化学计量的排气再循环燃气涡轮系统中氧化剂压缩的系统和方法与流程

文档序号:15578985发布日期:2018-09-29 06:20

本申请要求以下专利申请的优先权和权益:2013年10月29日提交的、名称为“SYSTEM AND METHOD FOR OXIDANT COMPRESSION IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国非临时专利申请号14/066,579;2012年12月28日提交的、名称为“SYSTEM AND METHOD FOR OXIDANT COMPRESSION IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请号61/747,192;2012年11月2日提交的、名称为“SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSION COMBUSTION IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请号61/722,118;2012年11月2日提交的、名称为“SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSION COMBUSTION WITH FUEL-DILUENT MIXING IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请号61/722,115;2012年11月2日提交的、名称为“SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSION COMBUSTION WITH OXIDANT-DILUENT MIXING IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请号61/722,114;和2012年11月2日提交的、名称为“SYSTEM AND METHOD FOR LOAD CONTROL WITH DIFFUSION COMBUSTION IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请号61/722,111,其全部在此以其全部为了所有目的通过引用并入。



背景技术:

本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机。

燃气涡轮发动机在许多应用中使用,比如发电、飞行器和各种机械装置。燃气涡轮发动机通常在燃烧室部分中利用氧化剂(例如,空气)燃烧燃料以生成热的燃烧产物,其然后驱动涡轮部分的一个或多个涡轮阶段。相反,涡轮部分驱动一个或多个压缩机部分的压缩机阶段,从而压缩连同燃料一起摄入燃烧室部分的氧化剂。而且,燃料和氧化剂在燃烧室部分中混合,并且然后燃烧以产生热的燃烧产物。燃气涡轮发动机通常包括压缩氧化剂的压缩机,以及一种或多种稀释气体。不幸地,以这种方式控制氧化剂和稀释气体进入燃烧室部分的流量可以影响各种排气排放和能量需要。此外,燃气涡轮发动机通常消耗大量的作为氧化剂的空气,和输出相当大数量的排气进入大气。换句话说,排气通常作为燃气涡轮操作的副产物被浪费。

简述

与最初要求保护的发明在范围上相同的某些实施方式在下面概括。这些实施方式不意图限制所要求保护的发明的范围,而是这些实施方式仅意图提供发明的可能形式的简单总结。的确,发明可包括许多可能与下面图解的实施方式相似或不同的形式。

在第一实施方式中,系统包括燃气涡轮系统,其包括涡轮燃烧室;由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动的涡轮;和由该涡轮驱动的排气压缩机,其中该排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室;和排气再循环(EGR)系统,其中该EGR系统配置为沿着来自涡轮的排气再循环路径将该排气再循环至排气压缩机。该系统也包括配置为将压缩的氧化剂供应至燃气涡轮系统的主要氧化剂压缩系统,并且该主要氧化剂压缩系统包括:第一氧化剂压缩机;和变速箱,其配置为能够使第一氧化剂压缩机以不同于燃气涡轮系统的第一操作速度的第一速度操作。

在第二实施方式中,系统包括燃气涡轮系统,其具有:涡轮燃烧室;由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动的涡轮;和由该涡轮驱动的排气压缩机,其中该排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室。该燃气涡轮系统也包括排气再循环(EGR)系统,其中该EGR系统配置为沿着来自涡轮的排气再循环路径将该排气再循环至排气压缩机。该系统也包括配置为将压缩的氧化剂供应至燃气涡轮系统的主要氧化剂压缩系统,并且该主要氧化剂压缩系统具有第一氧化剂压缩机;和第二氧化剂压缩机,其中该第一和第二氧化剂压缩机由燃气涡轮系统驱动。

在第三实施方式中,系统包括燃气涡轮系统,其具有:涡轮燃烧室;由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动的涡轮;和由该涡轮驱动的排气压缩机,其中该排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室;和排气再循环(EGR)系统,其中该EGR系统配置为沿着来自涡轮的排气再循环路径将该排气再循环至排气压缩机。该系统也包括配置为将压缩的氧化剂供应至燃气涡轮系统的主要氧化剂压缩系统,并且该主要氧化剂压缩系统包括一个或多个氧化剂压缩机;连接至燃气涡轮系统的热回收蒸汽发生器(HRSG),其中该HRSG配置为通过将热从排气转移至给水生成蒸汽,和EGR系统的排气再循环路径延伸通过HRSG;和沿着燃气涡轮系统的轴线布置的和至少部分由来自HRSG的蒸汽驱动的蒸汽涡轮,其中该蒸汽涡轮配置为将作为至少部分给水的冷凝物返回至HRSG。

在第四实施方式中,系统包括:燃气涡轮系统,其具有:涡轮燃烧室;由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动的涡轮;和由该涡轮驱动的排气压缩机,其中该排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室;和排气再循环(EGR)系统,其中该EGR系统配置为沿着来自涡轮的排气再循环路径将该排气再循环至排气压缩机。该系统还包括含有一个或多个氧化剂压缩机的主要氧化剂压缩系统,其中该一个或多个氧化剂压缩机与排气压缩机分离,并且该一个或多个氧化剂压缩机配置为供应由生成燃烧产物的涡轮燃烧室利用的所有压缩的氧化剂。

附图简述

当参考附图阅读一起阅读下面的具体实施方式时,将更好的理解本发明的这些和其它特征、方面和优势,其中所有附图中相同的数字代表相同的部分。

图1是具有连接至碳氢化合物产生系统的基于涡轮的操作系统的实施方式的图;

图2是图1的系统的实施方式的图,其进一步图解了控制系统和联合循环系统;

图3是图1和2的系统的实施方式的图,其进一步图解了燃气涡轮发动机、排气供应系统和排气处理系统的细节;

图4是用于操作图1-3的系统的方法的实施方式的流程图;

图5是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有直接由SEGR GT系统通过发电机驱动的主要氧化剂压缩机。

图6是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有直接由SEGR GT系统驱动的主要氧化剂压缩机,并且该主要氧化剂压缩机驱动发电机;

图7是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有直接由SEGR GT系统通过发电机和变速箱驱动的主要氧化剂压缩机。

图8是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有分离成由SEGR GT系统通过发电机驱动的低压和高压压缩机的氧化剂压缩;

图9是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有分离成由SEGR GT系统通过发电机驱动的低压和高压压缩机的氧化剂压缩,该低压压缩机为轴流式压缩机并且该高压压缩机为离心式压缩机;

图10是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有分离成由SEGR GT系统驱动的低压和高压压缩机的氧化剂压缩,该低压压缩机直接由SEGR GT系统驱动并且该高压压缩机通过低压压缩机、发生器和变速箱驱动;

图11是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有分离成由SEGR GT系统驱动的低压和高压压缩机的氧化剂压缩,该低压压缩机由SEGR GT系统通过发电机驱动并且该高压压缩机通过低压压缩机和变速箱驱动;

图12是类似于图11的实施方式的图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该高压压缩机为离心式压缩机;

图13是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有由并行操作的主要氧化剂压缩机执行的和由SEGR GT系统通过发电机和变速箱串行驱动的氧化剂压缩;

图14是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有由并行操作的主要氧化剂压缩机执行的氧化剂压缩,以及由SEGR GT系统通过发电机和变速箱驱动的一个压缩机,和由额外的驱动和额外的变速箱驱动的其它氧化剂压缩机;

图15是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有由以压缩的串行配置操作的低压和高压压缩机执行的氧化剂压缩,和该低压压缩机由SEGR GT系统通过发电机驱动,并且该低压压缩机由额外的驱动通过变速箱驱动;

图16是类似于图15的实施方式的图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,高压压缩机为离心式压缩机;

图17是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有由以压缩的串行配置操作的低压和高压压缩机执行的氧化剂压缩,和该高压压缩机由SEGR GT系统通过发电机和变速箱驱动,并且该低压压缩机由额外的驱动通过额外的变速箱驱动;

图18是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有分离成由SEGR GT系统驱动的低压和高压压缩机的氧化剂压缩,该低压压缩机为由SEGR GT系统通过发电机驱动和该高压压缩机通过该低压压缩机和变速箱驱动,并且喷雾中间冷却器沿着低压和高压压缩机之间的低压压缩的氧化剂流动路径放置;

图19是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有分离成由SEGR GT系统驱动的低压和高压压缩机的氧化剂压缩,该低压压缩机由SEGR GT系统通过发电机驱动并且该高压压缩机通过该低压压缩机和变速箱驱动,并且冷却器沿着低压和高压压缩机之间的低压压缩的氧化剂流动路径放置;

图20是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有分离成由SEGR GT系统驱动的低压和高压压缩机的氧化剂压缩,该低压压缩机由SEGR GT系统通过发电机驱动并且该高压压缩机通过该低压压缩机和变速箱驱动,并且蒸汽发生器和给水加热器沿着低压和高压压缩机之间的低压压缩的氧化剂流动路径放置;

图21是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有由SEGR GT系统通过蒸汽涡轮和发电机驱动的主要氧化剂压缩机;

图22是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有由SEGR GT系统通过发电机和蒸汽涡轮驱动的主要氧化剂压缩机;

图23是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有由SEGR GT系统通过发电机部分驱动的主要氧化剂压缩机,并且该主要氧化剂压缩机也部分地由蒸汽涡轮驱动;

图24是图3的氧化剂压缩系统的实施方式的图,该压缩系统具有由SEGR GT系统通过发电机部分驱动的主要氧化剂压缩机,并且该主要氧化剂压缩机也部分地由蒸汽涡轮通过离合器驱动。

详述

本发明的一个或多个具体的实施方式将在下面描述。视图要提供这些实施方式的简明的描述,实际实施的所有特征可能不在说明书中描述。应当领会,在任何这些实际实施的发展中,比如在任何工程或设计项目中,必须进行许多特定实施的决定以实现开发人员的特定目标,比如符合系统相关的和商业相关的约束,其可以从一个实施到另一个变化。而且,应当领会,这样的研制计划可能是复杂的并且耗时的,但是对于具有本公开益处的本领域技术人员而言,其将不过是设计、制作和制造的常规任务。

当引入本发明的各种实施方式的元件时,冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意欲意思是存在两个或更多的元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意欲为包含的并且意思是存在除了列举的元件之外的额外的元件。

如下面详细的讨论,公开的实施方式一般涉及具有排气再循环(EGR)的燃气涡轮系统,并且具体而言涉及使用EGR化学计量的操作该燃气涡轮系统。例如,该燃气涡轮系统可配置为沿着排气再循环路径再循环排气、化学计量地燃烧燃料和氧化剂以及至少一些再循环的排气,和捕获排气以用于各种目标系统。排气的再循环以及化学计量的燃烧可有助于增加排气中二氧化碳(CO2)的浓度水平,其然后可以被后处理以分离和净化CO2和氮气(N2)以用于各种目标系统。该燃气涡轮系统也可采用沿着排气再循环路径的各种排气处理(例如,热回收、催化剂反应等),从而增加CO2的浓度水平、降低其它排放物的浓度水平(例如,一氧化碳、氮氧化物和未燃尽的碳水化合物)并且增加能量回收(例如,利用热量回收单元)。

此外,该燃气涡轮发动机可配置为利用用于氧化剂压缩的单独的主要氧化剂压缩系统,而不是或除了利用用于这样的压缩的燃气涡轮的压缩机。单独的主要氧化剂压缩系统的使用可以可控制地或可靠地以期望的流速、温度、压力等产生氧化剂,这还有助于提高燃烧的效率和基于涡轮的系统的各种部件的操作。该基于涡轮的系统还可以可靠地和可控制地产生具有各种期望参数(例如,组成、流速、压力、温度)的排气,进一步用于下游工艺中。可能的目标系统包括管道、存储罐、碳封存系统和碳氢化合物产生系统,比如提高的油回收(EOR)系统。

图1是系统10的实施方式的图,该系统10具有与基于涡轮的操作系统14相关联的碳氢化合物产生系统12。如下面进一步详细讨论,基于涡轮的操作系统14的各种实施方式配置为提供各种操作——比如电力、机械动力和流体(比如,排气)——至碳氢化合物产生系统12以促进油和/或气体的产生或恢复(retrieval)。在所图解的实施方式中,碳氢化合物产生系统12包括油/气提取系统16和提高的油回收(EOR)系统18,其连接至地下容器20(例如,油、气体或碳氢化合物容器)。该油/气提取系统16包括许多连接至油/气井26的地面设备22,比如采油树(Christmas tree)或产生树。此外,该井26可包括一个或多个管件28,其通过地面32中钻孔的孔径30延伸至地下容器20。树状物(tree)24包括一个或多个阀门、阻气门、隔离套、防喷器和各种流动控制装置,其调节压力并控制到和来自地下容器20的流动。当树状物24通常用于控制产生流体(比如,油或气体)流出地下容器20时,EOR系统18可通过将一种或多种流体注入地下容器20增加油或气体的产生。

因此,EOR系统18可包括流体注射系统34,其具有通过地面32中的孔径38延伸至地下容器20的一个或多个管件36。例如,该EOR系统18可将一种或多种流体40——比如气体、蒸汽、水、化学物质或其任意组合——发送至流体注射系统34。例如,如下面进一步详细讨论,该EOR系统18可连接至基于涡轮的操作系统14,以便该系统14将排气42(比如,基本上或完全无氧)发送至该EOR系统18,用作注射流体40。该流体注射系统34通过一个或多个管件36将流体40(例如,排气42)发送至地下容器20,如箭头44所指示。该注射流体40通过管件36在远离油/气井26的管件28的偏距46下进入地下容器20。因此,该注射流体40置换地下容器20中布置的油/气48,并且驱动该油/气48通过碳氢化合物产生系统12的一个或多个管件28上升,如箭头50所指示。如下面进一步详细讨论,该注射流体40可包括起源于基于涡轮的操作系统14的排气42,其能够现场根据碳氢化合物产生系统12的需要生成排气42。换句话说,基于涡轮的系统14可同时生成一个或多个操作(例如,电力、机械动力、蒸汽、水(例如,淡化水))和排气(例如,基本上无氧),以便碳氢化合物产生系统12使用,从而降低或消除对这种装置的外源依赖。

在所图解的实施方式中,该基于涡轮的操作系统14包括化学计量的排气再循环(SEGR)燃气涡轮系统52和排气(EG)处理系统54。该燃气涡轮系统52可配置为以化学计量的燃烧模式的操作(例如,化学计量的控制模式)和非化学计量的燃烧模式的操作(例如,非化学计量的控制模式)进行操作,所述模式比如贫燃料控制模式或富燃料控制模式。在化学计量的控制模式中,燃烧通常以燃料和氧化剂的基本上化学计量比发生,从而导致基本上化学计量比的燃烧。具体而言,化学计量的燃烧通常涉及消耗燃烧反应中基本上所有的燃料和氧化剂,使得燃烧的产物基本上或完全不含未燃尽的燃料和氧化剂。化学计量的燃料的一种措施是当量比,或phi(Φ),其是实际燃料/氧化剂比率相对于化学计量的燃料/氧化剂比率的比率。大于1.0的当量比导致燃料和氧化剂的富燃料燃烧,反之小于1.0的当量比导致燃料和氧化剂的贫燃料燃烧。相比之下,1.0的当量比导致既不是富燃料也不是贫燃料的燃烧,从而基本上消耗燃烧反应中所有的燃料和氧化剂。在公开的实施方式的背景下,术语化学计量的或基本上化学计量的可指的是大约0.95到大约1.05的当量比。然而,公开的实施方式也可包括1.0加或减0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的当量比。而且,基于涡轮的操作系统14中燃料和氧化剂的化学计量的燃烧可导致基本上没有未燃尽的燃料或氧化剂剩余的燃烧产物或排气(例如,42)。例如,排气42可具有按氧化剂(例如,氧气)、未燃尽的燃料或碳氢化合物(例如,HCs)、氮氧化物(例如,NOX)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如,SOx)、氢和其他不完全燃烧的产物的体积计小于1%、2%、3%、4%或5%。通过进一步实例,该排气42可具有按氧化剂(例如,氧气)、未燃尽的燃料或碳氢化合物(例如,HCs)、氮氧化物(例如,NOX)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如,SOx)、氢和其他不完全燃烧的产物的体积计小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份/百万。然而,公开的实施方式也可产生排气42中其他范围的剩余燃料、氧化剂和其他排放水平。如本文所使用,术语排放物、排放水平和排放目标可指的是燃烧的某些产物的浓度水平(例如,NOX、CO、SOX、O2、N2、H2、HCs等),其可存在于再循环的气流中、排出的气流(例如,排放到大气中)中和不同目标系统(例如,碳氢化合物产生系统12)中使用的气流中。

