用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法_3

文档序号:8448895阅读:来源:国知局
过EG处理系统54的一部分排气42可W被EG抽 取系统80抽取W用于EOR系统18和其他系统84。在某些实施例中,EG供应系统78和EG 处理系统54可W是彼此独立的或集成在一起,并因此可W使用独立的或公共的子系统。例 如,EG处置系统82可W被EG供给系统78和EG处理系统54两者使用。从EG处理系统54 抽取的排气42可W经历多个气体处置级,例如在EG处理系统54的一个或多个气体处置级 之后紧接着是EG处置系统82的一个或多个附加级。
[0036] 在每个抽取点76处,由于EG处理系统54中的基本化学计量燃烧和/或气体处 置,所抽取的排气42可W基本没有氧化剂68和燃料70 (例如未燃烧的燃料或姪类)。此 夕F,根据目标系统,所抽取的排气42可W在EG供给系统78的EG处置系统82中经受进一 步处置,从而进一步降低任何残留氧化剂68、燃料70或其他不期望的燃烧产物。例如,在 EG处置系统82中进行处置之前或之后,所抽取的排气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(例如肥)、氮氧化物(例如 NOy)、一氧化碳(C0)、硫氧化物(例如SOx)、氨气和其他不完全燃烧产物。通过进一步的示 例,在EG处置系统82中进行处置之前或之后,所抽取的排气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SOy)、氨气和不完全燃烧产物的量。因此,排气42特别适用 于E0R系统18。
[0037] 祸轮机系统52的EGR操作具体使得能够在多个位置76处抽取排气。例如,系统 52的压缩机部可W用于压缩没有任何氧化剂68的排气66 (即只压缩排气66),使得可W在 吸入氧化剂68和燃料70之前从压缩机部和/或燃烧器部抽取基本无氧的排气42。抽取 点76可W被设置在相邻压缩机级的级间端口处、在沿着压缩机排放套管/罩壳(casing) 的端口处、在沿着燃烧器部中的每个燃烧器的端口处或其任何组合。在某些实施例中,排气 66可W不与氧化剂68和燃料70混合,直到其达到燃烧器部中的每个燃烧器的盖端部和/ 或燃料喷嘴。此外,一个或多个流动隔离器(例如壁件、分隔器、挡板等)可W用于将氧化 剂68和燃料70与抽取点76隔离开。通过该些流动隔离器,抽取点76可W直接沿着燃烧 器部中每个燃烧器的壁布置。
[0038] -旦排气66、氧化剂68和燃料70流过所述盖端部分(例如通过燃料喷嘴)进入 每个燃烧器的燃烧部份(例如燃烧室),则SEGR燃气祸轮机系统52被控制提供排气66、氧 化剂68和燃料70的基本化学计量燃烧。例如,系统52可W保持大约0. 95到大约1. 05的 当量比。结果,在每个燃烧器中的排气66、氧化剂68和燃料70的混合物的燃烧产物基本 是没有氧气和未燃烧燃料的。因此,可W从SEGR燃气祸轮机系统52的祸轮机部抽取该燃 烧产物(或排气)W用作被输送到E0R系统18的排气42。沿着祸轮机部,抽取点76可W 被设置在任何祸轮机级处,例如相邻祸轮机级之间的级间端口。因此,使用任何前述抽取点 76,基于祸轮机的服务系统14可W生成、抽取和传送排气42到姪类生产系统12 (例如E0R 系统18),W用于从地下储层20生产油/气48。
