CN104995457B - 用于燃气轮机排出气体处理的包含储氧组分的催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明的技术涉及操作燃气轮机的系统和方法。例示的燃汽轮机系统包括氧化剂系统、燃料系统、以及控制系统。燃烧器适合于接收以及燃烧来自该氧化剂系统的氧化剂以及来自该燃料系统的燃料以产生排出气体。催化剂单元包括氧化催化剂，其包括储氧组分，配置催化剂单元以降低在排出气体中氧气浓度以形成低氧气含量产物气体。

Description

用于燃气轮机排出气体处理的包含储氧组分的催化剂
相关申请的相互引用
本申请要求2013年2月21日提交的名称为"减少燃气轮机排出气体中的氧气"的美国专利申请61/767,690的优先权权益，其全部引入本申请作为参考。
技术领域
本说明书总体上涉及低排放发电系统。更具体而言，本说明书涉及用于改变从燃气轮机系统排出气体的组分组成的系统以及方法。
背景技术
本部分意图是介绍本领域的各方面，其可以与本技术例证性实施方案有关。本论述据信有助于提供框架以促进更好理解本技术具体的方面。因此,很清楚本部分应该就此而论地被理解，而非必须作为现有技术引入。
燃料在，例如，与燃气轮机整合的燃烧器之内的燃烧，可以通过监测排出气体的温度而控制。在完全负载下,一般的燃气轮机调整引入若干燃烧器的燃料数量以达到所要求的燃烧气体或者排出气体的温度。常规的燃气轮机使用入口导流片控制引入燃烧器的氧化剂。在部分负载下，引入该燃烧器的氧化剂数量减少以及再次控制引入的燃料数量以达到所要求的排出气体温度。进一步地,在部分负载下，燃气轮机效率下降因为该入口导流片限制了减少氧化剂数量的能力，其仅能略微地减少氧化剂流动。进一步地，当入口导流片处于它们的流动限制位置时，该氧化剂保持恒定较低流速。当产生功率较低时燃气轮机效率则下降因为需要较低膨胀器(expander)入口温度以使得用此质量流量产生此功率量。而且，现有氧化剂入口调节装置无法精细控制流速以及可以由于任意限制该氧化剂流动而引起大的压力降。用这些方法任何一种控制氧化剂，存在部分负载或者减压操作下缺油熄火的潜在问题。
当目标是从排出气体收集二氧化碳(CO2)时，需要控制引入该燃烧器的氧化剂数量。由于几个原因，当前的二氧化碳收集技术是昂贵的。一个原因是排出气体中二氧化碳的低压以及低浓度。然而，通过在基本化学计量条件下运行该燃烧过程，二氧化碳浓度可以从约4％至大于10％显著地增加。进一步地,一部分排出气体可以再循环至该燃烧器作为稀释剂以控制在该燃烧器之内气体以及该排出气体的温度。此外，在排出气体中任何不用的氧气会是所收集二氧化碳中的污染物，从而限制了可用于收集二氧化碳的溶剂种类。
在许多系统中，可以通过改变独立氧化剂系统运行降低氧化剂流速。例如，独立氧化剂压缩机可以减速至更慢运行速度由此提供降低的氧化剂流速。然而，压缩机运行速度降低通常使压缩机效率降低。另外，该压缩机减速可以降低进入该燃烧器的氧化剂压力。相反，如果通过该燃气轮机的压缩机部分提供该氧化剂，则减速不是在电力产生期间可控制的变量。用以产生60周电力的大型燃气轮机通常在3600rpm下运行。相似地,产生50周电力的燃气轮机常运行于3000rpm下。在常规的燃气轮机燃烧器运行中，进入该燃烧器之内氧化剂的流量不能确保有效控制，这是因为过量的氧化剂用作该燃烧室中的冷却剂以控制该燃烧条件以及该排出气体温度。已经进行许多研究以确定用于控制燃气轮机中燃烧过程的技术为了使在该排出气体中氧以及不符合要求的燃烧副产物、比如一氧化碳减到最低程度。
例如，Mittricker等的公开号为WO/2010/044958的国际专利申请公开例如燃气轮机系统中控制燃烧产物的方法以及系统。一个实施方案包括一种燃烧调节系统，其具有氧化料流，该氧化料流基本上包含氧气以及CO2，然后将该氧化料流与燃烧燃料料流混合以及在燃烧器中燃烧以产生燃烧产物料流，该燃烧产物料流具有分别通过温度传感器以及氧分析器检测的温度以及组成。来自该传感器数据用来控制该氧化以及燃烧燃料料流的流量以及组成。该系统也可包括具有膨胀器的燃气轮机以及在反馈配置中具有负载以及负载控制器。
Mittricker等的公开号为WO/2009/120779的国际专利申请公开了用于低排放电力生产以及烃类回收的系统以及方法。一个系统包括整合压力维持以及可容许溢出(miscible flood)的低排放电力生产系统。另一系统提供低排放电力生产、碳固存、提高原油采收率(EOR)，或者使用高温气体膨胀器以及外部的燃烧器提供二氧化碳销售。另一系统提供低排放电力生产，使用气体动力气轮机以压缩进口压缩机中空气以及使用在该膨胀器中热二氧化碳汲取气体(laden gas)产生电力。
Wichman的公开号为US2012/0023954的美国专利申请公开了发电厂以及操作方法。该发电厂以及方法包括主气流压缩机以及燃气轮机组合体。该组合体包括气轮机燃烧器，其用于将压缩的环境气体与再循环低氧气含量的气流以及燃料流混合以形成可燃混合物。该可燃混合物在气轮机燃烧器中燃烧，形成再循环的低氧气含量流。该组合体包括再循环回路用于将来自该气轮机的再循环的低氧气含量气流再循环至该气轮机压缩机。该组合体也包括整合的进口泄放热量管路，其该燃气轮机组合体至主气流压缩机进料端以及将一部分来自该燃气轮机组合体的再循环低氧含量的气流传递至该主气流压缩机的进料端。
Popovic的美国专利US8,205,455公开了发电厂以及运行方法。该发电厂包括主气流压缩机和氧化剂单元设置以传递压缩的富氧气流至燃气轮机组合体。各燃气轮机组合体包括气轮机燃烧器，其用于将压缩的富氧气流与再循环气流以及燃料流混合以使可燃混合物燃烧以及形成该再循环气流。该组合体也包括再循环回路，其用于再循环来自气轮机再循环气流至气轮机式压缩机。该组合体还包括再循环气流提取路径用于提取来自该组合体的一部分再循环气流以及将此传递至气体分离系统。该气体分离系统将部分再循环气流分离成为氮气部分以及二氧化碳部分。
Weil等美国专利US5,355,668公开承载催化剂组分的燃气轮机。催化剂材料形成在该引擎气体流路中组件之上,减少一氧化碳以及未燃烧烃排放。该催化剂材料选自贵金属以及过渡金属氧化物。其中应用上述材料的气体流路的部分可以包括燃烧器、气轮机、以及排放系统。该催化剂涂层可以与热障涂层系统共同涂布，该热障涂层系统插入在基材组件以及该催化剂涂层之间。
过去控制排出气体组分的尝试集中在降低诸如一氧化碳、氮氧化物以及未燃烃之类的标准污染物含量。成果主要通过利用在一些催化剂下的近化学计量的燃烧实现,比如催化剂选择以降低排出气体中一氧化碳以及NOx。结果,排出物中各种其它气体、比如氧气浓度可以高于所希望的。
发明内容
本技术的例证性实施方案提供燃气轮机系统。该燃气轮机系统包括氧化剂系统、燃料系统以及控制系统。燃烧器适合于接收以及燃烧来自该氧化剂系统的氧化剂以及来自该燃料系统的燃料以产生排出气体。催化剂单元包括氧化催化剂，该氧化催化剂包括储氧组分，配置催化剂单元以降低排出气体中氧气浓度以形成低氧气含量的产物气体。
另一个实施方案提供一种热量回收单元。热量回收单元包括换热器以及催化剂床，该换热器配置为从排出气体除去热能，催化剂床配置为降低排出气体中目标气体浓度。该催化剂床包括储氧组分(OSC)。
另一个实施方案提供在燃气轮机中燃烧燃料的方法。该方法包括将燃料提供至在燃气轮机上的燃烧器，将氧化剂提供至该燃烧器、以及使该燃料以及该氧化剂在该燃烧器中燃烧以产生排出气体。使至少一部分该排出气体穿过包括催化剂的催化剂床以形成低的氧含量产物气体，该催化剂具有储氧组分(OSC)催化剂。
附图说明
通过参照以下详细说明以及附图更好理解本技术优势，其中：
附图1是包括燃气轮机的燃气轮机系统的示意图；
附图2是燃气轮机系统200示意图，燃气轮机系统200可用于调整至燃气轮机102的燃烧器110的氧化剂流量和/或燃料流量；
附图3是燃气轮机系统示意图，该燃气轮机系统包括在来自该膨胀器排出部分的排出料流之上的热量回收蒸汽发生器(HRSG)；
附图4A以及4B是模拟图解，显示当当量比(φ)分别从0.75变化至1.25以及从0.999变化至1.001时在氧气以及一氧化碳浓度之间的关系；
附图5是显示可用于实施方案的当量比分布的另一个图；
附图6是基于传感器阵列的读数调整至该燃烧器的燃料以及氧化剂水平的方法的框图；
附图7是可以用于控制该氧化剂以及燃料至燃气轮机之中燃烧器的装置控制系统的框图；以及
附图8是图解模拟燃气轮机系统，其说明了在热量回收蒸汽发生器(HRSG)中利用两个催化剂床以降低在排出气流中所选择组分的浓度。
发明详述
在下文中详细说明部分，公开本技术的具体实施方案。然而,在以下说明具体至本技术特定的实施方案或者特定的应用的程度上，这意图是仅用于作例证以及简单提供作例证的实施方案的说明。因此，该技术不局限于如下所述的特定实施方案,而是包括附加权利要求书真实精神以及范围的替代、改进以及等同。
首先，为了便于参考，阐明用于本申请的一些术语和用于本文的它们的含义。对于以下没有定义的本文使用的术语，应该给予其相关领域人员给予的最宽泛的定义，如至少一个印刷的出版物或授权的专利中反映的。进一步地，本技术不被以下显示的术语的用法所限制，因为所有的等同物、同义词、新出现词(new development)以及用于相同或相似目的的术语或技术被认为在本发明权利要求的范围内。
