用于燃气涡轮发动机的系统和方法

用于燃气涡轮发动机的系统和方法
【专利摘要】一种系统包括：燃气涡轮发动机，其被配置为燃烧氧化剂和燃料以生成排气；催化剂床，其被配置为处理来自燃气涡轮发动机的部分排气以生成经处理的排气；温差监测器，其被配置为监测催化剂床上游的部分排气的第一温度与催化剂床下游的经处理的排气的第二温度之间的温差；以及氧化剂?燃料比率系统，其被配置为至少部分基于温差来调节参数以保持催化剂床的效力，从而保持目标当量比。
【专利说明】用于燃气满轮发动机的系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2014年11月25日提交的题为"SYSTEM AND METHOD FOR A GAS TURBI肥ENGI肥"的美国非临时专利申请14/553,458的优先权和权益(该申请通过引用整 体合并于此W用于各种目的），并且要求于2013年12月04日提交的题为"SYSTEM AND MET册D FOR A GAS TURBI肥ENGI肥"的美国临时专利申请61/911,912的优先权和权益(该 申请通过引用整体合并于此W用于各种目的）。
技术领域
[0003] 本公开的主题设及燃气满轮发动机，并且更具体地设及用于运转燃气满轮发动机 的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 燃气满轮发动机的应用非常广泛，例如发电、航空器W及各种机械装置。燃气满轮 发动机通常在燃烧器部中燃烧燃料和氧化剂(例如，空气生成热燃烧产物，然后该产物 驱动满轮部中的一个或多个满轮级。进而，满轮部驱动压缩机部的一个或多个压缩机级。此 夕h在燃烧器部内燃料和氧化剂混合，然后燃烧W产生热燃烧产物。在某些条件下，使用反 馈控制来运转燃气满轮发动机W获得热燃烧产物的期望成分可能是有用的。另外，燃气满 轮发动机一般消耗大量作为氧化剂的空气，并输出相当大量的排气到大气中。换句话说，排 气一般作为燃气满轮运转的副产品被浪费。

【发明内容】

[0005] 与原始要求保护的发明范围相称的某些实施例被总结如下。运些实施例不意图限 制要求保护的发明的范围，但是运些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实 际上，本发明可包括可类似于或异于下面阐述的实施例的多种形式。
[0006] 在第一实施例中，一种系统包含:被配置为燃烧氧化剂和燃料W生成排气的燃气 满轮发动机，被配置为处理来自燃气满轮发动机的部分排气W生成经处理的排气的催化剂 床，被配置为监测所述催化剂床上游的部分排气的第一溫度与所述催化剂床下游的经处理 的排气的第二溫度之间的溫差的溫差监测器，W及被配置为至少部分基于溫差来调节参数 W保持催化剂床的效力从而保持目标当量比的氧化剂-燃料比率系统。
[0007] 在第二实施例中，一种方法包含:在燃气满轮发动机中燃烧氧化剂和燃料W生成 排气，在催化剂床中处理来自燃气满轮发动机的部分排气W生成经处理的排气，使用溫差 监测器监测催化剂床上游的部分排气的第一溫度和催化剂床下游的经处理的排气的第二 溫度之间的溫差，W及使用氧化剂-燃料比率系统来至少部分基于该溫差来调节参数W保 持催化剂床的效力，从而保持目标当量比。
[000引在第=实施例中，一种系统包含控制器和一个或多个处理装置，该控制器包括一 个或多个有形的非瞬态机器可读介质，该介质共同地储存一组或多组指令，所述处理装置 被配置为执行一组或多组指令，用于:在燃气满轮发动机中燃烧氧化剂和燃料w生成排气； 在催化剂床中处理来自燃气满轮发动机的部分排气W生成经处理的排气;使用溫差监测器 监测催化剂床上游的排气的入口溫度和催化剂床下游的经处理的排气的出口溫度之间的 溫差;将溫差信号从溫差监测器传送到控制系统；W及至少部分基于溫差来调节参数W保 持催化剂床的效力，从而保持目标当量比。
【附图说明】
[0009] 当参照附图阅读下列【具体实施方式】时，本发明的运些和其他特征、方面和优点将 变得更加容易理解，其中在整个附图中相同的符号表示相同的部件，其中：
[0010] 图1是具有禪连到控类生产系统的基于满轮的服务系统的系统的实施例的示意 图；
[0011] 图2是图1的系统的实施例的示意图，其进一步示出控制系统和组合循环系统；
[0012] 图3是图1和图2的系统的实施例的示意图，其进一步示出燃气满轮发动机、排气供 给系统和排气处理系统的细节；
[0013] 图4是用于运转图1-3的系统的过程的实施例的流程图；
[0014] 图5是具有一个催化剂床的燃气满轮发动机系统的实施例的示意图；
[0015] 图6是具有=个催化剂床的燃气满轮发动机系统的实施例的示意图；
[0016] 图7是具有五个催化剂床的燃气满轮发动机系统的实施例的示意图；
[0017]图8是具有氧化剂喷射系统的催化剂床的实施例的透视图；W及
[0018] 图9是催化剂床的溫差和包括该催化剂床的燃气满轮发动机系统的实施例的当量 比之间的关系图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明的一个或多个具体实施例将在下面描述。为了努力提供运些实施例的简要 描述，实际实施方式的所有特征可能没有在本说明书中描述。应认识到，在任何此类实际实 施方式的开发中（例如在工程或设计项目中），需要做出众多与实施方式相关的决定W实现 具体目标，例如符合在不同实施方式中可能不同的系统相关约束和/或商业相关约束。而 且，应认识到，运种努力可能是复杂和费时的，但是对受益于本公开的本领域普通技术人员 来说承担设计、装配和制造仍然是例行工作。
[0020] 本文公开了详细的示例性实施例。但是，本文公开的特定结构和功能细节仅仅代 表描述示例性实施例的目的。然而，本发明的实施例可W体现为许多可替代的形式，并且不 应被视为仅限于本文阐述的实施例。
[0021] 因此，虽然示例性实施例能够具有各种修改和替换形式，但其实施例通过附图中 的示例的方式示出并将在本文详细描述。然而，应当理解的是，本发明并不意图将示例性实 施例局限于所公开的特定形式，而是相反，示例性实施例旨在覆盖落入本发明的范围内的 所有修改、等价物和替代实施例。
[0022] 本文所使用的术语仅用于描述某些实施例，并不是意图限制示例性实施例。正如 本文所使用的，单数形式"一"、"一个"和"所述"也意图包括复数形式，除非上下文中明确指 出不同含意。当用于本文时，术语"包括"和/或"包含"指定存在所陈述特征、整数、步骤、操 作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组 件和/或其群组。
[0023] 虽然术语第一、第二、主要、辅助等可W在本文中被用于描述各个元件，但是运些 元件不应受运些术语限制。运些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如但不限 于，第一元件可W被称为第二元件，W及同样，第二元件可W被称为第一元件，而不背离示 例性实施例的范围。正如本文所使用的，术语"和/或"包括一个或多个关联列出项目中的任 意一个、全部及其组合。
[0024] 本文可W使用某些术语，运仅为了方便读者而不被视为对本发明的范围的限制。 例如，诸如"上面"、"下面"、"左侧"、"右侧"、"前面"、"后面"、"顶部"、"底部"、"水平"、"垂 直"、"上游"、"下游"、"前部"、"后部"等词组仅描述在附图中示出的配置。事实上，本发明的 实施例的一个或多个元件可W被取向在任何方向中，并且因此，所述术语应当被理解为包 含运类变化，除非指出不同情况。
[0025] 如下面所详细讨论的，所公开的实施例总体设及带有排气再循环化GR)的燃气满 轮系统，并且尤其是设及使用EGR的燃气满轮系统的化学计量运转。例如，燃气满轮系统可 W被配置为沿着排气再循环路径再循环排气，使燃料和氧化剂与至少某些再循环排气一起 W化学计量燃烧，W及收集排气用于各个目标系统中。排气的再循环与化学计量燃烧一起 可W帮助增加排气中的二氧化碳(0)2)的浓度水平，该排气然后可W被后处理W分离和纯 化C〇2和氮气(化）W用于各个目标系统中。燃气满轮系统还可W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C〇2的浓度水平，减少其他排放物(例 如一氧化碳、氮氧化物W及未燃烧控类）的浓度水平，并增加能量回收（例如用热回收单 元）。另外，燃气满轮发动机可W被配置为使用扩散火焰(例如，使用扩散燃料喷嘴）、预混火 焰(例如，使用预混燃料喷嘴)或其任意组合中的一个或多个来燃烧燃料和氧化剂。在某些 实施例中，扩散火焰可W帮助将稳定性和运转维持在化学计量燃烧的某些限制内，其进而 帮助增加C〇2的生成。例如，当与使用预混火焰运转的燃气满轮系统相比，使用扩散火焰运 转的燃气满轮系统可W实现更大量的EGR。进而，增加的EGR的量帮助增加C〇2的生成。可能 的目标系统包括管线、存储罐、碳封存系统和控类生产系统，诸如强化油回收化OR)系统。
[0026] 公开的实施例提供了用于与具有EGR的燃气满轮发动机一同使用的氧化剂-燃料 比率系统的系统和方法。具体地，一种系统可W包括燃气满轮发动机和催化剂床，该催化剂 床被配置为处理来自排气满轮发动机的排气W生成经处理的排气。此外，该系统可W包括 溫差监测器，该溫差监测器被配置为监测排气的入口溫度和经处理的排气的出口溫度之间 的溫差。另外，该系统可W包括氧化剂-燃料比率系统，该氧化剂-燃料比率系统被配置为至 少部分基于溫差来调节氧化剂的氧化剂流速或燃料的燃料流速或其任意组合中的至少一 个。例如，催化剂床可W被用于降低排气的一氧化碳、氧气、氨气、氮氧化物和/或未燃烧控 类的浓度。通过使用催化剂床降低排气中的运些气体的浓度，排气可W对于某些应用(例如 强化油回收)更有用。此外，可W调控具有较高浓度的运些气体的排气到大气的排放。
[0027] 通过至少部分基于催化剂床两端的溫差来调节氧化剂流速、燃料流速或其任意组 合中的至少一个，可W实现燃气满轮发动机的改进运转。例如，氧化剂-燃料比率系统可W 被用于将燃气满轮发动机运行为化学计量排气再循环(SEGR)燃气满轮发动机。如下面详细 描述，氧化剂-燃料比率系统可W被用于在当量比值的某一范围内运转SEGR燃气满轮发动 机，其中燃气满轮发动机的当量比被限定为在实际燃料-氧化剂比到化学计量的燃料-氧化 剂比之间的比率或化学计量的氧化剂-燃料比到实际氧化剂-燃料比之间的比率。如由溫差 监测器监测的催化剂床两端的溫差可W提供SEGR燃气满轮发动机正在运转时所处于的当 量比的指标。因此，通过使用反馈控制，催化剂床两端的溫差可W被用于调节SEGR燃气满轮 发动机的运转，W保持运转在期望的当量比值的范围内。例如，如果该催化剂床两端的溫差 指示SEGR燃气满轮发动机的运转在期望的当量比值范围之外，则可W使用氧化剂-燃料比 率系统来调节氧化剂流速、燃料流速或其任意组合中的至少一个，W获得期望的当量比。催 化剂床两端的溫差可W使氧化剂-燃料比率系统能够调节SEGR燃气满轮发动机W便比当量 比的其他指示更快和/或更精确地实现期望的当量比。
[0028] 图1是具有与基于满轮的服务系统14关联的控类生产系统12的系统10的实施例的 示意图。如下面进一步详细讨论的，基于满轮的服务系统14的各种实施例被配置为向控类 生产系统12提供各种服务，例如电功率、机械功和流体(例如排气）W促进油和/或气的生产 或回收。在图示的实施例中，控类生产系统12包括油/气抽取系统16和强化油回收化OR)系 统18,二者禪连到地下储层20(例如油、气或控类储层）。油/气抽取系统16包括各种地面设 备22,例如禪连到油/气井26的圣诞树或生产树24。此外，井26可W包括通过地球32中的钻 孔30延伸到地下储层20的一个或多个管件28。树24包括一个或多个阀口、扼流圈、隔离套 筒、封井器/防喷器W及各种流量控制装置，其调节压力并且控制到地下储层20和来自地下 储层20的流。虽然树24通常被用于控制从地下储层20流出的生产流体(例如油或气）的流 动，但是E0R系统18可W通过将一种或多种流体喷射到地下储层20来增加油或气的生产。
[0029] 因此，E0R系统18可W包括流体喷射系统34，该流体喷射系统34具有通过地球32中 的孔38延伸到地下储层20的一个或多个管件36。例如，E0R系统18可W将一种或多种流体40 例如气体、蒸汽、水、化学物质或其任何组合输送到流体喷射系统34中。例如，如下面所进一 步详细讨论的，E0R系统18可W被禪连到基于满轮的服务系统14,使得系统14将排气42(例 如，基本没有氧气或完全没有氧气）输送到E0R系统18W用作喷射流体40。流体喷射系统34 通过一个或多个管件36将流体40(例如排气42)输送到地下储层20中，如箭头44所示。喷射 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，喷 射流体40使布置在地下储层20中的油/气48移位，并驱动油/气48向上通过控类生产系统12 的一个或多个管件28,如箭头50所示。如下面所进一步详细讨论的，喷射流体40可W包括源 自基于满轮的服务系统14的排气42,该基于满轮的服务系统能够根据需要由控类生产系统 12在现场生成排气42。换句话说，基于满轮的服务系统14可W同时生成供控类生产系统12 使用的一种或多种服务(例如电功率、机械功、蒸汽、水(例如淡化水似及排气(例如基本没 有氧气）），从而降低或消除运类服务对外部源的依赖。
