CN103375271A

CN103375271A - 与具有排气再循环系统的再热式燃气涡轮发动机有关的设备

Info

Publication number: CN103375271A
Application number: CN2013101262469A
Authority: CN
Inventors: L.A.维奇曼; S.F.辛普森
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2013-10-30
Also published as: US20130269310A1; RU2013116441A; EP2650503A2; JP2013221501A

Abstract

本发明公开一种与具有排气再循环系统的再热式燃气涡轮发动机有关的设备。所述动力设备经配置以包括工作流体再循环所环绕的再循环回路。所述再循环回路可以包括多个部件，其经配置以从邻近的上游部件接收流出的工作流体并且向邻近的下游部件提供流入的工作流体。所述再循环回路可包括：再循环压缩机；上游燃烧器；高压涡轮机；下游燃烧器；低压涡轮机；以及再循环导管，所述再循环导管经配置以将流出的工作流体从所述低压涡轮机引导到所述再循环压缩机。

Description

与具有排气再循环系统的再热式燃气涡轮发动机有关的设备

相关申请案的交叉引用

本申请案涉及同时申请的[GE档案249104]、[GE档案250883]、[GE档案250884]、[GE档案250998]、[GE档案254241]、[GE档案256159]、[GE档案257411]，以及[GE档案258552]，这些档案以全文引用的方式并入本专利申请文件中，构成本专利申请文件的一部分。

技术领域

本申请大体涉及燃气涡轮发动机以及与之相关的系统。更具体而言，但不作为限制，本申请涉及这样的方法、系统和/或设备，它们用于在具有排气再循环系统的各种类型的燃气涡轮系统中，实现化学计量点（stoichiometric point）处的操作并且提取具有所需特性的工作流体。

背景技术

氧化剂-燃料比是内燃机中存在的氧化剂，通常是空气，与燃料的质量比。所属领域的一般技术人员将了解，如果使所有燃料完全燃烧所提供的氧化剂刚刚好，那么实现的化学计量比为1（在本专利申请文件中可以称为“在化学计量点处的操作”或“化学计量点操作”）。在燃气涡轮系统中，应了解在化学计量点处的燃烧是需要的，有若干原因，包括降低排放量以及性能调优原因。此外，根据定义，化学计量点操作可以用于使排气（在包括排气再循环的系统的情况下，可以称为“工作流体”）中基本上不存在氧气和未耗尽燃料。更具体而言，当以化学计量点操作时，流经再循环电路或回路中某些区段的工作流体会含有大量的二氧化碳和氮气，当这些气体进料到空气分离单元中时，会产生相当纯净的气流。

所属领域的一般技术人员将了解，用这种方式来产生二氧化碳和氮气的气流是有经济价值的。例如，考虑到当前许多环境问题与二氧化碳的排放有关，二氧化碳的隔离便具有潜在价值。此外，二氧化碳和氮气的纯净气流可以用于许多工业应用中。二氧化碳也可以喷射到地里，以加强油回收。因此，如果新的动力设备系统配置和/或控制方法所提供的有效方法能够实现化学计量点操作，那么这将是有用和有价值的。如果新的系统和方法所提供的有效方式能够让使用再热式和排气再循环系统的现有动力设备通过相对较小且划算的修改而改进操作，那么这将是尤其有用和有价值的。通过以下提供的若干示例性实施例的描述，所属领域的一般技术人员将明白本发明中系统和方法的其他优点。

发明内容

因此，本申请描述了一种动力设备，所述动力设备经配置以包括工作流体再循环所环绕的再循环回路。所述再循环回路可以包括多个部件，所述多个部件经配置以从邻近的上游部件接收流出的工作流体、并且向邻近的下游部件提供流入的工作流体。所述再循环回路可以包括：再循环压缩机；位于所述再循环压缩机下游的上游燃烧器；位于所述上游燃烧器下游的高压涡轮机；位于所述高压涡轮机下游的下游燃烧器；位于所述下游燃烧器下游的低压涡轮机；以及经配置以将流出的工作流体从所述低压涡轮机引导到所述再循环压缩机的再循环导管。所述动力设备进一步可以包括：氧化剂压缩机，所述氧化剂压缩机经配置以向所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者提供压缩的氧化剂；以及用于从设置在所述再循环回路上预定位置处的提取点提取一部分所述工作流体的构件。

通过参阅附图和随附权利要求书阅读以下对最佳实施例的详细描述，可清楚地了解本发明的这些和其他特征。

附图说明

图1为应用排气再循环系统和再热式燃烧系统的动力设备的示例性配置的示意图；

图2为应用排气再循环系统和再热式燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图；

图3为应用排气再循环系统和再热式燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图；

图4为应用排气再循环系统和再热式燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图；

图5为应用排气再循环系统和再热式燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图；

图6为应用排气再循环系统和再热式燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图；

图7为与应用排气再循环系统和再热式燃烧系统的动力设备有关的示例性操作方法的流程图；

图8为应用排气再循环系统和再热式燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图；

图9为应用排气再循环系统和再热式燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图；

图10为应用排气再循环系统和单个燃烧系统的替代性动力设备的配置的示意图；

图11为应用排气再循环系统和单个燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图；

图12为应用排气再循环系统和单个燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图；以及

图13为应用排气再循环系统和单个燃烧系统的动力设备的替代性配置的示意图。

具体实施方式

现参考附图，其中各数字在若干视图中表示相同零件，图1到图13提供了根据本发明的配置的示例性动力设备的示意性图示。如下文进一步详细说明，这些动力设备包括新的系统架构和配置以及/或者控制方法，它们在给定排气再循环的情况下实现了性能优点。除非另有说明，否则本专利申请文件中所使用的术语“动力设备”无意为排斥性的，而是可以指本说明书中所描述的，附图中所图示的，或权利要求中所述的任何配置。这样的系统可以包括两个单独的涡轮机，排气再循环系统、两个燃烧系统，以及/或者热回收蒸汽发生器。

如图1所示，动力设备9包括再循环回路10，所述再循环回路包括再循环的工作流体流。在本发明的某些实施例中，如图1所示，再循环回路10是来自涡轮机的排气进行再循环所使用的构件，从而产生再循环的工作流体流。应了解，再循环回路10经配置使得位于其上的每个部件经配置以从邻近的上游部件接收流出的工作流体，并且向邻近的下游部件提供流入的工作流体。注意，再循环回路10中的若干部件将参考回路10上指定的“开始位置8”进行描述。应了解，开始位置8是随意的，并且所述系统的功能可以用另一种方式来描述或参考另一开始位置来描述而没有实质性的影响。如图所示，开始位置8位于轴向压缩机12的进气口。根据配置，轴向压缩机12从涡轮机接收再循环的排气流；相应地，轴向压缩机12在本说明书中称为“再循环压缩机12”。在下游方向上移动，再循环回路10包括与高压涡轮机30相连的上游燃烧器22以及与低压涡轮机32相连的下游燃烧器24。应了解，用于描述这些部件的术语用意是描述性的，这样才有可能有效地描述动力设备9。尽管这些术语无意过度限制，但是应了解“上游”和“下游”名称通常指，在给定指定开始位置8的情况下工作流体流经再循环回路10的方向。此外，“高压”和“低压”名称意在指，在给定再循环回路10上每个涡轮机位置的情况下，各涡轮机30、32相对于另一者的操作压力级/压力水平。

在低压涡轮机32的下游，再循环导管40为排气开辟通道以到达再循环压缩机12的进气口，这样再循环压缩机对来自涡轮机（或，至少其一部分）的排气进行再循环。若干其他部件可以位于再循环导管40上。应了解，这些部件可以运作以用所需方式（即，以所需温度、压力、湿度等）将排气传送到再循环压缩机12。如图所示，在各实施例中，热回收蒸汽发生器39、冷却器44，以及鼓风机46可以包括在再循环导管40上。此外，再循环回路10可以包括再循环排气口41，所述再循环排气口提供一种方式以用可控的方式从再循环回路40排出一定量的废气，这样可以实现所需的流平衡。例如，应了解在稳定的状态条件下，一定量的排气需从再循环排气口41排出，其量约等于分别经由氧化剂压缩机11和燃料供应线20而进入再循环回路10的经压缩的氧化剂和燃料的量。应了解，在喷射到再循环回路10中的氧化剂/燃料与从再循环回路中排出的废气之间实现所需平衡可以通过以下项来完成：用于记录进入回路10的经压缩的氧化剂和燃料的量、以及排出的废气量的传感器，以及再循环回路10内的温度传感器、阀传感器、压力传感器，以及其他常规构件和系统。

动力设备9可以包括氧化剂压缩机11，不同于再循环压缩机12的是氧化剂压缩机11不是完全整合在再循环回路10中。如下文所述，氧化剂压缩机11可以是轴向压缩机，所述轴向压缩机经配置以在再循环回路10内的一个或多个位置处喷射压缩空气或其他氧化剂。在大多数应用中，氧化剂压缩机11经配置以压缩空气。应了解，在其他实施例中，氧化剂压缩机11可以经配置以供应可以加压并且喷射到燃烧系统中的任何类型的氧化剂。例如，氧化剂压缩机11可以压缩掺杂有氧气的空气供应。另一方面，再循环压缩机12经配置以对来自涡轮机30、32的再循环排气进行压缩。必要时，可以提供增压压缩机16以对氧化剂压缩机11的排放物进行增压，然后将其喷射到再循环回路10中，这样可以实现更好的喷射压力。用这种方式，压缩的氧化剂可以有效地传送到一个或多个燃烧器。

氧化剂压缩机11和再循环压缩机12可以通过驱动这两者的单个或公共轴杆14而用机械方式连接。发生器18也可以包括在公共轴杆14上，而高压涡轮机30和低压涡轮机32对公共轴杆14以及附接到公共轴杆的负载进行驱动。应了解，应用本发明的系统的轴杆配置可以不同于各图中所示的示例性公共轴杆配置14。例如，可以使用多个轴杆，每个轴杆可以包括一个涡轮机以及一个或多个负载元件（即，压缩机11、12或者发生器18中的一者）。这样的配置可以包括同心的轴杆或其他。

在示例性实施例中，如图所示，动力设备（power plant）9中的燃烧系统包括上游燃烧器22以及在所述上游燃烧器下游的下游燃烧器24。应了解，如下文更详细论述，上游燃烧器22和下游燃烧器24可以包括任何类型的常规燃烧器，燃烧系统以及/或者再热式燃烧器（reheat combustors），并且选择的术语只指再循环回路10上的相对位置（给定指定的开始位置8以及流动方向）。通常，如图1所示并且如下文更详细论述，上游燃烧器22通过将燃气喷射到再循环回路10中来进行操作，所述燃气产生自燃料在筒形燃烧器或其他类型的常规燃烧器中的燃烧。或者，某些燃烧系统通过直接的燃料喷射来操作。在喷射时，喷射的燃料在再循环回路10内燃烧。这些方法中的任一者通常增加工作流体的温度和动能，并且燃烧器类型中的任一者可以用作上游燃烧器22或下游燃烧器24。燃料供应线20可以将例如天然气等燃料供应给上游燃烧器22和下游燃烧器24。

更具体而言，上游燃烧器22可以经配置以从氧化剂压缩机11接收压缩的氧化剂流，并且从燃料供应源20接收燃料。在这种操作模式下，上游燃烧器22可以包括一个或多个筒或燃烧室，在所述筒或燃烧室内燃料和氧化剂被放在一起，混合，然后点燃，这样便产生了高能量的加压燃气流。随后，上游燃烧器22可以将燃气引导到高压涡轮机30中，在高压涡轮机中气体膨胀，所做的功被提取。下游燃烧器24可以经配置以在高压涡轮机30的一个下游点处向工作流体添加能量/热量。如图1中的实施例所示，下游燃烧器24可以正好位于低压涡轮机32的上游。如上所述，所谓下游燃烧器24，是因为其在上游燃烧器22的一个下游点处向工作流体流添加热量/能量。

