发电系统排气冷却的制作方法

本公开内容大体上涉及发电系统，并且更具体地涉及用于冷却发电系统的排出气体的系统及方法。

背景技术：

来自发电系统(例如，简单循环燃气涡轮发电系统)的排出气体通常必须满足针对释放到大气中的排出气体的成分的严格规定要求。通常在燃气涡轮发电系统的排出气体中发现且受制于法规的成分的一种是氮氧化物(即，NO_x)，其例如包括一氧化氮和二氧化氮。为了从排出气流除去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NO_x反应且产生氮(N₂)和水(H₂O)。

SCR过程的有效性部分地取决于处理的排出气体的温度。来自燃气涡轮发电系统的排出气体的温度通常高于大约1100℉。然而，SCR催化器需要在低于大约900℉下操作以在合理催化器寿命内保持有效性。为此，来自简单循环燃气涡轮发电系统的排出气体通常在SCR之前冷却。

大型外部风机系统用于通过使冷却气体(诸如环境空气)与排出气体混合来将燃气涡轮发电系统的排出气体温度降低到低于900℉。由于外部风机系统故障引起的催化器破坏的可能性，故通常使用冗余的外部风机系统。这些外部风机系统包括许多构件，诸如风机、马达、过滤器、进气结构和大型导管，其昂贵、庞大，且增加了燃气涡轮发电系统的操作成本。另外，外部风机系统和燃气涡轮发电系统的操作并未固有地结合，因此增加由于燃气涡轮操作的各种模式期间的过高温度引起的SCR催化器破坏的概率。为了防止过高温度(例如，如果(多个)外部风机系统故障或不可充分地冷却排出气体)引起的SCR催化器破坏，燃气涡轮可能需要关闭，直到可纠正温度问题。

技术实现要素：

本公开内容的第一方面提供了一种用于燃气涡轮系统的气流控制系统，包括：燃气涡轮系统的压缩机构件；用于附接至燃气涡轮系统的可旋转的轴的气流生成系统，气流生成系统和压缩机构件通过进气区段吸入过量的空气流；用于接收由燃气涡轮系统产生的排出气流的混合区域；以及抽气系统，其用于抽取由气流生成系统和压缩机构件生成的过量的空气流的至少一部分以提供旁通空气，且用于将旁通空气转移到混合区域中以降低排出气流的温度。

本公开内容的第二方面提供了一种涡轮机系统，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，其中燃气涡轮系统的压缩机构件包括至少一个尺寸过大的压缩机级；由涡轮构件驱动的轴；联接至燃气涡轮系统上游的轴的风扇，风扇和压缩机构件的至少一个尺寸过大的压缩机级通过进气区段吸入过量的空气流；用于接收由燃气涡轮系统产生的排出气流的混合区域；抽气系统，其用于：抽取由风扇和压缩机构件的至少一个尺寸过大的压缩机级生成的过量的空气流的至少一部分以提供旁通空气；以及将旁通空气转移到混合区域中以降低排出气流的温度；以及用于处理降低温度的排出气流的排气处理系统。

本公开内容的第三方面提供了一种发电系统，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尺寸过大的压缩机级；由涡轮构件驱动的轴；联接至轴的用于发电的发电机；联接至燃气涡轮系统上游的轴的风扇，风扇和压缩机构件的至少一个尺寸过大的压缩机级通过进气区段吸入过量的空气流；用于接收由燃气涡轮系统产生的排出气流的混合区域；抽气系统，其用于：抽取由风扇和压缩机构件的至少一个尺寸过大的压缩机级生成的过量的空气流的至少一部分以提供旁通空气；以及将旁通空气转移到混合区域中以降低排出气流的温度；以及用于处理降低温度的排出气流的排气处理系统。

本发明的第一技术方案提供了一种用于燃气涡轮系统的气流控制系统，包括：燃气涡轮系统的压缩机构件；用于附接至所述燃气涡轮系统的可旋转的轴的气流生成系统，所述气流生成系统和所述压缩机构件通过进气区段吸入过量的空气流；用于接收由所述燃气涡轮系统产生的排出气流的混合区域；以及抽气系统，其用于抽取由所述气流生成系统和所述压缩机构件生成的所述过量的空气流的至少一部分以提供旁通空气，且用于将所述旁通空气转移到所述混合区域中以降低所述排出气流的温度。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，由所述气流生成系统和所述压缩机构件生成的所述过量的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率能力大大约10%到大约40%。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述燃气涡轮系统的所述压缩机构件包括至少一个尺寸过大的压缩机级。