[0030] 在图示的实施例中，基于满轮的服务系统14包括化学计量排气再循环(SEGR)燃气 满轮系统52和排气巧G)处理系统54。燃气满轮系统52可W被配置为W化学计量燃烧运转模 式(例如化学计量控制模式)和非化学计量燃烧运转模式(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转。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pM( (1))，其是实际燃料/氧化剂比相对于化 学计量燃料/氧化剂比的比。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0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的当量比。再者，在基于满 轮的服务系统14中的燃料和氧化剂的化学计量燃烧可W导致基本没有剩余未燃烧燃料或 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）、未燃烧燃料或控类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、一氧化 碳(C0)、硫氧化物(例如SOx)、氨气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 10、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(ppmv)的氧化剂(例如氧气）、未燃烧燃料或控类(例如HC)、氮氧 化物(例如NOx)、一氧化碳(C0)、硫氧化物(例如SOx)、氨气和未完全燃烧的其他产物。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 本文所使用的，术语排放物、排放物水平和排放物目标可W指某些燃烧产物(例如N0x、C0、 SOx、〇2、化、此、HC等）的浓度水平，所述燃烧产物可W存在于再循环气体流、排出的气体流 (例如排放到大气中似及用在各种目标系统(例如控类生产系统12)中的气体流。
[0031] 虽然不同实施例中的沈GR燃气满轮系统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化RSG)56和排气再循环化GR)系统58,二者接 收并处理源自SEGR燃气满轮系统52的排气60。皿SG 56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满轮、E0R系统18或控类生产系统12的任何其他部分中。例如， HRSG 56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 汽满轮级或E0R系统18的不同应用。除了蒸汽62之外，经处理的水64例如淡化水也可W由 皿SG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一部分或SEGR燃气满轮系统52生成。经处理的 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。经处理的水64 可W至少部分由于驱动SEGR燃气满轮系统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（包括控类生产系统12)中可W是特别有利的，但排气42、 60的现场生成对E0R系统18来说可W是特别有利的，运是由于所述排气从SEGR燃气满轮系 统52获得低氧含量、高压和热。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燃气满轮系统52中，同时还将排气42输送至化OR系统18W 供控类生产系统12使用。同样，可W从SEGR燃气满轮系统52直接抽取排气42(即无需经过EG 处理系统54)，W用于控类生产系统12的E0R系统18中。
[0032] 排气再循环由EGR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 个导管、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、湿气去除单元、催化剂单元、化学喷射单元或其任何组合）W 及沿着从SEGR燃气满轮系统52的输出端（例如释放的排气60)到输入端（例如进入的排气 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燃气满轮系统52将排 气66吸入到具有一个或多个压缩机的压缩机部，从而压缩排气66W便与氧化剂68的进气和 一种或多种燃料70-起在燃烧器部中使用。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、液化天然气化NG)、 合成气、甲烧、乙烧、丙烷、下烧、石脑油、煤油、柴油燃料、乙醇、甲醇、生物燃料或其任何组 厶 1=1 〇
[0033] SEGR燃气满轮系统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 生成驱动满轮部中的一个或多个满轮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的上游 内部混合氧化剂68和燃料70,从而将氧化剂-燃料混合物从燃料喷嘴喷射到用于预混合燃 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分离地从燃料喷嘴喷射 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，运是因为扩散火焰通常在氧化剂68与燃料70 的分离的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在每个燃烧器内的燃烧点处或其下游被喷射到燃烧器中。使用运 些稀释剂可W帮助调和火焰(例如预混火焰或扩散火焰），从而帮助减少NOx排放物，例如一 氧化氮(NO)和二氧化氮(N02)。不管火焰的类型如何，燃烧均产生热燃烧气体或排气60W驱 动一个或多个满轮级。在每个满轮级均由排气60驱动时，SEGR燃气满轮系统52产生机械功 72和/或电功率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是经处理的水，例如淡化水，运在各种现场应用或非现场应用中可能是有用 的。
[0034] 排气抽取还通过使用一个或多个抽取点76的SEGR燃气满轮系统52而被提供。例 如，图示的实施例包括具有排气化G)抽取系统80和排气化G)处理系统82的排气巧G)供给系 统78，排气巧G)抽取系统80和排气化G)处理系统82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或碳封存系统90"EG抽取系统80可W包括一个或多个导管、阀口、控 件和流动分离装置，运有利于将排气42与氧化剂68、燃料70和其他污染物隔离，同时也控制 所抽取的排气42的溫度、压力和流速。EG处置系统82可W包括一个或多个热交换器(例如热 回收单元，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）、化学喷射系统、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处置系统82的运些子系统使得能够控制溫度、压力、流速、湿气含量(例如水去除量）、 微粒含量(例如微粒去除量似及气体成分(例如C02、N2等的百分比）。
[0035] 基于目标系统，所抽取的排气42通过EG处置系统82的一个或多个子系统进行处 理。例如，EG处置系统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EG处置系统82被控制W分离和净化含碳气体(例 如二氧化碳)92和/或氮气(N2)94W在各种目标系统中使用。例如，EG处置系统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稀化流）。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、化流）。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富化流）。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稀化流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C〇2纯度或浓度水平，W及小于大约1 %、 2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25%或30%体积百分比的化纯度或浓度水平。相反，稀 C〇2富化流98可W具有小于大约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及大于大约70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、 98%或99%体积百分比的化纯度或浓度水平。中等浓度C〇2、化流97可W具有在大约30%到 70%、35 %到65 %、40%到60 %或45 %到55%体积百分比之间的C〇2纯度或浓度水平和/或化 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稀化流96和稀C〇2富化流98可W 特别适用于EOR系统18和其他系统84。然而，运些富、稀或中等浓度C〇2流95中的任意流可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及碳封存系统90)中的每一个可W接收一个或多个富C〇2稀化流96、一个 或多个稀C〇2富化流98,一个或多个中等浓度C〇2,化流97 W及一个或多个未处理排气42流 (即绕过EG处置系统82)。
[0036] EG抽取系统80在沿着压缩机部、燃烧器部和/或满轮部的一个或多个抽取点76处 抽取排气42,使得排气42可合适溫度和压力用在E0R系统18和其他系统84中。EG抽取系 统80和/或EG处置系统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42)循环。例如，穿过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E0R 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使用独立的或共用的子系统。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，之后是EG处置系统82中的一个或多个 附加气体处置级。
[0037] 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控类）。此外，基于目 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）、未燃烧燃料或控类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、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10、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(9911^)的氧化剂（例如氧 气）、未燃烧燃料或控类（例如HC)、氮氧化物（例如NOx)、一氧化碳（C0)、硫氧化物（例如 S化）、氨气和不完全燃烧的其他产物。因此，排气42特别适用于EOR系统18。
[0038] 满轮系统52的EGR运转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 置在相邻压缩机级之间的级间端口处、在沿着压缩机排放罩壳的端口处、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分和/或燃料喷嘴。此外，一个或 多个流动隔离器(例如壁、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。通过运些流动隔离器，抽取点76可W直接沿着燃烧器部中每个燃烧器的壁布置。
[0039] 一旦排气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 燃烧器的燃烧部分(例如燃烧室）中，则SEGR燃气满轮系统52被控制W提供排气66、氧化剂 68和燃料70的基本化学计量的燃烧。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没有氧气和 未燃烧燃料。因此，可W从SEGR燃气满轮系统52的满轮部抽取该燃烧产物(或排气）W用作 被输送到E0R系统18的排气42。沿着满轮部，抽取点76可W被设置在任何满轮级处，例如相 邻满轮级之间的级间端口。因此，使用任何前述抽取点76,基于满轮的服务系统14可W生 成、抽取和传送排气42到控类生产系统12(例如E0R系统18)，W用于从地下储层20生产油/ 气48。