如所属领域的一般技术人员将了解，某些操作优点可以使用如上述的双燃烧或再热式（reheat）系统来实现。这些优点包括，例如：1）燃料灵活性；2）改进的排放；3）更低的总体点火温度（overall firingtemperatures）；4）更少的冷却和密封需求；5）更长的零件寿命；以及6）由于更低的点火温度而导致使用更便宜的材料。相应地，如本发明所提供的对包括再热式系统的动力设备操作的改进，拓宽了再热式系统的可能用途并且更好地实现了这些系统通常提供的优点。

如上所述，动力设备9进一步包括再循环导管40。通常，再循环导管40形成来自涡轮机的排气进行再循环所使用的流路，从而完善再循环回路10。更具体而言，再循环导管40将来自低压涡轮机32的排气引导到某一路径上，所述路径的尽头为再循环压缩机12的进气口处。应了解，再循环导管40可以通过沿着该路的若干部件来使排气循环，如图1所指示，这些部件包括热回收蒸汽发生器39、冷却器44，以及鼓风机46。（注意，为了避免不必要的复杂性，热回收蒸汽发生器39在图1中以简化形式表示。）所属领域的一般技术人员将了解，本发明中的热回收蒸汽发生器39可以包括任何类型的系统，在这些系统中来自一个或多个燃烧涡轮机的燃烧排气用作蒸汽涡轮机中锅炉的热源。

在热回收蒸汽发生器39的下游，冷却器44可以经定位使得流经再循环导管40的气体流经冷却器。冷却器44可以包括足够用于该功能的直接接触的冷却器或其他常规热交换器，并且可以通过从排气中提取更多热量来操作，这样排气以所需或更佳的温度进入再循环压缩机12。冷却器44也可以提供构件以对再循环气体内的湿度水平进行控制以达到更好水平。也就是说，冷却器44可以通过冷却流体而从中提取水，因此当在进入冷却器之前气体被加热到所述流体温度时，可以降低再循环气体的湿度水平。如图1所示，鼓风机46可以位于冷却器44下游；然而，所属领域的一般技术人员将了解，该顺序可以相反。鼓风机46可以是常规设计。鼓风机46可以经运作以更有效地通过再循环导管40来使排气循环，这样这些气体以所需方式传送到再循环压缩机12的进气口。

动力设备9可以包括若干类型的导管、管道、阀、传感器以及其他系统，通过这些系统动力设备9的操作得以控制和维持。应了解，本说明书中描述的所有阀可以经控制以具有各种设置，这些设置会影响通过导管的流体量。如上所述，再循环导管40使排气从涡轮机30、32到再循环压缩机12的进气口进行再循环，从而提供工作流体的再循环流路。此外，如图1所示，可以提供第一氧化剂导管52以将压缩的氧化剂从氧化剂压缩机11引导到上游燃烧器22。第一氧化剂导管52可以包括氧化剂阀54，该氧化剂阀对流经该导管的氧化剂流进行控制。第一氧化剂导管52进一步可以包括增压压缩机（boostercompressor）16，如以下更详细描述，所述增压压缩机可以用于对该导管内压缩的氧化剂进行增压。第一氧化剂导管52可以进一步包括排气口阀（vent valve）56。排气口阀56提供构件以将经压缩的氧化剂中移动通过第一氧化剂导管52的一部分排放到大气中。如图1所示，本发明的某些实施例的操作方法是提供压缩的氧化剂流，该氧化剂从氧化剂压缩机11流到上游燃烧器22，而不是流到下游燃烧器24。在其他实施例中，如图2到图5中所示，本发明的操作方法是提供压缩的氧化剂流，该氧化剂流从氧化剂压缩机11流到上游燃烧器22和下游燃烧器24。在其他实施例中，本发明的操作方法是提供压缩的氧化剂流，该氧化剂流从氧化剂压缩机11流到下游燃烧器22，而不是流到上游燃烧器24。例如，这种类型的系统在图2和图4中表示，此时第一氧化剂导管52上的氧化剂阀54完全关闭（即，经设置以不允许来自氧化剂压缩机11的流体从中通过）。

燃料供应线20可以包括两个供应导管，这两个供应导管将燃料提供给上游燃烧器22和/或下游燃烧器24。如图所示，燃料阀58对传送到上游燃烧器22的燃料量进行控制，而另一燃料阀59对传送到下游燃烧器24的燃料量进行控制。应了解，尽管在各图中未图示，但是传送到上游燃烧器22和下游燃烧器24的燃料类型无需相同，并且在给定某些系统标准的情况下使用不同的燃料类型可能是有利的。此外，如下文更详细论述，燃料阀58和燃料阀59可以经控制使得燃料只传送到两个燃烧器22、24中的一者。更具体而言，在某些实施例中，燃料阀58可以完全关闭，这样燃料不被传送到上游燃烧器22。在这种情况下，如下文更详细论述，燃烧器22、24均可以通过传送到下游燃烧器24的燃料来进行操作。类似地，在某些实施例中，燃料阀59可以完全关闭，这样燃料不被传送到下游燃烧器22。在这种情况下，如下文更详细论述，燃烧器22、24均可以通过传送到上游燃烧器22的燃料来进行操作。应了解，本说明书中描述的系统用完全关闭的阀进行操作，其意在涵盖上面定位有关闭阀的导管被完全省略的情况下的系统配置。

提取点51包括从工作流体中提取气体的点。在最佳实施例中，提取点51位于再循环回路10上，这样二氧化碳（CO₂）和/或氮气（N₂)可以被有效提取。给定某些操作模式和系统控制模式，本发明中的系统架构允许这样的提取出现的位置是，如图1所示，在高压涡轮机30和上游燃烧器22的上游。更具体而言，如图所示，提取点51可以正好位于上游燃烧器22中的燃烧反应上游的位置处。提取点51可以包括常规提取构件，通过所述常规提取构件，工作流体内的气体中的一部分被转移到导管中，从而从再循环回路10中移除。可以提供提取气体阀61，以控制所提取的工作流体的量。在提取气体阀61下游，导管可以将提取气体供应62传送到一个或多个下游部件（未图示）。在最佳实施例中，提取气体供应62可以被引导到分离系统（未图示）中，所述分离系统通过常规构件将二氧化碳与氮气分离开。如上所述，在分离之后，这些气体可以用于许多类型的工业应用中，例如，食品和饮料工业中的应用。

从连接到提取点51的导管分支出来，还可以包括涡轮机旁通导管63以提供绕过各涡轮机30、32的路径。所提供的涡轮机旁通导管63用于启动的情况，而由于它对本发明运作的影响意义不大，因此将不再进一步论述。

在其他实施例中，提取点51可以位于图1中的再循环回路10内的不同位置处。如下文更详细描述（尤其关于图5和图6），本说明书中提供的架构和控制方法教示了有效率且有效果的方式，通过这些方式，燃烧器22、24中的一者可以在化学计量点处或附近或以最佳化学计量比进行操作。也就是说，动力设备9内的燃料和氧化剂供应可以经控制使得，一旦氧化剂和燃料在燃烧器22、24中的一者内充分混合、点燃并且燃烧，便会产生没有或基本上没有氧气和未耗尽燃料的排气。在这种条件下，排气含有大量的二氧化碳和氮气，它们可以用经济的方式提取以用于其他应用。如上所述，“化学计量点处的操作”或“化学计量点操作”指在化学计量点附近的可接受或所需范围处、附近或内的操作。应了解，“化学计量点（stoichiometric point）”也可以指化学计量比为1（a stoichiometric ratio of1），因为它包括燃料与氧化剂的比为1：1。应进一步了解，大于1的比为含有过量的氧化剂，而小于1的比为含有过量的燃料。应了解，根据特定动力设备、提取的工作流体的所需性质，以及其他标准的限制，化学计量点操作可以指化学计量点或换言之1的化学计量比附近的某一范围内的化学计量操作。相应地，在某些实施例中，“化学计量点操作”可以指限定在0.75与1.25之间的化学计量比范围内的操作。在更佳的实施例中，“化学计量点操作”可以指限定在0.9与1.1之间的化学计量比范围内的操作。在更最佳的实施例中，“化学计量点操作”可以指基本上为或非常接近1的化学计量比的操作。最后，在其他最佳的实施例中，“化学计量点操作”可以指限定在约1.0与1.1之间的化学计量比范围内的操作。

应了解，如果燃烧器22、24中的一者在化学计量点（即，1的化学计量比或在上述预定范围中的一者内、或另一所需范围内）操作，那么燃烧器下游的排气中基本上没有未耗尽燃料和氧气，并且基本上含有二氧化碳和氮气（以及/或者一些其他所需气态特性），所述二氧化碳和氮气可以用经济的方式提取。因此，根据本发明的各实施例，提取点51通常可以位于再循环回路10上的任一点处，该点位于：1）燃烧器22、24中以化学计量点操作的一个燃烧器的下游；以及2）燃烧器22、24中另一者的上游。所属领域的一般技术人员将了解，本说明书中所使用的“另一燃烧器的上游”意为在燃烧器内某一点的上游，氧化剂和/或燃料实际上是从该点处进入再循环回路51，并且因此，“另一燃烧器的上游”可包括区域，所述区域可以理解为在“另一燃烧器”内，但是也可以在某位置的上游，在该位置处氧化剂和/或燃料被喷射到工作流体流中，例如，燃烧器头端内的某些区域。在如图1的配置中，假定下游燃烧器24的燃料输入经控制以产生化学计量点（或基本上在该点）处的燃烧，那么提取点51可以位于在下游燃烧器24与下游方向上行进的上游燃烧器22之间限定的范围内的任何点处。在一项最佳实施例中，如图1所示，提取点可以位于再循环压缩机12的排放物处的范围内。应了解，该位置所提供的提取气体是高度加压的，这在某些下游用途中是有利的。

动力设备9可以进一步包括一个或多个传感器70，所述传感器用于测量系统的各部件和各导管内的操作参数、设置、和条件。一种这样的传感器可以是用于检测过量氧化剂的传感器64，例如，常规的氧气传感器。用于检测过量氧化剂的传感器64可以正好位于提取点51的上游，并且可以预定间隔对流经再循环回路10的排气或工作流体中的氧气含量进行测量。这样定位，用于检测过量氧化剂的传感器64可以良好地经定位以测试工作流体中的氧化剂含量，它可以提供以下信息：在正好位于用于检测过量氧化剂的传感器64上游的燃烧器内的化学计量比，以及/或者对工作流体的提取所产生的气体供应中是否适当地没有氧化剂和未耗尽燃料。应了解，用于检测过量氧化剂的传感器64可以位于再循环回路10上的一个位置范围内，所述范围限定在提取点51与在上游方向上行进时遇到的第一个燃烧器22、24之间。应了解，给定提取点51的位置，在上游方向上遇到的第一燃烧器22、24是以最佳化学计量比控制的燃烧器22、24。用这种方式，用于检测过量氧化剂的传感器64可以用于确定当前是否需要从再循环回路10中提取气体。如下文更详细描述，所述系统可以包括其他传感器70，这些传感器用于测量可能涉及该系统中的任何部件的大量过程变量。相应地，各图指示出位于动力设备9周围的示例性位置处的多个传感器70。所属领域的一般技术人员将了解，常规系统通常包括若干附图中仅表示的那些传感器以外的许多传感器，并且，此外，那些其他传感器可以位于仅指示出的那些位置以外的系统内的其他位置处。应了解，这些传感器70可以将其读数与控制单元65进行电子通信，并且/或者根据由控制单元65传送给它们的指令来运作。可以与用于检测过量氧化剂的传感器64一起使用或互换使用的一种该传感器70，是用于检测排气中未耗尽燃料的存在性的传感器。与用于检测过量氧化剂的传感器64一起，用于检测未耗尽燃料（unspent fuel）的传感器70可以提供测量数据，可以通过这些测量数据来确定上游燃烧器22、24中的化学计量比以及当前提取工作流体是否合适。所属领域的技术人员将了解，其他传感器可以用于收集关于燃烧器内所发生燃烧的化学计量性质的数据。例如，可以使用CO传感器和湿度传感器。

