专利名称：用于将冷却空气喷射到排气流中的系统和方法
技术领域：
本文公开的主题涉及涡轮机系统，且更具体地涉及用于喷射冷却空气到由此类涡 轮机系统所产生的排气流中的系统和方法。
背景技术：
燃气涡轮机系统典型地包括具有压缩机、燃烧器和涡轮的至少一个燃气涡轮发动 机。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，该热燃烧气体又驱动 涡轮的叶片。由燃气涡轮发动机产生的排气可包括某些副产品，比方说氮氧化物(NOx)、硫 氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)和未燃烧的碳氢化合物。通常，希望在释放排气到大气中之 前消除或实质上减少排气中此类副产品的量。
发明内容
下文概述了范围与原始要求保护的发明相称的特定实施例。这些实施例并非旨在 限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。 实际上，本发明可包含与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。在第一实施例中，一种系统包括空气喷射系统。该空气喷射系统包括具有交错布 置的多个空气喷射管。该多个空气喷射管的每一个均可构造成将空气喷射到涡轮机排气导 管中。在另一实施例中，一种系统包括排气处理系统。该排气处理系统包括多个空气喷 射管，各空气喷气管均穿有多个孔。该多个空气喷射孔的每一个均可包括变化的管直径、变 化的孔直径、变化的孔间距或它们的组合中的一个或多个。在再又一实施例中，一种系统包括构造成接收冷却空气流并且将冷却空气分配给 多个管的歧管，其中该多个管构造成将不均勻分布的冷却空气提供到涡轮机排气管道中。
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，全部附图中相似的附图标记代表相似的零件，其中图1是根据本技术一个实施例的包括用于冷却排气的空气喷射系统的涡轮机系 统的框图；图2是根据本技术一个实施例的如图1中所示的过渡导管的部分剖切透视图，该 过渡导管包括具有多个空气喷射管的空气喷射系统；图3是根据本技术一个实施例的如图2中所示的包括具有多个空气喷射管的空气 喷射系统的过渡导管的剖切侧视图；图4是根据本技术一个实施例的沿图3的剖切线4-4截取的过渡导管的部分截面 端视图，进一步示出各空气喷射管上的多个空气喷射孔；图5是根据本技术一个实施例的沿图4的剖切线5-5截取且在图3的弧线5_5内的空气喷射管的剖切侧视图；图6是沿图3的剖切线4-4截取的过渡导管的部分截面端视图，示出根据本技术 又一实施例的空气喷射管；图7是沿图3的剖切线4-4截取的过渡导管的部分截面端视图，示出根据本技术 另一实施例的空气喷射管；以及图8是沿图3的剖切线4-4截取的过渡导管的部分截面端视图，示出根据本技术 再另一实施例的空气喷射管。部件列表
10涡轮机系统
12涡轮发动机
14排气处理系统
16进口
17箭头
18压缩机
19燃料
20燃烧器
22涡轮
24下游端
26排气
27下游方向
28上游方向
30过渡导管
32空气喷射系统
34空气源
35阀
36冷却空气
37冷却的排气
38喷射格栅
40氨
42选择性催化还原(SCR)系统
43已处理的排气
44排气管
46流动箭头
48连续排放监视(CEM)系统
50上游端
52开口
54空气喷射管
56歧管
58进口
59长度
60歧管
62进口
63高度
64下游端
65高度
66χ轴线
67y轴线
68直径
70喷射孔
71圆弧
72间距
74朝向上游端
76角度
78角度
80正方向
82负方向
