生成蒸汽且提供冷卻的燃燒氣體的系統的制作方法

本發明大體上涉及一種燃氣渦輪發電設備，如聯合循環或熱電聯合發電設備。更具體而言，本發明涉及一種用于生成蒸汽且將冷卻的燃燒氣體提供至發電設備的副燃氣渦輪的燃燒器的系統。

背景技術：

燃氣渦輪發電設備如聯合循環或熱電聯合發電設備大體上包括燃氣渦輪，其具有壓縮機、燃燒器、渦輪、設置在渦輪下游的余熱回收蒸汽發生器(hrsg)，以及與hrsg流體連通的蒸汽渦輪。在操作期間，空氣經由入口系統進入壓縮機，并且在其朝至少部分地包繞燃燒器的壓縮機排放部或擴散器殼發送時逐漸地壓縮。壓縮空氣的至少一部分與燃料混合并且在限定于燃燒器內的燃燒室內焚燒，由此生成高溫和高壓的燃燒氣體。

燃燒氣體沿從燃燒器穿過渦輪的熱氣體路徑發送，其中它們在它們流動橫跨靜止導葉和聯接于轉子軸的可旋轉渦輪葉片的交替級時逐漸地膨脹。動能從燃燒氣體傳遞至渦輪葉片，因此引起轉子軸旋轉。轉子軸的旋轉能可經由發電機轉化成電能。燃燒氣體作為排出氣體離開渦輪，并且排出氣體進入hrsg。來自排出氣體的熱能傳遞至流動穿過hrsg的一個或更多個換熱器的水，由此產生過熱蒸汽。過熱蒸汽接著發送到蒸汽渦輪中，該蒸汽渦輪可用于生成附加電，因此提高總體發電設備效率。

針對來自基于燃氣渦輪的發電設備的低排放的法規要求近年來繼續變得更嚴。世界各地的環保機構現在要求來自新的和現有的燃氣渦輪兩者的甚至更低水平的氮氧化物(nox)和其它污染物和一氧化碳(co)的排放。

傳統上，至少部分地由于排放限制，用于聯合循環或熱電聯合發電設備的燃氣渦輪負載耦合于發電設備的蒸汽產生要求或者由其驅使，并且不一定由電網電力需求驅使。例如，為了滿足發電設備蒸汽需求同時保持可接受的排放水平，可必要的是在全速滿載狀態下，甚至在電網需求或發電設備對電的需求為低的時操作燃氣渦輪，由此降低總體發電設備效率。

技術實現要素：

本發明的方面和優點在以下描述中在下面闡述，或者可從描述為明顯的，或者可通過本發明的實踐學習。

本發明的一個實施例為發電設備。發電設備包括第一燃氣渦輪，其包括壓縮機、壓縮機下游的燃燒器、設置在燃燒器下游的渦輪，以及渦輪的出口下游的排氣導管。渦輪包括與渦輪的熱氣體路徑流體連通的至少一個渦輪抽取端口。排氣導管從渦輪出口接收排出氣體，并且(多個)渦輪抽取端口限定燃燒氣流流出熱氣體路徑的流動路徑。發電設備還包括第一氣體冷卻器，其具有流體地聯接于渦輪抽取端口的主入口、流體地聯接于冷卻劑供應系統的副入口，以及與排氣導管流體連通的出口。第一氣體冷卻器提供冷卻的燃燒氣體至排氣導管，該冷卻的燃燒氣體與排出氣體混合來將排出氣體混合物提供至排氣導管下游的第一換熱器。發電設備還包括第二燃氣渦輪，其包括壓縮機、燃燒器和渦輪。第二燃氣渦輪的燃燒器與第一氣體冷卻器的出口流體連通。

技術方案1.一種發電設備，其包括：

第一燃氣渦輪，其包括壓縮機、所述壓縮機下游的燃燒器、設置在所述燃燒器下游的渦輪，以及所述渦輪的出口下游的排氣導管，所述渦輪包括與所述渦輪的熱氣體路徑流體連通的渦輪抽取端口，其中所述排氣導管從所述渦輪出口接收排出氣體，并且其中所述渦輪抽取端口限定燃燒氣流流出所述熱氣體路徑的流動路徑；