动力设备9可以进一步包括根据本说明书中描述的某些实施例来运作的控制单元65。应了解，控制单元65可以包括电子或计算机实施的装置，该装置从传感器和其他源获取关于动力设备操作参数、设置和条件的数据，以及根据各算法而存储的数据、操作员偏好等数据，对动力设备9中各种机械和电气系统的设置进行控制，这样便实现了所需的操作模式。例如，控制单元65可以控制动力设备9，以便在燃烧器22、24中的一者中实现化学计量操作或最佳化学计量比处的操作。应了解，控制机构可以实现该目标，方法是通过平衡喷射到上游燃烧器22或下游燃烧器24中的燃料和氧化剂，以及考虑来自这两个燃烧器22、24中另一者的、在再循环工作流体内移动的任何过量的氧化剂或未耗尽燃料。一旦实现化学计量操作，控制单元65可以控制提取气体阀61，这样提取以所需速率并且在所需的时间段内进行、或者直到变化的条件使该提取不再合适为止。上述各阀用于控制工作流体的流动、气体的提取、燃料消耗等，它们的设置可以根据电信号来控制，所述电信号可以经由有线或无线通信连接来发送，接收自控制单元65。

在使用中，根据示例性实施例的动力设备9可以操作如下。氧化剂压缩机11内叶片的旋转对供应的氧化剂进行压缩，经由第一氧化剂导管52到达上游燃烧器22。在一些实施例中，在到达上游燃烧器22之前，可以提供增压压缩机16。增压压缩机16可以用于将氧化剂压缩机11所供应的氧化剂增压到某个水平，以足够或更好地喷射到上游燃烧器22中。用这种方式，压缩的氧化剂流可以在上游燃烧器22内与压缩的排气流汇合，所述压缩的排气流从再循环压缩机12供应给燃烧器。应了解，在上游燃烧器22内将这两个流成功地带到一起可以用多种方式实现，以及根据这些流引入上游燃烧器22内的方式，用于每种方式中的合适的压力级会发生变化。本发明教示了可以控制压力级的方法和系统配置，这样这些流可以用合适的方式组合，同时避免可避免的空气动力损失、回流，以及其他潜在的性能问题。

相应地，上游燃烧器22可以经配置以将来自氧化剂压缩机11的压缩的氧化剂流与来自再循环压缩机12的压缩的排气流进行组合并且使其中的燃料发生燃烧，从而产生高能、加压的燃气流。燃气流随后在高压涡轮机30内的旋转叶片级上引导，所述高压涡轮机引起环绕轴杆14的旋转。用这种方式，燃气的能量转化成旋转轴杆14的机械能。如上所述，轴杆14可以将高压涡轮机30连接到氧化剂压缩机11，这样轴杆14的旋转驱动氧化剂压缩机11。轴杆14可以进一步将高压涡轮机30连接到再循环压缩机12，这样轴杆14的旋转驱动再循环压缩机12。轴杆14还可以将高压涡轮机30连接到发电机18，这样它还驱动发电机18。应了解，发电机18将旋转轴杆的机械能转化成电能。当然，其他类型的负载可以由高压涡轮机30来驱动。

工作流体（即，来自高压涡轮机30的排气）随后被引导到低压涡轮机32。在到达低压涡轮机32之前，下游燃烧器24向流经再循环回路10的工作流体添加热量/能量，如上所述。在图1中的实施例中，下游燃烧器24经配置以使来自高压涡轮机30的排气内的燃料发生燃烧。在替代性实施例中，如图2到图6所示并且如下文更详细论述，下游燃烧器24可以经配置以将来自氧化剂压缩机的、经压缩的氧化剂流与来自高压涡轮机30的排气流进行组合，并且使其中的燃料发生燃烧，从而产生高能、加压的燃气流。工作流体随后在低压涡轮机32内的旋转叶片级上被引导，所述低压涡轮机引起环绕轴杆14的旋转，从而将燃气的能量转化成旋转轴杆14的机械能。正如高压涡轮机30，轴杆14可以将低压涡轮机32连接到氧化剂压缩机11、再循环压缩机12、以及/或者发电机18。在某些实施例中，高压涡轮机30和低压涡轮机32可以驱动这些串联的负载。在其他实施例中，可以使用同心轴杆，这样高压涡轮机30对同心轴杆中一个轴杆上的负载的一部分进行驱动，而低压涡轮机32对另一轴杆上的剩余负载进行驱动。另外，在其他系统配置中，高压涡轮机30和低压涡轮机32可以驱动分开的不同心轴杆（未图示）。

从低压涡轮机32开始，再循环导管40可以形成流路，该流路完成了本发明中的再循环回路10。最后，该流路将排气从涡轮机30、32传送到再循环压缩机12的进气口。作为该再循环导管40的一部分，排气可以由热回收蒸汽发生器39使用。也就是说，排气可以提供锅炉的热源，所述锅炉对从热回收蒸汽发生器39接收蒸汽的蒸汽涡轮机进行驱动。在其下游，排气可以进一步由冷却器44进行冷却，并且通过鼓风机46。冷却器44可以用于降低排气的温度，这样排气在所需的温度范围内传送到再循环压缩机12的进气口。鼓风机46可以有助于使通过再循环回路10的排气进行循环。应了解，热回收蒸汽发生器39、冷却器44以及鼓风机46可以包括常规部件并且可以根据常规方法进行操作。

关于控制单元65的操作，应了解，它可以包括电子或计算机实施的装置，该装置获取关于动力设备操作参数和条件的数据，以及根据各算法而存储的数据、操作员偏好等数据，对动力设备9中各种机械和电气系统的设置进行控制，这样便实现了所需的操作模式---例如，实现化学计量点处或基本上在化学计量点处的操作。控制单元65可以包括用于指定动力设备9中的机械和电气系统应如何操作的控制逻辑。更具体而言，并且根据本申请的某些实施例，控制单元65通常包括编程逻辑，所述编程逻辑用于指定某些操作参数/存储的数据/操作员偏好等应如何监控，以及在给定所监控数据的某些输入的情况下动力设备9中的各机械和电气系统，例如上述的那些系统，应如何操作。控制单元65可以响应于控制逻辑的命令而自动控制各系统和装置的操作，或者在某些实例中，可以寻找操作员输入，然后采取行动。所属领域的一般技术人员将了解，这样的系统可以包括用于监控有关操作参数的多个传感器、装置和仪器，其中的一些在上文中已论述。这些硬件装置可以将数据和信息传输到控制单元65，并且由控制单元65控制和操纵。也就是说，根据常规方式和方法，控制单元65可以从动力设备9中的系统接收和/或获取数据，处理这些数据，查阅存储的数据，与动力设备9的操作员进行通信，并且/或者根据一组指令或逻辑流程图来控制系统中的各机械和电气装置，所属领域的一般技术人员将了解，所述指令或逻辑流程图可以是由控制单元65所操作的软件程序的一部分，并且可以包括有关本发明各实施例的方面。简言之，控制单元65可以控制动力设备9的操作，这样它便在化学计量点处操作并且当这样操作时，提取基本上没有氧气和未耗尽燃料的燃烧排气供应。如下文所论述，关于图7，其涉及根据本发明的用于在化学计量点处对本说明书中所述的系统进行操作和提取所需排气的逻辑流程图。应了解，这些逻辑流程图可以由控制单元用于这些目的。

图2到图6提供包括替代性系统配置的本发明的各实施例。应了解，这些配置具有用于将氧化剂从氧化剂压缩机11喷射到再循环回路10中，将燃料传送到燃烧系统中，以及排气的可提取方式的替代性策略。这些替代方案中的每一者提供某些优点，包括可以实现和维持化学计量操作的方式。应了解，这些替代方案是示例性的并且不旨在提供可能在所附权利要求的范围内的所有可能系统配置的全面描述。此外，尽管图2到图6示出了燃料和氧化剂均被传送到上游燃烧器22和下游燃烧器24中的每一者，但是应了解下文所描述的某些实施例在氧化剂只被传送到上游燃烧器22和下游燃烧器24中一者的系统中以及/或者在燃料只被传送到上游燃烧器22和下游燃烧器24中一者的系统中也适用。这些系统中任一者的实例可以通过对将氧化剂和燃料传送到燃烧器22、24的各个阀54、58、59、68进行控制来构建。

图2到图4提供包括第二氧化剂导管67和氧化剂阀68的实施例，它们合起来可以用于将可控的压缩氧化剂量（例如，第一氧化剂导管52源自氧化剂压缩机11）供应给下游燃烧器24。如图2和图3所示，第二氧化剂导管67可以从第一氧化剂导管52分支出来，这意味着用于每一者的压缩氧化剂从氧化剂压缩机11中的同一供应点取出。在图2中，分支的出现使得与第一氧化剂导管52的连接出现在第一氧化剂导管52中的氧化剂阀54和增压压缩机16上游。在这种情况下，第二氧化剂导管67因此绕过增压压缩机16。这可以用于在第一氧化剂导管52内产生不同压力级/压力水平的流144，由于增压压缩机16的作用，因此所述第一氧化剂导管中的压力高于第二氧化剂导管67内的压力。由于第一氧化剂导管52向第二氧化剂导管67上游的再循环回路10上一点提供压缩的氧化剂，因此该配置允许用有效的方式来控制每个导管中的压力，使其达到某个压力级以适合用于在不同位置处进行喷射。在图3中，分支出现在第一氧化剂导管52的氧化剂阀54的下游。更具体而言，第二氧化剂导管52的分支出现在第一氧化剂导管52的氧化剂阀54（可以位于增压压缩机16的下游，如图所示）与燃烧器22之间。

如图4所示，第二氧化剂导管67也可以独立于第一氧化剂导管52。如图所示，在该实例中，第二氧化剂导管67可以从氧化剂压缩机11内的提取点延伸出去。用于第二氧化剂导管的提取点可以位于第一氧化剂导管52得到其压缩的氧化剂流的位置上游的一个级处，例如，可以位于压缩机排放壳体中。更具体而言，该提取点可以经配置以在氧化剂压缩机11内的中间级处抽出压缩的氧化剂。随着第一氧化剂导管52从压缩机排放壳体中或附近取出，该布置方案导致通过第一氧化剂导管52的压缩氧化剂流的压力高于第二氧化剂导管67中的压缩氧化剂流。还应了解，该配置允许第一氧化剂导管52和第二氧化剂导管67具有不同的压力水平，而无需包括增压压缩机16。如上所述，压力差的用处在于压缩氧化剂的压力可以与压缩氧化剂所使用的再循环回路10上的位置处的压力相配。

图5和图6提供不同的策略，用于在已知燃烧器22、24均从氧化剂压缩机11接收压缩的氧化剂供应这一事实的情况下定位提取点51。应了解，对系统进行配置以使其具有可以燃烧氧化剂/燃料的两个点，可以提供用于产生化学计量点处的操作（注意，如上所述，这是指化学计量点周围或附近的所需范围内的操作）的新替代方案，从而提供可以提取工作流体的不同位置（如图5和图6所提供）。如上所述，本说明书中提供的架构和控制方法教示了有效率和有效果的方式，通过这些方式，动力设备可以在化学计量点处进行操作。动力设备9内的燃料和氧化剂供应可以经控制使得，一旦氧气（来自喷射的氧化剂）和燃料充分混合、点燃并且燃烧，便会产生基本上没有氧气和未耗尽燃料的排气。因此，根据本发明的各实施例，提取点51通常可以位于再循环回路10上的任一点处，该点处的排气源自化学计量点操作。如上文关于图1中的配置所述，这大体意味着提取点可以位于再循环回路10上的任一位置处，该位置在：1）燃烧器22、24中以化学计量点操作的燃烧器的下游；以及2）燃烧器22、24中另一者的上游。应了解，可以提供该范围内的一个以上提取点，并且该布置方案可以用于不同的压力级用于多个提取气体供应的情况。