虽然SEGR燃气涡轮系统52和EG处理系统54在不同的实施方式中可包括许多部件,所图解的EG处理系统54包括热回收蒸汽发生器(HRSG)56和排气再循环(EGR)系统58,其接收和处理起源于SEGR燃气涡轮系统52的排气60。该HRSG 56可包括一个或多个热交换器、冷凝器和各种热回收设备,其共同地对将热量从排气60转移至水流起作用,从而生成蒸汽62。该蒸汽62可用于一个或多个蒸汽涡轮机、EOR系统18或碳氢化合物产生系统12的任何其他部分中。例如,该HRSG56可生成低压、中压和/或高压蒸汽62,其可以有选择地应用至低、中和高压蒸汽涡轮阶段,或EOR系统18的不同应用。除了蒸汽62之外,处理的水64——比如淡化水——可由HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54或SEGR燃气涡轮系统52的另一部分生成。处理的水64(例如,淡化水)可以具体地用于水缺乏的区域,比如内陆或沙漠地区。处理的水64可以至少部分生成,这是由于SEGR燃气涡轮系统52内大体积的燃料的空气驱动燃烧。当现场生成蒸汽62和水64在许多应用(包括碳氢化合物产生系统12)中可以是有益的时,现场生成排气42、60对于EOR系统18可以是特别有益的,这是由于其低氧含量、高压和来源于SEGR燃气涡轮系统52的热量。因此,HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一部分可将排气66输出或再循环进入SEGR燃气涡轮系统52,同时也将排气42发送至EOR系统18,与碳氢化合物产生系统12一起使用。同样地,该排气42可直接从SEGR燃气涡轮系统52(即,没有经过EG处理系统54)提取,用于碳氢化合物产生系统12的EOR系统18中。

排气循环由EG处理系统54的EGR系统58控制。例如,EGR系统58包括一个或多个导管、阀门、鼓风机、排气处理系统(例如,过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化单元、热交换器、热回收单元、除湿量单元、催化剂单元、化学注射单元或其任意组合),和控制以沿着排气循环路径将排气从SEGR燃气涡轮系统52的输出(例如,排除的排气60)再循环至输入(例如,摄入排气66)。在所图解的实施方式中,SEGR燃气涡轮系统52摄入排气66进入具有一个或多个压缩机的压缩机部分,从而压缩供燃烧室部分使用的排气66以及氧化剂68和一种或多种燃料70的摄入。氧化剂68可包括环境空气、纯氧、富氧的空气、氧气减少的空气、氧气-氮气混合物或任何有助于燃料70燃烧的适合的氧化剂。该燃料70可包括一种或多种气体燃料、液体燃料或其任意组合。例如,该燃料70可包括天然气、液化天然气(LNG)、合成气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、煤油、柴油、乙醇、甲醇、生物燃料或其任意组合

SEGR燃气涡轮系统52混合并燃烧燃烧室部分中的排气66、氧化剂68和燃料70,从而生成热燃烧气体或排气60以驱动涡轮部分中的一个或多个涡轮阶段。在某些实施方式中,燃烧室部分中的每个燃烧室包括一个或多个预混合燃料喷嘴、一个或多个扩散燃料喷嘴或其任意组合。例如,每个预混合燃料喷嘴可配置为在燃料喷嘴之内和/或部分地在燃料喷嘴上游内部地混合氧化剂68和燃料70,从而将氧化剂-燃料混合物从燃料喷嘴注入预混合燃烧(例如,预混合火焰)的燃烧区。通过进一步实例,每个扩散燃料喷嘴和配置为使燃料喷嘴内的氧化剂68和燃料70的流动隔离,从而单独地将氧化剂68和燃料70从燃料喷嘴注入扩散燃烧(例如,扩散火焰)的燃烧区。具体而言,由扩散燃料喷嘴提供的扩散燃烧延迟氧化剂68和燃料70的混合,直到最初燃烧的点,即火焰区域。在采用扩散燃料喷嘴的实施方式中,扩散火焰可提供增加的火焰稳定性,因为该扩散火焰通常在氧化剂68和燃料70的分开流之间的化学计量点处形成(即,当氧化剂68和燃料70正在混合时)。在某些实施方式中,一种或多种稀释剂(例如,排气60、蒸汽、氮气或另外的惰性气体)可以在扩散燃料喷嘴或预混合燃料喷嘴中与氧化剂68、燃料70或二者预混合。此外,一种或多种稀释剂(例如,排气60、蒸汽、氮气或另外的惰性气体)可以在每个燃烧室内的燃烧点处或其下游注入燃烧室。这些稀释剂的使用可帮助调和火焰(例如,云混合火焰或扩散火焰),从而有助于降低NOX排放,比如一氧化氮(NO)和(NO2)。不管火焰的类型,燃烧产生热燃烧气体或排气60以驱动一个或多个涡轮阶段。当每个涡轮阶段由排气60驱动时,SEGR燃气涡轮系统52生成机械动力72和/或机械动力74(例如,通过发电机)。该系统52也输出排气60,并且可进一步输出水64。而且,水64可以使处理的水,比如淡化水,其在许多现场的或现场外的应用中可以是有用的。

排气提取也由SEGR燃气涡轮系统52使用一个或多个提取点76提供。例如,所图解的实施方式包括具有排气(EG)提取系统80和排气(EG)处理系统82的排气(EG)供应系统78,其接收来自提取点76的排气42,处理排气42,然后将排气42供应或分配至各个目标系统。该目标系统可包括EOR系统18和/或其它系统,比如管道86、存储罐88或碳封存系统90。EG提取系统80可包括一个或多个导管、阀门、控制装置和流动分离,其有助于排气42与氧化剂68、燃料70和其它污染物的隔离,同时也控制提取的排气42的温度、压力和流速。EG处理系统82可包括一个或多个热交换器(例如,热回收单元,比如热回收蒸汽发生器、冷凝器、冷却器或加热器)、催化剂系统(例如,氧化催化剂系统)、微粒和/或脱水系统(例如,气体脱水单元、惯性分离器、凝聚式过滤器、不透水的过滤器以及其它过滤器)、化学注射系统、基于溶剂的处理系统(例如,吸收器、闪蒸罐等)、碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统、排气压缩机、其任意组合。EG处理系统82的这些子系统能够控制温度、压力、流速、水分含量(例如,脱水量)、微粒含量(例如,微粒去除的量)和气体组分(例如,CO2,N2的百分比)。

提取的排气42由EG处理系统82的一个或多个子系统处理,这取决于目标系统。例如,该EG处理系统82可引导全部或部分排气42通过碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统,其被控制以分离和净化含碳气体(例如,氮氧化物)92和/或氮气(N2),供各种目标系统使用。例如,EG处理系统82的实施方式可进行气体分离和净化以产生排气42的多个不同的流95,比如第一流96、第二流97和第三流98。第一流96可具有富含碳氧化物和/或贫氮气(例如,富CO2、贫N2流)的第一组分。第二流97可具有含有中间浓度水平的碳氧化物和/或氮气(例如中间浓度的CO2、N2流)的第二组分。第三流98可具有贫碳氧化物和/或富含氮气(例如,贫CO2、富N2流)的第三组分。每个流95(例如,96、97和98)可包括气体脱水单元、过滤器、气体压缩机或其任意组合,以促进流95到目标系统的输送。在某些实施方式中,富CO2、贫N2流96可具有大于按体积计大约70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%或99%的CO2纯度或浓度水平,和小于按体积计大约1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25%或30%的N2纯度或浓度水平。相比之下,贫CO2、富N2流98可具有小于按体积计大约1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25%或30%的CO2纯度或浓度水平,和大于按体积计大约70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%或99%的N2纯度或浓度水平。中间浓度CO2、N2流97可具有在按体积计大约30%到70%、35%到65%或45%到55%之间的CO2纯度或浓度水平和/或N2纯度或浓度水平。虽然上面提及的范围仅仅是非限制性的实例,但是富CO2、贫N2流96和贫CO2、富N2流98可以特别地很好地与EOR系统18和其它系统84一起使用。然而,这些富、贫或中间浓度CO2流95可以单独使用或在不同的实施方式中与EOR系统18和其它系统84一起使用。例如,该EOR系统18和其它系统84(例如,管道86、存储罐88和碳封存系统90)每个可以接受一个或多个富CO2、贫N2流96,一个或多个贫CO2、富N2流98,一个或多个中间浓度的CO2、N2流97和一个或多个未处理的排气42流(即,绕过EG处理系统82)。

EG提取系统80在一个或多个点76处沿着压缩机部分、燃烧室部分和/或涡轮部分提取排气42,使得排气42可在适合的温度和压力下用于EOR系统18和其它系统84中。该EG提取系统80和/或该EG处理系统82也可使流体流动(例如,排气42)循环至EG处理系统54并从EG处理系统54循环。例如,穿过EG处理系统54的排气42的部分可由EG提取系统80提取,供EOR系统18和其它系统84使用。在某些实施方式中,EG供应系统78和EG处理系统54可以是独立的或彼此集成,并且因而可以单独使用或作为共同的子系统使用。例如,EG处理系统82可被EG供应系统78和EG处理系统54二者使用。从EG处理系统54提取的排气42可经历多阶段气体处理,比如EG处理系统54中的一阶段或多阶段气体处理,然后是EG处理系统82中的一个或多个额外阶段的气体处理。

在每个提取点76处,由于EG处理系统54中基本上化学计量的燃烧和/或气体处理,提取的排气42可以基本上不含氧化剂68和燃料70(例如,未燃尽的燃料或碳氢化合物)。此外,根据目标系统,提取的排气42可在EG供应系统78的EG处理系统82中经历进一步处理,从而进一步降低任何残留氧化物68、燃料70或其它不期望的燃烧产物。例如,在EG处理系统82处理前或处理后,提取的排气42可具有按氧化剂(例如,氧气)、未燃尽的燃料或碳氢化合物(例如HCs)、氮氧化物(例如,NOX)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如,SOX)、氢气和其它不完全燃烧的产物的体积计小于1%、2%、3%、4%或5%。通过进一步实例,在EG处理系统82处理前或处理后提取的排气42可具有按氧化剂(例如,氧气)、未燃尽的燃料或碳氢化合物(例如HCs)、氮氧化物(例如,NOX)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如,SOX)、氢气和其它不完全燃烧的产物的体积(ppmv)计小于大约10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、200%、300%、400%、500%、1000%、2000%、3000%、4000%或5000份/百万。因此,排气42特别地很好地适合于与EOR系统18一起使用。

涡轮系统52的EGR操作具体地能够在众多的位置76处排气提取。例如,系统52的压缩机部分可用于压缩没有任何氧化剂68的排气66(即,仅排气66的压缩),使得基本上不含氧的排气42可以在进入氧化剂68和燃料70之前从压缩机部分和/或燃烧室部分提取。提取点76可位于相邻的压缩机阶段之间的级间端口处、沿着压缩机排水箱的端口处、沿着燃烧室部分中的每个燃烧室的端口处或其任意组合。在某些实施方式中,排气66可以不与氧化剂68和燃料70混合,直到它到达燃烧室部分中的每个燃烧室的头端部分和/或燃料喷嘴。此外,一个或多个流量分离器(例如,壁体、分割物、挡板等等)可用于从提取点76隔离氧化剂68和燃料70。具有这些流量分离器,提取点76可直接沿着燃烧室部分中的每个燃烧室的壁布置。

一旦排气66、氧化剂68和燃料70流过头端部分(例如,通过燃料喷嘴)进入每个燃烧室的燃烧部分(例如,燃烧室),SEGR燃气涡轮系统52被控制以提供排气66、氧化剂68和燃料70的基本上化学计量的燃烧。例如,系统52可维持大约0.95到大约1.05的当量比。结果,每个燃烧室中排气66、氧化剂68和燃料70的混合物的燃烧产物基本上不含氧和未燃尽的燃料。因此,燃烧产物(或排气)可以从SEGR燃气涡轮系统52的涡轮部分提取,用作按路径发送至EOR系统18的排气42。沿着涡轮部分,提取点76可位于任何涡轮阶段处,比如临近的涡轮阶段间的级间端口。因此,使用任何以上提及的提取点76,基于涡轮的操作系统14可生成、提取和传递排气42至碳氢化合物产生系统12(例如,EOR系统18),用于来自地下容器20的油/气48的产生。

图2是图1的系统10的实施方式的图,图解了连接至基于涡轮的操作系统14和碳氢化合物产生系统12的控制系统100。在所图解的实施方式中,基于涡轮的操作系统14包括联合的循环系统102,其包括作为顶循环的SEGR燃气涡轮系统52、作为底循环的蒸汽涡轮104和HRSG56以从排气60回收热,从而生成用于驱动蒸汽涡轮104的蒸汽62。而且,SEGR燃气涡轮系统52接收、混合并化学计量地燃烧排气66、氧化剂68和燃料70(例如,预混合和/或扩散火焰),从而产生排气60、机械动力72、电力74和/或水64。例如,该SEGR燃气涡轮系统52可驱动一个或多个负载或机械装置106,比如发电机、氧化剂压缩机(例如,主要空气压缩机)、变速箱、泵、碳氢化合物产生系统12的设备或其任意组合。在一些实施方式中,该机械装置106可包括其他装置,比如与SEGR燃气涡轮系统52串行的电动机或蒸汽涡轮机(例如,蒸汽涡轮机)104。因此,由SEGR气体涡轮系统52(和其它额外的驱动)驱动的机械装置106的输出可包括机械动力72和电力74。该机械动力72和/或电力74可现场用于给碳氢化合物产生系统12提供动力,该电力74可分配给电力网或其任意组合。机械装置106的输出也可包括压缩的流体,比如压缩的氧化剂68(例如,空气或氧气),用于摄入到SEGR燃气涡轮系统52的燃烧部分。这些输出的每个(例如,排气60、机械动力72、电力74和/或水64)可被认为基于涡轮的操作系统14的操作。

SEGR燃气涡轮系统52产生排气42、60,其可以基本上不含氧,并且将该排气42、60发送至EG处理系统54和/或EG供应系统78。该EG供应系统78可处理排气42(例如,流95)并将其传递至碳氢化合物产生系统12和/或其它系统84。如上面所讨论,EG处理系统54可包括HRSG 56和EGR系统58。HRSG 56可包括一个或多个热交换器、冷凝器和各种热回收设备,其可用于回收热或将热从排气60迁移至水108以生成用于驱动蒸汽涡轮104的蒸汽62。与SEGR燃气涡轮系统52类似,蒸汽涡轮104可驱动一个或多个负载或机械装置106,从而生成机械动力72和电力74。在所图解的实施方式中,SEGR燃气涡轮系统52和蒸汽涡轮104被串联排列以驱动相同的机械装置106。然而,在其它实施方式中,SEGR涡轮系统52和蒸汽涡轮104可单独地驱动不同的机械装置106以独立地生成机械动力72和/或电力74。当蒸汽涡轮104由来自HRSG 56的蒸汽62驱动时,蒸汽62的温度和压力逐步地减小。因此,蒸汽涡轮104通过从排气60回收的热将所使用的蒸汽62和/或水108再循环返回至用于额外蒸汽生成的HRSG 56。除了蒸汽生成之外,HRSG 56、EGR系统58和/或另一部分EG处理系统54可产生水64、与碳氢化合物产生系统12一起使用的排气42和用作输入到SEGR涡轮系统52的排气66。例如,水64可以是处理的水,比如使用在其它应用中的淡化水。该淡化水可特别有用与低水可用性的区域。关于排气60,EG处理系统54的实施方式可配置为使排气60再循环通过EGR系统58,传递或不传递排气60通过HRSG 56。