[0040] 图2是图1的系统10的实施例的示意图，其示出被禪连到基于满轮的服务系统14和 控类生产系统12的控制系统100。在图示的实施例中，基于满轮的服务系统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燃气满轮系统52、作为底部循环的 蒸汽满轮104W及从排气60回收热量W生成用于驱动蒸汽满轮104的蒸汽62的HRSG 56。再 者，SEGR燃气满轮系统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、机械功72、电功率74和/或水64。例如，SEGR燃 气满轮系统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、控类生产系统12的设备或其任何组合。在某些实施例中，机器106可 W包括其他驱动器，例如与SEGR燃气满轮系统52串联的电动马达或蒸汽满轮(例如蒸汽满 轮104)。因此，由SEGR燃气满轮系统52(W及任何附加驱动器)驱动的机器106的输出可W包 括机械功72和电功率74。机械功72和/或电功率74可W现场用于对控类生产系统12提供动 力，电功率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燃气满轮系统52的燃烧部中的压缩氧化剂68(例如空气或氧气）。运些输出中的 每一个(例如排气60、机械功72、电功率74和/或水64)可W被认为是基于满轮的服务系统14 的服务。
[0041] SEGR燃气满轮系统52产生可能基本无氧的排气42、60,并且将运种排气42、60输送 到EG处理系统54和/或EG供给系统78dEG供给系统78可W处置并传送排气42(例如流95)至 控类生产系统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SG 56和EGR 系统58。皿SG 56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的热量或将该热量传递给水108W生成用于驱动蒸汽满轮 104的蒸汽62。类似于SEGR燃气满轮系统52,蒸汽满轮104可W驱动一个或多个负载或机器 106,由此生成机械功72和电功率74。在图示的实施例中，SEGR燃气满轮系统52和蒸汽满轮 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燃气满轮系统52和蒸汽 满轮104可W分离地驱动不同的机器106, W便独立生成机械功72和/或电功率74。在蒸汽满 轮104由来自HRSG56的蒸汽62驱动时，蒸汽62的溫度和压力逐渐降低。因此，蒸汽满轮104将 使用的蒸汽62和/或水108再循环回到HRSG 56中，W用于经由自排气60回收的热量生成额 外的蒸汽。除了生成蒸汽之外，皿SG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的其他部分可W产 生水64、用于控类生产系统12的排气42 W及用作SEGR燃气满轮系统52的输入的排气66。例 如，水64可W是经处理的水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,其中排气60可W经过或不经过HRSG 56。
[0042] 在图示的实施例中，SEGR燃气满轮系统52具有排气再循环路径110,该排气再循环 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HRSG 56和EGR系统58dEGR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、湿气去 除单元、催化剂单元、化学喷射单元或其任何组合）。换句话说，EGR系统58可W包括沿着在 系统52的排气出口与排气入口之间的排气再循环路径110的任何流量控制组件、压力控制 组件、溫度控制组件、湿气控制组件和气体成分控制组件。因此，在具有沿着路径110的HRSG 56的实施例中，HRSG 56可W被认为是EGR系统58的组件。然而，在某些实施例中，皿SG 56可 W沿着独立于排气再循环路径110的排气路径而布置。无论皿SG 56是沿着分离路径还是与 EGR系统58共用的路径，皿SG 56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(例如用于控类生产系统12和/或其他系统84)的排气42或者排气的其他输出。再 者，SEGR燃气满轮系统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、控类生产系统12或其他系统84 的基本无氧且无燃料的排气60。
[0043] 如上面参照图1所述，控类生产系统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，控类生产系统12可W包括具有流体喷射系统34 的E0R系统18。在图示的实施例中，流体喷射系统34包括排气喷射E0R系统112和蒸汽喷射 E0R系统114。虽然流体喷射系统34可W从各种来源接收流体，但图示的实施例可W从基于 满轮的服务系统14接收排气42和蒸汽62。由基于满轮的服务系统14产生的排气42和/或蒸 汽62还可W被输送到控类生产系统12W用于其他油/气系统116中。
[0044] 排气42和/或蒸汽62的数量、质量和流量可W由控制系统100来控制。控制系统100 可W完全专用于基于满轮的服务系统14,或者控制系统100也可W可选地提供对控类生产 系统12和/或其他系统84的控制(或便于控制的至少一些数据）。在图示的实施例中，控制系 统100包括控制器118,该控制器118具有处理器120、存储器122、蒸汽满轮控件124、沈GR燃 气满轮系统控件126和机器控件128。处理器120可W包括单个处理器或者两个或更多个冗 余处理器，例如用于控制基于满轮的服务系统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。该存储器122可W包括共同储存一组或多 组指令的一个或多个有形的、非瞬态的机器可读介质。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122中并可由处理器120执行 的各种指令或代码，处理器120可W被配置为执行储存在存储器122上的一组或多组指令。 控件124被配置为控制蒸汽满轮104的运转，SEGR燃气满轮系统控件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被配置为协同基于满轮的服务系统14的各个子系统，W向控类生产系统12提供合适的排 气流42。
[0045] 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(例如直接在运类元件内、在运类元件上游或下游)一个或多个工业 控制特征件，例如传感器和控制装置，所述工业控制特征件基于工业控制网络与控制器118 一起彼此通信地禪合。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/或可由控制器118、与每个元 件关联的专用装置控制器或其组合执行。
[0046] 为了促进运类控制功能，控制系统100包括遍布系统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，所述传感器遍布SEGR燃气满轮系统52、机器106、EG处理系统54、蒸汽满 轮104、控类生产系统12分布，或遍布基于满轮的服务系统14或控类生产系统12的任何其他 组件分布。例如，传感器反馈130可W包括溫度反馈、压力反馈、流速反馈、火焰溫度反馈、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、机械功72的输出 水平、电功率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包括排气42、60的成分，W促进在SEGR燃气满轮系统52中的化学 计量燃烧。例如，传感器反馈130可W包括来自沿着氧化剂68的氧化剂供给路径的一个或多 个吸入氧化剂传感器、沿着燃料70的燃料供给路径的一个或多个吸入燃料传感器W及沿着 排气再循环路径110和/或在SEGR燃气满轮系统52内布置的一个或多个排气排放物传感器 的反馈。吸入氧化剂传感器、吸入燃料传感器和排气排放物传感器可W包括溫度传感器、压 力传感器、流速传感器和成分传感器。排放物传感器可W包括用于氮氧化物(例如NOx传感 器）、碳氧化物（例如C0传感器和C〇2传感器）、硫氧化物（例如SOx传感器）、氨（例如出传感 器）、氧(例如化传感器）、未燃烧控类(例如HC传感器)或其他不完全燃烧产物或其任何组合 的传感器。
[0047] 使用运种反馈130,控制系统100可W调整(例如增加、减少或保持)排气66、氧化剂 68和/或燃料70进入SEGR燃气满轮系统52(除了其他操作参数W外）的进气流量，W保持当 量比在合适范围内，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之间或大致为1.0。例如，控制系统100可W分析反馈130W监测排气排放物 (例如，氮氧化物、碳氧化物如C0和C〇2、硫氧化物、氨气、氧气、未燃烧控类和其他不完全燃 烧产物的浓度水平）和/或确定当量比，并且然后控制一个或多个组件W调整排气排放物 (例如排气42的浓度水平）和/或当量比。受控组件可W包括参照附图示出和描述的任何组 件，包括但不限于:沿着氧化剂68、燃料70和排气66的供给路径的阀口；氧化剂压缩机、燃料 累或EG处理系统54中的任何组件；SEGR燃气满轮系统52的任何组件或其任何组合。受控组 件可W调整(例如增加、减少或保持)在SEGR燃气满轮系统52内燃烧的氧化剂68、燃料70和 排气66的流速、溫度、压力或百分比（例如当量比）。受控组件还可W包括一个或多个气体处 置系统，例如催化剂单元(例如氧化催化剂单元）、用于催化剂单元的供给(例如氧化燃料、 热量、电力等）、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）W及 过滤单元。气体处置系统可W帮助减少沿着排气再循环路径110、排气孔路径(例如排放到 大气中）或至EG供给系统78的抽取路径的各种排气排放物。
[0048] 在某些实施例中，控制系统100可W分析反馈130并控制一个或多个组件W保持或 降低排放物水平(例如，排气42、60、95的浓度水平)至目标范围，例如每百万份体积(ppmv) 小于大约 10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000、5000或10000份。 针对每种排气排放物例如氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、氨气、氧气、未燃烧控类和其他不 完全燃烧产物的浓度水平，运些目标范围可W是相同或不同的。例如，根据当量比，控制系 统100可W将氧化剂（例如氧气）的排气排放物(例如浓度水平)选择性地控制在小于大约 10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、250、500、750或1000口口11^的目标范围内；将一氧化碳 (C0)的排气排放物选择性地控制在小于大约20、50、100、200、500、1000、2500或50009911^的 目标范围内；并且将氮氧化物(NOx)的排气排放物选择性地控制在小于大约25、50、100、 200、300、400或50化pmv的目标范围内。在W大致化学计量当量比运转的某些实施例中，控 审IJ系统100可W将氧化剂(例如氧气）的排气排放物(例如浓度水平)选择性地控制在小于大 约10、20、30、40、50、60、70、80、90或10化口11^的目标范围内；并且将一氧化碳(0))的排气排 放物选择性地控制在小于大约500、1000、2000、3000、4000或50009911^的目标范围内。在^ 稀燃料当量比（例如在大约0.95到1.0之间)运转的某些实施例中，控制系统100可W将氧化 剂(例如氧气）的排气排放物(例如浓度水平)选择性地控制在小于大约500、600、700、800、 900、1000、1100、1200、1300、1400或1500ppmv的目标范围内；将一氧化碳(C0)的排气排放物 选择性地控制在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150或20化911^的目标范围 内；并且将氮氧化物（例如NOx)的排气排放物选择性地控制在小于大约25、50、100、150、 200、250、300、350或40化pmv的目标范围内。前述目标范围仅仅是示例，并不旨在限制所公 开实施例的范围。
[0049] 控制系统100还可W被禪连到本地接口 132和远程接口 134。例如，本地接口 132可 W包括现场布置在基于满轮的服务系统14和/或控类生产系统12处的计算机工作站。相反， 远程接口 134可W包括相对于基于满轮的服务系统14和控类生产系统12非现场布置的计算 机工作站，例如通过互联网连接的计算机工作站。运些接口 132和134例如通过传感器反馈 130的一个或多个图形显示、运转参数等等来促进基于满轮的服务系统14的监测和控制。
