为热SCR催化剂混合调温空气与烟道气的系统和方法与流程

本文公开的主题涉及涡轮系统，并且更具体地，涉及排气处理。

背景技术：

燃气涡轮系统典型地包括至少一个燃气涡轮发动机，其具有压缩机、燃烧器和涡轮。燃烧器构造成燃烧燃料和压缩空气的混合物，以产生热燃烧气体，热燃烧气体又驱动涡轮的叶片。燃气涡轮发动机产生的排气可包括某些副产物，诸如氮氧化物(nox)、硫氧化物(sox)、碳氧化物(cox)和未燃烧的烃。大体上，合乎需要的为在排气离开燃气涡轮系统之前消除或显著降低排气中的这种副产物的量。

技术实现要素：

下面对在范围方面与原本声明的发明相当的某些实施例进行概述。这些实施例不意于限制声明的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意于提供发明的可能形式的简要概述。实际上，发明可包括可能类似于或不同于下面阐述的实施例的多种形式。

在第一实施例中，一种简单循环燃气涡轮系统，包括：喷射系统，喷射系统包括多个喷射管，喷射管可将流体喷射到排气处理系统的导管中，排气处理系统可处理由燃气涡轮发动机产生的排气。排气处理系统包括可降低排气内的氮氧化物(nox)的水平的选择性催化还原(scr)系统；以及定位在多个喷射管附近且在排气处理系统内的混合系统。混合系统包括混合模块，混合模块具有多个湍流器，湍流器可使流体或排气或它们两者沿第一漩涡方向打漩，以沿着排气处理系统的轴线激励湍流，并且从而促进流体和排气之间的混合。

在第二实施例中，一种简单循环重型燃气涡轮系统，包括混合系统，混合系统设置在简单循环重型燃气涡轮系统的排气处理系统中。混合系统包括：第一混合模块，其包括第一多个湍流器，第一多个湍流器构造和定位在排气处理系统内，以使冷却空气、由简单循环重型燃气涡轮系统的重型燃气涡轮发动机产生的排气流或它们两者沿第一漩涡方向打漩；以及第二混合模块，其包括第二多个湍流器，第二多个湍流器可使冷却空气、排气流或它们两者沿第二漩涡方向打漩。

在第三实施例中，一种在简单循环燃气涡轮系统中处理排气的方法，包括：使排气流从燃气涡轮发动机中流出且进入到排气处理系统的过渡区段中；使用空气喷射系统将冷却空气喷射到过渡区段中的排气流流中，空气喷射系统包括可喷射冷却空气的多个空气喷射管；以及使用混合系统使排气流或冷却空气或它们两者在排气处理系统的过渡区段中打漩，混合系统具有成阵列的混合模块。成阵列的混合模块中的各个混合模块包括多个湍流器，湍流器可使排气流、冷却空气或它们两者沿第一方向、第二方向或它们两者打漩，并且使排气、空气或它们两者打漩会混合排气处理系统内的排气蒸汽和冷却空气和促进排气蒸汽和冷却空气之间的热传递，以产生经冷却排气。方法还包括将经冷却排气引导到选择性催化还原(scr)系统，以及使用scr系统来降低经冷却排气中的氮氧化物(nox)的水平。

技术方案1.一种简单循环燃气涡轮系统，包括：

喷射系统，其包括构造成将流体喷射到排气处理系统的导管中的多个喷射管，所述排气处理系统构造成处理由燃气涡轮发动机产生的排气，其中，所述排气处理系统包括构造成降低所述排气内的氮氧化物(nox)的水平的选择性催化还原(scr)系统；以及

定位在所述多个喷射管附近且在所述排气处理系统内的混合系统，其中，所述混合系统包括混合模块，所述混合模块具有多个湍流器，所述湍流器构造成使所述流体或所述排气或它们两者沿第一漩涡方向打漩，以沿着所述排气处理系统的轴线激励湍流，并且从而促进所述流体和所述排气之间的混合。

技术方案2.根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述混合模块是第一混合模块，并且所述多个湍流器是第一多个湍流器，以及其中，所述混合系统包括第二混合模块，所述第二混合模块定位在所述第一混合模块的下游，并且具有第二多个湍流器，所述第二多个湍流器构造成使所述流体、所述排气或它们两者沿第二漩涡方向在所述排气处理系统内打漩。

技术方案3.根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述第一漩涡方向和所述第二漩涡方向是相同的。

技术方案4.根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述第一漩涡方向和所述第二漩涡方向是不同的。

技术方案5.根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述第一多个湍流器和所述第二多个湍流器沿着所述排气处理系统的纵向轴线对齐。

技术方案6.根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述第一多个湍流器和所述第二多个湍流器沿着所述排气处理系统的纵向轴线布置成交错构造。

技术方案7.根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述第一混合模块、所述第二混合模块或它们两者设置在所述多个喷射管中的喷射管之间。

