涡轮排气羽烟减少系统以及包括该系统的系统和功率系统技术方案

本实用新型专利技术涉及涡轮排气羽烟减少系统以及包括该系统的系统和功率系统。多种实施例包括用于涡轮的排气羽烟减少系统，以及结合了该排气羽烟减少系统的系统。在一些实施例中，排气羽烟减少系统包括：将压缩机流体地连接到涡轮的排气室上的第一管道；第一控制阀，其与第一管道可操作地连接，以调整通过第一管道的压缩机空气的流量；以及流体诱导器，其包括：与第一管道流体地连接的第一入口；与环境流体地连接的第二入口；以及与排气室流体地连接的出口。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
涡轮排气羽烟减少系统以及包括该系统的系统和功率系统
本文公开的主题涉及功率系统。更特别地，主题涉及功率系统排放。
技术介绍
由于燃烧的气体或液体烃燃料的化学成分、燃烧温度和/或燃烧的燃料-空气比 的原因，在例如包括一个或多个燃气涡轮（GT)的那些的功率系统中的不完全燃烧可产生 (有色）二氧化氮（N0 2)和未燃烧的（有色）富含碳的颗粒的排放。已经发现，某些类型的 燃料比其它燃料更容易产生和排放未燃烧的富含碳的颗粒和N0 2。例如，已知在特定地理区 域中遇到的浙青质含量高且碳链长的某些重质残余级燃油会在扩散火焰中产生烟灰（未 燃烧的烃）。但是，给定燃料产生有色（视觉上可感知）羽烟（例如，烟）和微粒排放的倾 向也可受某些因素的影响，诸如：高燃料粘性、高火焰点火温度、高燃料碳-氢比、在燃烧区 内的燃料雾化效率时间等。 有色排气羽烟（no2和微粒排放）的视觉危害是显著的。在一些情况下，有色排气 羽烟在视觉上可感知长达30分钟或更久，例如，在燃气涡轮功率系统的一部分的启动阶段 期间。这些有色羽烟可为不合需要的，特别是在功率系统位于居住和/或商用地理区域附 近的情况下。
技术实现思路
多种实施例包括用于涡轮的排气羽烟减少系统，以及结合了该排气羽烟减少系统 的系统。在一些实施例中，排气羽烟减少系统包括：将压缩机流体地连接到涡轮的排气室上 的第一管道；第一控制阀，其与第一管道可操作地连接，以调整通过第一管道的压缩机空气 的流量；以及流体诱导器，其包括：与第一管道流体地连接的第一入口；与环境流体地连接 的第二入口；以及与排气室流体地连接的出口。 本技术的第一方面包括一种用于涡轮的排气羽烟减少系统，该系统具有：将 压缩机流体地连接到涡轮的排气室上的第一管道；第一控制阀，其与第一管道可操作地连 接，以调整通过第一管道的压缩机空气的流量；以及流体诱导器，其包括：与第一管道流体 地连接的第一入口；与环境流体地连接的第二入口；以及与排气室流体地连接的出口。 本技术的第二方面包括一种系统，其具有：压缩机；与压缩机的排气口流体 地连接的燃烧器；与燃烧器的排气口流体地连接的涡轮；与涡轮的排气口流体地连接的排 气室；以及流体地连接到压缩机和排气室上的排气羽烟减少系统，排气羽烟减少系统包括： 将压缩机流体地连接到排气室上的第一管道；以及流体诱导器，其包括：与第一管道流体 地连接的第一入口；与环境流体地连接的第二入口；以及与排气室流体地连接的出口，其 中，流体诱导器在大小上设置成将来自环境的空气提供给排气室，以使其与涡轮的排气混 合。 本技术的第三方面包括一种功率系统，其具有：压缩机；与压缩机的排气口 流体地连接的燃烧器；与燃烧器的排气口流体地连接的涡轮；与涡轮的排气口流体地连接 的排气室；以及流体地连接到压缩机和排气室上的排气羽烟减少系统，排气羽烟减少系统 用于将来自压缩机的压缩空气的一部分转移到排气室，以使其与涡轮的排气混合。 