[0050] 再者，如上所述，控制器118包括各种控件124、126和128, W促进基于满轮的服务 系统14的控制。蒸汽满轮控件124可W接收传感器反馈130并输出促进蒸汽满轮104运转的 控制命令。例如，蒸汽满轮控件124可W从皿SG 56、机器106、沿着蒸汽62的路径的溫度和压 力传感器、沿着水108的路径的溫度和压力传感器W及指示机械功72和电功率74的各种传 感器接收传感器反馈130。同样，SEGR燃气满轮系统控件126可W从沿着SEGR燃气满轮系统 52、机器106、EG处理系统54或其任何组合布置的一个或多个传感器接收传感器反馈130。例 如，传感器反馈130可W从布置在SEGR燃气满轮系统52内部或外部的溫度传感器、压力传感 器、间隙传感器、振动传感器、火焰传感器、燃料成分传感器、排气成分传感器或其任何组合 获得。最终，机器控件128可W从与机械功72和电功率74关联的各种传感器W及布置在机器 106内的传感器接收传感器反馈130。运些控件124、126和128中的每个控件使用传感器反馈 130来改善基于满轮的服务系统14的运转。
[0051] 在图示的实施例中，SEGR燃气满轮系统控件126可W执行指令W控制在EG处理系 统54、EG供给系统78、控类生产系统12和/或其他系统84中的排气42、60、95的数量和质量。 例如，SEGR燃气满轮系统控件126可W将排气60中的氧化剂(例如氧气)和/或未燃烧燃料的 水平保持为低于适合用于排气喷射E0R系统112的阔值。在某些实施例中，氧化剂（例如氧 气)和/或未燃烧燃料的阔值水平可W小于排气42、60体积的1%、2%、3%、4%或5%;或者 氧化剂(例如氧气)和/或未燃烧燃料(和其他排气排放物）的阔值水平可W是小于排气42、 60 的每百万份体积(ppmv)的大约 10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、 1000、2000、3000、4000或5000份。通过进一步实施例，为了实现氧化剂(例如氧气)和/或未 燃烧燃料的运些低水平，SEGR燃气满轮系统控件126可W将SEGR燃气满轮系统52中的燃烧 当量比保持在大约0.95与大约1.05之间。SEGR燃气满轮系统控件126还可W控制EG抽取系 统80和EG处置系统82W将排气42、60、95的溫度、压力、流速和气体成分保持在适合用于排 气喷射E0R系统112、管线86、储罐88和碳封存系统90的范围内。如上面所讨论的，EG处置系 统82可W被控制W将排气42净化和/或分离成一种或多种气体流95,例如富C〇2稀化流96、中 等浓度〇)2、化流97^及稀〇)2富化流98。除了控制排气42、60和95^外，控件124、126和128还 可W执行一个或多个指令W将机械功72保持在合适的功率范围内，或将电功率74保持在合 适的频率和功率范围内。
[0052] 图3是系统10的实施例的示意图，其进一步说明了用于控类生产系统12和/或其他 系统84的SEGR燃气满轮系统52的细节。在图示的实施例中，SEGR燃气满轮系统52包括禪连 到EG处理系统54的燃气满轮发动机150。图示的燃气满轮发动机150包括压缩机部152、燃烧 器部154W及膨胀器部或满轮部156。压缩机部152包括一个或多个排气压缩机或压缩机级 158,例如W串联布置设置的1到20级可转动压缩机叶片。同样，燃烧器部154包括一个或多 个燃烧器160，例如围绕SEGR燃气满轮系统52的可转动轴162圆周分布的巧Ij20个燃烧器 160。而且，每个燃烧器160可W包括一个或多个燃料喷嘴164,其被配置为喷射排气66、氧化 剂68和/或燃料70。例如，每个燃烧器160的盖端部166可W容纳1、2、3、4、5、6个或更多燃料 喷嘴164,其可W将排气66、氧化剂68和/或燃料70的流或混合物喷射到燃烧器160的燃烧部 168 (例如燃烧室）中。
[0053] 燃料喷嘴164可W包括预混燃料喷嘴164(例如，其被配置为预混合氧化剂68和燃 料70W便生成氧化剂/燃料预混火焰)和/或扩散燃料喷嘴164(例如，其被配置为喷射氧化 剂68和燃料70的分离流W便生成氧化剂/燃料扩散火焰）的任何组合。预混燃料喷嘴164的 实施例可W包括旋流叶片、混合室或其他特征件，该旋流叶片、混合室或其他特征件在氧化 剂68和燃料70喷射到燃烧器168中并在其中燃烧之前将氧化剂68和燃料70内部混合在喷嘴 164内。预混燃料喷嘴164还可W接收至少一些部分混合的氧化剂68和燃料70。在某些实施 例中，每个扩散燃料喷嘴164可W隔离氧化剂68与燃料70的流直到喷射点，同时也隔离一种 或多种稀释剂（例如排气66、蒸汽、氮气或其他惰性气体）的流直到喷射点。在其他实施例 中，每个扩散燃料喷嘴164可W隔离氧化剂68与燃料70的流直到喷射点，同时在喷射点之前 部分混合一种或多种稀释剂(例如排气66、蒸汽、氮气或其他惰性气体)与氧化剂68和/或燃 料70。此外，一种或多种稀释剂(例如排气66、蒸汽、氮气或其他惰性气体)可W在燃烧区域 处或燃烧区域下游被喷射到燃烧器中（例如喷射到燃烧的热产物中），从而帮助降低燃烧的 热产物的溫度并且减少NOx (例如NO和N02 )的排放。不管燃料喷嘴164的类型如何，SEGR燃气 满轮系统52都可W被控制W提供氧化剂68和燃料70的大致化学计量燃烧。
[0054] 在使用扩散燃料喷嘴164的扩散燃烧实施例中，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直接在火焰表面混合和反应，和/或火焰表面存在 于燃料70与氧化剂68之间的混合位置处。特别地，燃料70和氧化剂68分离地靠近火焰表面 (或扩散边界/界面），并且然后沿着火焰表面(或扩散边界/界面)扩散(例如经由分子扩散 和粘性扩散）W生成扩散火焰。值得注意的是，燃料70和氧化剂68可W沿着该火焰表面(或 扩散边界/界面)处于大致化学计量比，运可W导致沿着运个火焰表面的更大的火焰溫度 (例如峰值火焰溫度）。与稀燃料或富燃料的燃料/氧化剂比相比，该化学计量燃料/氧化剂 比通常产生更大的火焰溫度(例如峰值火焰溫度）。结果，扩散火焰可W基本上比预混火焰 更稳定，运是因为燃料70和氧化剂68的扩散有助于保持沿着火焰表面的化学计量比及 更大的溫度）。虽然更大的火焰溫度也可W导致更大的排气排放物例如NOx排放物，但所公 开的实施例使用一种或多种稀释剂来帮助控制溫度和排放物，同时仍然避免燃料70和氧化 剂68的任何预混合。例如，所公开的实施例可W引入(例如在燃烧点之后和/或扩散火焰的 下游)与燃料70和氧化剂68分离的一种或多种稀释剂，从而帮助降低溫度和减少由扩散火 焰产生的排放物(例如NOx排放物）。
[0055] 如图所示，在运转中，压缩机部152接收并压缩来自EG处理系统54的排气66,并将 压缩后的排气170输出到燃烧器部154中的每个燃烧器160。在燃料60、氧化剂68和排气170 在每个燃烧器160内燃烧后，附加排气或燃烧产物172(即燃烧气体)被输送到满轮部156中。 类似于压缩机部152,满轮部156包括一个或多个满轮或满轮级174,其可W包括一系列可转 动满轮叶片。然后运些满轮叶片由在燃烧器部154中生成的燃烧产物172驱动，由此驱动禪 连到机器106的轴176的转动。再者，机器106可W包括禪连到SEGR燃气满轮系统52的任一端 的各种设备，例如禪连到满轮部156的机器106、178和/或禪连到压缩机部152的机器106、 180。在某些实施例中，机器106、178、180可W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的燃料累、齿轮箱或禪连到SEGR燃气满轮系统52的附加驱动器(例如 蒸汽满轮104、电动马达等）。非限制性示例在下面参照表格1进一步详细讨论。如图所示，满 轮部156输出排气60 W沿着从满轮部156的排气出口 182到进入压缩机部152的排气入口 184 的排气再循环路径110再循环。如上面所详细讨论的，沿着排气再循环路径110,排气60穿过 EG处理系统54(例如HRSG 56和/或EGR系统58)。
[0056] 再者，燃烧器部154中的每个燃烧器160接收、混合并化学计量燃烧所压缩的排气 170、氧化剂68和燃料70, W产生驱动满轮部156的附加排气或燃烧产物172。在某些实施例 中，氧化剂68被氧化剂压缩系统186例如具有一个或多个氧化剂压缩机(M0C)的主氧化剂压 缩(M0C)系统（例如，主空气压缩(MAC)系统)压缩。氧化剂压缩系统186包括禪连到驱动器 190的氧化剂压缩机188。例如，驱动器190可W包括电动马达、燃烧发动机或其任何组合。在 某些实施例中，驱动器190可W是满轮发动机，例如燃气满轮发动机150。因此，氧化剂压缩 系统186可W是机器106的集成部分。换句话说，压缩机188可W被由燃气满轮发动机150的 轴176供给的机械功72直接或间接驱动。在运类实施例中，驱动器190可W被排除，运是因为 压缩机188依赖来自满轮发动机150的功率输出。然而，在采用多于一个氧化剂压缩机的某 些实施例中，第一氧化剂压缩机(例如低压化P)氧化剂压缩机)可W由驱动器190驱动，而轴 176驱动第二氧化剂压缩机(例如高压化P)氧化剂压缩机），或反之亦然。例如，在另一个实 施例中，HP MOC由驱动器190驱动，并且LP氧化剂压缩机由轴176驱动。在图示的实施例中， 氧化剂压缩系统186与机器106是分离的。在运些实施例中的每个实施例中，压缩系统186压 缩氧化剂68并将氧化剂68供应给燃料喷嘴164和燃烧器160。因此，机器106、178、180中的一 些或全部可W被配置为增加压缩系统186(例如压缩机188和/或额外的压缩机）的运转效 率。
[0057] 由元件编号1064、1068、106〔、1060、1066和106。所指示的机器106的各个组件可^ 沿着轴176的线路和/或平行于轴176的线路W-个或多个串联布置、并联布置或串联与并 联布置的任何组合设置。例如，机器106、178、180 (例如106A至106F)可W包括下列设备W任 何次序的任何串联和/或并联布置:一个或多个齿轮箱(例如平行轴、行星齿轮箱）、一个或 多个压缩机(例如氧化剂压缩机、增压器压缩机如EG增压器压缩机）、一个或多个发电单元 (例如发电机）、一个或多个驱动器(例如蒸汽满轮发动机、电动马达）、热交换单元(例如直 接或间接热交换器）、离合器或其任何组合。所述压缩机可W包括轴向压缩机、径向或离屯、 压缩机或其任何组合，每种压缩机具有一个或多个压缩级。关于热交换器，直接热交换器可 W包括喷淋冷却器(例如喷淋中间冷却器），其将液体喷淋物喷射到气流(例如氧化剂流）中 W便直接冷却气流。间接热交换器可W包括将第一流与第二流分离的至少一个壁(例如管 壳式热交换器），例如与冷却剂流(例如水、空气、致冷剂或任何其他液态或气体冷却剂)分 离的流体流(例如氧化剂流），其中冷却剂流在与流体流没有任何直接接触的情况下传递来 自流体流的热量。间接热交换器的示例包括中间冷却器热交换器和热回收单元，例如热回 收蒸汽发生器。热交换器还可W包括加热器。如下面进一步详细讨论的，运些机器组件中的 每个组件可W被用在如表格1中阐述的非限制性示例所指示的各种组合中。
[005引通常，机器106、178、180可W被配置为通过例如调整系统186中的一个或多个氧化 剂压缩机的运转速度、通过冷却促进氧化剂68的压缩和/或抽取过剩功率，来增加压缩系统 186的效率。所公开的实施例旨在包括在机器106、178、180中具有串联和并联布置的前述组 件的任何和全部排列组合，其中所述组件中的一个、多于一个、全部组件或没有任何组件从 轴176获得功率。如下面所示，表格1示出靠近压缩机和满轮部152、156设置和/或禪连到压 缩机和满轮部152、156的机器106、178、180的布置的一些非限制性示例。
[0化9]
[0060]
[0061 ]表格 1
[0062] 如上面表格1所示，冷却单元被表示为化R，离合器被表示为化U，驱动器被表示为 DRV，齿轮箱被表示为GBX，发电机被表示为GEN，加热单元被表示为HTR，主氧化剂压缩机单 元被表示为M0C，其中低压和高压变体被分别表示为LP M0C和HP M0C，并且蒸汽发生器单元 被表不为STGN。虽然表格1不出了依次朝向压缩机部152或满轮部156的机器106、178、180， 但表格1也旨在覆盖机器106、178、180的相反次序。在表格1中，包括两个或更多个组件的任 何单元旨在覆盖所述组件的并联布置。表格1并不旨在排除机器106、178、180的任何未示出 的排列组合。机器106、178、180的运些组件可W使得能够对发送到燃气满轮发动机150的氧 化剂68的溫度、压力和流速进行反馈控制。如下面所进一步详细讨论的，氧化剂68和燃料70 可W在特别选择的位置处被供应给燃气满轮发动机150W促进隔离和抽取压缩的排气170， 而没有使排气170的质量劣化的任何氧化剂68或燃料70。
[0063] 如图3所示，EG供给系统78被设置在燃气满轮发动机150与目标系统（例如控类生 产系统12和其他系统84)之间。特别地，EG供给系统78(例如EG抽取系统化GES)80)可W在沿 着压缩机部152、燃烧器部154和/或满轮部156的一个或多个抽取点76处被禪连到燃气满轮 发动机150。例如，抽取点76可W被设置在相邻压缩机级之间，例如在压缩机级之间的2、3、 4、5、6、7、8、9或10个级间抽取点76。运些级间抽取点76中的每个抽取点提供被抽取的排气 42的不同溫度和压力。类似地，抽取点76可W被设置在相邻满轮级之间，例如在满轮级之间 的2、3、4、5、6、7、8、9或10个级间抽取点76。运些级间抽取点76中的每个抽取点提供了被抽 取的排气42的不同溫度和压力。通过进一步的示例，抽取点76可W被设置在遍布燃烧器部 154的多个位置处，其可W提供不同溫度、压力、流速和气体成分。运些抽取点76中的每个抽 取点可W包括EG抽取导管、一个或多个阀口、传感器W及控件，其可W被用于选择性地控制 所抽取的排气42到EG供给系统78的流动。
