通过排气风门和压缩气体供应控制排气能量的系统和方法与流程

本公开大体涉及燃气涡轮发电站，诸如联合循环或联合生产发电站。更特别地，本公开涉及用于通过排气风门和压缩气体供应来控制燃气涡轮排气能量的系统和方法。

背景技术：

诸如联合循环或联合生产发电站的燃气涡轮发电站一般包括燃气涡轮，燃气涡轮具有压缩机、燃烧器、涡轮、在涡轮下游的热回收蒸汽发生器(HRSG)和可操作地连接到HRSG上的蒸汽涡轮。在运行期间，空气通过入口系统进入压缩机，并且在进入燃烧器之前，随着其朝压缩机排气壳发送，空气逐步被压缩。一部分压缩气体与燃料混合且在限定在燃烧器内的燃烧室内燃烧，从而产生高温和高压燃烧气体。

燃烧气体沿着热气路径从燃烧器发送通过涡轮，在涡轮中，随着燃烧气体流经成交替级的固定导叶和联接到转子轴上的可旋转涡轮叶片，燃烧气体逐步膨胀。动能从燃烧气体传递到涡轮叶片，因而使转子轴旋转。转子轴的旋转能可通过发电机转换成电能。燃烧气体通过涡轮的出口作为排气离开，并且排气发送到HRSG。来自排气的热能可传递到流过HRSG的一个或多个热交换器的水，从而产生过热蒸汽。然后过热蒸汽可发送到蒸汽涡轮中，以产生额外的电，并且/或者可发送过热蒸汽来支持发电站或联合生产地点处的各种辅助运行，因而提高整体发电站或联合生产能力。

燃气涡轮的输出在某些环境和负载条件下可受到限制，以便避免定位在涡轮出口处或其附近的涡轮转子叶片的机械/振动极限。这个输出限制与排气离开涡轮出口时的轴向出口速度有关。一旦达到最大轴向出口速度或马赫数，就用控制方法降低或减小燃气涡轮的输出，以便不超过允许机械极限。因此，联合或联合生产循环运行的发电机/功率输出和/或热能输出就降低。

技术实现要素：

下面在以下描述中阐述本公开的各方面和优点，或者根据该描述，本公开的各方面和优点是明显的，或者可通过实践本公开来实习本公开的各方面和优点。

本公开的一个实施例涉及发电站。发电站包括燃气涡轮，其具有在压缩机下游的燃烧器、设置在燃烧器下游的涡轮和在涡轮的出口下游的排气导管，其中，排气导管接收来自涡轮出口的排气。排气风门可操作地连接到排气导管的下游端上，并且与排气导管处于流体连通的压缩气体供应设置在涡轮出口的下游且在排气风门的上游。排气风门(当至少部分地关闭时)和压缩气体供应(当接合时)提高涡轮出口处的背压，并且限制离开涡轮出口的排气的轴向出口速度。

本公开的一个实施例涉及一种用于控制发电站输出的方法。方法包括通过控制器的输入来选择发电站的燃气涡轮的运行模式，通过设置在涡轮出口下游的排气风门来限制离开涡轮的出口的排气流，以及通过在涡轮出口的下游且在排气风门的上游的压缩气体供应，将压缩气体喷射到排气导管中，其中限制排气流和喷射压缩气体会提高涡轮出口处的排气背压。

技术方案1. 一种发电站，包括：

燃气涡轮，其包括在压缩机下游的燃烧器、设置在所述燃烧器下游的涡轮和在所述涡轮的出口下游的排气导管，其中，所述排气导管接收来自所述涡轮出口的排气；

排气风门，其可操作地连接到所述排气导管的下游端上；以及

压缩气体供应，其在所述涡轮出口下游且在所述排气风门上游与所述排气导管处于流体连通，其中，所述排气风门和所述压缩气体供应提高所述涡轮出口处的背压，并且限制离开所述涡轮出口的所述排气的轴向出口速度。