第一氣體冷卻器，其具有流體地聯接于所述渦輪抽取端口的主入口、流體地聯接于冷卻劑供應系統的副入口，以及與所述排氣導管流體連通的出口，其中所述第一氣體冷卻器將冷卻的燃燒氣體提供至所述排氣導管，其中所述冷卻的燃燒氣體與所述排出氣體混合來將排出氣體混合物提供至所述排氣導管下游的第一換熱器；以及

第二燃氣渦輪，其包括壓縮機、燃燒器和渦輪，其中所述燃燒器與所述第一氣體冷卻器的所述出口流體連通，并且從其接收所述冷卻的燃燒氣體的一部分。

技術方案2.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述第一氣體冷卻器的所述出口與所述第二燃氣渦輪的所述燃燒器的一個或更多個燃料噴嘴流體連通。

技術方案3.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述第一氣體冷卻器的所述出口在所述第二燃氣渦輪的所述燃燒器的一個或更多個燃料噴嘴下游的點處與所述第二燃氣渦輪的所述燃燒器流體連通。

技術方案4.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述第二燃氣渦輪的所述燃燒器包括設置在主燃燒區下游的多個燃料噴射器，其中所述第一氣體冷卻器的所述出口與所述多個燃料噴射器流體連通。

技術方案5.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述第一換熱器從所述排出氣體混合物抽取熱能來產生蒸汽。

技術方案6.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述發電設備還包括設置在所述第一換熱器下游的蒸汽渦輪。

技術方案7.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述發電設備還包括流體地聯接在所述第一氣體冷卻器的所述出口與所述第二燃氣渦輪的所述燃燒器之間的第二換熱器。

技術方案8.根據技術方案7所述的發電設備，其特征在于，所述第二換熱器在所述第二燃氣渦輪的所述燃燒器上游從所述冷卻的燃燒氣體抽取熱能。

技術方案9.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述第一氣體冷卻器包括噴射器。

技術方案10.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述第一氣體冷卻器包括聯機的靜止混合器。

技術方案11.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述冷卻劑供應系統包括流體地聯接于所述第一氣體冷卻器的所述副入口的周圍空氣進氣系統。

技術方案12.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述冷卻劑供應系統包括所述第一燃氣渦輪的所述壓縮機，其中所述壓縮機經由壓縮機抽取端口流體地聯接于所述第一氣體冷卻器的所述副入口。

技術方案13.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述冷卻劑供應系統包括第二氣體冷卻器，其具有流體地聯接于所述第一燃氣渦輪的所述壓縮機的主入口、流體地聯接于周圍空氣進氣系統的副入口，以及與所述第一氣體冷卻器的所述副入口流體連通的出口。

技術方案14.根據技術方案13所述的發電設備，其特征在于，所述第二氣體冷卻器包括噴射器。

技術方案15.根據技術方案13所述的發電設備，其特征在于，所述第二氣體冷卻器包括聯機的靜止混合器。

技術方案16.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述發電設備還包括設置在所述第一氣體冷卻器出口下游和所述排氣導管上游的冷卻劑噴射系統，其中所述冷卻劑噴射系統將冷卻劑噴射到從所述第一氣體冷卻器出口流動的冷卻的燃燒氣流中。

技術方案17.根據技術方案16所述的發電設備，其特征在于，所述冷卻劑為水。

技術方案18.根據技術方案16所述的發電設備，其特征在于，所述冷卻劑為蒸汽。

技術方案19.根據技術方案1所述的發電設備，其特征在于，所述發電設備還包括控制器，其電子地聯接于流體地連接在所述渦輪抽取端口與所述第一氣體冷卻器主入口之間的第一控制閥，以及設置在所述第一氣體冷卻器的所述副入口上游的第二控制閥。

技術方案20.根據技術方案19所述的發電設備，其特征在于，所述發電設備還包括電子地聯接于所述控制器并且在所述排氣導管上游與所述渦輪抽取端口熱連通的溫度監測器，以及設置在所述第一換熱器下游并且電子地聯接于所述控制器的蒸汽流監測器，其中所述控制器響應于由所述溫度監測器提供至所述控制器的數據信號來促動增大或減小來自所述渦輪的所述燃燒氣流的所述第一控制閥和增大或減小穿過所述第一氣體冷卻器的所述副入口的質量流的所述第二控制閥中的至少一個。

