CN104769255A - 用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种系统，其包括涡轮燃烧器，由来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机，以及排气压缩机。排气压缩机被配置为压缩排气并将其从涡轮机输送到涡轮燃烧器。该系统还包括穿过排气压缩机、涡轮燃烧器和涡轮机延伸的排气再循环(EGR)路径，沿着该EGR路径布置的第一排气(EG)抽取口，以及沿着该EGR路径布置的第二EG抽取口。

Description

用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年4月12日提交的题为“METHODS，SYSTEMS ANDAPPARATUS RELATING TO COMBUSTION TURBINE POWER PLANTSWITH EXHAUST GAS RECIRCULATION”的美国非临时专利申请第13/445003号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此，以及2012年12月28日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR A STOICHIOMETRICEXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请第61/747211号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机。
背景技术
燃气涡轮发动机的应用领域非常广泛，例如发电、航空器以及各种机械装置。燃气涡轮发动机通常在燃烧器部燃烧燃料和氧化剂(例如，空气)以生成热燃烧产物，然后该产物驱动涡轮机部中的一个或多个涡轮机级。涡轮机部进而驱动压缩机部中的一个或多个压缩机级，从而将氧化剂与燃料一起从入口压缩到燃烧器部。再者，燃料与氧化剂在燃烧器部混合，并接着燃烧以产生热燃烧产物。燃气涡轮发动机通常沿着燃烧器部的燃烧室上游的一个或多个流动路径预混合燃料和氧化物，因此燃气涡轮发动机通常以预混火焰运行。不利的是，预混火焰可能难以控制或维持，这可能会影响各种排气排放和功率要求。此外，燃气涡轮发动机通常消耗大量的空气作为氧化剂，并输出相当大量的排气到大气中。换句话说，排气通常作为燃气涡轮机运行的副产物被浪费掉。
发明内容
下面概述在范围上与最初要求保护的发明匹配的某些实施例。这些实施例并不旨在限制要求保护的发明的范围，相反这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简短概括。实际上，本发明可能包含可与下面阐述的实施例类似或不同的各种形式。
在第一实施例中，一种系统包括涡轮燃烧器，由来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机，以及排气压缩机。该排气压缩机被配置为压缩排气并将其从涡轮机输送到涡轮燃烧器。该系统还包括穿过排气压缩机、涡轮燃烧器和涡轮机延伸的排气再循环(EGR)路径，沿着该EGR路径布置的第一排气(EG)抽取口，以及沿着该EGR路径布置的第二EG抽取口。
在第二实施例中，一种系统包括控制系统，该控制系统被配置为接收指示流过一部分排气再循环(EGR)路径的排气的属性的传感器反馈，所述排气再循环(EGR)路径穿过排气压缩机、涡轮燃烧器和涡轮机延伸。该控制系统还被配置为至少部分基于该传感器反馈，控制通过沿着EGR路径设置的多个抽取口抽取排气。
在第三实施例中，一种方法包括用来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动涡轮机，在排气压缩机中压缩来自涡轮机的排气，以及沿着从排气压缩机穿过涡轮燃烧器进入涡轮机的流动路径输送排气。该方法还包括经由沿着该流动路径布置的第一抽取口抽取排气，以及经由沿着该流动路径布置的第二抽取口抽取排气。
附图说明
当参照附图阅读下列具体实施方式时，本发明的这些和其他特征、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：
图1是具有联结/耦连(couple)到烃类生产系统的基于涡轮机的服务系统的系统实施例的示意图；
图2是图1的系统实施例的示意图，其进一步示出控制系统和组合循环系统；
图3是图1和图2的系统实施例的示意图，其进一步示出燃气涡轮发动机、排气供给系统和排气处理系统的细节；
图4是用于运行图1-3的系统的过程实施例的流程图；
图5是图1-3的系统实施例的示意图，其进一步示出用于从该系统抽取排气的多个抽取点；
图6是图1-3和图5的系统实施例的示意图，其示出带有两个燃烧器单元的燃气涡轮发动机；
图7是图3、图5和图6的排气供给系统的实施例的示意图，其示出混合单元；
图8是图3、图5和图6的排气供给系统的实施例的示意图；以及
图9是用于运行图5-8的系统的过程实施例的流程图。
具体实施方式
本发明的一个或多个具体实施例将在下面描述。为了提供这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(例如在工程规划或设计项目中)，需要做出众多与实施方式相关的决定以实现指定目标，例如符合在不同实施方式中彼此不同的系统相关约束和/或商业相关约束。而且，应认识到，这种开发工作可能是复杂和费时的，然而，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。
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。而本发明的实施例可以体现为许多替代形式，并且不应仅限于本文阐述的实施例。
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，本发明并不打算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、等效和替代实施例。
本文所使用的术语仅用于描述某些实施例，并不是为了限制示例性实施例。正如本文所使用，单数形式“一”、“一个”、“该”也包括复数形式，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，但不排除存在和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。
虽然术语第一、第二、主要、次要等可以在本文中被用于描述各个元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这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，在没有偏离示例性实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，以及同样，第二元件可以被称为第一元件。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。
本文可能使用某些术语，这仅为了方便读者而不应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构形。实际上，本发明的实施例的一个或多个元件可以被取向在任何方向，因此，所述术语应当被理解为包含这类变化，除非以其他方式指出不同。
如下面所详细讨论的，所公开的实施例一般涉及带有排气再循环(EGR)的燃气涡轮机系统，尤其是涉及使用EGR的燃气涡轮机系统的化学计量操作。例如，燃气涡轮机系统可以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以化学计量燃烧，以及收集排气用于各个目标系统。排气的再循环可以与化学计量燃烧一起帮助增加排气中的二氧化碳(CO2)浓度水平，然后二氧化碳可以被后处理以分离和纯化CO2和氮气(N2)用于各个目标系统。燃气涡轮机系统还可以采用沿着排气再循环路径的各种排气处理(例如热回收、催化反应等)，从而增加CO2的浓度水平，减少其他排放物(例如一氧化碳、氮氧化物以及未燃烧烃类)的浓度水平，并增加能量回收(例如用热回收单元)。此外，燃气涡轮发动机可以被配置为通过一个或多个扩散火焰(例如，使用扩散燃料喷嘴)、预混火焰(例如，使用预混燃料喷嘴)或其任何组合来燃烧燃料和氧化剂。在某些实施例中，扩散火焰可以帮助将化学计量燃烧的稳定性和操作维持在某些限度内，这进而帮助增加CO2的产量。例如，与利用预混火焰运行的燃气涡轮机系统相比，利用扩散火焰运行的燃气涡轮机系统可以使更大量的EGR可行。反过来，EGR的增加量帮助增加CO2产量。可能的目标系统包括管道、储罐、碳汇系统以及烃类生产系统，例如强化采油(EOR)系统。
如下面所进一步讨论的，所公开的实施例可以从燃气涡轮发动机和沿着排气再循环路径的排气处理系统(例如EGR系统)上的一个或多个抽取点(例如1到100个或更多点)抽取排气。例如，抽取点可以包括在压缩机部的每个压缩机级处或其下游的排气抽取点，与一个或多个燃烧器部关联的多个排气抽取点，在一个或多个涡轮机部的每个涡轮机级处或其下游的排气抽取点，和/或在各个排气处理组件(例如，催化剂单元、热交换器例如热回收单元或热回收蒸汽发生器、水分去除装置、微粒去除单元、鼓风机等)处或其上游或其下游的一个或多个排气抽取点。这些抽取点中的每一个能够抽取具有基本等于、大于或小于其他抽取点的气体成分、温度、压力和/或其他属性(即主要是排气属性)的排气。在某些实施例中，每个抽取点可以具有适合不止一个下游处理过程的排气属性，因此，每个抽取点可以被单独用于这类下游处理过程。在其他实施例中，两个或更多个抽取点可以集中作为混合物用于一个或多个下游处理过程或单独用于一个或多个下游处理过程。例如，两个或更多个抽取点可以具有类似的、完全不同的或者部分类似且部分不同的排气属性(例如压力、温度、气体成分等)。在一个实施例中，两个或更多个抽取点可以具有不同的温度和/或气体成分而具有类似的压力，使得来自两个或更多个抽取点的排气可以被混合在一起，以实现新的温度和/或气体成分而具有基本相同的压力。在另一个示例中，两个或更多个抽取点可以具有类似的温度和/或气体成分而具有不同的压力，使得来自两个或更多个抽取点的排气可以被混合在一起，以实现新的压力并具有基本相同的温度和/或气体成分。因此，根据下游处理过程的需求，任何数量的抽取点可以被用于实现用于下游处理过程的期望排气属性(例如压力、温度、气体成分等)。
图1是具有与基于涡轮机的服务系统14关联的烃类生产系统12的系统10的实施例的示意图。如下面进一步详细讨论的，基于涡轮机的服务系统14的各种实施例被配置为向烃类生产系统12提供各种服务例如电力、机械力和流体(例如排气)以促进油和/或气的生产或回收。在图示的实施例中，烃类生产系统12包括油/气抽取系统16和强化油回收(EOR)系统18，二者联结/耦连(couple)到地下储层20(例如油、气或烃类储层)。油/气抽取系统16包括各种地面设备22，例如联结到油/气井26的圣诞树或生产树24。此外，井26可以包括通过地球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包括一个或多个阀门、扼流圈、隔离套、防喷器以及各种流量控制装置，其调节压力并且控制去到和来自地下储层20的流动。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，EOR系统18可以通过将一种或多种流体注入地下储层20中来增加油或气的生产量。
因此，EOR系统18可以包括流体注入系统34，该流体注入系统具有通过地球32中的孔30延伸到地下储层20的一个或多个管件36。例如，EOR系统18可以将一种或多种流体40例如气体、蒸汽、水、化学物质或其任何组合输送到流体注入系统34中。例如，如下面所进一步详细讨论的，EOR系统18可以被联结到基于涡轮机的服务系统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EOR系统18用作注入流体40。流体注入系统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通过烃类生产系统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可以包括源自基于涡轮机的服务系统14的排气42，该基于涡轮机的服务系统能够根据烃类生产系统12的需要在现场生成排气42。换句话说，基于涡轮机的服务系统14可以同时生成供烃类生产系统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)以及排气(例如基本没有氧气))，从而降低或消除这类服务对外部源的依赖。
