功率生成系统排气冷却的制作方法

本申请涉及共同未决的US申请号：14/753,064 (GE卷号# 280650-1)，14/753,066 (GE卷号#280685-1)，14/753,072 (GE卷号#280687-1)，14/753,073 (GE卷号#280688-1)，14/753,077 (GE卷号#280707-1)，14/753,080 (GE卷号#280714-1)，14/753,085 (GE卷号#280730-1)，14/753,088 (GE卷号#280731-1)，14/753,093 (GE卷号#280815-1)，14/753,102 (GE卷号#281003-1)，14/753,107 (GE卷号#281004-1)，14/753,097 (GE卷号#281005-1) 和 14/753,105 (GE卷号#281007-1)，它们都是在2015年7月29日申请的。

技术领域

本公开大体上涉及功率生成系统，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符合对被释放到大气中的排气气体的成分的苛刻的规章要求。通常存在于燃气涡轮功率生成系统的排气气体中且受到限制的成分中的一种是氮氧化物(即，NO_x)，其包括例如一氧化氮和二氧化氮。为了从排气气体流移除NO_x，通常使用诸如选择性催化还原(SCR)的技术。在SCR过程中，氨(NH₃)等与NOX反应，且产生氮(N₂)和水(H₂O)。

SCR过程的效力部分地取决于被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℉。然而，SCR催化剂需要在低于大约900℉下操作，以在合理的催化剂寿命内维持效力。为此，通常在SCR之前冷却来自简单循环燃气涡轮功率生成系统的排气气体。

大型外部送风机系统已被用于通过将冷却气体(诸如周围空气)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低于900℉。因为由外部送风机系统的故障引起的催化剂损害的可能性，通常使用冗余的外部送风机系统。这些外部送风机系统包括许多构件，诸如送风机、马达、过滤器、空气摄入结构(air intake structure)、和大型管道，它们是昂贵、体积大的，且增加燃气涡轮功率生成系统的操作成本。此外，外部送风机系统和燃气涡轮功率生成系统的操作不是固有地联接的，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催化剂损害的概率。为了防止由过高温度(例如，如果(多个)外部送风机系统故障或不能充分地冷却排气气体)引起的SCR催化剂损害，可能需要燃气涡轮关闭，直到可纠正温度问题。

技术实现要素：

本公开的第一方面提供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，其用于接收由燃气涡轮系统产生的排气气体流；空气提取系统，其用于从由燃气涡轮系统的压缩机构件生成的过量空气流提取旁通空气的供应；和封壳，其围绕燃气涡轮系统且形成空气通道，旁通空气穿过空气通道且围绕燃气涡轮系统流到混合区域中，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、和涡轮构件，其中，燃气涡轮系统的压缩机构件包括至少一个加大压缩机级，以用于生成过量空气流；混合区域，其用于接收由燃气涡轮系统产生的排气气体流；空气提取系统，其用于从由压缩机构件的至少一个加大压缩机级生成的过量空气流提取旁通空气的供应；封壳，其围绕燃气涡轮系统且形成空气通道，旁通空气穿过空气通道且围绕燃气涡轮系统流到混合区域中，以降低排气气体流的温度；和排气处理系统，其用于处理降低温度的排气气体流，其中，该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、和涡轮构件，其中，燃气涡轮系统的压缩机构件包括至少一个加大压缩机级，以用于生成过量空气流；轴，其由涡轮构件驱动；发电机，其联接至该轴，以用于生成电；混合区域，其用于接收由燃气涡轮系统产生的排气气体流；空气提取系统，其用于从由压缩机构件的至少一个加大压缩机级生成的过量空气流提取旁通空气的供应；封壳，其围绕燃气涡轮系统且形成空气通道，旁通空气穿过空气通道且围绕燃气涡轮系统流到混合区域中，以降低排气气体流的温度；和排气处理系统，其用于处理降低温度的排气气体流，其中，该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；