本領域技術人員將在審閱說明書時更好地認識到此類實施例及其它實施例的特征和方面。

附圖說明

包括針對本領域技術人員的其最佳模式的本發明的完整且開放的公開在包括參照附圖的說明書的其余部分中更詳細闡述，在該附圖中：

圖1為根據本發明的一個實施例的示例性的基于燃氣渦輪的熱電聯合發電設備的示意圖；

圖2為根據本發明的至少一個實施例的示例性燃氣渦輪的一部分的簡化截面側視圖；

圖3為根據本發明的一個實施例的如圖1中所示的示例性的基于燃氣渦輪的熱電聯合發電設備的示意圖；以及

圖4為根據本發明的至少一個實施例的包括示例性燃燒器的一部分的如圖1-3中所示的發電設備的示例性第二燃氣渦輪的一部分的簡化截面側視圖。

部件列表

10發電設備

12軸向中心線-燃氣渦輪

100第一燃氣渦輪

102壓縮機

104燃燒器

106渦輪

108入口導葉

110空氣

112壓縮空氣

114燃燒氣體

116軸

118排出氣體

120排氣導管

122換熱器

124蒸汽

126蒸汽渦輪

128設施

130流監測器

132流監測器

134內渦輪殼

136外渦輪殼

138熱氣體路徑

140抽取端口

142抽取管

144第一氣體冷卻器

146第一氣體冷卻器主入口

148第一氣體冷卻器-副入口

150冷卻劑供應系統

152第一氣體冷卻器-出口

154冷卻劑

156周圍空氣供應系統

158壓縮機抽取端口

160冷卻的燃燒氣體

162排出氣體混合物

164第二氣體冷卻器

166第二氣體冷卻器主入口

168第二氣體冷卻器-副入口

170第二氣體冷卻器-出口

172冷卻劑噴射系統

174冷卻劑

176冷卻劑供應源

178混合室

180控制閥

182控制閥

184控制閥

186控制閥

188控制閥

190溫度監測器

192溫度監測器

194溫度監測器

196溫度監測器

198溫度監測器

200第二燃氣渦輪

202壓縮機

204燃燒器

206渦輪

208第二換熱器

210燃料噴嘴

212端蓋

214燃燒區

216入口-渦輪

218燃料噴射器

220閥

300控制器

302數據信號-冷卻的燃燒氣體溫度

304數據信號-燃燒氣體溫度

306數據信號-排出氣體混合物溫度

308數據信號-冷卻劑溫度

310數據信號-冷卻的燃燒氣體溫度

312數據信號-蒸汽流數據

314數據信號-蒸汽流數據

316信號

318信號

320信號

322信號

324信號

326信號

328信號

330信號

332信號

334信號。

具體實施方式

現在將詳細參照本發明的本實施例，其一個或更多個實例在附圖中示出。詳細描述使用了數字和字母標號來表示附圖中的特征。附圖和描述中相似或類似的標號用于表示本發明的相似或類似的部分。如本文中使用的，用語"第一"、"第二"和"第三"可以可互換地使用，以將一個構件與另一個區分開，并且不旨在表示獨立構件的位置或重要性。用語"上游"和"下游"是指相對于流體通道中的流體流的相對方向。例如，"上游"是指流體流自的方向，而"下游"是指流體流至的方向。

本文中使用的用語出于僅描述特定實施例的目的，并且不旨在限制本發明。如本文中使用的，單數形式"一"、"一個"和"該"旨在也包括復數形式，除非上下文另外清楚地指示。還將理解的是，用語"包括(comprises)"和/或"包含(comprising)"在用于本說明書中時表示敘述的特征、整數、步驟、操作、元件和/或構件的存在，但并未排除存在或添加一個或更多個其它特征、整數、步驟、操作、元件、構件和/或它們的組。

各個實例經由闡釋本發明提供，而不限制本發明。實際上，對本領域技術人員而言將顯而易見的是，可在本發明中作出改型和變型，而不脫離其范圍或精神。例如，示為或描述為一個實施例的部分的特征可用于另一個實施例上以產生又一個實施例。因此，意圖是，本發明覆蓋歸入所附權利要求和它們的等同物的范圍內的此類改型和變型。

在常規熱電聯合發電設備中，燃料和空氣供應至燃氣渦輪。空氣穿過燃氣渦輪的入口到燃氣渦輪中的燃燒器上游的壓縮機區段中。在空氣由燃燒器加熱之后，在過程中產生的加熱的空氣和其它氣體(即，燃燒氣體)穿過渦輪區段。來自燃氣渦輪的全部量的排出氣體從渦輪區段經過至燃氣渦輪的排氣區段，并且流動至余熱回收蒸汽發生器(hrsg)，其經由一個或更多個換熱器從排出氣體抽取熱來產生蒸汽。