本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述气流生成系统包括风扇。

本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述抽气系统包括旁通导管，其用于将所述燃气涡轮系统周围的所述旁通空气转移到所述混合区域中以降低所述排出气流的温度。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述抽气系统包括包绕所述燃气涡轮系统且形成空气通路的封壳，所述旁通空气通过所述空气通路且在所述燃气涡轮系统周围流入所述混合区域中以降低所述排出气流的温度。

本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，还包括流引导系统，其用于将所述旁通空气朝所述混合区域中的所述排出气流引导且引导到该排出气流中，其中所述流引导系统包括所述封壳和/或至少一个出口导叶的向内弯曲的端部分。

本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，所述抽气系统构造成将所述过量的空气流的一部分转移到所述压缩机构件以增压所述燃气涡轮系统。

本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，还包括用于处理降低温度的排出气流的选择性催化还原(SCR)系统。

本发明的第十技术方案提供了一种涡轮机系统，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所述压缩机构件包括至少一个尺寸过大的压缩机级；由所述涡轮构件驱动的轴；联接至所述燃气涡轮系统上游的所述轴的风扇，所述风扇和所述压缩机构件的所述至少一个尺寸过大的压缩机级通过进气区段吸入过量的空气流；用于接收由所述燃气涡轮系统产生的排出气流的混合区域；抽气系统，其用于：抽取由所述风扇和所述压缩机构件的所述至少一个尺寸过大的压缩机级生成的所述过量的空气流的至少一部分以提供旁通空气，以及将所述旁通空气转移到所述混合区域中以降低所述排出气流的温度；以及用于处理降低温度的排出气流的排气处理系统。

本发明的第十一技术方案是在第十技术方案中，由所述风扇和所述压缩机构件的所述至少一个尺寸过大的压缩机级生成的所述过量的空气流比所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件和所述涡轮构件中的至少一者的流率能力大大约10%到大约40%。

本发明的第十二技术方案是在第十技术方案中，所述抽气系统包括旁通导管，其用于将所述燃气涡轮系统周围的所述旁通空气转移到所述混合区域中以降低所述排出气流的温度。

本发明的第十三技术方案是在第十技术方案中，所述抽气系统包括包绕所述燃气涡轮系统且形成空气通路的封壳，所述旁通空气通过所述空气通路且在所述燃气涡轮系统周围流入所述混合区域中以降低所述排出气流的温度。

本发明的第十四技术方案是在第十三技术方案中，还包括流引导系统，其用于将所述旁通空气朝所述混合区域中的所述排出气流引导且引导到该排出气流中，其中所述流引导系统包括所述封壳和/或至少一个出口导叶的向内弯曲的端部分。

本发明的第十五技术方案是在第十技术方案中，所述抽气系统构造成将所述过量的空气流的一部分转移到所述压缩机构件以增压所述燃气涡轮系统。

本发明的第十六技术方案是在第十技术方案中，所述排气处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统。

本发明的第十七技术方案提供了一种发电系统，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所述压缩机构件包括至少一个尺寸过大的压缩机级；由所述涡轮构件驱动的轴；联接至所述轴的用于发电的发电机；联接至所述燃气涡轮系统上游的所述轴的风扇，所述风扇和所述压缩机构件的所述至少一个尺寸过大的压缩机级通过进气区段吸入过量的空气流；用于接收由所述燃气涡轮系统产生的排出气流的混合区域；抽气系统，其用于：抽取由所述风扇和所述压缩机构件的所述至少一个尺寸过大的压缩机级生成的所述过量的空气流的至少一部分以提供旁通空气；以及将所述旁通空气转移到所述混合区域中以降低所述排出气流的温度；以及用于处理降低温度的排出气流的排气处理系统。

本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，由所述风扇和所述压缩机构件的所述至少一个尺寸过大的压缩机级生成的所述过量的空气流比所述燃气涡轮系统的所述燃烧器构件和所述涡轮构件中的至少一者的流率能力大大约10%到大约40%。