[0064] 通过EG供给系统78分配的被抽取的排气42具有适用于目标系统(例如控类生产系 统12和其他系统84)的受控成分。例如，在运些抽取点76中的每个抽取点处，排气170可W与 氧化剂68和燃料70的喷射点（或流)充分隔离。换句话说，EG供给系统78可W被特别设计为 在没有任何添加的氧化剂68或燃料70的情况下从燃气满轮发动机150抽取排气170。此外， 鉴于在每个燃烧器160中的化学计量燃烧，所抽取的排气42可W是基本没有氧气和燃料的。 EG供给系统78可W将所抽取的排气42直接或间接输送到控类生产系统12和/或其他系统84 W用于各种处理，例如强化油回收、碳封存、存储或运输到非现场位置。然而，在某些实施例 中，EG供给系统78包括在使用供目标系统之前用于进一步处置排气42的EG处置系统化GTS) 82。例如，EG处置系统82可W将排气42净化和/或分离为一种或多种流95,例如富C〇2稀化流 96、中等浓度C〇2、化流97 W及稀C〇2富化流98。运些经处置的排气流95可W被单独地或W任 何组合方式用于控类生产系统12和其他系统84(例如管线86、储罐88和碳封存系统90)。
[0065] 类似于在EG供给系统78中执行的排气处置，EG处理系统54可W包括多个排气化G) 处置组件192,例如由元件编号194、196、198、200、202、204、206、208和210所指示的那些组 件。运些EG处置组件192(例如194至210)可W沿着排气再循环路径now-个或多个串联布 置、并联布置或串联与并联布置的任何组合设置。例如，EG处置组件192(例如194至210)可 W包括下列组件W任何次序的任何串联和/或并联布置: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（例如惯性分离器、聚结过滤器、不透水过滤器W及其他过滤 器）、化学喷射系统、基于溶剂的处置系统(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/或基于溶剂的处置系统或其任何组合。在某些实施例中，催化剂系 统可W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、氧化侣、氧化错、娃氧 化物、铁氧化物、氧化销、氧化钮、氧化钻或混合金属氧化物或其组合。所公开的实施例旨在 包括前述组件192W串联和并联布置的任何和全部排列组合。如下面所示，表格2描述了沿 着排气再循环路径110的组件192的布置的一些非限制性示例。
[0066]
[0067] 表格 2
[0068] 如上面表格2所示，催化剂单元被表示为CU，氧化催化剂单元被表示为OCU，增压器 鼓风机被表示为BB，热交换器被表示为版，热回收单元被表示为HRU，热回收蒸汽发生器被 表示为HRSG，冷凝器被表示为C0ND，蒸汽满轮被表示为ST，微粒去除单元被表示为PRU，湿气 去除单元被表示为MRU，过滤器被表示为FIL，凝聚过滤器被表示为CFIL，不透水过滤器被表 示为WFIL，惯性分离器被表示为INER，并且稀释剂供给系统(例如蒸汽、氮气或其他惰性气 体)被表不为DIL。虽然表格2 W从满轮部156的排气出口 182朝向压缩机部152的排气入口 184的顺序示出组件192,但表格2也旨在覆盖所示出组件192的相反顺序。在表格2中，包括 两个或更多个组件的任何单元旨在覆盖与所述组件的集成单元、所述组件的并联布置或其 任何组合。此外，在表格2的背景下，HRU、HRSG和C0ND是皿的示例;皿SG是皿U的示例;C0ND、 WFIL和CFIL是W抓的示例；I肥R、FIL、WFIL和CFIL是P抓的示例；并且WFIL和CFIL是FIL的示 例。再者，表格2并不旨在排除组件192的任何未示出的排列组合。在某些实施例中，所示出 的组件192(例如194至210)可W被部分或完全集成在皿SG 56、EGR系统58或其任何组合内。 运些EG处置组件192可W使能实现溫度、压力、流速和气体成分的反馈控制，同时也从排气 60中去除湿气和微粒。此外，经处置的排气60可W在一个或多个抽取点76处被抽取W便在 EG供给系统78中使用和/或被再循环到压缩机部152的排气入口 184。
[0069] 当经处置的再循环排气66穿过压缩机部152时，SEGR燃气满轮系统52可W沿着一 个或多个管线212(例如泄放导管或旁通导管)泄放一部分压缩的排气。每个管线212可W将 排气输送到一个或多个热交换器214(例如冷却单元），从而冷却排气W便将其再循环回到 SEGR燃气满轮系统52中。例如，在穿过热交换器214后，一部分被冷却的排气可W沿着管线 212被输送到满轮部156, W便冷却和/或密封满轮壳体、满轮外罩、轴承和其他组件。在运类 实施例中，SEGR燃气满轮系统52不输送任何氧化剂68(或其他潜在的污染物)通过满轮部 156W用于冷却和/或密封目的，并且因此，冷却的排气的任何泄漏将不会污染流过并驱动 满轮部156的满轮级的热燃烧产物（例如工作排气）。通过进一步的示例，在穿过热交换器 214之后，一部分冷却的排气可W沿着管线216(例如返回导管)被输送到压缩机部152的上 游压缩机级，从而提高压缩机部152的压缩效率。在运类实施例中，热交换器214可W被配置 为压缩机部152的级间冷却单元。W此方式，冷却的排气帮助增加 SEGR燃气满轮系统52的运 转效率，同时帮助保持排气的纯度(例如基本没有氧化剂和燃料）。
[0070] 图4是在图1-图3中示出的系统10的运转过程220的实施例的流程图。在某些实施 例中，过程220可W是计算机实施的过程，其存取存储在存储器122上的一个或多个指令，并 且在图2中示出的控制器118的处理器120上执行所述指令。例如，过程220中的每个步骤可 W包括通过参照图2所描述的控制系统100的控制器118可执行的指令。
[0071] 过程220可W开始于启动图1-3的SEGR燃气满轮系统52的起动模式，如块222所指 示的。例如，所述起动模式可W包括SEGR燃气满轮系统52的逐步倾斜上升，W保持热梯度、 振动和间隙（例如在旋转部件与静止部件之间)在可接受的阔值内。例如，在起动模式222期 间，过程220可W开始供应经压缩的氧化剂68到燃烧器部154的燃烧器160和燃料喷嘴164， 如块224所指示的。在某些实施例中，经压缩的氧化剂可W包括压缩空气、氧气、富氧空气、 减氧空气、氧气-氮气混合物或其任何组合。例如，氧化剂68可W被图3中示出的氧化剂压缩 系统186压缩。在起动模式222期间，过程220也可W开始向燃烧器160和燃料喷嘴164供应燃 料，如块226所指示的。在起动模式222期间，过程220也可W开始供应排气（如果可用巧。燃 烧器160和燃料喷嘴164,如块228所指示的。例如，燃料喷嘴164可W产生一种或多种扩散火 焰、预混火焰或扩散火焰与预混火焰的组合。在起动模式222期间，由燃气满轮发动机156生 成的排气60在数量和/或质量上可W是不足或不稳定的。因此，在起动模式期间，过程220可 W从一个或多个存储单元(例如储罐88)、管线86、其他SEGR燃气满轮系统52或其他排气源 供应排气66。
[0072] 过程220然后可W在燃烧器160中燃烷烃压缩的氧化剂、燃料和排气的混合物W产 生热燃烧气体172，如块230所指示的。特别地，过程220可W由图2的控制系统100来控制，W 促进燃烧器部154的燃烧器160中的混合物的化学计量燃烧(例如化学计量扩散燃烧、预混 燃烧或两者）。然而，在起动模式222期间，可能特别难W保持混合物的化学计量燃烧(并且 因此，热燃烧气体172中可能存在低水平的氧化剂和未燃烧燃料）。结果，在起动模式222期 间，热燃烧气体172可能比在如下面所进一步详细讨论的稳定状态模式期间具有更大量的 残留氧化剂68和/或燃料70。由于运个原因，过程220可W在起动模式期间执行一个或多个 控制指令W减少或消除热燃烧气体172中的残留氧化剂68和/或燃料70。
[0073] 过程220然后用热燃烧气体172驱动满轮部156,如块232所指示的。例如，热燃烧气 体172可W驱动被设置在满轮部156内的一个或多个满轮级174。在满轮部156的下游，过程 220可W处置来自最终满轮级174的排气60，如块234所指示的。例如，排气处置234可W包括 任何残留氧化剂68和/或燃料70的过滤、催化剂反应、化学处理、用皿SG 56进行热回收等。 过程220还可W将至少一些排气60再循环回到SEGR燃气满轮系统52的压缩机部152,如块 236所指示的。例如，排气再循环236可W包括穿过具有EG处理系统54的排气再循环路径 110,如图1-3所示。
[0074] 进而，再循环排气66可W在压缩机部152中被压缩，如块238所指示的。例如，SEGR 燃气满轮系统52可W在压缩机部152的一个或多个压缩机级158中顺序压缩再循环排气66。 结果，经压缩的排气170可W被供应给燃烧器160和燃料喷嘴164,如块228所指示的。然后可 W重复步骤230、232、234、236和238，直到过程220最终过渡到稳态模式，如块240所指示的。 在过渡240后，过程220可W继续执行步骤224至238,但是也可W开始经由EG供给系统78抽 取排气42,如块242所指示的。例如，排气42可W从沿着压缩机部152、燃烧器部154和满轮部 156的一个或多个抽取点76被抽取，如图3所示。进而，过程220可W从EG供给系统78向控类 生产系统12供应所抽取的排气42,如块244所指示的。控类生产系统12然后可W将排气42喷 射到大地32中W用于强化油回收，如块246所指示的。例如，所抽取的排气42可W被如图1-3 所示的E0R系统18的排气喷射E0R系统112使用。
[0075] 图5是燃气满轮发动机系统260的实施例的示意图，其可W共享上面详细描述的 SEGR燃气满轮系统52的某些组件。图5中与之前示图中所示的相同元件使用使用相同的附 图标记来标示。在一个说明性实施例中，燃气满轮发动机系统260包括氧化剂-燃料比率系 统262,氧化剂-燃料比率系统262调节参数W保持催化剂床264的效力。例如，氧化剂-燃料 比率系统262可W调节氧化剂68的氧化剂流速、燃料70的燃料流速、排气42、60的排气流速、 再循环到燃气满轮发动机150的排气66的再循环流速、催化剂床264的溫度、催化剂床264的 压力、到催化剂床264的稀释剂的稀释剂流速(或任何其他流)或其任意组合中的至少一个。 如下面详细描述，氧化剂-燃料比率系统262可W包括各种设备，诸如但不限于:控制阀、累、 压缩机、鼓风机或其任意组合。如图5所示，燃气满轮发动机150可W燃烧氧化剂68和燃料70 W产生排气42或60。可W使用催化剂床264处理排气42、6〇W生成经处理的排气266。催化剂 床264可W包括W上详细描述的催化剂的一种或多种，诸如但不限于:氧化催化剂、一氧化 碳降低催化剂、氮氧化合物降低催化剂、氧化侣、氧化错、氧化娃、氧化铁、氧化销、氧化钮、 氧化钻或混合金属氧化物或它们的组合。例如，催化剂床264可W包括一种或多种催化剂W 降低排气42、60中的氧气、一氧化碳、氨气、氮氧化合物、未燃烧控类或其任意组合的浓度。 也就是说，经处理的排气266中的此类气体的浓度可W比排气42、60中的运些气体的浓度 小。经处理的排气266可与排气42、60类似的方式被使用。例如，经处理的排气266可W 被转移到排气处理系统54、排气供应系统78、排气抽取系统80、排气处置系统82、另一个系 统84、强化油回收系统18、油/气抽取系统16、控类生产系统12,作为EGR被再循环到燃气满 轮发动机150或其任意组合。催化剂床264可W被设置在设备的一个或多个部件内，如下面 详细描述。此外，在某些实施例中，可W彼此相对串联和/或并联地使用多个催化剂床264。 例如，不同的催化剂床264可W被用于处理排气42、60的不同气流。
[0076] 如图5所示，可W使用入口溫度传感器268来指示流到催化剂床264的排气42、60 (例如，催化剂床264上游的排气42、60)的入口溫度。此外，可W使用出口溫度传感器270指 示由催化剂床264生成的经处理的排气266(例如，催化剂床264下游的经处理的排气266)的 出口溫度。在使用多个催化剂床264的情况下，入口传感器268可W测量多个催化剂床264之 一的入口处的第一溫度，并且出口传感器270可W测量多个催化剂床264之一的出口处的第 二溫度。溫度传感器268和270可W使用用于指示溫度的一项或多项技术。例如，溫度传感器 268和270可W利用热电偶、电阻溫度装置(RTD)、红外传感器、双金属装置、溫度计、状态变 化传感器或娃二极管或其任意组合。每个溫度传感器268和270可W生成发送到溫差监测器 274的溫度信号272,该溫差监测器274可W被用于确定催化剂床264两端的溫差。在其他实 施例中，溫差监测器274可W具有单独的输入溫度和输出溫度感测部分(例如，探头确定 催化剂床264两端的溫差。如图5所示，溫差监测器274可W生成发送到控制系统100的输入 信号276。基于由输入信号276传达的溫差信息，控制系统100可W生成发送到氧化剂-燃料 比率系统262的输出信号278。具体地，控制系统100可W使用由溫差监测器274传达的溫差 信息来使用氧化剂-燃料比率系统262调节氧化剂68的氧化剂流速或燃料70的燃料流速或 其任意组合。在其他实施例中，控制系统100可W被用于保持燃气满轮发动机系统260的运 转，使得由溫差监测器274指示的溫差保持在一定范围内，诸如在大约0摄氏度到400摄氏度 之间、100摄氏度到300摄氏度之间或150摄氏度到250摄氏度之间。催化剂床264超出运个范 围的运转可能降低催化剂床264的有效性和/或超出催化剂床264的材料极限。