技术方案8.根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述多个湍流器中的各个湍流器包括从所述湍流器的中心沿径向延伸的多个翅片，以及其中，所述多个翅片中的翅片构造成围绕所述排气处理系统的纵向轴线沿所述第一漩涡方向旋转。

技术方案9.根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述多个湍流器中的各个湍流器包括多个波状垫板，所述波状垫板构造成使所述空气、所述排气或它们两者至少沿所述第一漩涡方向打漩。

技术方案10.根据技术方案9所述的系统，其特征在于，所述波状垫板是穿孔的。

技术方案11.根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述喷射系统构造成将冷却空气作为所述流体喷射到所述排气处理系统的过渡导管中，所述混合系统设置在所述过渡导管内，其中，所述过渡导管流通地联接到所述燃气涡轮发动机的涡轮上，并且定位在包含所述scr系统的催化剂的排气导管的上游，以及其中，所述混合模块构造成沿着所述排气处理系统的轴线激励所述排气流和所述冷却流体的湍流，并且从而促进所述冷却空气和所述排气之间的混合和热交换。

技术方案12.根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述喷射系统构造成将还原剂作为所述流体喷射到包含所述scr系统的催化剂的排气导管内，所述混合模块设置在所述排气导管内，以及其中，所述混合模块构造成沿着所述排气处理系统的轴线激励所述排气流和所述还原剂的湍流，并且从而促进所述还原剂和所述排气之间的混合。

技术方案13.一种简单循环重型燃气涡轮系统，包括：

设置在所述简单循环重型燃气涡轮系统的排气处理系统中的混合系统，其中，所述混合系统包括：

第一混合模块，其包括第一多个湍流器，所述第一多个湍流器构造和定位在所述排气处理系统内，以使由冷却空气、所述简单循环重型燃气涡轮系统的重型燃气涡轮发动机产生的排气流或它们两者沿第一漩涡方向打漩；以及

第二混合模块，其包括第二多个湍流器，所述第二多个湍流器构造成使所述冷却空气、所述排气流或它们两者沿第二漩涡方向打漩。

技术方案14.根据技术方案13所述的系统，其特征在于，所述混合系统在所述排气处理系统的过渡区段内设置在空气喷射系统附近，其中，所述空气喷射系统包括构造成将所述冷却空气供应到所述过渡区段的多个空气喷射管。

技术方案15.根据技术方案14所述的系统，其特征在于，所述第一混合模块、所述第二混合模块或它们两者设置在所述多个空气喷射管中的空气喷射管之内。

技术方案16.根据技术方案13所述的系统，其特征在于，所述第一漩涡方向和所述第二漩涡方向是相同的。

技术方案17.根据技术方案13所述的系统，其特征在于，所述第一漩涡方向和所述第二漩涡方向是不同的。

技术方案18.根据技术方案13所述的系统，其特征在于，所述第一多个湍流器和所述第二多个湍流器沿着所述排气处理系统的纵向轴线对齐。

技术方案19.根据技术方案13所述的系统，其特征在于，所述第一多个湍流器和所述第二多个湍流器沿着所述排气处理系统的纵向轴线布置成交错构造。

技术方案20.一种在简单循环燃气涡轮系统中处理排气的方法，包括：

使排气流从燃气涡轮发动机中流出，并且进入到排气处理系统的过渡区段中；

使用空气喷射系统将冷却空气喷射到所述过渡区段中的排气流的流中，所述空气喷射系统包括构造成喷射所述冷却空气的多个空气喷射管；

使用混合系统使所述排气流或冷却空气或它们两者在所述排气处理系统的过渡区段中打漩，所述混合系统具有成阵列的混合模块，其中，所述成阵列的混合模块中的各个混合模块包括多个湍流器，所述多个测流器构造成使所述排气流、所述冷却空气或它们两者沿第一方向、第二方向或它们两者打漩，以及其中，使所述排气、所述空气或它们两者打漩会混合所述排气处理系统内的所述排气蒸汽和所述冷却空气和促进所述排气蒸汽和所述冷却空气之间的热传递，以产生经冷却排气；

将所述经冷却排气引导到选择性催化还原(scr)系统；以及

使用所述scr系统来降低所述经冷却排气中的氮氧化物(nox)的水平。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中相同符号在图中表示相同部件，其中：

