CN106988842A - 用于燃气涡轮的防结冰系统 - Google Patents

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Abstract

系统包括排气区段(30)，排气区段构造成接收燃气涡轮的排气流(26)，其中，排气区段包括催化剂组件(42)。系统包括在催化剂组件上游联接于扩压器区段的排气管道，其中，排气管道提取排气流的返回部分(56)。系统包括联接于排气管道的过滤器外罩(33)，其中，过滤器外罩(33)接收环境空气流(36)和返回部分(56)的组合流(39)。系统包括联接于所述过滤器外罩(33)和排气区段(30)的返回导管(65)，其中，返回导管(65)在排气管道上游联接于排气区段(30)。返回导管(65)将组合流(39)引导至排气区段(30)，且催化剂组件(42)接收包括排气流(26)和组合流(39)的混合流(37)。

Description

用于燃气涡轮的防结冰系统
技术领域
本文中公开的主题涉及来自涡轮机的排气气体，且更具体而言，涉及控制排气气体的温度以减少在冷天气条件期间在过滤器外罩或其他设备上形成的冰的发生。
背景技术
来自涡轮机的排气气体可受到排放管制。排气气体可由后处理系统处理，以将排放量减少至可接受的量。某些后处理系统的效果可受排气气体的高温影响。因此，排气气体的在进入后处理系统之前的冷却可改善后处理系统的效果。然而，在一些冷天气环境中，用于冷却排气气体的构件，诸如过滤器外罩，可在冰冻温度期间或在冷天气条件期间经历冰形成。
发明内容
在下面总结了在范围上与原始要求保护的主题相当的某些实施例。这些实施例不意图限制要求保护的本主题的范围，相反，这些实施例仅意图提供本主题的可能形式的简要总结。事实上，本主题可包括可与在下面阐述的实施例相似或不同的多种形式。
在第一实施例中，系统包括接收燃气涡轮的排气流的排气区段，其中，排气区段包括催化剂组件。系统包括在催化剂组件上游联接于扩压器区段的排气管道，其中，排气管道提取排气流的返回部分。系统包括联接于排气管道的过滤器外罩，其中，过滤器外罩接收环境空气流和返回部分的组合流。系统包括联接于过滤器外罩和排气区段的返回导管，其中，返回导管在排气管道上游联接于排气区段。返回导管将组合流引导至排气区段，且催化剂组件接收包括排气流和组合流的混合流。
在第二实施例中，系统包括来自燃气涡轮发动机的排气流，其中，排气流包括被引导通过排气区段的主流和通过排气管道提取的返回部分。系统包括来自过滤器外罩的组合流，该组合流通过在排气区段的催化剂组件上游的返回导管被引导至排气流，其中，组合流包括环境空气流和返回部分，并且通过过滤器外罩的组合流的第一温度大于0摄氏度。系统包括被引导通过排气区段的催化剂组件的混合流，其中，该混合流包括主流和组合流。通过催化剂组件的混合流的第二温度小于近似482摄氏度。
在第三实施例中，方法包括将来自燃气涡轮发动机的排气流引导通过排气区段。该方法包括从排气区段提取排气流的返回部分。该方法包括用返回部分加热环境空气流和在排气区段中使加热的环境空气流与排气流混合。该方法包括将混合流引导通过催化剂组件，其中，混合流包括排气流和加热的环境空气流。
实施方案1. 一种系统，其包括：
排气区段，其构造成接收燃气涡轮的排气流，其中，所述排气区段包括催化剂组件；
排气管道，其在所述催化剂组件的上游联接于扩压器区段，其中，所述排气管道构造成提取所述排气流的返回部分；
过滤器外罩，其联接于所述排气管道，其中，所述过滤器外罩构造成接收环境空气流和所述返回部分的组合流；和
返回导管，其联接于所述过滤器外罩和所述排气区段，其中，所述返回导管在所述排气管道的上游联接于所述排气区段，所述返回导管构造成将所述组合流引导到所述排气区段，并且所述催化剂组件构造成接收包括所述排气流和所述组合流的混合流。
实施方案2. 根据实施方案1所述的系统，其中，所述返回导管构造成经由多个返回端口将所述组合流引导到所述排气流中。
实施方案3. 根据实施方案1所述的系统，包括控制器和联接于所述排气管道的排气控制阀，其中，所述控制器构造成控制所述排气控制阀以将所述组合流的温度维持为高于0摄氏度。
实施方案4. 根据实施方案1所述的系统，其中，所述催化剂组件包括选择性催化剂还原组件。