[0077] 在某些实施例中，控制系统100可W使用溫差监测器274和氧化剂-燃料比率系统 262在期望的当量比值范围内运转燃气满轮发动机150。例如，如上所述，燃气满轮发动机 150可W按化学计量运转，使得当量比在大约0.95到大约1.05之间。然而，公开的实施例也 可W包括燃气满轮发动机150W1.0加上或减去大约0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的 当量比运转。虽然燃气满轮发动机150可W在期望的当量比值范围内运转，但是在某些情况 下，由燃气满轮发动机150生成的排气42、60可能具有不期望的组分。例如，燃气满轮发动机 150超出正常条件的运转可能导致由不完全燃烧引起的较高浓度的氧气、一氧化碳、氨气、 氮氧化物和/或未燃烧控类，其可W由催化剂床264两端的较高溫差来指示。因此，溫差监测 器274可W被用于帮助指示催化剂床264在较高反应速率下运行W降低不完全燃烧的运些 产物的浓度。在某些情况下，由到个体燃烧器160的氧化剂68和/或燃料70的流速差异引起 的当量比的逐个燃烧器（combustor-to-combustor)或逐个罐体（can-t〇-can)变化可W导 致在一些燃烧器中产生比其他情况更多的氧气、一氧化碳、氨气、氮氧化物和/或未燃烧控 类。此外，个体燃烧器160的燃烧效率可能由于混合度不强(例如，氧化剂68和燃料70的不充 分或不适当的混合）、短的存留时间、冷点和/或在个体燃烧器160内的不完全燃烧的其他原 因而低于期望。因此，即使燃气满轮发动机150的整体空燃比是化学计量的，燃烧器160也可 能都排放较高水平的氧气、一氧化碳、氨气、氮氧化物和/或未燃烧控类。此外，燃烧部分168 的磨损和撕裂也可能造成氧气、一氧化碳、氨气、氮氧化物和/或未燃烧控类的较高排放。对 于上述每个原因，可能存在燃烧过程的局部或全局混合度不强，运导致在燃气满轮发动机 150内的燃烧过程中消耗少于所有可用的燃料70或所有可用的氧化剂68。例如，当当量比大 于1(例如，富燃运转）时，一些氧化剂68可能仍存在于来自燃烧器160的排气42、60中，并且 当当量比小于1(例如，贫燃运转)时，一些未燃烧控类可能仍存在于排气42、60中。
[0078] 如果进入燃烧器160的氧化剂68和燃料70的混合物处于平均化学计量，则可W使 用催化剂床264完成燃烧过程W消除氧化剂和燃料两者。在W化学计量运转时，催化剂床 264两端的溫差可W被预期为是最大的。如果燃烧器160中的氧化剂68和燃料70的混合物是 富燃料的（例如，当量比大于大约1)，则在催化剂床264中将较少供应氧化剂68,运可W被用 于完成燃烧过程W消除可用的氧化剂68。也就是说，排气42、60中任何剩余的氧化剂68都在 催化剂床264中与未燃烧控类或燃料70-起燃烧，直到大部分或所有的氧化剂68被消耗。在 另一方面，如果燃烧器160中的氧化剂69和燃料70的混合物是贫燃料的（例如，当量比小于 大约1)，则在催化剂床264中将较少供应不完全燃烧的产物(例如，未燃烧的燃料70)，运可 W被用于通过消除不完全燃烧的产物来完成燃烧过程。也就是说，排气42、60中任何剩余的 未燃烧控类都在催化剂床264中与氧化剂68-起燃烧，直到大部分或所有的未燃烧控类被 消耗。
[0079] 随着燃气满轮发动机150内的燃烧过程的当量比从化学计量移动更远(例如，进一 步偏离等于大约1的当量比），由剩余成分的催化燃烧释放的热量可能趋于降低并且催化剂 床264两端的溫升也可能减小。例如，当当量比大于1时，随着当量比进一步移动远离1(例 如，增加），剩余氧化剂68的量下降。因为随着当量比继续增加，存在较少的氧化剂68用于催 化剂床264燃烧，催化剂床264两端的溫差也将减小。类似地，当当量比小于1时，随着当量比 进一步移动远离1 (例如，减小），剩余的未燃烧控类的量下降。因为随着当量比继续减小，存 在较少的未燃烧控类用于催化剂床264燃烧，催化剂床264两端的溫差也将减小。因此，由溫 差监测器274指示的溫差可能下降。因此，如果催化剂床264两端的溫差超出期望阔值，则燃 气满轮发动机150的当量比可W被调节为进一步远离大约降低该溫差。催化剂床264的 溫差阔值可W基于各种条件来确定，诸如但不限于:材料限制、蒸汽生产问题或其他运转或 设计约束。由溫差监测器264测量的溫差可W被用于调节燃气满轮发动机150的当量比W控 制催化剂床264的溫差阔值、催化剂床264的出口溫度阔值或其他与催化剂床264的溫度相 关的阔值或约束。
[0080] 图6是具有=个催化剂床264的燃气满轮发动机系统260的实施例的示意图。在一 个说明性实施例中，氧化剂压缩机188可W包括一个或多个入口导流叶片290,入口导流叶 片290被用于调节由氧化剂压缩机188抽取的氧化剂68的流速。具体地，增加入口导流叶片 290的角度可W增加氧化剂60的流速，而减小入口导流叶片290的角度可W降低氧化剂68的 流速。因此，入口导流叶片290和/或氧化剂压缩机188可W是氧化剂-燃料比率系统262的一 部分。入口导流叶片290可W由导流叶片致动器292控制。如图6所示，导流叶片致动器292可 W接受来自控制系统100的输出信号278。因此，至少部分基于一个或多个催化剂床264两端 的溫差，控制系统100可W经由导流叶片致动器292调节入口导流叶片290W调节氧化剂68 的氧化剂流速。在进一步的实施例中，控制系统100可W使用其他技术来调节氧化剂68的流 速，诸如但不限于:调节氧化剂压缩机188和/或其他氧化剂压缩机的转速、调节氧化剂压缩 机188和/或其他氧化剂压缩机的入口或出口控制阀和/或调节来自氧化剂压缩机188和/或 其他氧化剂压缩机的氧化剂68的再循环或吹出。
[0081 ]在一个说明性实施例中，燃料控制阀294可W被用于控制燃料70到燃烧器160的燃 料流速。因此，燃料控制阀294也可W是氧化剂-燃料比率系统262的一部分。如图6所示，燃 料控制阀294可W接收来自控制系统100的输出信号278。因此，至少部分基于一个或多个催 化剂床264两端的溫差，控制系统100可W使用燃料控制阀294来调节燃料70的燃料流速。
[0082] 在一个说明性实施例中，排气60可W被用于皿SG 56W生成蒸汽。HRSG56可W包括 皿SG催化剂床296。因此，在皿SG 56中生成蒸汽之前、之后和/或之中，皿SG催化剂床296可 W被用于处理排气60。可W使用HRSG催化剂床溫差监测器298来指示HRSG催化剂床296两端 的溫差。因此，HRSG催化剂床溫差监测器298可W发送输出信号276到控制系统100。
[0083] 在某些实施例中，来自皿SG 56的排气60可W穿行通过排气再循环路径110返回到 燃气满轮发动机150的燃烧器部分154。具体地，排气60可W穿行到排气再循环风机300,排 气再循环风机300可W被用于增加排气60的压力。可W使用马达302驱动排气再循环风机 300。在穿过排气再循环风机300之后，排气60可W穿过排气再循环冷却器304,排气再循环 冷却器304可W被用于使用冷却剂(诸如但不限于水)来降低排气60的溫度。例如，排气再循 环冷却器304可W是使用冷却水来冷却排气60的间接热交换器。排气再循环风机300、马达 302和排气再循环冷却器304可W是上述排气化G)处理系统54的一部分。
[0084] 在某些实施例中，一部分排气42可W被引导到产物调节器306,产物调节器306可 W被用于在排气42被下游用户（诸如排气化G)供应系统78)使用之前处置排气42。因此，产 物调节器306可W是上述排气化G)处置系统82的一部分。例如，产物调节器306可W包括一 个或多个催化剂床264。在该说明性实施例中，产物调节器306包括第一产物调节器催化剂 床308和第二产物调节器催化剂床310。在其他实施例中，产物调节器306可W包括=个、四 个、五个或更多个催化剂床264。第一产物调节器催化剂床308可W包括第一产物调节器催 化剂床溫差监测器312并且第二产物调节器催化剂床310可W包括第二产物调节器催化剂 床溫差监测器314。每个溫差监测器312和314可W生成发送到控制系统100的输入信号276。 在某些实施例中，氧化剂传感器316可W被用于指示流出产物调节器306的排气42的氧化剂 浓度。氧化剂传感器316也可W发送输入信号276给控制系统100。氧气传感器316可W被用 于提供由产物调节器306生成的排气(例如，经处理的排气266)的氧气浓度的指示。因此，由 氧气传感器316提供的氧气浓度的指示可W提供第一催化剂床308和第二催化剂床310的性 能的反馈。此外，由氧气传感器316提供的氧气浓度的指示可W被用于估计与第一溫差监测 器312和第二溫差监测器314相关的溫差阔值。例如，如果由氧气传感器316指示的经处理的 排气266的氧气浓度高于期望阔值，则与第一溫差监测器312和/或第二溫差监测器314相关 的溫差阔值可W被调节W降低经处理的排气266的氧气浓度。例如，在W大于1的当量比运 行期间，催化剂床264可W具有上限溫差阔值和下限溫差阔值W建立期望的运转范围。如果 经处理的排气266的氧气浓度高于期望值，则上限溫差阔值和下限溫差阔值中的一个或两 者可W被降低，从而催化剂床264运转W燃烧更大量的氧化剂68。
[0085] 在某些实施例中，控制系统100可W被配置为基于优先级方案(例如，分级系统)来 运转燃气满轮发动机系统260。例如，控制系统100可W至少部分基于如由皿SG溫差监测器 298指示的皿SG催化剂床296两端的第一溫差将氧化剂68对燃料70的比率保持在第一范围 内作为第一优先级，将皿SG催化剂床296两端的第一溫差保持在第二范围内作为第二优先 级，将如由第一溫差监测器312指示的第一催化剂床308两端的第二溫差保持在第=范围内 作为第=优先级，并且将如由第二溫差监测器314指示的第二催化剂床310两端的第=溫差 保持在第四范围内作为第四优先级。此类优先级方案可W被控制系统100使用W优化燃气 满轮发动机150的各种工况并且响应于控制系统100的各种控制器来解禪控制。在其他实施 例中，控制系统100可W使用不同的优先级方案或其他解禪方法。
[0086] 在该说明性实施例中，一个拉姆达（lambda)传感器或多个拉姆达传感器320可W 被用于提供排气60的当量比的指示。因此，拉姆达传感器320可W将指示当量比的输入信号 276提供给控制系统100。由拉姆达传感器320提供的当量比值可W被控制系统100使用来调 整氧化剂68的氧化剂流速或燃料70的燃料流速或其任意组合，W实现燃气满轮发动机150 的基本化学计量的燃烧。此外，由拉姆达传感器320提供的当量比值可W被控制系统100使 用来调整与溫差监测器298、312和/或314中的一个或多个相关的溫差阔值。例如，对于在大 于1的当量比下的运转，溫差阔值可W随着当量比进一步移动远离1而被降低。此外，控制系 统100可W包括当量比的期望值或设定点。例如，当量比设定点可W被控制系统100调整到 大约1.00(n到1.1之间、1.001到1.05之间、1. (U到1.04之间或1.02到1.03之间，W保持轻微 的富燃料燃烧环境并且产生具有较低的氧化剂浓度、较低的浓度和/或较低的N02对NO 的比率的排气42、60。可替代地，当量比设定点可W被控制系统100调整为在大约0.9到 0.9999之间、0.9巧IjO. 999之间、0.9巧IjO. 99之间或0.97到0.98之间，W保持轻微的贫燃料 燃烧环境并且W较高的氧气和/或NOx浓度为代价产生具有较低浓度的一氧化碳、氨气、氮 氧化物或未燃烧控类的排气42、60。可替代地，当量比设定点可W被控制系统100调整为大 约1。
[0087] 图7是包括一个或多个氧化剂喷射系统的燃气满轮发动机系统260的实施例的示 意图。具体地，产物调节器306可W包括产物调节器氧化剂喷射系统330,产物调节器氧化剂 喷射系统330可W被用于喷射环境空气、纯净氧气、富氧空气、减氧空气、氧气-氮气混合物 或有利于燃料70燃烧的任意合适的氧化剂。氧化剂喷射导管332将氧化剂68从氧化剂压缩 机188传输到氧化剂喷射系统330。氧化剂控制阀334可W被用于调节到氧化剂喷射系统330 的氧化剂68的流速。氧化剂控制阀334可W接收来自控制系统100的输出信号278。如图7所 示，氧化剂喷射系统330被设置在第二产物调节器催化剂床310的上游。也就是说，氧化剂喷 射系统330被设置在第一催化剂床308和第二催化剂床310之间。在NOx降低催化剂(例如，被 选择用于降低排气42中的NOx的浓度的催化剂)被置于第一催化剂床308内的实施例中，氧 化剂喷射系统330的使用可W有利于第一催化剂床308中的NOx的降低。在其他实施例中，氧 化剂喷射系统330可W被设置在第一产物调节器催化剂床308的上游或第一产物调节器催 化剂床308和第二产物调节器催化剂床310两者的上游。氧化剂喷射系统330可W包括一个 或多个氧化剂喷射器331，用于将氧化剂68喷射到流过产物调节器306的排气42的气流中。 由氧化剂喷射系统330喷射氧化剂68可W实现排气42中的一氧化碳和未燃烧控类的增加的 燃烧。在某些实施例中，由氧化剂喷射系统330添加氧化剂68可W实现一氧化碳和未燃烧控 类的完全燃烧。