[0039] 图2是图1的系统10的实施例的示意图,其示出被联结到基于祸轮机的服务系统 14和姪类生产系统12的控制系统100。在图示的实施例中,基于祸轮机的服务系统14包 括组合循环系统102,该组合循环系统102包括作为顶部循环的SEGR燃气祸轮机系统52、 作为底部循环的蒸汽祸轮机104W及从排气60回收热量W生成用于驱动蒸汽祸轮机104 的蒸汽62的皿SG56。再者,SEGR燃气祸轮机系统52接收、混合并且按化学计量燃烧排气 66、氧化剂68和燃料70 (例如,预混火焰和/或扩散火焰),从而产生排气60、机械力72、电 力74和/或水64。例如,SEGR燃气祸轮机系统52可W驱动一个或多个负载或机器106, 例如发电机、氧化剂压缩机(例如主空气压缩机)、齿轮箱、累、姪类生产系统12的设备或其 任意组合。在某些实施例中,机器106可W包括其他驱动器,例如与SEGR燃气祸轮机系统 52串联的电动马达或蒸汽祸轮机(例如蒸汽祸轮机104)。因此,由SEGR燃气祸轮机系统 52 (W及任何附加驱动器)驱动的机器106的输出可W包括机械力72和电力74。机械力 72和/或电力74可W现场用于对姪类生产系统12提供动力,电力74可W被分配到电网, 或其任何组合。机器106的输出还可W包括压缩流体,例如吸入到SEGR燃气祸轮机系统52 的燃烧部中的压缩氧化剂68 (例如空气或氧气)。该些输出中的每一个(例如排气60、机 械力72、电力74和/或水64)可W被认为是基于祸轮机的服务系统14的服务。
[0040]SEGR燃气祸轮机系统52产生可能基本无氧的排气42、60,并且将该种排气42、60 输送到EG处理系统54和/或EG供给系统78。EG供给系统78可W处置并传送排气42 (例 如流95)至姪类生产系统12和/或其他系统84。如上面所讨论的,EG处理系统54可W包 括皿SG56和EGR系统58。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,所述热回收设备可W被用于回收来自排气60的热量或将其传递给水108W生成用于驱 动蒸汽祸轮类似于SEGR燃气祸轮机系统52,蒸汽祸轮机104可W驱动一个或多个负载或机 器106,由此生成机械力72和电力74。在图示的实施例中,SEGR燃气祸轮机系统52和蒸 汽祸轮机104被串联布置W驱动相同的机器106。然而,在其他实施例中,SEGR燃气祸轮机 系统52可W单独驱动不同的机器106,W便独立生成机械力72和/或电力74。在蒸汽祸 轮机104由来自皿SG56的蒸汽62驱动时,蒸汽62的温度和压力逐渐降低。因此,蒸汽祸 轮机104将使用过的蒸汽62和/或水108再循环回到皿SG56中,W便经由排气60的热 回收用于生成额外的蒸汽。除了生成蒸汽之外,皿SG56、EGR系统58和/或EG处理系统 54的其他部分还可W产生水64、用于姪类生产系统12的排气42W及用作进入沈GR燃气 祸轮机系统52的输入的排气66。例如,水64可W是处理水64,例如用于其他应用的淡化 水。淡化水在低可用水量地区是特别有用的。关于排气60,EG处理系统54的实施例可W 被配置为通过EGR系统58再循环排气60,排气60可W经过或不经过皿SG56。
[0041] 在图示的实施例中,SEGR燃气祸轮机系统52具有排气再循环路径110,该路径从 系统52的排气出口延伸到排气入口。沿着路径110,排气60穿过EG处理系统54,在图示 的实施例中,EG处理系统54包括皿SG56和EGR系统58。EGR系统58可W包括沿着路径 110串联和/或并联排列的一个或多个导管、阀口、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、热回收单元如热回收蒸汽发生器、水 分去除单元、催化剂单元、化学注入单元或其任何组合)。该类气体处理系统可W进一步包 括旨在更改再循环气体的物理属性的任何气体加工或处理设备。换句话说,沿着在系统52 的排气出口与排气入口之间的排气再循环路径110,EGR系统58可W包括任何流动控制组 件、压力控制组件、温度控制组件、水分控制组件和气体成分控制组件。因此,在具有沿着路 径110的皿SG56的实施例中,皿SG56可W被认为是EGR系统58的组件。然而,在某些实 施例中,皿SG56可W沿着独立于排气再循环路径110的排气路径布置。不管皿SG56是 否沿着单独路径或与EGR系统58共用的路径,HRSG56和EGR系统58都吸入排气60并输 出再循环排气66、用于EG供给系统78 (例如用于姪类生产系统12和/或其他系统84)的 排气42或者排气的其他输出。再者,SEGR燃气祸轮机系统52吸入、混合并按化学计量燃 烧排气66、氧化剂68和燃料70 (例如预混火焰和/或扩散火焰),W产生用于分配到EG处 理系统54、姪类生产系统12或其他系统84的基本无氧且无燃料的排气60。