实施方案5. 根据实施方案4所述的系统，其中，所述组合流的在所述选择性催化剂还原组件处的温度小于近似260至540摄氏度。
实施方案6. 根据实施方案1所述的系统，其中，所述过滤器外罩包括泵，所述泵构造成将所述环境空气流和所述返回部分吸入所述过滤器外罩中。
实施方案7. 根据实施方案1所述的系统，其中，所述环境空气流在所述催化剂组件处包括所述混合流中的小于近似百分之40。
实施方案8. 根据实施方案1所述的系统，包括构造成测量所述混合流的温度、所述环境空气的温度、所述组合流的流速、或者其任何组合的一个或更多个传感器。
实施方案9. 根据实施方案1所述的系统，包括控制器和联接于所述返回导管的返回控制阀，其中，所述控制器构造成控制所述返回控制阀以调节所述排气区段中的所述混合流的温度。
实施方案10. 根据实施方案1所述的系统，其中，所述排气区段包括在返回端口的下游的混合结构，所述返回端口将所述返回导管联接于所述排气区段，其中，所述混合结构构造成混合所述排气流、所述返回部分、和所述环境空气流以形成所述混合流。
实施方案11. 根据实施方案1所述的系统，其中，在所述催化剂组件处的所述混合流包括所述排气流、所述返回部分、和所述环境空气流的基本上均质的混合物。
实施方案12. 根据实施方案1所述的系统，其中，所述系统不利用蒸汽来控制所述组合流或所述混合流的温度。
实施方案13. 一种系统，其包括：
来自燃气涡轮发动机的排气流，其中，所述排气流包括被引导通过排气区段的主流和通过排气管道提取的返回部分；
来自过滤器外罩的组合流，所述组合流通过在所述排气区段的催化剂组件上游的返回导管被引导到所述排气流，其中，所述组合流包括环境空气流和返回部分，并且通过所述过滤器外罩的所述组合流的第一温度大于0摄氏度；
被引导通过所述排气区段的催化剂组件的混合流，其中，所述混合流包括主流和组合流，并且通过所述催化剂组件的所述混合流的第二温度小于近似482摄氏度。
实施方案14. 根据实施方案13所述的系统，包括排气控制阀，所述排气控制阀构造成至少部分地基于所述组合流的第一温度来控制所述返回部分与所述主流的比例。
实施方案15. 根据实施方案13所述的系统，包括所述催化剂组件，其中，所述催化剂组件包括选择性催化剂还原(SCR)组件。
实施方案16. 根据实施方案13所述的系统，包括构造成监测所述过滤器外罩中的所述组合流的第一温度的第一温度传感器和构造成监测所述排气区段中的所述混合流的第二温度的第二温度传感器。
实施方案17. 根据实施方案13所述的系统，其中，所述组合流由所述环境空气流和非零返回部分组成。
实施方案18. 一种方法，其包括：
将来自燃气涡轮发动机的排气流引导通过排气区段；
从所述排气区段提取所述排气流的返回部分；
用所述返回部分加热环境空气流；
在所述排气区段中将加热的环境空气流与所述排气流混合；
将混合流引导通过催化剂组件，其中，所述混合流包括所述排气流和所述加热的环境空气流。
实施方案19. 根据实施方案18所述的方法，包括在过滤器外罩中将所述排气流的返回部分与所述环境空气流混合，其中，所述混合流包括所述排气流、所述加热的环境空气流、和所述返回部分。
实施方案20. 根据实施方案18所述的方法，包括至少部分地基于通过所述催化剂组件的所述混合流的温度来控制所述环境空气流和所述返回部分。
技术方案1. 一种系统，其包括：
排气区段30，其构造成接收燃气涡轮12的排气流26，其中，所述排气区段30包括催化剂组件42；
排气管道，其在所述催化剂组件42的上游联接于扩压器区段，其中，所述排气管道构造成提取所述排气流26的返回部分56；
过滤器外罩33，其联接于所述排气管道，其中，所述过滤器外罩33构造成接收环境空气流36和所述返回部分56的组合流39；和
返回导管65，其联接于所述过滤器外罩33和所述排气区段30，其中，所述返回导管65在所述排气管道的上游联接于所述排气区段30，所述返回导管65构造成将所述组合流39引导到所述排气区段30，并且所述催化剂组件42构造成接收包括所述排气流26和所述组合流39的混合流37。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述返回导管65构造成经由多个返回端口将所述组合流39引导到所述排气流26中。