空气提取系统，其用于从由所述燃气涡轮系统的压缩机构件生成的过量空气流提取旁通空气的供应；和

封壳，其包围所述燃气涡轮系统且形成空气通道，所述旁通空气穿过所述空气通道且围绕所述燃气涡轮系统流到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度。

技术方案2：根据权利要求1所述的空气流控制系统，其中，由所述燃气涡轮系统的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者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，其中，所述燃气涡轮系统的压缩机构件包括至少一个加大压缩机级。

技术方案4：根据技术方案1所述的空气流控制系统，还包括混合系统，所述混合系统用于使所述旁通空气与所述排气气体流在所述混合区域中混合。

技术方案5：根据技术方案1所述的空气流控制系统，其中，所述空气提取系统包括至少一个进口导向静叶。

技术方案6：根据技术方案1所述的空气流控制系统，还包括流引导系统，所述流引导系统用于将所述旁通空气朝所述混合区域中的所述排气气体流引导且引导到其中。

技术方案7：根据技术方案6所述的空气流控制系统，其中，所述流引导系统包括所述封壳的向内弯曲的端部部分和/或至少一个出口导向静叶。

技术方案8：根据技术方案1所述的空气流控制系统，其中，所述空气提取系统构造成将所述过量空气流的未提取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，还包括选择性催化还原(SCR)系统，所述选择性催化还原(SCR)系统用于处理降低温度的排气气体流。

技术方案10：根据技术方案1所述的空气流控制系统，其中，所述封壳包括所述燃气涡轮系统的壳体。

技术方案11：一种涡轮机系统，包括：

燃气涡轮系统，其包括压缩机构件、燃烧器构件、和涡轮构件，其中，所述燃气涡轮系统的压缩机构件包括至少一个加大压缩机级，以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；

空气提取系统，其用于从由所述压缩机构件的所述至少一个加大压缩机级生成的所述过量空气流提取旁通空气的供应；

封壳，其包围所述燃气涡轮系统且形成空气通道，所述旁通空气穿过所述空气通道且围绕所述燃气涡轮系统流到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度；和

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12：根据技术方案11所述的涡轮机系统，其中，由所述燃气涡轮系统的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者的流动速率容量大大约10%到大约40%。

技术方案13：根据技术方案11所述的涡轮机系统，还包括混合系统，所述混合系统用于使所述旁通空气与所述排气气体流在所述混合区域中混合。

技术方案14：根据技术方案11所述的涡轮机系统，其中，所述空气提取系统包括至少一个进口导向静叶。

技术方案15：根据技术方案11所述的涡轮机系统，还包括流引导系统，所述流引导系统用于将所述旁通空气朝所述混合区域中的所述排气气体流引导且引导到其中。

技术方案16：根据技术方案15所述的涡轮机系统，其中，所述流引导系统包括所述封壳的向内弯曲的端部部分和/或至少一个出口导向静叶。

技术方案17：根据技术方案11所述的涡轮机系统，其中，所述空气提取系统构造成将所述过量空气流的未提取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18：根据技术方案11所述的涡轮机系统，其中，所述封壳包括所述燃气涡轮系统的壳体。

技术方案19：一种功率生成系统，包括：

燃气涡轮系统，其包括压缩机构件、燃烧器构件、和涡轮构件，其中，所述燃气涡轮系统的压缩机构件包括至少一个加大压缩机级，以用于生成过量空气流；

轴，其由所述涡轮构件驱动；

发电机，其联接至所述轴，以用于生成电；

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；

空气提取系统，其用于从由所述压缩机构件的所述至少一个加大压缩机级生成的所述过量空气流提取旁通空气的供应；

封壳，其包围所述燃气涡轮系统且形成空气通道，所述旁通空气穿过所述空气通道且围绕所述燃气涡轮系统流到所述混合区域中，以降低所述排气气体流的温度；和

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20：根据技术方案19所述的功率生成系统，其中，由所述燃气涡轮系统的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者的流动速率容量大大约10%到大约40%。