技术方案2. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述排气风门是闸刀式风门。

技术方案3. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述排气风门是百叶窗风门。

技术方案4. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述压缩气体供应包括所述燃气涡轮的压缩机。

技术方案5. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述压缩气体供应包括辅助送风机或风扇。

技术方案6. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述压缩气体供应包括排气再循环系统。

技术方案7. 根据技术方案6所述的发电站，其特征在于，所述排气再循环系统与设置在所述排气风门下游的排气抽取端口处于流体连通。

技术方案8. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述发电站进一步包括热回收蒸汽发生器，其具有可操作地连接到所述排气风门的下游端上的入口部分，其中，所述入口部分接收来自所述排气风门的所述排气。

技术方案9. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述发电站进一步包括控制器，其电子地联接到所述排气风门和所述压缩气体供应上，其中，所述控制器基于由压力传感器提供的排气背压数据信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应将压缩气体喷射到所述排气导管中，所述压力传感器电子地连接到所述控制器上，并且设置在所述排气风门上游且在所述涡轮出口附近。

技术方案10. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述发电站进一步包括控制器，其电子地联接到所述排气风门和所述压缩气体供应上，其中，所述控制器基于由流速传感器提供的轴向出口速度数据信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应将压缩气体喷射到所述排气导管中，所述流速传感器电子地连接到所述控制器上，并且设置在所述风门的上游，在所述涡轮出口附近。

技术方案11. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述发电站进一步包括控制器，其电子地联接到所述排气风门和所述压缩气体供应上，其中，所述控制器至少部分地基于由温度传感器提供的排气温度数据信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应将压缩气体喷射到所述排气导管中，所述温度传感器电子地连接到所述控制器上，并且设置在所述风门的上游，在所述涡轮出口附近。

技术方案12. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述发电站进一步包括控制器，其电子地联接到所述排气风门和所述压缩气体供应上，其中，所述控制器至少部分地基于由功率监测器产生的功率输出信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应将压缩气体喷射到所述排气导管中，所述功率监测器电子地连接到所述控制器和发电机上，所述发电机联接到所述蒸汽涡轮上。

技术方案13. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述发电站进一步包括设置在所述排气风门下游的蒸汽涡轮。

技术方案14. 根据技术方案1所述的发电站，其特征在于，所述发电站进一步包括控制器，其电子地联接到所述排气风门和所述压缩气体供应上，其中，所述控制器至少部分地基于由蒸汽流量传感器产生的蒸汽流率信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应将压缩气体喷射到所述排气导管中，所述蒸汽流量传感器定位在所述蒸汽涡轮的下游，并且电子地连接到所述控制器上。

技术方案15. 一种用于控制发电站输出的方法，包括：

选择发电站的燃气涡轮的运行模式；

通过设置在所述涡轮出口下游的排气风门来限制离开所述涡轮的出口的排气流；以及

通过在所述涡轮出口下游且在所述排气风门上游的压缩气体供应，将压缩气体喷射到所述排气导管中；

其中，限制排气流和喷射压缩气体会提高所述涡轮出口处的排气背压和排气能量。

技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括完全打开设置在所述燃气涡轮的压缩机的入口处的入口导叶。

技术方案17. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过设置在所述排气风门内的传感器来在上游监测所述排气的轴向出口速度，以及通过电子地联接到一个或多个控制阀上的控制器，基于所述轴向出口速度，控制所述压缩气体的流率。

技术方案18. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述压缩气体供应包括所述燃气涡轮的压缩机、辅助送风机或风扇中的至少一个。

技术方案19. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，所述压缩气体供应包括排气再循环系统。

本发明还涉及以下实施例：

实施例1. 一种发电站(10)，包括：

燃气涡轮(12)，其包括在压缩机(14)下游的燃烧器(16)、设置在所述燃烧器(16)下游的涡轮(18)和在所述涡轮(18)的出口下游的排气导管(44)，其中，所述排气导管(44)接收来自所述涡轮出口的排气(42)；