"联合循环发电厂"使用蒸汽轮机和燃气轮机两者产生动力。燃气轮机以开放或半开放布雷顿循环运行，和蒸汽轮机以由来自燃气轮机的热提供动力的兰金循环运行。这些联合循环气体/蒸汽动力装置通常具有比仅气体装置或蒸汽装置高的能量转换效率。联合循环发电厂的效率可高达50％至60％。较高的联合循环效率由燃气轮机与蒸汽轮机组合的协同利用产生。通常，联合循环发电厂利用来自燃气轮机废气的热使水沸腾，从而产生蒸汽。典型的联合循环发电厂中的锅炉可被称为热量回收蒸汽发生器(HRSG)。产生的蒸汽用于向联合循环厂中的蒸汽轮机提供动力。燃气轮机和蒸汽轮机可用于分别向独立的发生器提供动力，或可选地，蒸汽轮机可与燃气轮机结合，以便通过共同的驱动轴联合驱动单个发电机。
稀释剂是主要用于降低由燃料以及氧化剂燃烧引起的燃烧器温度的气体。稀释剂可用于降低供应至燃气轮机的氧化剂或燃料(或两者)的浓度和/或稀释燃烧产物。稀释剂可以是过量的氮气、CO2、燃烧废气，或任何数量的其他气体。在实施方式中，稀释剂也可对燃烧器和/或燃气轮机的其它部件提供冷却。
如本文所用的，"压缩机"包括设计用于增加工作流体压力的任何类型的设备，并且包括相似或不同类型的压缩设备的任何一种类型或组合。压缩机也可包括与压缩机相关的辅助设备，诸如马达和驱动系统等等。压缩机可利用一个或多个压缩段，例如串联。例证性的压缩机可包括但不限于，正位移型，举例来说，如往复和旋转压缩机，以及包括动力学型，举例来说，如离心和轴流压缩机。例如，压缩机可以是燃气轮机引擎中的第一段，如以下进一步详细讨论的。
"控制系统"通常包括利用逻辑电路的一个或多个物理系统部件，其相互配合以获得一组共同的过程结果。在燃气轮机引擎的操作中，目的可以是获得特定的废气组成和温度。控制系统可设计来在外部干扰、由于制造偏差在物理部件中的变动、和输入的设定点值对于受控输出值变化的存在下可靠地控制物理系统部件。控制系统通常具有至少一个测量装置，其提供可送入控制器的过程变量的读取，该控制器随后可向执行器提供控制信号，该致动器随后驱动最终控制元件，其对例如氧化剂流产生作用。控制系统可设计来保持稳定和避免在具体操作条件范围内的振动。良好设计的控制系统可显著降低人工干预的需要，即使在操作过程中的不正常状态期间。
"当量比"指的是进入燃烧器的燃料与氧气的质量比除以当比率为化学计量时燃料与氧气的质量比。形成CO2和水的理想的燃料和氧气燃烧将具有1的当量比。过度贫态的混合物，例如与燃料相比具有更多的氧气，将提供小于1的当量比，而过度富态的混合物，例如与氧气相比具有更多的燃料，将提供大于1的当量比。
"λ"指进入燃烧器的氧气与燃料质量比除以当比率是化学计量时的氧气与燃料质量比。λ＝1/(当量比)。
"燃料"包括可与氧化剂一起燃烧以向燃气轮机提供动力的诸多烃。这样的烃可包括天然气、处理的天然气、煤油、汽油或诸多其他天然或合成的烃。
"燃气轮机"引擎按布雷顿循环运行。如果废气被排出，则这被称为开放布雷顿循环，而再循环至少一部分废气，则提供半开放布雷顿循环。在半布雷顿循环中，至少将燃料以及氧化剂加入该系统以支持内部燃烧以及部分燃烧产物排出或者抽出。在封闭布雷顿循环中，排出气体全部回收以及无排出或者抽出物以及通过外部燃烧或者装置加入热量。如本文所用的，燃气轮机通常包括压缩机部分、多个燃烧器和气轮机膨胀器部分。压缩机可用于压缩氧化剂，氧化剂与燃料混合并引导至燃烧器。燃料和氧化剂混合物随后被点燃以产生热燃烧气体。燃烧气体被引导至气轮机膨胀器部分，气轮机膨胀器部分从燃烧气体中提取能量用于向压缩机提供动力，以及产生有用功以向负荷提供动力。在本文讨论的实施方式中，氧化剂可通过外部压缩机提供给燃烧器，外部压缩机可以被或不被机械连接至燃气轮机引擎的轴。进一步地，在实施方式中，压缩机部分可用于压缩稀释剂，诸如再循环的废气，其可作为冷却剂被送至燃烧器。
"热量回收蒸汽发生器"或HRSG是从热气体流中回收热量的换热器或锅炉。它产生可在过程中使用或用于驱动蒸汽轮机的蒸汽。HRSG的常规应用是在联合循环动力装置中，其中来自燃气轮机的热的排出气体被送至HRSG，以产生转而驱动蒸汽气轮机的蒸汽。与单独的燃气轮机或蒸汽轮机相比，此联合发电更有效。如本文所用，除单独HRSG之外或替代单独HRSG，HRSG可以包括许多热量回收单元。
"烃"为主要包括元素氢和碳的有机化合物，尽管氮、硫、氧、金属或诸多其他元素可少量存在。如本文所用的，烃通常指的是在原始天然气中发现的成分，诸如CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C4H8异构体、C4H10异构体、苯和类似物。
"氧化剂"为可流入燃气轮机引擎的燃烧器以燃烧燃料的气体混合物。如本文所用的，氧化剂可以是与作为稀释剂的诸多其他气体混合的氧气，所述其他气体包括CO2、N2、空气、燃烧废气和类似物。
"传感器"指的是可检测、测定、监视、记录或以其他方式感测物理量的绝对值或改变的任何装置。如本文描述的传感器可用于测量物理量，包括温度、压力、O2浓度、CO浓度、CO2浓度、流速、声音数据、振动数据、化学浓度、阀位置或任何其他物理数据。
"λ传感器"指任意设备，其可以检测、测定、监测、记录、或者以另外方式检测燃烧过程或者燃烧过程产物中当量比或者λ数值绝对值或者变化。
"压力"为由气体施加在容积的壁上的每单位面积的力。压力可显示为磅每平方英寸(psi)。"大气压力"指的是空气的当地压力。"绝对压力"(psia)指的是大气压(在标准条件下14.7psia)加表压(psig)的总和。"表压"(psig)指的是由测量仪表测量的压力，其仅指示超过当地大气压的压力(即0psig的表压对应于14.7psia的绝对压力)。术语"蒸气压"具有通常的热力学含义。对于给定压力下的封闭系统中的纯组分，组分蒸气压基本上等于系统中的总压。
当提及物质的数量或量或其具体特性使用时，"大量的"指的是足以提供物质或特性意欲提供的作用的量。在一些情况，可允许的准确的偏差程度可取决于具体的背景。
综述
本申请公开的实施方案提供使来自半封闭回路操作的燃气轮机排出料流中氧含量减少的系统以及方法。包括储氧组分(OSC)的催化剂床可以与闭环λ控制结合使用以使在燃气轮机排出料流中氧的数量减少至小于约1000ppm，500ppm，200ppm，100ppm，50ppm，20ppm或者10ppm。如果运行漂移临时致使在排出料流中氧气含量高,则催化剂的OSC可以存储额外的氧气，使排出料流中氧气含量稳定。如果其它的运行漂移临时致使在排出料流中氧气含量降低，例如，还原环境,在排出料流中，催化剂的OSC可以释放先前储存氧气以再次使排出料流中氧气含量稳定。照这样,OSC使得该λ控制系统即使当正常控制系统变化致使燃气轮机燃烧器瞬时空气/燃料比改变时，也保持较稳定的λ设定值。该催化剂可以位于热量回收蒸汽发生器(HRSG)的床之中或者在分离或者压缩过程上游的高压吹扫气流之中。
在非闭合环路操作中，燃气轮机引擎通常在贫态条件下操作，例如，使用比燃料更多的氧化剂或者λ＝(空气/燃料)实际/(空气/燃料)化学计量>1。这还可以被称作按当量比(φ)小于约1.0操作该燃气轮机引擎。该贫态操作应用该氧化剂作为冷却剂气体以保持温度低于该材料限制以及确保燃料的充分氧化。然而，所产生排出气体可以具有高氧含量，使得它不适合诸如提高原油采收率之类的直接接触烃的应用。
为减少氧气，该燃气轮机可以在增加排出气体中还原剂的条件下运行。该还原剂主要组成为CO，但也可包括氢气以及未燃烧燃料。凭借CO作为主要还原剂，化学计量法需要CO:O2比率为至少约为2以还原全部的氧气。因此，该燃烧器必须在略微富态下运行,即,当量比小于约1，以得到CO:O2比率约大于2。结果，存在过一些CO形式的化学能，其没有在ULET系统中被俘获以及该系统不得不在更高加热速率下操作。
为收集此能量,该燃气轮机引擎接近当量比1.0下操作。然而，难以保持燃气轮机引擎中空气/燃料比为1.0,随着运行的变化，由于控制受限制，燃烧效率低、燃烧器差异、以及化学平衡效应，可产生过渡漂移至含氧量比排出气体中要求的高。在实践中，在任意所使用的催化剂床使以下这些原料减少以前，在流出物气流中残余的氧化剂以及还原剂浓度预计就氧气而言为约1000-5000ppm以及就CO而言为约2000-10000ppm以及就氢气而言为1000-5000ppm。
在本申请所公开实施方案中，使用催化剂床用CO或者氢作为还原剂能够还原剩余量的O2至10ppm水平，依照等式1a以及1b显示的的反应。
该催化剂床包含氧化催化剂，其例如包含贵金属，以及OSC，其例如包含二氧化铈。
本发明的各种实施方案也提供用于消耗在燃气轮机引擎中燃烧产生的一氧化碳的系统以及方法。这通过水煤气变换反应进行，例如，在位于热量回收蒸汽发生器(HRSG)中的催化剂床中进行。该水煤气变换反应是一氧化碳与水蒸汽之间的化学反应，其形成二氧化碳和氢气作为产物。给定来自该燃气轮机排出气体中存在相对大量水蒸汽，水煤气变换反应是主要反应。在一些实施方案中，比如在化学计量的排出气体再循环(SEGR)燃气轮机中，该排出气体是再循环低氧气含量气流，其至少在该燃烧器中作为冷却剂气体使用。一般,10体积％以上的水汽含量(>100k百万分之一体积，ppmv)存在于再循环低氧气含量气体料流之中，同时氧气、一氧化碳以及氢气是大约1000-5000ppmv。结果，该水煤气变换反应能消耗残余一氧化碳连同相似量水蒸汽以产生二氧化碳以及氢气，与竞争氧化反应相比，转换效率更高。所得到的低的CO含量产物气体可以包含仅仅1或者2ppm的CO。
传感器可以放入该排出气体、该产物气体或者二者中以调整该燃烧条件以控制排出气体中CO、氧或者其它污染物的数量。例如，该传感器可以位于膨胀器排出气体之上的环、该催化剂床进口、催化剂床出口、或者任何组合。该传感器可以尤其包括λ传感器、氧传感器、CO传感器以及温度传感器等。此外,不同类型传感器可以组合使用以提供进一步的信息。