技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，包括控制器62和联接于所述排气管道的排气控制阀，其中，所述控制器62构造成控制所述排气控制阀以将所述组合流39的温度维持为高于0摄氏度。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述催化剂组件42包括选择性催化剂还原组件。
技术方案5. 根据技术方案4所述的系统，其中，所述组合流39的在所述选择性催化剂还原组件处的温度小于近似260至540摄氏度。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述过滤器外罩33包括泵，所述泵构造成将所述环境空气流36和所述返回部分56吸入所述过滤器外罩33中。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述环境空气流36在所述催化剂组件42处包括所述混合流37中的小于近似百分之40。
技术方案8. 根据技术方案1所述的系统，包括构造成测量所述混合流37的温度、所述环境空气36的温度、所述组合流39的流速、或者其任何组合的一个或更多个传感器64。
技术方案9. 根据技术方案1所述的系统，包括控制器62和联接于所述返回导管65的返回控制阀51，其中，所述控制器62构造成控制所述返回控制阀51以调节所述排气区段30中的所述混合流37的温度。
技术方案10. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述排气区段30包括在返回端口的下游的混合结构，所述返回端口将所述返回导管65联接于所述排气区段30，其中，所述混合结构50构造成混合所述排气流26、所述返回部分56、和所述环境空气流36以形成所述混合流37。
技术方案11. 根据技术方案1所述的系统，其中，在所述催化剂组件42处的所述混合流37包括所述排气流26、所述返回部分56、和所述环境空气流36的基本上均质的混合物。
技术方案12. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统不利用蒸汽来控制所述组合流39或所述混合流37的温度。
技术方案13. 一种方法，其包括：
将来自燃气涡轮发动机12的排气流26引导通过排气区段30；
从所述排气区段30提取所述排气流26的返回部分56；
用所述返回部分56加热环境空气流36；
在所述排气区段30中将加热的环境空气流36与所述排气流26混合；
将混合流37引导通过催化剂组件42，其中，所述混合流37包括所述排气流26和所述加热的环境空气流36。
技术方案14. 根据技术方案13所述的方法，包括在过滤器外罩33中将所述排气流26的返回部分56与所述环境空气流36混合，其中，所述混合流37包括所述排气流26、所述加热的环境空气流36、和所述返回部分56。
技术方案15. 根据技术方案13所述的方法，包括至少部分地基于通过所述催化剂组件42的混合流37的温度来控制所述环境空气流36和所述返回部分56。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，本主题的这些和其他特征、方面及优点将变得更好理解，其中贯穿附图，相同的特征代表相同的部分，在附图中：
图1是包括喷射系统的涡轮系统的框图，该喷射系统用于冷却排气气体；
图2是喷射系统的实施例的框图，该喷射系统联接于图1的涡轮系统10的排气区段；
图3是例示用于喷射流的方法的实施例的流程图，该流用于冷却进入后处理系统的排气气体。
具体实施方式
下面将描述本主题的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何此种实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须进行许多实现方式特定的决定以实现开发者的具体目标，诸如符合与系统相关和与商业相关的约束，它们可从一个实现方式到另一个而不同。而且，应当理解的是，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但尽管如此，对于享有本公开益处的本领域技术人员而言将只是设计、制造、和加工的例行任务。