在所图解的实施方式中,SEGR燃气涡轮系统52具有排气再循环路径110,其从排气出口延伸至系统52的排气进口。沿着路径110,排气60穿过EG处理系统54,其在所图解的实施方式中包括HRSG 56和EGR系统58。该EGR系统58可包括沿着路径110串行和/或并行排列的一个或多个导管、阀门、鼓风机、气体处理系统(例如,过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化单元、热交换器、热回收单元,比如,热回收蒸汽发生器、除湿量单元、催化剂单元、化学注射单元或其任意组合)。换句话说,EGR系统58沿着排气再循环路径110在系统52的排气出口和排气进口之间可包括任何流量控制部件、压力控制部件、温度控制部件、湿度控制部件和气体组分控制部件。因此,在HRSG 56沿着路径110的实施方式中,HRSG 56可被认为是EGR系统58的部件。然而,在某些实施方式中,HRSG 56可以沿着独立于排气再循环路径110的排气路径布置。不管HRSG 56是否沿着与EGR系统58分开的路径或共同的路径,该HRSG 56和EGR系统58摄入排气60和输出再循环排气66、与EG供应系统78一起使用(例如,用于碳氢化合物产生系统12和/或其它系统84)的排气42或另外输出的排气的任一种。而且,SEGR燃气涡轮系统52摄入、混合和化学计量地燃烧排气66、氧化剂68和燃料70(例如,预混合的和/或扩散火焰)以产生分配到EG处理系统54、碳氢化合物产生系统12或其它系统84的基本上不含氧和不含燃料的排气60。

如上面参照图1所看到的,碳氢化合物产生系统12可包括许多设备以促进油/气48从地下容器20通过油/气井26的回收或产生。例如,碳氢化合物产生系统12可包括具有流体注射系统34的EOR系统18。在所图解的实施方式中,流体注射系统34包括排气注射EOR系统112和蒸汽注射EOR系统114。虽然流体注射系统34可接收来自许多来源的流体,但是所图解的实施方式可接收来自基于涡轮的操作系统14的排气42和蒸汽62。由基于涡轮的操作系统14产生的排气42和/或蒸汽62也可以按路径发送至碳氢化合物产生系统12,用于其他油/气系统116中。

排气42和/或蒸汽62的数量、质量和流量可由控制系统100控制。该控制系统100可完全专用于基于涡轮的操作系统14,或者该控制系统100也可任选地提供对碳氢化合物产生系统12和/或其它系统84的控制(或者至少一些数据以促进控制)。在所图解的实施方式在中,该控制系统100包括控制器118,该控制器118具有处理器120、存储器122、蒸汽涡轮控制124、SEGR燃气涡轮系统控制126和机械装置控制128。处理器120可包括单一处理器或两个或多个冗余处理器,比如用于控制基于涡轮的操作系统14的三重冗余处理器。存储器122可包括易失性和/或非易失性存储器。例如,存储器122可包括一个或多个硬盘驱动器、闪速存储器、只读存储器、随机存取存储器或其任意组合。控制124、126和128可包括软件和/或硬件控制。例如,控制124、126和128可包括各种指令或存储在存储器122和由处理器122可执行的代码。控制124配置为控制蒸汽涡轮104的操作,SEGR燃气涡轮系统控制126配置为控制系统52,以及机械装置控制128配置为控制机械装置106。因此,控制器118(例如,控制124、126和128)可配置为协调基于涡轮的操作系统14的各个子系统,以提供适合的排气42的流至碳氢化合物产生系统12。

在控制系统100的某些实施方式中,附图所图解的或本文所描述的每个元件(例如系统、子系统和部件)包括(例如,直接地在这样的元件之内、其上游或下游)一个或多个工业控制零件,比如传感器和控制装置,其通信地在工业控制网络上与控制器118彼此连接。例如,与每个元件相关联的控制装置可包括专用的装置控制器(例如,包括处理器、存储器和控制指令)、一个或多个制动器、阀门、开关和工业控制设备,其能够基于传感器反馈130、来自控制器118的控制信号、来自使用者的控制信号或其任意组合进行控制。因此,本文描述的任何控制功能可与存储的控制指令一起实施和/或是由控制器118、与每个元件相关联的专用装置控制器或其组合可执行的。

为了促进这样的控制功能,控制系统100包括遍及系统10分布的一个或多个传感器以获得传感器反馈130,用于各种控制——例如,控制124、126和128——的执行。例如,传感器反馈130可从遍及SEGR燃气涡轮系统52、机械装置106、EG处理系统54、蒸汽涡轮104、碳氢化合物产生系统12分布的传感器或遍及基于涡轮的操作系统14或碳氢化合物产生系统12的任何其它部件获得。例如,传感器反馈130可包括温度反馈、压力反馈、流速反馈、火焰温度反馈、燃烧动力学反馈、摄入氧化剂组分反馈、摄入燃料组分反馈、排气组分反馈、机械动力72的输出水平、电力74的输出水平、排气42、60的输出量、水64的输出量或质量、或其任意组合。例如,传感器反馈130可包括排气42、60的组分以促进SEGR燃气涡轮系统52中化学计量的燃烧。例如,传感器反馈130可包括来自以下传感器的反馈:一个或多个沿着氧化剂68的氧化剂供应路径的摄入氧化剂传感器、一个或多个沿着燃料70的燃料供应路径的摄入燃料传感器和一个或多个沿着排气再循环路径110和/或在SEGR燃气涡轮系统52内布置的一个或多个排气排放传感器。摄入氧化剂传感器、摄入燃料传感器和排气排放传感器可包括温度传感器、压力传感器、流速传感器和组分传感器。排放传感器可包括氮氧化物传感器(例如,NOX传感器)、碳氧化物传感器(例如,CO传感器和CO2传感器)、硫氧化物传感器(例如,SOX传感器)、氢传感器(例如,H2传感器)、氧传感器(例如,O2传感器)、未燃尽的碳氢化合物传感器(例如,HC传感器)、或其它不完全燃烧产物传感器、或其组合传感器。

使用该反馈130,控制系统100可调节(例如,增加、降低或维持)排气66、氧化剂68和/或燃料70进入SEGR燃气涡轮系统52的摄入流量(在其它操作参数之间)以维持适合的范围之内的当量比,例如在大约0.95到大约1.05之间、在大约0.95到大约1.0之间、在大约1.0到大约1.05之间或基本上为1.0。例如,控制系统100可分析反馈130以监测排气排放(例如,氮氧化物的浓度水平、碳氧化物——比如CO和CO2的浓度水平、硫氧化物的浓度水平、氢的浓度水平、氧的浓度水平、未燃尽的碳氢化合物的浓度水平和其它不完全燃烧产物的浓度水平)和/或确定当量比,然后控制一个或多个部件以调节排气排放(例如,排气42中的浓度水平)和/或当量比。所控制的部件可包括参照附图所图解的和描述的任何部件,包括但不限于,沿着氧化剂68、燃料70和排气66的供应路径的阀门;氧化剂压缩机、燃料泵或EG处理系统54中的任何部件;SEGR燃气涡轮系统52的任何部件,或其任意组合。所控制的部件可调节(例如,增加、降低或维持)在SEGR燃气涡轮系统52内燃烧的氧化剂68、燃料70和排气66的流速、温度、压力或百分比。所控制的部件也可包括一个或多个气体处理系统,比如催化剂单元(例如,氧化催化剂单元)、用于催化剂单元的供应物(例如,氧化燃料、热、电等)、气体净化和/或分离单元(例如,基于溶剂的分离器、吸收器、闪蒸罐等)和过滤单元。气体处理系统可帮助降低沿着排气再循环路径110、排出路径(例如,排放到大气中)或提取路径到EG供应系统78的各种排气排放。

在某些实施方式中,控制系统100可分析反馈130并控制一个或多个部件以维持或降低排放水平(例如,排气42、60、95中的浓度水平)至目标范围,比如小于按体积(ppmv)计大约10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000、5000或10000份/百万。对于每种排气排放,这些目标范围可以是相同的或不同的,例如,氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、氢、氧、未燃尽的碳氢化合物以及其它不完全炭烧产物的浓度水平。例如,根据当量比,控制系统100可有选择地控制氧化剂(例如,氧气)的排气排放(例如浓度水平)在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、250、500、750或1000ppmv的目标范围内;一氧化碳(CO)在小于大约20、50、100、200、500、1000、2500或5000ppmv的目标范围内;和氮氧化物(NOX)在小于大约50、100、200、300、400或500ppmv的目标范围内。在以基本上化学计量的当量比操作的某些实施方式中,控制系统100可有选择地控制氧化剂(例如,氧气)的排气排放(例如,浓度水平)在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90或100ppmv的目标范围内;和一氧化碳(CO)在小于大约500、1000、2000、3000、4000或5000ppmv的目标范围内。在以贫燃料当量比(例如,在大约0.95到1.0之间)操作的某些实施方式中,控制系统100可有选择地控制氧化剂(例如,氧气)的排气排放(例如,浓度水平)在小于大约500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,or 1500ppmv的目标范围内;一氧化碳(CO)在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150或200ppmv的目标范围内;和氮氧化物(例如,NOX)在小于大约50、100、150、200、250、300、350或400ppmv的目标范围内。以上提及的目标范围仅仅是实例,并且不意欲限制所公开的实施方式的范围。

控制系统100也可连接至本地接口132和远程接口134。例如,本地接口132可包括在基于涡轮的操作系统14和/或碳氢化合物产生系统12处现场布置的计算机工作站。相比之下,远程接口134可包括从基于涡轮的操作系统14和碳氢化合物产生系统12场外布置的计算机工作站,比如通过网络连接。这些接口132和134促进基于涡轮的操作系统14的监测与控制,比如通过传感器反馈130的一个或多个图形显示、操作参数等等。

而且,如上面所示,控制器118包括许多控制124、126和128以促进基于涡轮的操作系统14的控制。蒸汽涡轮控制124可接收传感器反馈130和输出控制命令以促进蒸汽涡轮104的操作。例如,蒸汽涡轮控制124可接收来自HRSG 156、机械装置106、沿着蒸汽62的路径的温度和压力传感器、沿着水108的路径的温度和压力传感器以及指示机械动力72和电力74的各种传感器的传感器反馈130。同样地,SEGR燃气涡轮系统控制126可接收来自沿着SEGR燃气涡轮系统52、机械装置106、EG处理系统54或其任意组合布置的一个或多个传感器的传感器反馈130。例如,传感器反馈130可从温度传感器、压力传感器、间隙传感器、振动传感器、火焰传感器、燃料组分传感器、排气组分传感器或其任意组合获得,可布置在SEGR燃气涡轮系统52之内或之外。最后,机械装置控制128可接收来自与机械动力72和电力74相关联的各种传感器以及布置在机械装置106内的传感器的传感器反馈130,每个控制124、126和128使用传感器反馈130来提高基于涡轮的操作系统14的操作。

在所图解的实施方式中,SEGR燃气涡轮系统控制126可执行指令来控制EG处理系统54、EG供应系统78、碳氢化合物产生系统12和/或其它系统84中排气42、60、95的量和质量。例如,SEGR燃气涡轮系统控制126可维持排气60中氧化剂(例如,氧气)和/或未燃尽的燃料的水平低于适合于与排气注射EOR系统112一起使用的阈值。在某些实施方式中,氧化剂(例如,氧气)和/或未燃尽的燃料的阈值水平可以小于按排气42、60的体积计1%、2%、3%、4%或5%;或氧化剂(例如,氧气)和/或未燃尽的燃料(和其它排气排放)的阈值水平在排气42、60中可以小于按体积计(ppmv)大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份/百万。通过进一步实例,为了实现氧化剂(例如,氧气)和/或未燃尽的燃料的这些低水平,对于在SEGR燃气涡轮系统52中的燃烧,SEGR燃气涡轮系统控制126可维持在大约0.95和1.05之间的当量比。SEGR燃气涡轮系统126也可控制EG提取系统80和EG处理系统82以维持排气42、60、95的温度、流速和气体组分在排气注射EOR系统112、管道86、存储罐88和碳封存系统90的适合范围之内。如上面所讨论,EG处理系统82可被控制以净化排气42和/或将该排气42分离成一个或多个气流95,比如富CO2、贫N2流96,中间浓度CO2、N2流97和贫CO2、富N2流98。除了用于排气42、60和95的控制之外,控制124、126和128可执行一个或多个指令以维持机械动力72在适合的动力范围内,或维持机械动力74在适合的频率和动力范围内。

图3是系统10的实施方式的图,进一步图解了与碳氢化合物产生系统12和/或其它系统84一起使用的SEGR燃气涡轮系统52的细节。在所图解的实施方式中,SEGR燃气涡轮系统52包括连接至EG处理系统54的燃气涡轮发动机150。所图解的燃气涡轮发动机150包括压缩机部分152,燃烧室部分154,和扩展器部分或涡轮部分156。压缩机部分152包括一个或多个排气压缩机或压缩机阶段158,比如以串行排列布置的1到20阶段回转式压缩机叶片。同样地,燃烧室部分154包括一个或多个燃烧室160,比如绕SEGR燃气涡轮系统52的旋转轴162圆周地分布的1到20个燃烧室160。此外,每个燃烧室160可包括一个或多个配置为喷射排气66、氧化剂68和/或燃料70的燃料喷嘴164。例如,每个燃烧室160的头端部分166可放置1、2、3、4、5、6个或更多的燃料喷嘴164,其可喷射排气66、氧化剂68和/或燃料70的流或混合物进入燃烧室160的燃烧部分168(例如,燃烧室)。

燃料喷嘴164可包括预混合燃料喷嘴164(例如,配置为生成氧化剂/燃料预混合火焰的氧化剂68和燃料70)和/或扩散燃料喷嘴164(例如,配置为喷射生成氧化剂/燃料扩散火焰的氧化剂68和燃料70的单独流)的任意组合。预混合燃料喷嘴164的实施方式可包括回旋叶片、混合室、在燃烧室168中喷射和燃烧之前内部地在喷嘴64内混合氧化剂68和燃料70的其它零件。预混合燃料喷嘴164也可接收至少一些部分混合的氧化剂68和燃料70。在某些实施方式中,每个扩散燃料喷嘴164可隔离氧化剂68和燃料70的流动,直到喷射点,同时也隔离一种或多种稀释剂的流动(例如,排气66、蒸汽、氮气或其它惰性气体),直到喷射点。在其它实施方式中,每个扩散燃料喷嘴164可隔离氧化剂68和燃料70的流动,直到喷射点,同时在喷射点之前部分地将一种或多种稀释剂(例如,排气66、蒸汽、氮气或其它惰性气体)与氧化剂68和/或70混合。此外,一种或多种稀释剂(例如,排气66、蒸汽、氮气或其它惰性气体)可被注入到燃烧区域处或燃烧区域下游的燃烧室中(例如,注入到燃烧的热产物),从而有助于降低燃烧的热产物的温度和降低NOX(例如,NO和NO2)的排放。不管燃料喷嘴164的类型,SEGR燃气涡轮系统52可以被控制以提供氧化剂68和燃料70的基本上化学计量的燃烧。