[0088] 在某些情况下，诸如在启动、停止或其他瞬间工况期间当排气42(例如，经处理的 排气266)被排放到大气时，可能期望运种使用氧化剂喷射系统330从排气42降低和/或消除 一氧化碳、未燃烧控类和任意其他不期望的成分。通过从排放的排气42中降低和/或消除一 氧化碳和未燃烧控类，可W保持符合排放规定。在某些实施例中，产物调节器一氧化碳传感 器336可W被用于提供来自产物调节器306的排气42中的一氧化碳的浓度的指示。一氧化碳 传感器336可W将输入信号276发送到控制系统100W提供氧化剂喷射系统330的性能的指 示。例如，如果由一氧化碳传感器336指示的一氧化碳的浓度高于一氧化碳阔值，则控制系 统100可W打开氧化剂控制阀334W增加到氧化剂喷射系统330的氧化剂68的流速。类似地， 如果由一氧化碳传感器336指示的一氧化碳浓度低于阔值，则控制系统100关闭氧化剂控制 阀334W降低氧化剂喷射系统330消耗的氧化剂68。在其他实施例中，一氧化碳传感器336可 W由对氨气、氮氧化物、未燃烧控类和/或可W指示燃料70和氧化剂68的不完全燃烧的其他 成分敏感的装置替换或增强。
[0089] 在进一步的实施例中，其他喷射系统（例如，氧化燃料喷射系统）可W与上述氧化 剂喷射系统330-起或代替氧化剂喷射系统330用于产物调节器306。运些喷射系统可W被 用于在产物调节器306的一个或多个催化剂床上游喷射不同于氧化剂68的其他材料。在一 个实施例中，氧化燃料喷射系统可W喷射氧化燃料，诸如但不限于氨气、一氧化碳、甲烧、天 然气、燃料70、其他控类燃料或其任意组合。在存在催化剂床的情况下，喷射的氧化燃料可 W与排气42中的过量氧气反应，由此降低经处理的排气266中的氧气的浓度。控制系统100 可W使用来自氧化剂传感器316的反馈(例如，输入信号276)来调节由喷射系统喷射的氧化 燃料的量。例如，如果经处理的排气266中的氧气的量高于氧气阔值，则控制系统100可W将 输出信号278发送到控制阀或与喷射系统相关的类似装置W增加喷射的氧化燃料的量。类 似地，如果氧气阔值低于氧气阔值，则可W使用控制系统100降低喷射的氧化燃料的量。进 一步地，控制系统100可W使用催化剂床两端的溫差来调节喷射的氧化燃料的流速。
[0090] 在某些实施例中，排放产物调节器350可W用于处置被正常排放到大气的排气42 (例如，经处置的排气266)。例如，当不使用产物调节器306或其已经达到最大容量时，可W 使用排放产物调节器350。排放产物调节器350可W包括第一排放产物调节器催化剂床352 和第二排放产物调节器催化剂床354。在其他实施例中，排放产物调节器350可W包括额外 的催化剂床。如图7所示，第一催化剂床352和第二催化剂床354可与产物调节器306的 第一催化剂床308和第二催化剂床310类似的方式配置。此外，排放产物调节器350可W包括 排放产物调节器氧化剂喷射系统356 W将氧化剂68喷射到排放产物调节器350内。具体地， 氧化剂68可W经由一个或多个氧化剂喷射器357被喷射到排气42中。氧化剂喷射系统356可 W被设置在第一催化剂床352和第二催化剂床354其中之一或两者的上游。在一个说明性实 施例中，氧化剂喷射系统356可W被设置在第二排放催化剂床354的上游。当排放产物调节 器350与产物调节器306-起使用时，可W使用=通阀358来调节到氧化剂喷射系统330和 356的氧化剂68的流速。S通阀358可W接收来自控制系统100的输出信号278。因此，S通阀 358可W被用于将氧化剂68提供到产物调节器306和350其中之一、两者或均不提供。一氧化 碳传感器360可W被用于W与产物调节器306的一氧化碳传感器336相似的方式来提供来自 排放产物调节器350的排气42(例如，经处理的排气266)的一氧化碳浓度的指示。在某些实 施例中，来自排放产物调节器350的排气42在排出到大气之前可W穿过能量回收膨胀器362 (例如，满轮或能量回收满轮）。能量回收膨胀器362可W用于在排气42被排放到大气之前从 排气42回收能量。
[0091] 图8是催化剂床264的实施例的透视图。燃气满轮发动机150的轴向方向由箭头380 表示，径向方向由箭头382表示，并且周向方向由箭头384表示。运些方向都是相对于旋转轴 线162而言的。氧化剂喷射导管386W距离388被设置在催化剂床264上游。如下所述，由氧化 剂喷射导管386喷射氧化剂68可W被用于帮助确定燃气满轮发动机150运转时所处于的当 量比。如图8所示，氧化剂喷射导管386使氧化剂68能够进入流入催化剂床264内的排气42、 60的气流。催化剂床热电偶390的阵列可W被直接设置在催化剂床264中并且在轴向380上 处于氧化剂喷射导管386的出口 391下游。因此，多个热电偶390可W被用于指示喷射的氧化 剂68对催化剂床264内的溫度的影响。具体地，可W确定催化剂床264的入口溫度与由多个 热电偶390指示的溫度之间的溫差值。例如，由入口溫度传感器268或由溫差监测器274的输 入溫度感测部分指示的溫度可W被用于确定催化剂床264的入口溫度。由多个热电偶390提 供的信息可W被用于确定燃气满轮发动机150是否W小于或大于大约1的当量比运转，如下 面详细描述。
[0092] 图9是燃气满轮发动机系统260的溫差和当量比之间的关系的曲线图400。在曲线 图400中，X轴402表示当量比并且y轴404指示催化剂床264的溫差。如图9所示，溫差和当量 比之间的关系遵循曲线406,曲线406在当量比值等于大约1处具有峰值408。也就是说，溫差 在大约为1的当量比处具有峰值408,并且曲线406在峰值408的任意一侧近似线性地降低。 因此，对于给定的溫差阔值，可W存在两个当量比，其中燃气满轮发动机150可所述两 个当量比运转。因此，可W使用图8中示出的氧化剂喷射导管386进行氧化剂68的喷射W确 定燃气满轮发动机150在化学计量运转的哪一侧运转。氧化剂喷射导管386被布置在足够远 的上游处(例如，距离388) W在出口 391周围的体积中提供氧化剂68和排气42、60的充分混 合。多个热电偶390提供催化剂床264内或下游的溫度的指示。因此，在出口 391下游的催化 剂床264两端的溫差值可W在催化剂床264的入口溫度和由多个热电偶390指示的溫度之间 确定。如果使用多个热电偶390确定的溫差值大于整体催化剂床264的溫差(例如，如由溫差 监测器274所指示），则排气42、60有可能具有有限的氧气(oxygen-limited)并且因此，燃气 满轮发动机150W大于大约1的当量比运转(例如，富燃料运转）。然而，如果使用多个热电偶 390确定的溫差值小于整体催化剂床264的溫差(例如，如由溫差监测器274所指示），则燃气 满轮发动机150有可能具有有限的一氧化碳(carbon monoxide-limited)，并且因此W小于 大约1的当量比运转(例如，贫燃料运转）。在运种情况下，控制系统100可W被用于增加当量 比的设定点，使得燃气满轮发动机150W大于大约1的当量比运转(例如，富燃料运转）。虽然 图8示出3X3阵列中的多个热电偶390,但在其他实施例中，可W使用多个热电偶390的其他 配置和数量。此外，在其他实施例中，氧化剂68的多个喷射点可W与催化剂床264-起使用。
[0093] 如上所述，燃气满轮发动机系统260的某些实施例可W包括燃气满轮发动机150和 催化剂床264,其中燃气满轮发动机150被配置为燃烧氧化剂60和燃料70W生成排气42、60， 催化剂床264被配置为处理来自燃气满轮发动机150的排气42、6〇W生成经处理的排气266。 系统260也可W包括溫差监测器274和氧化剂-燃料比率系统262,其中溫差监测器274被配 置为感测排气42、60的入口溫度与经处理的排气266的出口溫度之间的溫差，氧化剂-燃料 比率系统262被配置为至少部分基于该溫差来调节氧化剂68的氧化剂流速或燃料70的燃料 流速或其任意组合中的至少一个。由溫差监测器274提供的溫差可W提供排气42、60中的一 氧化碳、氨气、氧气、氮氧化物、未燃烧控类或其任意组合的浓度的更精确和/或更快的指 示。因此，控制系统100可W使用氧化剂-燃料比率系统262来调节燃气满轮发动机150的运 转W实现期望的运转。此外，在某些实施例中，氧气喷射系统330、356可W被用于在催化剂 床264上游喷射氧化剂68W降低排气42、60中的一氧化碳和/或未燃烧控类的浓度。在进一 步的实施例中，可W在催化剂床264的上游喷射氧化剂68并且多个热电偶390可W被用于提 供燃气满轮发动机150在化学计量运转的哪一侧运转的指示。控制系统100可W使用该信息 来调节燃气满轮发动机150的运转。此外，由氧化剂喷射系统330、356喷射氧化剂68可W帮 助燃气满轮发动机150在排放规定内运转。
[0094] 附加描述
[0095] 本发明的实施例提供用于燃气满轮发动机的系统和方法。应当理解的是，可 任意适当的组合形式利用上述任意一个特征或特征组合。事实上，目前可W预测运些组合 的所有排列组合。通过示例的方式，提供W下条款来进一步描述本公开：
[0096] 实施例1. 一种系统，包含:燃气满轮发动机，其被配置为燃烧氧化剂和燃料W生成 排气;催化剂床，其被配置为处理来自燃气满轮发动机的排气W生成经处理的排气;溫差监 测器，其被配置为监测排气的入口溫度和经处理的排气的出口溫度之间的溫差；W及氧化 剂-燃料比率系统，其被配置为至少部分基于所述溫差来调节氧化剂的氧化剂流速或燃料 的燃料流速或其任意组合中的至少一个。
[0097] 实施例2.根据实施例1所述的系统，其中该氧化剂-燃料比率系统包含被配置为调 节氧化剂流速的氧化剂压缩机。
[0098] 实施例3.在任一前述实施例中限定的系统，其中该氧化剂-燃料比率系统包含被 配置为调节氧化剂流速的氧化剂压缩机的入口导流叶片。
[0099] 实施例4.在任一前述实施例中限定的系统，其中该氧化剂-燃料比率系统包含被 配置为调节燃料流速的燃料控制阀。
[0100] 实施例5.在任一前述实施例中限定的系统，其包含具有催化剂床的热回收蒸汽发 生器化RSG)，其中该HRSG被配置为使用排气或经处理的排气生成蒸汽。
[0101] 实施例6.在任一前述实施例中限定的系统，其包含设置在排气鼓风机上游的热回 收蒸汽发生器化RSG)，其中该HRSG被配置为从来自满轮的排气流生成蒸汽。
[0102] 实施例7.在任一前述实施例中限定的系统，其中该产物调节器包含多个催化剂 床。
[0103] 实施例8.在任一前述实施例中限定的系统，其中多个催化剂床包含设置在第二催 化剂床上游的第一催化剂床，其中该系统包括被配置为在第一催化剂床下游喷射催化剂床 氧化剂的氧化剂喷射系统，并且其中该第一催化剂床包含被配置为降低排气中的NOx的浓 度的NOx催化剂。
[0104] 实施例9.在任一前述实施例中限定的系统，其包含被配置为在催化剂床上游喷射 催化剂床氧化剂的氧化剂喷射系统。
[0105] 实施例10.在任一前述实施例中限定的系统，其包含局部溫差监测器，该局部溫差 监测器被配置为在催化剂床氧化剂的喷射点的下游监测排气的入口溫度与经处理的排气 的局部出口溫度之间的局部溫差，其中该氧化剂-燃料比率系统被配置为至少部分基于局 部溫差与溫差的比较来调节氧化剂流速或燃料流速或其任意组合中的至少一个。
[0106] 实施例11.在任一前述实施例中限定的系统，其包含设置在催化剂床下游的气体 成分传感器，其中该气体成分传感器被配置为感测氧气、一氧化碳、氨气、氮氧化物或未燃 烧控类或其任意组合中的至少一种的气体浓度，并且其中该氧化剂喷射系统被配置为至少 部分基于该气体浓度来调节催化剂床氧化剂的催化剂床氧化剂流速。
[0107] 实施例12.在任一前述实施例中限定的系统，其包含氧化剂压缩机，该氧化剂压缩 机被配置为向燃气满轮发动机提供氧化剂并且在催化剂床上游提供催化剂床氧化剂。
[0108] 实施例13.在任一前述实施例中限定的系统，其包含被配置为感测排气的氧化剂- 燃料比率的氧化剂-燃料传感器，其中该氧化剂-燃料比率系统被配置为至少部分基于该氧 化剂-燃料比率来调节氧化剂的氧化剂流速或燃料的燃料流速或其任意组合中的至少一 个。
[0109] 实施例14.在任一前述实施例中限定的系统，其中该燃气满轮发动机是化学计量 排气再循环(SEGR)燃气满轮发动机。
[0110] 实施例15.在任一前述实施例中限定的系统，其包含禪连到燃气满轮发动机的排 气抽取系统，W及禪连到该排气抽取系统的控类生产系统。
[0111] 实施例16. -种方法，包含:在燃气满轮发动机中燃烧氧化剂和燃料W生成排气； 在催化剂床中处理来自燃气满轮发动机的排气W生成经处理的排气;使用溫差监测器监测 排气的入口溫度与经处理的排气的出口溫度之间的溫差；W及使用氧化剂-燃料比率系统 至少部分基于该溫差来调节氧化剂的氧化剂流速或燃料的燃料流速或其任意组合中的至 少一个。
[0112] 实施例17.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其包含使用氧化剂压缩机调 节氧化剂流速。
[0113] 实施例18.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其包含通过调节氧化剂压缩 机的转速来调节氧化剂流速、使用氧化剂压缩机的入口导流叶片调节氧化剂流速、使用氧 化剂压缩机的入口控制阀调节氧化剂流速、使用氧化剂压缩机的出口控制阀调节氧化剂流 速、调节来自氧化剂压缩机的氧化剂的再循环或调节来自氧化剂压缩机的氧化剂的吹出或 其任意组合中的至少一个。
[0114] 实施例19.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其包含使用燃料控制阀调节 燃料流速。
[0115] 实施例20.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其包含在具有催化剂床的热 回收蒸汽发生器化RSG)中使用排气或经处理的排气生成蒸汽。