具体实施例方式下面将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述， 说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施方案 的开发过程中，与任何工程或设计项目一样，必须做出许多针对实施方案的决定以实现开 发者的既定目标，例如服从可能因实施方案而异的系统相关和商业相关的约束。此外，应当 理解的是，此类开发努力可能是复杂和耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员 来说却是一项例行的设计、制作和制造工作。当介绍本发明各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”和“所述的”意指存 在一个或多个这些元件。用语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的且意味着可能存在 不同于所列元件的另外的元件。操作参数和/或环境条件的任何实例并不排除所公开的实 施例的其它参数/条件。另外，应当理解的是，提及本发明的“一个实施例”或“一实施例” 并非意图将其解释为排除也结合了所述特征的另外的实施例的存在。本发明的实施例一般地涉及用于冷却或调节排气流的技术。例如，在燃气涡轮机 系统中，一个或多个燃气涡轮发动机可燃烧燃料以产生用于驱动一个或多个涡轮叶片的燃 烧气体。取决于燃烧的燃料的类型，从燃烧过程产生的排放物(例如，排气)可包括氮氧化 物(NOx)、硫氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)和未燃烧的碳氢化合物。通常，燃气涡轮机系统 如燃气涡轮发电机组所释放的排气的成分服从严格的规章要求。仅作为示例，规章可能要 求释放到大气中的排气的NOx成分不大于百万分之(ppm)三。一种用于去除或减小排气流中NOx的量的技术是通过选择性催化还原(SCR)。在 SCR处理中，反应剂如氨(NH3)被喷射到排气流中并与NOx反应而产生氮气(N2)和水(H2O)。 SCR处理的效力可至少部分地取决于被处理的排气的温度。例如，用于除去NOx的SCR处理在大约700至900华氏度(下)的温度下可能特别有效。因此，在来自涡轮发动机的排 气输出高于对于SCR的有效温度范围时，可有益的是在SCR之前冷却排气以增加SCR处理 (例如，NOx的去除)的效力以便满足规章要求。由此，根据本发明的实施例，燃气涡轮机系统，比方说简单循环重型燃气涡轮机系 统，可包括构造成将冷却空气喷射到排气流中的空气喷射系统。如以下将进一步描述的，空 气喷射系统可设置在涡轮的下游(即相对于排气流)，但在SCR系统的上游。空气喷射系统 可包括多个空气喷射管，各空气喷射管均具有用于将冷却空气喷射到排气流中的多个空气 喷射孔或开口。在特定实施例中，可设置一个或多个歧管以接收可由任何合适的冷却空气 源如鼓风机供应的冷却空气，并且将冷却空气分配给空气喷射系统的各个空气喷射管。另 外，能够从压缩机供应冷却空气。不论冷却空气源如何，应当理解的是，冷却空气可为环境 空气，或可在喷射到过渡导管中之前冷却，即，经由热交换器冷却。根据排气的特定期望外 形，空气喷射管可具有不同的尺寸，并且可布置成交错构造。另外，根据下面将进一步描述 的若干实施例，各空气喷射管上的空气喷射孔可采用各种尺寸和间距构造。换句话说，可调 整空气喷射管以将通常不均勻分布的冷却空气(例如，由空气喷射孔或管特征确定)提供 到涡轮机排气管道中。根据这些当前公开的技术，除其它优点外，通过空气喷射系统将冷却 空气喷射到排气流中可提供SCR系统所接收的冷却的排气的温度和/或速率分配的改善的 均勻性、减小的燃气涡轮背压和增强的流量分布。此外，虽然当前公开的技术可能在简单循 环重型燃气涡轮机系统中特别有用，但如以下所述，应当理解的是，本技术可在任何适当构 造的系统中实施，包括例如联合循环燃气涡轮机系统。记住前文所述，图1是包括燃气涡轮发动机12和排气处理系统14的示例性涡轮 机系统10的框图。在某些实施例中，涡轮机系统10可为发电系统。涡轮机系统10可使用 液体或气体燃料如天然气和/或富氢合成气体来运行涡轮机系统10。如所示的，燃气涡轮发动机12包括吸气区段16、压缩机18、燃烧器区段20和涡轮 22。涡轮20可经由轴驱动地联接到压缩机18上。在运行中，空气通过吸气区段16(由箭 头17表示)进入涡轮发动机12并在压缩机18中被加压。压缩机18可包括联接到轴上的 多个压缩机叶片。轴的旋转引起压缩机叶片的旋转，从而将空气吸入压缩机18并且在空气 进入燃烧器区段20之前压缩空气。燃烧器区段20可包括一个或多个燃烧器。在一个实施例中，多个燃烧器可围绕轴 在大致圆形或环形构造中设置在多个周向位置处。