技术方案21：一种用于燃气涡轮系统12的空气流控制系统，包括：

燃气涡轮系统12的压缩机构件18，其用于生成过量空气流；

混合区域33，其用于接收由所述燃气涡轮系统12产生的排气气体流32；

空气提取系统74，其用于从由所述燃气涡轮系统12的压缩机构件18生成的过量空气流提取旁通空气的供应；和

封壳，其包围所述燃气涡轮系统12且形成空气通道72, 124，所述旁通空气穿过所述空气通道72, 124且围绕所述燃气涡轮系统12流到所述混合区域33中，以降低所述排气气体流32的温度。

技术方案22：根据技术方案21所述的空气流控制系统，其中，由所述燃气涡轮系统12的压缩机构件18生成的所述过量空气流比所述燃气涡轮系统12的燃烧器构件20和涡轮构件22中的至少一者的流动速率容量大大约10%到大约40%。

技术方案23：根据技术方案22所述的空气流控制系统，其中，所述燃气涡轮系统12的压缩机构件18包括至少一个加大压缩机级60。

技术方案24：根据技术方案21所述的空气流控制系统，还包括混合系统，所述混合系统用于使所述旁通空气与所述排气气体流32在所述混合区域33中混合。

技术方案25：根据技术方案21所述的空气流控制系统，其中，所述空气提取系统74包括至少一个进口导向静叶78。

技术方案26：根据技术方案21所述的空气流控制系统，还包括流引导系统84，所述流引导系统84用于将所述旁通空气朝所述混合区域33中的所述排气气体流32引导且引导到其中。

技术方案27：根据技术方案26所述的空气流控制系统，其中，所述流引导系统84包括所述封壳的向内弯曲的端部部分和/或至少一个出口导向静叶86。

技术方案28：根据技术方案21所述的空气流控制系统，其中，所述空气提取系统74构造成将所述过量空气流的未提取部分转移到所述压缩机构件20中，以对所述燃气涡轮系统12增压。

技术方案29：根据技术方案21所述的空气流控制系统，还包括选择性催化还原(SCR)系统，所述选择性催化还原(SCR)系统用于处理降低温度的排气气体流32。

技术方案30：根据技术方案21所述的空气流控制系统，其中，所述封壳包括所述燃气涡轮系统12的壳体。

技术方案31：一种涡轮机系统，包括：

燃气涡轮系统12，其包括压缩机构件18、燃烧器构件20、和涡轮构件22，其中，所述燃气涡轮系统12的压缩机构件18包括至少一个加大压缩机级60，以用于生成过量空气流；

混合区域33，其用于接收由所述燃气涡轮系统12产生的排气气体流32；

空气提取系统74，其用于从由所述压缩机构件18的所述至少一个加大压缩机级60生成的所述过量空气流提取旁通空气的供应；

封壳，其包围所述燃气涡轮系统12且形成空气通道124，所述旁通空气穿过所述空气通道72, 124且围绕所述燃气涡轮系统12流到所述混合区域33中，以降低所述排气气体流32的温度；和

排气处理系统14，其用于处理降低温度的排气气体流32，其中，所述排气处理系统14包括选择性催化还原(SCR)系统。

技术方案32：根据技术方案31所述的涡轮机系统，还包括流引导系统84，所述流引导系统84用于将所述旁通空气朝所述混合区域33中的所述排气气体流32引导且引导到其中。

技术方案33：根据技术方案32所述的涡轮机系统，其中，所述流引导系统84包括所述封壳的向内弯曲的端部部分和/或至少一个出口导向静叶86。

技术方案34：根据技术方案31所述的涡轮机系统，其中，所述封壳包括所述燃气涡轮系统12的壳体。

本公开的例示性方面被设计为解决在本文中描述的问题和/或未论述的其他问题。

附图说明

根据结合附图作出的本公开的各种方面的下列详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，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一部分的放大视图。

