用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法_2

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42)输送到地下储层20中,如箭 头44所指示。注入流体40通过与油/气井26的管件28间隔开一偏移距离46的管件36 进入地下储层20。因此,注入流体40使布置在地下储层20中的油/气48移位,并驱动油 /气48通过姪类生产系统12的一个或多个管件28上升,如箭头50所指示。如下面所进一 步详细讨论的,注入流体40可W包括源自基于祸轮机的服务系统14的排气42,该基于祸轮 机的服务系统能够根据姪类生产系统12的需要在现场生成排气42。换句话说,基于祸轮机 的服务系统14可W同时生成供姪类生产系统12使用的一种或多种服务(例如电力、机械 力、蒸汽、水(例如淡化水)W及排气(例如基本没有氧气)),从而降低或消除该类服务对 外部源的依赖。
[0029] 在图示的实施例中,基于祸轮机的服务系统14包括化学计量排气再循环(SEGR) 燃气祸轮机系统52和排气巧G)处理系统54。燃气祸轮机系统52可W被配置为W化学计 量燃烧运行模式(例如化学计量控制模式)和非化学计量燃烧运行模式(例如非化学计量 控制模式)如稀燃料控制模式或富燃料控制模式运行。在化学计量控制模式中,燃烧通常 W燃料和氧化剂的大致化学计量比发生,从而产生大致化学计量燃烧。特别地,化学计量燃 烧通常包括在燃烧反应中消耗几乎全部的燃料和氧化剂,使得燃烧产物基本没有或完全没 有未燃烧燃料和氧化剂。化学计量燃烧的一个量度是当量比或地i( 4 ),其是实际燃料/ 氧化剂比率相对于化学计量燃料/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,而小于1. 0的当量比导致燃料和氧化剂的稀燃料燃烧。相反,1. 0的当量 比导致既不是富燃料又不是稀燃料的燃烧,从而在燃烧反应中基本消耗所有的燃料和氧化 剂。在本公开实施例的背景下,术语化学计量或基本化学计量可W指的是大约0. 95到大约 1. 05的当量比。然而,本公开的实施例也可W包括1. 0加上或减去0. 〇1、〇. 〇2、0. 03、0. 04、 0. 05或更多的当量比。再者,在基于祸轮机的服务系统14中的燃料和氧化剂的化学计量燃 烧可W导致基本没有剩下的未燃烧燃料或氧化剂的燃烧产物或排气(例如42)。例如,排 气42可W具有小于1%、2%、3%、4%或5%体积百分比的氧化剂(例如氧气)、未燃烧燃 料或姪类(例如HC)、氮氧化物(例如N〇x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如S〇x)、氨和其他 未完全燃烧产物。通过进一步的示例,排气42可W具有小于大约1〇、20、30、40、50、60、70、 80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000 或 5000 每百万份体积(卵mv)的氧化 剂(例如氧)、未燃烧燃料或姪类(例如HC)、氮氧化物(例如N〇x)、一氧化碳(CO)、硫氧化 物(例如SOx)、氨和未完全燃烧产物的量。然而,本公开实施例还可W在排气42中产生其 他范围的残留燃料、氧化剂和其他排放物水平。如本文所使用,术语排放物、排放物水平和 排放物目标可^指的是某些燃烧产物(例如側,、0)、50,、〇2、馬、馬、肥等)的浓度水平,所 述燃烧产物可W存在于再循环气体流、排出气体流(例如排放到大气中)W及用在各种目 标系统(例如姪类生产系统12)中的气体流。
[0030] 虽然不同实施例中的SEGR燃气祸轮机系统52和EG处理系统54可W包括各种组 件,但图示的EG处理系统54包括热回收蒸汽发生器(皿SG)56和排气再循环巧GR)系统 58,二者接收并处理源自SEGR燃气祸轮机系统52的排气60。皿SG56可W包括一个或多 个热交换器、冷凝器和各种热回收设备,它们一起用于将热量从排气60传递至水流,由此 产生蒸汽62。蒸汽62可W被用在一个或多个蒸汽祸轮机、E0R系统18或姪类生产系统12 的任何其他部分中。例如,皿SG56可W生成低压、中压和/或高压蒸汽62,其可W被选择 性应用于低压、中压和高压蒸汽祸轮机级或E0R系统18的不同应用中。