当介绍本主题的各种实施例的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”、和“所述”意图指存在一个或更多个要素。用语“包括”、“包含”以及“具有”意图为包含性的，且意思是可存在除所列出的要素之外的附加要素。
下面详细地描述用于冷却在进入后处理系统之前离开涡轮机的排气气体的温度的系统和方法。本发明的实施例大体上涉及用于冷却排气气体流的技术。在燃气涡轮系统中，一个或更多个燃气涡轮发动机可燃烧燃料以产生燃烧气体，以用于驱动一个或更多个涡轮叶片。取决于所燃烧的燃料的类型，由燃烧过程导致的排气气体中的排放物可包括氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)、和未燃烃。通常，由燃气涡轮系统(诸如燃气涡轮功率生成装备)释放的排气气体的组分受到严格的排放管制。
用于移除或减少排气气体射流中NOx量的一种技术是通过利用选择性催化还原(SCR)催化剂组件或其他适合的催化剂组件。在SCR催化剂组件中，还原剂(例如氨(NH3))被喷射到排气气体射流中且与NOx反应以形成所得的氮(N2)和水(H2O)。SCR催化剂组件的效果可至少部分地取决于所处理的排气气体的温度。例如，SCR催化剂组件可在近似260到482摄氏度(℃)(或500到900华氏度(℉))的温度下是特别有效的。因此，在来自涡轮发动机的排气气体输出高于SCR催化剂组件的有效温度范围的情况下，可能有利的是对排气气体在流入SCR催化剂组件之前进行冷却，以提高NOx还原反应的转化效率。
因此，根据本技术的实施例，燃气涡轮系统，诸如简单循环燃气涡轮系统可包括喷射系统，该喷射系统构造成将冷却空气喷射到排气气体射流中。如将在下面进一步描述的，喷射系统可配置在涡轮的下游(即，相对于排气气体的流动)，但在SCR催化剂组件的上游。喷射系统可部分地或完全地配置在排气区段内。喷射系统可包括多个管，它们各自具有多个喷射孔或开口，以用于将冷却流体(例如，包括排气气体的返回部分和周围空气的组合流)喷射到排气气体射流中。一个或更多个歧管可联接于喷射系统，以将排气流的返回部分分配到空气喷射系统的喷射管。排气流的一部分可从涡轮供应且可与环境空气流组合以形成组合流。组合流可与排气气体的主流组合以形成混合流。
根据这些当前公开的技术，混合结构(例如穿孔板)可辅助将组合流混合到排气气体射流中以形成混合流。混合结构可通过利用喷射系统喷射空气来增强混合，以提供在由SCR系统接收的混合流的温度和/或速度分布中改善的均匀性。此外，如将在下面所讨论的，虽然当前公开的技术在简单循环燃气涡轮系统中可能是特别有用的，但应当理解的是，本技术可在任何适合构造的系统中实施，包括例如联合循环燃气涡轮系统。组合流、混合流和主流(例如排气流)的温度可由控制器至少部分基于排气流和环境空气流的温度来控制。在当前的实施例中，通过将排气流的返回部分引导至环境空气中来实现组合流的温度控制，环境空气然后可被通过泵或其他空气流设备吸入过滤器外罩中。当前的实施例可适合用于冷天气条件，使得减少或消除在过滤器外罩和返回导管上和周围的冰形成。此外，当前的实施例不利用蒸汽来减少设备上的冰形成。
现转向附图，图1示出根据本技术的实施例的涡轮系统10的框图，该涡轮系统10包括用于冷却排气气体的喷射系统。涡轮系统10包括涡轮发动机12和后处理系统14。在某些实施例中，涡轮系统10可以是功率生成系统。涡轮系统10可使用液体或气体燃料，诸如天然气和/或富氢合成气，来运行涡轮系统10。如图所示，涡轮系统10包括空气吸入区段16、压缩机18、燃烧器区段20、和涡轮12。涡轮12可经由轴驱动地联接于压缩机18。在操作中，空气通过空气吸入区段16(由箭头17指示)进入涡轮系统10并在压缩机18中得到加压。涡轮级18可包括联接于轴的多个压缩机叶片。轴的旋转导致压缩机叶片的旋转，从而将空气吸入压缩机18中并在进入燃烧器区段20中之前压缩空气。