图3是沿图1的A--A线取得的燃气涡轮系统的旁通封壳和压缩机构件的例示性横截面图。

图4是沿图2的B--B线取得的燃气涡轮系统的旁通封壳和压缩机构件的例示性横截面图。

图5是图表，该图表示出根据实施例的，在燃气涡轮系统的不同负载百分比下进入混合区域中的旁通空气流量与排气气体流的温度之间的例示性关系。

图6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。

应注意的是，本公开的附图不是按照比例的。附图意图仅描绘本公开的典型方面，且因此不应当被认为限制本公开的范围。在附图中，相似的标号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

14 下游排气处理系统

16 空气摄入区段

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催化剂

38 SCR催化剂

40 氨蒸发器系统

42 氨注射栅格

44 烟道

46 储槽

48 送风机系统

50 加热器

52 氨汽化器

54 泵系统

60 加大压缩机级

70 旁通封壳

72 空气通道

74 空气提取系统

78 进口导向静叶

80 促动器

82 远侧端部

84 流引导系统

86 出口导向静叶

88 促动器

90 补充混合系统

92 空气释放系统

94 气闸

96 空气出口

98 促动器

100 空气流控制器

102 数据

110 阀

112 检修门

120 燃气涡轮壳体

122 燃料/燃烧器进口

124 空气通道。

具体实施方式

如在上面指出的，本公开大体上涉及功率生成系统，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(例如，简单循环燃气涡轮功率生成系统10)的框图，该涡轮机包括燃气涡轮系统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，诸如天然气和/或富氢合成气，以生成热燃烧气体来驱动燃气涡轮系统12。

燃气涡轮系统12包括空气摄入区段16、压缩机构件18、燃烧器构件20、和涡轮构件22。涡轮构件22经由轴24而驱动地联接至压缩机构件18。在操作中，空气(例如，周围空气)穿过空气摄入区段16(由箭头26指示)进入燃气涡轮系统12，且在压缩机构件18中被加压。压缩机构件18包括至少一个级，该至少一个级包括联接至轴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，从而将空气经由空气摄入区段16抽吸到压缩机构件18中，且在进入燃烧器构件20中之前压缩该空气。

燃烧器构件20可包括一个或更多个燃烧器。在实施例中，多个燃烧器围绕轴24以大体上圆形或环形的构造在多个周向位置处配置在燃烧器构件20中。在压缩空气离开压缩机构件18且进入燃烧器构件20时，压缩空气与燃料混合以用于在(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，该一个或更多个燃料喷嘴构造成将燃料-空气混合物以对于燃烧、排放控制、燃料消耗、功率输出等而言适当的速率注射到(多个)燃烧器中。燃料-空气混合物的燃烧生成热加压排气气体，该热加压排气气体然后可用于驱动涡轮构件22内的一个或更多个涡轮级(各自具有多个涡轮叶片)。

在操作中，流到涡轮构件22中且穿过其的燃烧气体朝涡轮叶片且在它们之间流动，从而驱动涡轮叶片且因此驱动轴24旋转。在涡轮构件22中，燃烧气体的能量被转换成功，该功中的一些被用于通过旋转轴24来驱动压缩机构件18，其中其余的可用于有用功以驱动负载，诸如但不限于用于产生电的发电机28和/或另一涡轮。

流过涡轮构件22的燃烧气体作为排气气体32的流离开涡轮构件22的下游端部30。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而流体地联接至排气处理系统14的CO移除系统(其例如包括CO催化剂36)和SCR系统(其例如包括SCR催化剂38)。如上所述，作为燃烧过程的结果，排气气体流32可包括某些副产品，诸如氮氧化物(NO_x)、硫氧化物(SO_x)、碳氧化物(CO_x)和未燃的烃)。由于某些规章需求，排气处理系统14可用于在大气释放之前降低这种副产品的浓度或使其显著地最小化。