在某些情況中，對蒸汽的需求可低于可由燃氣渦輪排氣生成的蒸汽的量，排出氣體中的一些可引導遠離余熱回收蒸汽發生器，如，傳輸至排氣煙囪，其在釋放到大氣中之前過濾排出氣體。作為備選，如果蒸汽產生需求高于由燃氣渦輪排氣生成的蒸汽，則來自燃氣渦輪的排出氣體的增加可產生來生成期望的蒸汽。

本實施例提供系統，其用以在與從渦輪的出口流動的排出氣體混合之前使從燃氣渦輪的渦輪直接抽取的熱燃燒氣體冷卻或回火，并且用于將冷卻的燃燒氣流提供至第二或副燃氣渦輪，特別是至第二燃氣渦輪的壓縮機和/或渦輪。盡管燃燒氣體使用從壓縮機抽取的壓縮空氣經由氣體冷卻器冷卻，但冷卻的燃燒氣體仍比從渦輪流動的排出氣體顯著更熱。結果，來自冷卻的燃燒氣體的熱能在換熱器/鍋爐和/或余熱回收蒸汽發生器(hrsg)上游升高排出氣體的溫度，由此提高由燃氣渦輪的蒸汽產生。

蒸汽可用管輸送至蒸汽渦輪，用于熱產生和/或用于其它工業過程。系統可用于熱電聯合系統中，使得熱電聯合系統可產生較高量的蒸汽，而不產生功率的成比例增加。實施例系統因此提供到熱電聯合系統中的燃料輸入的有效使用，并且避免由燃氣渦輪的非期望的功率的浪費產生。第二燃氣渦輪的潛在益處可包括提高的壓縮機效率、提高的渦輪效率和/或提高的渦輪冷卻。

本文中提供的實施例提供優于現有的熱電聯合或聯合循環發電設備的各種技術優點。例如，本文中提供的系統可包括將蒸汽產生調制在期望的水平處同時保持熱和其它操作效率的能力；提供較高溫度的氣體來產生燃氣渦輪下游的更多蒸汽的能力；在關于燃氣渦輪的較低功率輸出下操作并且生成更多蒸汽的能力；最小化浪費的產物(即，產生燃氣渦輪中的不必要的功率)的能力；以及以更成本有效且高效的容量操作熱電聯合系統的能力。

現在參照附圖，其中同樣的標記遍及附圖指示相同的元件，圖1提供了具有蒸汽產生能力的示例性燃氣渦輪發電設備10的功能框圖。發電設備10包括第一燃氣渦輪100，其可并入本發明的各種實施例。第一燃氣渦輪100大體上包括按串流順序的壓縮機102、具有一個或更多個燃燒器104的燃燒區段，以及渦輪106。第一燃氣渦輪100還可包括設置在壓縮機108的入口或上游端處的入口導葉108。在操作中，空氣110流動橫跨入口導葉108并且流入壓縮機102中。壓縮機102將動能給予空氣110來產生如由箭頭112示意性指示的壓縮空氣。

壓縮空氣112與來自燃料供應系統的燃料如天然氣混合，以形成(多個)燃燒器104內的可燃混合物。可燃混合物焚燒來產生具有高溫、高壓和高速的如由箭頭114示意性指示的燃燒氣體。燃燒氣體114流動穿過渦輪106的各種渦輪級s1,s2,s3,sn來產生功。

渦輪106可具有兩個或更多個級，例如，低壓區段和高壓區段。在一個實施例中，渦輪106可為兩軸渦輪，其包括低壓區段和高壓區段。在特定構造中，渦輪106可具有4個或更多個級。渦輪106可連接于軸116，以使渦輪106的旋轉驅動壓縮機102產生壓縮空氣112。作為備選或此外，軸116可將渦輪106連接于發電機(未示出)用于產生電。燃燒氣體114在其流動穿過渦輪106時失去熱能和動能，并且作為排出氣體118經由排氣導管120離開渦輪106，排氣導管120可操作地聯接于渦輪106的下游端。