在压缩空气离开压缩机18并进入燃烧器区段20时，压缩空气17可在燃烧器内与燃料19混合以用于燃烧。例如，燃烧器可包括一个或更多个燃料喷嘴，燃料喷嘴可将燃料-空气混合物以用于最佳的燃烧、排放、燃料消耗、能量输出等的合适的比例喷射到燃烧器中。空气17和燃料19的燃烧产生热加压排气气体，该热加压排气气体然后可用于驱动涡轮12内的一个或更多个涡轮叶片。在操作中，流入涡轮12中并通过涡轮12的燃烧气体朝涡轮叶片并在涡轮叶片之间流动，从而驱动涡轮叶片，并因此驱动轴旋转以驱动负载21，例如发电厂中的发电机。如在上面论述的，轴的旋转还导致压缩机18内的叶片吸入并加压由吸入口16接收的空气。
流动通过涡轮12的燃烧气体可作为排气气体的射流26离开涡轮12的下游端15。排气气体射流26可继续沿下游方向27朝后处理系统14流动。例如，下游端15可以流体地联接于后处理系统14，并具体而言，联接于排气区段30。如在上面论述的，由于燃烧过程，排气气体26可包括某些副产物，诸如氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)和未燃烃。由于某些管制，可利用后处理系统14以在将排气气体射流释放到大气中之前减少这种副产物的浓度或使其充分最小化。
如在上面提到的，用于移除或减少排气气体射流中的NOx量的一种技术是通过使用选择性催化还原(SCR)催化剂组件。例如，SCR催化剂组件通过将诸如氨(NH3)的还原剂喷射到排气气体射流中以与NOx反应产生氮(N2)和水(H2O)来从排气气体射流26移除NOx。如将理解的，该SCR催化剂组件的效果可至少部分地取决于所处理的排气气体的温度。例如，用于移除NOx的SCR催化剂组件可在近似260到482摄氏度(℃)(或500到900华氏度(℉))的温度下是特别有效的。然而，在某些实施例中，离开涡轮22并进入排气区段30的排气气体26可具有590至650摄氏度(℃)左右(或近似1100至1200华氏度(℉))的温度。因此，为了提高用于NOx移除的SCR处理的效果，后处理系统14可包括喷射系统32，该喷射系统32构造成将冷却流体(例如，组合流)喷射到排气气体射流26中，从而在SCR之前冷却排气气体射流26。如在下面详细论述的，组合流39可以是排气气体的返回部分56和环境空气36。应当理解的是，有效温度可取决于从气体射流26移除的成分和/或所使用的催化剂而变化。
喷射系统32可完全地或部分地配置在排气区段30内。在一个实施例中，喷射系统32可包括多个喷射管。喷射管中的各个可包括多个喷射孔，喷射孔构造成将环境空气36喷射到排气区段30中以用于与排气气体射流26混合。在一个实施例中，与喷射系统32相关联的过滤器外罩33可包括一个或更多个鼓风机、风扇或其组合。如将理解的，用语“冷却”当用于描述空气流36时应理解为指环境空气36相对于离开涡轮22的排气气体射流26更冷。喷射系统32还可包括用于调节环境空气36、返回部分56或其组合的流动的阀41。从涡轮22输出的排气气体26和环境空气36可以以不同的速率流入排气气体区段30中。环境空气36与被引导通过排气流管道54的排气气体射流26的返回部分56混合，以便实现组合流39。如将在下面进一步论述的，排气区段30可包括混合板，该混合板包括多个孔，混合板可适当地构造成提供大体上均匀的混合，从而在混合流37中在流入SCR催化剂组件42之前实现大体上均匀的温度和速率分布。
仍参照图1，混合流37可继续向下游(例如沿方向27)流动通过还原剂喷射系统38。还原剂喷射系统38可构造成将适合的还原剂(例如氨(NH3)或尿素)40喷射到混合流37中。进一步向下游，可实施SCR催化剂组件42来减少排放。在SCR催化剂组件42内，还原剂40(例如氨、尿素)用作催化剂来与混合流37中的NOx反应，以产生氮(N2)和水(H2O)，从而在将混合流37通过烟道44释放到大气中(如由箭头46指示的)之前从混合流37中移除NOx排放物。可理解的是，可使用任何适合的几何形状例如蜂窝或板构造实现SCR催化剂组件42。在一些实施例中，烟道44可包括消音器(silencer)或消声器(muffler)。