用于移除或减少排气气体流32中的NO_x的量的一个技术是通过使用选择性催化还原(SCR)过程。例如，在用于从排气气体流32移除NO_x的SCR过程中，氨(NH₃)或其他合适的还原剂可被注射到排气气体流32中。氨与NO_x反应以产生氮(N₂)和水(H₂O)。

如图1中所示，氨蒸发器系统(ammonia evaporator system)40和氨注射栅格42可用于在SCR催化剂38上游使氨溶液(其例如储存在储槽46中)汽化和注射到排气气体流32中。氨注射栅格42可包括例如具有开口/喷嘴的管的网络，该开口/喷嘴用于将汽化的氨注射到排气气体流32中。如将理解的，排气气体流32中的氨和NO_x在它们行进穿过SCR催化剂38时反应，以产生氮(N₂)和水(H₂O)，因此从排气气体流32移除NO_x。所得的排放物可被通过燃气涡轮系统12的烟道44释放到大气中。

氨蒸发器系统40可还包括例如送风机系统48、一个或更多个加热器50(例如，电加热器)和氨汽化器(ammonia vaporizer)52，以用于提供汽化的氨，该汽化的氨被经由氨注射栅格42注射到排气气体流32中。可使用泵系统54将氨从储槽46泵送至氨汽化器52。送风机系统48可包括冗余的送风机，而泵系统54可包括冗余的泵，以在单独的送风机/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被处理的排气气体流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℉。然而，SCR催化剂38通常需要在小于大约900℉的温度下操作。

根据实施例，“加大”压缩机构件18可用于提供冷却空气，以用于将排气气体流32的温度降低至对SCR催化剂38而言适合的水平。压缩机构件18具有流动速率容量，且构造成基于其流动速率容量经由空气摄入区段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中的至少一者的流动速率容量高大约10%到大约40%，从而形成过量空气流。即，燃烧器构件20和涡轮构件22中的至少一者不可利用由压缩机构件18提供的所有的空气，且由压缩机构件18形成过量空气流。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“加大的”，以便提供过量空气流。

在下面描述单个加大压缩机级60的使用；然而，这不意图为限制性的，且可在其他实施例中使用额外的加大压缩机级60。一般来说，可基于若干要素来改变和选择性地控制由加大压缩机构件18的至少一个加大压缩机级60吸入的空气流的百分比增长，该若干要素包括燃气涡轮系统12上的负载、被抽吸到燃气涡轮系统12中的空气的温度、SCR催化剂38处的排气气体流32的温度等。

由加大压缩机构件18的加大压缩机级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，在标称空气流量通过加大压缩机级60的操作而增大从大约10%到大约40%的情形中，可实现大约5至15英寸水的对应的压力增大。该压力增大可用于克服压力下降，且有助于较冷的空气与排气气体流32在下游排气处理系统14中的适当混合(在下面描述)。该压力增大还可用于对燃气涡轮系统12增压。

如在图1和2中所描绘的，可通过旁通封壳70来包围燃气涡轮系统12。旁通封壳70从空气摄入区段16延伸，且将空气摄入区段16流体地联接至混合区域33。旁通封壳70可具有任何合适的构造。例如，旁通封壳70可具有如图2中所描绘的环形构造，图2是沿图1中的A--A线获得的横截面。旁通封壳70形成围绕燃气涡轮系统12的空气通道72，通过空气通道72，可提供冷却旁通空气(BA)的供应，以用于冷却燃气涡轮系统12的排气气体流32。

可提供空气提取系统74，以提取由加大压缩机级60提供的过量空气流中的至少一些，且将提取的空气引导到在旁通封壳70和燃气涡轮系统12之间形成的空气通道72中。空气提取系统74可包括例如进口导向静叶、定子、或用于将空气流选择性地引导到空气通道72中的任何其他适合的系统。在接下来的描述中，空气提取系统74包括但不限于进口导向静叶。如在图4(其为沿图2中的B--B线取得的横截面)中示出的，空气提取系统74可完全围绕入口延伸至在旁通封壳70和燃气涡轮系统12的压缩机构件18之间形成的空气通道72。