在一些实施方案中，可以使用多个传感器以调整在该燃气轮机上各燃烧器中的条件。该传感器不具有对于特定燃烧器的一对一关系、但是可以受特定燃烧器的影响。各个传感器的响应值可以反向关联至特定的燃烧器，例如，使用基于漩涡图的合计和差分算法。漩涡图将在燃烧器膨胀器中排出物流动图与促进排出物在其所在点流动的燃烧器相关联。
利用分别控制的燃烧器可以增加燃气轮机引擎的燃烧效率，例如，使得该燃烧接近于一对一的当量比。上述效率改进可以降低排出气体中的O2、未燃烃以及一氧化碳。尽管低浓度氧气可以使得氧化催化剂效率不足,但OSC可以收集要在该反应中使用的氧气。此外，排出物中大量水蒸汽可以保持在水煤气变换反应中CO的高转化率。
附图1是包括燃气轮机引擎102的燃气轮机系统100的示意图。燃气轮机引擎102具有在单一轴108之上的压缩机104以及气轮机膨胀器106。燃气轮机引擎102不局限于单一轴配置，如可以使用多轴，通常轴之间具有机械联动或者传输。在各种的实施方案中，燃气轮机引擎102也具有许多燃烧器110，其给该膨胀器输送热的排出气体，例如，经由管线112。例如，燃气轮机102可以具有2，4，6，14，18，乃至更多个燃烧器110,这取决于该燃气轮机102尺寸。
燃烧器110用来燃烧通过燃料源114提供的燃料。氧化剂可以从各个来源提供至燃烧器110中每一个。例如，在实施方案中，外部氧化剂源116,比如外部压缩机，可以提供氧化剂至燃烧器110。在实施方案中，氧化剂或者再循环排出气体118，或其混合物，可以在压缩机104中压缩以及然后提供至燃烧器110。在其它的实施方案中，比如当提供外部氧化剂源116时，压缩机104可以用以仅压缩该再循环排出气体，其可以输送至燃烧器110用于氧化剂的冷却以及稀释。
来自燃烧器110的排出气体在气轮机膨胀器106中膨胀,产生机械能。该机械能可以经由轴108为压缩机104提供动力。此外，可以从燃气轮机作为机械动力输出120获得一部分机械能，例如，以发电或者给氧化剂压缩机以动力。膨胀的排出气体122可以排出、被用来回收热量、再循环至压缩机104、或者其任何组合用途。在实施方案中，排出气体122流过一个或多个催化剂床，其包括氧化催化剂以及氧化存储催化剂(OSC)，或者水煤气变换催化剂、或者二者兼有。
在一些实施方案中，将氧化剂计量加至燃烧器110以控制燃料/氧化剂的当量比。可以对于所有的燃烧器110一起进行计量，例如，通过调整燃料114以及氧化剂116来源，或者各单独的燃烧器110。对本领域技术人员显而易见的是化学计量的燃烧，例如，在当量比为1下,将比非化学计量的燃烧更热。因此,要么氧化剂过量，要么加入附加的不燃气体、比如再循环的排出气体可以加入以冷却该引擎，防止过度热量对燃烧器110或者气轮机膨胀器106的损坏。
通过利用再循环的排出气体122提供另外的优势在于该排出气体缺乏氧气，使得它成为较好的提高原油采收率的材料。调整单独的燃烧器110可以补偿在燃烧器110之间的差异，改善该燃气轮机102的总效率。
燃烧器控制
图2是燃气轮机系统200示意图，其可用于调整至燃气轮机引擎102的燃烧器110的氧化剂流量和/或燃料流量。所提及单元通常如图1讨论的那样。系统200可以调整提供至燃烧器110的氧化剂116的数量，例如，通过调整氧化剂116的压力、流量、或者组成。同样地,系统200可以调整提供至燃烧器110燃料114数量通过调整燃料114压力、流量、或者组成。在实施方案中，到各单独燃烧器110的氧化剂流量可以通过氧化剂流量调整装置202调整,比如阀、涡旋式喷嘴、或者在各燃烧器110中的混合段。执行器204可用于调整该氧化剂流量的调整装置202。同样地,可以调整至各单独燃烧器110的燃料流114。
多个传感器206可以置于燃气轮机引擎102的膨胀器排出气体部分208，例如，5，10，15，20，25，30或更多个，传感器206可以按环状环绕膨胀器排出气体部分208放置。传感器206的数目可以通过该燃气轮机102的尺寸、燃烧器110数目、或者二者确定。传感器206可以包括氧传感器、CO传感器、温度传感器、氢气传感器等。氧传感器的实例可以包括λ和/或宽频带的氧化锆-氧传感器、二氧化钛传感器、电流的、红外线、或者其任何组合。温度传感器的实例可以包括热电偶、电阻性的温度装置、红外传感器、或者其任何组合。CO传感器的实例可以包括氧化物基薄膜传感器比如锡酸钡和/或二氧化钛。例如，CO传感器可以包括铂-活化二氧化钛、镧稳定二氧化钛等。传感器206的选择可以由响应时间控制，这是由于需要进行测量用于系统的实时控制。传感器206也可包括不同类型传感器206的组合。传感器206传回信号210到控制系统212，其可以用于针对各个、或者全部燃烧器110做燃料以及氧化剂调整决定。可以进行许多物理测量，例如，传感器206可用于测量温度、压力、CO浓度、O2浓度、振动等。此外，多个传感器206可用于测量这些参数的组合。
控制系统212可以是,诸如分布式控制系统(DCS)、可编程序逻辑控制器(PLC)、直接数字控制器(DDC)、或者任何其它合适的控制系统之类更大系统的一部分。此外，控制系统212可以自动调整参数，或者可以向进行人工调整的操作工提供有关燃气轮机102的信息。控制系统212进一步根据以下附图7进行描述。
应当理解显示在附图2中的燃气轮机系统200，以及在其它附图中描述的相似燃气轮机系统，已经简化以帮助解释本技术的各个实施方案。因此,在本技术的实施方案中，氧化剂系统116以及燃料系统114二者，以及燃气轮机系统自身，可以包括很多未显示的装置。上述装置可以包括流量计、比如孔板流量计、质量流量计、超声波流量计、文丘里流量计等。其它装置可以包括阀、比如启闭管线的活塞式液压马达阀(PMV)，以及电动阀，比如薄膜电动阀(DMV)，球阀等，以调节流速。此外，除显示的该单元之外可以使用压缩机、储罐、换热器以及传感器。
在附图2显示的实施方案中，压缩机104可用于压缩料流214,比如再循环排出料流。在压缩以后，压缩的料流216可以注入燃烧器110的混合段。料流214不局限于纯再循环料流，这是由于压缩的料流216可以提供氧化剂至燃烧器110。来自膨胀器排出部分208的排出料流218可以用于提供该再循环料流,如根据以下附图7进一步公开的。
催化剂以及催化剂床
排出料流218可以通过一个或多个催化剂床220，例如，与排气膨胀器部分208连接,位于HRSG中，或者在燃气轮机系统200中其它位置。催化剂床220可以包含许多催化剂组分。例如，催化剂床可以包含氧化催化剂或者水煤气变换催化剂。可以按照次序使用多个催化剂床。通常，氧化和/或还原催化剂床可以位于高温区域，例如，在排气膨胀器部分208中，在排气膨胀器208之后的独立催化剂床220中，或者在热量回收蒸汽发生器(HRSG)的较先阶段中，如本申请所述。水煤气变换催化剂床可以位于排气流低温区域，比如朝HRSG末端处。来自催化剂床220的产物气体222可以是低氧含量气体，其基本上包括二氧化碳、氮气、氩气、氢气以及水蒸汽。少量的氧气可以仍然存在，但是小于约10ppmv，例如，5ppmv，2ppmv或者1ppmv。
可以注意到催化剂床220不局限于氧化催化剂，而是也可包括其它可以还原化学成分的催化剂。例如，催化剂床220可以包含催化剂转换器，其中氧化催化剂将CO以及未燃烃氧化至CO2以及H2O，以及还原催化剂将氮氧化物(NOx)转化至N2，CO2，以及H2O。该氧化催化剂可以是，例如，负载在耐火氧化物上的铂、钯、金、或者其它金属。该耐火氧化物可以包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、或者其混合物。该还原催化剂可以包括，例如，铑、或者其它金属。可以在实施方案中使用的其它金属按本申请催化剂A-D提供。
催化剂A
该氧化催化剂可以是通过使用二氧化铈(CeO2)，或者氧化铈改进的常规氧化催化剂，得到合适的脱氧催化剂，本申请称为催化剂A。二氧化铈常用于汽车用三效尾气净化催化剂。三效尾气净化催化剂用来降低排出料流中氮氧化物、一氧化碳以及未燃烃的浓度。在汽车引擎中，引擎通常循环经由燃烧的富态以及贫态模式，产生相对燃料过量的O2(贫态操作)，或者相对氧气过量的还原剂(富态操作)。在该三效尾气净化催化剂中二氧化铈的作用是作为OSC以保证存在充足的氧气用于在富态操作期间反应。在化学计量的排出气体再循环燃气轮机中，优选一直保持低的排出料流氧含量以致所产生以及从系统抽提的惰性气体具有足够低的氧含量用于它所需目的。正常控制偏差，例如由于控制系统滞后、传感器准确度和可重复性、阀门启动以及信号噪声可以迫使远离例如就当量比或者λ值而言的最佳设定值变化，以保证产物的氧含量总是在最高容许值以下。通过利用OSC使得设定值选择接近于乃至处于最优值，这是因为在瞬时的富态以及贫态操作周期期间通过从OSC储存与释放氧气，从而减少或者可能消除了这些不可避免的控制系统偏差的影响。
在燃气轮机引擎102排出气体的再循环操作中，该二氧化铈可以和贵金属催化剂一起使用。然而，这用于将排出料流中氧气含量保持为在该再循环气体中小于约10ppm。该二氧化铈放置于紧密接近CO氧化催化剂以容许该氧气通过CO被还原。如果该氧气增多，例如，由于过程干扰或者常规控制偏差,该二氧化铈可吸附多余的氧气。所储存氧气将在富态操作条件下被还原，保持该排出物中氧气浓度低。此外，通过在富态操作条件下释放储存的氧气以帮助CO氧化，该二氧化铈可以将该催化剂出口处λ保持在大约为1。