图1为根据本公开的实施例的燃气涡轮系统的框图，其包括构造成在排气处理系统内混合排气与冷却空气的混合系统；

图2为根据本公开的实施例的图1的排气处理系统的横截面图，其具有多个混合模块，混合模块具有湍流器，混合模块设置在排气处理系统的过渡导管和排气导管内；

图3为根据本公开的实施例的图2的混合模块的立视图，其具有在混合模块上沿竖向且水平地对齐的湍流器；

图4为根据本公开的实施例的图2的混合模块的正视立视图，其具有以交错构造布置在混合模块上的湍流器；

图5为根据本公开的实施例的图2的排气处理系统的平面图，其具有多个混合模块，各个混合模块具有不同布置的湍流器；

图6为根据本公开的实施例的图3和4的混合模块的湍流器的透视图，湍流器包括翅片，其围绕基本平行于排气处理系统的纵向轴线而定向的轴线旋转；

图7为根据本公开的实施例的图2和5的混合模块的湍流器的正视立视图，湍流器包括波状金属垫板，其布置成沿单个径向方向延伸的排；

图8为根据本公开的实施例的图2和5的混合模块的湍流器的正视立视图，湍流器包括波状金属垫板，其布置成沿多个径向方向延伸的排；

图9为根据本公开的实施例的可与图7和8的波状金属垫板一起使用的非穿孔金属板的侧视立视图；

图10为根据本公开的实施例的可与图7和8的波状金属垫板一起使用的穿孔金属板的侧视图；以及

图11为根据本公开的实施例的穿孔金属板的沿着线11-11得到的横截面图，其具有以不同的角度定向的孔。

部件列表

10涡轮系统

12燃气涡轮发动机

14排气处理系统

16空气进口区段

18压缩机

20燃烧器区段

22涡轮

24轴

26箭头

28空气源

30压缩空气

32燃料

36加压排气

40下游端

42排气

46下游方向

50过渡导管

54空气喷射系统

56空气喷射管

58喷射冷却空气

60经冷却排气

64混合系统

68混合系统

70排气导管

72喷射栅格

74还原剂

76蒸发器

80scr系统

84烟囱

86流箭头

90cem系统

94轴线

96轴线

98轴线

100纵向轴线

104上游端

106开口

110湍流器

112湍流器

116第一壁

118第二壁

120通道

124混合模块

126尺寸

130中心线轴线

128支承梁

132点

134通道

138第一排

140第二排

142尺寸

146下游端

148尺寸

150尺寸

156尺寸

170阵列

176中心环

177通道

178翅片

180方向

184末梢

186波状垫板

190金属板

194排

196尺寸

198排

200通道

204非穿孔金属板

208穿孔金属板

210孔

212轴线

214尺寸

216尺寸

218第一板端部

220第二板端部

224穿孔部分

226非穿孔部分。

具体实施方式

下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对具有本公开的益处的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。

当介绍本发明的多种实施例的元件时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。

本文公开的实施例大体涉及用于对排气流进行冷却或调温的技术。例如，在燃气涡轮系统中，一个或多个燃气涡轮发动机可燃烧燃料以产生燃烧气体来驱动一个或多个涡轮叶片。取决于燃烧的燃料的类型，燃烧过程产生的排放(例如，排气)可包括氮氧化物(nox)、硫氧化物(sox)、碳氧化物(cox)和未燃烧的烃。通常，可为合乎需要的为在排气离开燃气涡轮系统(诸如燃气涡轮发电站)之前降低这些成分的水平，同时还保持燃气涡轮系统的高效运行。

一种用于移除或降低排气流中的nox的量的技术为通过选择性催化还原(scr)。在scr过程中，诸如氨(nh3)的反应物喷射到排气流中且在存在催化剂的情况下与排气中的nox反应，以产生氮(n2)和水(h2o)。scr过程的有效性可至少部分地取决于被处理的排气的温度，这可取决于scr系统使用的特定催化剂。例如，用于移除nox的scr过程可在大约500到900华氏度(ºf)的温度下特别有效。因而，在从涡轮发动机输出的排气高于scr的有效温度范围的情况下，可为有益的为在scr之前冷却排气，以提高scr过程(例如，移除nox)的有效性。

根据本公开的实施例，一种燃气涡轮系统，诸如简单循环重型燃气涡轮系统，可包括空气喷射系统，其构造成将冷却流体(例如，空气)喷射到排气流中。另外，燃气涡轮系统可包括混合系统，其具有混合模块，混合模块包括多个湍流器，湍流器促进混合冷却流体和排气。如下面将进一步描述，混合系统可设置在空气喷射系统下游(即，相对于排气流)，但是在scr系统上游。混合系统的湍流器可包括漩涡结构，其在冷却流体流、排气流或两者中产生漩涡，以激励冷却流体和排气的均匀混合。在某些实施例中，燃气涡轮系统可包括成阵列的混合模块。阵列中的各个混合模块可产生相同或不同的漩涡型式。根据这些当前公开的技术，混合系统可提供scr系统接收的经冷却排气(例如，冷却流体和排气的混合物)的温度和/或速度分布的改进的均匀性。另外，虽然当前公开的技术可特别用于简单循环重型燃气涡轮系统中，如下面将论述，但是应当理解，当前技术可在任何适当构造的系统中实施，例如包括联合循环燃气涡轮系统。

考虑前述内容，图1为示例涡轮系统10的示意图，其包括燃气涡轮发动机12和排气处理系统14。在某些实施例中，涡轮系统10可为整个发电系统或其一部分。燃气涡轮系统10可使用液体或气体燃料，诸如天然气和/或富氢合成气体，以运行燃气涡轮系统10。