如在图2中所描绘的，空气提取系统74可包括多个进口导向静叶78，以用于控制被引导到空气通道72中的空气的量，该空气通道72形成在旁通封壳70与燃气涡轮系统12之间。可通过独立的促动器80来选择性地控制(例如，旋转)各进口导向静叶78。在图2中示意地示出根据各种实施例的促动器80，但可使用任何已知的促动器。例如，促动器80可包括电动机械马达、或任何其他类型的合适的促动器。

可响应于来自空气流控制器100的命令独立地和/或共同地控制空气提取系统74的促动器80，以选择性地改变进口导向静叶78的定位。即，可通过促动器80使进口导向静叶78围绕枢轴轴线选择性地旋转。在实施例中，各进口导向静叶78可独立于任何其他进口导向静叶78单独地枢转。在其他实施例中，进口导向静叶78的组可独立于进口导向静叶78的其他组枢转(即，以两个或更多个组的形式枢转，使得组中的每个进口导向静叶78一起旋转相同的量)。进口导向静叶78中的各个的位置信息(例如，通过电动机械传感器等感测的)可被提供至空气流控制器100。

旁通空气不进入燃气涡轮系统12，而是改为如由箭头BA指示地被穿过空气通道72引导至混合区域33，在此，旁通空气可用于冷却排气气体流32。剩余空气(即，未通过空气提取系统74提取的额外空气流的任何部分)进入燃气涡轮系统12的压缩机构件18，且以正常的方式流过燃气涡轮系统12。如果剩余空气的流量大于燃气涡轮系统12的标称空气流量，则可发生燃气涡轮系统12的增压，从而增大燃气涡轮系统12的效率和功率输出。

旁通空气穿过空气通道72朝涡轮构件22下游的混合区域33流动且流到其中。在实施例中，旁通空气离开空气通道72，且成角度地被朝混合区域33中的排气气体流32引导且被引导到其中，以增强混合。在混合区域33中，旁通空气(例如，周围空气)与排气气体流32混合且将其冷却至适合用于与SCR催化剂38一起使用的温度。在实施例中，通过旁通空气将由燃气涡轮系统12生成的排气气体流32的温度在混合区域33中从大约1100℉冷却至小于大约900℉。

如在图1和2中描绘的，旁通封壳70的远侧端部82可朝混合区域333向内弯曲，以将旁通空气成角度地朝混合区域33中的排气气体流32引导且引导到其中。旁通空气和排气气体流32的交叉流可有助于混合，从而增强排气气体流32的冷却。还可提供流引导系统84以将旁通空气成角度地朝排气气体流32引导且引导到其中。这种流引导系统84可包括例如出口导向静叶、定子、喷嘴、或用于将旁通空气流选择性地引导到混合区域33中的任何其他合适的系统。

在图2中示出例示性的流引导系统84。在该示例中，流引导系统84包括多个出口导向静叶86。可通过独立的促动器88选择性地控制(例如，旋转)各出口导向静叶86。在图2中示意地示出促动器88，但可使用任何已知的促动器。例如，促动器88可包括电动机械马达、或任何其他类型的合适的促动器。在实施例中，流引导系统84可完全围绕空气通道72的引出端延伸，空气通道72形成在旁通封壳70与燃气涡轮系统12的涡轮构件22之间。

补充混合系统90(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90可包括例如静止混合器、挡板等。CO催化剂36还可通过增加反压(例如，被朝涡轮构件22引导回)来帮助改善混合过程。