本发明的第十九技术方案是在第十七技术方案中，所述抽气系统包括：旁通导管，其用于将所述燃气涡轮系统周围的所述旁通空气转移到所述混合区域中以降低所述排出气流的温度；或包绕所述燃气涡轮系统且形成空气通路的封壳，所述旁通空气通过所述空气通路且在所述燃气涡轮系统周围流入所述混合区域中以降低所述排出气流的温度。

本发明的第二十技术方案是在第十七技术方案中，所述排气处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统。

本公开内容的示范性方面设计成解决本文所述的问题和/或未论述的其它问题。

附图说明

本公开内容的这些及其它特征将从连同附图的本公开内容的各种方面的以下详细描述中更容易理解，附图绘出了本公开内容的各种实施例。

图1示出了根据实施例的简单循环燃气涡轮发电系统的示意图。

图2绘出了根据实施例的图1的燃气涡轮发电系统的一部分的放大视图。

图3示出了根据实施例的简单循环燃气涡轮发电系统的示意图。

图4绘出了根据实施例的图3的燃气涡轮发电系统的一部分的放大视图。

图5为沿图3的线A-A截取的燃气涡轮系统的旁通封壳和压缩机构件的示范性截面视图。

图6为沿图4的线B-B截取的燃气涡轮系统的旁通封壳和压缩机构件的示范性截面视图。

图7为示出根据实施例的燃气涡轮系统的不同负载百分比下排出气流的温度与到混合区域中的旁通空气流之间的示范性关系的图表。

将注意本公开内容的附图不按比例。附图意在仅绘出本公开内容的典型方面，且因此不应认作限制本公开内容的范围。在附图中，相似的标号表示附图之间的相似元件。

零件列表

10 燃气涡轮发电系统

12 燃气涡轮系统

14 排气处理系统

16 进气区段

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

32 排出气流

33 混合区域

34 下游方向

36 CO催化器

38 SCR催化器

40 氨蒸发系统

42 氨喷射栅极

44 排气器

46 罐

48 风机系统

50 加热器

52 氨汽化器

54 泵系统

56 风扇

58 尺寸过大的压缩机级

60 入口导叶组件

62 入口导叶

64 促动器

70 抽气系统

72 空气流

74 抽出导管

76 旁通导管

78 辅助混合系统

80 限流系统

82 阻尼器

84 促动器

86 空气释放系统

88 阻尼器

90 空气出口

92 促动器

94 阀

100 气流控制器

102 数据

110 喷射栅极

111 封壳

112 喷嘴

113 空气通路

114 抽气系统

116 入口导叶

118 促动器

120 远端

122 流引导系统

124 出口导叶

126 促动器

130 空气释放系统

132 阻尼器

134 空气出口

136 促动器

140 阀

150 通道门。

具体实施方式

如上文所述，本公开内容大体上涉及发电系统，并且更具体地涉及用于冷却发电系统的排出气体的系统及方法。

图1和图3绘出了包括燃气涡轮系统12和排气处理系统14的涡轮机系统(例如，简单循环燃气涡轮发电系统10)的框图。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包括进气区段16、压缩机区段18、燃烧器构件20和涡轮构件22。涡轮构件22经由轴24传动地联接到压缩机构件18。在操作中，空气(例如，环境空气)通过进气区段16(由箭头26指出)进入燃气涡轮系统12，且在压缩机构件18中加压。压缩机构件18包括至少一个级，其包括联接到轴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，从而经由进气区段16使空气吸入压缩机构件18中且在进入压缩机构件20之前压缩空气。

燃烧器构件20可包括一个或更多个燃烧器。在实施例中，多个燃烧器在围绕轴24的大体上圆形或环形构造中在多个周向位置处设置在燃烧器构件20中。当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，其构造成以用于燃烧、排放控制、燃料消耗、功率输出等的适当比例将燃料－空气混合物喷射到(多个)燃烧器中。燃料－空气混合物的燃烧生成热加压排出气体，其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，流入且穿过涡轮构件22的燃烧气体相对于涡轮叶片流动且在其间流动，从而驱动涡轮叶片且因此轴24旋转。在涡轮构件22中，燃烧气体的能量转换成功，其中一些用于通过旋转轴24驱动压缩机构件18，其中可用于有用功的其余部分驱动负载，诸如但不限于用于产生电力的发电机28和/或另一个涡轮。

