用于控制进气口中的温度的系统和方法

摘要

本发明提供了一种系统，该系统包括被配置为耦接至气体涡轮系统(10)的进气区段(14)的温度控制系统(11)。该温度控制系统(11)包括具有一个或多个加热器(28)的可变加热系统(12)，该一个或多个加热器被配置为当气流被蒸发冷却系统(13,26)冷却时加热该进气区段(14)中的该气流。该温度控制系统(11)被配置为控制该可变加热系统(12)以基于相对于温度阈值的至少一个温度测量值来改变由该一个或多个加热器(28)供应的热量。

说明书

背景技术

本文所公开的主题涉及气体涡轮，并且更具体地，涉及用于改变由气体涡轮的进气口接收的空气的温度的系统和方法。

气体涡轮或气体涡轮引擎可包括进气区段、压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，进气区段接收来自周围环境的进气，并且压缩机区段压缩该进气。经压缩的空气流到燃烧区段，该燃烧区段使用该经压缩的空气来燃烧一种或多种燃料以生成热燃烧气体。该热燃烧气体驱动涡轮区段的旋转，该涡轮区段继而驱动压缩机区段以及一个或多个负载诸如发电机。

由压缩机区段从进气区段接收的空气的温度影响空气的压缩和由气体涡轮输出的功率。例如，较低温度的进气使压缩机区段能够在较低温度下向燃烧区段供应更大质量流的经压缩的空气，从而增大由气体涡轮输出的功率。然而，如果气体涡轮由于进气的温度过低而产生过多的功率，则可进行调节(例如，部分地关闭入口导向叶片)以减少气体涡轮的功率输出。较高温度的进气使得压缩机区段在较高温度下向燃烧区段供应较小质量流的经压缩的空气，从而降低由气体涡轮输出的功率。

因此，需要控制进气的温度以控制经压缩的空气的质量流和气体涡轮的功率输出。

发明内容

下面概述了与最初提交的权利要求的范围相当的某些实施方案。这些实施方案并非旨在限制本技术的范围，而是这些实施方案仅旨在提供本技术的可能形式的简要概述。实际上，本发明的系统和方法可包括可以与下面阐述的实施方案类似或不同的各种形式。

在某些实施方案中，系统包括被配置为耦接至气体涡轮系统的进气区段的温度控制系统。温度控制系统包括具有一个或多个加热器的可变加热系统，该一个或多个加热器被配置为当气流被蒸发冷却系统冷却时加热进气区段中的该气流。温度控制系统被配置为控制可变加热系统以基于相对于温度阈值的至少一个温度测量值来改变由一个或多个加热器供应的热量。

在某些实施方案中，方法包括控制温度控制系统以调节气体涡轮系统的进气区段中的气流的温度。该方法包括控制蒸发冷却系统以冷却进气区段中的气流。该方法还包括控制具有一个或多个加热器的可变加热系统以加热进气区段中的气流，其中控制可变加热系统包括基于相对于温度阈值的至少一个温度测量值来改变由一个或多个加热器供应的热量。

在某些实施方案中，系统包括被配置为耦接至气体涡轮系统的进气区段的温度控制系统。温度控制系统包括被配置为冷却进气区段中的气流的蒸发冷却系统。温度控制系统还包括具有一个或多个加热器的可变加热系统，该一个或多个加热器被配置为加热进气区段中的气流。此外，温度控制系统包括控制器，该控制器被配置为控制可变加热系统以基于相对于温度阈值的至少一个温度测量值来改变由一个或多个加热器供应的热量。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，附图中相同的符号在整个附图中表示相同的零件，其中：

图1是具有温度控制系统的气体涡轮系统的实施方案的框图，该温度控制系统具有蒸发冷却系统和可变加热系统；

图2是图1的气体涡轮系统的蒸发冷却系统的实施方案的图；

图3是图1的气体涡轮的可变加热系统的实施方案的图；并且

图4是使用图1至图3的温度控制系统控制气体涡轮系统的进气区段中的温度的过程的实施方案的流程图。

具体实施方式

下面将描述本发明的一个或多个具体实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定于实施方式的决策以实现开发者的特定目标，诸如遵守系统相关和业务相关的约束，这些约束可能因实施方式而异。此外，应当理解，此类开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。