排氣導管120可經由各種管、導管、閥等流體地聯接于第一換熱器或鍋爐122。換熱器122可為獨立的構件，或者可為余熱回收蒸汽發生器(hrsg)的構件。在各種實施例中，換熱器122用于從排出氣體118抽取熱能來產生蒸汽124。在特定實施例中，蒸汽124可接著經由各種管、閥管道等發送至蒸汽渦輪126，以產生附加的功率或電。蒸汽124的至少一部分可從換熱器122用管輸送至現場或場外的設施128，其將蒸汽分送至用戶，并且/或者使用蒸汽用于二次操作，如，熱產生或其它工業操作或過程。在一個實施例中，蒸汽124可用管輸送至蒸汽渦輪126下游，并且進一步用于各種二次操作，如，熱產生或其它二次操作。

來自換熱器122的蒸汽流速或輸出可經由一個或更多個流監測器來監測。例如，在一個實施例中，流監測器130可提供在換熱器122下游。在一個實施例中，流監測器132可設置在蒸汽渦輪126下游。

圖2提供了如可并入本發明的各種實施例的示例性第一燃氣渦輪100的一部分的簡化截面側視圖，該部分包括壓縮機102的一部分、燃燒器104、渦輪106和排氣導管120。在一個實施例中，如圖2中所示，渦輪106包括內渦輪殼134和外渦輪殼136。內渦輪殼134和外渦輪殼136繞著第一燃氣渦輪100的軸向中心線12沿周向延伸。內渦輪殼134和/或外渦輪殼136至少部分地包圍連續成排的定子導葉和轉子葉片，它們構成渦輪106的各種級s1,s2,s3,sn。

渦輪殼134,136正常地密封，具有僅兩個開口：渦輪106的上游處的燃燒氣體入口，以及渦輪106的下游端處的排出氣體或渦輪出口。渦輪106的下游端可操作地連接于排氣導管120。常規地，全部量的燃燒氣體114穿過由內渦輪殼134和外渦輪殼136內的渦輪106的各種級限定的熱氣體路徑138，到排氣導管120中，并且排出氣體118的至少一部分可引導出排氣導管120至換熱器122。

在操作期間，如果確定對蒸汽產生的需求高于對由第一燃氣渦輪100產生的功率的需求，則燃燒氣體114的一部分可經由如圖2中所示的一個或更多個對應渦輪抽取端口140從渦輪級s1,s2,s3,sn中的一個或更多個抽取。為了圖示，示出了四個渦輪抽取端口140(a-d)。然而，渦輪106可包括任何數量的渦輪抽取端口140。例如，渦輪106可包括一個渦輪抽取端口140、兩個渦輪抽取端口140、三個渦輪抽取端口140，或四個或更多個渦輪抽取端口140。各個渦輪抽取端口140流體地聯接于渦輪級s1,s2,s3,sn中的一個或更多個和/或與其流體連通。各個渦輪抽取端口140提供燃燒氣流114從在燃燒器104下游但在排氣導管120上游的點流出渦輪106的流動路徑。

如圖2中所示，渦輪抽取端口140(a-d)中的一個或更多個可經由一個或更多個抽取管142與渦輪級s1,s2,s3或sn中的一個或更多個流體連通。(多個)抽取管142和渦輪抽取端口140提供從熱氣體路徑138穿過內渦輪殼134和/或外渦輪殼136并且離開渦輪106的燃燒氣體114的流體連通，以在高于從渦輪106的出口流入排氣導管120中的排出氣體118的溫度下獲得燃燒氣體114的一部分。

如圖2中所示，渦輪106中的級是連續的，使得燃燒氣體114流動穿過從s1至末級sn的級。渦輪級s1為第一級，并且直接從燃燒器104接收熱燃燒氣體114。燃燒氣體114的溫度隨各個連續級降低。例如，s1渦輪級處的燃燒氣體114具有高于后續渦輪級s2,s3,sn等處的溫度。排出氣體118在低于渦輪106內的燃燒氣體114的溫度下，并且因此具有較少熱能。

圖3提供了根據本發明的一個實施例的具有如圖1中所示的蒸汽產生能力的示例性燃氣渦輪發電設備10的功能框圖。在一個實施例中，如圖1,2和3中所示，發電設備10包括第一氣體冷卻器144。第一氣體冷卻器144包括流體地聯接于一個或更多個渦輪抽取端口140中的一個或更多個的主入口146、經由各種管、管道、閥等來流體地聯接于冷卻劑供應系統150的副入口148，以及經由各種管、管道、閥等與排氣導管120流體連通的出口152。在一個實施例中，第一氣體冷卻器144包括噴射器。在一個實施例中，第一氣體冷卻器144包括靜止混合器。靜止混合器大體上包括在外殼或管內串聯堆疊并且與主入口146和副入口148以及與出口152流體連通的獨立混合元件。各個混合元件可關于相鄰的混合元件定向成使流動穿過靜止混合器的兩種或更多種流體均勻。