排气风门(64)，其可操作地连接到所述排气导管(44)的下游端(66)上；以及

压缩气体供应(68)，其在所述涡轮出口的下游且在所述排气风门(64)的上游与所述排气导管(44)处于流体连通，其中，所述排气风门(64)和所述压缩气体供应(68)提高所述涡轮出口处的背压，并且限制离开所述涡轮出口的所述排气(42)的轴向出口速度。

实施例2. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述排气风门(64)是闸刀式风门(64)。

实施例3. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述排气风门(64)是百叶窗风门(64)。

实施例4. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述压缩气体供应(68)包括所述燃气涡轮(12)的压缩机(14)。

实施例5. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述压缩气体供应(68)包括辅助送风机(86)。

实施例6. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述压缩气体供应(68)包括排气再循环系统(82)。

实施例7. 根据实施例6所述的发电站(10)，其特征在于，所述排气再循环系统(82)与设置在所述排气风门(64)下游的排气抽取端口(78)处于流体连通。

实施例8. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述发电站(10)进一步包括热回收蒸汽发生器(48)，其具有可操作地连接到所述排气风门(64)的下游端(72)上的入口部分(70)，其中，所述入口部分(70)接收来自所述排气风门(64)的所述排气(42)。

实施例9. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述发电站(10)进一步包括控制器(100)，其电子地联接到所述排气风门(64)和所述压缩气体供应(68)上，其中，所述控制器(100)基于由压力传感器提供的排气(42)背压数据信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门(64)至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应(68)将压缩气体(76)喷射到所述排气导管(44)中，所述压力传感器电子地连接到所述控制器(100)上，并且设置在所述排气风门(64)上游且在所述涡轮出口附近。

实施例10. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述发电站(10)进一步包括控制器(100)，其电子地联接到所述排气风门(64)和所述压缩气体供应(68)上，其中，所述控制器(100)基于由流速传感器提供的轴向出口速度数据信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门(64)至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应(68)将压缩气体(76)喷射到所述排气导管(44)中，所述流速传感器电子地连接到所述控制器(100)上，并且设置在所述风门(64)的上游，在所述涡轮出口附近。

实施例11. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述发电站(10)进一步包括控制器(100)，其电子地联接到所述排气风门(64)和所述压缩气体供应(68)上，其中，所述控制器(100)至少部分地基于由温度传感器提供的排气(42)温度数据信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门(64)至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应(68)将压缩气体(76)喷射到所述排气导管(44)中，所述温度传感器电子地连接到所述控制器(100)上，并且设置在所述风门(64)上游，在所述涡轮出口附近。

实施例12. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述发电站(10)进一步包括控制器(100)，其电子地联接到所述排气风门(64)和所述压缩气体供应(68)上，其中，所述控制器(100)至少部分地基于由功率监测器产生的功率输出信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门(64)至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应(68)将压缩气体(76)喷射到所述排气导管(44)中，所述功率监测器电子地连接到所述控制器(100)和发电机上，所述发电机联接到所述蒸汽涡轮(18)上。

实施例13. 根据实施例1所述的发电站(10)，其特征在于，所述发电站(10)进一步包括设置在所述排气风门(64)下游的蒸汽涡轮(18)。

实施例14. 根据实施例13所述的发电站(10)，其特征在于，所述发电站(10)进一步包括控制器(100)，其电子地联接到所述排气风门(64)和所述压缩气体供应(68)上，其中，所述控制器(100)至少部分地基于由蒸汽流量传感器产生的蒸汽流率信号产生第一信号和第二信号，所述第一信号使所述排气风门(64)至少部分地打开或至少部分地关闭，所述第二信号使所述压缩气体供应(68)将压缩气体(76)喷射到所述排气导管(44)中，所述蒸汽流量传感器定位在所述蒸汽涡轮(18)下游，并且电子地连接到所述控制器(100)上。