当介绍本发明的各种示例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在元件中的一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意味着可能存在除列出元件之外的附加元件。此外，应当理解，对本公开的“一个示例”或“示例”的引用并非旨在被解释为排除也包含所列举特征的其他示例的存在。

在本发明的上下文中，术语“约”或“大约”旨在表示所指示的值并非是精确的，并且实际值可以不实质改变相关操作的方式不同于所指示的值。例如，本文所使用的术语“约”或“大约”旨在传达介于特定公差(例如，±10％、±5％、±1％和±0.5％)内的合适值，如本领域的技术人员将会理解的那样。

如下面详细讨论的，所公开的实施方案包括在气体涡轮的压缩机区段上游的进气区段中的温度控制系统，其中该温度控制系统包括冷却系统(例如，蒸发冷却系统)和可变加热系统(例如，一个或多个加热器)。可变加热系统被配置为在蒸发冷却系统能够连续操作时调节温度。蒸发冷却系统降低压缩机区段上游的进气的温度，从而有助于提高压缩机区段的效率。具体地讲，蒸发冷却系统可被配置为降低进气的温度，以使压缩机区段能够在较低温度下向燃烧区段供应更大质量流的经压缩的空气，从而增大由气体涡轮输出的功率。

如果进气的温度降至等于或低于一个或多个较低温度阈值的温度，则温度控制系统可选择性地使可变加热系统能够通过将进气的温度升高至高于一个或多个温度阈值的温度来抵消冷却效应。较低温度阈值可包括防结冰温度阈值。防结冰温度阈值可为有助于抑制冰形成的温度下限，例如至少高于冻结温度的温度。在一些实施方案中，可选择温度阈值以达到由气体涡轮在一定水平下输出的功率，而不必至少部分地关闭压缩机的入口导向叶片(IGV)。在一些实施方案中，可选择温度阈值以将排放水平降至低于阈值。

蒸发冷却系统可被配置为通过将进气与来自蒸发冷却介质的蒸发液体(例如，水蒸气)混合来冷却该进气，该蒸发冷却介质包括吸收的冷却液体(例如，水)。然而，蒸发冷却系统的操作状态可为在使用时完全湿润或在未使用时完全干燥。即，在某些实施方案中，蒸发冷却系统可不具有“部分负载”操作点。在没有所公开的实施方案的情况下，蒸发冷却系统可过度冷却进气。

存在许多情况，其中气体涡轮输出受限，并且高于该输出限制的任何附加功率不能被电网接受。在这些情况下，气体涡轮操作者通常将需要关掉蒸发冷却系统和/或至少部分地关闭压缩机区段的入口导向叶片(IGV)。关掉蒸发冷却器可导致机组产生比调度的功率输出更少的功率输出，因此该操作并不总是可行的选择。虽然关闭IGV使得气体涡轮操作者将机组输出调制到不超过输出极限，但是关闭IGV会对气体涡轮的效率产生显著且不利的影响并导致更多的燃料消耗。所公开的实施方案旨在解决传统蒸发冷却系统的这些缺点。

因此，所公开的实施方案用可变加热系统辅助蒸发冷却系统，该可变加热系统启用对由进气区段接收的空气的温度进行精细控制以达到期望的功率输出。一般来讲，可变加热系统包括可变加热控制器和一个或多个可变加热器(例如，电加热器、热交换器等)，该一个或多个可变加热器可设置在进气区段内，诸如靠近蒸发冷却系统(例如，相对于蒸发冷却系统的上游、下游或在大致重叠的轴向位置)。在一些情况下，可变加热系统可改装到包括蒸发冷却系统的现有进气区段中。