冷卻劑供應系統150將冷卻劑154提供至第一氣體冷卻器144的副入口148。在特定實施例中，如圖1和3中所示，冷卻劑供應系統150包括周圍空氣供應系統156，用于收集和/或調節第一氣體冷卻器144的副入口148上游的周圍空氣。在特定實施例中，如圖2和3中所示，冷卻劑供應系統150包括第一燃氣渦輪100的壓縮機102。壓縮機102可經由一個或更多個壓縮機抽取端口158并且經由各種管、管道、閥等流體地聯接于第一氣體冷卻器144的副入口148。

(多個)壓縮機抽取端口158提供用于壓縮空氣112的一部分在壓縮機102的上游或入口與限定在燃燒器102上游或緊接上游的壓縮機102的出口之間的點處流出壓縮機102的流動路徑。由于壓縮空氣112從入口到出口提高壓力和溫度，故(多個)壓縮機抽取端口158可在各種點處沿壓縮機102軸向地間隔，以捕獲期望溫度和壓力下的壓縮空氣112的一部分。

在操作中，從一個或更多個渦輪抽取端口140抽取的燃燒氣體114用作流動穿過第一氣體冷卻器144的原動流體。來自周圍空氣供應源156的周圍空氣或從壓縮機抽取端口148抽取的壓縮空氣112的一部分流入第一氣體冷卻器144的副入口148中，并且在排氣導管120上游冷卻燃燒氣流114，并且還可增大從第一氣體冷卻器144到排氣導管120中的質量流。冷卻的燃燒氣體160從第一氣體冷卻器144的出口152流動，并且在高于排出氣體118的溫度下發送到排氣導管120中。冷卻的燃燒氣體160與排出氣體118在排氣導管120內混合，以將加熱的排出氣體混合物162提供至設置在排氣導管120下游的換熱器122。來自冷卻的燃燒氣體160的熱能升高排出氣體118的溫度，由此提高發電設備10的蒸汽產生能力。

在特定實施例中，如圖3中所示，冷卻劑供應系統150可包括設置在(多個)壓縮機抽取端口158下游并且在第一氣體冷卻器144的副入口148上游的第二氣體冷卻器164。第二氣體冷卻器164可經由各種管、管道、閥等流體地聯接于(多個)壓縮機抽取端口158和第一氣體冷卻器144的副入口148。第二氣體冷卻器164包括流體地聯接于(多個)壓縮機抽取端口158的主入口166、與周圍空氣供應系統156流體連通的副入口168，以及與第一氣體冷卻器144的副入口148流體連通的出口170。在該實施例中，來自(多個)壓縮機抽取端口158的壓縮空氣112充當穿過第二氣體冷卻器164的原動流體。從周圍空氣供應系統156進入第二氣體冷卻器164的副入口168的空氣在第一氣體冷卻器144的副入口148上游冷卻壓縮空氣流112，由此增強流動穿過其的燃燒氣體114的冷卻。流入第二氣體冷卻器164中的空氣還可增大從(多個)壓縮機抽取端口148到第一氣體冷卻器144中的空氣質量流。

在特定實施例中，如圖2和3中所示，發電設備10還包括設置在第一氣體冷卻器144的出口152下游和在排氣導管120上游的冷卻劑噴射系統172。冷卻劑噴射系統172可包括噴霧噴嘴、噴霧塔、洗滌器，或構造成將冷卻劑174從冷卻劑供應源176噴射到從第一氣體冷卻器144的出口152流動的冷卻的燃燒氣流160中，由此在排氣導管120上游進一步冷卻冷卻的燃燒氣體160的其它各種構件(未示出)。

在特定實施例中，如圖2和3中所示，冷卻劑噴射系統172可包括混合室178，混合室178流體地聯接于第一氣體冷卻器144的出口152并且定位在其下游。混合室178可經由各種管、管道、閥等流體地聯接于排氣導管120。混合室178可構造成混和來自第一氣體冷卻器144出口152的冷卻的燃燒氣流160和來自排氣導管120上游的冷卻劑供應源176的冷卻劑174。以該方式，冷卻劑174可用于進一步降低或控制換熱器122和/或排氣導管120上游的冷卻的燃燒氣體160的溫度。冷卻劑174可為可與燃燒氣體160混合用于其預期目的的任何液體或氣體。在一個實施例中，冷卻劑174為水。在一個實施例中，冷卻劑174包括蒸汽。