在审阅说明书之后，本领域普通技术人员将更好地理解这样的实施例的特征和方面。

附图说明

在说明书的其余部分中更具体地对本领域技术人员阐述完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：

图1是根据本公开的一个实施例的示例性的基于燃气涡轮的循环/联合生产发电站的示意图；以及

图2是用于控制发电站和/或燃气涡轮输出的方法的流程图。

部件列表

10发电站

12燃气涡轮

14压缩机

16燃烧器

18涡轮

20入口导叶

22空气

24压缩空气

26燃料

28燃料供应

30燃烧气体

32涡轮转子叶片

34转子轴

36最后排

38下游端

40发电机

42排气

44排气导管

46热交换器/锅炉

48HRSG

50蒸汽

52蒸汽涡轮

54发电机

56轴

58设施

60流量/温度传感器/监测器

62流量/温度传感器/监测器

64排气风门

66下游端-排气导管

68压缩气体供应

70入口部分

72下游端-排气风门

74百叶窗

76压缩气体

78抽取端口

80辅助压缩机

82排气再循环系统

84抽取端口

86送风机/风扇

88压力传感器

90流速传感器

92温度传感器

94功率传感器

96控制阀

100控制器

102输入信号-出口背压

104输入信号-轴向出口速度

106输入信号-排气温度

108输入信号-功率输出

110输入信号-蒸汽流率

112输入信号-蒸汽流率

114输入信号-蒸汽温度

116输入信号-蒸汽温度

118控制信号-通往排气风门

120控制信号-通往压缩气体供应

122控制信号-通往入口导叶

200方法

202步骤

204步骤

206步骤。

具体实施方式

现在将详细参照本公开的实施例，在附图中示出实施例的一个或多个示例。详细描述使用数字和字母名称来引用图中的特征。在图和描述中使用相同或相似名称来引用本公开内的相同或相似部件。如本文所用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用来区分一个构件与另一个构件，并且不意于表示单独的构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体流出的方向，而“下游”指的是流体流去的方向。

本文使用的用语仅仅是为了描述特定实施例且不意于为限制性的。如本文所用，单数形式“一种”、“一”和“该”意于也包括复数形式，除非上下文另有指示。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，用语“包括”和/或“包含”规定存在所附述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。

以说明本公开而非限制本公开的方式提供各个示例。实际上，对本领域技术人员将明显的是，可对本公开作出修改和改变，而不偏离本公开的范围或精神。例如，被示为或描述成一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因而，意于的是本公开覆盖落在所权利要求及其等效方案的范围内的这样的修改和变型。

在传统联合生产发电站中，燃料和空气供应到燃气涡轮。空气通过燃气涡轮的入口传送到燃气涡轮中的燃烧器上游的压缩机区段中。在空气被燃烧器加热之后，加热空气和过程中产生的其它气体(即，燃烧气体)传送通过涡轮区段。来自燃气涡轮的排气从涡轮区段传送到燃气涡轮的排气区段，并且流到热回收蒸汽发生器(HRSG)，HRSG通过一个或多个热交换器从排气中抽取热，以产生蒸汽。

在某些情况下，可为合乎需要的是，将燃气涡轮发电机输出和/或排气热能提高到可超过正常燃气涡轮运行极限的水平，极限与涡轮转子叶片(尤其是定位在涡轮出口处或其附近的那些)的机械/振动设计极限有关。本文描述的实施例提供一种用于控制燃气涡轮和/或发电站热和/或功率输出的系统和方法。通过提高涡轮出口处的背压和/或涡轮压力比，系统和方法降低来自涡轮出口的排气的轴向出口速度，从而降低和/或防止涡轮转子叶片颤振，特别是在定位在涡轮出口处或其附近的最后一级涡轮转子叶片处的颤振，因而允许燃气涡轮高于正常设计极限运行，并且因而提高整体燃气涡轮或发电站功率和/或热输出。

