吹风机马达的需要。
在各实施例中，描述为彼此“联接”的部件可以沿着一个或多个接口联结。在一些实施例中，这些接口可以包括不同部件之间的接合部，并且在其它情况下，这些接口可以包括固定地和/或一体地形成的互连。也就是说，在一些情况下，彼此“联接”的部件可以同时形成以限定单个连续构件。然而，在其它实施例中，这些联接部件可以形成为独立构件并且随后通过已知工艺(例如，紧固、超声焊接(ultrasonic welding)、结合)联结。
当提及元件“在…上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件时，它可以直接地在另一元件上、接合、连接或联接到另一元件，或者可能存在中间元件。相比之下，当提及元件“直接在…上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时，可以不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其它单词应当以类似方式理解(例如，“在…之间”对“直接在…之间”，“相邻”对“直接相邻”等)。当在本说明书中使用时，术语“和/或”包括相关联列出的项中的一个或多个的任何和所有组合。
本说明书中使用的术语仅仅是为了描述特定实施例并且不旨在限制本公开。当在本说明书中使用时，单数形式“一”，“一个”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地另外说明。还将理解当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数(integers)、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合的存在或加入。
该书面描述使用例子来公开包括最佳模式的本发明，并且也使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域的技术人员想到的其它例子。这样的其它例子旨在属于权利要求的范围内，只要它们具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者只要它们包括与权利要求的文字语言无实质区别的等同结构元件。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮机系统的空气流控制系统，其包括：
用于附连到燃气涡轮机系统的可旋转轴的空气流生成系统，用于通过进气部段吸入过量空气流；
混合区域，用于接收由所述燃气涡轮机系统产生的废气流；
空气提取系统，用于提取由所述空气流生成系统生成的过量空气流的至少一部分以提供旁路空气；以及
壳体，所述壳体围绕所述燃气涡轮机系统并且形成空气通道，旁路空气通过所述空气通道并且围绕所述燃气涡轮机系统流动到所述混合区域中以降低废气流的温度。
2.根据权利要求1所述的空气流控制系统，其特征在于，所述空气流生成系统包括风扇，所述空气流控制系统还包括混合系统，用于在所述混合区域中混合旁路空气和废气流，所述空气提取系统包括至少一个入口导叶。
3.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引导系统，用于将旁路空气朝着所述混合区域中的废气流引导到所述废气流中，所述流动引导系统包括所述壳体的向内弯曲端部分和/或至少一个出口导叶。
4.根据权利要求1所述的空气流控制系统，其特征在于，由所述空气流生成系统吸入的过量空气流包括由所述燃气涡轮机系统的压缩机部件吸入的空气流的约百分之十到约百分之四十，所述空气提取系统配置成将过量空气流的任何未提取部分转移到所述燃气涡轮机系统的压缩机部件中以过给所述燃气涡轮机系统。
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用于处理降低温度的废气流的选择性催化还原(SCR)系统，所述壳体包括所述燃气涡轮机系统的外壳，所述空气流控制系统还包括空气流控制器，用于控制所述空气提取系统以将降低温度的废气流保持在低于约900°F的温度。
6.一种涡轮机械系统，其包括：
燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统包括压缩机部件，燃烧器部件以及涡轮机部件；
由所述涡轮机部件驱动的轴；
在所述燃气涡轮机系统的上游联接到所述轴的风扇，用于通过进气部段吸入过量空气流；
混合区域，用于接收由所述燃气涡轮机系统产生的废气流；
空气提取系统，用于提取由所述风扇生成的过量空气流的至少一部分以提供旁路空气；
壳体，所述壳体围绕所述燃气涡轮机系统并且形成空气通道，旁路空气通过所述空气通道并且围绕所述燃气涡轮机系统流动到所述混合区域中以降低废气流的温度；
空气流控制器，用于控制所述空气提取系统以将降低温度的废气流保持在低于约900°F的温度；以及
选择性催化还原(SCR)系统，用于处理降低温度的废气流。
7.根据权利要求6所述的涡轮机械系统，其特征在于，其还包括混合系统，用于在所述混合区域中混合旁路空气和废气流，所述空气提取系统包括至少一个入口导叶。
8.根据权利要求6所述的涡轮机械系统，其特征在于，其还包括流动引导系统，用于将旁路空气朝着所述混合区域中的废气流引导到所述废气流中，所述流动引导系统包括所述壳体的向内弯曲端部分和/或至少一个出口导叶。
9.根据权利要求6所述的涡轮机械系统，其特征在于，由所述空气流生成系统吸入的过量空气流包括由所述压缩机部件吸入的空气流的约百分之十到约百分之四十，所述空气提取系统配置成将过量空气流的任何未提取部分转移到所述燃气涡轮机系统的所述压缩机部件中以过给所述燃气涡轮机系统，所述壳体包括所述燃气涡轮机系统的外壳。
10.一种发电系统，其包括：
燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机系统包括压缩机部件，燃烧器部件以及涡轮机部件；
由所述涡轮机部件驱动的轴；
联接到所述轴的发电机，用于生成电力；
在所述燃气涡轮机系统的上游联接到所述轴的风扇，用于通过进气部段吸入过量空气流；
混合区域，用于接收由所述燃气涡轮机系统产生的废气流；
空气提取系统，用于提取由所述风扇生成的过量空气流的至少一部分以提供旁路空气；
壳体，所述壳体围绕所述燃气涡轮机系统并且形成空气通道，旁路空气通过所述空气通道并且围绕所述燃气涡轮机系统流动到所述混合区域中以降低废气流的温度；
空气流控制器，用于控制所述空气提取系统以将降低温度的废气流保持在低于约900°F的温度；以及
选择性催化还原(SCR)系统，用于处理降低温度的废气流。
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