如显示的那样，燃气涡轮发动机12包括空气进口区段16、压缩机18、燃烧器区段20和涡轮22。涡轮22可通过轴24驱动地联接到压缩机18上。在运行中，空气通过空气进口区段16进入涡轮发动机12(如箭头26指示)且在压缩机18中加压。空气26可由一个或多个空气源28(例如，包括但不限于周围空气)提供。在某些实施例中，空气26可流过设置在压缩机18和空气源28之间的过滤器和/或消声器。压缩机18可包括联接到轴24上的多个压缩机级。各个级压缩机18包括具有多个压缩机叶片的轮。轴24的旋转使压缩机叶片旋转，这将空气吸入压缩机18且压缩空气26以产生压缩空气30，此后，进入燃烧器区段20。

燃烧器区段20可包括一个或多个燃烧器。在一个实施例中，多个燃烧器可在多个周向位置处围绕轴24设置成大体圆形或环形构造。随着压缩空气30离开压缩机18且进入燃烧器区段20，压缩空气30可与燃料32混合以在燃烧器内燃烧。例如，燃烧器可包括一个或多个燃料喷嘴，其可将燃料-空气混合物以适当的比率喷射进入燃烧器，以便有最佳燃烧、排放、燃料消耗、输出等。空气30和燃料32的燃烧可产生热的加压排气36(例如，燃烧气体)，这然后可用来驱动涡轮22内的一个或多个涡轮叶片。在运行中，流入且通过涡轮22的燃烧气体流到涡轮叶片上且流过它们之间，从而驱动涡轮叶片，且因而，驱动轴24旋转，以驱动负载，诸如发电站中的发电机。如上面论述，轴24的旋转还使压缩机18内的叶片吸入进口16接收的空气且对其加压。

流过涡轮22的燃烧气体可作为排气流42离开涡轮22的下游端40。排气流42可继续沿下游方向46流向排气处理系统14。例如，涡轮22的下游端40可流通地联接到排气处理系统14上，且具体地，联接到过渡导管50。在某些实施例中，排气处理系统14可包括在过渡导管50上游的排气扩散器。

如上面论述，由于燃烧过程，排气流42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)和未燃烧的烃。可采用排气处理系统14来在排气流离开系统10之前降低或基本最小化这种副产物的浓度。如上面所提到，一个用于移除或降低排气流中的nox的量的技术为使用选择性催化还原(scr)过程。例如，在用于从排气流42中移除nox的scr过程中，氨(nh3)喷射到排气流中且在存在催化剂的情况下与nox反应，以产生氮(h2)和水(h2o)。

这个scr过程的有效性可至少部分地取决于被处理的排气的温度。例如，用于移除nox的scr过程可在大约500到900华氏度(ºf)的温度下特别有效。但是，在某些实施例中，离开涡轮22且进入过渡导管30的排气流42可具有大约1000到1500ºf的温度，更具体而言，1100到1200ºf。因此，为了提高用于移除nox的scr过程的有效性，排气处理系统14可包括空气喷射系统54，其构造成将冷却空气喷射进入排气流42，从而在scr之前冷却排气流42。应当理解，有效温度可取决于被从气体流26移除的成分和/或采用的催化剂而改变。

如图1中显示，空气喷射系统54可设置在过渡导管50内。空气喷射系统54可包括多个空气喷射管56，其具有多个空气喷射孔，空气喷射孔构造成将一个或多个空气源28提供的冷却空气58喷射进入过渡导管50，以与排气流42混合。例如，在一个实施例中，空气源28可包括一个或多个空气吹送器、压缩机(例如，压缩机18)、热交换器或其组合。将理解，当用来描述空气流58时，用语“冷却”应当理解为表示，空气58比离开涡轮22的排气流42更冷。例如，空气源28供应的冷却空气58可为周围空气，或可使用热交换器或其它类型适当的冷却机构进一步冷却。空气喷射系统54可还包括阀，用于调整冷却空气58的流量。仅作为示例，在一个实施例中，输出自涡轮22的排气流42可以大约1000磅/秒的速率流入过渡导管50，且冷却空气58可以大约500磅/秒的速率喷射进入过渡导管50(通过空气喷射系统54)。但是，应当理解，排气流42的流率和冷却空气58的流率可改变。冷却空气58与排气流42混合，以产生经冷却排气流60。如上面论述，经冷却排气60可具有大约500到900ºf的温度，即，适于提高或基本最大化scr过程中的nox移除的温度。如下面将进一步论述，排气处理系统14包括沿着排气流42,60的流径的混合系统64,68，其构造成促进混合排气流42和冷却空气58，以在下游scr处理之前实现经冷却排气60中的均匀温度分布。

仍然参照图1，经冷却排气流60可继续向下游(例如，沿方向46)流入排气导管70，在这里，排气流60可流过喷射系统72，喷射系统72构造成将还原剂74(例如，氨(nh3))喷射进入经冷却排气流60。在一个实施例中，喷射栅格72可包括成网络的管，其具有开口，用于将还原剂74喷射进入经冷却排气流60。还原剂74可在蒸发器76中蒸发，之后流入喷射栅格72。

