用于冷却涡轮机排气的设备及方法 【技术领域】
本发明涉及涡轮机。更具体而言，本发明涉及冷却涡轮机的排气。
背景技术
来自于涡轮机例如燃气涡轮机发电设备的排气，通常必须满足释放到大气中的排气成分的严格管理要求。NOx为通常存在于排气中且经受管制的一种成分。为了从排气流中除去NOx，通常采用诸如选择性催化还原(SCR)的技术。在SCR工艺中，氨(NH3)等与NOx进行反应，并且生成氮气(N2)和水(H2O)。SCR工艺的效率取决于所处理的排气的温度。来自于涡轮机中的排气通常为大约1100华氏度，并且必须在SCR之前进行冷却以提高SCR的效率来满足要求。这种冷却通常通过由大型风扇系统来促使较冷的周围空气进入排气流中对排气进行稀释而实现。这些风扇系统必须能够具有高流速和高压，并且会增加涡轮机工作的复杂性和成本。
【发明内容】
根据本发明的一个方面，一种涡轮机包括至少一个排气通路以及能够从排气中除去物质的至少一个排气处理器，其中，沿该排气通路引导排气并将其释放到周围环境中。一个或多个周围空气入口位于排气处理器上游的排气通路上。该至少一个排气通路构造成用以减小其中的排气压力，以经由该一个或多个周围空气入口来将周围空气吸入该至少一个排气通路中。周围空气降低了排气温度，以提高该至少一个排气处理器的效率。
根据本发明的另一个方面，一种用于将涡轮机排气释放到周围环境中的方法，其包括使排气沿至少一个排气通路加速，以及降低该至少一个排气通路中的排气压力。该方法还包括通过降低排气压力，经由一个或多个周围空气入口来将周围空气吸入该至少一个排气通路中，从而降低排气温度，以及将排气分发到周围环境中。
通过结合附图的如下说明，这些及其它优点和特征将变得更为明显。
【附图说明】
在权利要求书中，特别地指出并清楚地要求被视作本发明的主题。通过参照如下详细说明并结合附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将更为明显，在附图中：
图1为用于涡轮机的排气设备的实施例的简图；
图2为图1中的排气设备的局部透视图；以及
图3为用于涡轮机的排气设备的另一实施例的简图。
本详细说明通过参照附图的实例来阐明本发明的实施例、优点及特征。
零件清单
10燃气涡轮机
12燃烧器
14涡轮
16排气
18排气口
20排气管(stack)
22混合管路
24选择性催化还原(SCR)系统
26过渡管路
28次级入口
30周围空气
32上游端
34混合管路轴线
36扩散器
38风机
【具体实施方式】
图1中所示出的是涡轮机例如燃气涡轮机10的实施例的简图。燃气涡轮机10包括一个或多个燃烧器12，燃料和压缩空气在燃烧器12中混合并被点燃。燃烧的热气产物流向涡轮14，涡轮14从热气中吸取功。在流动穿过涡轮14之后，热气或排气16穿过排气口18，经由混合管路22流向排气管20，以便释放到大气中。
为了减少不期望的物质例如从排气管20释放到大气中的NOx的量，促使排气16在释放到大气中之前穿过排气处理器，在一些实施例中为选择性催化还原(SCR)系统24。如图1中所示，在一些实施例中，SCR系统24设置在混合管路22与排气管20之间，例如处于过渡管路26上。然而，应该认识到的是，SCR系统24可设置在其它位置上，例如在混合管路22中或在排气管20中。此外，实施例不限于使用一个SCR系统24，而是可采用多个SCR系统24。SCR系统24通常包括大量催化剂和喷氨(NH3)格栅。在催化剂中，氨(NH3)与排气16中的NOx反应，并且生成氮气(N2)和水(H2O)，从而在将排气16释放到大气中之前从排气16中除去受管制的NOx。采用SCR系统从排气中除去NOx仅为示例性的。应当认识到的是，可采用其它排气处理器来从排气中除去其它不期望的物质，例如SOx、Hg或微粒。
图1中实施例的混合管路22所具有的截面积大于排气口18的截面积，并且将排气16引向SCR系统24。在混合管路22中提供了一个或多个次级入口28，其容许周围空气30进入混合管路22中，以在排气16到达SCR系统24之前冷却排气16。如图2中最佳地示出，次级入口28的实施例设置在混合管路22的大致上游端32，并且为在径向上远离混合管路轴线34延伸而在纵向上朝向排气口18延伸的圆锥形。应当认识到的是，图2中的构造仅为示例性的，并且可在本范围内构思出一个或多个次级入口28的其它构造和/或位置。例如，一个或多个次级入口28可设置在沿混合管路轴线34的其它位置上，并且/或者可构造为围绕混合管路22的周界定位的大量次级入口28。
混合管路22构造成用以促使大气30经由一个或多个次级入口28进入混合管路22中。由于混合管路22的较大截面积，故从排气口18流到图1的混合管路22中地排气扩展，从而在混合管路22中产生压力较低的区域。低压产生吸入效应，从而经由一个或多个次级入口28将周围空气30吸入混合管路22中。在一些实施例中，混合管路22连接到扩散器36上，扩散器36具有沿混合管路轴线34向下游朝过渡管路26延伸的发散截面。这种构造在混合管路22中进一步产生低压，这增强了吸入效应，从而经由一个或多个次级入口28将更多周围空气30吸入混合管22中。在混合管路22中，当排气16和周围空气30沿混合管路轴线34行进时，周围空气30对排气16进行稀释并与其混合。排气16和周围空气30最后形成的混合物比流出涡轮14的排气16具有更低的温度。
在一些实施例中，从燃气涡轮机10进入混合管路22的排气16的温度为大约1100华氏度至1200华氏度。混合管路22和一个或多个次级入口28构造成用以在排气16进入SCR系统24之前使排气16和周围空气30的混合物的温度达到800华氏度至900华氏度。使排气16的温度降低到此范围会提高将排气16经由排气管20释放之前SCR系统24从排气16中除去NOx的效率。此外，通过促使周围空气30经由一个或多个次级入口28进入混合管路22来冷却排气16可在不利用现有技术的风扇的情况下实现，从而降低了燃气涡轮机10的复杂性。
如图3中所示，在期望更为深度的混合和/或冷却的实施例中，利用一个或多个风机38来将额外的周围空气30引入一个或多个次级入口28下游的混合管路22中。由一个或多个风机38提供的周围空气30进一步冷却排气16，以确保到达SCR系统24的排气16处于提高SCR系统24效率的温度。
尽管仅结合了有限数量的实施例来详细描述本发明，但应当容易地理解到，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可修改本发明以结合此前并未描述但与本发明精神和范围相当的许多变型、改变、替换或等同布置。此外，尽管已描述了本发明的多种实施例，但应当理解到，本发明的方面可仅包括上述实施例中的一些。因此，本发明并非视作为限于上述说明，而是仅由所附权利要求的范围来限制。