在一般操作中，可变加热控制器被配置为基于指示气体涡轮和/或环境空气的状况的反馈来生成控制信号，以使该一个或多个加热器加热所接收的空气。在一些实施方案中，可变加热控制器可接收来自一个或多个传感器(例如，温度传感器、湿度传感器和压力传感器等)的指示环境空气或气体涡轮的各种部件内的空气(例如，如本文更详细讨论的压缩前压缩机内的空气、压缩后流到燃烧区段的空气和废气的温度等)状况(例如，温度、湿度和压力等)的反馈。在一些实施方案中，反馈可包括气体涡轮的操作条件，诸如由气体涡轮输出的当前功率和入口导向叶片(IGV)的位置等。此外，当气体涡轮的操作参数偏离阈值(诸如气体涡轮的期望的功率输出)时，控制器可使用反馈来修改一个或多个加热器的操作。这样，可变加热系统可至少部分地自动化控制由气体涡轮接收的空气的温度，以达到期望的功率输出和效率。

图1是具有温度控制系统11的气体涡轮系统10的实施方案的图，该温度控制系统被配置为控制进入气体涡轮系统10的进气流9(例如，气流)的温度。具体地，温度控制系统11包括可变加热系统12和冷却系统13(例如，蒸发冷却系统26)，该冷却系统沿进气区段14(例如，进气管道)设置并被配置为向进气9提供期望的温度。在某些实施方案中，可变加热系统12被配置为向进气提供不同的热量，同时冷却系统13(例如，蒸发冷却系统26)以完全操作模式连续操作。换句话讲，蒸发冷却系统26可简单地以“开”配置操作，同时可变加热系统12用于基于一个或多个温度阈值来调节进气的温度。

如下文进一步详细讨论的，可变加热系统12可与冷却系统13、26集成和/或分开。例如，可变加热系统12可至少部分地或完全地包含在冷却系统13、26中(例如，包含在共同的壳体15内)，或者包含在冷却系统13、26的上游和/或冷却系统13、26的下游。此外，可变加热系统12和/或冷却系统13、26可至少部分地或完全地位于进气区段14(例如，进气管道)内。

在例示的实施方案中，气体涡轮系统10包括具有温度控制系统11的进气区段14、压缩机区段16、燃烧区段18和涡轮20。压缩机区段16可包括被布置在进气区段14下游的多个入口导向叶片(IGV)22。至少在一些情况下，诸如在陆基气体涡轮中，涡轮20可驱动发电机24。如相对于图2更详细地讨论的，进气区段14包括冷却系统13(例如，蒸发冷却系统26)以冷却由进气区段14接收的空气。

进气区段14还包括可变加热系统12的一个或多个加热器28。该一个或多个加热器28可设置在进气区段14内的不同位置，诸如相对于通过进气区段14的流动方向串联和/或并联的位置。例如，该一个或多个加热器28可设置在蒸发冷却系统26上游的第一轴向位置30处、至少部分地与蒸发冷却系统26的轴向位置重叠的第二轴向位置32处、和/或蒸发冷却系统26下游的第三轴向位置34处。如相对于图3进一步详细讨论的，该一个或多个加热器28相对于蒸发冷却系统26的近似轴向位置可具有一些优点，诸如减少IGV 22结冰的可能性以及减少来自蒸发冷却系统26的被由进气区段14接收的空气消耗的冷却流体的量。

在操作中，进气区段14接收来自周围环境的空气(例如，进气9)。当空气流动通过进气区段14时，蒸发冷却系统26可冷却该空气，并且/或者该一个或多个加热器28可加热该空气。然后，经冷却和/或经加热的空气流动通过设置在压缩机区段16的入口处的多个IGV22。一般来讲，多个IGV 22的位置可控制流动进入压缩机区段16的空气量，并且因此控制由气体涡轮10输出的功率。压缩机区段16包括一个或多个压缩机级(例如，1至30个压缩机级)，该一个或多个压缩机级逐渐压缩燃烧区段18上游的空气。

燃烧区段18将燃料与来自压缩机区段16的经压缩的空气一起燃烧以生成热燃烧气体(或废气)。燃烧区段18可包括一个或多个燃烧器，诸如围绕气体涡轮10的轴线周向设置的环形燃烧器或多个燃烧器罐。燃烧区段18的每个燃烧器包括一个或多个燃料喷嘴19，该燃料喷嘴将燃料注入燃烧室中以进行燃烧。热燃烧气体(或废气)流动通过涡轮区段20并驱动该涡轮区段旋转。例如，热燃烧气体可驱动涡轮区段20的一个或多个涡轮级(例如，1至5个涡轮级)的旋转。旋转涡轮区段20继而经由公共轴驱动一个或多个负载(诸如压缩机区段16)和外部负载(诸如发电机24)旋转。