在使用扩散燃料喷嘴164的扩散燃烧实施方式中,燃料70和氧化剂68通常不在扩散火焰的上游混合,而是燃料70和氧化剂68在火焰表面直接混合并反应,和/或火焰表面存在于燃料70和氧化剂68之间混合的位置处。具体而言,燃料70和氧化剂60分别接近火焰表面(或者扩散边界/界面),然后沿着火焰表面(或者扩散边界/界面)扩散(例如,通过分子和粘性扩散)以生成扩散火焰。值得注意的是,燃料70和氧化剂68可以是沿着该火焰表面(或者扩散边界/界面)处于基本上化学计量比,其可导致沿着该火焰表面更高的火焰温度(例如,峰值火焰温度)。与贫燃料或富燃料的燃料/氧化剂比相比,化学计量的燃料/氧化剂比通常导致更高的火焰温度(例如,峰值温度)。因此,扩散火焰可显著地比预混合火焰更稳定,因为燃料70和氧化剂68的扩散有助于沿着火焰表面维持化学计量比(和更高温度)。虽然更高的火焰温度也可导致更高的排气排放,比如NOX排放,但是公开的实施方式使用一种或多种稀释剂来帮助控制温度和排放,同时仍然避免燃料70和氧化剂68的预混合。例如,公开的实施方式可引入一种或多种稀释剂将燃料70与氧化剂68分离(例如,在燃烧点之后和/或燃烧火焰的下游),从而有助于降低温度和降低由扩散火焰产生的排放(例如NOX排放)。

在操作中,如图解,压缩机部分152接收和压缩来自EG处理系统54的排气66,并输出压缩的排气170至燃烧室部分154中的每个燃烧室160。在每个燃烧室160内的燃料60、氧化剂68和排气170的燃烧之后,额外的排气或燃烧产物172(例如,燃烧气体)发送到涡轮部分156。与压缩机部分152类似,涡轮部分156包括一个或多个涡轮或涡轮阶段174,其可包括一系列的涡轮叶片。这些涡轮叶片然后由燃烧室部分154中生成的燃烧产物172驱动,从而驱动连接至机械装置106的转轴176的旋转。而且,机械装置106可包括连接至SEGR燃气涡轮系统52的任一端的许多设备——比如机械装置178,连接至涡轮部分156和/或机械装置106的178,连接至压缩机部分152的180。在某些实施方式中,机械装置106、152、178可包括一个或多个发电机、用于氧化剂68的氧化剂压缩机、用于燃料70的燃料泵、变速箱或连接至SEGR燃气涡轮系统52的额外的驱动(例如,蒸汽涡轮104、电动机等)。非限制性实例参照表1在下面进一步详细讨论。如图解,涡轮部分156输出排气60以沿着排气再循环路径110从涡轮部分156的排气出口182再循环至排气进口184进入压缩机部分152。沿着排气再循环路径110,排气60穿过如以上详细讨论的EG处理系统54(例如,HRSG 56和/或EGR系统58)。

而且,燃烧室部分154中的每个燃烧室160接收、混合、和化学计量地燃烧压缩的排气170、氧化剂68和燃料70以产生额外的排气或燃烧产物172从而驱动涡轮部分156。在某些实施方式中,氧化剂68被氧化剂压缩系统186压缩,该氧化剂压缩系统186比如具有一个或多个氧化剂压缩机(MOCs)的主要氧化剂压缩(MOC)系统(例如,主要空气压缩(MAC)系统)。该氧化剂压缩系统186包括连接至驱动190的氧化剂压缩机188。例如,该驱动190可包括电动机、内燃机或其任意组合。在某些实施方式中,该驱动190可以是涡轮发动机,比如燃气涡轮发动机150。因此,氧化剂压缩系统186可以是机械装置106的不可分割的部分。换句话说,压缩机188可直接地或间接地被由燃气涡轮发动机150的转轴176供应的机械动力72驱动。在这样的实施方式中,该驱动190可以被排出,因为压缩机188依赖从涡轮发动机150输出的动力。然而,采用了采用多于一个氧化剂压缩机的某些实施方式,第一氧化剂压缩机(例如,低压(LP)氧化剂压缩机)可由驱动190驱动,同时转轴176驱动第二氧化剂压缩机(例如高压(HP)氧化剂压缩机),反之亦然。例如,在另一实施方式中,HP MOC由驱动190驱动和LP氧化剂压缩机由转轴176驱动。在所图解的实施方式中,氧化剂压缩系统186与机械装置106分离。在这些实施方式的每一个中,压缩系统186压缩和供应氧化剂68至燃料喷嘴164和燃烧室160。因此,一些或所有的机械装置106、178、180可配置为增加压缩系统186(例如,压缩机188和/或额外的压缩机)的操作效率。

机械装置106的许多部件,由元件编号106A、106B、106C、106D、106E和106F所指示,可以沿着转轴176的路线和/或并行于转轴176的路线以一种或多种串行排列、并行排列、或串行和并行排列的任意组合进行布置。例如,机械装置106、178、180(例如,106A到106F)可包括任何串行和/或并行排列,以任意顺序的:一个或多个变速箱(例如,并行转轴、行星式变速箱)、一个或多个压缩机(例如,氧化剂压缩机,增压压缩机,比如EG增压压缩机)、一个或多个发电单元(例如,发电机)、一个或多个驱动(例如,蒸汽涡轮发动机、电动机)、热交换单元(例如,直接的或间接的热交换器)、离合器或其任意组合。压缩机可包括轴流式压缩机、径向或离心式压缩机或其任意组合,每个具有一个或多个压缩阶段。关于热交换机,直接的热交换器可包括喷雾冷却器(例如,喷雾中间冷却器),其将液体喷雾注入气流(例如,氧化剂流),用于直接冷却气流。间接的热交换器可包括至少一个分离第一和第二流的壁(例如,外壳和管式热交换器),该第一和第二流比如与冷却剂流(例如,水、空气、制冷剂或任何其它液体或其气体冷却剂)分离的流体流(例如,氧化剂流),其中冷却剂流转移来自流体流的热而没有任何直接接触。直接的热交换器的实例包括中间冷却器热交换器和热回收单元,比如热回收蒸汽发生器。热交换器也可包括加热器。如下面进一步详细讨论,这些机械装置部件的每个可在如表1中陈述的非限制性实例所指示的不同组合中使用。

通常,机械装置106、178、180可配置为通过,例如,调节系统186中的一个或多个氧化剂压缩机的操作速度、通过冷却促进氧化剂68的压缩和/或剩余动力的提取来增加压缩系统186的效率。公开的实施方式意欲包括机械装置106、178、180中以串行和并行排列的以上提及的部件的任何和所有的置换,其中这些部件的一个、多于一个、所有或没有一个驱动从转轴176获得动力。如下面所图解,表1描绘最接近和/或连接至压缩机和涡轮部分152、156布置的机械装置106、178、180的排列的一些非限制性实例。

表1

如上面表1所示,冷却单元表示为CLR,离合器表示为CLU,驱动表示为DRV,变速箱表示为GBX,发生器表示为GEN,加热单元表示为HTR,主要氧化剂压缩机单元表示为MOC,低压和高压变化分别表示为LP MOC和HP MOC,以及蒸汽发生器单元表示为STGN。虽然表1逐一图解了朝向压缩机部分152或涡轮发动机156的机械装置106、178、180,但是表1也意欲包括机械装置106、178、180的相反顺序。在表1中,包括两个或多个部件的任何单元意欲包括部件的并行排列。表1不意欲排出机械装置106、178、180的任何非图解的置换。机械装置106、178、180的这些部件可以使得发送至燃气涡轮发动机150的氧化剂68的温度、压力和流速的反馈控制。如下面进一步详细讨论,氧化剂68和燃料70可在具体挑选的位置处被供应至燃气涡轮发动机150以促进压缩的排气170的隔离和提取,而没有使排气170的量退化的任何氧化剂68或燃料70。

EG供应系统78,如图3中所图解,布置在燃气涡轮发动机150和目标系统(例如,碳氢化合物产生系统12和其它系统84)之间。具体而言,该EG供应系统78——例如,EG提取系统(EGES)80——可在一个或多个提取点76处沿着压缩机部分152、燃烧室部分154和/或涡轮部分156连接至燃气涡轮发动机150。例如,提取点76可位于临近的压缩机阶段之间,比如压缩机阶段之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10个级间提取点76。这些级间提取点76的每个提供提取的排气42的不同温度和压力。同样地,提取点76可位于临近的涡轮阶段之间,比如涡轮阶段之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10个级间提取点76。这些级间提取点76的每个提供提取的排气42的不同温度和压力。通过进一步实例,提取点76可位于遍及燃烧室部分154的多个位置处,其可提供不同的温度、压力、流速和气体组分。这些提取点76的每个可包括EG提取导管、一个或多个阀门、传感器和控制,其可用于由选择地控制提取的排气42到EG供应系统78的流动。

提取的排气42——其由EG供应系统78分配——具有适合于目标系统(例如,碳氢化合物产生系统12和其它系统84)的控制的组分。例如,在这些提取点76的每个处,排气70可以基本上与氧化剂68和燃料70的喷射点(或流动)隔离。换句话说,EG供应系统78可具体设计为从没有任何添加的氧化剂68和燃料70的燃气涡轮发动机150提取排气170。此外,考虑到每个燃烧室160中化学计量的燃烧,提取的排气42可以基本上不含氧和燃料。EG供应系统78可直接地或间接地将提取的排气42发送至碳氢化合物产生系统12和/或其它系统84,供不同的过程使用,比如提高油回收、碳封存、存储或输送至场外位置。然而,在某些实施方式中,EG供应系统78包括在与目标系统一起使用之前,用于进一步处理排气42的EG处理系统(EGTS)82。例如,EG处理系统82可净化排气42和/或将该排气42分离成一个或多个流95,比如富CO2、贫N2流96,中间浓度CO2、N2流97和贫CO2、富N2流98。这些处理的排气流95可单独使用,或可与碳氢化合物产生系统12和其它系统84(例如,管道86、存储罐88和碳封存系统90)组合使用。

与EG供应系统78中执行的排气处理类似,EG处理系统54可包括多个排气(EG)处理部件192,比如由元件编号194、196、198、200、202、204、206、208和210所指示。这些EG处理部件192(例如,194到210)可沿着排气再循环路径110以一种或多种串行排列、并行排列、或串行和并行排列的任意组合进行布置。例如,EG处理部件192(例如,194到210)可包括任何串行和/或并行排列,以任意顺序的:一个或多个热交换器(例如,热回收单元,比如热回收蒸汽发生器、冷凝器、冷却器或加热器)、催化剂系统(例如,氧化催化剂系统)、微粒和/或脱水系统(例如,惯性分离器、凝聚式过滤器、不透水的过滤器和其它过滤器)、化学注射系统、基于溶剂的处理系统(例如,吸收器、闪存罐等)、碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于统计的系统、或其任意组合。在某些实施方式中,催化剂系统可包括氧化催化剂、一氧化碳还原催化剂、氮氧化物还原催化剂、氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、氧化铂、氧化钯、氧化钴、或混合的金属氧化物、或其组合。公开的实施方式意欲包括以串行和并行排列的以上提及的部件192的任何和所有的置换。如下面所描述,表2描绘了沿着排气再循环路径110的部件192的排列的一些非限制性实例。

表2

如上面表2所示,催化剂单元表示为CU,氧化催化剂单元表示为OCU,增压鼓风机表示为BB,热交换器表示为HX,热回收单元表示为HRU,热回收蒸汽发生器表示为HRSG,冷凝器表示为COND,蒸汽涡轮表示为ST,微粒去除单元表示为PRU,除湿量单元表示为MRU,过滤器表示为FIL,凝聚式过滤器表示为EFIL,不透水的过滤器表示为WFIL,惯性分离器表示为INER,和稀释剂供应系统(例如,蒸汽、氮气或其它惰性气体)表示为DIL。虽然表2逐一图解了从涡轮部分156的排气出口182朝向压缩机部分152的排气进口184的部件192,但是表2也意欲包括所图解的部件192的相反顺序。在表2中,包括两个或更多部件的任何单元意欲包括具有部件的集成单元、部件的并行排列或其任意组合。此外,在表2的背景下,HRU、HRSG和COND是HE的实例;HRSG是HRU的实例;COND、WFIL和CFIL是WRU的实例;INER、FIL、WFIL和CFIL是PRU的实例;以及WFIL和CFIL是FIL的实例。而且,表2不意欲排除部件192的任何非图解的置换。在某些实施方式中,图解的部件192(例如,194到210)可部分地或完全集成在HRSG56、EGR系统58或其任意组合之内。这些EG处理部件192可使得温度、压力、流速和气体组分的反馈控制,同时也去除来自排气60的湿度和微粒。此外,处理的排气60可在一个或多个提取点76处提取,供EG供应系统78使用和/或再循环至压缩机部分152的排气进口184。

当处理的、再循环的排气66穿过压缩机部分152时,SEGR燃气涡轮系统52沿着一个或多个路线212(例如,排气导管或旁路导管)放出一部分压缩的排气。每个路线212可将排气发送到一个或多个热交换器214(例如,冷却单元),从而将排气再循环返回至SEGR燃气涡轮系统52。例如,穿过热交换器214之后,一部分冷却的排气可沿着用于冷却和/或密封涡轮机壳、涡轮壳体、轴承和其它部件的路线212发送至涡轮部分156。在这样的实施方式中,SEGR燃气涡轮系统52不通过涡轮部分156出于冷却和/或密封目的发送任何氧化剂68(或其它潜在的污染物),并且因此冷却的排气的任何泄漏将不污染流过和驱动涡轮部分156的涡轮阶段的热燃烧产物(例如,工作排气)。通过进一步实例,穿过热交换器214之后,一部分冷却的排气可沿着路线216(例如,回流管)发送至压缩机部分152的上游压缩机阶段,从而提高压缩机部分152的压缩效率。在这样的实施方式中,热交换器214可配置为压缩机部分152的级间冷却单元。以这种方式,冷却的排气有助于增加SEGR燃气涡轮系统52的操作效率,同时有助于维持排气的纯度(例如,基本上不含氧化剂和燃料)。

图4是图1-3中所图解的系统10的操作方法220的实施方式的流程图。在某些实施方式中,方法220可以是计算机实施的方法,其存取存储在图2中所示的存储器122上的一个或多个指令并执行图2中所示的控制器118的处理器120上的指令。例如,方法220中的每个步骤可包括由参照图2所描述的控制系统100的控制器118可执行的指令。

方法220可以以开始图1-3的SEGR燃气涡轮系统52的启动模式开始,如方框222所指示。例如,该启动模式可包含SEGR燃气涡轮系统52逐渐的倾斜上升以维持可接受的阈值内的热梯度、变化和间隙(例如,在旋转的和静止部件之间)。例如,在启动模式222期间,方法220可开始供应压缩的氧化剂68至燃烧室部分154的燃烧室160和燃料喷嘴164,如方框224所指示。在某些实施方式中,压缩的氧化剂可包括压缩的空气、氧气、富含氧气的空气、氧气减少的空气、氧气-氮气混合物、或其任意组合。例如,氧化剂68可被图3中所图解的氧化剂压缩系统186压缩。方法220也可在启动模式222期间开始供应燃料至燃烧室160和燃料喷嘴164,如方框226所指示。在启动模式222期间,方法220也可开始供应排气(如可利用的)至燃烧室160和燃料喷嘴164,如方框228所指示。例如,燃料喷嘴164可产生一种或多种扩散火焰、预混合火焰或扩散和预混合火焰的组合。在启动模式222期间,由燃料涡轮发动机156生成的排气60在数量和/或质量上可能是不足的或不稳定的。因此,在启动模式期间,方法220可从一个或多个存储单元(例如,存储罐88)、管道86、其它SEGR燃气涡轮系统52或其它排气源供应排气66。