[0042] 如上面参照图1所述,姪类生产系统12可W包括用于促进通过油/气井26从地 下储层20回收或生产油/气48的各种设备。例如,姪类生产系统12可W包括具有流体 注入系统34的E0R系统18。在图示的实施例中,流体注入系统34包括排气注入E0R系统 112和蒸汽注入E0R系统114。虽然流体注入系统34可W从各种来源接收流体,但图示的 实施例可W从基于祸轮机的服务系统14接收排气42和蒸汽62。由基于祸轮机的服务系统 14产生的排气42和/或蒸汽62还可W被输送到姪类生产系统12W用于其他油/气系统 116。
[004引排气42和/或蒸汽62的数量、质量和流量可W由控制系统100来行控制。控制 系统100可W完全专用于基于祸轮机的服务系统14,或者控制系统100也可W可选地提供 对姪类生产系统12和/或其他系统84的控制(或有利于控制的至少某些数据)。在图示 的实施例中,控制系统100包括控制器118,该控制器具有处理器120、存储器122、蒸汽祸轮 机控件124、SEGR燃气祸轮机系统控件126和机器控件128。处理器120可W包括单一处理 器或者两个或更多个冗余处理器,例如用于控制基于祸轮机的服务系统14的=重冗余处 理器。存储器122可W包括易失性存储器和/或非易失性存储器。例如,存储器122可W 包括一个或多个硬盘驱动器、闪存、只读存储器、随机存取存储器或其任何组合。控件124、 126和128可W包括软件和/或硬件控件。例如,控件124、126和128可W包括存储在存储 器12中并由处理器120可执行的各种指令或代码。控件124被配置为控制蒸汽祸轮机104 的操作,SEGR燃气祸轮机系统控件126被配置为控制系统52,并且机器控件128被配置为 控制机器106。因此,控制器118 (例如控件124、126和128)可W被配置为协调基于祸轮机 的服务系统14的各个子系统,W向姪类生产系统12提供合适的排气流42。
[0044] 在控制系统100的某些实施例中,在附图中示出或在本文描述的每个元件(例如 系统、子系统和组件)包括(例如直接在该类元件内、在该类元件上游或下游)一个或多个 工业控制部件例如传感器和控制装置,所述工业控制部件在工业控制网络上与控制器118 一起是彼此通信联结的。例如,与每个元件关联的控制装置可W包括专用装置控制器(例 如,包括处理器、存储器和控制指令)、一个或多个致动器、阀口、开关和工业控制设备,其使 得能够基于传感器反馈130、来自控制器118的控制信号、来自用户的控制信号或其任何组 合进行控制。因此,本文描述的任何控制功能可W通过控制指令来实施,所述控制指令存储 在控制器118、与每个元件关联的专用装置控制器或其组合中和/或可由其执行。
[0045] 为了促进该类控制功能,控制系统100包括在整个系统10分布的一个或多个传感 器,W获得用于执行各种控件例如控件124、126和128的传感器反馈130。例如,传感器反馈 130可W从传感器获得,所述传感器分布在整个SEGR燃气祸轮机系统52、机器106、EG处理 系统54、蒸汽祸轮机104、姪类生产系统12中,或分布在整个基于祸轮机的服务系统14或 姪类生产系统12的任何其他组件中。例如,传感器反馈130可W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、吸入氧化剂成分反馈、吸入燃料成分反馈、排气 成分反馈、机械力72的输出水平、电力74的输出水平、排气42、60的输出数量、水64的输 出数量或质量或其任何组合。例如,传感器反馈130可W包括排
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