在喷射栅格72的下游，scr系统80可包括支承的催化剂系统，其具有任何适当的几何结构，诸如蜂巢或板构造。在scr系统80内，还原剂74与经冷却排气60中的nox反应，以产生氮(n2)和水(h2o)，因而在其通过烟囱84离开燃气涡轮系统10(如流箭头86指示)之前从经冷却排气60移除nox。在一些实施例中，烟囱84可包括消音器或消声器。作为非限制性示例，排气处理系统14可使用空气喷射系统54、混合系统64,68和scr系统80来使经处理排气流86中的nox降低到大约3ppm或更低。在另一个实施例中，雾化的水可与冷却空气58混合，并且水-空气混合物可喷射进入过渡导管50，以降低排气温度。

虽然本公开描述涉及处理排气流42,60和移除排气流42,60中的nox的若干实施例，但是某些实施例可提供其它燃烧副产物的移除，诸如一氧化碳或未燃烧的烃。因而，供应的催化剂可取决于被从排气流42,60移除的成分而改变。另外，应当理解，本文公开的实施例不限于使用一个scr系统80，而是可还包括多个scr系统80、多个催化系统等。

为了对系统10的排放提供控制，系统10可还包括连续排放监测(cem)系统90，其连续监测离开烟囱84的处理排气流86的成分。如果cem系统90检测到处理排气流86的成分不在预先确定的一组参数(例如，某些燃烧产物的温度、压力、浓度)内，则系统90可通知适当的管理机构(例如，环保机构)，管理机构的任务可为促成进一步的动作，诸如通知系统10的运营商调节运行参数、执行维护或以别的方式停止系统10的运行，直到可确定系统10产生的经处理排气流86符合规定性要求。在一些实施例中，cem系统90还可实施特别是关于排气处理系统14的校正性动作，诸如调节燃气涡轮喷燃温度、冷却空气58的流率、喷射到导管50中的还原剂74的量等等。

现在参照图2，示出根据一个实施例的排气处理系统14的局部横截面。排气处理系统14的多种方面可参照相对于燃气涡轮发动机和排气导管70的轴向方向或轴线94、径向方向或轴线96和周向方向或轴线98来描述。例如，轴线94对应于燃气涡轮发动机的纵向轴线100或纵长方向，轴线96对应于相对于纵向轴线100的横向或径向方向，并且轴线98对应于围绕轴向轴线94(例如，纵向轴线10)的周向方向。过渡导管50的上游端104可包括开口106，其将过渡导管50流通地联接到涡轮22，以接收排气流42。图2另外示出混合系统64,68的实施例，其分别设置在过渡导管50和排气导管70内。混合系统64,68可包括多个湍流器110,112，其围绕纵向轴线100沿径向96和沿周向98在排气处理系统14的第一壁116和第二壁118之间(即，定位在排气在其横穿输送导管时的流径内)。壁116,118限定通道120，排气流42和冷却流体58通过其中而从过渡区段50流到排气导管72。

混合系统64,68可包括一个或多个混合模块124，其包括湍流器110,112，湍流器110,112布置成交错构造和/或相对于相邻湍流器110,112倾斜。在排气42和冷却空气58流过混合模块124时，排气42和冷却空气58的流可从层流(如箭头125显示)过渡到湍流(如箭头127显示)。排气42和冷却空气58的湍流127可激励排气42和冷却空气58的均匀混合。

在某些实施例中，混合系统64可包括多个混合模块124。例如，返回图2，示出的混合系统64包括成阵列的模块124，其沿着纵向轴线100在不同的位置处布置成级。在示出的实施例中，显示三个混合模块124(例如，三级混合)。但是，混合系统64可包括任何适当的数量的混合模块124。例如，混合系统64可包括1、2、3、4、5、10、20、30、40、50或100个混合模块124。

过渡导管50大体沿下游方向46膨胀。作为非限制性示例，过渡导管50的上游端104可具有尺寸142，并且过渡导管50的相反的下游端146可具有尺寸148，其可比上游端104的尺寸142大大约10%和大约75%。在某些实施例中，为了考虑排气42和冷却空气58的流径的大小的增加，各个混合模块124可具有不同的尺寸150。例如，各个模块124的尺寸150可在下游方向46上增加，以适应过渡导管50的膨胀构造。即，最接近上游端104的混合模块124的尺寸150可小于最接近下游端146的混合模块124的尺寸150。在某些实施例中，各个混合模块124的尺寸150可相同，例如，在其中过渡导管50的尺寸142,148相同或混合模块124不向上延伸到壁116的实施例中。