在催化剂A中该氧化催化剂可以包括，例如，周期表8-10族元素，其特别包括，例如铂或者铂(Pt)以及钯(Pd)混合物等。Pt以及Pd混合物可以应用大于约0.1，或者约1至约100,000的Pt:Pd比率。10族金属可负载于耐火氧化物载体之上，比如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛以及氧化锆或其混合物。该OSC可以包括二氧化铈以及氧化锆，二者比率为约0.1，0.5，1.0，2.0，5.0或者更高。除二氧化铈之外，该OSC也可包括诸如镧、镨、钕、钐等之类的其它镧系元素的氧化物。此外，在各种的实施方案中可以使用其它金属、包括，例如镍、铈、铁、锰以及铜等。
如果该燃气轮机在富态条件下运行时间延长，则碳沉积物可以在该催化剂表面上积聚，其可以使该催化剂失活。在实施方案中，可以使用适合在恒定富态条件下操作的改进和新的催化剂，其包含的催化剂作用在于使用包含在排出气体中的燃烧水和CO2以氧化掉来自该催化剂的碳沉积物。
催化剂B
如果燃气轮机引擎102在富条件下运行时间延长，例如，无闭环λ控制，可以使用不同的催化剂以降低氧气排放。在富态操作条件下，常规的氧化催化剂对碳或者碳质沉积物的阻碍作用敏感，其可以通过CO歧化或者燃料热解而在催化剂表面上形成，如式2以及3分别显示反应所述。
碳，其是式2以及3中不希望有的副反应的反应产物，可以覆盖催化剂表面以及使该催化剂失效。
催化剂B提供脱氧催化剂组合物，其适合在恒定富条件下操作。如果持续缺少氧气，则催化剂B按照反应式4以及5分别所示反应使用包含在排出气体中的水以及CO2燃烧以氧化C至CO。
催化剂B包含功能在于按照反应式4以及5所示反应来氧化C，同时仍然按照反应式1所示的反应用CO还原O2。例如，催化剂B可以包括用于催化剂A的所述组分以及另外的组分，其对烃重整以及对CO氧化都有活性。该重整组分可以包括负载于所述用于催化剂A的载体中的一种或者混合物上的铑(Rh)。该铑可以负载于二氧化铈-氧化锆混合氧化物或者固溶体之上。
催化剂C
以上催化剂抗碳以及碳质沉积物减活化的耐受性可以通过使得催化剂表面呈更多碱性而提高。催化剂C包括用于催化剂A所述的组合物，例如，尤其在其它组分中采用容纳Pt以及Pd的活性部位的氧化铝以及二氧化铈载体混合物。可以通过加入的碱金属或者诸如氧化镁(MgO)或者氧化钡(BaO)之类的碱土金属氧化物对该载体改性。是碱氧化物或者碱土氧化物的载体分数可以小于约50wt.％，小于30wt.％，或者小于10wt.％。
催化剂D
催化剂D包括用于催化剂B的所述组分，例如，尤其在其它组分中容纳Rh，Pt，以及Pd连同其它组分的活性部位的氧化铝以及二氧化铈载体混合物。载体可以通过加入的碱金属或者诸如MgO或BaO之类的碱土金属氧化物改性。碱氧化物或者碱土氧化物载体分数可以小于约50wt.％，小于30wt.％，或者小于10wt.％。
在一些实施方案中，除该氧化反应之外，可以使用水煤气变换(WGS)反应，以转化反应物CO以及H2O成CO2以及H2。许多WGS催化剂可以用于此反应。这些催化剂可以被放入位于HRSG温度范围内的催化剂床中，在该温度下WSG催化剂活性最大。例如，负载于诸如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、或者其混合物之类的耐火氧化物上的铁-氧化铬催化剂，可以用于温度范围300℃至约450℃的区域。此外，负载于耐火氧化物上的铜-锌催化剂可以用于温度范围180℃至约270℃的区域。可以使用许多其它的WGS催化剂，包括，例如铂-铼催化剂、或者钌与铜或者铼的组合催化剂。
负载该催化剂金属的耐热氧化物可以通过蜂窝状的陶瓷结构固定就位，其设计成能用极小背压力容许排出气体流动。在HRSG中，容纳该催化剂金属的耐火氧化物可以负载在陶瓷上，该陶瓷负载于为控制反应温度而配置的换热器管之上。
传感器206不局限于膨胀器排气部分208，而可以在不是膨胀器排气部分208或者除208之外的许多其它的位置中。例如，传感器206可以按多环状排列在膨胀器排气部分208周围。此外,传感器206可以按传感器206种类分离成多个环，例如，氧分析器在一个环中以及温度传感器在另一环中。传感器224也可以位于来自催化剂床220的产物气体料流222之中。
在实施方案中燃气轮机引擎102可以用以提供动力、CO2、热能，或者其任何组合用于很多应用。例如，来自催化剂床220的产物气体222可以脱水单元,比如深冷的脱水系统、二醇系统、或者组合系统中处理以形成低露点气体，例如，露点小于约-10℃、小于约-30℃、小于约-50℃、或者更低。此外，产物气体222可以在二氧化碳分离单元中处理以产生贫二氧化碳料流以及富二氧化碳料流。二氧化物分离单元可以包括固体吸收塔、深冷分离系统、液体吸附系统、或者化学品吸附系统。
贫二氧化碳料流或富二氧化碳料流可以注入到地下储藏处用于提高烃类采收率。富二氧化碳料流可以注入到碳固存井,而贫二氧化碳料流可以作为气体产物提供到市场销售。在销售之前，该贫二氧化碳料流可以于脱水单元中处理以降低露点。如果不希望销售贫二氧化碳料流，则在排出该料流之前，该料流可以经过膨胀器以回收机械能。
尽管希望排气中CO及未燃烃的数量减到最少，然而可以选择该催化剂以降低产物气体222中氧的数量。这可以增加产物气体222在提高油采收率中的有用性,因为目标烃被排出料流中残余氧气的氧化将减少。
能量回收以及排出物再循环
附图3图解燃气轮机系统300，其包括来自该膨胀器排出部分208的排出料流218上的HRSG 302。HRSG 302可以包括许多热量回收单元，比如蒸汽过热装置、蒸汽提升装置、给水加热器、或者吸热反应装置等。由此，任何本申请所提及HRSG 302可以替换为任何其它种类的热量回收单元。标号项目类似如上附图1以及2所述的。排出气体中排出料流218可以包括、但是不局限于未燃燃料、氧气、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气、氮氧化物、氩气、水、水蒸汽、或者其任何组合。排出料流218的温度可以为约430℃至约725℃以及压力为101kPa至约110kPa。
在图解所示的实施方案中，该燃烧产生热量可用于使入口水料流304沸腾以产生水蒸汽料流306，其也可以是过热的。该水蒸汽料流306可以用于例如兰金循环以由气轮机产生机械动力、或者以提供水蒸汽用于公用工程、或者二者兼有。来自该气轮机的机械动力可以用于发电、运行压缩机等。如本申请所述，燃气轮机系统300不局限于HRSG 302，这是因为可以使用任何种类热量回收单元(HRU)。例如，可以在换热器中回收该热量以提供热水或者其它的经加热流体。此外，基于有机工质流体(ORC)的兰金循环可以用于通过将热能转化至机械能而回收热能。
在实施方案中，一个或多个催化剂床308可以位于HRSG 302之中，如本申请公开的那样。在HRSG 302之内催化剂床308的位置可以通过该催化剂需要的反应温度确定。例如，在高温下操作的催化剂，比如具有OSC的氧化催化剂，可以位于HRSG 302之中刚好在排出料流218进入HRSG 302以后的位置点。同样地，在低温下操作的催化剂，比如水煤气变换催化剂，可以位于在HRSG 302中后面的点，例如，刚好在产物气体310离开HRSG 302之前的位置点。
经冷却的排出料流或者产物气体310然后可以用于其它的目的，比如为料流214提供再循环气体。各种其它传感器可以被加到该系统以监视与控制该催化反应。例如，传感器312可以被放入产物气体310中以确定催化反应的效率。这些传感器312可以除传感器206之外使用在膨胀器排气部分208上以确定存在的反应物，以及控制该燃料以及氧化剂浓度。
控制燃烧器当量比
虽然本申请公开的该催化剂以及OSC组合可以减少对控制该当量比的需要，上述的控制可以对降低产物气体310中氧气及其它污染物的浓度有用。上述讨论的燃气轮机系统可以用以控制在燃烧器110中的燃烧过程，或者分别地、作为整体、或者二者兼有。控制目标可以使燃料以及氧气的当量比平衡。可以进行这样的操作以使未燃的或者部分燃烧烃减到最少，其通过在排出料流中CO浓度表现以及使排出料流中未消耗氧气减到最少。根据附图4A以及4B进一步讨论当量比。
附图4A以及4B是图解，模拟显示随当量比(φ)404分别从0.75至1.25以及从0.999到1.001变化时在氧气以及一氧化碳摩尔分数402之间的平衡关系。当该当量比为约1.0时可以获得最高效率。氧气浓度作为当量比函数显示为直线406以及一氧化物浓度作为当量比函数显示为直线408。当量比(φ)404等于(mol％燃料/mol％氧气)实际/(mol％燃料/mol％氧气)化学计量。燃料mol％等于F燃料/(F氧气+F燃料)，其中F燃料等于燃料摩尔流量以及F氧气等于氧气摩尔流量。
mol％氧气等于F氧气/(F氧气+F燃料)，其中F氧气等于氧气摩尔流量以及F燃料等于燃料摩尔流量。氧气的摩尔浓度取决于在氧化剂混合物中氧气相对稀释剂的比例，以及可以按F氧气/(F氧气+F稀释剂)计算。如本文所用，氧化剂的流量可以按F氧化剂＝(F氧气+F稀释剂)计算。
排出气体中氧气以及二氧化碳摩尔分数或者浓度随当量比(φ)404在1以下或1以上变化。例如，当量比(φ)404在1以下时，氧气摩尔分数从在当量比(φ)404为约1下约1ppm(即氧气摩尔分数为约1.0×10-6)快速增加至在当量比(φ)404为约0.999下的约100ppm(即氧气摩尔分数为约1×10-4)。同样,当量比(φ)404在1以上时，该一氧化碳浓度从在当量比(φ)404为约0.9995下的约1ppm(即,一氧化碳摩尔分数为约1×10-6)快速增加至在当量比(φ)404为约1.001下的大于约100ppm(即一氧化碳摩尔分数为约1×10-4)。