在图示的实施例中，基于涡轮机的服务系统14包括化学计量排气再循环(SEGR)燃气涡轮机系统52和排气(EG)处理系统54。燃气涡轮机系统52可以被配置为以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，燃烧通常以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phi(φ)，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以指的是大约0.95到大约1.05的当量比。然而，本公开的实施例也可以包括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，在基于涡轮机的服务系统14中的燃料和氧化剂的化学计量燃烧可以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可以具有小于1％、2％、3％、4％或5％体积百分比的氧化剂(例如氧气)、未燃烧燃料或烃类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如SOx)、氢和其他未完全燃烧产物。通过进一步的示例，排气42可以具有小于大约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)、未燃烧燃料或烃类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如SOx)、氢和未完全燃烧产物的量。然而，本公开实施例还可以在排气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以指的是某些燃烧产物(例如NOx、CO、SOx、O2、N2、H2、HC等)的浓度水平，所述燃烧产物可以存在于再循环气体流、排出气体流(例如排放到大气中)以及用在各种目标系统(例如烃类生产系统12)中的气体流。
虽然不同实施例中的SEGR燃气涡轮机系统52和EG处理系统54可以包括各种组件，但图示的EG处理系统54包括热回收蒸汽发生器(HRSG)56和排气再循环(EGR)系统58，二者接收并处理源自SEGR燃气涡轮机系统52的排气60。HRSG 56可以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可以被用在一个或多个蒸汽涡轮机、EOR系统18或烃类生产系统12的任何其他部分中。例如，HRSG 56可以生成低压、中压和/或高压蒸汽62，其可以被选择性应用于低压、中压和高压蒸汽涡轮机级或EOR系统18的不同应用中。除了蒸汽62之外，处理水64例如淡化水也可以由HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一部分或SEGR燃气涡轮机系统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可以至少部分由于驱动SEGR燃气涡轮机系统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(包括烃类生产系统12)中是特别有利的，但排气42、60的现场生成对EOR系统18来说是特别有利的，这是由于所述排气从SEGR燃气涡轮机系统52获得低氧含量、高压和热度。因此，HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一部分可以将排气66输出或再循环到SEGR燃气涡轮机系统52中，同时还将排气42输送到EOR系统18以供烃类生产系统12使用。同样，可以从SEGR燃气涡轮机系统52直接抽取排气42(即无需经过EG处理系统54)，以用于烃类生产系统12的EOR系统18。
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、阀门、鼓风机、排气处理系统(例如过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化单元、热交换器、热回收单元、水分去除单元、催化剂单元、化学注入单元或其任何组合)以及沿着从SEGR燃气涡轮机系统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燃气涡轮机系统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的吸气一起压缩以供燃烧器部使用。氧化剂68可以包括环境空气、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可以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可以包括天然气、液化天然气(LNG)、合成气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、煤油、柴油、乙醇、甲醇、生物燃料或其任何组合。
SEGR燃气涡轮机系统52在燃烧器部中混合并燃烧排气66、氧化剂68和燃料70，从而生成驱动涡轮机部中的一个或多个涡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以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以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，扩散火焰可以提供增加的火焰稳定性，这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)可以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)可以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。使用这些稀释剂可以帮助调剂火焰(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(NO2)。不管火焰的类型如何，燃烧产生热燃烧气体或排气60以驱动一个或多个涡轮机级。在每个涡轮机级由排气60驱动时，SEGR燃气涡轮机系统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，并且可以进一步输出水64。再者，水64可以是处理水例如淡化水，这在各种现场应用或非现场应用中可能是有用的。
排气抽取还通过使用一个或多个抽取点76的SEGR燃气涡轮机系统52来提供。例如，图示的实施例包括具有排气(EG)抽取系统80和排气(EG)处理系统82的排气(EG)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。所述目标系统可以包括EOR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可以包括一个或多个管道、阀门、控件和流动分离装置，这有利于隔离排气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可以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、不可透水性过滤器以及其他过滤器)、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的这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)以及气体成分(例如CO2、N2等的百分比)。
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可以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，所述系统被控制以分离和净化含碳气体(例如二氧化碳)92和/或氮气(N2)94供各种目标系统使用。例如，EG处理系统82的实施例可以执行气体分离和净化以产生排气42的多个不同流95，例如第一流96、第二流97和第三流98。第一流96可以具有富二氧化碳和/或稀氮气的第一成分(例如富CO2稀N2流)。第二流97可以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CO2、N2流)。第三流98可以具有稀二氧化碳和/或富氮气的第三成分(例如稀CO2富N2流)。每个流95(例如96、97和98)可以包括气体脱水单元、过滤器、气体压缩机或其任何组合，以便促进将流95输送到目标系统。在某些实施例中，富CO2稀N2流96可以具有大于大约70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％体积百分比的CO2纯度或浓度水平，以及小于大约1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％或30％体积百分比的N2纯度或浓度水平。相反，稀CO2富N2流98可以具有大于大约1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％或30％体积百分比的CO2纯度或浓度水平，以及小于大约70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％体积百分比的N2纯度或浓度水平。中等浓度CO2、N2流97可以具有在大约30％到70％、35％到65％、40％到60％或45％到55％之间的体积百分比的CO2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CO2稀N2流96和稀CO2富N2流98可以特别适用于EOR系统18和其他系统84。然而，这些富、稀或中等浓度CO2流95可以单独地或以各种组合形式用于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88以及碳汇系统90)中的每一个可以接收一个或多个富CO2稀N2流96、一个或多个稀CO2富N2流98，一个或多个中等浓度CO2、N2流97以及一个或多个未处理排气42流(即绕过EG处理系统82)。
EG抽取系统80在沿着压缩机部、燃烧器部和/或涡轮机部的一个或多个抽取点76处抽取排气42，使得排气42可以以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还可以使流向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可以被EG抽取系统80抽取以用于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可以是彼此独立的或集成在一起，并因此可以使用独立的或公共的子系统。例如，EG处置系统82可以被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可以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。
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可以基本没有氧化剂68和燃料70(例如未燃烧的燃料或烃类)。此外，根据目标系统，所抽取的排气42可以在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可以具有小于1％、2％、3％、4％或5％体积百分比的氧化剂(例如氧气)、未燃烧燃料或烃类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如SOx)、氢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可以具有小于大约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)、未燃烧燃料或烃类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如SOx)、氢气和不完全燃烧产物的量。因此，排气42特别适用于EOR系统18。
涡轮机系统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的压缩机部可以用于压缩没有任何氧化剂68的排气66(即只压缩排气66)，使得可以在吸入氧化剂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可以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可以不与氧化剂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)可以用于将氧化剂68和燃料70与抽取点76隔离开。通过这些流动隔离器，抽取点76可以直接沿着燃烧器部中每个燃烧器的壁布置。
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份(例如燃烧室)，则SEGR燃气涡轮机系统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可以保持大约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，可以从SEGR燃气涡轮机系统52的涡轮机部抽取该燃烧产物(或排气)以用作被输送到EOR系统18的排气42。沿着涡轮机部，抽取点76可以被设置在任何涡轮机级处，例如相邻涡轮机级之间的级间端口。因此，使用任何前述抽取点76，基于涡轮机的服务系统14可以生成、抽取和传送排气42到烃类生产系统12(例如EOR系统18)，以用于从地下储层20生产油/气48。