流过涡轮构件22的燃烧气体离开涡轮构件22的下游端30作为排出气流32。排出气流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30可经由混合区域33流体地联接到排气处理系统14的CO除去系统(例如，包括CO催化器36)和SCR系统(例如，包括SCR催化器38)。如上文所论述，由于燃烧过程，故排除气流32可包括某些副产物，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。由于某些法规要求，排气处理系统14可用于在大气释放之前减小或显著最小化此副产物的浓度。

用于除去或减少排出气流32中的NO_x的量的一种技术通过使用选择性催化还原(SCR)过程。例如，用于从排出气流32除去NO_x的SCR过程中，氨(NH₃)或其它适合的还原剂可喷射到排出气流32中。氨与NO_x反应以产生氮(N₂)和水(H₂O)。

如图1和图3中所示，氨蒸发器系统40和氨喷射栅极42可用于将氨溶液(例如，储存在罐46中)汽化和喷射到SCR催化器38上游的排出气流32中。例如，氨喷射栅极42可包括具有开口/喷嘴的管的网络以用于将汽化的氨喷射到排出气流32中。如认识到的那样，排出气流32中的NO_x和氨在它们穿过SCR催化器38时反应以产生氮(N₂)和水(H₂O)，因此从排出气流32除去NO_x。所得的排放物可通过燃气涡轮系统12的排气器44释放到大气中。

例如，氨蒸发器系统40可进一步包括风机系统48、一个或更多个加热器50(例如，电热器)和氨汽化器52，以用于提供汽化的氨，其经由氨喷射栅极42喷射到排出气流32中。氨可使用泵系统54从罐46泵送至氨汽化器52。风机系统48可包括冗余的风机，同时泵系统54可包括冗余的泵，以在独立风机/泵故障的情况下确保氨蒸发器系统40的继续操作。

SCR过程的有效性部分地取决于处理的排出气流32的温度。由燃气涡轮系统12生成的排出气流32的温度通常高于大约1100℉。然而，SCR催化器38通常需要在低于大约900℉的温度下操作。

根据实施例，风扇56和"尺寸过大"的压缩机构件18可结合用于提供冷却空气，以用于将排出气流32的温度降低至适于SCR催化器38的水平。如图1中所示，风扇56可联接到燃气涡轮系统12上游的燃气涡轮系统12的轴24以提供通过进气区段16吸入的冷却空气(例如，环境空气)，其可用于降低排出气流32的温度。风扇56可固定地安装(例如，螺接、焊接等)至燃气涡轮系统12的轴24。为此，风扇56构造成以与轴24相同的转速旋转。在其它实施例中，离合器机构可用于将风扇56可释放地联接至燃气涡轮系统12的轴24。这允许风扇56与轴24选择性地断开(如果不需要)。当接合离合器机构时，风扇56联接至轴24，且构造成以与轴24相同的转速旋转。离合器联接/断开命令可经由气流控制器100提供给离合器机构。可调整的速度驱动系统还可用于将风扇56联接至轴24以允许风扇56以不同于轴24的速度旋转。

压缩机构件18具有一定流率能力，且构造成经由进气区段16基于其流率能力吸入空气(环境空气)流。风扇56和压缩机构件18的组合的流率能力可比燃烧器构件20和涡轮构件22中的至少一者的流率能力大大约10%到大约40%，产生过量的空气流。即，燃烧器构件20和涡轮构件22中的至少一者不可利用由风扇56和压缩机构件18的组合提供的所有空气，且产生过量空气流。该过量空气流可用于冷却燃气涡轮系统12的排出气流32。根据实施例，压缩机构件18的压缩机级58中的至少一个可"尺寸过大"，以便提供过量空气流的至少一些。如下文详细所述，10%到40%的额外空气流可用于冷却排出气流32，且如果需要，使燃气涡轮系统12超压。单个尺寸过大的压缩机级58的使用在下文中描述；然而，其不意在为限制性的，且额外的尺寸过大的压缩机级58可用于其它实施例中。大体上，空气流的比例增大可基于若干因素改变和选择性地控制，该因素包括燃气涡轮系统12上的负载、吸入燃气涡轮系统12中的空气的温度、SCR催化器38处的排出气流32的温度等。

如图2中所示，包括多个入口导叶62的入口导叶组件60可用于控制可用于风扇56和压缩机构件18的空气量。各个入口导叶62可由独立促动器64选择性地控制(例如，旋转)。促动器64在图2中示意性地示出，但可使用任何已知促动器。例如，促动器64可包括机电马达，或任何其它类型的适合促动器。