至少部分地基于从诸如传感器206(附图2)、或者312(图3)之类的传感器处获得的数据,至燃烧器110的氧化剂116的数量和/或燃料114的数量可以被调节以使所产生排出气流218具有所要求的组成。例如，监测在膨胀器排气部分208或者冷却排出料流310中排出气体之中氧气和/或一氧化碳浓度容许调整引入燃烧器110的氧化剂116和燃料114的数量，或者单独或者整体，以被控制使在燃气轮机引擎102中燃料114的燃烧在当量比(φ)404的预定范围之内进行。
这可用于产生氧气以及一氧化碳组合浓度小于约3mol％，小于约2.5mol％，小于约2mol％，小于约1.5mol％，小于约1mol％，或者小于约0.5mol％的排出料流218。而且,排出料流218可以具有小于约4,000ppm，小于约2,000ppm，小于约1,000ppm，小于约500ppm，小于约250ppm，或者小于约100ppm的氧气以及一氧化碳组合。在一些实施方案中，调节燃料114以及氧化剂116以形成略微富混合物以在损耗O2的情况下促进CO形成，降低排出物中残余氧气的数量。可以通过排出料流中CO使残存氧气还原,导致产物气体具有10ppm，或者更少，氧气含量。如果存在过量氧气，例如，由于操作漂移，OSC可用于吸收至少一部分该氧气。在此实施方案中，随该混合物回到略微富态，被吸收的氧气通过过量的CO还原。
在燃烧器110中所要求或者预定当量比(φ)404范围可以计算出来或者输入以实施燃料114的燃烧以产生混合排出料流418，其包含要求量的氧气和/或一氧化碳。例如，在燃烧器110中当量比(φ)可以保持在约0.85至约1.15预定范围之内以产生排出料流218，其具有氧气以及一氧化碳组合浓度范围为下限约0.5mol％、约0.8mol％、或者约1mol％至上限为约1.5mol％、约1.8mol％、约2mol％、或者约2.2mol％。在另一个实施例中，在燃烧器110中当量比(φ)404可以保持在约0.85至约1.15范围之内以产生排出料流218，其具有的氧气以及一氧化碳组合浓度小于2mol％、小于约1.9mol％、小于约1.7mol％、小于约1.4mol％、小于约1.2mol％、或者小于约1mol％。再一个另外的实施例中，在燃烧器110中当量比(φ)404可以保持为约0.96至约1.04以产生排出料流218，其具有的氧气以及一氧化碳组合浓度小于约4,000ppm，小于约3,000ppm，小于约2,000ppm，小于约1,000ppm，小于约500ppm，小于约250ppm，或者小于约100ppm。
附图5是另一曲线图，显示可用于实施方案的当量比分布。在附图5中，该x轴502表示当量比，而y轴504表示排出料流特定摩尔分数组成，这是由于排出料流由于空间和/或时间的变化具有通过特定的当量比产生组成。曲线图500显示富态操作方式506，化学计量的操作方式508，以及贫操作方式510。操作方式506、508以及510各自所示的分布反映了在燃烧器中偏差，其产生排出气体，该排出气体包括氧气和燃料不完全燃烧的产物两者。本申请公开催化剂可以减少这两种物质。
如果控制全部的燃烧器以形成基本上化学计量混合物，例如，化学计量的操作方式508标准偏差约为1，燃料氧气混合物的化学计量可以稍微变动。在此实施方案中，至燃烧器的燃料、空气、或者二者的流量可以在该化学计量点周围调整使燃烧器短时段贫态下操作以向催化剂的OSC"加入"O2。当OSC装满料时，催化剂床下游的O2/λ传感器可能检测出O2以及驱使燃料或者空气或者二者流量回到化学计量状态。此运行方式可保证足够O2存在于OSC用于与来自该燃气轮机的任何CO反应。
注意到在其中燃烧器110分别控制的实施方案中，燃烧器110不必在同样的设定值、或者甚至不必在相同的范围之内。在各种的实施方案中，针对各个燃烧器110可以使用不同的或者倾向性的设定值以解决在结构、性能、或者操作上的差异。这可以避免情况，其中不同燃烧器110的不同操作特征致使排出料流218被不可接受浓度的氧气或者一氧化碳污染。此外,注意到燃烧效率不足100％以及单独燃烧器110中当量比差异综合起来可以导致CO 408以及氧气406二者浓度大于给定总当量比404下附图4A以及4B中显示的那些。
因此，在本技术的实施方案中，使用操作燃气轮机102的两种方法。在第一方法中，整套燃烧器110作为单一实体运行，举例来说在启动期间以及响应诸如速度或者功率变化之类的总设定值调整期间。在第二方法中，单独的燃烧器110可以各有侧重，举例来说，补偿耗损、制备等差异。
一种整套燃烧器110的操作方法可以包括起始，即，在启动时,在当量比(φ)404为大于1引入该燃料114以及在氧化剂116中氧气。例如，当量比(φ)404启动时可以从下限约1.0001、约1.0005、约1.001、约1.05、或者约1.1,至上限为约1.1、约1.2、约1.3、约1.4、或者约1.5。在另一个实施例中，当量比(φ)404可以为约1.0001至约1.1,约1.0005至约1.01，约1.0007至约1.005，或者约1.01至约1.1。为了总体调整，排出料流218中氧气和/或一氧化碳的浓度可以经由传感器206、224、或者312测定或者推定。排出料流218中膨胀的排出气体开始可以具有高的一氧化碳浓度(例如，大于约1,000ppm或者大于约10,000ppm)以及低的氧气浓度(例如，小于约10ppm或者小于约1ppm)。
操作整套燃烧器110的另一方法可以包括开始,即，在启动时，在当量比为(％)404小于1引入燃料114以及在氧化剂116中氧气。例如，当量比(φ)404在启动时的范围为下限约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、或者约0.9至上限约0.95、约0.98、约0.99、约0.999。在另一个实施例中，当量比(φ)404为约0.9至约0.999、约0.95至约0.99,约0.96至约0.99，或者约0.97至约0.99。在排出料流218中膨胀排出气体可以开始具有高的氧气浓度(例如，大于约1,000ppm或者大于约10,000ppm)以及低的一氧化碳浓度(例如，小于约10ppm或甚至低于约1ppm)。
例如，当在排出气体中的氧气浓度从小于约1ppm增加到大于约100ppm、约1,000ppm、约1mol％、约2mol％、约3mol％、或者约4mol％时，操作者、控制系统212，或者二者会被提醒已经达到小于1的当量比(φ)404。在一个或多个实施方案中，经由氧化剂116以及燃料114的氧气的数量可以保持恒定或者基本上恒定以提供当量比(φ)404略微小于1，例如，约0.99的燃烧过程。经由氧化剂116的氧气数量可以降低和/或燃料114的数量可以增加然后数量维持恒定或者基本上恒定以提供当量比(φ)404落入预定范围的燃烧过程。例如，当在排出料流418中的氧气浓度从小于约1ppm增加到约1,000ppm、约0.5mol％、约2mol％、或者约4mol％时，经由氧化剂116引入的氧气数量减少的数量范围可以为下限约0.01％、约0.02％、约0.03％、或者约0.04％至上限约1％、约2％、约3％、或者约5％，相对于在开始检测到排出气体中氧气增加时的经由氧化剂116引入氧气的数量而言。在另一个实施例中，当排出料流218中氧气浓度从小于约1ppm上升至约1,000ppm或更多时，经由氧化剂116引入的氧气数量可以减少约0.01％至约2％、约0.03％至约1％、或者约0.05％至约0.5％相对于当检测到排出气体中氧气增加时经由氧化剂116引入氧气的数量而言。再一个另外的实施例中，当氧气浓度从小于约1ppm上升至约1,000ppm或更多时，燃料114的数量增加量范围为下限约0.01％、约0.02％、约0.03％、或者约0.04％至上限为约1％、约2％、约3％、或者约5％，相对于当检测到排出气体中氧增加时引入的燃料114的数量而言。
在燃气轮机系统102操作期间，可以经由传感器206，224，或者312、在连续基础上、在周期性时间间隔、随机或者在非周期性时间间隔监测当量比(φ)404，当燃气轮机系统102一个或多个变化发生时，其可以改变或者变更排出料流218的当量比(φ)404、或者其任何组合。例如，燃气轮机系统102所发生的可以改变或者变更当量比(φ)404的变化，可以包括燃料成分变化、氧化剂成分变化，该催化剂降解，例如由于积碳形成、或者其组合。照这样,氧气和/或一氧化碳浓度，例如，可以监测，以及对氧化剂116和/或燃料114的数量进行调整以控制排出料流218、产物气体310、或者二者中氧气和/或一氧化碳的数量。
在至少一个实施方案中，降低当量比(φ)404可以按渐进步骤、非渐进步骤、连续方式、或者其任何组合进行。例如，可以调整氧化剂116和/或燃料114的数量使当量比(φ)404随氧化剂116和/或燃料114的调整每次定额或者基本上定额而改变，例如，约0.001、约0.01、或者约0.05。在另一个实施例中，氧化剂116和/或燃料114的数量可以连续地改变使当量比(φ)404连续改变。优选氧化剂116和/或燃料114的数量改变以及燃烧进行时间足以产生组成基本一致的排出气体，在其时间氧化剂116和/或燃料114的数量可以调节以改变当量比(φ)404，改变量范围为下限约0.00001、约0.0001、或者约0.0005至上限约0.001、约0.01、或者约0.05。在排出料流218实现氧气浓度基本上一致之后，氧化剂116和/或燃料114可以再次调整使当量比(φ)404改变。在排出料流418中氧气和/或一氧化碳的数量可以监测以及氧化剂116和/或燃料114的数量可以重复调整直到排出料流218的氧气以及一氧化碳的总浓度，例如，小于约2mol％或者小于约1.5mol％，或者小于约1mol％。