当压缩空气离开压缩机18并进入燃烧 器区段20时，压缩空气可与燃料19混合以便在燃烧器内燃烧。例如，燃烧器可包括一个或 多个燃料喷嘴，燃料喷嘴可以以对最佳燃烧、排放、燃料消耗、动力输出等适合的比率将燃 料-空气混合物喷射到燃烧器中。空气和燃料的燃烧可产生热的加压排气，该排气随后可 用来驱动涡轮22内的一个或多个涡轮叶片。在运行中，流入和流经涡轮22的燃烧气体抵 靠涡轮叶片并在它们之间流动，从而驱动涡轮叶片，并因此使轴旋转以驱动负载，比方说发 电机组中的发电机。如上所述，轴的旋转还引起压缩机18内的叶片吸入并加压由吸气区段 16接收的空气。流经涡轮22的燃烧气体可作为排气流26离开涡轮22的下游端24。排气流26可 继续沿下游方向27流向排气处理系统14。例如，下游端24可流体地联接到排气处理系统 14且特别是过渡导管30上。如上所述，由于燃烧过程，排气26可包括某些副产品，比方说氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)和未燃烧的碳氢化合物。由于特定规章 要求，排气处理系统14可用来在释放排气流到大气中之前降低或实质上最小化此类副产 品的浓度。如上所述，一种用于去除或减小排气流中NOx的量的技术是通过使用选择性催化 还原(SCR)处理。例如，在用于从排气流26去除NOx的SCR处理中，氨(NH3)喷射到排气流 中并与NOx反应而产生氮气(N2)和水(H2O)。如将会理解的那样，此SCR处理的效力可至 少部分取决于被处理的排气的温度。例如，用于除去NOx的SCR处理在大约700至900华 氏度(F。)的温度可能特别有效。但是，在某些实施例中，离开涡轮22并进入过渡导管30 的排气26可具有大约1000至1500 °F的温度，或更具体而言，1100至1200 °F。因此，为了 提高用于NOx去除的SCR处理的效率，排气处理系统14可包括构造成将冷却空气喷射到排 气流26中的空气喷射系统32，从而在SCR之前冷却排气流26。应当理解的是，有效温度可 根据从气流26除去的元素和/或所采用的催化剂而异。如图1中所示，空气喷射系统32可设置在过渡导管30内。在一个实施例中，空气 喷射系统32可包括多个空气喷射管。各空气喷射管可包括构造成将由一个或多个空气源 34提供的冷却空气36喷射到过渡导管30中以与排气流26混合的多个空气喷射孔。例如， 在一个实施例中，空气源可包括一个或多个鼓风机、压缩机(例如，压缩机18)、热交换器或 它们的组合。如将会理解的那样，当用来描述空气流36时，用语“冷却”应当理解为意味着 空气36相对于离开涡轮22的排气流26更冷。例如，由空气源34供应的冷却空气36可为 环境空气，或可利用热交换器或其它类型的合适的冷却机构进一步冷却。空气喷射系统32 还可包括用于调节冷却空气36的流量的阀35。仅作为举例，在一个实施例中，从涡轮22输 出的排气26可以大约1000磅/秒的速度流入过渡导管30，并且冷却空气36可以大约500 磅/秒的速度喷射到过渡导管30中(经由空气喷射系统32)。但是，应当理解的是，排气 26的流率和冷却空气36的流率可以变化。冷却空气36与排气流26混合以获得由参考标 号37表示的冷却的排气流，该冷却的排气流如上所述可具有大约700到900 T的温度，即， 适合增加或实质上最大化SCR处理中的NOx去除。如以下将进一步论述的，空气喷射孔的 构造，以及空气喷射管的直径，可适当地构造成提供大致均勻的混合，从而在下游SCR处理 之前在冷却的排气37中实现大致均勻的温度和速率分布。仍参照图1，冷却的排气流37可连续向下游(例如，沿方向27)流经氨喷射格栅 38。氨喷射格栅38可构造成将氨(NH3)40喷射到冷却的排气流37中。在一个实施例中， 氨喷射格栅38可包括具有用于将氨40喷射到冷却的排气流37中的开口的管网。在更下 游处，SCR系统42可采用任何合适的几何形状实施，比方说蜂巢构造或板构造。在SCR系 统42内，氨40实质上起到催化剂的作用并且与排气流37中的NOx反应而产生氮气(N2)和 水(H2O)，从而在通过排气管44释放到大气中之前从排气37除去NOx，如由流动箭头46所 示。在一些实施例中，排气管44可包括消音器或消声器。