然后,方法220可燃烧燃烧室160中压缩的氧化剂、燃料和排气的混合物以产生热的燃烧气体172,如方框230所指示。具体而言,方法220可由图2的控制系统100控制以促进燃烧部分154的燃烧室160中混合物的化学计量的燃烧(例如,化学计量的扩散燃烧、预混合燃烧或二者)。然而,在启动模式222期间,其可能特别难以维持混合物的化学计量的燃烧(因此低水平的氧化剂和未燃尽的燃料可存在于热燃烧气体172中)。结果,在启动模式222中,热的燃烧气体172可具有与下面进一步详细讨论的稳态模式期间相比,残留的氧化剂68和/或燃料70的更大量。为此,方法20可在启动模式期间执行一个或多个控制指令以降低或消除热燃烧气体172中残留的氧化剂68和/或燃料70。

然后,方法220驱动具有热燃烧气体172的涡轮部分156,如方框232所指示。例如,热燃烧气体172可驱动布置在涡轮部分156内的一个或多个涡轮阶段174。在涡轮部分156的下游,方法220可处理来自最后涡轮阶段174的排气60,如方框234所指示。例如,排气处理234可包括利用HRSG 56的过滤、任何残留的氧化剂68和/或燃料70的催化剂反应、化学处理、热回收等等。方法20也可将至少一些排气60再循环回到SEGR燃气涡轮系统52的压缩机部分152,如方框236所指示。例如,排气再循环236可包含通过图1-3所图解的具有EG处理系统54的排气再循环路径110的通道。

依次,再循环排气66可在压缩机部分152中压缩,如方框238所指示。例如,SEGR燃气涡轮系统52可顺序地压缩压缩机部分152的一个或多个压缩机阶段158中的再循环排气66。随后,压缩的排气170可供应至燃烧室160和燃料喷嘴164,如方框228所指示。然后,步骤230、232、234、236和238可重复,直到方法220最后过度到稳态模式,如方框240所指示。过渡240后,方法220可基于以执行步骤224到228,但是也可通过EG供应系统78开始提取排气42,如方框242所指示。例如,排气42可从一个或多个提取点76沿着如图3所指示的压缩机部分152、燃烧室部分154和涡轮部分156提取。依次,方法220可从EG供应系统78到碳氢化合物产生系统12供应提取的排气42,如方框244所指示。然后,碳氢化合物产生系统12可将排气42注入用于提高油回收的地面设备32,如方框246所指示。例如,提取的排气42可用于图1-3中所图解的EOR系统18的排气注射EOR系统112。

如上面关于图1-4所详细讨论,SEGR燃气涡轮系统52利用对燃料70和压缩的氧化剂68的组合的燃烧来生成排气42。而且,由SEGR燃气涡轮系统52生成的排气42被提供至EG处理系统54和EG供应系统78的任一个或其二者,用于再循环回到SEGR燃气涡轮系统52或碳氢化合物产生系统12(图1)。也如上面关于图3所讨论的,氧化剂压缩系统186不定地连接至SEGR燃气涡轮发动机150,并以燃烧的压缩形式提供氧化剂68。氧化剂压缩系统186的具体配置可对SEGR燃气涡轮系统52的整体循环效率具有直接的影响。确实,上面表1中讨论的机械装置106的部件的任一个或其组合可被利用以增加氧化剂压缩系统183的操作效率,又增加压缩、燃烧和排气生成的整个过程的效率。通过非限制性实例,氧化剂压缩系统186可包括进行以下操作的零件:在压缩期间拒绝热生成、生成来自由SEGR燃气涡轮发动机150生成的剩余能量的电力,和提取用于驱动可以以串行或并行操作的单元的以电能和/或机械能形式的动力。图5-23提供了针对增强氧化压缩系统186的操作效率的许多实施方式。

应当注意,为了清楚,基于涡轮的操作系统14的某些零件已经被省略,包括具有SEGR GT系统控制126和机械装置控制128的控制系统100。因此,应当注意,下面讨论的所有的实施方式可以部分地或完全地由控制系统100所控制,同时控制系统100使用从下面描述的氧化剂压缩系统186的部件的任一个或其组合上布置的传感器获得的传感器反馈130。确实,这样的传感器反馈130可使得机械装置106的同步操作,从而增加每个机器部件和因此至少氧化剂压缩系统186的效率。

现移动到图5,氧化剂压缩系统186的一个实施方式图解为包括主要氧化剂压缩机(MOC)300,其具体的配置在下面进一步详细讨论。MOC 300连接至发生器302(例如,双端发生器),其由SEGR GT系统52直接驱动。在操作期间,主要氧化剂压缩机300接收氧化剂68,并由发生器302驱动以压缩氧化剂68,从而产生压缩的氧化剂304。同时,由SEGR GT系统52驱动的发生器302产生电力74。电力74可以以许多方式使用。例如,电力74可提供至电网,或由并行于发生器302操作的机械装置106的额外部件利用。

具体而言,发生器302和MOC 300沿着SEGR GT系统52的转轴线306布置,其也可被称为SEGR GT系统52的“行列(train)”。在所图解的实施方式中,发生器302具有接收来自SEGR GT系统52的转轴176的动力的输入转轴308,和在特定流速、压力和温度下提供输入动力至用于氧化剂压缩的MOC 300的输出转轴310。即,发生器302的输出转轴310是,或者连接至MOC 300的输入转轴312。确实,当下面讨论的某些实施方式描述为具有“连接至”或“机械地连接至”输入转轴的输出转轴,以方便描述,这也意欲表示多个实施方式,在该多个实施方式中某一部件的输出转轴是另一部件的输入转轴(即,输入转轴和输出转轴可以是相同的部件或不同的部件)。因此,在所图解的实施方式中,当发生器302的输出转轴310目前描述为正连接至MOC 300的输入转轴312时,这也意欲指其中发生器302的输出转轴310和MOC 300的输入转轴312的配置是相同的。换句话说,输出转轴310和输入转轴312可以是相同的部件,或可以是不同的部件。

进一步,当MOC 300在图5的实施方式中图解为轴流式压缩机时,MOC 300可具有任何适合的压缩机配置,该配置能够以期望的操作状态(例如,压力、温度)生成压缩的氧化剂304。通常,MOC 300和下面详细讨论的任何压缩机可包括一排或多排旋转叶片和/或固定叶片以形成压缩阶段,其可以是轴向的和/或径向的。在一些实施方式中,MOC 300可以另外地火可选地包括一个或多个径向的压缩机阶段,比如离心式叶轮。例如,MOC 300可包括一系列的轴流阶段,接着是一系列的径流阶段。这样的配置可被称为轴-径向或轴向-径向压缩机。在仍进一步实施方式中,MOC 300可仅包括径向阶段。在这样的实施方式中,MOC 300可以是离心式压缩机。因此,当MOC 300图示为安放在单一压缩机外壳中的单一单元时,MOC 300实际上可包括安放在一个、两个、三个或多个压缩机外壳中的一个、两个、三个或更多阶段,冷却阶段之间布置或不布置冷却零件。应当注意,当以轴流配置时,MOC 300可使得在高排放温度下和以相对高的相率产生压缩的氧化剂304,而不是用级间冷却。因此,在一个实施方式中,MOC 300不包括级间冷却。

也应当注意,在图5所图解的实施方式中,发生器302的输出转轴310可设计为提供由MOC 300使用的全部动力以在期望的条件下生成压缩的氧化剂304。当与具有类似能力的普通发电机相比,转轴310可因此具有相对大的直径。通过非限制性实例,发生器302的转轴310的直径可以在SEGR GT系统52的转轴176的直径的大约40%和120%之间,比如在大约60%和100%之间,或者在大约80%和90%之间。

现移动到图6,图解了氧化剂压缩系统186的另一个实施方式。在图6中,MOC 300由SEGR GT系统52直接驱动。具体而言,图6中的MOC 300是双端压缩机,其中SEGR GT系统52提供输入动力至MOC 300,并且MOC 300提供输入动力至发生器302。换句话说,在图6所图解的配置中,与图5中的配置相比,MOC 300和发生器302的各自的位置是相反的。因此,MOC 300的输出转轴314机械地连接至发生器302的输入转轴308。

这样的配置可以是期望的,因为发生器302不驱动MOC 300,其使得更多种类的发生器(例如,不必具有过大转轴的那些)待被利用。确实,发生器302可以是由MOC 300驱动的单端或双端发生器以产生电力74。在发生器302是双端发生器的实施方式中,发生器302又可驱动氧化剂压缩系统186和/或基于涡轮的操作系统14的一个或多个额外的零件,比如不同的泵、增压压缩机等等。

而且,MOC 300可以是轴流式压缩机、离心式压缩机或其组合。换句话说,MOC 300可仅包括轴流阶段,仅包括径向流阶段,或包括轴向和径向阶段的组合。进一步,应当注意,在图5和图6中所图解的配置中,由于转轴176直接驱动MOC 300(或直接驱动又直接驱动MOC 300的零件),所以MOC 300可被配置使得其操作速度与燃气涡轮发动机150的压缩机部分152和涡轮部分156的操作速度基本上相同。当效率高时,这样的配置可不提供操作灵活性。此外,实现轴流式压缩机以通常的燃气涡轮发动机操作速度操作可能是困难的。确实,仅MOC 300的一部分流量(flow capacity)可在SEGR GT系统52的操作中被利用,这至少部分由于在除了压缩的氧化剂304之外的燃烧期间排气用作稀释剂。因此,可期望提供当与SEGR GT系统相比时使得MOC 300以某一旋转速度操作。例如,可期望以与SEGR GT系统52的第一操作速度不同的第一操作速度(例如,转轴176的第一速度)操作MOC 300。

氧化剂压缩系统186的一个这样的实施方式在图7中图解。具体而言,氧化剂压缩系统186包括变速箱320,其使得MOC 300以与SEGR GT系统52相比不同的速度操作。具体而言,发生器302直接驱动变速箱320,以及SEGR GT系统52直接驱动发生器302。变速箱302可以是以其设计速度驱动MOC 300的增速或减速变速箱。因此,MOC 300可以被设计或选择以便当以与SEGR GT系统52的压缩机部分152相比不同的速度操作时,将期望量(例如,流速和压力)的压缩的氧化剂304提供至SEGR GT系统52。例如,在一个实施方式中,MOC 300可以是在规模上与SEGR GT系统52的压缩机部分152的压缩机类似的轴流式压缩机,其也可以是轴流式压缩机。然而,在其他实施方式中,MOC 300可以比SEGR GT系统52的压缩机更小或更大。

如其中MOC 300和SEGR GT系统52以不同的速度操作的实例,在其中MOC 300的流速为压缩机部分152的压缩机的设计流速的40%的配置中,MOC 300的操作速度可以是SEGR GT系统52的操作速度的大约1.6倍。确实,通过实例的方式,变速箱320可使得MOC 300以比SEGR GT系统52的速度至少高1%的速度操作,比如在10%和200%之间、在20%和150%中间、在30%和100%之间或在40%和高于75%之间。相反地,在变速箱320是减速变速箱的实施方式中,通过实例的方式,变速箱320可使得MOC 300以比SEGR GT系统52的速度至少低1%的速度操作,比如在在10%和90%之间、在20%和80%中间、在30%和70%之间或在40%和低于60%之间。

根据本实施方式,变速箱320可具有任何适合的配置。例如,在一个实施方式中,变速箱320可以是并行转轴变速箱,其中变速箱320的输入转轴322不与变速箱320的输出转轴324成一直线,但是通常与其并行。在另一实施方式中,变速箱320可以是行星式变速箱或其他增速或减速变速箱,其中变速箱320的输入转轴322与变速箱320的输出转轴324成一直线,和在一些实施方式中变速箱320的输入转轴320沿着转轴线306。此外,目前预期其他变速箱排列。例如,其中空转齿轮增加转轴分离的变速箱排列被预期,和/或目前也预期具有多个输出和/或输入转轴以驱动其他设备或使得使用额外的驱动,比如额外的涡轮发动机的实施方式。

如上面所示,MOC 300可包括安放在单个或多个压缩机外壳内的的一个或多个压缩机阶段。图8图解氧化剂压缩机系统186的实施方式,其中压缩阶段提供为安放在单独的外壳中的多个阶段。具体而言,图解的氧化剂压缩系统186包括低压(LP)MOC 300和高压(HP)MOC322。LP MOP 330接收氧化剂68(例如,在LP MOC 330的进口处)并将氧化剂68压缩至第一压力-产生(pressure-producing)并随后排放(例如,从LP MOC 330的出口)LP压缩的氧化剂334。HP MOC 332接收(例如,在HP MOC 332的进口处)和压缩LP压缩的氧化剂334以产生被SEGR GT系统52使用的压缩的氧化剂304。

在所图解的实施方式中,HP MOC 322由发生器302——其是双端的——驱动以压缩低压压缩的氧化剂334。发生器302又直接由SEGR GT系统52驱动。HP MOC 302也是双端的。因此,输入336(例如,输入转轴)到HP MOC 332是发生器302的输出转轴310,和HP MOC332的输出338(例如,输出转轴)是LP MOC 330的输入339(例如,输入转轴)。即,HP MOC 332机械地连接至用于机械动力的发生器302的输出转轴310并且又提供动力至LP MOC 330,该LP MOC 330机械地连接至HP MOC 332的输出转轴338。

LP MOC 330可在压缩的氧化剂304的压力的10%和90%之间的压力下产生低压压缩的氧化剂334。例如,低压压缩的氧化剂334可以在压缩的氧化剂304的压力的20%和80%之间、30%和70%之间、或40%和60%之间。而且,HP MOC 332然后压缩低压压缩的氧化剂334至期望的压力、流量和温度,在SEGR GT系统52中作为压缩的氧化剂304使用。

应当注意,发生器302的放置仅仅是实例。确实,发生器302可沿着SEGR GT行列放置在许多位置。例如,发生器302通常可沿着转轴线306在LP MOC 330和HP MOC 332之间放置。在这样的实施方式中,发生器302的输入转轴308可以是HP MOC 332的输出,和发生器302的输出转轴310可以是到LP MOC 330的输入。可选地,发生器302可放置在如上面所讨论的行列的末端。因此,根据本实施方式,图8的发生器302、LP MOC 330和HP MOC 332可全部在与SEGR GT系统52基本上相同的操作速度下操作。

如上面关于图5-7的MOC 300所讨论,LP MOC 330和HP MOC332可以是轴流式压缩机——每个具有安放在单个或多个外壳内的一个或多个压缩阶段。确实,任何数量的阶段可用于LP MOC 330和HP MOC 332,有或没有级间冷却的冷却零件。此外,LP MOC 330和HP MOC 332可独立地是轴流式压缩机、离心式压缩机或包括轴向压缩阶段和径向压缩阶段的压缩零件的组合。因此,LP MOC 330和HP MOC332可以是轴-径向或轴向-径向压缩机。此外,在一个实施方式中,LP MOC 330和HP MOC 332和发生器302可以布置在单个外壳内。

现移动到图9,描绘了氧化剂压缩系统186的实施方式,其中主要氧化剂压缩被分为轴流式LP MOC 340和离心式HP MOC 342。如图解,轴流式LP MOC 340由发生器302驱动,其又直接由SEGR GT系统52驱动。同样地,离心式HP MOC 342直接由轴流式LP MOC 340驱动,其式双端的。因此,轴流式LP MOC 340机械地连接至发生器302的输出转轴310,以及离心式HP MOC 342机械地连接至轴流式LP MOC 340的输出344(例如,输出转轴)。