在某些实施方案中，温度控制系统11(例如，可变加热系统12和冷却系统13、26)和/或气体涡轮系统10的操作可至少部分地由具有处理器38的控制器36控制，该处理器可执行存储在存储器40和/或存储介质42中的指令，或基于用户经由输入/输出(I/O)设备44提供的输入来执行该指令。存储器40和/或存储介质42可为只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存存储器、光学存储介质或硬盘驱动器，此处仅举几个例子。例如，在操作中，处理器38可发送合适的控制信号以致动燃料供应系统21的阀以调节对燃烧区段18的燃料喷嘴19的燃料供应。又如，处理器38可发送控制温度控制系统11(诸如冷却系统13、26和可变加热系统12(例如，一个或多个加热器28))的操作的合适的控制信号以调节进气9的温度。再如，处理器38可发送基于气体涡轮10和温度控制系统11的操作来控制IGV 22的操作(诸如打开或关闭IGV 22)的合适的控制信号。

在某些实施方案中，控制器36可用于基于来自操作者(例如，经由I/O设备44)和/或来自耦接至进气区段14、压缩机区段16、燃烧区段18、涡轮区段20和/或发电机24的传感器46的反馈来调节一个或多个加热器28、蒸发冷却系统26和/或IGV 22的操作。例如，传感器46可包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、排放废气传感器、振动传感器、间隙传感器、火焰传感器或它们的任何组合。又如，进气区段14和/或压缩机区段16中的传感器46可监测气流9的温度、压力和湿度。燃烧区段18中的传感器46可监测进入燃料和空气的温度和压力、燃烧气体的温度和压力、以及燃烧气体的排放水平。例如，排放物可包括氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、二氧化碳(CO

图2是具有多个蒸发冷却器27的蒸发冷却系统26的实施方案的图。在某些实施方案中，温度控制系统11可选择性地启用或禁用多个蒸发冷却器27中的一个或多个蒸发器以改变蒸发冷却系统26的冷却能力。在例示的实施方案中，蒸发冷却系统26的每个蒸发冷却器27包括用于存储冷却流体(例如，水)的流体罐48和用于使冷却流体与进气区段14接收的空气成热交换关系的蒸发冷却介质50。

在操作中，冷却流体经由泵吸入管线52离开流体罐48，该泵吸入管线向泵54供应冷却流体。冷却流体经由供应管线56离开泵54，其中冷却流体流动通过流量计58。如例示的实施方案所示，主管线60和与该主管线60平行的辅管线62设置在流量计58的下游。辅管线62包括可调节从供应管线56流出的冷却流体的流量的孔板64。另外，辅管线62可包括一个或多个附加阀66(例如，调节阀)。如图所示，辅管线62在接头68处接合主管线60。然而，在其他实施方案中，蒸发冷却系统26可不包括辅管线62、流量计58和孔板64。在任何情况下，来自泵54的冷却流体流可流动进入蒸发冷却介质50，其中冷却流体被蒸发冷却介质50吸收，并且因此蒸发冷却介质50变润湿，如上所述。在一些实施方案中，收集器盘70可定位在蒸发冷却介质50的下游。收集器盘70可收集从蒸发冷却介质50流出的任何残余冷却流体，并向排水管线72提供冷却流体流，该排水管线将冷却流体流反馈到流体罐48中。

在某些实施方案中，蒸发冷却系统26的每个蒸发冷却器27可包括多个蒸发冷却介质50，其中每个蒸发冷却介质50具有一个或多个供应管线56，每个供应管线被配置为从一个或多个流体罐48提供冷却流体。蒸发冷却介质50可串联或并联布置。蒸发冷却介质50有利于蒸发冷却以有助于冷却进气区段14中的进气9。例如，蒸发冷却系统26的每个蒸发冷却器27可包括供应管线56中的两根、三根、四根、五根或更多根供应管线和蒸发冷却介质50。应当指出的是，这种实施方案可使气体涡轮系统10能够在更宽的操作温度范围(诸如极高和极低的温度)下以期望的功率输出来操作。例如，蒸发冷却系统26可被配置为选择性地启用或禁用蒸发冷却器27中的一个或多个蒸发冷却器以及/或者蒸发冷却器27中的每个蒸发冷却器中的蒸发冷却介质50中的一个或多个蒸发冷却介质。