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涡轮机的服务系统14和烃类生产系统12的控制系统100。在图示的实施例中，基于涡轮机的服务系统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燃气涡轮机系统52、作为底部循环的蒸汽涡轮机104以及从排气60回收热量以生成用于驱动蒸汽涡轮机104的蒸汽62的HRSG 56。再者，SEGR燃气涡轮机系统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燃气涡轮机系统52可以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、泵、烃类生产系统12的设备或其任意组合。在某些实施例中，机器106可以包括其他驱动器，例如与SEGR燃气涡轮机系统52串联的电动马达或蒸汽涡轮机(例如蒸汽涡轮机104)。因此，由SEGR燃气涡轮机系统52(以及任何附加驱动器)驱动的机器106的输出可以包括机械力72和电力74。机械力72和/或电力74可以现场用于对烃类生产系统12提供动力，电力74可以被分配到电网，或其任何组合。机器106的输出还可以包括压缩流体，例如吸入到SEGR燃气涡轮机系统52的燃烧部中的压缩氧化剂68(例如空气或氧气)。这些输出中的每一个(例如排气60、机械力72、电力74和/或水64)可以被认为是基于涡轮机的服务系统14的服务。
SEGR燃气涡轮机系统52产生可能基本无氧的排气42、60，并且将这种排气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可以处置并传送排气42(例如流95)至烃类生产系统12和/或其他系统84。如上面所讨论的，EG处理系统54可以包括HRSG 56和EGR系统58。HRSG56可以包括一个或多个热交换器、冷凝器和各种热回收设备，所述热回收设备可以被用于回收来自排气60的热量或将其传递给水108以生成用于驱动蒸汽涡轮类似于SEGR燃气涡轮机系统52，蒸汽涡轮机104可以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燃气涡轮机系统52和蒸汽涡轮机104被串联布置以驱动相同的机器106。然而，在其他实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52可以单独驱动不同的机器106，以便独立生成机械力72和/或电力74。在蒸汽涡轮机104由来自HRSG 56的蒸汽62驱动时，蒸汽62的温度和压力逐渐降低。因此，蒸汽涡轮机104将使用过的蒸汽62和/或水108再循环回到HRSG 56中，以便经由排气60的热回收用于生成额外的蒸汽。除了生成蒸汽之外，HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的其他部分还可以产生水64、用于烃类生产系统12的排气42以及用作进入SEGR燃气涡轮机系统52的输入的排气66。例如，水64可以是处理水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的实施例可以被配置为通过EGR系统58再循环排气60，排气60可以经过或不经过HRSG 56。
在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统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HRSG 56和EGR系统58。EGR系统58可以包括沿着路径110串联和/或并联排列的一个或多个导管、阀门、鼓风机、气体处理系统(例如过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化单元、热交换器、热回收单元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)。这类气体处理系统可以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可以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HRSG56的实施例中，HRSG 56可以被认为是EGR系统58的组件。然而，在某些实施例中，HRSG 56可以沿着独立于排气再循环路径110的排气路径布置。不管HRSG 56是否沿着单独路径或与EGR系统58共用的路径，HRSG 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(例如用于烃类生产系统12和/或其他系统84)的排气42或者排气的其他输出。再者，SEGR燃气涡轮机系统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)，以产生用于分配到EG处理系统54、烃类生产系统12或其他系统84的基本无氧且无燃料的排气60。
如上面参照图1所述，烃类生产系统12可以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，烃类生产系统12可以包括具有流体注入系统34的EOR系统18。在图示的实施例中，流体注入系统34包括排气注入EOR系统112和蒸汽注入EOR系统114。虽然流体注入系统34可以从各种来源接收流体，但图示的实施例可以从基于涡轮机的服务系统14接收排气42和蒸汽62。由基于涡轮机的服务系统14产生的排气42和/或蒸汽62还可以被输送到烃类生产系统12以用于其他油/气系统116。
排气42和/或蒸汽62的数量、质量和流量可以由控制系统100来行控制。控制系统100可以完全专用于基于涡轮机的服务系统14，或者控制系统100也可以可选地提供对烃类生产系统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、蒸汽涡轮机控件124、SEGR燃气涡轮机系统控件126和机器控件128。处理器120可以包括单一处理器或者两个或更多个冗余处理器，例如用于控制基于涡轮机的服务系统14的三重冗余处理器。存储器122可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。例如，存储器122可以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可以包括软件和/或硬件控件。例如，控件124、126和128可以包括存储在存储器12中并由处理器120可执行的各种指令或代码。控件124被配置为控制蒸汽涡轮机104的操作，SEGR燃气涡轮机系统控件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)可以被配置为协调基于涡轮机的服务系统14的各个子系统，以向烃类生产系统12提供合适的排气流42。
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(例如直接在这类元件内、在这类元件上游或下游)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以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、阀门、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以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。
为了促进这类控制功能，控制系统100包括在整个系统10分布的一个或多个传感器，以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可以从传感器获得，所述传感器分布在整个SEGR燃气涡轮机系统52、机器106、EG处理系统54、蒸汽涡轮机104、烃类生产系统12中，或分布在整个基于涡轮机的服务系统14或烃类生产系统12的任何其他组件中。例如，传感器反馈130可以包括温度反馈、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可以包括排气42、60的成分，以促进在SEGR燃气涡轮机系统52中的化学计量燃烧。例如，传感器反馈130可以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以及沿着排气再循环路径110和/或在SEGR燃气涡轮机系统52内布置的一个或多个排气排放传感器的反馈。吸入氧化剂传感器、吸入燃料传感器和排气排放传感器可以包括温度传感器、压力传感器、流速传感器和成分传感器。排放传感器可以包括用于氮氧化物(例如NOx传感器)、碳氧化物(例如CO传感器和CO2传感器)、硫氧化物(例如SOx传感器)、氢(例如H2传感器)、氧(例如O2传感器)、未燃烧油气(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。
使用这种反馈130，控制系统100可以调整(例如增加、减少或保持)排气66、氧化剂68和/或流体70进入SEGR燃气涡轮机系统52(除了其他操作参数以外)的进气流量，以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可以分析反馈130以监测排气排放(例如，氮氧化物、碳氧化物如CO和CO2、硫氧化物、氢气、氧气、未燃烧油气和其他不完全燃烧产物的浓度水平)和/或确定当量比，然后控制一个或多个组件以调整排气排放(例如排气42的浓度水平)和/或当量比。受控组件可以包括参照附图示出和描述的任何组件，其包括但不限于：沿着氧化剂68、燃料70和排气66的供给路径的阀门；EG处理系统54中的氧化剂压缩机、燃料泵或其任何组件；SEGR燃气涡轮机系统52的任何组件或其任何组合。受控组件可以调整(例如增加、减少或保持)在SEGR燃气涡轮机系统52内燃烧的氧化剂68、燃料70和排气66的流速、温度、压力或百分比(例如当量比)。受控组件还可以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源(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)以及过滤单元。气体处置系统可以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。
在某些实施例中，控制系统100可以分析反馈130并控制一个或多个组件以保持或减少排放水平(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。针对每种排气排放例如氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、氢气、氧气、未燃烧油气和其他不完全燃烧产物的浓度水平，这些目标范围可以是相同或不同的。例如，根据当量比，控制系统100可以将氧化剂(例如氧气)的排气排放(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1000ppmv的目标范围内；将一氧化碳(CO)的排气排放选择性地控制在小于大约20、50、100、200、500、1000、2500或5000ppmv的目标范围内；并且将氮氧化物(NOx)的排气排放选择性地控制在小于大约50、100、200、300、400或500ppmv的目标范围内。在以大致化学计量当量比运行的某些实施例中，控制系统100可以将氧化剂(例如氧气)的排气排放(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100ppmv的目标范围内；并且将一氧化碳(CO)的排气排放选择性地控制在小于大约500、1000、2000、3000、4000或5000ppmv的目标范围内。在以稀燃料当量比(例如在大约0.95到1.0之间)运行的某些实施例中，控制系统100可以将氧化剂(例如氧气)的排气排放(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(CO)的排气排放选择性地控制在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150或200ppmv的目标范围内；并且将氮氧化物(例如NOx)的排气排放选择性地控制在小于大约50、100、150、200、250、300、350或400ppmv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。
控制系统100还可以被联结到本地接口132和远程接口134。例如，本地接口132可以包括现场布置在基于涡轮机的服务系统14和/或烃类生产系统12处的计算机工作站。相反，远程接口134可以包括相对于基于涡轮机的服务系统14和烃类生产系统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。这些接口132和134例如通过传感器反馈130的一个或多个图形显示、运行参数等等来促进基于涡轮机的服务系统14的监测和控制。