在操作期间,轴流式LP MOC 340接收氧化剂68和产生低压压缩的氧化剂334,其被提供至离心式HP MOC 342以提供阶段式压缩(例如,系列压缩)。离心式HP MOC 342然后产生来自低压压缩的氧化剂334的压缩的氧化剂304。轴流式LP MOC 340和/或离心式HP MOC342可以安放在一个或多个外壳中,并且可以包括一个或多个压缩阶段。例如,轴流式LP MOC 340可包括一个或多个氧化剂压缩阶段,以便氧化剂68沿着一系列轴向压缩阶段被压缩,直到氧化剂到达适合提供给离心式HP MOC 342的期望压力。如上面关于图8的LP MOC330所示,LP MOC 340可在压缩的氧化剂304的压力的10%和90%之间的压力下产生低压压缩的氧化剂334。例如,低压压缩的氧化剂334可在压缩的氧化剂304的压力的20%和80%之间、30%和70%、或40%和60%之间。同样地,离心式HP MOC 342可渐进地在一系列径向压缩阶段中压缩低压压缩的氧化剂334,直到氧化剂被压缩至用于提供给SEGR GT系统52的适合的压力。

以与上面关于图8所讨论的类似的方式,图9的发生器320可以沿着GT行列放置在许多位置。例如,发生器302——不是被放置在轴流式LP MOC 340和SEGR GT系统52之间——反而可以放置在离心式HP MOC 342和轴流式LP MOC 340之间。因此,到发生器302的输出可以是轴流式LP MOC 340的输出转轴344,和发生器302的输出转轴310可以是离心式HP MOC 342的输入。进一步,发生器302可位于GT行列的末端处。在这样的实施方式中,离心式HP MOC 342可以是双端的以便离心式HP MOC 342的输入是轴流式LP MOC 340的输出,以及离心式HP MOC 342的输出是发生器302的输入。

如图10中所描绘,本公开也提供了实施方式,其中增速或减速变速箱320布置在LP MOC 330和HP MOC 332之间串行操作(例如,阶段式压缩)。因此,HP MOC 332和LP MOC 330可在相同的或不同的操作速度下操作。例如,如所图解,LP MOC 330可在与SEGR GT系统52基本上相同的操作速度下操作。然而,当相比于LP MOC 330和附随地SEGR GT系统52,HP MOC 332——其由LP MOC 330通过变速箱320驱动——可以在更快的或更慢的操作速度下操作。例如,HP MOC 332可以在SEGR GT系统52的操作速度的10%和200%之间的速度下操作。更具体而言,HP MOC 332可以在SEGR GT系统52的操作速度的大约20%和180%、40%和160%、60%和140%、80%和120%之间的速度下操作。

在其中HP MOC 332在相比于SEGR GT系统52更低的操作速度下操作的实施方式中,HP MOC 332可在SEGR GT系统52的操作速度的大约10%和90%、20%和80%、30%和70%、或40%和60%之间的速度下操作。相反地,在其中HP MOC 332在相比于SEGR GT系统52时更高的操作速度下操作,HP MOC 332可在比SEGR GT系统52的操作速度大至少大约10%的速度下操作。更具体而言,HP MOC 332可在某一速度下操作,该速度比SEGR GT系统52大在大约20%和200%、50%和150%之间或比SEGR GT系统52大大约100%。

以与上面关于图5-10所讨论的实施方式相似,应当注意,发生器302放置在沿着SEGR行列的不同位置。例如,移动到图11,发生器302图解为放置在轴流式LP MOC 330和SEGR GT系统52之间。因此,发生器302直接由SEGR GT系统52所驱动,并且直接驱动轴流式LP MOC 300。换句话说,相比于图10的配置,发生器302和LP MOC 330的各自部分被颠倒。进一步,如所图解,轴流式HP MOC 332由轴流式LP MOC 330通过增速或减速变速箱320驱动。而且,变速箱320可以式任何增速或减速变速箱,比如并行转轴变速箱或行星式变速箱。

如上面关于图10所讨论,本公开也提供包括离心式和轴流式压缩机的组合的实施方式。因此,在一个实施方式中,图10和11的HP MOC332可与离心式HP MOC 342一起放置。参照图12,离心式HP MOC 342通过变速箱320由轴流式LP MOC 330驱动。进一步,如上面所讨论,轴流式LP MOC 330直接由SEGR GT系统52通过发生器302所驱动。如上面所详细讨论,在可选的配置中,轴流式LP MOC 330和发生器302可颠倒,以便发生器302位于沿着离心式HP MOC 342和轴流式LP MOC 330之间的行列处。此外,应当注意,本公开也预期使用两个或多个离心式氧化剂压缩机。因此,在这样的实施方式中,轴流式LP MOC 330可与一个或多个离心式LP MOC一起放置。

当几个前述的实施方式涉及氧化剂压缩系统186的配置,其中主要氧化剂压缩机以串行配置排列,本公开也提供其中氧化剂压缩机并行操作(例如,并行压缩)的实施方式。现移动到图13,提供了氧化剂压缩机系统186具有配置为并行操作的第一和第二氧化剂压缩机370、372的实施方式。在所图解的实施方式中,第一和第二MOC 370、372每个接收氧化剂68的单独流入。应当领会,第一MOC 370生成压缩的氧化剂374的第一流和第二MOC 372生成压缩的氧化剂376的第二流。第一和第二压缩的氧化剂流374、376沿着路径378结合以将压缩的氧化剂304流至SEGR GT系统52。

如上面关于MOC 300所描述,第一和第二MOC可具有任何适合的配置,包括所有轴流式压缩、轴-径向或轴向-径向压缩或所有径向压缩。此外,第一和第二MOC可以是基本上相同的尺寸,或可以式不同的。即,第一和第二压缩的氧化剂流可以在相同的压力和流速下,或它们各自的压力和/或流速可以是不同的。通过非限制性实例的方式,第一和第二MOC可独立地在全部压缩的氧化剂304的10%和90%之间产生,同时剩余物由至少剩余的MOC产生。例如,第一MOC 370可产生全部压缩的氧化剂304的大约40%,同时第二MOC 372可产生剩余物——大约60%,或者反之亦然。

这样的操作灵活性可由变速箱320的使用提供,虽然在某些实施方式中变速箱302可能不存在。在某些实施方式中,也可以利用一个或多个额外的变速箱。例如,额外的变速箱可放置为第一和第二MOC370、372之间,以使得每个MOC在独立于其他的速度下操作。因此,在一些实施方式中,第一和第二MOC 370、372可在相比于彼此时相同的或不同的速度下操作,并且可以在相比于SEGR GT行列52时相同的或不同的速度下操作。此外,第一和第二MOC 370、372可布置在单独的外壳之内,如所示,或者可布置在相同的压缩级外壳之内,这取决于所利用的具体配置(例如,额外的零件是否放置在它们之间)。

例如,在其中第一和第二MOC 370、372在比SEGR GT系统52更低的速度下操作的实施方式中,它们的操作速度可以再SEGR GT系统52的操作速度的10%和90%之间。此外,在其中第一和第二370、372在比SEGR GT系统52更高的速度下操作的实施方式中,它们的速度可以比SEGR GT系统52的操作速度大至少10%、至少20%、至少50%、至少100%或至少150%。

本公开也提供了其中不存在变速箱320的氧化剂压缩系统186的实施方式。因此,在这样的实施方式中,第一和第二主要氧化剂压缩机310、372可在与SEGR GT系统52基本上相同的速度下操作。因此,第一和第二MOC 370、372可以直接由SEGR GT系统52通过发生器302驱动。在其它实施方式中,发生器302可沿着GT行列放置在第一和第二MOC 370、372之间,使得第二MOC 372直接由SEGR GT系统52驱动。因此,第二MOC 372可通过发生器372直接驱动第一MOC370。进一步,如上面关于实施方式的讨论,发生器302可放置在SEGR GT行列的末端处。在这样的实施方式中,第一MOC 370可以是双端的,使得第一MOC 370的输出为发生器302提供输入动力。

当上面所讨论的实施方式通常包括如此配置,其中氧化剂压缩机从SEGR GT系统52获得其大部分或全部动力,本公开也提供了其中一个或多个氧化剂压缩机由额外的驱动——比如蒸汽涡轮或电动机——所驱动的实施方式。这样的实施方式关于图14-17所讨论。现参照图14,氧化剂压缩系统186的实施方式图解为具有从SEGR GT系统52的行列去耦的第一MOC 370。换句话说,第一MOC 370不沿着转轴线306放置。

具体而言,第一MOC 370由额外的驱动390所驱动,其可以使蒸汽涡轮、电动机或任何其它适合的原动机。如所图解,第一MOC 370由额外的驱动390通过第一变速箱392驱动,其可以使任何的增速或减速变速箱。确实,第一变速箱392可以是并行转轴或行星式变速箱。因此,第一MOC 370通常从额外驱动390的转轴394获得其动力。具体而言,额外驱动390的转轴394提供输入动力至第一变速箱392。第一变速箱392又通过输出转轴395将输入动力提供给第一MOC 370,其与额外的驱动390的转轴394可以是同轴的或者可以基本上与转轴394并行。

而且,第一MOC 370和第二MOC 372并行操作(例如,并行压缩)以提供第一和第二蒸汽374、376,其结合以产生涉及SEGR GT系统52的压缩的氧化剂304。当第一MOC 370从SEGR GT行列去耦时,第二MOC 372图解为从SEGR GT系统52获得其能量。具体而言,第二MOC 372描绘为由SEGR GT系统52通过发生器302和第二变速箱396驱动。第二变速箱396接收来自发生器302的输出转轴310的输入动力,并且又通过其转轴398提供输出动力至第二MOC 372。而且,第二变速箱396可以是并行转轴或行星式变速箱,使得其输出398基本上与其输入转轴399(例如,发生器302的输出转轴310)并行,或者与其输入转轴399同轴。因此,第二MOC 372在操作期间可以在相比于SEGR GT系统52不同的速度下驱动,同时仍然产生期望量的压缩的氧化剂304。

在一些实施方式中,第一和第二MOC 370、372可以在基本上相同的速度下,或在不同的速度下操作。确实,第一和第二MOC 370、372可独立地在比SEGR GT系统52更高或更低的速度下操作。通过非限制性实例的方式,在其中第一和第二MOC 370、372独立地在比SEGR GT系统更高的速度下操作的实施方式中,这些可独立地在至少大约10%更快的速度下操作,比如在10%和200%、50%和150%之间、或大约100%更快的速度。相反地,在其中第一和第二MOC 370、372独立地在比SEGR GT系统更慢的速度下操作的实施方式中,它们可以独立地在至少大约10%更慢的速度下操作,比如在10%和90%、20%和80%、30%和70%、或40%和60%之间更慢的速度。

此外,应当注意,当SEGR GT系统52即将联机时,来自SEGR GT行列的第一MOC 370的去耦可使得额外的驱动390为第一MOC 370提供动力。例如,在启动过程期间,SEGR GR系统52可不必产生足够的动力来运行第二MOC 372。然而,因为第一MOC 370由额外的驱动390驱动,所以第一MOC 370能够产生足够量的压缩的氧化剂304以在驱动过程期间实现燃烧(例如,化学计量的燃烧)。

在仍进一步实施方式中,第一和第二变速箱392、396可能不存在。因此,在这样的实施方式中,第一MOC 370可以直接由额外的驱动390驱动,和第二MOC 372可直接通过发生器302由SEGR GT系统52驱动。然而,应当注意,第一变速箱392和第二变速箱396当与通常的变速箱相比时刻具有更小的尺寸。这部分因为每个变速箱392、396仅仅驱动一个MOC而不是两个。此外,可降低SEGR GT系统52上的启动负荷,因为额外的驱动390可生成第一MOC 370的启动负荷,而不是第一和第二MOC 370、372二者的启动负荷。

如上面所示,在一些实施方式中,额外的驱动390可以是蒸汽涡轮。蒸汽涡轮通常从系统内产生的任何来源的蒸汽获得动力,比如,由EG处理系统54的HRSG 56生成的蒸汽62。例如,HRSG 56可在第一压力下生成蒸汽62(例如,高压或中压蒸汽),并且功可通过蒸汽涡轮从蒸汽62提取以生成具有第二压力的蒸汽,其比第一压力低(例如,中压或低压蒸汽)。在某些实施方式中,蒸汽涡轮可从蒸汽62提取足够的功以生成水64。以这种方式,压缩系统186的效率可增强,因为蒸汽涡轮(例如,额外的驱动390)和HRSG 56可每个产生用于另一个的原料流。

同样地,在其中额外的驱动390是电动机的实施方式中,电动机可从任意电力源获得其动力。然而,为了提高氧化剂压缩系统186的效率,由电动机使用的电力可以是由发生器302生成的电力74,其沿着SEGR GT行列布置。

此外,应当注意,第一MOC 370和第二MOC 372,当图解为轴流式压缩机时,可以是任何适合的压缩机。例如,第一MOC 370、第二MOC 372或其组合可以是轴流式压缩机、离心式压缩机或具有许多适合的阶段——其具有轴向和/或径向流部件——的压缩机。

当上面关于图14所讨论的实施方式在两个或多个氧化剂压缩机并行操作的背景下提供,也应当注意,在其中至少一个氧化剂压缩机有效地从SEGR GT行列中去耦的实施方式中,该至少一个氧化剂压缩机可不定地串行连接至另一个氧化剂压缩机,该另一个氧化剂压缩机连接至SEGR GT行列。话句话说,目前预期如此实施方式,在这些实施方式中,至少一个氧化剂压缩机载串行配置中操作并且由额外的驱动390所驱动。例如,如图15中所图解,其描绘了氧化剂压缩机系统186的实施方式,HP MOC 332由额外的驱动390通过第一变速箱392驱动。也如图解,LP MOC 330直接由SEGR GT系统52通过发生器302驱动。话句话说,第一压缩阶段或第一组压缩阶段由SEGR GT系统52驱动,同时第二压缩阶段或第二组压缩阶段。

以与上面关于图14所讨论的相似的方式,图15的第一变速箱392可以存在于一些实施方式中并且不存在于其它实施方式中。因此,HP MOC 332可直接由额外的驱动390所驱动,或者可以间接通过第一变速箱390驱动。进一步,第一变速箱392使得HP MOC 332在与额外的驱动390相比时更高或更低的速度下操作。

在其中额外的驱动390是蒸汽涡轮的实施方式中,蒸汽可以使由HRSG 56产生的蒸汽62,提高整体循环效率。可选地,在其中额外的驱动390是电动机的实施方式中,电动机可从发生器302接收其动力,其产生电力74。因此,在当这样的连接存在的实施方式中,HP MOC 332可被认为从SEGR GT系统52驱动地去耦。

正如上面讨论的实施方式,LP MOC 330和双端发生器302的的相对位置可以颠倒。因此,LP MOC 330可以直接由SEGR GT系统52所驱动,并且其输出可以使发生器302的输入。在这样的实施方式中,应当领会,发生器302可以使双端的并且反而可仅接受输入。然而,目前也预期,在其中发生器302从LP MOC 330接收其输入动力的实施方式中,发生器302可驱动另一部分设备,比如,例如,泵、压缩机增压器或类似的机器零件。