应当指出的是，在某些实施方案中，控制器(例如，如上文相对于图1所讨论的控制器36)可用于控制泵54和/或流量计58的操作。此外，至少在一些情况下，控制器36可从一个或多个传感器46接收测量值，该一个或多个传感器可提供蒸发冷却系统26操作的指示，诸如泵54是否正在操作和/或流体罐48中的冷却流体液位。另外，控制器36可通过流量计58接收流量测量值。在任何情况下，如相对于图4更详细讨论的，控制器36可使用这些测量值来控制冷却系统13、26和可变加热系统12两者的操作。

图3是图1的温度控制系统11的可变加热系统12的实施方案的图，进一步示出了被配置为加热由进气区段14接收的空气9的各种加热器28。例如，加热器28可包括受热流体注射器74、电加热器76和热交换器78。虽然仅示出了一个受热流体注射器74、一个电加热器76和一个热交换器78，但可变加热系统12的某些实施方案可包括任意数量(例如，1、2、3、4、5或更多)的位于如图1所示的进气区段14内的轴向位置30、32和/或34中的一个或多个轴向位置处的受热流体注射器74、电加热器76和/或热交换器78。

在某些实施方案中，多个相同或不同的加热器28(例如，受热流体注射器74、电加热器76和/或热交换器78)可相对于通过进气区段14的气流的方向彼此串联和/或并联布置。如果可变加热系统12包括如图3所示的串联布置的不同加热器28(例如74、76和/或78)，则该不同加热器28可以任何顺序布置。在某些实施方案中，加热器28(例如，74、76和/或78)中的任一者可定位在加热器28序列中的第一、第二、第三、第四、第五或随后位置，并且加热器28(74、76和/或78)中的任一加热器可定位在图1所示的轴向位置30、32和/或34处。例如，加热器28(例如，74、76和/或78)中的每个加热器可靠近进气区段14的下游部分80、进气区段14的上游部分82、或进气区段14的位于下游部分80和上游部分82之间的中间部分83。

应当指出的是，一个或多个加热器28(例如，74、76和/或78)相对于蒸发冷却系统26的相对位置可具有某些优点。例如，当一个或多个加热器28靠近上游部分82(例如，在轴向位置30处，该上游部分在如图1所示的蒸发冷却系统26的上游)设置时，可变加热系统12可使IGV 22能够保持在期望功率输出的位置。然而，附加热量(例如，气流9的温度升高，从而降低相对湿度)可增加蒸发冷却系统26的水消耗，从而潜在地降低效率、降低性能和/或增加成本。当一个或多个加热器28靠近下游部分80(例如，在轴向位置34处，该下游部分在如图1所示的蒸发冷却系统26的下游)设置时，可变加热系统12还可使IGV 22能够保持在期望功率输出的位置。然而，附加热量(例如，气流9的温度升高)将不会增加蒸发冷却系统26的水消耗，因为该热量将在蒸发冷却系统26冷却气流9之后添加。

受热流体注射器74包括回路84，每个回路可经由对应的阀88选择性地耦接至受热流体86(例如，空气、废气、惰性气体诸如氮气、水诸如蒸汽或它们的任何组合)的流动路径。在某些实施方案中，受热流体86可包括废热源以提高设备(例如，发电站)的效率。废热可包括例如来自涡轮区段20、加热炉、锅炉或另一个燃烧系统的废气。受热流体注射器74可包括耦接至进气区段14的壁的一个或多个流体喷嘴、进气区段14中的穿孔流体导管的栅格、在进气区段14中具有流体喷嘴的流体导管的栅格或它们的任何组合。如本文所用，每个流动路径包括沿预先确定的路线在可变加热系统12的部件之间引导受热流体的导管。