举例而言并且取决于目前的规章 标准，排气处理系统14可利用空气喷射系统32和SCR系统42来将由参考标号43指示的 已处理的排气流中NOx的组分减至大约3ppm或更低。在另一实施例中，可将雾化水与冷却 空气混合，并且可将水_空气混合物喷射到过渡导管30中以降低排气温度。虽然本实施例大致集中在从排气流26处理和除去NOx上，但其它实施例可提供其 它燃烧副产品的去除，比方说一氧化碳或未燃烧的碳氢化合物。由此，所供应的催化剂可根据从排气流26除去的组分而变化。另外，应当理解的是，本文公开的实施例并不限于使用 一个SCR系统42，而是还可包括多个SCR系统42。更进一步地，系统10还可包括连续监视 离开排气管44的已处理的排气流43的成分的连续排放监视(CEM)系统48。如果CEM系统 48检测到已处理的排气流43的组分不符合一个或多个规章要求，则CEM系统48可向适当 的管理机构(例如，环境保护局)提供通知，该管理机构可负责采取进一步行动，比方说通 知系统10的操作人员调节运行参数、进行维修或以其它方式停止系统10的运行直到可确 定系统10所产生的已处理的排气流43符合规章要求为止。在一些实施例中，CEM系统48 也可实施校正动作，比方说调节温度、冷却空气36的流率、喷射到管道30中的NH3的量等。现参照图2，示出了根据一个实施例的过渡导管30的部分剖切透视图。过渡导管 30的上游端50可包括使过渡导管30流体地联接到涡轮22上以接收排气流26的开口 52。 图2另外示出了至少部分设置在过渡导管30内的空气喷射系统32的一个实施例。空气喷 射系统32可包括设置成交错构造(例如，逐渐不同的竖直和水平位置)的多个空气喷射管 54a-54f0空气喷射管54a-54f可构造成接收冷却空气流36并将冷却空气36喷射到过渡 导管30中以与排气流26混合。例如，在所示实施例中，各空气喷射管54a-54f的面向下游 的端部(例如，面向下游方向27)可包括喷射孔的布置。另外，虽然当前示出的空气喷射系 统32显示为具有六个空气喷射管54a-54f，但应当理解的是，在其它实施例中，空气喷射系 统32可具有更少或更多的管，例如，2至100个管或更多。例如，空气喷射系统32可包括 8，10，12，14，16或更多个管。如图2中所示，由参考标号56表示的第一空气喷射歧管联接到各空气喷射管 54a-54f的第一端上。空气喷射歧管56可包括进口 58，该进口 58可流体地联接到提供冷 却空气流36的空气源34上。如上所述，冷却空气36可作为环境空气提供(例如，通过鼓 风机或压缩机)，或可经由例如热交换器冷却。因此，歧管56可构造成经由进口 58接收冷 却空气36，并进一步将冷却空气36分配给各空气喷射管54a-54f。然后可将冷却空气36 喷射到过渡导管30中以经由各空气喷射管54a-54f上的喷射孔与排气流26混合。尽管在 当前所示的图中不可见，但应当理解的是，各空气喷射管54a-54f上的空气喷射孔的尺寸 和间距可构造成提供冷却的排气37的大致均勻的温度和/或速率分布。例如，空气喷射孔 可具有相同尺寸和/或可跨空气喷射管54a-54f的长度59均勻分布，或也可在尺寸和/或 分布上变化。另外，空气喷射管54a-54f本身的尺寸(例如，直径)和/或长度59可变化 或相同。这样，可改善过渡导管30内的流量分布，从而降低燃气涡轮机系统10中的背压。 下面将参照图4-8进一步示出显示了空气喷射孔和空气喷射管54a-54f的各种构造的几个 实施例。在所示实施例中，空气喷射系统32还包括联接到各空气喷射管54a_54f的第二端 上的第二空气喷射歧管60。空气喷射歧管60可包括进口 62，该进口 62可类似于空气喷射 歧管56上的进口 58。因此，空气喷射歧管60可接收冷却空气36并且将冷却空气36分配 给各空气喷射管54a-54f。如上所述，各空气喷射管54a-54f上的空气喷射孔可构造成将冷 却空气36喷射到过渡导管30内以与排气流26混合。换句话说，在一些实施例中，空气喷 射系统32可包括多个歧管(例如，56和60)以给各空气喷射管54a-54f的两端提供冷却气 流36。各歧管56和60可流体地联接到同一空气源34上，或联接到分开的相应空气源34 上(这种情况下，经由进口 58和62接收的冷却空气36可由分散的空气源提供)。再进一步，在其它实施例中，空气喷射系统32可仅包括单个歧管(例如，56)。