调节涡轮排气背压和排气能量的能力会增加运行灵活性，使得在额定燃气涡轮运行条件下可产生更多过程蒸汽，而无需HRSG补充燃烧的协助，从而对运营商提供产生较多燃气涡轮功率或较多输出过程蒸汽的选择。作为间接好处，燃气涡轮可在较低的功率输出下运行，同时遵守排放，因为用不那么高效的燃气涡轮循环提高排气压力结果，同时使燃烧系统保持处于恒定的运行状况。

本文提供的实施例提供优于现有基于燃气涡轮的简单循环、联合生产或联合循环发电站的各种技术优点。例如，本文提供的系统和对应的方法可允许应用较小的燃气涡轮来在不允许有HRSG补充燃烧时满足顾客规定的过程蒸汽需求要求。即使包括HRSG补充燃烧，这个系统和方法也可降低所需的HRSG燃烧量，这典型地改进排气烟囱NOx排放，而且也许会提高整个联合热和功率循环效率。这个系统还可改进最大可用燃气涡轮功率输出和最大可用过程蒸汽之间的运行灵活性。这个系统和方法可与构造有排气再循环系统的燃气涡轮结合，而且可提高其运行。系统和方法可允许在高峰电力需求时期期间产生额外的电功率，而且/或者可对HRSG生产额外的排气能量，以便在联合生产运行的高峰需要时期期间提高蒸汽生产。

现在参照附图，其中相同标号在图中指示相同元件，图1提供具有蒸汽生产能力的示例性燃气涡轮发电站10的功能框或流程图。发电站10包括可结合本公开的各种实施例的燃气涡轮12。燃气涡轮12大体包括成连续流顺序的压缩机14、具有一个或多个燃烧器16的燃烧区段和涡轮18。燃气涡轮12还可包括入口导叶20，其设置在压缩机14的入口或上游端处。在运行中，空气22流经入口导叶20且流到压缩机14中。压缩机14对空气22施加动能来产生压缩气体，如箭头24示意性地指示的那样。入口导叶20可在完全打开位置和部分关闭位置之间调节，以控制进入压缩机14的空气22的流率。

压缩空气24与燃料26混合，诸如来自燃料供应系统28的天然气，以在燃烧器(一个或多个)16内形成可燃混合物。可燃混合物燃烧而产生燃烧气体，如箭头30示意性地指示的那样，燃烧气体具有高温、高压和高速度。随着燃烧气体30流过涡轮18，动能从燃烧气体30传递到联接到转子轴34上的各排涡轮转子叶片32，从而使转子轴34旋转和产生功。涡轮转子叶片32布置成沿着转子轴34的多个沿轴向间隔开的排或级。最后一级36涡轮转子叶片32定位在涡轮18的出口或下游端38处或其附近。

涡轮18可具有两个或更多个级，例如，低压区段和高压区段。在一个实施例中，涡轮18可为双轴涡轮，双轴涡轮包括低压区段和高压区段。在特定构造中，涡轮18可具有3级或更多级涡轮转子叶片32。转子轴34可联接到压缩机14上且驱动它产生压缩空气24。备选地或另外，转子轴34可将涡轮18连接到发电机40上来产生电。燃烧气体30在流过涡轮18时失去热和动能，并且在排气42通过可操作地联接到涡轮出口38上的排气导管或扩散器44时，燃烧气体30离开涡轮18的出口38。

在特定实施例中，排气导管44可通过各种管子、导管、阀等来在流体方面联接到热交换器或锅炉46上。热交换器46可为独立构件，或者可为热回收蒸汽发生器(HRSG)48的构件。在各种实施例中，热交换器46可用来从排气42中抽取热能来产生蒸汽50。在特定实施例中，蒸汽50然后可通过各种管子、阀或管道等发送到蒸汽涡轮52，以通过联接到蒸汽涡轮52的轴56上的发电机54产生额外的功率或电。