除了蒸汽62之外, 处理水64例如淡化水也可W由皿SG56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一部分或 SEGR燃气祸轮机系统52生成。处理水64 (例如淡化水)在例如内陆或沙漠地区等水短缺 区域可能是特别有用的。处理水64可W至少部分由于驱动SEGR燃气祸轮机系统52内的 燃料燃烧的大体积空气而生成。虽然蒸汽62和水64的现场生成在许多应用(包括姪类生 产系统12)中是特别有利的,但排气42、60的现场生成对E0R系统18来说是特别有利的, 该是由于所述排气从SEGR燃气祸轮机系统52获得低氧含量、高压和热度。因此,皿SG56、 EGR系统58和/或EG处理系统54的另一部分可W将排气66输出或再循环到SEGR燃气祸 轮机系统52中,同时还将排气42输送到E0R系统18W供姪类生产系统12使用。同样,可 W从SEGR燃气祸轮机系统52直接抽取排气42 (即无需经过EG处理系统54),W用于姪类 生产系统12的E0R系统18。
[0CK31] 排气再循环由EG处理系统54的EGR系统58来处理。例如,EGR系统58包括一 个或多个管道、阀口、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、水分去除单元、催化剂单元、化学注入单元或其任何 组合)化及沿着从SEGR燃气祸轮机系统52的输出端(例如释放的排气60)到输入端(例 如吸入的排气66)的排气再循环路径来再循环排气的控件。在图示的实施例中,SEGR燃气 祸轮机系统52将排气66吸入到具有一个或多个压缩机的压缩机部,从而将排气66与氧化 剂68和一种或多种燃料70的吸气一起压缩W供燃烧器部使用。氧化剂68可W包括环境 空气、纯氧、富氧空气、减氧空气、氧-氮混合物或有利于燃料70燃烧的任何合适的氧化剂。 燃料70可W包括一种或多种气体燃料、液体燃料或其任何组合。例如,燃料70可W包括天 然气、液化天然气(LNG)、合成气、甲烧、己烧、丙烷、了烧、石脑油、煤油、柴油、己醇、甲醇、生 物燃料或其任何组合。
[003引SEGR燃气祸轮机系统52在燃烧器部中混合并燃烧排气66、氧化剂68和燃料70, 从而生成驱动祸轮机部中的一个或多个祸轮机级的热燃烧气体或排气60。在某些实施例 中,燃烧器部中的每个燃烧器包括一个或多个预混燃料喷嘴、一个或多个扩散燃料喷嘴或 其任何组合。例如,每个预混燃料喷嘴可W被配置为在燃料喷嘴内和/或部分地在该燃料 喷嘴上游在内部混合氧化剂68和燃料70,从而将氧-燃料混合物从燃料喷嘴注入到用于 预混合燃烧(例如,预混火焰)的燃烧区中。通过进一步的示例,每个扩散燃料喷嘴可W被 配置为隔离燃料喷嘴内的氧化剂68与燃料70的流动,从而将氧化剂68和燃料70分别从 燃料喷嘴注入到用于扩散燃烧(例如扩散火焰)的燃烧区中。特别地,由扩散燃料喷嘴提 供的扩散燃烧延迟了氧化剂68与燃料70的混合,直到初始燃烧点即火焰区域。在采用扩 散燃料喷嘴的实施例中,扩散火焰可W提供增加的火焰稳定性,该是因为扩散火焰通常在 氧化剂68与燃料70的单独流之间的化学计量点处(即在氧化剂68与燃料70混合时)形 成。在某些实施例中,一种或多种稀释剂(例如排气60、蒸汽、氮或其他惰性气体)可W在 扩散燃料喷嘴或预混燃料喷嘴中与氧化剂68、燃料70或两者预混合。此外,一个或多个稀 释剂(例如排气60、蒸汽、氮或其他惰性气体)可W在每个燃燃烧器内的燃烧点处或其下游 被注入到燃烧器中。使用该些稀释剂可W帮助调剂火焰(例如预混火焰或扩散火焰),从而 帮助减少NO法巧义物,例如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。不管火焰的类型如何,燃烧产 生热燃烧气体或排气60W驱动一个或多个祸轮机级。在每个祸轮机级由排气60驱动时, SEGR燃气祸轮机系统52产生机械力72和/或电力74 (例如,经由发电机)。系统52还输 出排气60,并且可W进一步输出水64。再者,水64可W是处理水例如淡化水,该在各种现 场应用或非现场应用中可能是有用的。