促动器64可响应于来自气流控制器100的命令独立地且/或共同地控制，以选择性地改变入口导叶62的定位。即，入口导叶62可通过促动器64围绕枢转轴线选择性地旋转。在实施例中，各个入口导叶62可独立于任何其它入口导叶62独立地枢转。在其它实施例中，成组的入口导叶62可独立于其它组的入口导叶62枢转(即，以两个或更多个组枢转，使得组中的每个入口导叶62一起旋转相同量)。各个入口导叶62的位置信息(例如，通过机电传感器等感测)可提供至气流控制器100。

由风扇56和压缩机构件18的尺寸过大的压缩机级58的组合提供的增加的空气流可增大压缩机构件18处的空气压力。例如，由风扇56和压缩机构件18的尺寸过大的压缩机级58提供的增大的空气流可提供大约5英寸到大约15英寸的水的压力增大。该压力增大可用于克服压降，且便于下游排气处理系统14中的较冷空气与排气流32的适当混合(下文所述)。压力增大还可用于使燃气涡轮系统12增压。

参看图1和图2，抽气系统70可用于抽取由风扇56和压缩机构件18的尺寸过大的压缩机级58提供的额外空气流的至少一些。例如，空气流72可使用一个或更多个抽气导管74(图2)抽取。抽出空气或"旁通空气"(BA)不进入燃气涡轮系统12，而是改为如箭头BA指出的那样通过旁通导管76引导至混合区域33，其中旁通空气可用于冷却排出气流32。其余空气(即，未经由抽气导管74抽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，且以正常方式流过燃气涡轮系统12。如果其余空气的流大于燃气涡轮系统12的流率能力，则燃气涡轮系统12的增压可发生，提高燃气涡轮系统12的效率和功率输出。

旁通空气可朝涡轮构件22下游的混合区域33传递穿过一个或更多个旁通导管76。旁通空气离开旁通导管76，且通过旁通空气喷射栅极110(图1)进入混合区域33，其中旁通空气(例如，环境空气)与排出气流混合且将其冷却至适于结合SCR催化器38使用的温度。在实施例中，由燃气涡轮系统12生成的排出气流32的温度在混合区域33中由旁通空气从大约1100℉冷却至低于大约900℉。例如，旁通空气喷射栅极110可包括多个喷嘴112等，以用于将旁通空气引导(例如，喷射)到混合区域33中。旁通空气喷射栅极110的喷嘴112可以以一种方式围绕混合区域33分布，使得最大化混合区域33中的旁通空气和排出气流32的混合。旁通空气喷射栅极110的喷嘴112可固定就位，且/或可移动来选择性地调整旁通空气进入混合区域33的喷射方向。

辅助混合系统78(图1)可定位在混合区域33内以加强混合过程。例如，辅助混合系统78可包括静态混合器、挡板和/或类似的。CO催化器36还可通过增大背压(例如，朝涡轮构件22引导回)来改善混合过程。

如图2中所示，进入各个抽气导管74的空气流72可使用限流系统80选择性地且/或独立地控制，限流系统80例如包括阻尼器82、导叶、或能够选择性地限制空气流的其它装置。各个阻尼器82可由独立促动器84选择性地控制(例如，旋转)。促动器84可包括机电马达，或任何其它类型的适合的促动器。阻尼器82可响应于来自气流控制器100的命令独立地且/或共同地控制以选择性地改变阻尼器82的定位，使得期望量的旁通空气经由旁通导管76引导到混合区域33中。各个阻尼器82的位置信息(例如，通过机电传感器等感测)可提供至气流控制器100。

旁通空气可使用空气释放系统86从一个或更多个旁通导管76选择性地释放，空气释放系统86例如包括位于一个或更多个空气出口90中的一个或更多个阻尼器88(或能够选择性地限制空气流的其它装置，例如，导叶)。空气出口90内的阻尼器88的位置可由独立促动器92选择性地控制(例如，旋转)。促动器92可包括机电马达或任何其它类型的适合的促动器。各个阻尼器88可响应于来自气流控制器100的命令受控以选择性地改变阻尼器88的定位，使得期望量的旁通空气可从旁通导管76释放。各个阻尼器88的位置信息(例如，通过机电传感器等感测)可提供至气流控制器100。进一步的气流控制可通过经由一个或更多个计量阀94从一个或更多个旁通导管76释放旁通空气来提供，计量阀94经由来自气流控制器100的命令控制。