再者，如上所述，控制器118包括各种控件124、126和128，以促进基于涡轮机的服务系统14的控制。蒸汽涡轮机控件124可以接收传感器反馈130并输出有利于蒸汽涡轮机104运行的控制命令。例如，蒸汽涡轮机控件124可以从HRSG 56、机器106，沿着蒸汽62的路径的温度和压力传感器、沿着水108的路径的温度和压力传感器以及指示机械力72和电力74的各种传感器接收传感器反馈130。同样，SEGR燃气涡轮机系统控件126可以从沿着SEGR燃气涡轮机系统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可以从布置在SEGR燃气涡轮机系统52内部或外部的温度传感器、压力传感器、间隙传感器、振动传感器、火焰传感器、燃料成分传感器、排气成分传感器或其任何组合获得。最终，机器控件128可以从与机械力72和电力74关联的各种传感器以及布置在机器106内的传感器接收传感器反馈130。这些控件124、126和128中的每个控件使用传感器反馈来改善基于涡轮机的服务系统14的操作。
在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统控件126可以执行指令以控制在EG处理系统54、EG供给系统78、烃类生产系统12和/或其他系统84中的排气42、60、95的数量和质量。例如，SEGR燃气涡轮机系统控件126可以将排气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注入EOR系统12的阈值。在某些实施例中，氧化剂(例如氧气)和/或未燃烧燃料的阈值水平可以是小于排气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)的阈值水平可以是小于排气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/或未燃烧燃料的这些低水平，SEGR燃气涡轮机系统控件126可以将SEGR燃气涡轮机系统52中的燃烧当量比保持在大约0.95与大约1.05之间。SEGR燃气涡轮机系统控件126还可以控制EG抽取系统80和EG处置系统82以将排气42、60、95的温度、压力、流速和气体成分保持在适合用于排气注入EOR系统112、管线86、储罐88和碳汇系统90的范围内。如上面所讨论，EG处置系统82可以被控制以将排气42净化和/或分离成一种或多种气体流95，例如富CO2稀N2流96、中等浓度CO2、N2流97以及稀CO2富N2流98。除了控制排气42、60和95以外，控件124、126和128还可以执行一个或多个指令以将机械力72保持在合适的功率范围内，或将电力74保持在合适的频率和功率范围内。
图3是系统10的实施例的示意图，其进一步示出用于烃类生产系统12和/或其他系统84的SEGR燃气涡轮机系统52的细节。在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52包括联结到EG处理系统54的燃气涡轮发动机150。图示的燃气涡轮发动机150包括压缩机部152、燃烧器部154以及膨胀器部或涡轮机部156。压缩机部152包括一个或多个排气压缩机或压缩机级158，例如以串联布局布置的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燃气涡轮机系统52的可转动轴162圆周分布的1到20个燃烧器。而且，每个燃烧器160可以包括一个或多个燃料喷嘴164，其被配置为注入排气66、氧化剂68和/或燃料70。例如，每个燃烧器160的盖端部166可以容纳1、2、3、4、5、6个或更多燃料喷嘴164，其可以将排气66、氧化剂68和/或燃料70的流或混合物注入到燃烧器160的燃烧部168(例如燃烧室)中。
燃料喷嘴164可以包括预混燃料喷嘴164(例如，其被配置为预混合氧化剂68和燃料70以便生成氧化剂/燃料预混火焰)和/或扩散燃料喷嘴164(例如，其被配置为注入氧化剂68和燃料70的单独流以便生成氧化剂/燃料扩散火焰)的任何组合。预混燃料喷嘴164的实施例可以包括在氧化剂68和燃料70注入到燃烧器168中并在其中燃烧之前内部混合在喷嘴164内的氧化剂和燃料的旋流叶片、混合室或其他部件。预混燃料喷嘴164还可以接收至少某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可以隔离氧化剂68与燃料70的流动直到注入点，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)的流动直到注入点。在其他实施例中，每个扩散燃料喷嘴164可以隔离氧化剂68与燃料70的流动直到注入点，同时在注入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)可以在燃烧区处或燃烧区下游被注入燃烧器中(例如注入到燃烧的热产物中)，从而帮助减少燃烧的热产物的温度并且减少NOx(例如NO和NO2)的排放。不管燃料喷嘴164的类型如何，SEGR燃气涡轮机系统52都可以被控制以提供氧化剂68和燃料70的大致化学计量燃烧。
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单独靠近火焰表面(或扩散边界/界面)，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)以生成扩散火焰。值得注意的是，燃料70和氧化剂68沿着该火焰表面(或扩散边界/界面)可以处于大致化学计量比，这可以导致沿着这个火焰表面的更大的火焰温度(例如峰值火焰温度)。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温度(例如峰值火焰温度)。结果，扩散火焰基本上可以比预混火焰更稳定，这是因为燃料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(以及更大的温度)。虽然更大的火焰温度也可能导致更大的排气排放例如NOx排放，但所公开的实施例使用一种或多种稀释剂来帮助控制温度和排放，同时仍然避免燃料70和氧化剂68的任何预混合。例如，所公开的实施例可以引入(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分开的一种或多种稀释剂，从而帮助降低温度和减少由扩散火焰产生的排放(例如NOx排放)。
如图所示，在运行时，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内燃烧时，附加排气或燃烧产物172(即燃烧气体)被输送到涡轮机部156。类似于压缩机部152，涡轮机部156包括一个或多个涡轮机或涡轮机级174，其可以包括一系列可转动涡轮机叶片。然后这些涡轮机叶片由在燃烧器部154中生成的燃烧产物172驱动，由此驱动联结到机器106的轴176的转动。再者，机器106可以包括联结到SEGR燃气涡轮机系统52的任一端的各种设备，例如联结到涡轮机部156的机器106、178和/或联结到压缩机部152的机器106、180。在某些实施例中，机器106、178、180可以包括一个或多个发电机、用于氧化剂68的氧化剂压缩机、用于燃料70的燃料泵、齿轮箱或联结到SEGR燃气涡轮机系统52的附加驱动器(例如蒸汽涡轮机104、电动机等)。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，涡轮机部156输出排气60以沿着从涡轮机部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)。
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，以产生驱动涡轮机部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(MOC)的主氧化剂压缩(MOC)系统(例如，主空气压缩(MAC)系统)压缩。氧化剂压缩系统186包括联结到驱动器190的氧化剂压缩机188。例如，驱动器190可以包括电动机、燃烧发动机或其任何组合。在某些实施例中，驱动器190可以是涡轮发动机，例如燃气涡轮发动机150。因此，氧化剂压缩系统186可以是机器106的整体部分。换句话说，压缩机188可以被由燃气涡轮发动机150的轴176供给的机械力72直接或间接驱动。在这类实施例中，驱动器190可以被排除，这是因为压缩机188依赖来自涡轮发动机150的动力输出。然而，在采用不止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(LP)氧化剂压缩机)可以由驱动器190驱动，而轴176驱动第二氧化剂压缩机(例如高压(HP)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是分开的。在这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中的某些或全部可以被配置为增加压缩系统186(例如压缩机188和/或附加压缩机)的运行效率。
由元件编号106A、106B、106C、106D、106E和106F所指示的机器106的各个组件可以沿着轴线176和/或平行于轴线176以一个或多个串联布局、并联布局或串联与并联布局的任何组合布置。例如，机器106、178、180(例如106A至106F)可以包括下列设备以任何次序的任何串联和/或并联布局：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、增压压缩机如EG增压压缩机)、一个或多个发电单元(例如发电机)、一个或多个驱动器(例如蒸汽涡轮发动机、电机)、热交换单元(例如直接或间接热交换器)、联轴器或其任何组合。所述压缩机可以包括轴向压缩机、径向或离心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，直接热交换器可以包括喷淋冷却器(例如喷淋中间冷却器)，其将液体喷淋物注入到气流(例如氧化剂流)中以便直接冷却气流。间接热交换器可以包括将第一流与第二流分开的至少一个壁(例如管壳式换热器)，例如与冷却剂流(例如水、空气、致冷剂或任何其他液态或气态冷却剂)分开的流体流(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。热交换器还可以包括加热器。如下面进一步详细讨论的，这些机器组件中的每个组件可以被用在如表格1中阐述的非限制性示例所指示的各种组合中。
通常，机器106、178、180可以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行速度、通过冷却以促进氧化剂68的压缩和/或抽取过剩电力，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中以串联或并联布局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获得动力。如下面所示，表格1示出靠近压缩机和涡轮机部152、156布置的和/或联结到压缩机和涡轮机部152、156的机器106、178、180的布局的某些非限制性示例。
表格1
如上面表格1所示，冷却单元被表示为CLR，联轴器被表示为CLU，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MOC且其低压和高压变体被分别表示为LP MOC和HP MOC，以及蒸汽发生器单元被表示为STGN。虽然表格1示出了依次朝向压缩机部152或涡轮机部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局。表格1并不希望排除机器106、178、180的任何未示出的排列组合。机器106、178、180的这些组件可以使得能够对发送到燃气涡轮发动机150的氧化剂68的温度、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可以在特别选定的位置处被供应给燃气涡轮发动机150以促进隔离和抽取压缩排气170，而没有使排气170的质量降低的任何氧化剂68或燃料70。
如图3所示，EG供给系统78被布置在燃气涡轮发动机150与目标系统(例如烃类生产系统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(EGES)80)可以在沿着压缩机部152、燃烧器部154和/或涡轮机部156的一个或多个抽取点76处被联结到燃气涡轮发动机150。例如，抽取点76可以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。这些级间抽取点76中的每个抽取点提供被抽取排气42的不同温度和压力。类似地，抽取点76可以被设置在相邻涡轮机级之间，例如在涡轮机级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10个级间抽取点76。这些级间抽取点76中的每个抽取点提供被抽取排气42的不同温度和压力。通过进一步的示例，抽取点76可以被设置在整个燃烧器部154的多个位置处，其可以提供不同温度、压力、流速和气体成分。这些抽取点76中的每个抽取点可以包括EG抽取导管、一个或多个阀门、传感器以及控件，其可以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。