另外，虽然本实施例 将歧管56和60示为处于过渡导管30外部，但在其它实施例中，歧管56和60也可设置在 过渡导管30内。图3显示了包括具有如图2中所示的多个空气喷射管54a_54f的空气喷射系统32 的过渡导管30的剖切侧视图。过渡导管30大致沿下游方向27膨胀。例如，过渡导管30 的上游端50可具有介于大约10至20英尺之间的高度63，或更具体而言，大约12至18英 尺，或再更具体而言，约14至15英尺。过渡导管30的相对的下游端64可具有介于大约25 至100英尺之间的高度65，或更具体而言，25至60英尺。如上所述，空气喷射管54a-54f 可布置成(例如，联接到歧管56和/或60上)交错构造。例如，如图3中所示，空气喷射 管54a-54f布置成使得各管相对于其它各管沿排气处理系统14的χ方向66和y方向67 偏移。亦即，各空气喷射管54a-54f沿排气处理系统14的χ轴线66和y轴线67具有不同 位置。同样，各管54a-54f之间的间距可相等或不同，S卩，可逐渐进一步间隔开。此外，基于 过渡导管30的宽度如何沿着χ轴线和/或y轴线发生变化，各空气喷射管54a-54f的长度 59可以变化。如上所述，各空气喷射管54a_54f可包括布置在面向下游的端部68 (例如，沿方向 27)上的多个空气喷射孔。空气喷射孔可构造成喷射由各空气喷射管54a-54f接收到过渡 导管30中的冷却空气36以与排气流26混合，从而产生冷却的排气流37。随后，可通过氨 喷射格栅38将催化剂如氨(NH3)引入冷却的排气流37，并且SCR系统42可构造成经由选 择性催化还原减少已处理的排气流中NOx的成分，从而减小经由排气管44离开排气处理系 统14的已处理的排气流43中NOx的量。例如，根据特定的规章要求，已处理的排气流43 可具有3ppm或更低的NOx成分。再次，应当记住的是，虽然当前示出的实施例大致集中在 从排气流26处理和除去NOx上，但排气处理系统14的其它实施例可提供其它不希望有的 燃烧副产品的去除，比方说硫氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)和未燃烧的碳氢化合物。如上所述，取决于对于给定应用排气流26的特定特征，空气喷射系统32的空气喷 射管54a-54f可以以各种不同方式构造。一般而言，空气喷射管54a-54f的构造选择成提 供冷却的排气37在通过SCR系统42的SCR处理之前的大致均勻的温度和/或速率分布， 以及改善的流量分布。作为示例，空气喷射管54a-54f的长度和尺寸(例如，直径)可以变 化，并且各空气喷射管54a-54f上的空气喷射孔的尺寸和间隔也可以变化。例如，参照图4，显示了沿图3的剖切线4-4截取的过渡导管30的部分截面端视 图，且示出了当面向上游方向28 (图3)看去时的空气喷射管54a-54f。在当前示出的实施例 中，各空气喷射管54a-54b可具有不同直径，分别由参考标号68a-68f表示。直径68a-68f 可大致随着其相应管54a-54f的位置在沿y轴线67的正方向上增加而减小。例如，直径 68f (管54f)可大于直径68e (管54e)，该直径68e可大于直径68d (管54d)，该直径68d 可大于直径68c (管54c)，等等。在一个实施例中，空气喷射管54a-54f可包括大约1至50 英寸的直径范围，或更具体而言，10至30英寸，或再更具体而言，12英寸至24英寸。例如， 管54a的直径68a可为大约12英寸，而管54f的直径68f可为大约24英寸，且各直径68b， 68c, 68d和68e介于12英寸与24英寸之间，但通常在尺寸上增加(例如，直径68c大于直 径68b，直径68d大于直径68c，且直径68e大于直径68d)。在另一实施例中，直径68a-68f 可大致随着其相应的管54a-54f的位置在沿y轴线67的正方向上增加而减小。例如，直径68a (管54a)可大于直径68b (管54b)，直径68b (管54b)可大于直径68c (管54c)，直径 68c (管54c)可大于直径68d (管54d)，等等。另外，直径68a_68f可从一个管至另一个管 在直径上逐渐增加或减小至100%，例如，从每个管至下一个管增加或减小10%，20%， 30%，40%或 50%。