燃烧器110可以连续运行使得排出料流218的氧气以及一氧化碳的总浓度小于2mol％、小于1mol％、小于0.5mol％、或者小于约0.1mol％。在另一个实施例中，在燃烧器110内进行燃烧的时段内，排出料流418的氧气以及一氧化碳的总浓度小于2mol％或者低于约1mol％，持续燃气轮机102操作时段内约50％，55％，60％，65％，70％，75％，80％，85％，90％，或者约95％时间。换言之，在燃烧器110内进行燃烧的时段内大部分时间,排出料流418氧气以及一氧化碳的总浓度小于约2mol％，小于约1mol％，小于约0.5mol％，或者小于约0.1mol％。
一旦设置燃气轮机102的总体控制，可以确定对于各个燃烧器110而言的侧重需求。例如，各燃烧器110分别的氧化剂流量调整装置202可以通过控制系统212调整以保持传感器206、224、或者312测定值在所需要的设定点或附近。可以根据每个传感器206或者312各自测定值确定几个计算值。这些可以包括，例如，可用于在n个燃烧器110中对全部氧化剂流动调整装置202进行相似调整的平均值。
此外，各种不同数值，例如，基于两个或者更多个传感器206、224、或者312测定值差异计算的不同数值，可以用以在一个或多个燃烧器110之上的氧化剂流动调整装置202进行侧重调整以使在不同传感器206、224、或者312之间测定值差异减到最小。控制系统212也可直接调整氧化剂系统116，上述通过调整压缩机入口导流叶片(IGV)或者速度控制以立刻改变，例如至全部燃烧器110的氧化剂流量。此外，控制系统212可以将至全部燃烧器110的燃料114进行相似调整，举例来说这取决于燃汽轮机102选择的速度。至于供给至每个燃烧器110的氧化剂、燃料可以各自侧重以控制燃烧当量比。这进一步根据图7讨论。
与建议配制的催化剂一起,在各种的实施方案中该燃汽轮机可以使用不同的方法控制。通过催化转化器下游侧测量排放气中氧气浓度的λ传感器控制燃烧的化学计量。在实施方案中，当λ低于1，并且在OSC中全部氧气已经耗尽时，该λ传感器会使该燃汽轮机燃烧转换成贫化态。相反当λ高于1以及该OSC已经补充氧气，该λ传感器会转换该燃汽轮机燃烧变成富态。在此闭环λ控制操作中，该催化剂出口处平均λ值一直等于1至基本上除去来自该排气的氧气。
然而,大框架燃汽轮机具有多个筒形燃烧器，以及尽管全部筒可以连接到公共的具有中央燃料阀的燃料汇流管,然而存在少量燃料流量差异连同至各个筒氧化剂/稀释剂流量差异。因此，在设计成能在化学计量条件下操作的燃汽轮机中，实际化学计量遵循如附图5所示的分布。当该燃汽轮机操作是在化学计量条件下时，会存在一些筒是贫态以及一些是富态。该贫态的筒会产生过量O2，其能再装满OSC同时富态筒会产生CO，其会经由催化剂氧化。然而由于平衡,该λ传感器会检测零O2。由如下所示的分配中的变换产生富态以及贫态条件以及致使该λ传感器读数分别在1以上或者在1以下。但不论是哪种情况,都能如上所述调整燃料以使该燃汽轮机回归化学计量条件。
附图6是基于传感器阵列的读数调整至该燃烧器110的燃料以及氧化剂水平600的方法的程序框图。假定燃气轮机引擎102已经开始在方法600开始之前启动，而且所有燃烧器110使用实质上相同混合物或者上述的操作要点。方法600从程序块602开始，此时用于氧化剂的一套要点被输入以及向燃烧器提供氧化剂。按基本上同步的方式，在程序块604,用于燃料的一套要点输入，以及燃料提供至燃烧器。在程序块606，该燃烧过程消耗掉所提供的燃料以及氧化剂。
在程序块608，排出气体经过一个或多个催化剂床，例如，包括具有OSC的氧化催化剂水煤气变换催化剂、或者二者兼有。在程序块610,获得来自传感器的读数。通过确定H2O、O2、CO2、H2及其它气体组分的浓度,该读数可以指示催化剂过程效果。这些可以用以确定对于燃烧器的全面调整。此外，可以使用沿该排气膨胀器环的单独传感器以确定来自单独燃烧器的浓度总和以及差异。该总和以及差异可以组合以帮助确定有助于排气中高氧或者高一氧化碳状态的燃烧器。这也可通过漩涡图表进行，其用来确定在具体地点各燃烧器可对于该排气成分所做的相关贡献。在程序块612，对于用于那些燃烧器以及氧化剂调整可以计算以及被加到任何全面的调整。工艺流程然后回到程序块602以及604具有新的调整点、其中重复方法600。
控制系统
附图7是可以用于控制该氧化剂以及燃料至燃气轮机之中燃烧器的装置控制系统700的程序框图。正如前面提到的那样，控制系统700可以是DCS、PLC、DDC、或者任何其它合适的控制装置。此外，任何控制器，控制装置，或者监控系统，包括传感器、阀、执行器及其它控制器，可以是实时分布式控制网络的部分，比如依据IEC 61158的FIELDBUS系统。装置控制系统700可以操纵用于使该燃料以及氧化剂适应于燃烧器的控制系统，分别地或者作为整体。
控制系统700可以具有处理器702，其可以是单核处理器、多核处理器、或者位于经由装置控制系统700的系统之中一系列单独的处理器。处理器702可以在装置控制系统700中经由总线704与包括分布式处理机在内的其它系统联系。总线704可以是以太网总线、FIELDBUS，或者许多其它的总线，包括来自控制系统供应厂商的专有总线。存储系统706可以连接至总线704，以及可以包括任何非瞬时的计算机可读的介质、比如硬盘、光驱、随机存取存储器(RAM)驱动器，以及内存，包括RAM以及只读存储器(ROM)。该存储系统706可以存储用于提供操作系统708的代码用于该装置，以及用于执行汽轮机控制系统710的代码，例如，基于上述第一或者第二方法。
一种人-机接口712可以提供操作员对于装置控制系统700访问，例如，经由位于一个或多个控制站的显示器714、键盘716以及指示设备718。网络接口720可以提供对于网络722访问、比如用于公司的局域网或者广域网。
设备接口724可以提供用于第一燃气轮机系统的测量与控制系统。例如，根据图2以及3所公开，该设备接口724可以读取多个传感器726、比如关于图2和3所述的传感器206、224以及312。该设备接口724可同时对于若干控制进行调节、包括，例如使用燃料流量控制728调整燃料适应于在燃气轮机上燃烧器。其它控制包括使用氧化剂流量控制730，例如针对在该燃气轮机上每一燃烧器，调整在氧化剂流量调节装置上执行器，在氧化剂流动调节阀上执行器、或者二者。设备接口724也可管理其它设备系统732，比如发电机用于从该燃气轮机提供机械能产生电力。另外的设备系统732也可包括用于向该燃气轮机提供氧化剂的压缩机系统。
装置控制系统700不局限于单一的设备接口724。如果加入更多气轮机，则另外的设备接口734可以被加入以管理那些气轮机。此外，功能分布不局限于在图7中显示的那些。可以使用不同的配置，例如，一个设备接口系统可以操作几个气轮机，而另一设备接口系统可以操作压缩机系统，以及另一设备接口可以操作发电系统。
模拟结果
附图8是模拟燃气轮机系统800的图解，其图解在热量回收蒸汽发生器(HRSG)中利用氧化催化剂以降低在排出料流中所选择组分的浓度。在图中圈内显示标记号相应于表1所示料流名称。在表1中数值是在模拟中产生状态以及浓度的结果。使用来自AspenTech的HYSYS Process Model ing系统进行该模拟。
为了该模拟，空气802作为氧化剂使用,尽管可以使用许多其它的氧化剂掺混物。空气802输送至主空气压缩机804，其致使空气802温度显著增加。主空气压缩机804可以包含一个或多个压缩级，在级之间具有冷却。然后该压缩空气注入到燃烧器812。
燃料气体814，其可以被处理以除去杂质比如含硫化合物，注入到燃烧器812。燃料气体814在注入之前可以被压缩。尽管在该模拟中空气802以及燃料814直接注入燃烧器812之内,但是很清楚许多其它的构造是可行的。例如，空气802以及燃料814可以在注入燃烧器812内之前混合。
来自燃烧器812所排出气体流入膨胀器气轮机816之内，其通过排出气体膨胀而转向。来自该膨胀器气轮机816，排出气体流向热量回收蒸汽发生器(HRSG)818。在HRSG818中，水流820沸腾以形成水蒸汽料流822，冷却排出气体。
氧化催化剂床824位于HRSG 818，在其中温度仍然非常高，例如，约468℃，如在表1中表明的。在表1中的模拟结果显示流过氧化催化剂床824的排气中CO具有显著的变化，其从约1387ppmv下降至约641ppmv。存在OSC可以提高转换效率，因为氧可以存储用于反应。
水煤气变换(WSG)催化剂床826可以位于在HRSG 818中温度较低的点，例如，约144℃。然而,此模拟试验,无WSG催化剂使用,因此未看出变化。
来自HRSG 818的产物气体流向压缩机830用于增大压力以形成再循环料流。来自压缩机830，该再循环料流流过冷凝HRSG 832。在冷凝HRSG 832中，相对于再循环料流，加热水流834形成包括热水或者水蒸汽的输出料流836。输出料流836可以用于其它工厂用途，比如供热和公用工程，或者可以用作至HRSG 818的水流820。再循环料流的冷却致使由在再循环料流中水蒸汽凝结出水838。该水838可以是丢弃或者可以用作为水源用于该过程、或者作为产品外销。
从冷凝HRSG 832，该再循环料流输送至压缩气轮机840，其经由膨胀器气轮机816经由轴842提供机械能而获得动力。尽管该轴在模拟中显示为直接联结，然而可以使用其它的构造，包括独立单元、多个轴等。此外，轴842可以延伸至发电机以提供电力。然后所压缩的再循环料流再注入燃烧器812之内以提供冷却。