【附图说明】 根据结合附图得到的对本技术的各方面的以下详细描述，将更容易地理解本 技术的这些和其它特征，附图描绘了本技术的多种实施例，其中： 图1显示根据本技术的多种实施例的、包括排气羽烟减少系统的功率系统的 示意图。 图2显示图1的排气羽烟减少系统的流体诱导器的示意性横截面图。 图3显示了示出根据本技术的多种实施例的过程的流程图。 注意，本技术的图未必按比例绘制。图仅意于描绘本技术的典型方面，并 且因此不应理解为限制本技术的范围。在图中，相同标号在各图之间表示相同元件。 部件列表 2 系统 4压缩机 6 入口导叶（IGV) 8环境空气 10 入口 12压缩机排出室（⑶C) 14 排气口 18燃烧器 20 管道 22 涡轮 24燃烧器排气口 26涡轮排气口 28排气室 30再热器 32 出口 40排气羽烟减少系统 41第一管道 42流体诱导器 44 第一入口 46 第二入口 48 出口 50流体喷嘴 52流体相交部 54 本体 56喷嘴-扩散器区域 58扩散器 60控制阀 61第二管道 64控制阀 66控制阀 70流量传感器（FS) 72阻断阀 74控制系统。 【具体实施方式】 如提到的那样，本文公开的主题涉及功率系统。更特别地，主题涉及功率系统排 放。 由于燃烧的气体或液体烃燃料的化学属性的原因，在例如包括一个或多个燃气涡 轮（GT)的那些的功率系统中的不完全燃烧可产生（有色）二氧化氮（N02)和未燃烧的富含 碳的颗粒的排放。已经发现，处于某些燃烧温度和燃料-空气比的某些类型的燃料比其它 燃料更容易排放N02和未燃烧的富含碳的颗粒。例如，已知在特定地理区域中遇到的浙青 质含量高且碳链长的某些重质残余级燃油会在扩散火焰中产生烟灰（未燃烧的烃）。但是， 给定燃料产生羽烟和微粒排放的倾向也可受某些因素的影响，诸如：高燃料粘性、高火焰点 火温度、高燃料碳-氢比、在燃烧区内的燃料雾化效率时间等。 有色（烟）羽烟（微粒排放）的视觉危害是显著的。在一些情况下，这些羽烟在 视觉上可感知长达30分钟或更久，例如，在功率系统的一部分的启动阶段期间。这些烟羽 可为不合需要的，特别是在功率系统（例如燃气涡轮功率系统）位于居住和/或商用地理 区域附近的情况下。特别地，烟羽的视觉可感知性质可在位于功率系统附近的人口之中引 起焦虑。 用于减少基于燃气涡轮的功率系统中的有色烟羽的传统方法是修改燃料-空气 t匕、燃烧温度和涡轮和/或压缩机的运行速度，以便减少产生的有色羽烟的量。这些传统方 法可能需要实施复杂的控制逻辑，而且最终可能导致系统效率降低，以及降低热气路径构 件寿命，因为会以降低的水平运行涡轮和/或压缩机比预期的更长时间。这些方法还可延 长涡轮和/或压缩机的启动持续时间。 与传统方法相比，本技术的多种实施例包括一种使用至少一个诱导器来在涡 轮的排气（排出气）到达热回收蒸汽发生器（HRSG)区段之前混合排气的系统。诱导器使 环境空气和转移的压缩机排出空气结合，并且将其提供给涡轮，然后将那个空气排到HRSG 区段。在涡轮的排气释放到大气之前，诱导器可有效地稀释涡轮的排气（通过混合），从而 减少有色羽烟（烟）的出现。 在特定实施例中，公开一种用于涡轮（例如，燃气涡轮）的排气羽烟减少系统。排 气羽烟减少系统可包括将压缩机流体地连接到涡轮的排气室上的第一管道。排气羽烟减少 系统可进一步包括与第一管道可操作地连接的第一控制阀，第一控制阀调整通过第一管道 的压缩机空气的流量。排气羽烟减少系统可进一步包括流体诱导器，流体诱导器具有：与第 一管道流体地连接的第一入口、与环境（环境空气或外部空气）流体地连接的第二入口，以 及与排气室流体地连接的出口。 本技术的第二方面包括一种系统，其具有：压缩机、与压缩机的排气口流体地 连接的燃烧器、与燃烧器的排气口流体地连接的涡轮，以及与涡轮的排气口流体地连接的 排气室。