通过EG供给系统78分配的被抽取排气42具有适用于目标系统(例如烃类生产系统12和其他系统84)的受控成分。例如，在这些抽取点76中的每个抽取点处，排气170可以与氧化剂68和燃料70的注入点(或流动)充分隔离。换句话说，EG供给系统78可以被特别设计为在没有任何添加的氧化剂68或燃料70的情况下从排气涡轮发动机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可以是基本没有氧气和燃料的。EG供给系统78可以将所抽取的排气42直接或间接输送到烃类生产系统12和/或其他系统84以用于各种处理，例如强化油回收、固碳、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包括在供目标系统使用之前用于进一步处置排气42的EG处置系统(EGTS)82。例如，EG处置系统82可以将排气42净化和/或分离为一种或多种流95，例如富CO2稀N2流96、中等浓度CO2、N2流97以及稀CO2富N2流98。这些经处置的排气流95可以被单独地或以任何组合方式用于烃类生产系统12和其他系统84(例如管线86、储罐88和碳汇系统90)。
类似于在EG供给系统78中执行的排气处置，EG处理系统54可以包括多个排气(EG)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。这些EG处置组件192(例如194至210)可以沿着排气再循环路径110以一个或多个串联布局、并联布局或串联与并联布局的任何组合布置。例如，EG处置组件192(例如194至210)可以包括下列组件以任何次序的任何串联和/或并联布局：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、不透水过滤器以及其他过滤器)、化学注入系统、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，催化剂系统可以包括氧化催化剂、一氧化碳还原催化剂、氮氧化物还原催化剂、氧化铝、氧化锆、硅氧化物、钛氧化物、氧化铂、氧化钯、氧化钴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192以串联和并联布局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的布局的某些非限制示例。
表格2
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，增压鼓风机被表示为BB，热交换器被表示为HX，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COND，蒸汽涡轮机被表示为ST，微粒去除单元被表示为PRU，水分去除单元被表示为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，以及稀释剂供给系统(例如蒸汽、氮气或其他惰性气体)被表示为DIL。虽然表格2示出按顺序从涡轮机部156的排气出口182朝向压缩机部152的排气入口184的组件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具有所述组件的集成单元、所述组件的并联布局或其任何组合。此外，在表格2的背景下，HRU、HRSG和COND是HE的示例；HRSG是HRU的示例；COND、WFIL和CFIL是WRU的示例；INER、FIL、WFIL和CFIL是PRU的示例；以及WFIL和CFIL是FIL的示例。再者，表格2并不希望排除组件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)可以被部分或完全集成在HRSG 56、EGR系统58或其任何组合内。这些EG处置组件192可以使得能够对温度、压力、流速和气体成分进行反馈控制，同时也从排气60中去除水分和微粒。此外，经处置的排气60可以在一个或多个抽取点76处被抽取以便在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。
当经处置的再循环排气66穿过压缩机部152时，SEGR燃气涡轮机系统52可以沿着一个或多个管线212(例如泄放导管或旁通导管)泄放一部分压缩排气。每个管线212可以将排气输送到一个或多个热交换器214(例如冷却单元)，从而冷却排气以便将其再循环回到SEGR燃气涡轮机系统52中。例如，在穿过热交换器214后，一部分被冷却的排气可以沿着管线212被输送到涡轮机部156，用于冷却和/或密封涡轮机壳体、涡轮机外罩、轴承和其他组件。在这类实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52不输送任何氧化剂68(或其他潜在的污染物)通过涡轮机部156以用于冷却和/或密封目的，因此，冷却排气的任何泄漏将不会污染流过并驱动涡轮机部156的涡轮机级的热燃烧产物(例如工作排气)。通过进一步的示例，在穿过热交换器214之后，一部分冷却排气可以沿着管线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。在这类实施例中，热交换器214可以被配置为压缩机部152的级间冷却单元。以此方式，冷却排气帮助增加SEGR燃气涡轮机系统52的运行效率，同时帮助保持排气的纯度(例如基本没有氧化剂和燃料)。
图4是在图1-3中示出的系统10的运行过程220的实施例的流程图。在某些实施例中，过程220可以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中的每个步骤可以包括通过参照图2所描述的控制系统100的控制器118可执行的指令。
过程220可以开始于启动图1-3的SEGR燃气涡轮机系统52的起动模式，如块222所指示。例如，所述起动模式可以包括SEGR燃气涡轮机系统52的逐步倾斜上升，以保持热梯度、振动和间隙(例如在旋转部件与静止部件之间)在可接受的阈值内。例如，在起动模式222期间，过程220可以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。在某些实施例中，经压缩的氧化剂可以包括压缩空气、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可以被图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也可以开始向燃烧器160和燃料喷嘴164供应燃料，如块226所指示。在起动模式222期间，过程220也可以开始供应排气(如果可用)到燃烧器160和燃料喷嘴164，如块228所指示。例如，燃料喷嘴164可以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，由燃气涡轮发动机156生成的排气60在数量和/或质量上可能是不足或不稳定的。因此，在起动模式期间，过程220可以从一个或多个存储单元(例如储罐88)、管线86、其他SEGR燃气涡轮机系统52或其他排气源供应排气66。
然后，过程220可以在燃烧器160中燃烧经压缩的氧化剂、燃料和排气的混合物以产生热燃烧气体172，如块230所指示。特别地，过程220可以由图2的控制系统100来控制，以促进燃烧器部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、预混燃烧或两者全部)。然而，在起动模式222期间，可能特别难以保持混合物的化学计量燃烧(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。由于这个原因，过程220可以在起动模式期间执行一个或多个控制指令以减少或消除热燃烧气体172中的残留氧化剂68和/或燃料70。
然后，过程220用热燃烧气体172驱动涡轮机部156，如块232所指示。例如，热燃烧气体172可以驱动被布置在涡轮机部156内的一个或多个涡轮机级174。在涡轮机部156的下游，过程220可以处置来自最终涡轮机级174的排气60，如块234所指示。例如，排气处置234可以包括过滤、任何残留氧化剂68和/或燃料70的催化剂反应、化学处理、用HRSG 56进行热回收等。过程220还可以将至少一些排气60再循环回到SEGR燃气涡轮机系统52的压缩机部152，如块236所指示。例如，排气再循环236可以包括穿过具有EG处理系统54的排气再循环路径110，如图1-3所示。
进而，再循环排气66可以在压缩机部152中被压缩，如块238所指示。例如，SEGR燃气涡轮机系统52可以在压缩机部152的一个或多个压缩机级158中相继压缩再循环排气66。结果，经压缩的排气170可以被供应给燃烧器160和燃料喷嘴164，如块228所指示。然后可以重复步骤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。在过渡240时，过程220可以继续执行步骤224至238，但是也可以开始经由EG供给系统78抽取排气42，如块242所指示。例如，可以从沿着压缩机部152、燃烧器部154和涡轮机部156的一个或多个抽取点76抽取排气42，如图3所示。进而，过程220可以从EG供给系统78向烃类生产系统12供应所抽取的排气42，如块244所指示。然后，烃类生产系统12可以将排气42注入到大地32中以用于强化油回收，如块246所指示。例如，所抽取的排气42可以被如图1-3所示的EOR系统18的排气注入EOR系统112使用。
图5和图6示出具有用于从EGR系统58中抽取排气的多个抽取点76的系统10的实施例。如图5和图6所示，所公开的实施例可以从沿着排气再循环路径的多个抽取点76中的一个或多个抽取点(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多点)抽取排气，其中所述排气再循环路径包括燃气涡轮机系统52和EG处理系统54。例如，抽取点76可以包括在压缩机部152的每个压缩机级处或其下游的排气抽取点76、与一个或多个燃烧器部154关联的多个排气抽取点76、在一个或多个涡轮机部156的每个涡轮机级处或其下游的排气抽取点76和/或在各个排气处理组件(例如催化剂单元、热交换器如热回收单元或热回收蒸汽发生器、水分去除装置、微粒去除单元、鼓风机等)处或其上游或其下游的一个或多个排气抽取点76。这些抽取点76中的每一个能够抽取具有可以基本等于、大于或小于其他抽取点76的气体成分、温度、压力和/或其他特性(即一般是排气特性)的排气。在一些实施例中，每个抽取点76可以具有适合不止一个下游处理过程的排气特性，因此，每个抽取点76可以被单独用于这类下游处理过程。在其他实施例中，两个或更多个抽取点可以作为混合体被集中或单独用于一个或多个下游处理过程。因此，根据下游处理过程的需求，任何数量的抽取点76都可以被用于实现用于下游处理过程的期望排气特性(例如压力、温度、气体成分等)。
图5是图1-3的系统10的实施例的示意图，其进一步示出用于从EGR系统58抽取排气的多个抽取点76。如上面所简短讨论的，EG供给系统78从一个或多个抽取点76(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个抽取点)接收排气，在EG处置系统82中处置该排气，并且向一个或多个下游处理过程250(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个下游处理过程)输出经处置的排气。抽取点76可以以相等或不同的温度、压力、气体成分或其任何组合来抽取排气。这些下游处理过程250可以包括例如被提供了经处置的排气的HC生产系统12或其他系统84(例如管线86、储罐88、碳汇系统90等)。EGR系统58的当前实施例包括沿着EGR系统58的排气再循环(EGR)路径252设置的两个或更多个抽取点76。EGR路径252表示气体流过EGR系统58的路径。也就是说，燃气涡轮机系统52、排气再循环路径110和EG处理系统54的每个组件沿着EGR路径252布置。在图示的实施例中，EGR路径58包括压缩机部152、燃烧器部154、涡轮机部156、热交换器214、管线212、排气再循环路径110以及EG处理系统54。
如上所述，EG处理系统54可以包括被设计成用于在排气从涡轮机部156流向压缩机部152时处理排气的任何数量的组件及其任何组合。这些不同组件及其特定的用途在本文的不同地方描述。表格2中概述了这类EG处理组件的几种可能的组合。考虑到这一点，图示的实施例示出了用于在EG处理系统54内处置排气的组件的一种可能布局。具体地，图示的实施例包括催化剂单元(CU)251、热交换器(HX)253(例如包括HRSG 56)、另一个CU 255、增压鼓风机(BB)257、水分去除系统(MRS)259、微粒去除系统(PRS)261以及排气孔263。以下讨论涉及从沿着EGR路径252的不同位置选择抽取点76，EGR路径252可以包括EG处理系统54的组件。因此，应当理解，应用于选择和激活沿着EGR路径252的这类抽取点76的技术并不局限于在图5中示出的EG处理系统组件的特定类型或布局。