如图2所示，可使用空气释放系统92从旁通封壳70选择性地释放旁通空气，空气释放系统92包括例如置于一个或更多个空气出口96中的一个或更多个气闸94(或能够选择性地限制空气流的其他装置，例如导向静叶)。可通过独立的促动器98来选择性地控制(例如，旋转)气闸94在空气出口96内的位置。促动器98可包括电动机械马达、或任何其他类型的合适的促动器。可响应于来自流空气控制器100的命令来控制各气闸94，以选择性地改变气闸94的定位，使得期望量的旁通空气可从旁通封壳70释放。各气闸94的位置信息(例如，通过电动机械传感器等感测的)可被提供至空气流控制器100。可通过将旁通空气从旁通封壳70通过一个或更多个计量阀110(图2)释放来提供进一步的空气流控制，通过来自空气流控制器100的命令来控制该一个或更多个计量阀110。

空气流控制器100可用于调整由压缩机构件18的加大压缩机级60生成的空气的量，其相对于进入燃气涡轮系统12(且作为排气气体流32离开)的空气的量，被作为旁通空气穿过旁通管道72转移到混合区域33中，以便在变化的操作条件下维持SCR催化剂38处的合适温度。在图5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到混合区域33中的旁通空气的流量与排气气体流32的温度之间的例示性关系。在此示例中，图5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催化剂38处的温度维持在恰当的水平处(例如，900℉)所需的作为排气气体流32的百分比的旁通空气的流量(旁通比)的对应变化。如在图5中的图表中所呈现的，穿过空气通道72流动到混合区域33中的旁通空气的量可在排气气体流32的温度变化时(例如，在空气流控制器100的控制下)变化，以便调整SCR催化剂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的操作相关的数据102。此种数据可包括，例如，排气气体流32的在其进入混合区域33时的温度、在混合/冷却已在混合区域33中发生之后的SCR催化剂38处的排气气体流32的温度、被燃气涡轮系统12的压缩机构件18抽吸到空气摄入区段16中的空气的温度、和在燃气涡轮功率生成系统10内的各种场所处获得的其他温度数据。数据102还可包括例如在空气摄入区段16内、在空气提取系统74处、在压缩机构件18的入口处、在空气通道72内、在涡轮构件22的下游端部30处、在流引导系统84处，和在燃气涡轮功率生成系统10内的各种其他场所处获得的空气流和压力数据。还可对空气流控制器100提供负载数据、燃料消耗量数据、和与燃气涡轮系统12的操作有关的其他信息。空气流控制器100还可接收与进口导向静叶78、出口导向静叶86、气闸94、阀110等有关的位置信息。如何获得此种数据(例如，使用恰当的传感器、反馈数据等)对于本领域技术人员而言应当为显而易见的，且将不在本文中提供与此种数据的获得有关的更多细节。

基于接收的数据102，空气流控制器100构造成根据需要改变穿过空气通道72流到混合区域33中的旁通空气的量，以将SCR催化剂38处的温度维持在合适的水平处。这可例如通过改变以下中的至少一者来实现：通过燃气涡轮系统12的压缩机构件18而被抽吸到空气摄入区段16中的空气流；被允许经由空气提取系统74进入空气通道72中的空气流(可例如通过调节进口导向静叶78中的一个或更多个的位置控制该流)；和穿过空气通道72行进到混合区域33中的旁通空气流(可例如通过调节气闸94中的一个或更多个的位置和/或计量阀110的操作状态来控制该流)。

空气流控制器100可包括计算机系统，该计算机系统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来控制穿过空气通道72流到混合区域33中的旁通空气的量。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，诸如促动器80、88、98、阀110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80、88和98的操作，以分别控制进口导向静叶78、出口导向静叶86、和气闸94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中的其他控制设定。

如在图2中示意地示出的，旁通封壳70可设有一个或更多个检修门(access door)112。检修门112提供穿过旁通封壳70至燃气涡轮系统12的各种构件的通路(例如，以用于保养、修理等)。