在模拟中，从燃烧器812除去侧线馏分以用作过程吹扫。该侧线馏分流过独立的氧化催化剂床844，其致使在模拟结果中CO含量小幅下降，例如，3ppmv至2ppmv,氢气含量大幅降低，例如从2453至1079ppm，氧气含量大幅降低，例如从785至97ppm，以及水浓度小幅增加，例如从5.83至5.97％。然后吹扫物846可以用来在废热量回收单元(例如换热器，作用与HRSG相似)中产生另外的水蒸汽或者工艺热量、压缩、在乙二醇或者相似脱水装置中脱水和/或分离成富CO2以及贫CO2料流。吹扫物846或者富CO2或者贫CO2料流随后可以注入到地下储罐以便提高烃类采收率、CO2固存或者二者兼有。注意到一部分燃料814可以转移到催化剂床。
实施方案
本发明实施方案可以包括下文编号段落显示的方法以及系统的任何组合。这不被认为是所有可能实施方案的全部清单，因为可以预见上述内容有许多变化。
1.燃气轮机系统，其包括:
氧化剂系统；
燃料系统；
控制系统；
燃烧器，其适合于接收以及燃烧来自该氧化剂系统的氧化剂以及来自该燃料系统的燃料以产生排出气体；以及
包括氧化催化剂的催化剂单元，该氧化催化剂包括储氧组分，配置催化剂单元以降低排气中氧气浓度以形成低氧气含量的产物气体。
2.段落1的燃气轮机系统，其中该催化剂包括：
8-10族元素；
耐火氧化物；
镧系元素氧化物，其中该镧系元素氧化物相对该耐火氧化物的比率为约0.1至约5.0。
3.段落2的燃气轮机系统，其中8-10族元素包括比率为约0.1-约100,000的铂与钯的混合物。
4.段落2或者3的燃气轮机系统，其中该耐火氧化物包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、或者其任何组合。
5.段落2、3、或者4的燃气轮机系统，其中该催化剂包括铑。
6.段落2-4中任一项的燃气轮机系统，其中该催化剂包括比率小于约50％的碱性氧化物或者碱土金属氧化物、或者其任何混合物。
7.段落1-6中任一项的燃气轮机系统，其中该催化剂包括：比率为约0.1-约100,000的铂以及钯的混合物；
氧化锆；以及
二氧化铈，其中该二氧化铈相对该氧化锆的比率为约0.1至约5.0。
8.段落1-7中任一项的燃气轮机系统，其中该催化剂包括：
比率为约0.1-约100,000的铂以及钯的混合物；
氧化锆；
二氧化铈，其中该二氧化铈相对该氧化锆的比率为约0.1至约5.0；以及
铑。
9.段落1-8中任一项的燃气轮机系统，其中该催化剂包括：
比率为约0.1-约100,000的铂以及钯的混合物；
氧化锆；
二氧化铈，其中该二氧化铈相对该氧化锆的比率为约0.1至约5.0；以及
氧化镁、氧化钙、氧化锶、或者氧化钡、或者其任何组合，比率为小于该氧化锆以及二氧化铈的约50％。
10.段落1-9中任一项的燃气轮机系统，其中该催化剂包括：
比率为约0.1-约100,000的铂以及钯的混合物；
氧化锆；
二氧化铈，其中该二氧化铈相对该氧化锆的比率为约0.1至约5.0；
铑；以及
氧化镁、氧化钙、氧化锶、或者氧化钡、或者其任何组合，比率为小于该氧化锆以及二氧化铈的约50％。
11.段落1-10中任一项的燃气轮机系统，包括与控制系统连通的传感器，其中该传感器适合于测量排出气体，低CO含量产品气体，或者二者的至少一个参数，以及其中配置控制系统至少部分基于该传感器参数对该氧化剂、该燃料、或者二者调整。
12.段落1-11中任一项的燃气轮机系统，包括配置以接收排出气体和从该排出气体余热产生水蒸汽的热量回收蒸汽发生器(HRSG)。
13.段落12的燃气轮机系统，其中该HRSG包括催化剂床。
14.段落13的燃气轮机系统，其中该催化剂床位于HRSG中温度达到约200℃-600℃的区域。
15.段落1-14中任一项的燃气轮机系统，包括针对各个燃烧器的氧化剂流量调节装置。
16.段落15的燃气轮机系统，其中该氧化剂流量调节装置包括流量控制阀。
17.段落16的燃气轮机系统，其中至多个燃烧器中每一个的氧化剂流量分别调整。
18.段落1-17中任一项的燃气轮机系统，包括在燃气轮机引擎膨胀器部分出口和燃气轮机引擎压缩机部分进口之间的再循环回路。
19.段落18的燃气轮机系统，包括在该再循环回路中第二热量回收单元。
20.段落18或者19的燃气轮机系统，包括安装在该再循环回路中的传感器，其中配置该传感器以测量在低CO含量产物气体之内的成分。
21.段落18、19、或者20的燃气轮机系统，包括安装在该再循环回路中的增压风机，其中该增压风机布置于HRSG下游。
22.段落18-21中任一项的燃气轮机系统,在燃气轮机引擎压缩机部分上游再循环回路之内包括换热器，冷却该产物料流。
23.段落1-22中任一项的燃气轮机系统，包括气体脱水单元。
24.段落1-23中任一项的燃气轮机系统，包括配置以分离该产物气体成为贫二氧化碳料流和富二氧化碳料流的二氧化碳分离单元。
25.段落1-24中任一项的燃气轮机系统，其中该催化剂包括：
10族金属元素；
耐火氧化物；
镧系元素氧化物，其中该镧系元素氧化物相对该耐火氧化物的比率为约0.1至约5.0。
26.段落25的燃气轮机系统，其中10族金属元素包括比率为约0.1-约100,000的铂与钯的混合物。
27.段落25的燃气轮机系统，其中该耐火氧化物包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、或者其任何组合。
28.段落25的燃气轮机系统，其中该催化剂包括铑。
29.段落25的燃气轮机系统，其中该催化剂包括比率小于约50％的碱性氧化物或者碱土金属氧化物、或者其任何混合物。
30.热量回收单元，包括:
配置以从排出气体除去热能的换热器；以及
配置以降低排出气体中目标气体浓度的催化剂床，其中该催化剂床包括储氧组分(OSC)。
31.段落30的热量回收单元，包括第二催化剂床，该第二催化剂床包括水煤气变换催化剂，其位于为该水煤气变换催化剂操作所选择的温度区域。
32.段落30或者31的热量回收单元，包括热量回收蒸汽发生器，其包括:
水循环管，其配置为当排出气体经过该管时使水沸腾为水蒸汽；以及
在该管至少一部分之上的表面涂层，其中该表面涂层包括容纳金属催化位点的耐火氧化物载体。
33.在燃气轮机中燃烧燃料的方法，包括：
将燃料提供至在燃气轮机上的燃烧器；
提供氧化剂至燃烧器；
在燃烧器中燃烧该燃料以及该氧化剂以产生排出气体；以及
使至少一部分排出气体通过催化剂床，该催化剂床包括催化剂，其具有储氧组分(OSC)催化剂，以形成低氧气含量产物气体。
34.段落33的方法，包括在富燃料状态下操作该燃气轮机以减少排出气体中氧气数量。
35.段落33或者34的方法，包括:
大部分时间在基本上化学计量状态下操作该燃气轮机；
引入短期富态操作条件以用完氧气；以及
引入贫态操作条件时段以再充填OSC。
36.段落33、34、或者55的方法，包括:
在热量回收单元中冷却排出气体；
冷冻排出气体以使水冷凝，以及形成干燥的排出气体；以及
压缩该干燥的排出气体以形成稀释剂。
37.段落33-36中任一项的方法，包括混合稀释剂的第一部分与该燃料、该氧化剂以及排出气体至少之一以冷却燃烧器、排出的气体、或者二者。
38.段落33-37中任一项的方法，包括:
从该燃气轮机提取稀释剂第二部分；以及
输送稀释剂第二部分至氧化催化单元，其配置以将一氧化碳、氢气、以及未燃烃氧化至二氧化碳以及水蒸气以及以产生低氧气含量产物气体。
39.段落33-38中任一项的方法，包括:
压缩氧化料流；以及
将一部分该氧化料流作为该氧化剂提供至燃烧器。
40.段落33-39中任一项的方法，包括:
压缩燃料流；以及
将一部分该燃料流作为该燃料提供至燃烧器。
41.段落38的方法，包括:
在输送第一部分稀释剂至燃烧器之前，压缩该稀释剂；以及
提取该稀释剂的第二部分。
42.段落37的方法，包括提供该燃料第二部分作为除氧燃料至氧化催化剂单元。
43.段落35的方法，包括提供该氧化剂第二部分作为氧化剂至该催化剂单元。
44.段落36的方法，包括提供基本上环境空气作为该氧化剂。
45.段落33-44中任一项的方法，包括:
测量排出气体参数；以及
调整燃料流量、氧化剂流量、或者二者以调整该参数在目标设定值范围之内。
46.段落33-45中任一项的方法，包括:
测量低氧气含量产品气体参数；以及
调整燃料流量、氧化剂流量、或者二者以调整该参数在目标设定值范围之内。
47.段落33-45中任一项的方法，包括测量参数，参数包括在排出气体、低CO含量产物气体、或者二者中氧气浓度、一氧化碳浓度、氢气浓度、未燃烃浓度、氮氧化物或者其任何组合。
48.段落45的方法，包括从该参数确定当量比。
49.段落33-48中任一项的方法，包括调整该燃料相对该氧化剂的比率以形成基本上化学计量的混合物。
50.段落33-49中任一项的方法，包括调整燃料相对该氧化剂的比率以得到排出气体，其包括在约100份每百万(ppm)的一氧化碳(CO)和约5000ppm的CO之间。
51.段落33-50中任一项的方法，包括:
用排出气体驱动膨胀器气轮机；以及
产生机械动力。
52.段落33-51中任一项的方法，包括使排出气体通过氧化催化剂床，配置该氧化催化剂床以将一氧化碳、氢气以及未燃烃氧化至二氧化碳以及水蒸气。
53.段落33-52中任一项的方法，包括喷射至少一部分该低氧气含量产物气体进入地下储层之内。
54.段落53的方法，包括在部分低氧气含量产物气体注入该地下储层之内以前用压缩机压缩该低氧气含量产物气体。