在特定实施例中，蒸汽50的至少一部分可从热交换器46和/或蒸汽涡轮52输送到现场或非现场设施58，该设施将蒸汽50分配给用户，以及/或者利用蒸汽来进行辅助运行，诸如产生热或者其它工业运行或过程。可通过一个或多个传感器或流量监测器来监测来自热交换器46的蒸汽温度和/或蒸汽流率或输出。例如，在一个实施例中，可分别在热交换器46的下游和/或蒸汽涡轮52的下游提供一个或多个温度传感器或流量监测器60、62。

在各种实施例中，发电站10包括排气风门或排气风门系统64，其可操作地连接到涡轮18的下游端38和/或排气导管44的下游端66，并且定位在热交换器46和/或HRSG 48的上游。发电站10进一步包括压缩气体供应或压缩气体供应系统68，其在排气风门64的上游与排气导管44处于流体连通。在一个实施例中，HRSG48的入口部分或导管70可操作地连接到排气风门64的下游端72上，使得入口部分70接收来自排气风门64的排气42。

排气风门64可为适合其预期使用的任何类型的流风门或流限制器。例如，在特定实施例中，排气风门64可构造有单个阻挡门，它可在打开位置和关闭位置之间旋转90度。在一个实施例中，排气风门64可包括成圆形布置的多个阻挡门，它们通过机械连杆同时促动。在一个实施例中，排气风门64可包括双重阻挡门，它们在关闭期间夹在一起，因而提供伪喷嘴作用，特别是在排气导管44为正方形/长方形时。

在一个实施例中，排气风门64可为百叶窗风门，其具有一个或多个百叶窗74，它们可通过机械、电力、气动或液压促动器等在完全打开位置或至少部分地关闭位置之间促动，以便提高或降低涡轮出口38处或其附近的排气背压BP，从而控制离开涡轮出口38的排气42的轴向出口速度。在一个实施例中，排气风门64可为闸刀式风门。闸刀式风门可包括一个或多个门，它们可通过机械、电力、气动或液压促动器在完全打开位置或至少部分地关闭位置之间促动，以便提高或降低涡轮出口38处的背压BP，从而控制离开涡轮出口38的排气42的轴向出口速度。

在各种实施例中，压缩气体供应68可接合或启动，以便将诸如空气或排气的压缩或加压气体76喷射到排气风门64上游的排气导管44中，从而提高涡轮出口38处的背压BP，以及控制或修改离开涡轮出口38的排气42的轴向出口速度。压缩气体76可处于至少等于或大于涡轮出口38附近的排气导管内部的压力的压力，或者在该压力下喷射。因此，与传统燃气涡轮运行相比，发电站10可在高需求或高峰需求时期期间产生更多电，并且/或者产生更多热能来生产蒸汽，而不损害涡轮转子叶片寿命。

在特定实施例中，压缩气体供应68可包括燃气涡轮12的压缩机14。例如，在一个实施例中，至少一个压缩机抽取端口78和各种流体管道和联接件可提供流径，以从压缩机14中抽取一部分压缩空气24，以及将压缩空气24作为压缩气体76发送到排气风门64上游的排气导管44，从而提高涡轮出口38处的背压BP。在特定实施例中，压缩气体供应68包括辅助送风机或风扇80。辅助送风机80可包括轴向压缩机。各种流体管道和/或联接件可提供流径，以将来自辅助送风机80的压缩气体76发送到排气风门64上游的排气导管44中，从而提高涡轮出口38处的背压BP。压缩气体供应68可包括轴向压缩机或类似装置，以对排气导管44上游的压缩气体76加压。

在特定实施例中，压缩气体供应68包括排气再循环系统82上，或者在流体方面联接到其上。排气抽取端口84设置在排气风门下游且与各种流体管道和/或联接件处于流体连通，排气抽取端口84可提供流径，以将来自排气风门64下游的点的一部分排气42发送回到排气风门64上游的位置处的排气导管44，从而进一步提高涡轮出口38处的背压BP。在特定实施例中，排气再循环系统82包括送风机或压缩机86，其使喷射点上游的排气42的压力提高到等于或大于排气导管44内的排气42压力的压力。