两个或更多个抽取点76可以被安置或被选择以提供具有期望压力的排气66。该期望压力可以基于压力阈值上限、压力阈值下限或两者(例如在压力范围内)来限定。例如，每个下游处理过程250可以具有通过该处理过程所建立的最小压力需求。抽取处于该最小压力或在其之上的排气66可能是合乎期望的，以便在抽取排气66于将其提供给下游处理过程250之间不需要附加的压缩。这允许EG供给系统78以减少的成本向下游处理过程250提供经处理的排气，这是由于不需要额外的压缩步骤或硬件(例如增压压缩机)。
EG供给系统78可以向一个或多个下游处理过程250提供经处置的排气，将具有期望物理属性的排气传送到每个下游处理过程250。在每个实施例中，这包括EG供给系统78以期望压力和/或期望温度向一个或多个下游处理过程250提供经处置的排气。例如，EG供给系统78可以向多个下游处理过程250(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个)输出排气，每个具有不同的压力。在某些实施例中，供给系统78可以通过组合具有不同压力的两个或更多个排气流(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个)来向单一下游过程250输出经处置的排气以满足压力需求(例如，上限阈值、下限阈值或范围)。在其他实施例中，EG供给系统78可以通过组合具有相同压力但具有不同温度(或某些其他属性)的两个或更多个排气流来向单一下游处理过程250输出经处置的排气，以满足压力需求和温度需求(例如上限阈值、下限阈值或范围)。在另外的实施例中，EG供给系统78可以基于燃气涡轮机系统52的运行状态向单一下游处理过程250输出两个或更多个排气流，每个流在不同的时间取自不同的抽取点76。
图示的实施例示出可以向EG供给系统78提供从EGR路径252抽取的排气的抽取点76的几个可能位置。在当前实施例中，可以存在沿着EGR系统58的EGR路径252布置的任何数量的抽取点76(例如3、4、5、10、15、20个或更多个)。如图5所示，一个或多个抽取点76可以被设置在沿着压缩机部152、燃烧器部154和/或涡轮机部156的不同位置。例如，抽取点254被示出在压缩机部152的前端部分(例如刚好在排气入口184的下游)。类似地，抽取点256可以被设置在压缩机部152的中间部分，并且抽取点258可以被设置在压缩机部152的排放部分。在一个实施例中，可以存在被设置在压缩机部152的每个压缩机级下游的独立抽取点76。例如，压缩机部152可以包括1到30级、5到20级或10到15级，每级具有相关联的抽取点76。抽取点260、262和264可以被设置在沿着燃烧器部168的不同位置，并且抽取点266、268和270可以被分别设置在涡轮机部170的前部、中部和后部。在一个实施例中，可以存在被设置在涡轮机部156的每个涡轮机级下游的独立抽取点76。例如，涡轮机部156可以包括1到30级、5到20级或10到15级，每级具有相关联的抽取点76。可以在燃气涡轮机系统52的组件中或组件之间设置更多或更少的抽取点76。例如，抽取点272、274、276和278可以被安置在热交换器214和穿过热交换器214排布的管线212内的不同位置处。此外，抽取点76可以沿着排气再循环路径110设置(例如在图示实施例中的抽取点280和282)，或者设置在EG处理系统54内。在图示的实施例中，抽取点284、286、288、290、292、294、296、298、300、302、304、306和308被布置在EG处理系统54的每个组件251、253、255、257、259、261与263内或所述组件之间。再者，这些组件是可以由图3的块194、196、198、200、202、204、206、208和210表示的组件的非限制性示例。抽取点76位于其中或其间的此类组件的其他组合和布局(例如串联和/或并联)也是可能的。基于燃气涡轮机系统52的运行状态和/或排气的物理属性，任何其他数量或位置的抽取点76可以被用于从EGR路径252抽取期望的排气。
可能期望的是所抽取的排气来自于EGR系统58的化学计量运行，如参照图1所详细讨论的。为此，每个抽取点76可以设置在EGR系统58中发生的任何燃烧过程、处理或反应(例如催化反应)的相对下游。具体地，设置在燃烧器部154中的抽取点76(例如抽取点260、262和264)可以沿着与燃烧部168相邻但不是燃烧部168一部分的套管(例如压缩机排放套管)设置。结果，所抽取的排气可以包括很少或没有氧化剂68或燃料70。如先前所讨论的，被输出到下游处理过程250的排气中的氧化剂68和燃料70的当量比可以具有可接受的范围。例如，在HC生产系统12的背景下，可能希望排气中没有过量的氧化剂68或燃料70，以便最大浓度的CO2可以从排气中分离并经由EOR系统18被注入大地中。
通过在整个EGR系统58中包括多个抽取点76，有可能调整排气输出以满足特定的处理需求。例如，可以经由不同的抽取点76为不同的下游处理过程250或者在EGR系统58的不同运行模式期间抽取排气。在一些实施例中，仅当在排气压力、温度、气体成分或其他属性的可接受范围内供应所抽取的排气时，下游处理过程250才可以有效运行。气体成分可以是各种气体例如二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、微粒物质、未燃烧燃料、氧化剂(例如氧气)、水分等的重量百分比。在图5中示出的每个抽取点76的位置可以根据EGR系统58的运行模式向EG供给系统78提供具有特定温度、压力、气体成分等的排气。例如，由于穿过燃气涡轮机系统52的气体的加压流动，从燃气涡轮机系统52(例如抽取点254、256、258、260、262、264、266、268或270)直接抽取的排气可能具有相对高的压力和温度。此外，在排气流过压缩机部152的抽取点254、256和258时，例如由于一个或多个压缩机级逐步压缩排气，排气的温度和压力可以增加。同样，在排气流过燃烧器部154的抽取点260、262和264时，排气的温度和压力可以逐步增加(例如由于燃烧)。在排气流过涡轮机部156的抽取点266、268和270时，由于排气膨胀并驱动涡轮机部156中的一个或多个涡轮机级，排气的温度和压力可以逐步减少。
根据EG处理系统54的组件，从EG处理系统54(例如抽取点284、286、288、290、292、294、296、298、300、302、304、306和308)抽取的排气可以具有相对低的压力，但是具有较宽的温度和气体成分范围。如参照图3所描述，可以在EG处理系统54内存在任何数量的不同组件，所述组件用于在排气从涡轮机部156被再循环回到压缩机部152时处理该排气。图5的EG处理系统54中的组件的布局是示例性的，其用于描述排气抽取的可能组合的目的。这类组件的其他组合或布局是可能的。
在某些实施例中，术语低、中等、高(例如，如关于温度、压力、浓度水平和其他排气属性所使用)可以被用作彼此比较的目的。例如，中等温度可以比低温大至少10摄氏度到500摄氏度(或1％到100％)，并且高温可以比中等温度大至少10摄氏度到500摄氏度(或1％到100％)。在一些实施例中，低温可以被认为是小于40摄氏度的任何温度，中等温度可以是从40摄氏度到150摄氏度的任何温度，并且高温可以是高于150摄氏度的任何温度。同样，中等压力可以比低压大至少10psi到200psi(或1％到100％)，并且高压可以比中等压力大至少10psi到200psi(或1％到100％)。在一些实施例中，低压可以被认为是小于30psi的任何压力，中等压力可以是从30psi到100psi的任何压力，并且高压可以是高于100psi的任何压力。此外，关于抽取点，提到在类似或基本相等压力下的排气抽取可以指的是大约0到10psi、0到25psi或0到50psi的范围，或者加上或减去大约5、10、15、20或25psi的压力，或者加上或减去大约0到10％、0到5％、0到2.5％或0到1％的压力。同样，提到在类似或基本相等温度下的排气抽取可以指的是大约0到200摄氏度、0到100摄氏度、0到50摄氏度或0到10摄氏度的范围，或者加上或减去大约5、10、15、20、25、50或100摄氏度的温度，或者加上或减去大约0到10％、0到5％、0到2.5％或0到1％的温度。此外，排气抽取点(例如2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个抽取点)可以在大约1到50psi、5到25psi或15到20psi的增量压力范围、大约1到200摄氏度、20到100摄氏度或30到50摄氏度的增量温度范围或其任何组合范围内采集排气，其中每个增量范围大于先前的范围。以此方式，排气抽取点可以覆盖大范围的温度、压力和/或气体成分，并且每个被抽取的排气流可以被单独或集中(例如与其他抽取混合)用于各种下游处理过程。
基于抽取点76沿着EGR路径252被设置在何处，每个抽取点76可以在特定的压力范围、温度范围和气体成分范围(例如，彼此相等、类似或不同)内将排气输送到EG供给系统78。如下所示，表格3示出从图5的实施例中所示的每个抽取点76抽取的排气的输出属性的非限制性示例。虽然在表格3中只描述了在不同抽取点76处的压力和温度变化，但是需要指出，排气成分的变化尤其是关于EG处理系统54的组件(例如CU、MRS、PRS等)的变化也是可能的。
表格3
这些抽取点76中的任何一个抽取点可以被选择以提供具有适当属性范围(例如压力、温度和气体成分)的排气，以用于下游处理过程250。由于在所公开的实施例中存在多个抽取点76，有可能从EGR系统58进行抽取以同时馈送到多个下游处理过程250，每个下游系统具有类似或不同的压力、温度和气体成分要求。
在一些实施例中，可以存在比图示实施例示出的那些更少的抽取点76。在这类实例中，有可能组合来自两个或更多个(例如2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个)现有抽取点76的抽取，以便向下游处理过程250提供排气，其中用单一抽取向下游处理过程250提供排气可能是不可能的。排气抽取的不同组合可以被用于向一个或多个下游处理过程250提供在期望压力、温度、气体成分和其他属性范围内的经处置的排气。如下面所示，表格4示出可以为给定的下游处理过程250产生期望的排气属性的抽取点76的组合的一些非限制性示例。
第一抽取点 第二抽取点 输出属性
258 268 中-高压，中-高温
256 268 中压，中-高温
256 280 低-中压，低-高温
278 290 低-中压，低温
258 308 低-高压，低-高温
表格4
如上所示，一些组合可以产生具有小压力范围和大温度范围的排气、具有小温度范围和大压力范围的排气或者具有小温度和压力范围或大温度和压力范围的排气。基于组件(例如EG处理系统组件)的布局以及EGR系统58内的抽取点76的数量和位置，其他组合可以被用于提供相同或不同的压力范围和温度范围。虽然该表格仅示出两个抽取的组合，但是其他数量的抽取(例如3、4、5、6个或更多个)也可以被组合以产生期望的属性。
控制系统100可以控制经由抽取点76对排气的抽取。例如，控制系统100可以操作通向每个抽取点76的阀门，以选择性地提供从EGR系统58到EG供给系统78的排气的一个或多个抽取。如下面所详细描述的，这类阀门可以是EG供给系统78中的EGES 80的一部分。控制系统100可以基于传感器反馈130和/或控制信号310来控制EGES 80以期望的压力、温度和/或气体成分向一个或多个下游处理过程250提供排气。在一些实施例中，例如，控制系统100可以基于来自下游处理过程250的控制信号310确定下游处理过程250的压力、温度和/或气体成分需求(例如上限阈值、下限阈值或范围)。这些控制信号310可以基于操作员输入、系统输入以及来自下游处理过程250中的传感器的反馈来确定。控制系统100还可以接收指示从EGR系统58的每个抽取点76可获得的排气的压力、温度、气体成分或其他属性的传感器反馈130。然后，控制系统100可以确定抽取点76的适当组合以便以期望的温度、压力、气体成分等向EG供给系统78提供排气，并相应地执行指令以控制阀门操作。
图6是图1-3的EGR系统58的另一个实施例的示意图，其示出具有两个燃烧部154和两个涡轮机部156的燃气涡轮机系统52。相对上游的涡轮机部156可以是高压涡轮机部330，并且相对下游的涡轮机部156可以是低压涡轮机部332。多个燃烧部154(例如上游燃烧部331和下游燃烧部333)以及涡轮机部156的使用可以使得燃气涡轮机系统52能够更有效地运行。如图所示，两个燃烧部154可以从相同的来源接收燃料70和氧化剂68。然而，在其他实施例中，燃烧部154可以从分离的来源接收燃料70和/或氧化剂68。具有多个燃烧部和涡轮机部的这类燃气涡轮机系统52的示例性布局在由Wichmann等人在2012年4月12日提交的题为“METHODS，SYSTEMS，ANDAPPARATUS RELATING TO COMBUSTION TURBINE POWER PLANTSWITH EXHAUST GAS RECIRCULATION”的美国专利申请序列号13/445,003中描述，该专利申请全部内容通过引用合并于此。