在其他实施例中，如在图6中描绘的，燃气涡轮壳体120自身可被代替旁通封壳70使用。该构造与图1中描绘的系统类似地操作，只不过空气提取系统74和流引导系统84配置在燃气涡轮壳体120内。燃气涡轮功率生成系统10的燃烧器构件20的燃料/燃烧器进口122可延伸穿过燃气涡轮壳体120(例如，以用于更容易的进入)。在此构造中，旁通空气(BA)在燃气涡轮壳体120与压缩机构件18、燃烧器构件20、和涡轮构件22的外部之间行进。在图1和2中描绘的其他构件(诸如空气摄入区段、排气处理系统、空气流控制器等)出于清晰性而未在图6中示出。

在操作中，由压缩机构件18的加大压缩机级60吸入的空气的一部分被作为旁通空气由提取系统74引导到空气通道124中，空气通道124在燃气涡轮壳体120与压缩机构件18、燃烧器构件20、和涡轮构件22的外部之间形成。旁通空气离开空气通道124，且通过流引导系统84而被成角度地朝混合区域33中的排气气体流32引导且被引导到其中。在混合区域33中，旁通空气(例如，周围空气)与排气气体流32混合且将其冷却至适合用于与SCR催化剂38一起使用的温度(图1)。在混合区域33中通过旁通空气将由燃气涡轮系统12生成的排气气体流32的温度从大约1100℉冷却至小于大约900℉。

代替常规大型外部送风机系统和/或其他常规冷却结构的加大压缩机级60、空气提取系统74、旁通封壳70等的使用提供许多优点。例如，消除对冗余的外部送风机系统和相关构件(例如，送风机、马达和相关的空气摄入结构、过滤器、管道等)的需求。这减少燃气涡轮功率生成系统10的制作和操作成本、以及总体占地面积。该占地面积进一步减小，因为加大压缩机级60通过现有的空气摄入区段16而非通过通常与外部送风机系统一起使用的分开、专用的摄入结构抽吸空气。

加大压缩机级60的使用提供更可靠且有效率的燃气涡轮功率生成系统10。例如，因为通过压缩机构件12自身的轴24来驱动用于在混合区域33中进行冷却的旁通空气，所以不再需要大型外部送风机系统。此外，由加大压缩机级60生成的高于标称的空气流的至少一部分可用于对燃气涡轮系统12增压。

因为加大压缩机级60联接至燃气涡轮系统12的轴24且由其驱动，所以减少燃气涡轮功率生成系统10的功率需要。该构造消除了对通常在常规外部送风机冷却系统中使用的大型送风机马达的需求。

在各种实施例中，被描述为“联接”至彼此的构件可沿一个或更多个接口连结。在一些实施例中，这些接口可包括不同构件之间的接头，且在其他情形中，这些接口可包括完整和/或整体形成的互相连接。即，在一些情形中，“联接”至彼此的构件可同时形成，以限定单个连续的部件。然而，在其他实施例中，这些联接的构件可形成为分开的部件，且随后通过已知的工艺(例如，紧固、超声波焊接、粘结)连结。

当元件或层被称为在另一元件“上”、“接合至”、“连接至”或“联接至”该另一元件时，其可直接在该另一元件上、接合、连接或联接至该另一元件，或可存在居间的元件。相反，当元件被称为“直接”在另一元件“上”、“直接接合至”、“直接连接至”、“直接联接至”该另一元件时，可不存在居间的元件。应以相似的方式来说明用于描述构件之间关系的其他词语(例如，“在...之间”对“直接在...之间”、“在...附近”对“直接在...附近”等)。如在本文中使用的，用语“和/或”包括相关的列出的物品中的一个或更多个的任何和所有的组合。

本文中使用的专门名词是出于仅描述具体实施例的目的，且不意图限制本公开。如在本文中使用的，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，当在说明书中使用时，用语“包括”、和/或“包括...的”规定所声明的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或构件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、构件、和/或它们的集合的存在或加入。

本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何装置或系统，并执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示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，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。