成阵列的混合模块124可布置成使得各个模块124设置成紧邻空气喷射系统54的空气喷射管56。例如，在某些实施例中，空气喷射管56可沿着纵向轴线100布置在逐渐不同的竖向和水平位置处。各个空气喷射管56可与相邻空气喷射管56间隔开尺寸156，这取决于多种因素，诸如过渡导管50的大小、过渡导管50内的混合区域的期望数量、混合模块124的大小等。因而，一个混合模块124可定位在各个空气喷射管56之间的空间内。通过将阵列的各个混合模块124定位在各个空气喷射管56之间，混合模块124可改进排气流42和冷却空气58之间的混合，从而导致经冷却排气60有均匀温度分布。即，混合模块124和空气喷射管56可彼此交替，以形成过渡导管50内的喷射和混合级。

例如，随着混合物沿下游方向46流动，排气和冷却空气混合物的流特性可通过各个混合模块124反复改变。混合物的流特性中的反复改变可促进混合物内的湍流，从而激励排气流42和冷却空气60的均匀分布和冷却过渡导管50内的排气42。因而，经冷却排气60可充分冷却到有效scr处理的期望温度，并且还可具有均匀温度分布。经冷却排气60的均匀温度分布可提高用于移除燃烧副产物(例如，nox)的scr过程的有效性。

如上面所论述，scr过程可至少部分地取决于排气的温度。在冷却过渡导管50中的排气期间，冷却空气58可不均匀分布在排气流内。排气和冷却空气的非均匀混合可在经冷却排气内产生局部热排气区域(例如，热点)。这些局部热排气区域可能不处于对于scr过程适当的温度，从而降低scr过程的有效性。但是，通过使用混合模块124来分布排气流42、冷却空气58或两者和改变排气流42、冷却空气58或两者的流特性，相比于不包括混合系统64,68的系统，排气流42和冷却空气58在过渡导管50内的混合效率可得到改进。另外，由于排气流42和冷却空气58的改进的混合，经冷却排气60可具有适于排气的有效scr处理的均匀温度分布。

虽然在示出的实施例中，混合系统64的混合模块124与空气喷射管56交替，但是在其它实施例中，所有或一组混合模块124可定位在空气喷射系统54上游。例如，混合系统64可设置在开口106和空气喷射系统54之间(例如，在空气喷射系统54的第一空气喷射管56的上游)。随着排气流42离开涡轮22和进入过渡导管50，混合模块124可使排气流42沿多个方向打漩。排气流42的打漩可激励更多的湍流且在通道120中分布排气流42。排气流42的这个分布可通过将排气流42散布在排气处理系统14内而促进冷却，与其中排气流42不均匀分布在过渡导管50内的系统相比，将排气流42散布在排气处理系统14内可允许冷却空气58更高效地冷却排气流42。

在某些实施例中，排气处理系统14可包括混合系统，其在过渡导管50下游。例如，如图2中示出，混合系统68设置在排气导管70内。混合系统68可定位在喷射系统72附近和上游。混合系统68布置在喷射系统72附近可改进用于移除燃烧副产物的scr过程的有效性。例如，如上面论述，经冷却排气60从过渡导管50流到排气导管70中，在这里，其与还原剂74反应。随着经冷却排气70继续通过过渡导管50流出混合模块124，经冷却排气70的流可从湍流过渡回到层流。因此，可为合乎需要的是，将混合系统68包括在排气导管70中，在喷射系统72附近。因而，混合系统68可使层流变成湍流且随着经冷却排气60流入排气导管70而分布经冷却排气60，从而激励经冷却排气60与还原剂74均匀混合。因此，相比于在排气导管70内不包括混合系统(诸如混合系统68)的系统，还原剂74和经冷却排气60中的燃烧副产物(例如，nox)之间的反应可得到改进。因此，scr过程的有效性还可得到改进。

例如，图3示出混合系统64,68的混合模块124，其湍流器110,112沿着模块124的尺寸126设置在相对于混合模块124的中心线轴线130的多种竖向和水平位置处。混合系统64,68的中心线轴线130可横向于(例如，垂直于)排气处理系统14的纵向轴线100，使得湍流器110,112的竖向和水平位置围绕纵向轴线100沿周向98和沿径向96分布。模块124包括多个支承梁128，其定向成平行于(例如，沿竖向)或横向于(例如，垂直于，诸如沿水平)中心线轴线130。支承梁128可在沿着尺寸126的多种点132处相交，以形成栅格状支承结构。模块124可包括任何适当的数量的支承梁128，以支承湍流器110,112。各个支承梁128可与相邻的一个支承梁128相对于中心线130沿竖向和水平方向彼此间隔开，从而形成通道134，排气流42、冷却空气58或两者可流过其中。如图3中显示，湍流器110,112可定位在模块124的各个相交点132处。因而，各个湍流器110,112可与相邻支承梁128中的湍流器110,112中的另一个对齐。

在其它实施例中，如图4中显示，湍流器110,112可在模块124上具有交错布置(例如，相对于燃气涡轮发动机12的径向方向交错)。例如，在示出的实施例中，成第一排138的湍流器110,112可定位在沿着中心线轴线130的相交点132处，并且成第二排140的湍流器110,112可沿着中心线轴线130相对于相交点132偏移。因而，第一排138中的湍流器110,112可不相对于第二排140中的湍流器110,112倾斜。