在运行中，排气风门64与压缩气体供应68一起可接合来通过至少部分地关闭排气风门64(从而在排气42离开涡轮出口38时限制/降低排气42的轴向出口速度)以及通过增加排气导管44内的气体/空气的体积来提高在排气风门64上游的涡轮出口38处的排气背压BP。涡轮出口38处或其附近的排气背压BP像这样提高可允许提高燃气涡轮或发电站输出能力，因为燃气涡轮不减载来避免涡轮轴向出口速度极限。例如，通过至少部分地关闭排气风门64以及通过压缩气体供应68提高排气背压BP，从而降低轴向出口速度，运营商可提高燃气涡轮和/或发电站功率和/或热能输出，而不超过涡轮转子叶片32的机械或振动设计极限，特别是最后的涡轮级36的涡轮转子叶片32。因此，与传统燃气涡轮运行相比，发电站10可在高需求或高峰需求时期期间产生更多电，以及/或者产生更多热能来生产蒸汽，而不损害涡轮转子叶片。

在各种实施例中，发电站10包括电子地联接到排气风门64上的控制器100。控制器100可为基于微处理器的处理器，它包括非暂时性内存，而且具有计算算法的能力。例如，控制器100可结合通用电气SPEEDTRONIC™燃气涡轮控制系统，诸如(但不限于)纽约斯克内克塔迪的GE电&水系统公司的制造或用于GE电&水系统公司的SPEEDTRONIC™Mark VI或Mark VIe燃气涡轮控制系统。控制器100还可结合计算机系统，它具有处理器(一个或多个)，处理器执行存储在内存中的程序，以使用传感器输入和来自人类操作者的指令，来控制燃气涡轮的运行。

在特定实施例中，控制器100编程成促动排气风门64和/或接合压缩气体供应68，以控制涡轮18的涡轮出口38处或其附近的排气背压BP，诸如在排气风门64上游的排气导管44中。控制器100还可编程成促动入口导叶20，从而增加或减小进入压缩机14的空气22的体积。

控制器100可编程有轴向出口速度极限或值，其对应于从涡轮出口38流出的排气42的预先限定的轴向流速度极限。轴向出口速度极限可存储在控制器100的内存中，或者可由操作者实时地输入到控制器中。轴向出口速度极限可至少部分地基于涡轮18的各种软件构件的特定设计极限，诸如(但不限于)涡轮转子叶片32的振动/机械设计极限，特别是最后一排36涡轮转子叶片32。

在运行中，控制器100可接收一个或多个输入数据信号，它们对应于来自设置在涡轮出口38处或其附近和/或设置在排气导管44内的压力传感器88的一个或多个排气背压102，以及/或者来自设置在涡轮出口38处或其附近和/或设置在排气导管44内的流速传感器90的轴向出口速度104。控制器100可接收一个或多个数据输入信号，它们对应于来自设置在涡轮出口38处或其附近和/或设置在排气导管44内的温度传感器92的排气温度106。控制器100可接收一个或多个数据输入信号，它们对应于来自联接到燃气涡轮发电机40上的功率传感器94的功率输出108。控制器100可接收一个或多个数据输入信号，它们对应于通过传感器60、62中的一个或它们两者得到的蒸汽流率110、112和/或蒸汽温度114、116。

在特定实施例中，至少部分地基于信号102、104、106、108、110、114和/或116中的一个或多个，控制器100可通过下者来调整燃气涡轮输出和/或发电站输出(即功率输出和/或热输出)：产生和/或感测使得排气风门64在完全打开位置和至少部分地关闭位置之间移动的合适的控制信号118和接合或启动压缩气体供应68以便将压缩气体76喷射到排气风门64上游的排气导管44中的一个或多个控制信号(一个或多个)120，从而控制涡轮出口38处的排气背压BP，因而通过控制涡轮出口38处或其附近的排气42的轴向出口速度，来提高燃气涡轮12和/或发电站10的功率和/或热输出。