在如圖1-3中所示的各種實施例中，發電設備10包括流體地聯接于第一氣體冷卻器144的出口152并且設置在其下游的第二燃氣渦輪200。第二燃氣渦輪200包括按串流順序的壓縮機202、具有至少一個燃燒器204的燃燒系統和渦輪206。在特定實施例中，第二燃氣渦輪200的燃燒器204可經由各種管、管道、閥等流體地聯接于第一氣體冷卻器144的出口152。在特定實施例中，第二換熱器208流體地聯接于第一氣體冷卻器144的出口152并且設置在其下游，并且流體地聯接于第二燃氣渦輪200的燃燒器204并且設置在其上游。

圖4為根據本發明的至少一個實施例的如圖1-3中所示的發電設備10的第二燃氣渦輪200的一部分的簡化截面側視圖，該部分包括燃燒器204的一部分。如圖4中所示，燃燒器204可包括一個或更多個燃料噴嘴210，其從端蓋212朝限定在燃燒器204內的主燃燒區214延伸。在一個實施例中，多個燃料噴嘴210中的至少一個燃料噴嘴210與第一氣體冷卻器144的出口152流體連通，并且/或者與第二換熱器208流體連通。

在特定實施例中，燃燒器202與第一氣體冷卻器144的出口152流體連通，并且/或者在多個燃料噴嘴210下游但在渦輪206的入口216上游的一個或更多個點處與第二換熱器208流體連通。例如，在一個實施例中，燃燒器204包括設置在多個燃料噴嘴210下游和渦輪入口216上游的一個或更多個燃料噴射器或延遲貧燃料噴射器218。各種管、聯接件、配件管道等可并入在燃燒器204的結構周圍和/或到其中，以提供燃燒器202與第一氣體冷卻器144的出口152和/或第二換熱器208之間的一個或更多個流動路徑。

在操作中，冷卻的燃燒氣體160的一部分可從第一氣體冷卻器144的出口152下游但在排氣導管122上游的點發送至第二燃氣渦輪200的燃燒器204。冷卻的燃燒氣體160可用于將熱能添加至燃燒器204，由此提高燃燒效率，和/或保持在第二燃氣渦輪200的各種操作模式下的排放符合。

共同參照圖1,2,3和4，控制器300可用于確定期望的蒸汽產生能力，和/或通過生成和/或發送適當的控制信號至流體地聯接于渦輪抽取端口140中的一個或更多個的各種控制閥180，和/或冷卻劑供應系統150的一個或更多個控制閥182,184，和/或冷卻劑噴射系統172的一個或更多個控制閥186(圖2)，和/或設置在第一氣體冷卻器144的出口152和第二燃氣渦輪200之間的一個或更多個控制閥188，和/或設置在換熱器208與第二燃氣渦輪200燃燒器204之間的一個或更多個控制閥220來調節冷卻的燃燒氣體160至第二燃氣渦輪200的燃燒器204的流。控制器300可為基于微處理器的處理器，其包括非暫時性存儲器，并且具有計算算法的能力。

控制器300可并入generalelectric的speedtronic?燃氣渦輪控制系統，如由geindustrial&powersystems(schenectady,n.y)公布的rowen,w.i.的"speedtronic?markvgasturbinecontrolsystem"ge-3658d中描述的。控制器300還可并入具有(多個)處理器的計算機系統，該(多個)處理器執行儲存在存儲器中的程序，以使用傳感器輸入和來自人類操作者的指令控制燃氣渦輪的操作。

在特定實施例中，控制器300編程成確定生成期望量的蒸汽流所需的排出氣體的期望溫度，調節穿過(多個)閥180的燃燒氣流，穿過(多個)閥182,184的空氣流、穿過閥186的冷卻劑流，以及經由閥188和/或(多個)閥220至第二燃氣渦輪的冷卻的燃燒氣流，以實現發送至換熱器122的排出氣體混合物162的期望溫度，并且實現冷卻的燃燒氣體160至第二燃氣渦輪200的燃燒器204的期望流速。