仍参照图4，各空气喷射管54a_54f可包括布置在面向下游的端部68上的相应 空气喷射孔70a-70f。如图5中关于管54b所示，面向下游的端部可限定为面向下游方向 27(由圆弧71示出)的管的表面大约180度。在所示实施例中，各空气喷射管54a-54f的 面向下游的端部68可包括沿各相应的空气喷射管54a-54f的长度59设置的两排空气喷射 孔，尽管其它实施例可包括更多排，例如，1至20排。如上所述，各空气喷射孔70a-70f可构 造成将冷却空气36喷射到过渡导管30中。在当前示出的实施例中，各空气喷射孔70a-70f 可具有相同直径，并且各空气喷射孔70a-70f之间的间距72也可相同。举例而言，空气喷 射孔70a-70f可具有介于大约2至7英寸之间的直径，或更具体而言，3至6英寸，或再更具 体而言，4到5英寸。在其它实施例中，包括下面在图6-8中将论述的实施例，各空气喷射孔 70a-70f之间的间距72和/或空气喷射孔70a_70f本身的尺寸可以变化。此外，孔70a-70f 可被限定为直径68a-68f的函数，例如，对应直径的至20%。继续至图5，示出了沿图4的剖切线5-5截取并在由图3的弧线5_5限定的区域内 截取的喷射管54a-54f的剖切侧视图。如上所述且在本图中示出，空气喷射管54a-54f以 交错方式(例如，逐渐不同的竖直位置和水平位置)布置，并且各空气喷射管54a-54f可构 造成将冷却空气36喷射到过渡导管30内以与排气流26混合，从而产生冷却的排气流37。 本实施例可在各空气喷射管(54a-54f)上提供两排空气喷射孔(70a-70f)。因此，冷却空气 36可沿大致下游方向27但以两个不同的角度离开空气喷射管54a-54f。例如，冷却空气36 可以第一角度76和第二角度78离开各空气喷射管54a-54f，第一角度76沿正方向80远 离排气处理系统14的χ轴线66延伸，第二角度78沿负方向82远离排气处理系统14的χ 轴66延伸。仅作为举例，角度76和78可具有介于大约20至70度之间的大小，或更具体 而言，介于大约30至60度之间，或再更具体而言，介于大约40到50度之间。角度76和78 可具有相同或不同的大小。如将会理解的那样，角度76和78可根据特定应用中排气的特定 特征而变化。例如，角度76和78的大小，结合空气喷射孔70a-70f和空气喷射管54a-54f 的构造，可选择成在由SCR系统42的SCR处理之前提供冷却的排气37的大致均勻的温度 和/或速率分布，以及改善的流量分布。如进一步所示的，特别是参考图5中的空气喷射管54f，一些实施例也可在空气喷 射管54f的面向上游的端部74上包括空气喷射孔。在此类实施例中，空气喷射孔70g(以 虚线示出)可以类似的方式作为空气喷射孔70f布置，但在面向上游的端部74上。由此， 面向上游的空气喷射孔70g可构造成将冷却空气36喷射到过渡导管30中，使得冷却空气 36沿大致上游方向28离开空气喷射管54f以与排气流26混合。另外，一些实施例也在各 管的顶部和/或底部上(例如，与y方向67对齐)提供空气喷射孔。因此，空气喷射孔可 围绕各管以360度、围绕各管以180度或对各管任何合适的覆盖的间隔关系设置。同样，空 气喷射孔可围绕各管的全部或部分圆周以任何合适的角度设置。现参照图6，显示了沿图3的剖切线4-4截取的过渡导管30的部分截面端视图， 且示出了当面向上游方向28(图3)看去时的空气喷射管54d-54f的一部分。与图4中所示的实施例一样，图6中所示的实施例可包括直径随着空气喷射管的位置在沿y轴线67 的正方向上增加而变化(例如，减小)的空气喷射管54a-54f，并且可包括跨所有空气喷射 管54a-54f具有大致相同直径的空气喷射孔70a-70f，尽管在其它实施例中，空气喷射孔 70a-70f的直径也可以变化。然而，图6中所示的实施例与图4中所示的实施例的不同之处 在于空气喷射孔70a-70f之间的间距72沿各空气喷射管54a_54f的长度59可以不同。特 别地，各空气喷射管54a-54f上的空气喷射孔之间的间距72可随着各空气喷射管54a-54f 的位置在沿y轴线67的正方向上增加而变化。