图5所示为具有位于高压涡轮机30后端附近的提取点51的示例性配置。应了解，当上游燃烧器22以化学计量点操作时，可以证实该提取点51是有效的。给定上文所论述的原理并且采取该操作，可能的提取点51所构成的范围限定在上游燃烧器22与下游方向上行进的下游燃烧器24之间。也就是说，根据本发明的各实施例，动力设备9可以经控制使得引入燃烧器22、24内的氧化剂和燃料的组合效果在上游燃烧器22内产生最佳化学计量比处的燃烧，从而产生上游燃烧器22下游的一个位置范围，在这些位置可以实现具有所需特性的工作流体的提取。

图6所示为具有正好位于热回收蒸汽发生器39上游的提取点51的示例性配置。应了解，当下游燃烧器24以化学计量点操作时，可以证实该提取点51是有效的。给定上文所论述的原理并且采取该操作，可能的提取点51所构成的范围限定在下游燃烧器24与下游方向上行进的上游燃烧器22之间。也就是说，根据本发明的各实施例，动力设备9可以经控制使得引入燃烧器22、24内的氧化剂和燃料的组合效果在下游燃烧器24内产生最佳化学计量比处的燃烧，从而产生下游燃烧器24下游的一个位置范围，在这些位置可以实现具有所需特性的工作流体的提取。

图7所示为根据本发明的示例性实施例的用于操作动力设备9的方法的逻辑流程图100。所属领域的一般技术人员将了解，逻辑流程图100是示例性的并且包括在所附权利要求中可能不包括的步骤。此外，与所述系统中的若干部件相关的上述任何功能根据需要或可能性并入以下论述中，以有助于执行指定步骤。逻辑流程图100可以由控制单元65来实施和执行。在一些实施例中，控制单元65可以包括任何合适的高性能固态开关装置。控制单元65可以是计算机；然而，这仅仅是合适的高能控制系统的实例并且在本申请的范围内。在某些实施例中，控制单元65可以实施为单个特殊用途集成电路，例如ASIC，其具有用于总体的系统级控制的主或中央处理器部分，以及用于在中央处理器部分的控制下执行各种不同的特定组合、功能和其他过程的单独部分。所属领域的技术人员将了解，控制单元可以使用各种单独的专用或可编程集成或其他电子电路或装置来实施，例如包括离散元件电路或可编程逻辑装置的硬接线的电子或逻辑电路。控制单元65还可以使用合适编程的通用计算机来实施，例如微处理器或微控制器，或其他处理器装置，例如CPU或MPU，可以单独使用或与一个或多个外围数据和信号处理装置结合使用。通常，有限态机器能够在上面实施逻辑流程图100的任何装置或类似装置都可以用作控制单元65。

应了解，在一种可能的环境中，控制单元65可以包括通用电气SPEEDTRONIC^TM燃气涡轮机控制系统，例如在纽约州斯克内克塔迪的GE工业和电力系统发布的编号为GE-3658D的罗恩，W.I.的“SPEEDTRONIC^TM标记V燃气涡轮机控制系统（SPEEDTRONIC^TMMark V Gas Turbine Control System）”中所描述。控制系统65可以是具有一个或多个处理器的计算机系统，所述处理器执行程序以通过使用传感器输入以及人工操作员的指令来控制燃气涡轮机的操作。由控制单元65执行的程序可以包括用于调整动力设备9中各部件的调度算法（scheduling algorithms）。由控制单元65产生的命令可以使任一部件内的致动器（例如）对燃料供应源与燃烧器22、24之间的阀进行调节，这些阀用于调整燃料的流动和类型、压缩机11、12上的入口导流轮叶、以及涡轮机30、32上的其他控制设置。此外，控制单元65可以部分基于存储在控制单元65的计算机存储器中的算法来调整动力设备9。例如，这些算法可以使控制单元65能够使排气的排放水平维持在某些预定限制内，使燃烧器的点火/点燃温度（firingtemperature）维持在预定温度限制内，或另外使操作参数维持在预定范围内。

返回图7，所属领域的一般技术人员将了解，一般而言，流程图100所示为反馈回路的结构如何可以提供迭代过程（iterative process）以控制一个燃烧器内的化学计量和/或具有所需特性的排气的提取水平。应了解，该过程中的若干步骤可以用许多不同的方式来描述，而不会偏离本发明中所述过程的中心思想。本说明书中描述的控制方法可以用反馈回路来实施，所述反馈回路与控制算法结合使用，所述控制算法例如PID控制算法，但是也可以使用其他控制算法。

逻辑流程图100可以开始于步骤102处，该步骤包括对动力设备9的操作条件和过程变量（通常是称为“过程变量（process variables）”）进行监控和测量。本说明书中使用的过程变量表示可控的系统或过程的当前状态。在这种情况下，过程变量可以包括可以用任何类型的传感器测量的任何操作参数。更具体而言，在步骤102处，根据以上论述的任一方法或任何常规系统（当前或将来发展的），控制单元65可以对关于动力设备9操作的数据进行接收、监控和记录。动力设备9及其相关的若干部件的操作可以由检测系统和环境的各种条件的若干传感器70来监控。例如，一个或多个以下过程变量可以由传感器70来监控：温度传感器可以监控：动力设备9周围的环境温度，压缩机11、12的入口和排放温度、排气温度以及沿着涡轮机30、32的热气路径的其他温度测量；压力传感器可以监控：环境压力，以及压缩机11、12的入口和出口处，以及涡轮机30、32的排气，以及气流的其他位置处的静态和动态压力水平。传感器70进一步可以测量提取点51处的提取水平，流到燃烧器22、24中每一者的燃料、再循环排气或工作流体内的气体成分（可以包括氧化剂传感器64以及用于测量排气中未耗尽燃料或CO或其他气体的水平的其他传感器）、沿着再循环导管10的再循环排气的温度和压力，包括与热回收蒸汽发生器39、冷却器44以及鼓风机46相关的参数。传感器70还可以包括流量传感器、速度传感器、火焰检测器传感器、阀位置传感器、导流轮叶角度传感器、以及用于感测与动力设备9操作有关的各参数的传感器，所述参数可以包括通过第一氧化剂导管52和第二氧化剂导管67的氧化剂流的特性。应了解，所述系统可以进一步存储和监控某些“指定设置点（specified set-points）”，所述指定设置点包括与最佳或有效的操作模式相关的操作员偏好。应进一步了解，过程变量和/或指定设置点的测量、监控、存储和/或记录可以连续发生或以有规律的间隔发生，并且更新的或当前的数据可以用于逻辑流程图100的若干步骤中的任一步骤中，无论在图7中是否有直接线将步骤102连接到其他步骤都是如此。该过程从步骤102持续到步骤104。

在步骤104处，所述方法可以确定燃烧器22、24中经配置以在较佳化学计量比（可以包括一个合适的化学计量比范围）处操作的燃烧器是否真的在最佳化学计量比处操作。应了解，这可以通过比较测定的过程变量、计算当前条件以及将当前条件与指定设置点进行比较来实现。如果确定该操作模式发生，那么所述方法行进到步骤106。如果确定该操作模式没有发生，那么所述方法行进到步骤114。

应了解，确定相关的燃烧器22、24是否以期望的/最佳化学计量比操作可以用多种方式实现，并且一旦确定，使用一个或多个控制输入的反馈回路便可以用于控制该最佳模式内的系统或使该系统用这种方式操作。一种方法可以是检测或测量从相关燃烧器中排出的废气含量。这可以包括传感器70，例如用于检测过量氧化剂的传感器64，该传感器用于测量排气中存在的气体以及/或者其他相关特性。应了解，也可以使用传感器70来检测排气流内是否存在未耗尽燃料或CO或其他气体。测量到一个燃烧器的输入（即，氧化剂和燃料）的流动特性也可以用于确定相关燃烧器内的燃烧是否发生在期望的/最佳化学计量比处。例如，在这种情况下，可以测量流进燃烧器的氧化剂，可以测量流进燃烧器的燃料，并且在给定这些输入的情况下可以确定其中的燃烧的化学计量特性。其他相关的操作特性（例如，温度、压力等）也可以考虑在内。或者，或与该计算组合，可以在燃烧器下游或循环工作流体流内的其他点测量未耗尽燃料或CO或其他气体和/或氧气。据此，可以计算燃烧的化学计量平衡，这可以与指定设置点或最佳化学计量比进行比较以确定它是否在可接受范围内。

在步骤106处，已经确定一个燃烧器在所需的化学计量范围内操作，逻辑流程图100可以确定在提取点51处的当前提取水平。这可以通过检查测定的过程变量来完成，所述过程变量用于直接指示该流量水平、或可以用于计算所提取气体量。所述方法可以进一步检查当前提取水平是否满足所需的提取水平或指定设置点。这可以通过将实际的提取水平（可以测定）与操作员指定的设置点或偏好进行比较来完成。如果确定满足所需的提取水平，那么所述方法可以循环回到步骤102，在这里该过程重新开始。如果确定不满足所需的提取水平，那么所述方法行进到步骤108。

在步骤108处，所述方法确定一种或多种“控制输入”，所述控制输入可以用于操纵系统部件的运作，从而实现所需的提取水平或至少实现可以减小实际提取水平与所需提取水平之间差异的某一提取水平。应了解，“控制输入”是可以用于控制或操纵动力设备9或其部件中任一部件的操作的许多方式中的一种。例如，这些可以包括流到燃烧器22、24中的燃料水平、对流到燃烧器22、24中氧化剂的控制、压缩机11、12内的入口导流轮叶的角度，等。然而，“变化量”是为了带来所需的操作方式而需要对控制输入进行操纵的程度。例如，所述变化量可以包括为了带来所需操作而需要对流到燃烧器11、12中的燃料进行增加或减少的程度。在某些实施例中，在步骤108处尤其相关的一种控制输入是提取气体阀61的设置。在这种情况下，变化量是为了实现所需的提取水平而需要对阀61的设置进行操纵的程度。随后，所述方法可以行进到步骤110。应了解，与PID控制器等结合的常规反馈控制机构可以用于实现本说明书中指定的控制。因此，一种或多种控制输入中变量的迭代过程可以使所述系统接近所需操作。

在步骤110处，在一些实施例中，所述方法可以确定用步骤108中的可用控制输入/变化量中的每一者对动力设备进行操作的可能效果，然后对控制输入进行实际改变。应了解，这些类型的计算可以用常规动力设备控制程序和建模软件来实现，例如本说明书中提到的那些系统和方法以及类似的其他系统和方法。应进一步了解，这些计算会涉及将有效的控制措施/对抗措施考虑在内的迭代过程，所述控制措施/对抗措施可以响应于所提出的以下项的变化来进行：相关的控制输入、经济考虑、动力设备的耗损、操作员偏好、动力设备操作界限等。随后，所述方法可以行进到步骤112。

在步骤112处，过程100可以确定上述步骤中哪个可用的控制输入/变化量是最有利或最佳/所期望的。该确定在很大程度上可以基于步骤110中计算的系统操作效果来进行。随后，对于被认为最有利的控制输入/变化量，所述方法可以基于满足提取需求的相关利益是否超过与执行该变化量相关的成本，来确定是否应执行所提出的控制输入/变化量。应了解，经济考虑和操作员偏好可以包括在该确定中。基于该计算，所述方法随后可以执行所提出的控制输入/变化量或者不执行。所述方法随后返回到步骤102，并且迭代过程开始，通过该迭代过程可以实现最佳/预期的提取水平。

如上所述，如果在步骤104处确定相关的燃烧器不在化学计量点处操作，那么所述方法可以行进到步骤114。在步骤114处，所述方法可以确定可用于在相关燃烧器内实现化学计量点操作的一个或多个控制输入/变化量。如上所述，控制输入包括可以用于改变、操纵或控制动力设备9操作的各种方式，而变化量是为了实现所需的操作模式而需要对控制输入进行操纵的程度。随后，所述方法可以行进到步骤116。