[0116] 实施例21.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其包含使用氧化剂喷射系统 在催化剂床上游喷射催化剂床氧化剂。
[0117] 实施例22.在任一前述实施例中限定的方法或系统，使用局部溫差监测器在催化 剂床氧化剂的喷射点下游监测排气的入口溫度与经处理的排气的局部出口溫度之间的局 部溫差;并且至少部分基于局部溫差与溫差的比较来调节氧化剂的氧化剂流速或燃料的燃 料流速或其任意组合中的至少一个。
[0118] 实施例23.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其包含:使用气体成分传感器 在催化剂床下游感测氧气、一氧化碳、氨气、氮氧化物或未燃烧控类或其任意组合中的至少 一种的气体浓度;并且至少部分基于该气体浓度来调节催化剂床氧化剂流速。
[0119] 实施例24.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其包含:使用氧化剂-燃料传 感器感测排气的氧化剂-燃料比率;并且至少部分基于该氧化剂-燃料比率来调节氧化剂的 氧化剂流速或燃料的燃料流速或其任意组合中的至少一个。
[0120] 实施例25.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其中燃烧包含W化学计量燃 烧混合物。
[0121] 实施例26.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其包含抽取一部分经处理的 排气，并且将该部分经处理的排气传送到控类生产系统。
[0122] 实施例27. -种系统，包含:控制器，其包括:一个或多个有形的非暂态机器可读的 介质，该介质共同地储存一组或多组指令；W及一个或多个处理装置，该处理装置配置为执 行实施一组或多组指令，用于:在燃气满轮发动机中燃烧氧化剂和燃料W生成排气;在催化 剂床中处理来自燃气满轮发动机的排气W生成经处理的排气;使用溫差监测器监测排气的 入口溫度与经处理的排气的出口溫度之间的溫差;将溫差信号从溫差监测器传送到控制系 统；W及至少部分基于所述溫差信号调节氧化剂对燃料的比率。
[0123] 实施例28.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其中一个或多个处理装置被 配置为执行一组或多组指令W将燃气满轮发动机的氧化剂-燃料比率保持在大约1.0001至 1.1之间。
[0124] 实施例29.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其中一个或多个处理装置被 配置为执行一组或多组指令W将溫差保持在大约0摄氏度至40摄氏度之间。
[0125] 实施例30.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其中一个或多个处理装置被 配置为执行一组或多组指令在设置于热回收蒸汽发生器化RSG)内的第一催化剂床中处 理来自燃气满轮发动机的排气W生成第一经处理的排气;使用第一溫差监测器监测排气的 入口溫度与第一经处理的排气的第一出口溫度之间的第一溫差;在设置于产物调节器中的 第二催化剂床中处理来自燃气满轮发动机的排气W生成第二经处理的排气;使用第二溫差 监测器监测排气的入口溫度与第二经处理的排气的第二出口溫度之间的第二溫差;在设置 于产物调节器中的第二催化剂床上游的第=催化剂床中处理来自第二催化剂床的第二经 处理的排气W生成第=经处理的排气;使用第=溫差监测器监测第二经处理的排气的经处 理的入口溫度与第=经处理的排气的第=出口溫度之间的第=溫差;至少部分基于第一溫 差将氧化剂对燃料的比率保持在第一范围内作为第一优先级;将第一溫差保持在第二范围 内作为第二优先级;将第二溫差保持在第=范围内作为第=优先级;并且将第=溫差保持 在第四范围内作为第四优先级。
[0126] 实施例31.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其中一个或多个处理装置被 配置为执行一组或多组指令W在设置于催化剂床上游的氧化剂喷射系统下游监测排气的 入口溫度与经处理的排气的局部出口溫度之间的局部溫差，并且至少部分基于局部溫差与 溫差的比较来调节氧化剂流速或燃料流速或其任意组合中的至少一个。
[0127] 实施例32.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其中一个或多个处理装置被 配置为执行一组或多组指令使用气体成分传感器在设置于催化剂床上游的氧化剂喷射 系统下游感测氧气、一氧化碳、氨气、氮氧化物或未燃烧控类或其任意组合中的至少一种的 气体浓度;并且至少部分基于该气体浓度来调节催化剂床氧化剂流速。
[0128] 实施例32.在任一前述实施例中限定的方法或系统，其中一个或多个处理装置被 配置为执行一组或多组指令使用氧化剂-燃料传感器感测排气的氧化剂-燃料比率;并 且至少部分基于该氧化剂-燃料比率来调节氧化剂的氧化剂流速或燃料的燃料流速或其任 意组合中的至少一个。
[0129] 本书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术 人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统W及执行任何包含的方法。本发明 的可专利范围由权利要求限定，并且可W包括本领域技术人员可想到的其他示例。如果运 些其他示例具有与权利要求的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的 字面语言无实质区别的等同结构元件，则它们也在权利要求的范围内。
【主权项】
1. 一种系统，包含： 燃气涡轮发动机，其被配置为燃烧氧化剂和燃料以生成排气； 催化剂床，其被配置为处理来自所述燃气涡轮发动机的所述排气的至少一部分以生成 经处理的排气； 温差监测器，其被配置为监测所述催化剂床上游的所述部分排气的第一温度与所述催 化剂床下游的所述经处理的排气的第二温度之间的温差；以及 氧化剂-燃料比率系统，其被配置为至少部分基于所述温差来调节参数以保持所述催 化剂床的效力，从而保持目标当量比。2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述参数包含所述氧化剂的氧化剂流速、所述燃料 的燃料流速、所述部分排气的排气流速、再循环到所述燃气涡轮发动机的排气的再循环流 速、所述催化剂床的温度、所述催化剂床的压力或到所述催化剂床的稀释剂的稀释剂流速 或其任意组合中的至少一个。3. 根据权利要求1所述的系统，其中所述第一温度在所述催化剂床的入口处被测量，而 所述第二温度在所述催化剂床的出口处被测量。4. 根据权利要求1所述的系统，包含多个催化剂床，其中所述第一温度在所述多个催化 剂床中的一个催化剂床的入口处被测量，而所述第二温度在所述多个催化剂床中的一个催 化剂床的出口处被测量。5. 根据权利要求1所述的系统，其中所述氧化剂-燃料比率系统被配置为保持所述温差 在大约0摄氏度到400摄氏度之间。6. 根据权利要求1所述的系统，其中所述氧化剂-燃料比率系统被配置为保持所述目标 当量比在大约0.95到1.05之间。7. 根据权利要求1所述的系统，包含具有所述催化剂床的热回收蒸汽发生器即HRSG，其 中所述HRSG被配置为使用所述部分排气或所述经处理的排气生成蒸汽。8. 根据权利要求1所述的系统，包含具有所述催化剂床的产物调节器，其中所述产物调 节器被配置为处理所述部分排气。9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述产物调节器包含多个催化剂床。10. 根据权利要求9所述的系统，其中所述多个催化剂床包含设置在第二催化剂床上游 的第一催化剂床，其中所述系统包含被配置为在所述第一催化剂床的下游喷射催化剂床氧 化剂的氧化剂喷射系统，并且其中所述第一催化剂床包含被配置为降低所述部分排气中的 NOx的浓度的NOx催化剂。11. 根据权利要求1所述的系统，包含被配置为在所述催化剂床的上游喷射催化剂床氧 化剂的氧化剂喷射系统，或者被配置为在所述催化剂床的上游喷射氧化燃料的氧化剂燃料 喷射系统或其任意组合。12. 根据权利要求11所述的系统，包含被配置为在所述催化剂床氧化剂、所述氧化燃料 或其任意组合的喷射点下游监测所述部分排气的所述第一温度与所述经处理的排气的局 部出口温度之间的局部温差的局部温差监测器，其中所述氧化剂-燃料比率系统被配置为 至少部分基于所述局部温差与所述温差的比较来调节所述氧化剂流速或所述燃料流速或 其任意组合中的至少一个。13. 根据权利要求11所述的系统，包含设置在所述催化剂床下游的气体成分传感器，其 中所述气体成分传感器被配置为感测氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化合物或未燃烧烃类或其 任意组合中的至少一种的气体浓度，并且其中所述氧化剂喷射系统被配置为至少部分基于 所述气体浓度来调节所述催化剂床氧化剂的催化剂床氧化剂流速或所述氧化燃料的催化 剂床燃料流速或其任意组合。14. 根据权利要求11所述的系统，包含被配置为将所述氧化剂提供到所述燃气涡轮发 动机并将所述催化剂床氧化剂提供到所述催化剂床上游的氧化剂压缩机。15. 根据权利要求1所述的系统，包含被配置为感测所述排气的氧化剂-燃料比率的氧 化剂-燃料传感器，其中所述氧化剂-燃料比率系统被配置为至少部分基于所述氧化剂-燃 料比率来调节所述氧化剂的所述氧化剂流速或所述燃料的所述燃料流速或其任意组合中 的至少一个。16. 根据权利要求1所述的系统，其中所述燃气涡轮发动机是化学计量排气再循环燃气 涡轮发动机即SEGR燃气涡轮发动机。17. 根据权利要求16所述的系统，包含耦连到所述燃气涡轮发动机的排气抽取系统以 及耦连到所述排气抽取系统的烃类生产系统。18. -种方法，包含： 在燃气涡轮发动机中燃烧氧化剂和燃料以生成排气； 在催化剂床中处理来自所述燃气涡轮发动机的部分排气以生成经处理的排气； 使用温差监测器监测所述催化剂床上游的所述部分排气的第一温度和所述催化剂床 下游的所述经处理的排气的第二温度之间的温差；以及 使用氧化剂-燃料比率系统至少部分基于所述温差来调节参数以保持所述催化剂床的 效力，从而保持目标当量比。19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述参数包含所述氧化剂的氧化剂流速、所述燃 料的燃料流速、所述部分排气的排气流速、再循环到所述燃气涡轮发动机的排气的再循环 流速、所述催化剂床的温度、所述催化剂床的压力或到所述催化剂床的稀释剂的稀释剂流 速或其任意组合中的至少一个。20. 根据权利要求19所述的方法，包含使用氧化剂压缩机调节所述氧化剂流速、通过调 节所述氧化剂压缩机的转速来调节所述氧化剂流速、使用所述氧化剂压缩机的入口导流叶 片调节所述氧化剂流速、使用所述氧化剂压缩机的入口控制阀调节所述氧化剂流速、使用 所述氧化剂压缩机的出口控制阀调节所述氧化剂流速、调节来自所述氧化剂压缩机的氧化 剂的再循环或调节来自所述氧化剂压缩机的氧化剂的吹出或其任意组合中的至少一个。21. 根据权利要求18所述的方法，包含使用氧化剂喷射系统在所述催化剂床上游喷射 催化剂床氧化剂，或者使用氧化剂燃料喷射系统在所述催化剂床上游喷射氧化燃料，或其 任意组合。22. 根据权利要求21的方法，包含： 使用局部温差监测器在所述催化剂床氧化剂、所述氧化燃料或其任意组合的喷射点下 游监测所述排气的所述入口温度与所述经处理的排气的局部出口温度之间的局部温差；以 及 至少部分基于所述局部温差与所述温差的比较来调节所述氧化剂的所述氧化剂流速 或所述燃料的所述燃料流速或其任意组合中的至少一个。23. -种系统，包含： 控制器，其包括： 一个或多个有形的非暂态机器可读的介质，所述介质共同地储存一组或多组指令；以 及 一个或多个处理装置，其被配置为执行所述一组或多组指令以用于： 在燃气涡轮发动机中燃烧氧化剂和燃料以生成排气； 在催化剂床中处理来自所述燃气涡轮发动机的部分排气以生成经处理的排气； 使用温差监测器监测所述催化剂床上游的所述排气的入口温度和所述催化剂床下游 的所述经处理的排气的出口温度之间的温差； 将温差信号从所述温差监测器传送到控制系统；以及 至少部分基于所述温差来调节参数以保持所述催化剂床的效力，以便保持目标当量 比。24. 根据权利要求23所述的系统，其中所述一个或多个处理装置被配置为执行所述一 组或多组指令以用于： 在被配置为在所述催化剂床上游喷射催化剂床氧化剂或氧化燃料或其任意组合的喷 射点下游监测所述部分排气的所述第一温度与所述经处理的排气的局部出口温度之间的 局部温差，以及 至少部分基于所述局部温差与所述温差的比较来调节所述氧化剂流速或所述燃料流 速或其任意组合中的至少一个。25. 根据权利要求24所述的系统，其中所述一个或多个处理装置被配置为执行所述一 组或多组指令以便当所述局部温差大于所述温差时增加所述氧化剂流速、降低所述燃料流 速或其任意组合，并且当所述温差大于所述局部温差时降低所述氧化剂流速、增加所述燃 料流速或其任意组合。
【文档编号】F02C3/34GK106062340SQ201480074857
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年12月1日
【发明人】R·A·亨廷顿, S·K·德哈努卡
【申请人】埃克森美孚上游研究公司