气流控制器100可用于调节由压缩机构件18的尺寸过大的压缩机级58和风扇56生成的空气量，其作为旁通空气转移穿过旁通导管76且相对于进入燃气涡轮系统12(且作为排出气流32流出)的空气量进入混合区域33中，以便在变化的操作状态下保持SCR催化器38处的适合的温度。图7中提供了图表，其示出了燃气涡轮系统12的不同负载百分比下进入混合区域33中的旁通空气流与排出气流32的温度之间的示范性关系。在该示例中，图7中的图表绘出了：1)燃气涡轮系统12的不同负载百分比下的燃气涡轮系统12的排出气流32的温度变化；以及2)作为燃气涡轮系统12的不同负载百分比下将SCR催化器38处的温度保持在适当水平(例如，900℉)下所需的排出气流32(旁通比)的百分比的旁通空气流中的对应变化。如图7中的图表中所示，通过旁通导管76流入混合区域33中的旁通空气量可在排出气流32的温度变化时变化(例如，在气流控制器100的控制下)，以便调节SCR催化器38处的温度。

气流控制器100可接收与燃气涡轮发电系统10的操作相关联的数据102。例如，此数据可包括排出气流32在其进入混合区域33时的温度，在混合/冷却在混合区域33中发生之后的SCR催化器38处的排出气流32的温度，由燃气涡轮系统12的风扇56和压缩机构件18吸入进气区段16中的空气的温度，以及在燃气涡轮发电系统10内的各种位置处获得的其它温度数据。数据102还可包括空气流和压力数据，例如在进气区段16内、入口导叶62处、风扇56处、尺寸过大的压缩机级58的入口和/或压缩机构件18的其它级处、抽气导管74内、旁通导管76内、涡轮构件22的下游端30处以及燃气涡轮发电系统10内的各种其它位置处获得。负载数据、燃料消耗数据和与燃气涡轮系统12的操作相关联的其它信息也可提供至气流控制器100。气流控制器100还可接收与入口导叶62、阻尼器82和88、阀94等相关联的位置信息。本领域的技术人员将容易清楚可如何获得此数据(例如，使用适合的传感器、反馈数据等)，且本文中将不会提供关于获得此数据的进一步细节。

基于接收到的数据102，气流控制器100配置成按需要改变通过旁通导管76流入混合区域33中的旁通空气量以将SCR催化器38处的温度保持在适当水平。例如，这可通过改变以下至少一者来实现：通过燃气涡轮系统12的风扇56和压缩机构件18的组合作用吸入进气区段16中的空气流(该流例如可通过调整一个或更多个入口导叶62的位置和/或通过增大轴24的转速来控制)；进入抽气导管74的空气流72(例如，该流可通过调整一个或更多个阻尼器82的位置来控制)；以及从抽气导管74通过旁通导管76行进到混合区域33中的旁通空气流(例如，该流可通过调整一个或更多个阻尼器88的位置和/或计量阀94的操作状态来控制)。

气流控制器100可包括计算机系统，其具有至少一个处理器，处理器执行程序代码，该程序代码配置成使用例如数据102和/或来自操作人员的指令来控制通过旁通导管76流入混合区域33中的旁通空气的量。由气流控制器100生成的命令可用于控制燃气涡轮发电系统10中的各种构件(例如，诸如促动器64、84、92，阀94和/或类似的)的操作。例如，由气流控制器100生成的命令可用于控制促动器64、84和92的操作以分别控制入口导叶62、阻尼器82和阻尼器88的旋转位置。由气流控制器100生成的命令还可用于触发燃气涡轮发电系统10中的其它控制设置。

如图3和图4中所示，代替使用外部旁通管道76，燃气涡轮系统12可由旁通封壳111包绕。旁通封壳111从进气区段16延伸至混合区域33，且将进气区段16流体地联接到混合区域33。旁通封壳111可具有任何适合的构造。例如，旁通封壳111可具有如图5中所示的环形构造，其为沿图3中的线A-A截取的截面。旁通封壳111形成围绕燃气涡轮系统12的空气通路113，通过其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的排气流32。