在特定实施例中，控制器100基于压力传感器88提供的排气背压数据信号102来产生和/或发送使排气风门64至少部分地打开或至少部分地关闭的控制信号118，并且产生和/或发送使压缩气体供应68将压缩气体76喷射到排气导管44中的控制信号120。在特定实施例中，控制器100基于流速传感器90提供的轴向出口速度数据信号104来产生和/或发送使排气风门64至少部分地打开或至少部分地关闭的控制信号118，并且产生和/或发送使压缩气体供应68将压缩气体76喷射到排气导管44中的控制信号120。

在特定实施例中，控制器100至少部分地基于温度传感器92提供的排气温度数据信号106来产生和/或发送使排气风门64至少部分地打开或至少部分地关闭的控制信号118，并且产生和/或发送使压缩气体供应68将压缩气体76喷射到排气导管44中的控制信号120。在特定实施例中，控制器100至少部分地基于功率监测器或传感器94产生的功率输出信号108来产生和/或发送使排气风门64至少部分地打开或至少部分地关闭的控制信号118，并且产生和/或发送使压缩气体供应68将压缩气体76喷射到排气导管44中的控制信号120。在特定实施例中，控制器100至少部分地基于蒸汽流量/蒸汽温度传感器60、62产生的蒸汽流率信号110、112和/或蒸汽温度信号114、116来产生和/或发送使排气风门64至少部分地打开或至少部分地关闭的控制信号118，并且产生和/或发送使压缩气体供应68将压缩气体76喷射到排气导管44中的控制信号120。

在特定实施例中，控制器100可对入口导叶20产生和/或发送使入口导叶22朝完全打开位置促动或偏置的控制信号122，从而提高进入到压缩机14中的空气流体积，并且提高燃气涡轮10的热输出。在特定实施例中，控制器100可对入口导叶20产生和/或发送使入口导叶22朝部分地关闭位置促动或偏置的控制信号122，从而减小进入到压缩机14中的空气流体积，并且减少燃气涡轮10的热输出。控制信号122基于信号102、104、106、108、110、112、114、116中的一个或多个使导叶20在打开位置或关闭位置之间偏置。

本文描述的各种实施例提供用于控制燃气涡轮和/或发电站输出的方法200。在一个实施例中，在步骤202处，方法200包括选择发电站的燃气涡轮的运行模式，例如，通过通往控制器100的输入。运行模式可对应于在发电站热速率方面优化发电站或燃气涡轮输出的运行模式。运行模式可对应于诸如在高峰功率需求期间想要提高或最大化功率输出和/或用于蒸汽生产的其它热输出的运行模式。在步骤204处，方法200包括限制通过排气风门64离开涡轮18的出口38的排气42的流量。步骤206，方法200包括在涡轮出口38下游且在排气风门64上游的位置处通过压缩气体供应68将压缩气体76喷射到排气导管44中，使得限制排气42的流量和喷射压缩气体76会提高排气涡轮出口处的背压BP，从而提高燃气涡轮12和/或发电站10的功率输出和/或热输出。

方法200还可包括完全打开入口导叶22，从而提高进入到压缩机中的空气流量和提高燃气涡轮功率输出。方法200还可包括通过传感器88监测在排气风门64上游的排气42的轴向出口速度，以及通过电子地联接到控制器100上的压缩气体供应68的控制器100和一个或多个流量控制阀94和/或送风机86，基于轴向出口速度信号104来控制压缩气体76的流率。

虽然已经在本文示出和描述了特定实施例，但应当理解的是，计划实现相同目的的任何布置可代替所显示的特定实施例，而且本公开可在其它环境中应用。本申请意于覆盖本公开的任何修改或变型。所附权利要求决不意于将本公开的范围局限于本文描述的特定实施例。