虽然本实施例通常聚焦于来自排气气体射流26的NOx处理和移除，但可提供用于其他燃烧副产物诸如一氧化碳或未燃烃的移除的其他实施例。因此，供应的催化剂可取决于正从排气气体射流26移除的组分而变化。组合流39和混合流37的温度可根据所使用的催化剂组件而变化，这又可影响用来控制混合流37温度的冷却流体(例如组合流39)的量。例如，一些实施例可利用氧化催化剂组件来减少燃烧副产物。另外，应当理解的是，本文中公开的实施例不限于使用一种SCR催化剂组件42，而是还可包括多种SCR催化剂组件42或其他催化剂组件。此外，系统10还可包括连续排放监测(CEM)系统48，CEM系统48可连续地监测离开烟道44的处理过的排气射流43的组分。如果CEM系统48检测到处理过的排气射流43的组分不符合一个或更多个排放管制，则CEM系统48可向适当的实体提供通知，该实体可负责发起进一步的动作，诸如通知系统10的操作者调节操作参数、执行服务、或相反停止操作系统10。在一些实施例中，CEM系统48还可实施校正动作，诸如调节冷却空气36的温度、流速、返回部分56的流速、喷射到排气区段30中的还原剂(例如NH3)的量等。
图2是联接于图1的涡轮系统10的排气区段30的喷射系统32的实施例的框图。如所描绘的，排气区段30联接于排气烟道44。如在上面论述的，在通过烟道44将剩余的混合流37释放到大气中之前，排气烟道44从混合流37移除排放物(例如NOx排放物)。排放物的量可通过配置在排气区段30内的第二催化剂组件29进一步降低。例如，可在排气区段30内在SCR催化剂组件42上游利用该第二催化剂组件29，例如氧化催化剂或CO催化剂。在排气区段30内还可配置有混合结构(例如穿孔板50)或其他均匀流动设备。穿孔板50可包括多个孔52或孔口以提供用于混合流37流动通过的开口。穿孔板50可助于混合以产生组合流(例如返回部分56和环境空气36流)和主流(例如排气流26)的基本上均质的混合物，以实现均匀的温度分布。
而且，穿孔板50可在混合流37进入催化剂组件(例如SCR催化剂组件42)之前改善混合流37(例如组合流39和排气气体射流26)的均匀性，从而改善混合流37的排放物减少。穿孔板50可具有其他形状的孔或开口，诸如圆形、卵形、三角形、方形、矩形、或其他多边形形状。另外，孔和开口可以以各种图案、形状、或尺寸(例如孔的网格、孔的平行排等)配置，以改善混合流37的均匀性。
排气区段30在催化剂组件42(例如SCR催化剂组件)的上游联接于喷射系统32的过滤器外罩33。在一些实施例中，过滤器外罩33可部分地配置在排气区段30内或其可配置在排气区段30外侧。排气流管道54可联接于排气区段30，以将排气流的返回部分56引导至过滤器外罩33。返回部分56可通过返回开口59进入排气流管道54。排气流管道54可以以相对于排气区段30以角度57配置。例如，排气流管道54可以相对于排气区段30以近似90度的角度57配置。在其他实施例中，角度57可为相对于排气区段30近似30至175度、近似60至100度、和它们之间的任何角度。在角度大小57减小时，由于具有较小的角度57的通过返回开口的路径，作为返回部分56提取的流量可能小于当角度57较大时的量。
过滤器外罩33接收返回部分56并将返回部分56与环境空气36组合，以产生组合流39。组合流39通过返回导管65进入排气区段30。排气流26的返回部分56和环境空气36的比例可至少部分地基于排气流26的温度和环境空气36的温度而变化。在一些实施例中，组合流39包括返回部分56的非零部分。返回部分56的该非零部分的范围可从近似0.1至15%、0.5至10%、1至5%、和它们之间所有的百分比。
过滤器外罩33可包括泵、风扇45、压缩机、或其他空气循环设备，以助于使环境空气36和排气流26的返回部分56移动通过过滤器外罩33并通过返回导管65进入过渡区段58中。过滤器外罩33可包括过滤介质47以助于过滤环境空气36和返回部分56。返回部分56和环境空气36可混合，以在风扇45和过滤介质47的上游形成组合流39来减少或消除冰形成。组合流39然后经由过渡区段58流入排气区段30中。返回导管65和过渡区段58可包括多个返回端口60。这种返回端口由Zhang等人在2013年8月27日发表的题为“System and Methodfor Injection of Cooling Air into Exhaust Gas Flow(用于将冷却空气喷射到排气气体流中的系统和方法)”的美国专利号No. 8516786中得到描述，其通过引用而由此并入本公开中。返回端口60可以具有变化的尺寸，并且可以以各种构造(例如平行、交错)布置。