在步骤116处，所述方法可以确定用步骤114中的可用控制输入/变化量中的每一者对动力设备进行操作的可能效果。应了解，这些类型的计算可以用常规动力设备控制程序和建模软件来实现，例如本说明书中提到的那些系统和方法以及类似的其他系统和方法。应进一步了解，这些计算会涉及将有效的控制措施/对抗措施考虑在内的迭代过程，所述控制措施/对抗措施可以响应于所提出的以下项的变化来进行：相关的控制输入、经济考虑、动力设备的耗损、操作员偏好、动力设备操作界限等。随后，所述方法可以行进到步骤118。

动力设备操作界限可以包括需遵照的任何规定限制，只有遵照这些才能实现有效的操作并且/或者避免对系统造成过度耗损或更严重的损坏。例如，操纵界限可以包括涡轮机30、32或燃烧器部件内的最大可允许温度。应了解，超过这些温度会对涡轮机部件造成损坏或使排放水平提高。另一操作界限包括氧化剂压缩机11和再循环压缩机12中每一者中的最大压缩机压力比。超过该限制会使该装置发生振荡，这样会大量损坏部件。此外，涡轮机可以具有最大马赫数（machnumber），它指示涡轮机出口处燃气的最大流速。超过该最大流速会损坏涡轮机部件。给定动力设备9内燃烧器的可能配置，由压缩机11、12中的每一者传送到燃烧器22、24的相对流体压力可以是另一操作界限。也就是说，根据燃烧器22、24的配置以及流体组合的方式，由氧化剂压缩机11传送的压缩氧化剂的压力需在再循环压缩机12所供应的压力的某范围内，以避免空气动力损失、回流，以及其他潜在的问题。

在步骤118处，所述方法可以确定上述步骤中哪个可用的控制输入/变化量是最有利或最佳的。该确定在很大程度上可以基于以下项来进行：步骤116中计算的系统操作效果；以及为了获得预期操作模式，控制输入/变化量所能对动力设备系统进行操纵的程度。随后，对于被认为最有利的控制输入/变化量，所述方法可以基于实现化学计量点操作的相关利益（可以包括能够提取工作流体的利益）是否超过与执行该变化量相关的成本，来确定是否应执行所提出的控制输入/变化量。应了解，经济考虑和操作员偏好可以包括在该确定中。基于该计算，所述方法随后可以执行所提出的控制输入/变化量或者不执行。所述方法随后可以返回到步骤104，并且开始迭代过程以最终实现一个燃烧器内的化学计量点操作或由于一些操作限制而确定不能实现。

应了解，存在许多可能的控制输入/变化量会影响燃烧器22、24中的化学计量比。在最佳实施例中，一种这样的控制输入包括可控地改变传送到燃烧器22、24的压缩的氧化剂量。应了解，可控地改变压缩的氧化剂供应会对燃烧器22、24内的化学计量比产生重大影响。例如，如果传感器指示出，给定到燃烧器的燃料供应源，需要更多压缩氧化剂（即，更多氧气）来实现化学计量燃烧，压缩氧化剂供应可以通过以下方式来增加：操纵氧化剂压缩机11的入口导流轮叶、和/或改变氧化剂阀54、68上的阀设置，这样更多压缩的氧化剂能够通过与燃烧器相连的氧化剂导管52、67。另一方面，改变燃料供应源是可以用于实现最佳化学计量比处的操作的另一种控制输入。例如，在这种情况下，传感器70可以指示出，给定传送到燃烧器的压缩氧化剂量，需要更多燃料来实现化学计量点操作。传送到燃烧器22、24中一者或两者的燃料量可以通过对燃料阀58、59中的一者或两者进行操纵来增加。此外，应了解，化学计量点燃烧可以在一个燃烧器中通过改变与另一燃烧器直接相关的设置来进行控制。这是因为改变一个燃烧器内的设置会在再循环回路10中产生过量氧化剂或未耗尽燃料，这些过量氧化剂或未耗尽燃料最终吸收在另一燃烧器内，从而影响其中的燃烧化学计量比。

在一种示例性控制模式中，输入动力设备9中的燃料/氧化剂可以经设置，使得在燃烧器22、24中意图以化学计量点操作的燃烧器中存在过量氧化剂（即，化学计量比大于1）。随后，控制过程可以在相关燃烧器22、24内以小的增量减少过量的氧化剂（通过增加流到燃烧器中的燃料、或通过减少氧化剂供应），同时通过测量相关的过程变量来监控其中的化学计量比。在某些实施例中，这可以持续到化学计量比在最佳范围内为止，同时仍然略微高于1（即，仍然具有过量的氧化剂）。这可以通过以下途径来实施：慢慢增加到特定燃烧器22、24中的氧化剂流，减少到特定燃烧器中的燃料流，或两者同时进行，同时监控其中的化学计量条件。这也可以通过以下途径间接地完成：慢慢增加到另一燃烧器22、24中的氧化剂流，减少到另一燃烧器中的燃料流，或两者同时进行，这样过量的燃料或氧化剂成为工作流体的一部分并且吸收到相关燃烧器中。

图8和图9提供了根据本发明的示例性动力设备的替代性配置的示意图。如图所示，这些动力设备还应用类似于以上描述的那些的排气再循环系统和再热式燃烧系统。然而，图8和图9中的动力设备在再循环回路上提供双提取位置。应了解，尽管以上提供的对部件、系统配置以及控制方法的描述可以应用于图8和图9中的动力设备（并且以下描述的一些功能可以应用于以上描述的部件、系统配置以及控制方法），但是双提取位置提供了新的应用以实现增强的功能，所述增强的功能可以有利地用于某些操作条件下。如上所述，动力设备9可以包括工作流体进行再循环所环绕的再循环回路10。再循环回路10可以包括多个部件，所述多个部件经配置以从邻近的上游部件接收流出的工作流体，并且向邻近的下游部件提供流入的工作流体。再循环回路10中的部件可以包括：再循环压缩机12；位于所述再循环压缩机12下游的上游燃烧器22；位于所述上游燃烧器22下游的高压涡轮机30；位于所述高压涡轮机30下游的下游燃烧器24；位于所述下游燃烧器24下游的低压涡轮机32；以及经配置以通过将流出的工作流体从所述低压涡轮机32引导到所述再循环压缩机12来完成回路的再循环导管40。如以上关于若干图中提供的其他示例性动力设备9所进行的更详细描述，图8和图9中的动力设备9可以进一步包括对压缩氧化剂量进行控制、并且传送到上游燃烧器和下游燃烧器中的每一者的系统和部件。如以上关于其他示例性动力设备9进行的描述，图8和图9中的动力设备9可以进一步包括对供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者的燃料量进行控制的系统和部件。如图所示，动力设备9可以进一步包括：用于从第一提取点75提取从上游燃烧器22排出的工作流体的系统和部件，以及用于从第二提取点76提取从下游燃烧器24排出的工作流体的系统和部件。如图8和图9所示并且如上文进一步论述，动力设备9可以包括：用于控制操作的系统和部件，这样上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者以最佳化学计量比周期性地操作；以及用于基于上游燃烧器22和下游燃烧器24中哪一者以最佳化学计量比进行操作，来选择性地从第一提取点75和第二提取点76中提取工作流体。

在某些实施例中，第一提取点75可以包括用于对该位置处提取的气体量进行控制的第一可控的提取气体阀61。第一提取点75可以设置在再循环回路10上、上游燃烧器22与在下游方向上行进的下游燃烧器24之间。如图8和图9所示，第一提取点75的一个示例性位置是高压涡轮机30的后端。第一可控的提取气体阀61可以经控制以具有至少两种设置：用于防止工作流体的提取的关闭设置、以及用于允许工作流体的提取的打开设置。类似地，第二提取点76可以包括用于对该位置处提取的气体量进行控制的第二可控的提取气体阀61。第二提取点76可以设置在再循环回路10上、下游燃烧器24与在下游方向上行进的上游燃烧器22之间。如图8所示，第二提取点76的一个示例性位置是低压涡轮机32的后端。如图9所示，第二提取点76的另一个示例性位置在再循环导管40上、冷却器44与鼓风机46之间。根据提取气体的所需性质，其他位置是有可能的。第二可控的提取气体阀61可以经控制以具有至少两种设置：用于防止工作流体的提取的关闭设置、以及用于允许工作流体的提取的打开设置。

在某些实施例中，用于控制供应到上游燃烧器22的压缩氧化剂量的系统和部件可以包括氧化剂压缩机11、经配置以将源自氧化剂压缩机11的压缩氧化剂引导到上游燃烧器22的第一氧化剂导管52，以及设置在第一氧化剂导管52上的第一可控的氧化剂阀54，所述第一可控的氧化剂阀经控制以具有至少三种设置：用于防止压缩氧化剂传送到上游燃烧器22的关闭设置、以及用于允许不同的压缩氧化剂量传送到上游燃烧器22的两种打开设置。在某些实施例中，用于控制供应到下游燃烧器24的压缩氧化剂量的系统和部件可以包括氧化剂压缩机11、经配置以将源自氧化剂压缩机11的压缩氧化剂引导到下游燃烧器24的第二氧化剂导管67，以及设置在第二氧化剂导管67上的第二可控的氧化剂阀68，所述第一可控的氧化剂阀经控制以具有至少三种设置：用于防止压缩氧化剂传送到下游燃烧器24的关闭设置、以及用于允许不同的压缩氧化剂量传送到下游燃烧器24的两种打开设置。在某些实施例中，可以包括增压压缩机16，其设置在第一氧化剂导管52和第二氧化剂导管67中至少一者上（一项实例在图6中示出）。增压压缩机16可以经配置以使流经第一氧化剂导管52和第二氧化剂导管67中至少一者的压缩氧化剂增压，使得供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24中至少一者的压缩氧化剂量的压力水平对应于上游燃烧器22和下游燃烧器24中无论哪一者的最佳/所预期的喷射压力。在某些实施例中，在上游端，第一氧化剂导管52可以包括第一氧化剂提取位置81，压缩氧化剂在该位置处从氧化剂压缩机11中提取。在上游端，第二氧化剂导管67可以包括第二氧化剂提取位置83，压缩氧化剂在该位置处从氧化剂压缩机11中提取。在氧化剂压缩机11内，第一氧化剂提取位置81可以包括相对于第二氧化剂提取位置83的下游位置。第一氧化剂提取位置81可以包括在氧化剂压缩机11内的预定位置，该位置对应于上游燃烧器22处的最佳/预期喷射压力。第二氧化剂提取位置83可以包括在氧化剂压缩机11内的预定位置，该位置对应于下游燃烧器24处的最佳/预期喷射压力。

在某些实施例中，用于控制供应到上游燃烧器22的燃料量的系统和部件可以包括上游燃烧器燃料供应线78，所述上游燃烧器燃料供应线可以包括可控的上游燃烧器燃料阀或第一可控的燃料阀58。第一可控的燃料阀58可以经控制以具有至少三种设置：用于防止燃料传送到上游燃烧器22的关闭设置、以及用于允许不同的燃料量传送到上游燃烧器22的两种打开设置。用于控制供应到下游燃烧器24的燃料量的系统和部件可以包括下游燃烧器燃料供应源79，所述下游燃烧器燃料供应源可以包括可控的下游燃烧器燃料阀或第二可控的燃料阀59。第二可控的燃料阀59可以经控制以具有至少三种设置：用于防止燃料传送到下游燃烧器24的关闭设置、以及用于允许不同的燃料量传送到下游燃烧器24的两种打开设置。在某些实施例中，如图8所示，上游燃烧器燃料供应源78和下游燃烧器燃料供应源79可以具有共同源，从而具有共同的燃料类型。在其他实施例中，如图9所示，上游燃烧器燃料供应源78和下游燃烧器燃料供应源79可以具有不同源，并且可以供应不同的燃料类型。