例如，管54f上的空气喷射孔70f之间的间 距72f可大于管54e上的空气喷射孔70e之间的间距72e，并且间距72e可大于管54d上的 空气喷射孔70d之间的间距72d，等等。虽然为了简明图6中仅示出空气喷射管54d-54f， 但应当记住在空气喷射管54a-54c上间距72可以类似方式继续减小。换句话说，本实施例 显示了特定空气喷射管上的空气喷射孔可相对于它下方的空气喷射管上的空气喷射孔更 加靠近(例如，在沿y轴线67的负方向上)。图7显示了又一实施例，其中通过沿图3的剖切线4-4截取的过渡导管30的部分 截面端视图示出了空气喷射系统32的空气喷射管54d-54f。图7中所示的实施例提供与图 6中所示的实施例类似的间距构造。亦即，各空气喷射管54a-54f上的空气喷射孔之间的 间距72a-72f可随着各空气喷射管54a-54f的位置在沿y轴线67的正方向上增加而变化。 但是，图7中的实施例与图5和图6中所示的实施例的不同之处在于空气喷射孔70a-70f 的直径对于各相应空气喷射管54a-54f变化，并且各空气喷射管54a-54f的直径相同。例 如，管54f上的孔70f的直径可大于管54e上的孔70e的直径，并且孔70e的直径可大于管 54d上的孔70d的直径，等等。虽然图7中为了简明仅示出空气喷射管54d-54f，但应当记 住孔70a-70c的直径可相对于空气喷射管54a-54c以类似方式继续减小。换句话说，空气 喷射孔70a-70f相对于同一空气喷射管上的其它空气喷射孔尺寸相同，但可相对于不同空 气喷射管上的空气喷射孔具有不同的尺寸。如上所述，空气喷射孔70a-70f的直径可介于大约2到7英寸之间，或更具体而 言，3到6英寸之间。举个例子，孔70f可具有大约6英寸的直径，孔70e可具有大约5. 5英 寸的直径，孔70d可具有大约5英寸的直径，孔70c可具有大约4. 5英寸的直径，孔70b可 具有大约4英寸的直径，并且孔70a可具有大约3. 5英寸的直径。另外，虽然已在图中将空 气喷射孔70a-70f示为在形状上大致呈圆形，但应当理解的是，在进一步的实施例中，空气 喷射孔70a-70f也可为正方形、菱形、椭圆形、缝形，或可构造成其它合适类型的几何构造。 如上所述，空气喷射孔70a-70f也可被确定为它们相应管54a-54f上的直径68a-68f的百 分比，例如，5%至20%。进一步地，如图7中所示，空气喷射孔(70d和70f)可布置在沿各管的长度59的 第一排和第二排中，使得来自第一排和第二排的对应的空气喷射孔相对于y轴线67大致对 齐(例如，由管54d和54f所示)。另外，参考图7的管54e，空气喷射孔70e也可布置成 使得第一排和第二排中的孔以交错模式布置。再进一步地，虽然在图7中已将空气喷射管 70a-70f描述为具有大致相同的直径68a-68f，但应当理解的是，直径68a_68f也可以变化， 比方说如图4和图6中所示。继续至图8，借助于沿图3的剖切线4-4截取的过渡导管30的部分截面端视图示 出空气喷射系统32的又一实施例。图8的实施例与图4的实施例大致相似，除空气喷射孔70a-70e的直径可在各相应的空气喷射管54a_54f上变化以外。例如，如在示出的空气喷 射管54d-54f上所示，空气喷射孔70d-70f的直径可大致从各空气喷射管54d-54f的中心 80朝各相应的管的端部82向外增加。在其它实施例中，管直径68a-68f可为相同尺寸(例 如，图7)。虽然图8中为了简明仅示出空气喷射管54d-54f，但应当理解的是，相应的空气 喷射管54a-54c上的空气喷射孔70a-70c可以类似方式布置。亦即，各管可呈现具有向内 缩小的孔尺寸的相同模式，并且在一些实施例中，孔尺寸本身可以因管而异。进一步地，虽 然各空气喷射孔70a-70f之间的间距72被示为跨所有空气喷射管54a_54f大致恒定，但应 当理解的是，间距72也可以在各相应的空气喷射管上不同。例如，间距72可在一个特定的 空气喷射管上的空气喷射孔之间大致恒定，但可与另一空气喷射管上的空气喷射孔之间的 间距不同(例如，与图7中所示的实施例一样)。另外，间距72也可在同一空气喷射管上的 空气喷射孔之间变化，并且管54a-54f本身之间的间距也可以变化。如上所述，本文阐述的各种技术可提供冷却空气到排气流中的喷射以增强排气流 的温度和/或速率分布的均勻性，同时还冷却排气流以增强选择性催化还原处理的效力。 