混合流37可包括多如10%、20%、30%、或直到接近40%的环境空气36。环境空气36有助于降低排气流26的温度，使得混合流37的温度可小于接近400至500摄氏度(℃)(或近似750至930华氏度(℉))。在一些实施例中，混合流37可在SCR催化剂组件42下游的点处降低至约482摄氏度(℃)。将混合流37的温度降低至约482摄氏度(℃)提高SCR催化剂42的使用寿命。如将理解的，当在后处理系统14中使用其他催化剂组件(例如氧化催化剂)时，可控制混合流37的温度来促进该其他催化剂组件的使用寿命的增加。
可通过控制器62控制混合流37的温度和流速。控制器62可接收来自配置在后处理系统14、空气喷射系统32、排气区段30、或其任何组合内的多个传感器64的测量结果。传感器64可包括一个或更多个温度传感器(例如，来测量环境空气36温度、组合流39温度、混合流37温度)、一个或更多个排放物传感器、一个或更多个流量传感器(例如，来测量组合流39、混合流37的流速)、或其任何组合。传感器64可沿着排气流管道54、在过滤器外罩33内、沿着排气区段30、沿着返回导管65、或其任何组合来配置。控制器62可构造成控制一个或更多个控制阀(例如控制组合流39的阀41、控制返回部分56的阀51)。控制阀可构造成控制流(例如返回部分56、组合流39)的温度和/或流速。控制阀还可以调节返回部分56与排气流26的比例。控制流的温度和/或流速有助于减少或消除可能因冷天气条件形成的冰的形成。因此，调节流的温度和/或流速可以减少或消除过滤器外罩33和其他相关联的设备(例如泵、压缩机、风扇45)、返回导管65和过渡区段58中或周围的冰形成。
在一些实施例中，当过滤器外罩33中或周围的冰形成的可能性对于环境空气流36和返回部分56的当前流速来说较低时，控制器62可增加环境空气流36并且/或者减少返回部分56。在该示例中，可降低组合流39的温度，并且也可降低混合流37的温度(例如小于482摄氏度(℃))。通过使更多的环境空气36流动通过过滤器外罩33，组合流39、混合流37、和过渡区段58经历降低的温度。在一些实施例中，混合流37的降低的温度可以增加SCR催化剂组件42的使用寿命。而且，组合流39的降低的温度可有助于减少的返回部分56，从而减少与返回部分56相关联的任何能量损失。备选地，当过滤器外罩33中或周围的冰形成的可能性对于环境空气流36和返回部分56的当前流速来说较高时，控制器62可减少环境空气流36并且/或者增加返回部分56。在该示例中，可提高组合流39和混合流37的温度。通过使更多返回部分56流动通过过滤器外罩33，组合流39、混合流37、和过渡区段58经历升高的温度。在一些实施例中，混合流37的升高的温度可减少SCR催化剂组件42在减少来自组合流39的排放物(例如NOx)期间的使用寿命。而且，组合流39的升高的温度可减少或消除过滤器外罩33中或周围的冰形成。另外，要理解的是，在一些实施例中，返回部分56可在不使返回部分56与环境空气36混合的情况下通过热交换器加热环境空气36。
图3是例示用于喷射组合流39以用于冷却进入后处理系统14的排气气体26的方法的实施例的流程图。方法80包括引导(例如框82)排气流26通过排气区段。方法80包括通过返回导管提取(例如框84)排气流的返回部分56。方法80包括在冷天气条件期间加热(例如框86)环境空气36以减少或消除来自过滤器外罩、返回导管、或其任何组合的冰。在没有加热的情况下，过滤器外罩和/或返回导管可能在冷的天气条件(例如环境空气温度小于7摄氏度(℃)(45华氏度(℉)))期间积累冰。在例示的实施例中，在不使用蒸汽(诸如由热回收蒸汽发生器(HRSG)产生的蒸汽)的情况下实现环境空气36的加热。方法80包括将加热的环境空气流引导(例如框88)到排气管道的过渡区段。方法80包括将加热的环境空气流与排气流混合(例如框90)以形成混合流。方法80包括引导(例如框92)混合流通过催化剂组件42。