在操作中，如圖1-4中共同所示，控制器300可接收各種輸入數據信號，如，來自設置在第一氣體冷卻器144的出口152下游的溫度監測器190(圖1-3)的冷卻的燃燒氣體溫度302，和/或來自設置在混合室178處或下游的溫度監測器192(圖2-3)的燃燒氣體溫度304，和/或來自設置在排氣導管120下游和/或換熱器122上游的溫度監測器194(圖1-3)的排出氣體混合物溫度306，和/或來自設置在第二氣體冷卻器164的出口170下游的溫度監測器196(圖3)的冷卻劑溫度308，和/或來自設置在第二換熱器208處或下游的溫度監測器198(圖1-3)的冷卻的燃燒氣體溫度310。

控制器300還可接收來自流監測器132的蒸汽流數據312和/或來自流監測器130的蒸汽流數據314。響應于一個或更多個數據信號302,304,306,308,310,312,314，控制器300可促動(多個)閥180,182,184,186,188和220中的一個或更多個來控制來自渦輪級s1-sn的燃燒氣流、到第一氣體冷卻器144的副入口148中的壓縮空氣流速、到混合室178中的冷卻劑流速，和/或至第二燃氣渦輪200，特別是至第二燃氣渦輪200的燃燒器204的冷卻燃燒氣流，以產生排出氣體混合物162的期望溫度，并且產生至第二燃氣渦輪200的燃燒器204的冷卻的燃燒氣體160的期望的溫度和/或流速。

來自蒸汽渦輪126的蒸汽流輸出可使用流監測器132經由控制器300來監測。至二次操作的蒸汽流輸出可使用流監測器130經由控制器300監測。控制器300可至少部分地基于如由流監測器130,132中的至少一個測得的流輸出來促動(多個)閥180,182,184,186,188中的一個或更多個，以控制來自渦輪級s1-sn的燃燒氣流、到第一氣體冷卻器144的副入口148中的冷卻劑流速、至混合室178的冷卻劑流速，以產生排出氣體混合物162的期望溫度和/或來自換熱器122的期望蒸汽輸出。

由控制器300接收的數據信號，如燃燒氣體溫度、冷卻的燃燒氣體溫度、排出氣體溫度、混合的排出氣體溫度和蒸汽流速，可分析來與預定的期望量蒸汽流相比較。控制器300可使用接收的數據信號來確定是否將期望排出氣體溫度的升高。計算包括確定所需的蒸汽量和期望的功率量，以及確定產生期望的蒸汽量所需的燃燒氣體的溫度和量。

在確定換熱器122產生期望的蒸汽量所需的燃燒氣體114的期望溫度和量之后，控制器300可生成和發送一個或更多個信號316,318,320,322(圖1和3)至適當的(多個)閥180的接收器，以在適當的渦輪級s1,s2,s3,sn處通過渦輪殼134,136抽取燃燒氣體114。控制器300可將信號324發送至任一或兩個閥182,184的接收器，以控制流入第一氣體冷卻器144的副入口148中的冷卻劑154的流速。控制器300還可將信號326發送至閥186(圖2)，以調節期望量的冷卻劑174到混合室178中和/或到來自第一氣體冷卻器144的出口152的冷卻的燃燒氣流160中的流，以將冷卻的燃燒氣體160進一步冷卻至期望的溫度。

控制器300可將信號328(圖1和3)發送至閥188的接收器，以控制流動至第二燃氣渦輪200的冷卻的燃燒氣體160的流速。控制器300可將一個或更多個信號330,332,334(圖4)發送至(多個)閥220的接收器，以控制在沿燃燒器204的一個或更多個位置處流動至第二燃氣渦輪200的燃燒器204的冷卻的燃燒氣體160的流速。控制器300和/或其中提供的系統或多個系統使排出氣體118與冷卻的燃燒氣流160自動地混和，以使排出氣體混合物的溫度高于標稱排出氣體溫度，但低于換熱器122或hrsg的熱極限，同時將冷卻的燃燒氣流提供至第二燃氣渦輪200的燃燒器204。

盡管本文中示出和描述了特定實施例，但應當認識到的是，計算成實現相同目的的任何布置可替換所示的特定實施例，并且本發明在其它環境中具有其它應用。本申請旨在覆蓋本發明的任何改變或變型。以下權利要求絕不旨在將本發明的范圍限于本文中所述的特定實施例。