图16描绘氧化剂压缩机系统186的另一实施方式,其中轴流式HP MOC 332与离心式HP MOC 342放置在一起。因此,离心式HP MOC 342接收来自LP MOC 330的LP压缩的氧化剂334,并且压缩LP压缩的氧化剂334以产生压缩的氧化剂304(例如,通过阶段式或串行压缩)。应当注意,任何压缩配置可以与氧化剂压缩系统186的氧化剂压缩机的任一个一起利用。因此,当图16中所图解的实施方式利用一个轴流式压缩机和一个离心式压缩机时,可以利用安放在一个或多个压缩机外壳中的许多轴流式和/或离心式压缩机。确实,离心式HP MOC 342可包括一个或多个压缩阶段,其中一些、没有或多有的阶段是径向的或轴向的。同样地,LP MOC 300,当图解为轴流式压缩机时,可包括安放在一个或多个压缩机外壳中的一个或多个压缩机阶段,其中一些、没有或全部的压缩阶段时轴向的和/或径向的。

正如先前的配置,应当注意,离心式HP MOC342和额外的驱动390之间布置的第一变速箱392可以存在或可以不存在。第一变速箱392,如将基于前面提及的讨论所领会的,使得离心式HP MOC 342在与额外的驱动390不同的操作速度下操作。也如上面所讨论,LP MOC330和发生器302的位置可以颠倒,使得LP MOC 330直接由SEGR GT系统52所驱动,并且又驱动发生器302。此外,额外的变速箱(例如,第二变速箱396)可以沿着SEGR GT行列放置在LP MOC 330和SEGR GT转轴176之间,从而使得LP MOC 300在与SEGR GT系统52相比不同的速度下操作。

目前预期也如此实施方式,在这些实施方式中LP MOC 330和HP MOC 332的位置被颠倒。图17图解氧化剂压缩186的一个这样的实施方式,其中HP MOC 332通常沿着SEGR GT行列布置,并且LP MOC330由此去耦。具体而言,HP MOC 332由SEGR GT系统52通过发生器302驱动和通过第二变速箱396驱动。而且,第二变速箱396使得HP MOC 332在与SEGR GT系统52相比时不同的速度下待被操作。

如所图解,HP MOC 332生成来自由LP MOC 330生成的LP压缩的氧化剂334的入口流的压缩的氧化剂304。LP MOC 330通常沿着额外的驱动390的行列布置,该额外的390的行列,如上面所描述,可以是蒸汽涡轮、电动机或类似的驱动。特别地,LP MOC 330从额外的驱动390的转轴394通过第一变速箱392获得其动力。第一变速箱392使得LP MOC 330在与额外的驱动390相同或不同的操作速度下操作。

应当注意,也预期如此实施方式,在这些实施方式中,变速箱392、396的任一个或二者不存在。因此,HP MOC 332可直接由SEGR GT系统52通过发生器302驱动,和LP MOC 330可直接由额外的驱动3901驱动。此外,目前也预期如此实施方式,在这些实施方式中HP MOC 332和发生器302的位置被转换。在这样的实施方式中,发生器302可以是单端或双端的。在其中发生器302是双端的这样的实施方式中,氧化剂压缩系统186的额外的零件可由发生器302驱动。

在上面讨论的其中多个压缩机串行操作的实施方式中,比如其中从LP MOC排放的氧化剂通过HP MOC的入口输送的实施方式中,一个或多个冷却单元也可在其间提供。换句话说,在其中LP MOC和HP MOC的串行排列被提供的实施方式中,这样的实施方式也可包括在HP MOC和LP MOC之间沿着LP压缩的氧化剂334的流动路径布置的一个或多个冷却单元。

图18中描绘了具有这样的冷却单元的氧化剂压缩系统186的一个实施方式。具体而言,在图18中描绘的实施方式中,氧化剂压缩系统186包括以串行配置(例如,阶段式或串行压缩)操作的LP MOC 330和HP MOC 332,其中MOC 330、332二者沿着SEGR GT系统52(即,从SEGR GT系统52获得所有或大部分其功率)的行列布置。LP MOC330由SEGR GT系统52通过发生器302驱动。另一方面,HP MOC 332由LP MOC 330通过变速箱320驱动,使得HP MOC 332能够在与LP MOC 330或SEGR GT系统52相比时不同的速度下操作。

除了这些零件之外,氧化剂压缩系统186也包括沿着LP压缩的氧化剂334的路径402从LP MOC 300的出口延伸至HP MOC 332的进口布置的喷雾中间冷却器400。虽然可利用任何适合的冷却流体,但是在所图解的实施方式中,喷雾中间冷却器400利用软化水或抛光水404来冷却LP压缩的氧化剂334。软化水或抛光水404通常部件上不含矿物质、微粒或可消极地影响各操作部件(例如,导管、泵、压缩机叶片和/或壳体)的其它物质。通过非限制性实例的方式,水可穿过生物的、化学的或物理的过滤器,或其任意组合,以生成抛光水或软化水。

具体而言,喷雾中间冷却器400利用温湿冷却以通过将软化水或抛光水404的喷雾注入流334冷却LP压缩的氧化剂334。软化水或抛光水404蒸发,其通过降低其过热或露点界限降低LP压缩机氧化剂流334的温度。当可利用能够进行这种类型的冷却的任何流体时,可期望水被去除矿物质或被抛光从而避免流动路径402的管道布置内的污垢或其它沉积堆积。这样的冷却方法可以是期望的,因为可以降低或减缓穿过从LP MOC 330到HP MOC 332的导管的压降。另外,这样的冷却方法也可避免对于昂贵的热交换设备的需要。

如上面详细讨论,单一外壳可安放一个或多个压缩阶段。例如,在图18中所描绘的实施方式中,LP MOC 330和HP MOC 332可安放在单一压缩机外壳中。在这样的实施方式中,本公开也预期布置在其间的一个或多个冷却零件的使用。因此,在一些实施方式中,喷雾中间冷却器400可布置在安放LP MOC 330和HP MOC 332的单一外壳之上、其中或与其分离。例如,中间冷却器400可以部分地或完全地放置在安放LP和HP MOC 330、332的外壳内,并且可以配置为冷却压缩阶段之间的压缩的氧化剂。

现转到图19,提供了氧化剂压缩系统的实施方式,在该实施方式中冷却器420沿着LP压缩的氧化剂334的流动路径402提供冷却。具体而言,冷却器420可以是提供LP MOC 330和HP MOC 332之间级间冷却的中间冷却器(例如,热交换器)。如上面详细讨论,冷却器420可以布置在安放LP MOC 330和HP MOC 332的一个或多个外壳之上、之中或远离该一个或多个外壳。

冷却器420——其可以是中间冷却器——利用冷却水422或比如环境空气的另外的冷却介质以通过热交换冷却LP压缩的氧化剂334。因此,冷却器420可以是拒绝热到冷却水422或到周围环境的热交换器。为了实现这样的冷却,冷却器420可以是任何适合类型的热交换器。通过非限制性实例的方式,热交换器可以管壳式热交换器、基于空气翅片(air fin-based)的热交换器或任何类似的配置。在一个实施方式中,可期望使用这样的配置以避免水与LP压缩的氧化剂314的直接接触,其可利用如上面关于图18所讨论的抛光水或软化水。

在另一实施方式中,可使用多于一个单元来冷却LP压缩的氧化剂334。例如,如图20中所描绘,蒸汽发生器440和/或给水加热器442可沿着LP压缩的氧化剂334的流动路径402布置,从而在输送至HP MOC 332之前提供氧化剂的冷却。蒸汽发生器440利用给水供应,比如锅炉给水,并通过另一机器部件——比如蒸汽涡轮——使用于利用的饱和水蒸气返回。换句话说,蒸汽发生器440利用给水供应和饱和水蒸气返回444。在一个实施方式中,由蒸汽发生器440生成的饱和水蒸气返回可由用于驱动一个或多个氧化剂压缩机的蒸汽涡轮利用。

另一方面,给水加热器442利用给水供应,比如锅炉给水,并使加热的水返回,从而利用给水供应和返回446。该加热的水可用于对蒸汽发生器440和/或对EG处理系统54的HRSG 56的供给。

在一个实施方式中,LP MOC 330以使得蒸汽发生器440生成中压饱和蒸汽的方式产生LP压缩的氧化剂334。中压饱和水蒸气可具有以下压力:至少大约300psig,比如在350psig和500psig之间、在375psig和450psig之间或大约400psig。LP压缩的氧化剂334,在穿过蒸汽发生器440之后,然后可用于在给水加热器442中加热高压锅炉给水。在一些实施方式中,LP压缩的氧化剂334在蒸汽发生器440中可具有足以生成期望压力水平的饱和蒸汽的压力,然后由给水加热器442冷却,使得HP MOC 332的压缩的氧化剂304的输出至少等于、或低于HP MOC 332的最大输出温度。

除了或代替上面讨论的实施方式,其它驱动(例如,蒸汽涡轮)可沿着SEGR GT系统52的行列被提供。这样的配置可期望生成额外的动力,比如在基于涡轮的操作系统14的操作期间的电力。例如,由蒸汽涡轮生成的电力或机械动力可被氧化剂压缩系统186的某些部件所利用,比如被上面关于图14-17所讨论的电动机390利用。这样的实施方式关于图21-24讨论。

现移动到图21,与图5中所图解的配置类似的实施方式描绘为包括沿着SEGR GT系统52的转轴176的线路306布置的主要的氧化剂压缩机300、发生器302和蒸汽涡轮460。在所图解的实施方式中,蒸汽涡轮460是双端的,其输入转轴462机械地连接至SEGR GT系统52的转轴176并且其输出转轴464机械地连接至发生器302。因此,蒸汽涡轮460和SEGR GT系统52串行提供动力至发生器302。发生器302又提供输入动力至主要氧化剂压缩机330,其压缩氧化剂68以产生压缩的氧化剂304。

当所图解的实施方式描绘上面讨论的机器部件的每个(MOC300、发生器302、蒸汽涡轮460)为直接被驱动时,目前也预期其中一个或多个变速箱被利用的实施方式。例如,变速箱可放置在SEGR GT系统52和蒸汽涡轮460之间、蒸汽涡轮460和发生器302之间、或发生器302和MOC 300之间、或其任意组合。因此,蒸汽涡轮460、发生器302或MOC 300的任何一个或组合可在以下速度下被驱动:低于SEGR GT系统52的速度至少10%,比如在SEGR GT系统52的速度的大约10%和90%、20%和80%、30%和70%、或40%和60%之间。相反地,蒸汽涡轮460、发生器302或MOC 300的任何一个或组合可在以下速度下被驱动:大于至少10%,比如,大于SEGR GT系统52的速度的大约10%和200%、20%和175%、30%和150、或40%和125%之间。

在所图解的实施方式中,蒸汽涡轮460描绘为包括表示为“A”的输入和表示为“B”的输出。输入A可以是由基于涡轮的操作系统14的一个或多个零件生成的蒸汽。通过非限制性实例的方式,输入A可以是由EG处理系统54的HRSG 56生成的蒸汽62。同样地,输出B可以是通过从输入蒸汽去除功生成的冷凝物,并且该冷凝物可被提供给利用给水的任何零件。通过非限制性实例的方式,输出水或冷凝物B可以作为输入流提供给HRSG 56,例如,作为用于蒸汽生成的水源。在其它实施方式中,该冷凝物可被用作加工(working)或其它冷却流体,例如,在上面描述的冷却单元的任何一个或组合中。

此外,当MOC 300图解为具有轴流式配置的单一单元时,MOC 300可以被分成许多阶段——比如上面描述的LP MOC和HP MOC,并且那些阶段可以是轴向阶段、径向阶段或压缩阶段的任何适合的组合。此外,压缩机可以安放在一个或多个压缩机外壳中,并且可以与上面描述的任何的冷却零件、额外的驱动零件、变速箱、泵、增压压缩机等等组合利用,以提高氧化剂压缩系统186的操作效率。

所图解的零件的相对位置不限于图21中所图解的具体配置。相反,在一些实施方式中,机器部件的相对位置可被颠倒或以其它方式被重新排列。例如,发生器302和蒸汽涡轮460的各自位置可以被颠倒,如图22中所描绘。在图22中,蒸汽涡轮460和SEGR GT系统52二者直接将动力提供给发生器302。具体而言,蒸汽涡轮460的输入转轴462机械地连接至发生器302的输出转轴310。蒸汽涡轮460和SEGR GT系统52也将动力串行提供给MOC 300。特别地,蒸汽涡轮460的输出转轴464机械地连接至MOC 300的输入转轴312。如上面所描述,蒸汽涡轮460可利用由任何蒸汽生成零件——比如HRSG 56——生成的的输入蒸汽A,并且可由此生成冷凝物B,其可返回至蒸汽生成零件(例如,HRSG 56)。

除了颠倒发生器302和蒸汽涡轮460的各自部分之外,蒸汽涡轮460可在沿着SEGR GT系统52的行列的任何点处放置。例如,如图23中所图解,蒸汽涡轮460可位于行列的末端处,使得它将动力输入至MOC 300的输出转轴314。换句话说,MOC 300的输出转轴314机械地连接至蒸汽发生器460的输入转轴462。因此,发生器302驱动MOC 300,并且SEGR GT系统52直接驱动发生器302。因此,SEGR GT系统52和蒸汽涡轮460二者提供动力给MOC 300,尽管在相对端。

在某些状况期间,比如在启动期间,由SEGR GT系统52产生的蒸汽可能不利于蒸汽涡轮460的操作(例如,可能不足以驱动蒸汽涡轮460)。因此,在一些实施方式中,蒸汽涡轮460在操作期间可从SEGR GT系统52去耦。例如,如图24中所图解,蒸汽460的输入转轴462可连接至离合器480,其又连接至SEGR GT系统52的行列。因此,在其中由SEGR GT系统52(或其它蒸汽生成部件)产生的蒸汽62的量不足以驱动蒸汽涡轮460的状况下,离合器480的行动可从行列的蒸汽涡轮460去耦。

额外的描述

本实施方式提供了用于排气再循环燃气涡轮发动机的压缩氧化剂(例如,环境空气、富氧空气、贫氧空气、基本上纯氧)的系统和方法,应当注意,上面描述的特征的任一个或组合可在任何适合的组合中利用。确实,目前预期这样的组合的所有置换。通过实例的方式,下面的条款作为本公开的进一步描述提供。

实施方式1.系统,其具有燃气涡轮系统,其包括涡轮燃烧室;涡轮,其由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动;和排气压缩机,其由涡轮驱动,其中排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室;和排气再循环(EGR)系统,其中EGR系统配置为沿着排气再循环路径从涡轮到排气压缩机再循环排气。该系统也包括配置为供应压缩的氧化剂至燃气涡轮系统的主要氧化剂压缩系统,并且主要氧化剂压缩系统包括:第一氧化剂压缩机;和第一变速箱,其配置为使得第一氧化剂压缩机在不同于燃气涡轮系统的第一操作速度的第一速度下操作。

实施方式2.实施方式1的系统,其中第一变速箱包括并行转轴变速箱,该并行转轴变速箱具有通常彼此并行的输入和输出转轴,输入转轴与燃气涡轮系统的转轴线成一直线,并且输出转轴驱动地连接至第一氧化剂压缩机。

实施方式3.实施方式1的系统,其中第一变速箱包括行星式变速箱,所述行星式变速箱具有彼此成一直线的输入和输出转轴,和燃气涡轮系统的转轴线,并且输出转轴驱动地连接至第一氧化剂压缩机。

实施方式4.任何前述实施方式的系统,其中主要氧化剂压缩系统至少部分地由燃气涡轮系统驱动,并且该主要氧化剂压缩系统包括多个压缩阶段,该多个压缩阶段包括第一氧化剂压缩机和第二氧化剂压缩机。

实施方式5.任何前述实施方式的系统,其中第一氧化剂压缩机由燃气涡轮系统通过第一变速箱驱动。

实施方式6.任何前述实施方式的系统,包括:连接至燃气涡轮系统的转轴的发电机,其中第一氧化剂压缩机通过第一变速箱连接至发电机;连接至第二氧化剂压缩机的驱动,其中该驱动包括蒸汽涡轮或电动机;和连接第二氧化剂压缩机和所述驱动的第二变速箱,其中该第二变速箱配置为使得第二氧化剂压缩机在不同于所述驱动的第二操作速度的第二速度下操作。