另外，受热流体注射器74包括受热流体出口90，该受热流体出口可向进气区段14提供受热流体86以与来自周围环境的空气混合，从而加热来自周围环境的空气。因此，通过将受热流体86直接注入到气流9中，受热流体注射器74可被视为直接加热单元。在某些实施方案中，可变加热系统12可包括多个加热流体注射器74，每个加热流体注射器包括回路84中的两个或更多个回路，该两个或更多个回路中的每个回路被配置为将加热流体86注入进气区段14中以在由进气区段14从周围环境接收的气流9与加热流体86之间交换热量。例如，受热流体注射器74可包括回路84(被示出在图3中的回路84a、84b和84c)中的两个、三个、四个、五个或更多个回路。

在一些实施方案中，受热流体86可热耦接至热源92(例如，电加热器、燃烧系统诸如加热炉等)，该热源被配置为响应于控制器36接收的控制信号而升高受热流体86的温度。例如，控制器36可经由传感器46接收指示周围环境中空气的周围温度的反馈，并且基于该反馈来调节(例如，增加或减小)由热源92输出的电流以调节受热流体86的温度。在其他实施方案中，热源92可连续加热受热流体86和/或将该受热流体的温度保持在预先确定的温度。虽然仅示出了一个受热流体注射器74，但应当指出的是，至少在一些实施方案中，可变加热系统12可包括串联、并联或以两者设置的多个受热流体注射器74。

在操作期间，可变加热系统12(例如，控制器36)基于气体涡轮系统10的操作参数(诸如环境温度、相对湿度、压缩机入口温度、发电站输出负载、气体涡轮排气温度、压缩机排放温度、燃烧器点火温度、蒸汽温度、蒸汽流或它们的任何组合)经由阀88a、88b和88c将回路84a、84b和84c中的一个或多个回路选择性地耦接至加热流体注射器74。例如，控制器36可经由传感器46接收指示气流9的温度的反馈，并且基于该反馈来选择性地调节(例如，打开、部分打开、部分关闭或完全关闭)阀88a、88b和/或88c的位置。在某些实施方案中，单个阀可耦接回路84a、84b和84c中的两个或更多个回路，并且因此调节阀88的位置可使受热流体86能够流动通过多个回路84。在任何情况下，当回路84a、84b和84c中的一个或多个回路经由阀88a、88b和88c流体地耦接至受热流体86时，回路84a、84b和84c可经由受热流体出口90a、90b和90c向进气区段14提供受热流体86的至少一部分的流动。

电加热器76(例如，加热线圈)电耦合至电源94。在操作期间，电源94可向电加热器76的加热元件77(例如，电阻器)提供电流。加热元件77将电流转换为热量以升高进气区段14内的气流9的温度。虽然仅示出了一个受热电加热器76，但应当指出的是，至少在一些实施方案中，可变加热系统12可包括串联、并联或以两者设置的多个电加热器76。

热交换器78包括回路84，每个回路可选择性地耦接至热传递流体96的流动路径。热交换器78可包括壳管式热交换器、板壳式热交换器、板翅片式热交换器、螺旋线圈式热交换器或用于进气区段14的任何合适的热交换器。例如，热交换器可包括具有翅片81的一个或多个管79，其中热传递流体96穿过管79，并且气流9沿翅片81围绕管79穿过，从而间接地将热量从热传递流体96传递到气流9。

在某些实施方案中，可变加热系统12可包括多个热交换器78，该多个热交换器中的每个热交换器包括回路84中的两个或更多个回路，每个回路被配置为在相应回路中的热传递流体96与穿过或越过回路84的气流9之间交换热量。例如，热交换器78可包括回路84中的两个、三个、四个、五个或更多个回路。如图所示，热交换器78包括三个回路84d、84e和84f，这三个回路各自耦接至相应的阀88d、88e和88f。热交换器78、一个或多个回路84和相应的阀88统称为作为可变加热系统12的一部分的热交换器系统。另外，图4所示的回路84中的每个回路都是单程回路，但在其他实施方案中，回路84中的一个或多个回路可为双程或多程回路。虽然仅示出了一个热交换器78，但应当指出的是，至少在一些实施方案中，可变加热系统12可包括串联、并联或以两者设置的多个热交换器78。