55.段落35的方法，包括在气体脱水单元中处理至少一部分低氧气含量产物气体。
56.段落35的方法，包括在二氧化碳分离单元中处理至少一部分低氧气含量产物气体以产生贫二氧化碳料流以及富二氧化碳料流。
57.段落56的方法，包括注入至少一部分该贫二氧化碳料流进入地下储层之内。
58.段落56的方法，包括注入至少一部分富二氧化碳料流进入地下储层之内。
59.段落56的方法，包括提供至少一部分富二氧化碳料流至碳固存单元。
60.段落57的方法，包括在该贫二氧化碳料流注入该地下储层之内之前，压缩至少一部分该贫二氧化碳料流。
61.段落58的方法,在输送富二氧化碳料流至地下储层用于增大烃类采收率之前进一步压缩至少一部分富二氧化碳料流至至少一个富产物压缩机。
62.段落59的方法，包括在提供富二氧化碳料流至碳固存单元之前压缩至少一部分富二氧化碳料流。
63.段落56的方法，包括在气体脱水单元中处理至少一部分贫二氧化碳料流。
64.段落56的方法，包括在气体脱水单元中处理至少一部分富二氧化碳料流。
65.段落33-64中任一项的方法，包括在热量回收蒸汽发生器中冷却该排出气体以产生水蒸汽。
66.段落65的方法，包括:
用水蒸汽驱动汽轮机；以及
产生机械动力。
67.段落65的方法，包括用该蒸汽加热工艺流体。
68.段落33-67中任一项的方法，包括:
在热量回收单元中冷却排出气体；以及
加热工艺流体。
69.段落35的方法，包括测量参数，该参数包括在低氧气含量产物气体中的氧气浓度、一氧化碳浓度、氢气浓度、未燃烃浓度、氮氧化物或者其任何组合。
70.段落69的方法，包括调整除氧燃料的流量使该参数达到目标范围。
71.段落69的方法，包括调整氧化剂的流量以使该参数达到目标范围。
上述作例证的实施方案仅通过实例显示，而本技术容易有各种改变以及替换形式。然而，应该再次理解该方法非意指局限于特定的本申请公开的实施方案。的确,本技术包括全部的属于附加权利要求实际精神以及范围之内的替换、改变、以及等同物。

Claims (39)

1.一种燃气轮机系统，包含:
氧化剂系统；
燃料系统；
控制系统；
多个燃烧器，所述燃烧器适合于接收来自该氧化剂系统的氧化剂以及分别接收来自该燃料系统的燃料以产生排出气体，其中多个燃烧器的每一个进一步适合于燃烧该氧化剂和该燃料；
包含催化剂床的催化剂单元，该催化剂床包含氧化催化剂，该氧化催化剂包含储氧组分，配置该催化剂单元以降低排气中氧气的浓度以形成低氧气含量的产物气体，其中配置该燃气轮机系统以大部分时间在基本上化学计量状态下操作；以及
与控制系统连通的传感器，其中该传感器适合于测量低氧气含量的产物气体的至少一个参数，以及其中配置该控制系统以至少部分根据该传感器测量的参数在多个燃烧器的一个或多个中对该氧化剂、该燃料、或者二者独立地进行调节。
2.权利要求1的燃气轮机系统，其中该催化剂包含:
8-10族元素；
耐火氧化物；
镧系元素氧化物，其中该镧系元素氧化物相对该耐火氧化物的比率为0.1至5.0。
3.权利要求2的燃气轮机系统，其中8-10族元素包含比率为0.1-100,000的铂与钯的混合物。
4.权利要求2的燃气轮机系统，其中该耐火氧化物包含氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、或者其任何组合。
5.权利要求2的燃气轮机系统，其中该催化剂包含铑。
6.权利要求2的燃气轮机系统，其中该催化剂包含比率小于50％的碱性氧化物或者碱土金属氧化物、或者其任何混合物。
7.权利要求1的燃气轮机系统，其中该催化剂包含：
比率为0.1-100,000的铂以及钯的混合物；
氧化锆；以及
二氧化铈，其中该二氧化铈相对该氧化锆的比率为0.1至5.0。
8.权利要求1的燃气轮机系统，其中该催化剂包含：
比率为0.1-100,000的铂以及钯的混合物；
氧化锆；
二氧化铈，其中该二氧化铈相对该氧化锆的比率为0.1至5.0；以及
铑。
9.权利要求1的燃气轮机系统，其中该催化剂包含：
比率为0.1-100,000的铂以及钯的混合物；
氧化锆；
二氧化铈，其中该二氧化铈相对该氧化锆的比率为0.1至5.0；以及
氧化镁、氧化钙、氧化锶、或者氧化钡、或者其任何组合，比率为小于该氧化锆以及二氧化铈的50％。
10.权利要求1的燃气轮机系统，其中该催化剂包含：
比率为0.1-100,000的铂以及钯的混合物；
氧化锆；
二氧化铈，其中该二氧化铈相对该氧化锆的比率为0.1至5.0；
铑；以及
氧化镁、氧化钙、氧化锶、或者氧化钡、或者其任何组合，比率为小于该氧化锆以及二氧化铈的50％。
11.权利要求1的燃气轮机系统，包含热量回收蒸汽发生器HRSG，配置该热量回收蒸汽发生器以接收排出气体，以及从该排出气体的余热产生水蒸汽。
12.权利要求11的燃气轮机系统，其中该催化剂床布置在该HRSG中。
13.权利要求12的燃气轮机系统，其中该催化剂床位于HRSG中温度达到200℃-600℃的区域。
14.权利要求1的燃气轮机系统，包含针对各个燃烧器的氧化剂流量调节装置。
15.权利要求14的燃气轮机系统，其中该氧化剂流量调节装置包含流量控制阀。
16.权利要求15的燃气轮机系统，其中分别调节到多个燃烧器中每一个的氧化剂流量。
17.权利要求1的燃气轮机系统，包含在燃气轮机引擎膨胀器部分出口以及燃气轮机引擎压缩机部分进口之间的再循环回路。
18.权利要求17的燃气轮机系统，包含在该再循环回路中的第二热量回收单元。
19.权利要求17的燃气轮机系统，包含安装在该再循环回路中的传感器，其中配置该传感器以测量在低氧气含量的产物气体之内的成分。
20.权利要求17的燃气轮机系统，包含在该再循环回路中的增压风机，其中该增压风机布置于HRSG的下游。
21.权利要求17的燃气轮机系统，包括冷却该产物料流的在燃气轮机引擎压缩机部分上游再循环回路之内的换热器。
22.权利要求1的燃气轮机系统，包含气体脱水单元。
23.权利要求1的燃气轮机系统，包含配置以将该产物气体分离为贫二氧化碳料流以及富二氧化碳料流的二氧化碳分离单元。
24.权利要求1的燃气轮机系统，其中该催化剂包含：
10族金属元素；
耐火氧化物；
镧系元素氧化物，其中该镧系元素氧化物相对该耐火氧化物的比率为0.1至5.0。
25.权利要求24的燃气轮机系统，其中10族金属元素包含比率为0.1-100,000的铂与钯的混合物。
26.权利要求24的燃气轮机系统，其中该耐火氧化物包含氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、或者其任何组合。
27.权利要求24的燃气轮机系统，其中该催化剂包含铑。
28.权利要求24的燃气轮机系统，其中该催化剂包含比率小于50％的碱性氧化物或者碱土金属氧化物、或者其任何混合物。
29.用于燃气轮机系统的热量回收单元，包含:
包含多个燃烧器的燃气轮机，其中该燃烧器适合于基本化学计量地燃烧分别接收的燃烧和氧化剂；
配置以从燃气轮机接收的排出气体除去热能的换热器；
配置以降低排出气体中目标气体浓度以产生低氧气含量的产物气体的催化剂床，其中该催化剂床包含储氧组分OSC；以及
位于该催化剂床下游并且与控制系统连通的传感器，其中该传感器适合于测量低氧气含量的产物气体的至少一个参数，以及其中配置该控制系统以至少部分根据该传感器测量的参数对该多个燃烧器的一个或多个独立地进行调节。
30.权利要求书29的热量回收单元，包含第二催化剂床，该第二催化剂床包含水煤气变换催化剂，其位于为该水煤气变换催化剂操作所选择的温度区域。
31.权利要求书29的热量回收单元，包含热量回收蒸汽发生器，所述热量回收蒸汽发生器包含:
水循环管，其配置为当排出气体经过该管时使水沸腾为水蒸汽；以及
在该管至少一部分之上的表面涂层，其中该表面涂层包含容纳金属催化位点的耐火氧化物载体。
32.在燃气轮机中燃烧燃料的方法，包括:
将燃料提供至在燃气轮机中的多个燃烧器；
与该燃料分别地提供氧化剂至燃烧器；
在燃烧器中燃烧该燃料以及该氧化剂以产生排出气体，其中燃烧包括大部分时间在基本上化学计量状态下操作该燃气轮机；以及
使至少一部分排出气体通过催化剂床，该催化剂床包含的催化剂具有储氧组分OSC催化剂以形成低氧气含量产物气体；
使用位于该催化剂床下游并且与控制系统连通的传感器测量参数，该参数包括在该低氧气含量产物气体中的氧气浓度、一氧化碳浓度、氢气浓度、未燃烃浓度、氮氧化物或者其任何组合；
至少部分根据该传感器测量的参数在多个燃烧器的一个或多个中对该氧化剂或该燃料独立地进行调节。
33.权利要求32的方法，包括在富燃料状态下操作该燃气轮机以减少排出气体中氧气的数量。
34.权利要求32的方法，包括：
引入短期富态操作条件以用完氧气；以及
引入贫态操作条件时段以再充填该OSC。
35.权利要求32的方法，包括：
在热量回收单元中冷却该排出气体；
冷冻该排出气体以使水冷凝，以及形成干燥的排出气体；以及
压缩该干燥的排出气体以形成稀释剂。
36.权利要求35的方法，包括将稀释剂的第一部分与该燃料、该氧化剂以及排出气体中至少一种混合以冷却燃烧器、排出的气体、或者二者。
37.权利要求32的方法，包括在热量回收蒸汽发生器中冷却该排出气体以产生水蒸汽。
38.权利要求32的方法，包括:
在热量回收单元中冷却该排出气体；以及
加热工艺流体。
39.权利要求34的方法，包括测量参数，该参数包含在低氧气含量产物气体中的氧气浓度、一氧化碳浓度、氢气浓度、未燃烃浓度、氮氧化物或者其任何组合。
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