系统进一步包括流体地连接到压缩机和排气室上的排气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮排气羽烟减少系统，所述排气羽烟减少系统包括：将压缩机流体地连接到所述涡轮的排气室上的第一管道；第一控制阀，其与所述第一管道可操作地连接，以调整通过所述第一管道的压缩机空气的流量；以及流体诱导器，其包括：　　与所述第一管道流体地连接的第一入口；　　与环境流体地连接的第二入口；以及　　与所述排气室流体地连接的出口。

【技术特征摘要】
2012.10.02 US 13/633,5591. 一种涡轮排气羽烟减少系统，所述排气羽烟减少系统包括： 将压缩机流体地连接到所述涡轮的排气室上的第一管道； 第一控制阀，其与所述第一管道可操作地连接，以调整通过所述第一管道的压缩机空 气的流量；以及 流体诱导器，其包括： 与所述第一管道流体地连接的第一入口； 与环境流体地连接的第二入口；以及 与所述排气室流体地连接的出口。2. 根据权利要求1所述的排气羽烟减少系统，其特征在于，进一步包括： 与所述第一管道和压缩机排出室流体地连接的第二管道，所述第二管道用于将压缩机 排出空气提供给所述第一管道。3. 根据权利要求2所述的排气羽烟减少系统，其特征在于，进一步包括： 第二控制阀，其与所述第二管道可操作地连接，以调整通往所述第一管道的压缩机排 出空气的流量。4. 根据权利要求1所述的排气羽烟减少系统，其特征在于，进一步包括： 与所述第一管道可操作地连接的流量传感器，所述流量传感器用于检测通过所述第一 管道的压缩机空气的流率。5. 根据权利要求4所述的排气羽烟减少系统，其特征在于，进一步包括： 可操作地连接到所述流量传感器和所述第一控制阀上的控制系统，所述控制系统构造 成： 获得关于所述压缩机空气的流率的数据；以及 响应于确定所述压缩机空气的流率偏离预定的流率范围而修改所述第一控制阀的位 置。6. 根据权利要求1所述的排气羽烟减少系统，其特征在于，进一步包括： 与所述第一管道可操作地连接的阻断阀，所述阻断阀用于基本完全容许或基本完全阻 止所述压缩机空气流过所述第一管道。7. 根据权利要求6所述的排气羽烟减少系统，其特征在于，所述阻断阀沿着所述第一 管道位于所述第一控制阀的下游。8. 根据权利要求1所述的排气羽烟减少系统，其特征在于，所述流体诱导器在大小上 设置成在所述第二入口上产生真空，以响应于通过所述第一入口吸入压缩机空气而从环境 吸入空气。9. 一种系统，包括： 压缩机； 与所述压缩机的排气口流体地连接的燃烧器； 与所述燃烧器的排气口流体地连接的涡轮； 与所述涡轮的排气口流体地连接的排气室；以及 流体地连接到所述压缩机和所述排气室上的排气羽烟减少系统，所述排气羽烟减少系 统包括： 将所述压缩机流体地连接到所述排气室上的第一管道；以及 流体诱导器，其包括： 与所述第一管道流体地连接的第一入口； 与环境流体地连接的第二入口；以及 与所述排气室流体地连接的出口， 其中，所述流体诱导器在大小上设置成将来自环境的空气提供给所述排气室，以使其 与所述涡轮的排气混合。10. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包括再热器，其用于接收稀释排 气，以及将所述稀释排气提供给环境。11. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：AI西皮奥，S埃卡纳亚克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：新型
国别省市：美国;US