在操作期间，可变加热系统12(例如，控制器36)基于气体涡轮系统10的操作参数(诸如环境温度、相对湿度、压缩机入口温度、发电站输出负载、气体涡轮排气温度、压缩机排放温度、燃烧器点火温度、蒸汽温度、蒸汽流或它们的任何组合)经由阀88d、88e和88f将回路84d、84e和84f中的一个或多个回路选择性地耦接至热交换器78。例如，控制器36可经由传感器46接收指示气流9的温度的反馈，并且可基于该反馈来选择性地调节阀88d、88e和/或88f的位置。在某些实施方案中，回路84d、84e和84f中的至少一个回路可不包括阀88，并且因此该至少一个回路是使加热流体能够在可变加热系统12的操作期间连续流动通过热交换器78的至少一个回路84d、84e和84f的不间断连接。在其他实施方案中，回路84中的每个回路包括对应的阀88。在另外的实施方案中，单个阀88可将多个回路84流体地耦接至热交换器78。

图4是示出如上文参考图1至图3所讨论的用于操作包括可变加热系统12和冷却系统13、26的温度控制系统11的过程98的实施方案的流程图。应当理解，本文所讨论的步骤仅是示例性的，并且某些步骤可被省略或以与下文所述的顺序不同的顺序执行。在一些实施方案中，过程98可存储在存储器40和/或存储装置42中并由控制器36的处理器38执行，或者存储在其他合适的存储器中并由与气体涡轮系统10相关联的其他合适的处理电路或单独的合适的处理电路执行。

如图4的例示的实施方案所示，在框100处，处理器38接收指示气体涡轮系统10的操作参数的反馈。在例示的实施方案中，操作参数可包括环境空气或进入进气区段14和/或进入压缩机区段16的进气的温度。例如，可在冷却系统13、26上游或下游处和/或IGV 22处测量空气温度。另选地或除此之外，操作参数可包括冷却系统13、26和/或IGV 22的表面温度和/或部件温度。出于功率增强的目的，上述温度反馈可用于有助于控制进气的温度。在某些实施方案中，操作参数还可包括环境条件(例如，相对湿度、环境温度等)、气体涡轮系统10的操作参数(例如，入口导向叶片22的位置、来自压缩机区段16的排放温度或压力、燃烧区段18中的燃料/空气比率、火焰温度、燃料效率或使用、废气排放水平、由气体涡轮系统10输出的功率、气体涡轮系统10上的负载等)和/或其他相关系统诸如组合循环发电厂中的蒸汽涡轮的操作条件(例如，蒸汽温度、蒸汽压力、蒸汽流量等)。一般来讲，操作参数可为指示需要调节进入气体涡轮系统10的进气区段14中的进气的温度的任何参数。

在一些实施方案中，在框100之前或在该框处，处理器38可接收指示气体涡轮系统的期望功率输出的输入。例如，处理器38可接收指示周围环境的环境温度和/或相对湿度、温度阈值以及/或者湿度阈值的反馈。然后，处理器38可基于该反馈来确定当前功率输出。例如，存储器40和/或存储装置42可存储查找表和/或查找图，该查找表和/或查找图包括基于与周围环境和/或气体涡轮系统10的部件相关联的环境温度和/或湿度的功率输出。在此类实施方案中，处理器38可确定气体涡轮系统的当前功率输出是高于还是低于气体涡轮系统的期望的功率输出，如相对于框102所大体讨论的。

在一些实施方案中，查找表和/或查找图可使处理器38能够在蒸发冷却系统26处于活动状态时确定气体涡轮系统10的当前功率输出。应当指出的是，某些蒸发冷却系统可不具有部分负载操作点，并且因此，虽然使用蒸发冷却系统26(例如，用于功率增强)冷却环境空气可能是有利的，但是蒸发冷却系统26可过度冷却空气。

当处理器38接收到指示操作参数的反馈时，处理器38可将该反馈与阈值范围进行比较，如框102所指示的。阈值范围可由操作员在可变加热系统12的制造期间确定。附加地或另选地，可通过实验测试来确定阈值并将阈值存储在控制器36的存储器40内。此外，阈值范围可为阈值。即，处理器38可确定该反馈是大于阈值还是小于阈值而不是确定阈值范围内。作为若干非限制性示例，阈值或阈值范围可为IGV的阈值位置(例如，最大或最小位置)、温度阈值、湿度阈值、功率输出(MW)阈值等。一般来讲，阈值可以是与气体涡轮系统10、周围环境或两者的性能和/或容量相关联的任何阈值范围或阈值。