如上文更详细描述，图8和图9中的动力设备9可以包括用于控制动力设备9的系统和部件，使得上游燃烧器22和下游燃烧器24中的每一者周期性地以最佳/预期化学计量比进行操作。在某些实施例中包括计算机化的控制单元65，其经配置以对第一可控的氧化剂阀54和第二可控的氧化剂阀、以及第一可控的燃料阀58和第二可控的燃料阀59的设置进行控制。

如上文更详细描述，在某些实施例中，图8和图9中的动力设备9可以包括用于确定上游燃烧器22和下游燃烧器24进行操作所使用的当前化学计量比的系统和部件。在某些示例性实施例中，用于确定上游燃烧器22和下游燃烧器24进行操作所使用的当前化学计量比的系统和部件包括：用于测量供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24的压缩氧化剂量的系统和部件、以及用于测量供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24的燃料量的系统和部件；以及用于基于供应到每一者所测定的氧化剂量和所测定的燃料量，来计算上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者进行操作所使用的当前化学计量比的系统和部件。在某些示例性实施例中，用于确定上游燃烧器22和下游燃烧器24进行操作所使用的化学计量比的系统和部件包括：用于测试从上游燃烧器22排出的工作流体的第一测试部件；以及用于测试从下游燃烧器24排出的工作流体的第二测试部件。第一测试部件和第二测试部件各自可以包括用于检测过量氧化剂的传感器和用于检测未耗尽燃料的传感器中的一者。所属领域的一般技术人员将了解，也可以使用一个或多个CO传感器以及一个或多个湿度传感器。第一测试位置可以包括再循环回路10上的一个位置范围内的某一位置。所述位置范围可以限定在第一提取点75以及在上游方向上行进的上游燃烧器22之间。第二测试位置可以包括再循环回路10上的一个位置范围内的某一位置。所述位置范围可以限定在第二提取点76以及在上游方向上行进的下游燃烧器24之间。

在某些实施例中，用于基于上游燃烧器22和下游燃烧器24中哪一者是以最佳/预期化学计量比进行操作、而选择性地从第一提取点75和第二提取点76进行提取的系统和部件包括计算机化的控制单元65。在一项最佳实施例中，控制单元65经配置以：在上游燃烧器22以最佳/预期化学计量比进行操作的过程中，从第一提取点75中提取工作流体；以及在下游燃烧器24以最佳/预期化学计量比进行操作的过程中，从第二提取点76中提取工作流体。

如本说明书中所提供，图8和图9中的动力设备可以用新的控制方法来进行操作。在某些实施例中，这样的方法可以包括以下步骤：使至少一部分工作流体再循环通过再循环回路10；对供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者的压缩氧化剂量进行控制；对供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者的燃料量进行控制；对动力设备9进行控制使得上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者周期性地以最佳/预期化学计量比进行操作；以及基于上游燃烧器22和下游燃烧器24中哪一者是以最佳/预期化学计量比进行操作，来选择性地从关联于上游燃烧器22的第一提取点75和关联于下游燃烧器24的第二提取点76提取工作流体。选择性地从第一提取点75和第二提取点76提取工作流体的步骤可以包括：只在上游燃烧器22以最佳/预期化学计量比进行操作的过程中选择从第一提取点75进行提取；以及只在下游燃烧器24以最佳/预期化学计量比进行操作的过程中选择从第二提取点76提取工作流体。例如，在一项最佳实施例中，上游燃烧器22可以在低负载操作过程中以最佳/预期化学计量比进行操作，而下游燃烧器24可以在满负载操作过程中以最佳/预期化学计量比进行操作。选择性地从第一提取点75和第二提取点76提取工作流体的步骤可以包括：对第一可控的提取气体阀61和第二可控的提取气体阀61的设置进行控制。对供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者的压缩氧化剂量进行控制的步骤，可以包括操纵第一可控的氧化剂阀54和第二可控的氧化剂阀68的设置。对供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者的燃料量进行控制的步骤可以包括以下步骤：操纵第一可控的燃料阀58和第二可控的燃料阀59的设置。

对动力设备9进行控制使得上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者周期性地以最佳化学计量比进行操作的步骤可以包括使用计算机化的控制单元65，所述计算机化的控制单元经配置以对第一可控的氧化剂阀54和第二可控的氧化剂阀以及第一可控的燃料阀58和第二可控的燃料阀59的设置进行控制。最佳化学计量比可以包括约为1的化学计量比，但是本说明书中论述的其他范围也是可能的。

在某些实施例中，所述方法可以包括以下步骤：测量动力设备9的多个过程变量；确定动力设备9的输出需求；基于测定的过程变量和输出需求，来确定动力设备9所需的操作模式；确定最佳化学计量燃烧器，所述最佳化学计量燃烧器包括在给定动力设备9所需的操作模式和选定标准的情况下，上游燃烧器22和下游燃烧器24中最佳以最佳/预期的化学计量比进行操作的燃烧器；以及对动力设备9进行控制使得最佳化学计量燃烧器以最佳化学计量比进行操作。应了解，配置成具有双燃烧系统的动力设备可以选择在调低（turndown）的操作模式下关闭一个燃烧系统，从而更有效地满足较低的输出需求。相应地，在某些实施例中，所需的操作模式包括调低的操作模式，在该模式下，上游燃烧器22和下游燃烧器24中只有一个在运作。在这种情况下，最佳化学计量燃烧器可以包括上游燃烧器22和下游燃烧器24中在调低的操作模式下操作的燃烧器。在某些实施例中，上游燃烧器22是在调低的操作模式下操作的燃烧器。

用于确定最佳化学计量燃烧器的选定标准可以是若干标准中的任一者。在某些最佳实施例中，所述选定标准涉及动力设备9的效率水平。用这种方式，最佳化学计量燃烧器是在以最佳化学计量比进行操作时促进效率的燃烧器。所述选定标准可以涉及经济考虑，即，所述最佳化学计量燃烧器是促进动力设备9的效益（profits）的燃烧器。

在某些实施例中，本发明的方法可以进一步包括以下步骤：确定最佳化学计量燃烧器进行操作所使用的当前化学计量比；确定当前化学计量比是否等于最佳化学计量比；以及在确定当前化学计量比等于最佳化学计量比时，从关联于最佳化学计量燃烧器的提取点提取工作流体。在某些实施例中，这可以包括以下步骤：测量供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24的压缩氧化剂量；测量供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24的燃料量；以及基于所测定的供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24的氧化剂量和所测定的供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24的燃料量，来计算最佳化学计量燃烧器进行操作所使用的当前化学计量比。在某些实施例中，确定最佳化学计量燃烧器进行操作所使用的当前化学计量比的步骤包括以下步骤：如果上游燃烧器22可以包括最佳化学计量燃烧器，那么对从上游燃烧器22排出的工作流体进行测试；以及如果下游燃烧器24可以包括最佳化学计量燃烧器，那么对从下游燃烧器24排出的工作流体进行测试。从上游燃烧器22排出的工作流体可以通过用于检测过量氧化剂的传感器和用于检测未耗尽燃料的传感器中的一者在第一测试位置处进行测试。所述第一测试位置可以包括再循环回路上的一个位置范围内的某一位置，所述位置范围限定在第一提取点75与在上游方向上行进的上游燃烧器22之间。从下游燃烧器24排出的工作流体可以通过用于检测过量氧化剂的传感器和用于检测未耗尽燃料的传感器中的一者在第二测试位置处进行测试。所述第二测试位置可以包括再循环回路上的一个位置范围内的某一位置，所述位置范围限定在第二提取点76与在上游方向上行进的下游燃烧器24之间。用这种方式，提取之前的排气状态可以经测试以确认所需性质。

在某些实施例中，对动力设备9进行控制使得最佳化学计量燃烧器以最佳化学计量比进行操作的步骤包括对反馈回路控制机构进行操作的步骤，该步骤包括基于测定的多个过程变量来操纵动力设备9的控制输入。对反馈回路控制机构进行操作的方法在上文更详细论述。在某些情况下，应了解，测量多个过程变量的步骤可以包括：测量供应到最佳化学计量燃烧器的压缩氧化剂量和燃料量、以及基于所测定的供应到最佳化学计量燃烧器的压缩氧化剂量和燃料量来计算在最佳化学计量燃烧器中的当前化学计量比。在某些实施例中，所述控制输入可以包括第一可控的氧化剂阀54和第二可控的氧化剂阀68中对应于最佳化学计量燃烧器的阀的设置、以及第一可控的燃料阀58和第二可控的燃料阀59中对应于最佳化学计量燃烧器的阀的设置。

在某些实施例中，测量多个过程变量的步骤可以包括测量供应到上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者中的压缩氧化剂量和压缩燃料量。计算最佳化学计量燃烧器中的当前化学计量比的步骤可以包括：在上游燃烧器22和下游燃烧器24中每一者中使测定的氧气量与测定的燃料量保持平衡，进而确定最佳化学计量燃烧器是否从上游燃烧器22和下游燃烧器24中非最佳化学计量燃烧器的燃烧器中吸收工作流体中存在的过量燃料量或过量氧化剂量。

在某些实施例中，测量多个过程变量的步骤可以包括：在最佳化学计量燃烧器的下游、且在上游燃烧器22和下游燃烧器24中非最佳化学计量燃烧器的燃烧器的上游的再循环回路上的某一位置处测试工作流体含量。所述控制输入可以包括以下项中的至少一项：供应到上游燃烧器22的燃料量、供应到下游燃烧器24的燃料量、供应到上游燃烧器22的压缩氧化剂量、以及供应到下游燃烧器24的压缩氧化剂量。测试工作流体含量的步骤可以包括测量工作流体中的氧化剂含量和未耗尽燃料含量中的至少一者，可以进一步包括以下步骤：基于工作流体含量的测试，来计算最佳化学计量燃烧器中的当前化学计量比。

在某些示例性实施例中，本发明的方法包括：对动力设备9进行控制，使得上游燃烧器22和下游燃烧器24均周期性地在相同的时间段内以最佳化学计量比进行操作。在这种情况下，选择性地从第一提取点75和第二提取点76提取工作流体可以包括：当燃烧器22、24均以最佳化学计量比进行操作时，从第一提取点75和第二提取点76两者中提取工作流体。如图8和图9所示，这两个提取气流可以在组合点86处进行组合。也就是说，本发明的方法可以包括以下步骤：将从第一提取点75提取的工作流体与从第二提取点76提取的工作流体进行组合/合并。所述方法可以进一步包括以下步骤：可控地对这两个提取的工作流体流进行合并/组合，使得合并后的提取工作流体流包括所需特性。应了解，这可以通过对提取点75、76中每一者处包括的可控的提取气体阀61的设置进行控制来完成。根据提取气体的提取所用于的下游应用，有利的是能够在变化的压力水平或温度下提供提取气体。这可以通过将从再循环回路10上的不同点提取的气体以所需或可控的量进行混合来实现。如图9所示，第一提取点75从相对较高温和较高压的区域中提取气体，而第二提取点76从相对较低温和较低压的区域中提取气体。应了解，通过以可控方式混合这两股流，可以实现由不同的提取位置所限定的特性范围内所需的提取气体特性。

现转向图10到图13，所提供的这些示意图示出了应用排气再循环系统和单个燃烧系统的替代性动力设备的配置。应了解，这些图中的动力设备9包括与上述动力设备相同的许多部件，并且这些部件可以用大体相同的方式应用于本发明中的描述的其他地方。如上所述，所属领域的一般技术人员将了解任何动力设备不限于特定配置，关于这些动力设备的任何描述适用于所有配置，确切地说这些替代方案会在权利要求或其修正中进行描述。在某些实施例中，动力设备9经配置以包括工作流体进行再循环所环绕的再循环回路10。如上所述，再循环回路10可以包括多个部件，所述多个部件经配置以从邻近的上游部件接收流出的工作流体，并且向邻近的下游部件提供流入的工作流体。在这种情况下，再循环回路10包括再循环压缩机12；位于再循环压缩机12下游的燃烧器22；位于燃烧器22下游的涡轮机30；以及经配置以将流出的工作流体从涡轮机30引导到再循环压缩机12的再循环导管40。动力设备9经配置以具有单个燃烧系统。这样，再循环回路10可以经配置以防止除了有关燃烧器22输入的其他所有位置处的燃气输入。如图所示，动力设备9可以进一步包括位于再循环回路10上的第一提取点75和第二提取点76。从涡轮机30流出的工作流体包括排气，所述排气经由再循环导管40被引导到再循环压缩机12。再循环压缩机12经配置以压缩所述排气，这样从再循环压缩机12流出的工作流体包括压缩排气；