如上面论述，设置在过渡导管50中的混合系统64可具有成阵列的混合模块124，其布置在沿着排气处理系统14的纵向轴线100的任何水平位置处。设置在排气导管70中的混合系统68也可具有类似布置。图5示出成阵列170的混合模块124的实施例，其中阵列170可定位在过渡导管50或排气导管70中。阵列170可包括任何适当的数量的混合模块124。例如，阵列170可包括2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、80或100个混合模块124，诸如2到100个、2到50个、2到20个、2到10个、4到6个等。阵列170中的混合模块124可布置成使得阵列170中的各个混合模块124的湍流器110,112相对于相邻混合模块124的湍流器110,112倾斜。即，阵列170可具有其中湍流器110,112在模块124上具有相同相应的位置的混合模块124。在其它实施例中，阵列170中的各个混合模块124可具有不同布置的湍流器110,112。例如，如图5中示出，混合模块124具有不同布置的湍流器110,112。以这个方式使湍流器110,112交错可有助于减小导管50,70中的层流区域。因而，一个混合模块124的湍流器110,112相对于相邻混合模块124的湍流器110,112具有交错构造。

可参照图6进一步理解湍流器110,112的作用，图6为混合模块124和湍流器110,112的一部分的透视图。在示出的实施例中，湍流器110,112包括中心环176(例如，环带)，其限定通道177(例如，环形通道)，排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60可流过其中。中心环176包括翅片，其沿径向96延伸远离中心环176。翅片96可沿周向98沿着中心环176的周缘间隔开。在示出的实施例中，湍流器110,112包括三个翅片178。但是，湍流器110,112可具有任何数量的翅片178。例如，湍流器可具有2、3、4、5、6、7、8、9、10、20个或更多的翅片178，诸如2到20个、2到10个、2到6个等。

湍流器110,112可构造成沿周向方向98沿方向180(例如，顺时针)旋转，以激励排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60的湍流特性。翅片178的末梢184可沿方向180弯曲，以促进湍流器110,112的旋转(例如，降低在旋转期间湍流器110,112上的阻力)，以及减少翅片178下游不远处的低流量区域。在其它实施例中，湍流器110,112可沿与方向180基本相反的方向(例如，逆时针)旋转。在这些特定实施例中，翅片178的末梢184可沿与方向180基本相反的方向弯曲。另外，翅片178可具有大约5度到大约75度的扭转角度。

在其它实施例中，湍流器110,112可包括波状(例如，凸脊状、凹槽状)垫板。例如，图7和8分别示出可在混合模块124中使用的波状垫板184,186的正视立视图。波状垫板184,186包括成层的金属板190，其具有波状表面。金属板190可促进排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60的热传递和均匀分布，这部分地因为当排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60冲击在金属板190的波状表面上时产生湍流。

金属板190可沿径向96布置成排194，其延伸波状垫板184的尺寸196的至少一部分。例如，如在图7中示出，排194沿径向沿着尺寸196沿基本相同的径向方向96延伸。但是，在其它实施例中，排194可沿径向沿不同的径向方向96延伸跨越尺寸196的一部分。例如，在图8中示出的波状垫板186包括沿一个径向方向96(第一径向方向)延伸的一组排194，以及沿不同的径向方向198(第二径向方向不同于第一径向方向)延伸的另一组排198。因而，排194可相对于排198成角度地定向(例如，垂直或锐角)。虽然显示在图8中的各个板190包括相对于轴线94以不同的角度定向的凸脊(例如，凹槽)，但是板190作为整体大体沿一个方向延伸。

排194,198在各个金属板190之间形成通道200，其允许排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60流过波状垫板184。随着流体(例如，排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60)流过通道200，流体冲击在金属板190的波状表面上，这可改变湍流器110,112内的流向，从而产生湍流。

波状垫板184,186可包括非穿孔板、穿孔板或两者。例如，图9示出非穿孔金属板204的侧视立视图，其可用于波状垫板184,186中，以改变排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60的流特性。非穿孔金属板204可阻止流过波状垫板184,186的流体流入相邻排194,198，同时激励通道200内的湍流。即，显示在图9中的构造可产生多个湍流区。

图10示出也可用于波状垫板184,186中的穿孔金属板208的实施例的侧视立视图，以改变排气流42、冷却空气58、经冷却排气60或其组合的流特性。穿孔金属板208可包括一个或多个孔210，其相对于穿孔金属板208的轴线212分布在多种轴向94和径向96位置处。孔210沿轴向94和沿径向96分别沿着穿孔金属板194的尺寸214,216的至少一部分延伸。例如，在示出的实施例中，孔210从板上游端218延伸到板下游端220。孔210可允许在波状垫板184,186的通道200之间的流体连通，使得流体(例如，排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60)可沿着金属板190流动且流过金属板190。这可在流体流过混合系统64,68时激励流体的均匀混合，以及激励在经冷却排气60中的均匀温度分布。