在某些实施方案中，处理器38可将反馈(例如，当前功率输出)与期望功率输出或期望功率输出范围进行比较。在例示的实施方案中，处理器38可将反馈(例如，环境空气的温度、气流9和/或冷却系统13、26或IGV22处的温度)与温度阈值进行比较。例如，温度阈值可对应于气体涡轮系统10可实现期望功率输出的温度。在某些实施方案中，过程98可针对可对应于不同位置和/或部件(例如，环境空气、冷却系统12、26处的温度和IGV 22处的温度)的多个温度阈值来评估反馈(例如，所测量的温度)。过程98还可针对多个温度阈值来评估反馈(例如，所测量的温度)，该多个温度阈值中的每个温度阈值可根据温度的严重程度触发不同的控制动作。

在框104处，控制器36的处理器38根据气体涡轮系统10中的冷却需要向冷却系统13(例如，蒸发冷却系统26)提供合适的控制信号。例如，控制器36的处理器38可选择性地控制蒸发冷却系统26以在需要功率增强时操作(即，“开”状态)，或在不需要功率增强时关掉(即，“关”状态)。然而，在例示的实施方案中，控制器36的处理器38可被配置为控制蒸发冷却系统26在正常条件下连续操作，因为可变加热系统12可用于调节由蒸发冷却系统26冷却的气流9的温度。

在框106处，控制器36的处理器38向可变加热系统12提供合适的控制信号以在有或没有冷却系统13、26冷却的情况下调节进气的温度。例如，在冷却系统13(例如，蒸发冷却系统26)在气体涡轮系统10的操作期间连续操作的实施方案中，可控制可变加热系统12以调节被冷却系统13冷却的进气的温度，例如，如果温度下降到如上所述的一个或多个温度阈值以下，则升高进气的温度。因此，控制器36的处理器38通过调节加热器28来控制可变加热系统12，诸如通过向受热流体注射器74和/或热交换器78的阀88(例如，如上文相对于图3所述)发送控制信号。另选地或除此之外，处理器38向电耦接至电加热器76的电源94提供合适的控制信号，从而在进气区段14内生成热量。在一些实施方案中，控制器36可向耦接到回路84中的一个回路的泵提供合适的信号以基于反馈来控制受热流体86或热传递流体96的流速。

在一些实施方案中，处理器38可基于气体涡轮系统10的期望功率输出向可变加热系统12提供合适的控制信号。即，处理器38可基于存储在存储器40和/或存储装置42中的反馈和/或查找表或查找图来确定使用可变加热系统12以产生期望功率输出的供应的热量。至少在一些情况下，处理器38可基于存在和/或操作的蒸发冷却系统26来确定供应的热量。这样，本发明所公开的可变加热系统12可通过向气流9供应热量以将气流9的温度修改为与期望的功率输出相关联的量来使气体涡轮系统10能够更有效地操作，即使在操作可过度冷却空气的某些蒸发冷却系统26时也是如此。

本发明的系统和方法的技术效果包括通过使进气区段14中的冷却系统13(例如蒸发冷却系统26)能够连续操作以帮助提高气体涡轮系统10的效率和/或功率输出，并且经由可变加热系统12调节进气的温度以达到目标温度。进气的目标温度可为基于较低温度阈值的可能的最低温度，或者目标温度可为介于具有上限温度阈值和下限温度阈值的温度范围内。可选择目标温度以实现气体涡轮系统的期望功率输出。还可选择目标温度以使IGV22能够保持在期望位置(例如，打开位置)，否则如果冷却系统13过度冷却进气，将不能使该IGV保持在期望位置。

在某些实施方案中，可变加热系统12可改装成具有蒸发冷却系统26的气体涡轮系统10，或者可变加热系统12和冷却系统13(例如，蒸发冷却系统26)可共同安装在新的气体涡轮系统10中。在任一种情况下，在空气在压缩机区段16中被压缩之前，可变加热系统12可调节(例如，升高或降低)由蒸发冷却系统26冷却的空气的温度。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。