抽气系统114可提供成抽取由压缩机构件18的尺寸过大的压缩机级58和风扇56提供的额外空气流的至少一些，且将抽出空气引导到形成在旁通封壳111与燃气涡轮系统12之间的空气通路113中。例如，抽气系统114可包括入口导叶、定子，或用于将空气流选择性地引导到空气通路113中的任何其它适合的系统。在以下描述中，抽气系统114包括但不限于入口导叶。如图6中所示，其为沿图4中的线B-B截取的截面，抽气系统114可围绕入口完全延伸至形成在燃气涡轮系统12的压缩机构件18与旁通封壳111之间的空气通路113。

如图4中所示，抽气系统114可包括多个入口导叶116，以用于控制引导到形成在旁通封壳111与燃气涡轮系统12之间的空气通路113中的空气量。各个入口导叶116可由独立促动器118选择性地且独立地控制(例如，旋转)。促动器118在图4中示意性地示出，但可使用任何已知的促动器。例如，促动器118可包括机电马达，或任何其它类型的适合促动器。

抽气系统114的促动器118可响应于来自气流控制器100的命令独立地且/或共同地控制以选择性地改变入口导叶116的定位。即，入口导叶116可通过促动器118围绕枢转轴线选择性地旋转。在实施例中，各个入口导叶116可独立于任何其它入口导叶116独立地枢转。在其它实施例中，成组的入口导叶116可独立于其它组的入口导叶116枢转(即，以两个或更多个组枢转，使得组中的每个入口导叶116一起旋转相同量)。各个入口导叶116的位置信息(例如，通过机电传感器等感测)可提供至气流控制器100。

旁通空气不进入燃气涡轮系统12，而是改为如由箭头BA指出的那样经通过空气通路113引导至混合区域33，其中旁通空气可用于冷却排出气流32。其余空气(即，未经由抽气系统114抽取的由风扇56和尺寸过大的压缩机级58生成的额外空气流的任何部分)以正常方式进入燃气涡轮系统12的压缩机构件18且流过燃气涡轮系统12。如果其余空气流大于燃气涡轮系统12的流率能力，则燃气涡轮系统12的增压可发生，提高燃气涡轮系统12的效率和功率输出。

旁通空气朝向且通过空气通路113流入涡轮构件22下游的混合区域33中。在实施例中，旁通空气离开空气通路113，且朝向混合区域33中的排出气流32成角度引导且引导到该排出气流32中以加强混合。在混合区域33中，旁通空气(例如，环境空气)与排出气流32混合，且将排出气流32冷却至适用于结合SCR催化器38使用的温度。在实施例中，由燃气涡轮系统12生成的排出气流32的温度在混合区域33中由旁通空气从大约1100℉冷却至低于大约900℉。

如图3和图4中所示，旁通封壳111的远端120可朝混合区域33向内弯曲，以将旁通空气朝混合区域33中的排出气流32成角度引导且引导到该排出气流32中。旁通空气和排出气流32的交叉流可促进混合，从而加强排出气流32的冷却。流引导系统122还可提供成将旁通空气朝排出气流32成角度引导且引导到该排出气流32中。例如，此流引导系统122可包括出口导叶、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中的任何其它适合的系统。

图4中示出了示范性流引导系统122。在该示例中，流引导系统122包括多个出口导叶124。各个出口导叶124可由独立的促动器126选择性地控制(例如，旋转)。促动器126在图4中示意性地示出，但可使用任何已知的促动器。例如，促动器126可包括机电马达，或任何其它类型的适合促动器。在实施例中，流引导系统122可完全地围绕形成在燃气涡轮系统12的旁通封壳111与涡轮构件22之间的空气通路113的出口延伸。

辅助混合系统78(图1)可定位在混合区域33内以加强混合过程。例如，辅助混合系统78可包括静态混合器、挡板和/或类似的。CO催化器36还可通过增大背压(例如，朝涡轮构件22引导回)来改善混合过程。

如图4中所示，旁通空气可使用空气释放系统130从旁通封壳111选择性地释放，空气释放系统130例如包括位于一个或更多个空气出口134中的一个或更多个阻尼器132(或能够选择性地限制空气流的其它装置，例如，导叶)。空气出口134内的阻尼器132的位置可由独立促动器136选择性地控制(例如，旋转)。促动器136可包括机电马达或任何其它类型的适合的促动器。各个阻尼器132可响应于来自气流控制器100的命令受控以选择性地改变阻尼器132的定位，使得期望量的旁通空气可从旁通封壳111释放。各个阻尼器132的位置信息(例如，通过机电传感器等感测)可提供至气流控制器100。进一步的空气流控制可通过经由一个或更多个计量阀140(图4)从旁通封壳111释放旁通空气来提供，计量阀140经由来自气流控制器100的命令控制。