在图示的实施例中，抽取点76可以存在于两个燃烧部154和两个涡轮机部156内。更具体地，除了在图5中示出的抽取点76以外，EGR系统58还可以包括额外的抽取点334、336、338、340、342和344。流经这些抽取点334、336、338、340、342和344的排气可以比流经设置在上游燃烧部154、331和高压涡轮机部156、330中的抽取点260、262、264、266、268和270的排气具有相对更低的压力。
在一些实施例中，在燃烧部154之一中发生的排气、燃料和氧化剂的燃烧可以具有期望的当量比(例如在大约0.95到1.05之间)，而发生在另一燃烧部154中的燃烧可以不具有该期望的当量比。例如，燃烧部331可以以大约为1(例如化学计量当量比)的当量比运行，而燃烧部333可以以富燃料或稀燃料状态运行，或反之亦然。通过进一步的示例，燃烧部331可以以大于1.0的当量比(例如富燃料)运行，从而基本或完全消耗氧化剂68(例如氧气)，而燃烧部333可以以小于1.0的当量比(例如稀燃料)运行，以消耗剩余的燃料(例如通过添加额外的氧化剂68)。在这类实例中，可能期望EGR系统58根据当量比仅使用设置在燃烧部154(例如331)或燃烧部154(例如333)处或其下游的抽取点76(例如260、262、264、266、268和/或270)。如果以期望当量比(例如大约0.95到1.05或大约1.0)运行的燃烧部154进行切换(例如从燃烧部331切换到燃烧部333)，则控制系统100可以利用在燃烧部333下游和燃烧部331上游的不同抽取点76(例如334、336、338、340、342、344、280、284、286、288、290、292、294、296、298、300、302、304、306、308、282、254、256、258、274、276、272和/或278)来去除EGR系统58中的排气。控制系统100可以通过传感器反馈130来检测燃气涡轮机系统52的化学计量操作的变化。传感器反馈130可以指示从燃烧部154之一或两者输出的排气的成分，或者指示提供给每个燃烧器部154的氧化剂68和燃料70的流速。
如上所述，HC生产系统12可以在排气具有大约为1的当量比的情况下最有效地运行，以便没有过量的燃料70或氧化剂68保留在强化油回收运行期间用于地下储层20的排气中。然而，在一些实施例中，一个或多个下游处理过程250(例如其他系统84)可以利用通过非化学计量(例如富燃料或稀燃料)燃烧产生的排气。在这类实施例中，EGR系统58有可能向EG供给系统78提供两个或更多个独立排气流(某些经由化学计量操作产生，而其他通过非化学计量操作产生)以便处置并输出给不同的下游处理过程250。因此，多个抽取点76可以被用于将来自相同EGR系统58的排气提供给具有不同的氧化剂68和燃料70的燃烧当量比需求(例如产生不同的气体成分)的两个或更多个下游处理过程250。
图7是图3、图5和图6的EG供给系统78的实施例的示意图。在图示的实施例中，EG供给系统78包括混合单元350，该混合单元用于组合通过抽取点76从EGR系统58接收的排气的多次抽取。如上所述，EG供给系统78的EGES 80可以包括阀门352，所述阀门在被打开时有利于从EGR系统58的相应抽取点76抽取排气。阀门352中的每个阀门在2、3、4、5个或更多个位置是可控的，所述位置包括不经由相应抽取点76抽取任何排气的闭合位置。在一些实施例中，阀门352可以是连续可控的，使得控制系统100可以将阀门352致动到任何期望的打开量(例如，在完全打开与完全关闭之间)。
如图示的实施例所示，阀门352可以被一起设置在相对于其对应的抽取点76的远端位置。在其他实施例中，阀门352可以被设置成沿着EGR系统58靠近或紧邻其各自的抽取点76。如先前所提到的，控制系统100可以致动阀门352以在给定时间从一个或多个抽取点76抽取排气。例如，控制系统100可以发送控制信号以将一个或多个阀门352从关闭位置移动到打开位置，从而将所抽取的排气流从EGR系统58经由选定抽取点76引导到EG供给系统78。控制系统100可以基于下游处理过程250的压力、温度、气体成分或其他需求(经由控制信号310传送)并基于可用排气的相应属性(经由传感器反馈130传送)来选择抽取点76。混合单元350可以包括用于混合来自多个抽取点76的不同排气流的多个混合室。混合单元350可以在经处置的排气(例如N2或CO2)被发送到一个或多个下游处理过程250之前向EGTS 82供应所组合的排气流以供处理(例如将N2与CO2分离)。在一个实施例中，阀门352可以包括多个阀门级，以便来自抽取点76之一的可用排气可以被提供给多个下游处理过程250。更具体地，来自抽取点76之一的排气可以被划分为两个或更多个排气流，经由分离的混合室与一个或多个其他抽取组合，并提供给两个或更多个下游处理过程250。
图示的实施例包括相对于EGTS 82在上游设置的混合单元350，以便排气在被处置(例如经由EGTS 82)之前被组合(例如经由混合单元350)。然而，在其他实施例中，来自多个抽取点76的排气可以被处置(例如经由EGTS82)，然后被混合(例如经由混合单元350)以产生一个或多个经组合且处置的排气流。虽然未示出，但除了混合单元350和EGTS 82之外，EG供给系统78还可以包括压缩机或鼓风机，该压缩机或鼓风机被配置为对从抽取点76朝向下游处理过程250流动的排气进行加压。在一些实施例中，这类压缩设备可以被包括作为处理所抽取气体的EGTS 82的一部分。
图8是EG供给系统78的另一个实施例的示意图。在图示的实施例中，EG供给系统78不包括用于组合从不同抽取点76抽取的排气的混合单元350。相反，EG供给系统78可以单独处置排气的多个抽取，并将每个经处置的排气流提供给不同的下游处理过程250。在一些实施例中，所抽取且经处置的排气的多个不同流可以被提供给相同的下游处理过程250(例如HC生产系统12)。例如，HC生产系统12可以包括多个EOR系统18，每个EOR系统18对经由EG供给系统78提供的N2或CO2具有不同的压力需求。因此，EGTS82可以将从抽取点254和256抽取的两个排气流分离出N2和CO2，并向HC生产系统12输出两个分离的N2流和/或CO2流以用于强化油回收。
图9是用于运行图5-8的系统的方法370的实施例的流程图。方法370包括可以通过控制系统100来实施的各种块。更具体地，方法370可以被实施为计算机或软件程序(例如代码或指令)，其可以由处理器120执行以执行方法370的一个或多个步骤。此外，该程序(例如代码或指令)可以被存储在任何合适的制品(article of manufacture)中，所述制品包括至少集中存储这些指令或例程的至少一个有形非暂态的计算机可读介质，例如控制系统100的存储器122或其他存储组件。术语非暂态表明该介质不是信号。
方法370包括在SEGR燃气涡轮机系统52的起动模式中运行(块372)。在起动模式期间，EGR系统58可能不以期望的抽取速率或压力循环排气。此外，在起动模式中，EGR系统58可能不产生具有在用于下游处理过程250的特定阈值内的压力、温度和/或气体成分的排气。例如，在起动期间，可能更难以实现化学计量燃烧。因此，代替使用经由一个或多个抽取点76从EGR系统58抽取的排气，下游处理过程250(例如HC生产系统12)可以使用从其他来源(例如单独的储罐、管线或化学生产过程等)接收的经处置的排气(例如N2或CO2)来运行。例如，在燃气涡轮机系统52的起动模式期间，HC生产系统12可以从储罐接收N2、CO2或排气，其中所述气体被以用于EOR应用的最小压力或高于该最小压力存储。然后，方法370包括将EGR系统58过渡到稳态运行模式(块374)。一旦通过EGR路径252循环的排气量达到稳态，则该过渡完成。可以通过沿着EGR路径252设置以测量排气的参数(例如流速、压力、温度、气体成分等)的传感器来监测EGR系统58的起动和过渡。所述过渡还可以包括从使用N2、CO2或排气的外部来源过渡到从EGR系统58抽取排气(例如通过打开一个或多个阀门352)并经由EGTS 82从所抽取排气中分离N2与CO2。
在一些实施例中，燃气涡轮机系统52可以在处于稳态模式时在不同负载下运行。也就是说，燃气涡轮机系统52可以达到稳态模式，同时只提供足以运行连接到燃气涡轮机系统52的一部分机器106的动力。这可以是当并非所有机器106都联结到燃气涡轮发动机52时的情况。这可以被称为减负荷运行或减低(turndown)运行。然而，相同的燃气涡轮机系统52也可以以稳态在满负荷容量下运行。该满负荷运行可以表示当被联结到燃气涡轮发动机的所有机器106都被使用的情况，因此通过燃烧产生更多的动力以运行机器106。方法370可以包括确定燃气涡轮发动机52是否以满负荷或减负荷运行(块376)。可以基于传感器反馈130或到EGR系统58的任何数量的传感器输入或操作员输入来作出这一确定。基于这一确定，方法370可以包括在满负荷运行期间从第一抽取点76抽取排气(块378)，以及在减负荷运行期间从第二抽取点76抽取排气(块380)。在满负荷运行期间和在减负荷运行期间所使用的不同抽取点76(例如第一和第二抽取点76)可以被选择，以满足适用于下游处理过程250的压力、温度、气体成分等的特定阈值或范围。然后，方法370可以向HC生产系统12供应所抽取的排气以用于执行强化油回收(块382)。方法370还可以包括关闭燃气涡轮机系统52(块384)。当系统上不再有负荷或者当系统在被保养时，燃气涡轮机系统52可以被关闭。关闭期间，系统10可以转换回使用其他排气源，例如储罐、管线等。
在稳态模式期间，可以基于燃气涡轮机系统52上的负荷经由不同的抽取点76抽取排气。不同的抽取可以基于所述负荷在不同的时间被提供给相同的下游处理过程250(例如用于EOR的HC生产系统12)。当以满负荷运行时，流过EGR路径252的工作流体(例如排气)可以处于其来自压缩机部152的最高压力。当以减负荷运行时，流过EGR路径252的工作流体可以不经由压缩机部152被压缩到如此高的压力，这是因为经过燃气涡轮机系统52的较少质量流被用于支持减少的负荷。可能合乎期望的是保持从EGR系统58抽取并经由EG供给系统78提供给下游处理过程250的排气的抽取压力。因此，可能合乎期望的是在减负荷运行期间以比其他抽取点相对较高的压力从一个抽取点抽取排气，以及在满负荷运行期间以比其他抽取点相对较低的压力从一个抽取点抽取排气。以此方式，尽管燃气涡轮机系统52在不同的负荷下运行，系统10也能够保持所抽取排气的特定压力。一般来说，在减负荷下使用的抽取点76可以比在满负荷下使用的抽取点76更靠近燃烧器部154的入口。如下面所示，表格5示出当燃气涡轮机系统52在不同负荷下运行时可以为下游处理过程250产生相同属性的抽取点76(来自图5和图6)的组合的某些非限制性示例。
满负荷下的抽取点 减负荷下的抽取点
254 258
270 266
254 270
266 258
344 340
270 340
340 258
表格5
当前公开的实施例涉及具有多个抽取点76以便从EGR路径252抽取再循环排气的EGR系统58。最终，这类多个抽取点76可以使得客户能够通过EGR系统58的单一设施向具有不同供给需求的一个或多个下游处理过程250提供具有相对高浓度的N2或CO2的排气。在一些实施例中，EGR系统58可以通过两个抽取点76向不同HC生产系统12提供排气以用于强化油回收，其中每个抽取点提供N2或CO2。具体地，当用于从地下储层20去除油时，可以使用相同的EGR系统58来满足具有不同最小压力需求的两个或更多个井位置。在其他实施例中，多个排气抽取可以被组合以满足一个或多个下游处理过程250的适当压力、温度、气体成分和/或其他需求。在又一实施例中，当燃气涡轮机系统52在不同负荷下运行时，多个抽取点76允许相同的EGR系统58以一致的压力向下游处理过程250提供排气抽取。
附加描述
本实施例提供用于燃气涡轮发动机的系统和方法。需要指出，上述特征的任意一个或其组合可以被用于任何合适的组合中。实际上，目前这类组合的所有排列是可预想的。通过示例的方式，以下条文被提供作为本公开的进一步描述：
实施例1.一种系统，其包括：涡轮燃烧器；由来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机；排气压缩机，其中所述排气压缩机被配置为压缩所述涡轮机的排气并将其输送到所述涡轮燃烧器；穿过排气燃烧器、涡轮燃烧器和涡轮机延伸的排气再循环(EGR)路径；沿着所述EGR路径布置的第一排气(EG)抽取口；以及沿着所述EGR路径布置的第二EG抽取口。
实施例2.根据实施例1所述的系统，其包括排气(EG)供给系统，所述EG供给系统被配置为经由第一EG抽取口从EGR路径接收所述排气的第一部分，经由第二EG抽取口从EGR路径接收所述排气的第二部分，并向下游处理过程输出所接收排气的至少一部分。
实施例3.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述EG供给系统被配置为向第一下游处理过程输出所述第一部分排气，并且向第二下游处理过程输出所述第二部分排气。
实施例4.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述EG供给系统被配置为组合所述第一和第二部分排气并向所述下游处理过程输出组合排气。