穿孔金属板208可还包括穿孔部分224和非穿孔部分226。部分224,226可布置成任何适当的型式。如图10中示出，部分224,226在径向方向96上沿着尺寸216交替。因而各个穿孔部分224邻近非穿孔部分226。但是，在其它实施例中，多个穿孔部分224和/或非穿孔部分226可彼此相邻。部分224,226的特定布置可提供流体的流特性的合乎需要的变化，以在波状垫板184,186内和下游实现均匀混合。

在某些实施例中，穿孔板208的孔210可沿着轴线212具有恒定或可变的尺寸(例如，其中孔为环形)。直径可逐渐从第一板端部218到第二板端部220而增大或减小或反之亦然。孔210的直径还可沿着轴线212朝向板端部218,220两者增大或减小。另外，孔可相对于轴线212成角度地定向。例如，图11示出穿孔金属板208的一部分沿着11-11的横截面图。在示出的实施例中，穿孔金属板208的孔210以不同的角度定向(相对于轴线212垂直或成锐角)。孔210的成角度定向可提高流过波状垫板184,186的流体(例如，排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60)的混合和热传递效率。例如，成角度的孔210可在流体流过穿孔金属板208，进入相邻通道200且冲击在金属板190的波状表面上时改变流体的流向。流体的流向的改变可增强当流体冲击在波状表面上产生的湍流，从而允许均匀混合流体(例如，混合排气流42、冷却空气58、经冷却排气60和还原剂74)。因而，相对于在排气处理系统14内不包括混合系统64,68的系统，用于移除燃烧副产物(例如，nox)的scr过程的有效性可得到改进。

本文描述的任何实施例可以任何适当的组合使用，以实现期望热传递和流体流特性。例如，如上面参照图3和4所论述，混合模块124可具有多个湍流器110,112，其沿着尺寸126布置在不同的竖向和水平位置处。在某些实施例中，混合模块124的各个湍流器110,112可促进排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60的不同的流特性。例如，回头参照图6，湍流器110,112可围绕排气处理系统14的纵向轴线100旋转。在某些实施例中，湍流器110,112可沿相同方向(例如，方向180(顺时针)或与方向180相反的方向(逆时针))旋转。在其它实施例中，混合模块124的湍流器110,112的一部分可沿方向180旋转(例如，顺时针)，并且湍流器110,112的另一个部分可沿基本与方向180相反的方向旋转(例如，逆时针)。

类似地，混合系统68,64的阵列170(参见图5)中的各个模块124的湍流器110,112可沿与阵列170中的相邻混合模块124相同的方向或不同的方向旋转。作为示例，最接近过渡导管50的上游端104的混合模块124可沿方向180(例如，顺时针)旋转，并且沿下游方向46在此之后的混合模块124可沿基本与方向180相反的方向(例如，逆时针)旋转。改变湍流器110,112的旋转方向(例如，方向180)可在排气处理系统14内产生湍流，使得排气流42和冷却空气58可均匀混合且分布在排气处理系统14中。以这个方式，可实现经冷却排气60中的均匀温度分布。此外，因为冷却空气58可通过使用混合系统64有效地与排气流42混合，所以相比于不使用混合系统64的系统，经冷却排气60可冷却到适于在scr系统80中有效移除燃烧副产物(例如，nox)的温度。另外，混合系统68中的阵列170中的单个混合模块124内或混合模块124之间的湍流器110,112的不同的旋转可允许在排气导管70内均匀混合经冷却排气60和还原剂74(例如通过混合系统68)，从而相比于在排气导管70内不包括混合模块124的系统，改进scr过程。

在某些实施例中，混合模块124可具有不同的类型的湍流器110,112。例如，阵列170中的一个混合模块124可使用图6中显示的旋转湍流器，并且阵列170的另一个混合模块124可使用波状垫板184,186。在其它实施例中，不同的类型的湍流器110,112可在单个混合模块124内。例如，混合模块124的湍流器110,112的一部分可为波状垫板184,186，并且湍流器110,112的另一个部分可为旋转湍流器(例如，参见图6)。在阵列170和/或各个混合模块124内具有不同的类型湍流器110,112可产生合乎需要的湍流，以便在排气处理系统14内有效分布和混合排气流42、冷却空气58和/或经冷却排气60，从而在进入scr系统80之前产生经冷却排气60的均匀温度分布。

如上面论述，本文阐述的多种技术可提供排气流和冷却空气的混合，以便增强排气流的温度和/或速度分布的均匀性，同时还冷却排气流，以便增强选择性催化还原过程的有效性。例如，本文公开的技术可覆盖混合模块和湍流器构造的任何组合，以改变排气流、冷却空气和/或经冷却排气的流特性。改变排气、冷却空气和/或经冷却排气的流特性可产生湍流，这可促进混合和冷却离开燃气涡轮发动机的排气流。混合系统64,68的公开的技术和构造意图仅仅为某些实施例的示例，并且绝不应当看作为限制性的。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何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，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的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示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。