实施方式7.实施方式4的系统,其中第二氧化剂压缩机直接由燃气涡轮系统驱动。

实施方式8.实施方式4或7的系统,其中第二氧化剂压缩机沿着燃气涡轮系统的转轴线布置并且连接至发电机的输入转轴,并且第一氧化剂压缩机通过第一变速箱连接至发电机的输出转轴。

实施方式9.实施方式4、7或8的系统,其具有沿着燃气涡轮系统的转轴线布置的发电机,其中第二氧化剂压缩机连接至发电机并连接至第一变速箱的输入转轴,并且第一氧化剂压缩机通过第一变速箱连接至第二氧化剂压缩机。

实施方式10.实施方式4、7、8或9的系统,其具有沿着第一和第二氧化剂压缩机之间的氧化剂路径布置的级间冷却系统。

实施方式11.实施方式10的系统,其中级间冷却系统包括配置为沿着氧化剂流动路径输出喷雾的喷雾系统。

实施方式12.实施方式10或11的系统,其中级间冷却系统包括沿着氧化剂流动路径布置的热交换器,并且该热交换器包括配置为沿着氧化剂流动路径循环冷却剂以吸收热的冷却剂路径。

实施方式13.实施方式10、11或12的系统,其中级间冷却系统包括蒸汽发生器、给水加热器或其组合,该级间冷却系统配置为沿着氧化剂流动路径通过将热转移至给水供应冷却压缩的氧化剂,其中蒸汽发生器配置为为蒸汽涡轮发生器生成蒸汽,该蒸汽涡轮发生器具有连接至发电机的蒸汽涡轮,和给水加热器配置为预热最后供应至热回收蒸汽发生器(HRSG)的给水供应。

实施方式14.任何前述实施方式的系统,其具有连接至第一氧化剂压缩机的驱动,其中该驱动包括蒸汽涡轮或连接至第一变速箱的输入转轴的电动机。

实施方式15.实施方式4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14的系统,其中第一或第二氧化剂压缩机的至少一个包括多个压缩阶段。

实施方式16.实施方式4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15的系统,其中第一或第二氧化剂压缩机的至少一个包括一个或多个轴流式压缩机、一个或多个离心式压缩机或其组合。

实施方式17.实施方式1、2或3的系统,其中主要氧化剂压缩系统包括第二氧化剂压缩机,第一和第二氧化剂压缩机不定地并行连接至燃气涡轮系统,并且第二氧化剂压缩机通过第一氧化剂压缩机连接至第一变速箱。

实施方式18.实施方式1、2或3的系统,其具有:连接至燃气涡轮系统的转轴的发电机;和连接至第一氧化剂压缩机的驱动,其中该驱动包括蒸汽涡轮或电动机,并且该驱动连接至第一变速箱的输入转轴;和其中主要氧化剂压缩系统具有通过第二变速箱连接至发电机的第二氧化剂压缩机,和第一和第二氧化剂压缩机不定地并行连接至燃气涡轮系统。

实施方式19.任何前述实施方式的系统,其包括化学计量的燃烧系统,其具有配置为以1.0加或减0.01、0.02、0.03、0.04,或0.05的燃料与氧化剂中氧的燃烧当量比燃烧燃料/氧化剂混合物的涡轮燃烧室。

实施方式20.任何前述实施方式的系统,其包括连接至燃气涡轮系统的热回收蒸汽发生器(HRSG),其中HRSG配置为通过将热从排气转移至给水生成蒸汽。

实施方式21.实施方式20的系统,其中HRSG不定地连接至蒸汽涡轮发生器,该蒸汽涡轮发生器具有连接至发电机的蒸汽涡轮,该蒸汽涡轮配置为通过第一变速箱驱动第一氧化剂压缩机,驱动主要氧化剂压缩系统的第二氧化剂压缩机,或任意组合。

实施方式22.实施方式20或21的系统,其中EGR系统配置为通过HRSG发送来自涡轮的排气,并且回到排气压缩机,其中EGR系统包括配置为朝向排气压缩机推动排气的鼓风机;配置为冷却排气的冷却器;和配置为从排气去除湿度的除湿量单元。

实施方式23.实施方式20、21或22的系统,其中HRSG包括配置为降低排气中氧浓度的催化剂。

实施方式24.任何前述实施方式的系统,其包括连接至燃气涡轮系统的排气提取系统,其中该排气提取系统配置为从燃气涡轮系统去除一部分排气。

实施方式25.实施方式24的系统,其包括不定地连接至排气提取系统的碳氢化合物产生系统,其中该排气提取系统配置为利用所述部分排气为用于提高油回收的加压流体。

实施方式26.实施方式24的系统,其中排气提取系统包括配置为降低所述部分排气中氧浓度的催化剂。

实施方式27.任何前述实施方式的系统,其中主要氧化剂压缩系统配置为供应压缩的氧化剂为大气、具有按体积氧计大约21%和80%之间的富氧空气、具有按体积氧计大约1%和21%之间的贫氧空气或包括按体积氧计大于80%的基本上纯氧。

实施方式28.包含燃气涡轮系统的系统,其具有:涡轮燃烧室;涡轮,其由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动;和排气压缩机,其由涡轮驱动,其中该排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室。该燃气涡轮系统也包括排气再循环(EGR)系统,其中该EGR系统配置为沿着排气再循环路径将排气从涡轮再循环至排气压缩机。该系统也包括配置为供应压缩的氧化剂至燃气涡轮系统的主要氧化剂压缩系统,并且该主要氧化剂压缩系统具有第一氧化剂压缩机和第二氧化剂压缩机,其中该第一和第二氧化剂压缩机由燃气涡轮系统驱动。

实施方式29.实施方式28的系统,其中第二氧化剂压缩机的氧化剂出口不定地连接至第一氧化剂压缩机的氧化剂进口。

实施方式30.实施方式28或29的系统,其中第一和第二氧化剂压缩机由燃气涡轮系统通过发电机驱动,该发电机驱动地连接至燃气涡轮系统的转轴,其中该第二氧化剂压缩机驱动地连接至发电机的输出转轴。

实施方式31.实施方式28、29或30的系统,其中第一氧化剂压缩机包括离心式压缩机和第二氧化剂压缩机包括轴流式压缩机。

实施方式32.实施方式28、29、30或31的系统,其包括连接第一和第二氧化剂压缩机的第一变速箱,其中该第二氧化剂压缩机驱动地连接至第一变速箱的输入转轴并且该第一氧化剂压缩机驱动地连接至第一变速箱的输出转轴。

实施方式33.实施方式28或29的系统,其中该第一氧化剂压缩机由燃气涡轮系统通过发电机驱动,其中该第二氧化剂压缩机驱动地连接至发电机的输入转轴并且该第一氧化剂压缩机驱动地连接至发电机的输出转轴。

实施方式34.实施方式28、29、30、31、32或33的系统,其包括沿着第一和第二氧化剂压缩机之间的氧化剂流动路径布置的级间冷却系统。

实施方式35.实施方式34的系统,其中该级间冷却系统包括配置为沿着氧化剂流动路径输出喷雾的喷雾系统。

实施方式36.实施方式34或35的系统,其中该级间冷却系统包括沿着氧化剂流动路径布置的热交换器,并且该热交换器包括配置为沿着氧化剂流动路径循环冷却剂以吸收热的冷却剂路径。

实施方式37.实施方式34、35或36的系统,其中该级间冷却系统包括蒸汽发生器、给水加热器或其组合,该级间冷却系统配置为沿着氧化剂流动路径通过将热转移至给水供应冷却压缩的氧化剂,其中该蒸汽发生器配置为为蒸汽涡轮发生器生成蒸汽,该蒸汽涡轮发生器具有连接至发电机的蒸汽涡轮,并且该给水加热器配置为预热最后供应至热回收蒸汽发生器(HRSG)的给水供应。

实施方式38.实施方式28、30、31、32、33、34、35、36或37的系统,其中该主要氧化剂压缩系统包括第一变速箱,该第一变速箱配置为使得第一氧化剂压缩机在不同于燃气涡轮系统的第一操作速度的第一速度下操作,该第一和第二氧化剂压缩机不定地并行连接至燃气涡轮系统,并且该第二氧化剂压缩机通过第一氧化剂压缩机连接至第一变速箱。

实施方式39.实施方式28、29、30、31、32、33、34、35、36、37或38的系统,其包括化学计量的燃烧系统,其具有配置为以1.0加或减0.01、0.02、0.03、0.04,或0.05的燃料与氧化剂中氧的燃烧当量比燃烧燃料/氧化剂混合物的涡轮燃烧室。

实施方式40.实施方式28、29、30、31、32、33、34、35、36或38的系统,其包括连接至燃气涡轮系统的热回收蒸汽发生器(HRSG),其中该HRSG配置为通过将热从排气转移至给水生成蒸汽。

实施方式41.实施方式40的系统,其中HRSG不定地连接至蒸汽涡轮发生器,该蒸汽涡轮发生器具有连接至发电机的蒸汽涡轮,该蒸汽涡轮配置为通过第一变速箱驱动第一氧化剂压缩机,驱动主要氧化剂压缩系统的第二氧化剂压缩机,或其任意组合。

实施方式42.实施方式38、40或41的系统,其中EGR系统配置为通过HRSG发送来自涡轮的排气,并回到排气压缩机,其中该EGR系统包括:鼓风机,其配置为朝向排气压缩机推动排气;冷却器,其配置为冷却排气;和除湿量单元,其配置为从排气去除湿度。

实施方式43.实施方式38、40、41或42的系统,其中HRSG包括配置为降低排气中氧浓度的催化剂。

实施方式44.实施方式28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42或43的系统,其包括连接至燃气涡轮系统的排气提取系统,其中该排气提取系统配置为从排气涡轮系统去除一部分排气。

实施方式45.实施方式44的系统,其包括不定地连接至排气提取系统的碳氢化合物产生系统,其中该排气提取系统配置为利用所述部分排气为用于提高油回收的加压流体。

实施方式46.实施方式44或45的系统,其中排气提取系统包括配置为降低所述部分排气中氧浓度的催化剂。

实施方式47.实施方式28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46或47的系统,其中主要氧化剂压缩系统配置为供应压缩的氧化剂为大气、具有按体积氧计大约21%和80%之间的富氧空气、具有按体积氧计大约1%和21%之间的贫氧空气或包括按体积氧计大于80%的基本上纯氧。

实施方式48.系统,其包括燃气涡轮系统,其具有:涡轮燃烧室;涡轮,其由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动;排气压缩机,其由涡轮驱动,其中该排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室;和排气再循环(EGR)系统,其中该EGR系统配置为沿着排气再循环路径将排气从涡轮再循环至排气压缩机。该系统也包括配置为供应压缩的氧化剂至涡轮燃烧系统的主要氧化剂压缩系统,并且该主要氧化剂压缩系统包括一个或多个氧化剂压缩机;连接至燃气涡轮系统的热回收蒸汽发生器(HRSG),其中该HRSG配置为通过将热从排气转移至给水生成蒸汽,并且EGR系统的排气再循环路径延伸通过HRSG;和蒸汽涡轮,其沿着燃气涡轮系统的转轴线布置并且至少部分地由来自HRSG的蒸汽驱动,其中该蒸汽涡轮配置为将作为至少一部分给水的冷凝物返回至HRSG。

实施方式49.实施方式48的系统,其中主要氧化剂压缩系统的一个或多个氧化剂压缩机的至少一个氧化剂压缩机沿着燃气涡轮系统的转轴线布置。

实施方式50.实施方式48或49的系统,其中蒸汽涡轮沿着主要氧化剂压缩系统和燃气涡轮系统之间的转轴线布置。

实施方式51.实施方式49或50的系统,其具有布置在蒸汽涡轮和主要氧化剂压缩系统的至少一个氧化剂压缩机之间的发电机。

实施方式52.实施方式48、49、50或51的系统,其具有布置在蒸汽涡轮和燃气涡轮系统之间的发电机,其中该蒸汽涡轮系统机械地连接至发电机的输入转轴和该蒸汽涡轮机械地连接至发电机的输出转轴。

实施方式53.实施方式48、49、50、51或52的系统,其中主要氧化剂压缩系统由燃气涡轮系统驱动,并且该主要氧化剂压缩系统沿着蒸汽涡轮和燃气涡轮系统之间的转轴线放置。

实施方式54.实施方式49、50、51、52或53的系统,其包括布置在主要氧化剂压缩系统的至少一个压缩机和蒸汽涡轮之间的离合器,其中当接合时,该离合器使得蒸汽涡轮在以与燃气涡轮系统相同的速度下操作,并且当不接合时,与燃气涡轮系统分离操作。

实施方式55.实施方式48、49、50、51、52、53或54的系统,其中主要氧化剂压缩系统包括以压缩的串行排列的多个压缩机。

实施方式56.实施方式48、49、50、51、52、53或54的系统,其中主要氧化剂压缩系统包括以压缩的并行排列的多个压缩机。

实施方式57.实施方式48、49、50、51、52、53、54、55或56的系统,其中主要氧化剂压缩系统包括驱动地连接至增速或减速变速箱的至少一个氧化剂压缩机,该增速或减速变速箱使得至少一个氧化剂压缩机在与燃气涡轮系统的操作速度不同的速度下操作。

实施方式58.实施方式48、49、50、51、52、53、54、55、56或57的系统,其中HRSG包括配置为降低排气中氧浓度的催化剂。

实施方式59.实施方式48、49、50、51、52、53、54、55、56、57或58的系统,其包括连接至燃气涡轮系统的排气提取系统,其中该排气提取系统配置为从燃气涡轮系统去除一部分排气。

实施方式60.实施方式59的系统,其包括不定地连接至排气提取系统的碳氢化合物产生系统,其中该排气提取系统配置为利用所述部分排气为用于提高油回收的加压流体。

实施方式61.实施方式59或60的系统,其中排气提取系统包括配置为降低所述部分排气中氧浓度的催化剂。

实施方式62.实施方式48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、50或41的系统,其中主要氧化剂压缩系统配置为供应压缩的氧化剂为大气、具有按体积氧计大约21%和80%之间的富氧空气、具有按体积氧计大约1%和21%之间的贫氧空气或包括按体积氧计大于80%的基本上纯氧。

实施方式63.系统,其包括:燃气涡轮系统,其具有:涡轮燃烧室;涡轮,其由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动;排气压缩机,其由涡轮驱动,其中该排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室;和排气再循环(EGR)系统,其中该EGR系统配置为沿着排气再循环路径将排气从涡轮再循环至排气压缩机。该系统也包括含有一个或多个氧化剂压缩机的主要氧化剂压缩系统,其中该一个或多个氧化剂与排气压缩机分离,并且该一个或多个氧化剂压缩机配置为供应由涡轮燃烧室在生成燃烧产物中利用的所有压缩的氧化剂。

实施方式64.任何前述实施方式的系统,其中燃烧产物基本上不具有未燃尽的燃料或氧化剂剩余。

实施方式65.任何前述实施方式的系统,其中燃烧产物具有按氧化剂、未燃尽的燃料、氮氧化物(例如,NOX)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如,SOx)、氢和其他不完全燃烧的产物的体积计小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份/百万。

该书面说明书使用实例来公开本发明,包括最优模式,并且也包括能够使得任何本领域技术人员实践本发明,包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可取的专利权的范围由权利要求书限定,并且可包括其它本领域技术人员想到的实例。如果它们不具有与权利要求书的文字语言不同的结构元件,或者如果它们包括与权利要求书的文字语言无实质差异的等同结构元件,这样的其它实例意欲在权利要求书的范围之内。

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