[0033] 排气抽取还通过使用一个或多个抽取点76的SEGR燃气祸轮机系统52来提供。 例如,图示的实施例包括具有排气巧G)抽取系统80和排气巧G)处理系统82的排气巧G) 供给系统78,其从抽取点76接收排气42,处理排气42,并接着向各个目标系统供给或分配 排气42。所述目标系统可W包括E0R系统18和/或其他系统,例如管线86、储罐88或碳 汇系统90。EG抽取系统80可W包括一个或多个管道、阀口、控件和流动分离装置,该有利 于隔离排气42与氧化剂68、燃料70和其他杂质,同时也控制所抽取的排气42的温度、压 力和流速。EG处理系统82可W包括一个或多个热交换器(例如热回收单元例如热回收蒸 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/或水 去除系统(例如气体脱水单元、惯性分离器、聚结过滤器、不可透水性过滤器W及其他过滤 器)、化学注入系统、基于溶剂的处理系统(例如吸收剂、闪蒸罐等)、碳收集系统、气体分离 系统、气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统、排气压缩机或其任何组合。EG处理系统 82的该些子系统使得能够控制温度、压力、流速、水分含量(例如水去除量)、微粒含量(例 如微粒去除量)W及气体成分(例如0)2、馬等的百分比)。
[0034] 根据目标系统,所抽取的排气42通过EG处理系统82的一个或多个子系统进行 处理。例如,EG处理系统82可W引导全部或部分排气42通过碳采集系统、气体分离系统、 气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统,所述系统被控制w分离和净化含碳气体(例如 二氧化碳)92和/或氮气(馬)94供各种目标系统使用。例如,EG处理系统82的实施例可 W执行气体分离和净化W产生排气42的多个不同流95,例如第一流96、第二流97和第= 流98。第一流96可W具有富二氧化碳和/或稀氮气的第一成分(例如富C〇2稀N2流)。 第二流97可W具有含有中等浓度水平的二氧化碳和/或氮气的第二成分(例如中等浓度 C〇2、馬流)。第S流98可W具有稀二氧化碳和/或富氮气的第S成分(例如稀C〇2富N2 流)。每个流95(例如96、97和98)可W包括气体脱水单元、过滤器、气体压缩机或其任 何组合,W便促进将流95输送到目标系统。在某些实施例中,富C〇2稀N2流96可W具有 大于大约 70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%或99%体积百分比的〇)2纯 度或浓度水平,^及小于大约1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25%或30%体积百 分比的馬纯度或浓度水平。相反,稀C〇2富N2流98可W具有大于大约1%、2%、3%、4%、 5%、10%、15%、20%、25%或30%体积百分比的C〇2纯度或浓度水平,W及小于大约70%、 75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%或99%体积百分比的馬纯度或浓度水平。中 等浓度〇〇2、馬流97可W具有在大约30%到70%、35%到65%、40%到60%或45%到55% 之间的体积百分比的C〇2纯度或浓度水平和/或N2纯度或浓度水平。虽然前述范围仅是非 限制性示例,但富C〇2稀N2流96和稀CO2富N2流98可W特别适用于EOR系统18和其他系 统84。然而,该些富、稀或中等浓度C〇2流95可W单独地或W各种组合形式用于EOR系统 18和其他系统84。例如,EOR系统18和其他系统84 (例如管线86、储罐88W及碳汇系统 90)中的每一个可W接收一个或多个富C〇2稀N2流96、一个或多个稀CO2富N2流98, 一个 或多个中等浓度C02、N2流97W及一个或多个未处理排气42流(即绕过EG处理系统82)。 [00巧]EG抽取系统80在沿着压缩机部、燃烧器部和/或祸轮机部的一个或多个抽取点 76处抽取排气42,使得排气42可合适温度和压力用在EOR系统18和其他系统84中。 EG抽取系统80和/或EG处理系统82还可W使流向EG处理系统54和流出EG处理系统 54的流体(例如排气蝴循环。例如,穿
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