实施例5.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述EG供给系统被配置为在第一运行模式期间向所述下游处理过程输出所述第一部分排气，并且在第二运行模式期间向所述下游处理过程输出所述第二部分排气。
实施例6.根据前述任一实施例所定义的系统，其包括被配置为基于指示所述排气的属性的传感器反馈来控制所述EG供给系统的运行。
实施例7.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述下游处理过程包括烃类生产系统、管线、储罐或碳汇系统中的至少一个。
实施例8.根据前述任一实施例所定义的系统，其包括沿着在所述涡轮机与所述排气压缩机之间的EGR路径布置并被配置为处理所述排气的排气(EG)处理系统。
实施例9.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述第一或第二EG抽取口中的至少一个被联结到所述EG处理系统。
实施例10.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述EG处理系统包括催化剂单元、增压鼓风机、热交换器、热回收蒸汽发生器、微粒去除单元、水分去除单元或排气孔中的至少一个。
实施例11.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述第一或第二EG抽取口被联结到所述催化剂单元、增压鼓风机、热交换器、热回收蒸汽发生器、微粒去除单元、水分去除单元或排气孔中的至少一个处或其上游或下游。
实施例12.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述第一或第二EG抽取口中的至少一个沿着所述涡轮燃烧器、所述涡轮机或所述排气压缩机布置。
实施例13.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述第一和第二EG抽取口被配置为抽取具有低压、中压或高压或其任何组合的排气。
实施例14.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述第一和第二EG抽取口被配置为抽取具有低温、中温或高温或其任何组合的排气。
实施例15.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述第一和第二EG抽取口被配置为抽取具有低温、中温或高温或其任何组合的排气。
实施例16.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述第一和第二EG抽取口被配置为基于所述排气的物理属性抽取所述排气。
实施例17.根据前述任一实施例所定义的系统，其包括具有涡轮燃烧器、涡轮机和排气压缩机的燃气涡轮发动机。
实施例18.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述燃气涡轮发动机是化学计量排气再循环(SEGR)燃气涡轮发动机。
实施例19.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述涡轮燃烧器被配置为燃烧具有大约0.95到大约1.05的当量比的燃料和氧化剂的混合物。
实施例20.一种系统，其包括控制系统，所述控制系统被配置为：接收指示流过排气再循环(EGR)路径的一部分路径的排气的属性的传感器反馈，所述EGR路径通过排气压缩机、涡轮燃烧器和涡轮机延伸；并且至少部分基于所述传感器反馈来控制通过沿着所述EGR路径设置的多个抽取口抽取所述排气。
实施例21.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述控制系统被配置为：基于所述传感器反馈确定有利于抽取具有期望属性的排气的所述多个抽取口中的两个或更多个抽取口的组合；以及控制经由所述两个或更多个抽取口抽取所述排气。
实施例22.根据前述任一实施例所定义的系统，其包括具有排气压缩机、涡轮燃烧器和涡轮机的燃气涡轮发动机。
实施例23.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述控制系统被配置为：确定所述燃气涡轮发动机是否以满负荷或减负荷运行；当所述燃气涡轮发动机以满负荷运行时，控制从第一抽取口抽取所述排气；并且当所述燃气涡轮发动机以减负荷运行时，控制从第二抽取口抽取所述排气。
实施例24.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述控制系统被配置为：基于传感器反馈确定在所述涡轮燃烧器中是否发生化学计量燃烧；并且当发生化学计量燃烧时，控制从布置在所述涡轮燃烧器下游的抽取点抽取所述排气。
实施例25.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述涡轮燃烧器被配置为燃烧具有大约0.95到大约1.05的当量比的燃料和氧化剂的混合物。
实施例26.根据前述任一实施例所定义的系统，其中所述涡轮燃烧器被配置为燃烧具有大约0.99到大约1.01的当量比的燃料和氧化剂的混合物。
实施例27.一种方法，其包括：用来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动涡轮机；在排气压缩机中压缩来自所述涡轮机的排气；沿着从所述排气压缩机穿过所述涡轮燃烧器进入所述涡轮机的流动路径输送所述排气；经由沿着所述流动路径布置的第一抽取口抽取所述排气；以及经由沿着所述流动路径布置的第二抽取口抽取所述排气。
实施例28.根据前述任一实施例所定义的方法，其包括经由排气(EG)供给系统处理所抽取的排气，所述EG供给系统被配置为向一个或多个下游处理过程输出经处理的排气。
实施例29.根据前述任一实施例所定义的方法，其包括在所述涡轮燃烧器内燃烧排气与燃料的混合物。
实施例30.根据前述任一实施例所定义的方法，其中所述混合物是以化学计量燃烧的。
实施例31.根据前述任一实施例所定义的方法，其包括以大约0.95到大约1.05的当量比燃烧燃料和氧化剂的混合物。
本说明书使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何设备或系统并执行所包含的任何方法。本发明的可专利范围由权利要求定义，并且可以包括本领域技术人员可以想到的其他示例。如果所述其他示例具有与本权利要求字面语言并无不同的结构元件，或具有与权利要求字面语言无实质不同的等效结构元件，那么这样的示例在本权利要求的范围内。

Claims (28)

1.一种系统，其包括：
涡轮燃烧器；
由来自所述涡轮燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机；
排气压缩机，其中所述排气压缩机被配置为压缩排气并将其从所述涡轮机输送到所述涡轮燃烧器；
穿过所述排气压缩机、所述涡轮燃烧器和所述涡轮机延伸的排气再循环路径即EGR路径；
沿着所述EGR路径布置的第一排气抽取口即第一EG抽取口；以及
沿着所述EGR路径布置的第二EG抽取口。
2.根据权利要求1所述的系统，其包括排气供给系统即EG供给系统，所述EG供给系统被配置为经由所述第一EG抽取口从所述EGR路径接收所述排气的第一部分，经由所述第二EG抽取口从所述EGR路径接收所述排气的第二部分，并输出所接收排气的至少一部分至下游处理过程。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述EG供给系统被配置为输出所述第一部分排气至第一下游处理过程，并且输出所述第二部分排气至第二下游处理过程。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述EG供给系统被配置为组合所述第一部分排气和所述第二部分排气并输出组合的排气至所述下游处理过程。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述EG供给系统被配置为在第一运行模式期间输出所述第一部分排气至所述下游处理过程，并且在第二运行模式期间输出所述第二部分排气至所述下游处理过程。
6.根据权利要求2所述的系统，其包括被配置为基于指示所述排气的属性的传感器反馈控制所述EG供给系统的操作的控制器。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述下游处理过程包括烃类生产系统、管线、储罐或碳汇系统中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的系统，其包括沿着所述EGR路径布置在所述涡轮机与所述排气压缩机之间并被配置为处理所述排气的排气处理系统即EG处理系统。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一或第二EG抽取口中的至少一个被联结到所述EG处理系统。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述EG处理系统包括催化剂单元、增压鼓风机、热交换器、热回收蒸汽发生器、微粒去除单元、水分去除单元或排气孔中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一或第二EG抽取口在所述催化剂单元、所述增压鼓风机、所述热交换器、所述热回收蒸汽发生器、所述微粒去除单元、所述水分去除单元或所述排气孔中的至少一个之处、其上游或其下游被联结到所述EG处理系统。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一或第二EG抽取口中的至少一个沿着所述涡轮燃烧器、所述涡轮机或所述排气压缩机布置。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二EG抽取口被配置为抽取具有低压、中压或高压或其任何组合的排气。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一和第二EG抽取口被配置为抽取具有低温、中温或高温或其任何组合的排气。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二EG抽取口被配置为抽取具有低温、中温或高温或其任何组合的排气。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二EG抽取口被配置为基于所述排气的物理属性抽取所述排气。
17.根据权利要求1所述的系统，其包括具有所述涡轮燃烧器、所述涡轮机和所述排气压缩机的燃气涡轮发动机。
18.根据权利要求17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。
19.根据权利要求18所述的系统，其包括联结到所述燃气涡轮发动机的排气抽取系统，以及联结到所述排气抽取系统的烃类生产系统。
20.一种系统，其包括：
控制系统，其被配置为：
接收指示流过一部分排气再循环路径即EGR路径的排气的属性的传感器反馈，所述EGR路径延伸穿过排气压缩机、涡轮燃烧器和涡轮机；以及
至少部分基于所述传感器反馈，控制通过沿着所述EGR路径设置的多个抽取口的排气的抽取。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述控制系统被配置为：
基于所述传感器反馈，确定所述多个抽取口中的两个或更多个抽取口的组合，该组合有利于抽取具有期望属性的排气；以及
控制经由所述两个或更多个抽取口抽取所述排气。
22.根据权利要求20所述的系统，其包括具有所述排气压缩机、所述涡轮燃烧器和所述涡轮机的燃气涡轮发动机。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述控制系统被配置为：
确定所述燃气涡轮发动机是否以满负荷或减负荷运行；
当所述燃气涡轮发动机以满负荷运行时，控制从第一抽取口抽取所述排气；
当所述燃气涡轮发动机以减负荷运行时，控制从第二抽取口抽取所述排气。
24.根据权利要求20所述的系统，其中所述控制系统被配置为：
基于传感器反馈，确定在所述涡轮燃烧器中是否发生化学计量燃烧；以及
当发生化学计量燃烧时，控制从布置在所述涡轮燃烧器下游的抽取点抽取所述排气。
25.一种方法，其包括：
用来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动涡轮机；
在排气压缩机中压缩来自所述涡轮机的排气；
沿着从所述排气压缩机穿过所述涡轮燃烧器进入所述涡轮机的流动路径输送所述排气；
经由沿着所述流动路径布置的第一抽取口抽取所述排气；以及
经由沿着所述流动路径布置的第二抽取口抽取所述排气。
26.根据权利要求25所述的方法，其包括经由排气供给系统即EG供给系统处理所抽取的排气，所述EG供给系统被配置为将处理后的排气输出到一个或多个下游处理过程。
27.根据权利要求25所述的方法，其包括在所述涡轮燃烧器内燃烧所述排气与燃料的混合物。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述混合物是以化学计量燃烧的。
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