气流控制器100可用于调节由压缩机构件18的风扇56和尺寸过大的压缩机级58生成的空气量，其相对于进入燃气涡轮系统12(且作为排出气流32流出)的空气的量通过空气通路113转移到混合区域33中作为旁通空气，以便在变化的操作条件下保持SCR催化器38处的适合温度。通过空气通路113流入混合区域33中的旁通空气的量可随排出气流32的温度变化而改变(例如，在气流控制器100的控制下)，以便调节SCR催化器38处的温度。

如图4中示意性所示，旁通封壳111可设有一个或更多个通道门150。通道门150提供通过旁通封壳111至燃气涡轮系统12的各个构件的通道(例如，用于维护、修理等)。

如上文详细所述，气流控制器100可接收与燃气涡轮发电系统10和其构件的操作相关联的宽泛种类的数据102。基于接收到的数据102，气流控制器100配置成按需要改变通过空气通路113流入混合区域33中的旁通空气的量以调节SCR催化器38处的温度。例如，这可通过改变以下至少一者实现：由风扇56和燃气涡轮系统12的压缩机构件18吸入进气区段16中的空气流；经由抽气系统114引导到空气通路113中的空气流(该流可例如通过调整一个或更多个入口导叶116的位置来控制)；以及通过空气通路113行进到混合区域33中的旁通空气流(该流例如可通过调整一个或更多个阻尼器132的位置和/或计量阀140的操作状态来控制)。

风扇56和包括尺寸过大的压缩机级58的压缩机构件18替代常规大型外部风机系统和/或其它常规冷却结构的使用提供了许多优点。例如，消除了对冗余外部风机系统和相关联的构件(例如，风机、马达和相关联的进气结构、过滤器、导管等)的需要。这减少了燃气涡轮发电系统10的制造和操作成本以及总体覆盖区。由于风扇56和尺寸过大的压缩机级58通过现有的进气区段16吸入空气，而非通过通常结合外部风机系统使用的单独的专用进气结构，覆盖区进一步减小。

风扇56和尺寸过大的压缩机级58的使用提供更可靠且有效的燃气涡轮发电系统10。例如，由于用于混合区域33中的冷却的旁通空气由燃气涡轮系统12自身的轴24驱动，故不再需要大型的外部风机系统。此外，由风扇56和尺寸过大的压缩机级58生成的空气流的至少一部分可用于使燃气涡轮系统12增压。

燃气涡轮发电系统10的功率需求减小，因为风扇56和尺寸过大的压缩机级58联接到燃气涡轮系统12的轴24且由其驱动。该构造消除对于通常用于常规外部风机冷却系统中的较大风机马达的需要。

在各种实施例中，描述为"联接"到彼此的构件可沿一个或更多个对接部接合。在一些实施例中，这些对接部可包括不同构件之间的接合，且在其它实施例中，这些对接部可包括牢固且/或整体结合形成的互连。即，在一些情况中，"联接"到彼此的构件可同时形成为限定单个连续部件。然而，在其它实施例中，这些联接的构件可形成为单独的部件，且随后可通过已知的过程(例如，紧固、超声波焊接、粘结)接合。

当元件或层称为在另一元件"上"、与另一元件"接合"、"连接"或"联接"时，其可直接在另一元件上，与另一元件直接接合、连接或联接，或可存在介入的元件。相比之下，当元件称为"直接在另一个元件上"、"直接地与其接合"、"直接地连接到其上"或"直接地联接到其上"时，可能没有介入的元件或层存在。用于描述元件之间的关系的其它词语应当以类似的方式阐释(例如，"之间"对"直接在之间"、"相邻"对"直接相邻"等)。如本文使用的用语"和/或"包括一个或更多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

本文所使用的用语用于仅描述特定实施例的目地，且不意在限制本公开内容。如本文使用的单数形式"一个"、"一种"和"该"意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还将理解的是，用语"包括"和/或"包含"在用于此说明书中时表示指出的特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或其组。

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