例如，本文公开的技术可涵盖恒定的或变化的管直径、管间距、孔直径或孔间距或其任何组 合的任何组合。再次，应当理解的是，所公开的技术和空气喷射系统32的构造旨在仅作为 特定实施例的例子，并且应当被解释为未以任何方式限制。此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任 何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方 法。本发明可取得专利权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 例子。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包 括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利 要求的保护范围内。
权利要求
1.一种系统(10)，包括空气喷射系统(32)，其包括具有交错布置的多个空气喷射管(54)，其中，所述多个空 气喷射管(54)的每一个均构造成将空气喷射到简单循环重型燃气涡轮机(12)的排气导管 (30)中。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个空气喷射管(54)的每一个均包 括多个空气喷射孔(70)，并且其中空气经由所述多个空气喷射孔(70)喷射到所述排气导 管(30)中。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个空气喷射管(54)的第一管(54) 上的相邻空气喷射孔(70)之间的第一间距(72)是恒定的，并且所述间距(70)与所述多个 空气喷射管的第二管上的相邻空气喷射孔(70)之间的第二间距(72)不同。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个空气喷射管(54)的至少其中一 个上的相邻空气喷射孔(70)之间的间距(72)变化。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个空气喷射管(54)的第一管(54) 上的所述多个空气喷射孔(70)的每一个的第一直径(68)是恒定的，并且所述第一直径 (68)与所述多个空气喷射管(54)的第二管上的所述多个空气喷射孔(70)的每一个的第二 直径(68)不同。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个空气喷射管(54)的至少其中一 个上的所述多个空气喷射孔(70)的每一个的直径(68)变化。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个空气喷射孔(70)的所述直径 (68)在直径(68)上从中心朝所述至少一个管的边缘逐渐增加。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述空气喷射孔(70)布置在所述多个空 气喷射管(54)的每一个的面向下游的端部上。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气喷射管(54)的每一个均具有不 同直径(68)。
10.一种系统，包括包括多个空气喷射管(54)的排气处理系统(14)，各所述空气喷射管(54)均穿有多个 孔(70)，其中，所述多个空气喷射管(54)具有变化的管直径(68)、变化的孔直径、变化的孔 间距(72)或它们的组合中的一个或多个。
全文摘要
本发明涉及用于将冷却空气喷射到排气流中的系统和方法，具体而言，在一个实施例中，系统(10)包括具有交错布置的多个空气喷射管(54)的空气喷射系统(32)，其中该多个空气喷射管(54)的每一个均构造成将空气喷射到排气导管(30)中。
文档编号F02C7/18GK101994572SQ20101025835
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者A·森加, S·V·纳坦梅, V·D·拉朱, 张华 申请人:通用电气公司