本主题的技术效果包括通过喷射环境空气控制排气流的温度和使用排气流的返回部分来控制所喷射的环境空气的温度。由排气流和所喷射的环境空气流形成的混合流的温度可以通过控制器至少部分地基于返回部分和环境空气流的温度来控制。通过排气流的进入环境空气中的返回部分来实现组合流的温度控制，环境空气通过泵或其他空气流设备而被吸入到过滤器外罩中。当前实施例可能适用于冷空气条件，使得减少在过滤器外罩和返回导管上和其中的冰形成。此外，当前实施例不利用蒸汽来减少冰的形成。
本书面说明使用示例以公开本主题，包括最佳模式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本主题，包括制造并且使用任何装置或系统并且实行任何合并的方法。本主题的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包含其他本领域人员想到的示例。如果这种其他示例具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的文字语言无显著差别的等同结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种系统，其包括：
排气区段(30)，其构造成接收燃气涡轮(12)的排气流(26)，其中，所述排气区段(30)包括催化剂组件(42)；
排气管道，其在所述催化剂组件(42)的上游联接于扩压器区段，其中，所述排气管道构造成提取所述排气流(26)的返回部分(56)；
过滤器外罩(33)，其联接于所述排气管道，其中，所述过滤器外罩(33)构造成接收环境空气流(36)和所述返回部分(56)的组合流(39)；和
返回导管(65)，其联接于所述过滤器外罩(33)和所述排气区段(30)，其中，所述返回导管(65)在所述排气管道的上游联接于所述排气区段(30)，所述返回导管(65)构造成将所述组合流(39)引导到所述排气区段(30)，并且所述催化剂组件(42)构造成接收包括所述排气流(26)和所述组合流(39)的混合流(37)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述返回导管(65)构造成经由多个返回端口将所述组合流(39)引导到所述排气流(26)中。
3.根据权利要求1所述的系统，包括控制器(62)和联接于所述排气管道的排气控制阀，其中，所述控制器(62)构造成控制所述排气控制阀以将所述组合流(39)的温度维持为高于0摄氏度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述催化剂组件(42)包括选择性催化剂还原组件。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述组合流(39)的在所述选择性催化剂还原组件处的温度小于近似260至540摄氏度。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述过滤器外罩(33)包括泵，所述泵构造成将所述环境空气流(36)和所述返回部分(56)吸入所述过滤器外罩(33)中。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述环境空气流(36)在所述催化剂组件(42)处包括所述混合流(37)中的小于近似百分之40。
8.根据权利要求1所述的系统，包括构造成测量所述混合流(37)的温度、所述环境空气(36)的温度、所述组合流(39)的流速、或者其任何组合的一个或更多个传感器(64)。
9.根据权利要求1所述的系统，包括控制器(62)和联接于所述返回导管(65)的返回控制阀(51)，其中，所述控制器(62)构造成控制所述返回控制阀(51)以调节所述排气区段(30)中的所述混合流(37)的温度。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述排气区段(30)包括在返回端口的下游的混合结构，所述返回端口将所述返回导管(65)联接于所述排气区段(30)，其中，所述混合结构(50)构造成混合所述排气流(26)、所述返回部分(56)、和所述环境空气流(36)以形成所述混合流(37)。
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