第一提取点75可以包括可控的提取阀61，所述可控的提取阀可控为至少两种设置：用于防止工作流体的提取的关闭设置以及用于允许工作流体的提取的打开设置。第二提取点76可以包括可控的提取阀61，所述可控的提取阀可控为至少两种设置：用于防止工作流体的提取的关闭设置以及用于允许工作流体的提取的打开设置。

动力设备9可以经操作和控制使得燃烧器22至少周期性地以最佳化学计量比进行操作。最佳化学计量比可以类似于以上论述的那些比。为了实现该类型的操作，可以控制供应到燃烧器22的压缩氧化剂量和燃料量。压缩氧化剂量可以由以下装置来控制：氧化剂压缩机11；经配置以将源自氧化剂压缩机11的压缩氧化剂引导到燃烧器22的氧化剂导管52；以及设置在氧化剂导管上的可控的氧化剂阀54，所述氧化剂阀可控为允许将不同的压缩氧化剂量传送到燃烧器22的至少两个打开设置。燃料量可以由可控的燃料阀58来控制，所述燃料阀具有允许将不同的燃料量传送到燃烧器22的至少两个打开设置。应了解，动力设备9可以用计算机化的控制单元65来控制，使得燃烧器22至少周期性地以最佳化学计量比进行操作，所述计算机化的控制单元经配置以控制可控的氧化剂阀54和可控的燃料阀58的设置，并且所述动力设备可以包括用于确定燃烧器22进行操作所使用的当前化学计量比的系统，上文中详细论述的各系统，用于确定当前化学计量比是否等于最佳化学计量比的系统，以及用于实现所需操作模式的控制反馈回路机构。如下文更详细论述，计算机化的控制单元65可以经配置以基于确定燃烧器22中的当前化学计量比是否等于最佳化学计量比、以及提取的工作流体在下游的预期用途，来选择性地从第一提取点75和第二提取点76中至少一者中提取工作流体。

在某些实施例中，动力设备9包括再循环导管40，所述再循环导管经配置以从涡轮机30收集排气，并且将所述排气引导到再循环压缩机12的进气口。再循环导管40可以进一步包括热回收蒸汽发射器，所述热回收蒸汽发生器包括锅炉，所述热回收蒸汽发生器经配置使得来自涡轮机30的排气包括用于锅炉的热源。再循环导管40可以包括位于其上的冷却器44和鼓风机46。冷却器44可以经配置以可控地从流经再循环导管40的排气中移除一定热量，从而在再循环压缩机12的进气口处实现更理想的温度。鼓风机46可以经配置以可控地使流经再循环导管40的排气发生循环，从而在再循环压缩机12的进气口处实现更理想的压力。

动力设备9可以包括用于确定提取点75、76处工作流体的特性性质的仪器、传感器和系统。这些可以包括所述特性的直接测量、或基于其他测定的过程变量的计算。所述特性可以包括工作流体的任何性质，例如，压力和温度。如上所述，提取的工作流体在某些工业和其他应用中具有经济价值。应了解，如果提取的工作流体可以在预期应用中用所需特性有效地传送，例如以所需压力或温度传送，那么它的价值增加。在某些实施例中，用于确定第一提取点75和第二提取点76处的工作流体特性的构件可以包括压力传感器和/或温度传感器。计算机化控制单元65可以经配置基于提取点75、76中每一者处确定工作流体特性，来只从或仅从第一提取点75、仅从第二提取点76、或从第一提取点75和第二提取点76都提取工作流体。计算机化控制单元65可以通过控制第一和第二可控的提取阀61的设置，来完成上述工作。

计算机化控制单元65可以经配置以确定工作流体特性的最佳值。这可以通过确定提取的工作流体在下游的预期应用来完成，这可以通过查阅操作员输入值或其他来完成。所述系统随后可以基于在给定预期下游应用情况下的最佳值，来确定工作流体特性的最佳值。

提取点75、76可以包括各个位置。尽管在图10到图13中提供了有关提取点配置的一些最佳实施例，但是应了解其他实施例也是有可能的。如图10所示，第一提取点75可以具有在再循环压缩机12内的位置，而第二提取点76可以具有在涡轮机30内的位置。如图11所示，第一提取点75可以具有在再循环压缩机12内的位置，而第二提取点76可以具有在再循环导管40内的位置。如图12所示，第一提取点75可以具有在再循环压缩机12内的第一位置，而第二提取点76可以具有在再循环压缩机12内的第二位置。如图13所示，第一提取点75可以具有在涡轮机30内的第一位置，而第二提取点76可以具有在涡轮机30内的第二位置。下文更详细地论述这些配置的优点。

本申请进一步描述了用于对包括以上关于图10到图13所论述配置的动力设备进行控制的方法。一般而言，这些方法可以包括以下步骤：使至少一部分工作流体再循环通过再循环回路；对动力设备进行控制使得燃烧器22至少周期性地以最佳化学计量比进行操作；以及在燃烧器22以最佳化学计量比进行操作的过程中，从位于再循环回路10的第一提取点75和第二提取点76中的至少一者中提取工作流体。对动力设备进行控制使得燃烧器22周期性地以最佳化学计量比进行操作的步骤可以包括以下步骤：对供应到燃烧器22的压缩氧化剂量和燃料量进行控制。

所述方法可以进一步包括以下步骤：确定在第一提取点75处的工作流体特性；确定在第二提取点76处的工作流体特性；以及基于第一提取点75处的工作流体特性和第二提取点76处的工作流体特性，来选择性地仅从第一提取点75、仅从第二提取点76、或从第一提取点75和第二提取点76都提取工作流体。基于下游应用，所述方法可以确定工作流体特性的最佳值，这可以用于选择性地从提取点75、76中提取工作流体。这种类型的操作方法会导致工作流体同时从第一提取点75和第二提取点76被提取出来。在该实例中，所述方法可以可控地将提取自提取点75、76的工作流体流混合，从而产生合并的提取工作流体流，该工作流体的特性符合该特性的最佳值。如上所述，工作流体特性的最佳值可以基于预期的下游应用。计算机化的控制单元65可以经配置以对本说明书中论述的各阀和其他部件的设置进行控制，这样可以实现所需的操作模式。

在某些实施例中，选择性地仅从第一提取点75、仅从第二提取点76、或从第一提取点75和第二提取点76提取工作流体的步骤包括以下步骤：当第一提取点75处的工作流体特性在相对于特性最佳值的预定范围内时，仅从第一提取点75提取；当第二提取点76处的工作流体特性在相对于特性最佳值的预定范围内时，仅从第二提取点76提取；当特性最佳值在第一提取点75处的工作流体特性与第二提取点76处的工作流体特性之间的预定范围内时，从第一提取点75和第二提取点76都提取。用这种方式，所述方法可以在这样会实现所需特性时仅运用一个提取点，或当在给定下游应用的情况下可以运用混合来用更理想的状态传送提取气体时从两个提取点提取。在某些实施例中，这些步骤可以包括以下项：当第一提取点75处的工作流体特性约等于特性最佳值时，从第一提取点75提取；当第二提取点76处的工作流体特性约等于特性最佳值时，从第二提取点76提取；而当特性最佳值在第一提取点75处的工作流体特性与第二提取点76处的工作流体特性之间时，从第一提取点75和第二提取点76都提取。当操作所述方法以从提取点75、76提取工作流体时，可以运用如上提到的混合步骤来产生更理想的组合流。在某些实施例中，这可以通过以下步骤来实现：控制第一可控提取阀61的设置使得第一预定量的工作流体从第一提取点75提取；控制第二可控提取阀61的设置使得第二预定量的工作流体从第二提取点76提取；以及在组合节点处将第一预定量的工作流体与第二预定量的工作流体组合起来以形成组合的提取工作流体流。应了解，给定第一提取点75和第二提取点76处工作流体的特性，从第一提取点75提取的第一预定量的工作流体和从第二提取点76提取的第二预定量的工作流体可以包括预定量的工作流体，该预定量的工作流体一旦混合便产生具有特性最佳值的组合的提取工作流体流。如上所述，所述特性可以是压力和温度中的一者，但是其他特性是有可能的。

可以预定提取点位置以在传送具有所需特性的提取流时提供所需操作、效率以及灵活性。通常，第一提取点75可以具有在再循环回路10内的预定第一位置，而第二提取点76可以具有在再循环回路10内的预定第二位置。在一项最佳实施例中，再循环回路10内的第一预定位置和再循环回路10内的第二预定位置经选择，使得在每一位置处的工作流体包括不同的第一特性和类似的第二特性。在这种情况下，从第一提取点75和第二提取点76提取的工作流体可以经混合以实现用于第一特性的大范围水平，而该混合对所得的第二特性影响较小，该第二特性将保持在提取流的类似第二特性水平附近。在其他情况下，再循环回路10内的第一预定位置和再循环回路10内的第二预定位置可以经选择，使得在每一位置处的工作流体包括不同的第一特性和不同的第二特性。这次，从第一提取点75和第二提取点76提取的工作流体可以经混合以实现大范围的第一特性值和大范围的第二特性值。

参考图10，应了解第一提取点75在再循环压缩机12内的位置以及第二提取点76在涡轮机30内的位置可以经选择，使得不同的第一特性是压力、而类似的第二特性是温度。参考图11，应了解第一提取点75在再循环压缩机12内的位置以及第二提取点76在再循环导管40内的位置可以经选择，使得不同的第一特性是压力、而类似的第二特性是温度。第二提取点76的位置可以发生变化，以产生其他结果，例如产生不同的温度特性。另一种可能配置包括将第一提取点75定位在涡轮机30中、而将第二提取点76定位在再循环导管40中，从而实现这两个提取位置处的不同压力和不同温度特性。应了解，这种类型的布置方案可以在将提取流进行混合以实现压力和温度特性中每一者的大范围值时，提供巨大的灵活性。

在另一实施例中，如图12所示，第一提取点75可以具有在再循环压缩机12内的第一预定位置，该第一预定位置可以经选择以在动力设备9预期的第一操作模式下，为提取的工作流体提供所需压力或温度水平。第二提取点76可以具有在再循环压缩机12内的第二预定位置，该第二预定位置可以经选择以在动力设备9预期的第二操作模式下，为提取的工作流体提供所需压力或温度水平。应了解，无论动力设备9是以第一操作模式操作还是以第二操作模式操作，该配置都以一致压力或温度水平，即，所需压力或温度水平，来提供提取工作流体的灵活性。在最佳实施例中，这些模式符合基本负载操作模式和调低操作模式。应了解，在动力设备9的操作模式保持不变的过程中，该配置进一步提供在不同的压力或温度水平下进行提取的有利替代方案。

在另一实施例中，如图13所示，第一提取点75可以具有在涡轮机30内的第一预定位置，该第一预定位置可以经选择以在动力设备9预期的第一操作模式下，为提取的工作流体提供所需压力或温度水平。第二提取点76可以具有在涡轮机30内的第二预定位置，该第二预定位置可以经选择以在动力设备9预期的第二操作模式下，为提取的工作流体提供所需压力或温度水平。在这种情况下，无论动力设备9是以第一操作模式操作还是以第二操作模式操作，该配置都以一致压力或温度水平，即，所需压力或温度水平，提供提取工作流体的灵活性。在最佳实施例中，这些模式符合基本负载操作模式和调低操作模式。应了解，在动力设备9的操作模式保持不变的过程中，该配置进一步提供在不同的压力或温度水平下进行提取的有利替代方案。

根据上文对本发明的最佳实施例进行的描述，所属领域的技术人员应注意到各种改进、变化和修改。在所属技术领域范围内的此类改进、变化和修改意图包括在所附权利要求书的范围内。此外，应了解，上述说明仅涉及本发明的所述实施例，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做多种变化和修改，本发明的精神和范围由所附权利要求书及其等效物定义。

Claims

1.一种动力设备，所述动力设备经配置以包括工作流体再循环所环绕的再循环回路，所述再循环回路包括多个部件，所述多个部件经配置以从邻近的上游部件接收流出的工作流体并且向邻近的下游部件提供流入的工作流体，其中所述再循环回路包括：再循环压缩机；位于所述再循环压缩机下游的上游燃烧器；位于所述上游燃烧器下游的高压涡轮机；位于所述高压涡轮机下游的下游燃烧器；位于所述下游燃烧器下游的低压涡轮机；以及经配置以将流出的工作流体从所述低压涡轮机引导到所述再循环压缩机的再循环导管，所述动力设备包括：

氧化剂压缩机，所述氧化剂压缩机经配置以向所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者提供压缩氧化剂；以及

用于从设置在所述再循环回路上预定位置处的提取点提取一部分所述工作流体的构件。

2.根据权利要求1所述的动力设备，其中

从所述低压涡轮机流出的工作流体包括排气，所述排气经由所述再循环导管被引导到所述再循环压缩机；

所述再循环压缩机经配置以压缩所述排气，从而使从所述再循环压缩机流出的工作流体包括压缩排气；以及

用于从所述提取点提取所述工作流体的所述部分的所述构件，包括用于控制在所述提取点提取的工作流体量的构件。

3.根据权利要求2所述的动力设备，其中所述再循环导管经配置以从所述低压涡轮机收集所述排气的一部分，并且将所述排气的所述部分引导通过一段导管，使得所述排气被供应到所述再循环压缩机的进气口；

其中所述再循环导管进一步包括热回收蒸汽发生器，所述热回收蒸汽发生器包括锅炉；并且

其中所述热回收蒸汽发生器经配置使得来自所述低压涡轮机的所述排气包括用于所述锅炉的热源。

4.根据权利要求2所述的动力设备，其中冷却器和鼓风机中的至少一者设置在所述再循环导管上；

其中所述冷却器包括构件，所述构件用于可控地从流经所述再循环导管的所述排气中移除一定热量，从而在所述再循环压缩机的所述进气口处实现更理想的温度；并且

其中所述鼓风机包括构件，所述构件用于可控地使流经所述再循环导管的所述排气发生循环，从而在所述再循环压缩机的所述进气口处实现更理想的压力。

5.根据权利要求2所述的动力设备，进一步包括上游燃烧器燃料供应源和下游燃烧器燃料供应源；

其中：

所述上游燃烧器燃料供应源包括用于可控地改变供应到所述上游燃烧器的燃料量的构件；并且

所述下游燃烧器燃料供应源包括用于可控地改变供应到所述下游燃烧器的燃料量的构件。

6.根据权利要求5所述的动力设备，进一步包括氧化剂导管，所述氧化剂导管经配置以将所述压缩氧化剂从所述氧化剂压缩机引导到所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者；

其中所述氧化剂导管包括用于可控地改变供应到所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者的压缩氧化剂量的构件。

7.根据权利要求6所述的动力设备，其中所述氧化剂导管进一步包括用于以最佳的喷射压力水平将所述压缩氧化剂传送到所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者的构件。

8.根据权利要求7所述的动力设备，其中用于以所述最佳的喷射压力水平将所述压缩氧化剂传送到所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者的所述构件包括在所述氧化剂压缩机上选定的提取位置，处于理想压力下的压缩氧化剂便从所述选定的提取位置处提取。

9.根据权利要求7所述的动力设备，进一步包括：设置在所述氧化剂导管上的增压压缩机；以及氧化剂阀，所述氧化剂阀包括用于可控地改变供应到所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中一者的所述压缩氧化剂量的构件；

其中所述增压压缩机经配置以使流经所述氧化剂导管的所述压缩氧化剂增压，使得供应到所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中一者的所述压缩氧化剂量的压力水平对应于最佳喷射压力水平。

10.根据权利要求9所述的动力设备，进一步包括排气口，所述排气口设置在所述氧化剂导管上、所述氧化剂压缩机与所述增压压缩机之间，所述排气口经配置以可控地改变排放到大气中的压缩氧化剂量。

11.根据权利要求6所述的动力设备，进一步包括用于控制所述动力设备、使得所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者以最佳化学计量比进行操作的构件；

其中所述提取点的所述预定位置包括在所述再循环回路上的一个位置范围，所述位置范围限定在所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中可以最佳化学计量比进行操作的燃烧器、与在下游方向上行进的所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的另一者之间。

12.根据权利要求11所述的动力设备，其中

如果所述氧化剂压缩机经配置以向所述上游燃烧器提供压缩氧化剂，那么所述动力设备包括用于控制所述下游燃烧器以使其以所述最佳化学计量比进行操作的构件；并且

如果所述氧化剂压缩机经配置以向所述下游燃烧器提供压缩氧化剂，那么所述动力设备包括用于控制所述上游燃烧器以使其以所述最佳化学计量比进行操作的构件。

13.根据权利要求11所述的动力设备，其中用于控制所述动力设备、使得所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者以所述最佳化学计量比进行操作的所述构件包括计算机化的控制单元，所述计算机化的控制单元经配置以控制以下部件的操作：用于可控地改变供应到所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中一者的所述压缩氧化剂量的构件；用于可控地改变供应到所述上游燃烧器的所述燃料量的构件；以及用于可控地改变供应到所述下游燃烧器的所述燃料量的构件；并且

其中所述最佳化学计量比是约为1的化学计量比。

14.根据权利要求13所述的动力设备，其中所述最佳化学计量比包括在0.75与1.25之间的化学计量比。

15.根据权利要求13所述的动力设备，其中所述最佳化学计量比包括在0.9与1.1之间的化学计量比。

16.根据权利要求13所述的动力设备，其中所述最佳化学计量比包括在1.0与1.1之间的化学计量比。

17.根据权利要求11所述的动力设备，其中所述氧化剂压缩机经配置以向所述上游燃烧器而不是向所述下游燃烧器提供压缩氧化剂；并且

其中用于控制所述动力设备使得所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者以所述最佳化学计量比进行操作的所述构件，包括用于控制所述动力设备使得所述下游燃烧器以所述最佳化学计量比进行操作的构件。

18.根据权利要求17所述的动力设备，其中所述提取点的所述预定位置包括在所述再循环回路上的一个位置范围，所述位置范围限定在所述下游燃烧器与在下游方向上行进的所述上游燃烧器之间。

19.根据权利要求18所述的动力设备，其中

所述上游燃烧器经配置以将来自所述氧化剂压缩机的所述压缩氧化剂与来自所述再循环压缩机的所述压缩排气进行组合，并且在其中使来自所述上游燃烧器燃料供应源的燃料发生燃烧；并且

所述下游燃烧器经配置以在没有直接从压缩机供应的压缩氧化剂供应的情况下进行操作，所述下游燃烧器经配置以将来自所述下游燃烧器燃料供应源的燃料与来自所述高压涡轮机的所述排气中的过量氧化剂一起燃烧。

20.根据权利要求18所述的动力设备，进一步包括用于测试所述工作流体以确定所述下游燃烧器是否以所述最佳化学计量比进行操作的构件；

其中用于测试所述工作流体的所述构件位于相对于所述提取点的所述预定位置的所述再循环回路上。

21.根据权利要求20所述的动力设备，用于测试所述工作流体的所述构件包括用于检测过量氧化剂的传感器和用于检测未耗尽燃料的传感器中的至少一者；

其中用于测试所述工作流体的所述构件在所述再循环回路上的位置包括一个位置范围，所述位置范围限定在所述提取点与在上游方向上行进的所述下游燃烧器之间。

22.根据权利要求11所述的动力设备，其中所述氧化剂压缩机经配置以向所述下游燃烧器而不是向所述上游燃烧器提供压缩氧化剂；并且

其中用于控制所述动力设备使得所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的一者以所述最佳化学计量比进行操作的所述构件，包括用于控制所述动力设备以使得所述上游燃烧器以所述最佳化学计量比进行操作的构件。

23.根据权利要求22所述的动力设备，其中所述提取点的所述预定位置包括在所述再循环回路上的一个位置范围，所述位置范围限定在所述上游燃烧器与在下游方向上行进的所述下游燃烧器之间。

24.根据权利要求23所述的动力设备，其中

所述下游燃烧器经配置以将来自所述氧化剂压缩机的所述压缩氧化剂与来自所述高压涡轮机的所述压缩排气进行组合，并且在其中使来自所述下游燃烧器燃料供应源的燃料发生燃烧；并且

所述上游燃烧器经配置以在没有直接从任何压缩机供应的压缩氧化剂供应的情况下进行操作，所述上游燃烧器经配置以将来自所述上游燃烧器燃料供应源的燃料在来自所述再循环压缩机的压缩排气流中含有的过量氧化剂中燃烧。

25.根据权利要求23所述的动力设备，进一步包括用于测试所述工作流体以确定所述上游燃烧器是否以所述最佳化学计量比进行操作的构件；

26.根据权利要求25所述的动力设备，用于测试所述工作流体的所述构件包括用于检测过量氧化剂的传感器和用于检测未耗尽燃料的传感器中的至少一者；并且

其中用于测试所述工作流体的所述构件在所述再循环回路上的位置包括一个位置范围，所述位置范围限定在所述提取点与在上游方向上行进的所述上游燃烧器之间。

27.根据权利要求13所述的动力设备，进一步包括氧气传感器，所述氧气传感器经配置以测试所述再循环回路中的所述工作流体，所述氧气传感器设置在所述提取点与在所述再循环回路上的上游方向上行进时遇到的所述上游燃烧器和所述下游燃烧器中的第一个燃烧器之间；

进一步包括用于确定所述氧气含量是否超过预定阈值的构件。

28.根据权利要求20所述的动力设备，其中所述提取点的所述预定位置包括正好在所述上游燃烧器上游的位置；并且

其中用于测试所述工作流体的所述构件包括氧气传感器，所述氧气传感器正好设置在所述提取点的上游。

29.根据权利要求2所述的动力设备，进一步包括：

负载；以及

公共轴杆，所述公共轴杆用于连接所述负载、所述氧化剂压缩机、所述再循环压缩机、所述高压涡轮机以及所述低压涡轮机，使得所述高压涡轮机和所述低压涡轮机驱动所述负载、所述氧化剂压缩机、以及所述再循环压缩机。

30.根据权利要求29所述的动力设备，其中

所述负载包括发电机；

在所述公共轴杆上，所述再循环压缩机位于所述高压涡轮机与所述氧化剂压缩机之间，并且

其中，在所述公共轴杆上，所述高压涡轮机位于所述低压涡轮机与所述再循环压缩机之间。

31.根据权利要求2所述的动力设备，进一步包括：

发电机；以及

同心轴杆，所述同心轴杆包括第一轴杆和第二轴杆；

其中所述第一轴杆连接到所述高压涡轮机并且对所述发电机、所述氧化剂压缩机以及所述再循环压缩机中的至少一者进行驱动；并且

其中所述第二轴杆连接到所述低压涡轮机，并且对所述发电机、所述氧化剂压缩机以及所述再循环压缩机中的至少一者进行驱动。

32.根据权利要求2所述的动力设备，其中用于提取一部分所述工作流体的构件包括提取阀，所述提取阀经配置以可控地改变所提取的所述工作流体的所述部分。

33.根据权利要求2所述的动力设备，其中所述再循环导管包括用于可控地将所述工作流体的一部分排放到大气中的构件。