CN105229277B - 用于在化学计量的排气再循环燃气轮机系统中扩散燃烧的系统和方法 - Google Patents

用于在化学计量的排气再循环燃气轮机系统中扩散燃烧的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供一种具有涡轮燃烧室的系统，所述涡轮燃烧室具有第一扩散燃料喷嘴，其中第一扩散燃料喷嘴被配置为产生扩散火焰。系统包括由来自涡轮燃烧室中扩散火焰的燃烧产物驱动的涡轮。系统还包括排气压缩机，其中排气压缩机被配置为压缩排气并沿着排气再循环通路将排气从所述涡轮输送至涡轮燃烧室。此外，系统包括沿着排气再循环通路配置的第一催化剂单元。

Description

用于在化学计量的排气再循环燃气轮机系统中扩散燃烧的系 统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年10月30日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSIONCOMBUSTION IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国非临时专利申请号14/067,486、2012年11月2日提交的名称为“SYSTEM AND METHODFOR DIFFUSION COMBUSTION IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GASTURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请号61/722,118、2012年11月2日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSION COMBUSTION WITH FUEL-DILUENT MIXING IN ASTOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请号61/722,115、2012年11月2日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSIONCOMBUSTION WITH OXIDANT-DILUENT MIXING IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GASRECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请号61/722,114、和2012年11月2日提交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR LOAD CONTROL WITH DIFFUSION COMBUSTIONIN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM”的美国临时专利申请号61/722,111的优先权和权益，全部这些因所有目的在本文通过引用以其全文并入。
发明背景
本文公开的主题涉及燃气轮机发动机。
燃气轮机发动机在多种多样的应用中被使用，诸如发电、航空器和各种机器。燃气轮机发动机通常在燃烧室部分中使用氧化剂(例如，空气)燃烧燃料以生成热燃烧产物，其然后驱动涡轮部分的一个或多个涡轮级。转而，涡轮部分驱动压缩机部分的一个或多个压缩机级，从而压缩氧化剂以连同燃料一起吸入燃烧室部分。另外，在燃烧室部分中混合燃料和氧化剂，并且然后燃烧以产生热燃烧产物。燃气轮机发动机通常沿着在燃烧室部分的燃烧腔的上游的一个或多个流动通路预混合燃料和氧化剂，并且因而燃气轮机发动机通常以预混合火焰运行。遗憾地，可能难以控制或维持预混合火焰，其可影响各种排气排放和动力需求。此外，燃气轮机发动机通常消耗大量作为氧化剂的空气，并且输出相当大量的排气进入大气。换句话说，排气通常作为燃气轮机运行的副产物被浪费。
发明内容
下文概述在范围上与原始要求保护的发明相称的某些实施方式。这些实施方式不意欲限制要求保护的发明的范围，而是这些实施方式只意欲提供本发明的可能形式的简要概述。事实上，本发明可包含与下文列出的实施方式相似或不同的各种形式。
在第一实施方式中，提供一种系统，其带有具有第一扩散燃料喷嘴的涡轮燃烧室，其中第一扩散燃料喷嘴被配置为产生扩散火焰。系统包括由来自涡轮燃烧室中扩散火焰的燃烧产物驱动的涡轮。系统还包括排气压缩机，其中排气压缩机被配置为压缩排气和沿着排气再循环通路将排气从涡轮输送至涡轮燃烧室。此外，系统包括沿着排气再循环通路配置的第一催化剂单元。
在第二实施方式中，一种方法包括独立地向涡轮燃烧室的腔注入燃料和氧化剂，其中燃料和氧化剂混合并作为扩散火焰燃烧以生成燃烧产物。方法进一步包括使用燃烧产物驱动涡轮并输出排气。方法进一步包括沿着排气再循环通路将排气再循环至排气压缩机。方法进一步包括使用沿着排气再循环通路的第一催化剂单元处理排气。方法进一步包括压缩排气并将排气输送至涡轮燃烧室。
在第三实施方式中，一种方法包括将氧化剂引入至少一个氧化剂压缩机以产生压缩氧化剂流，并且将再循环的低氧含量气流引入燃气轮机发动机的压缩机部分以产生压缩低氧含量气流。方法进一步包括将基本上化学计量比的第一部分的压缩氧化剂流和燃料流引入至少一个涡轮燃烧室并在燃烧点处混合压缩氧化剂流和燃料流，并且燃烧压缩氧化剂流和燃料流的混合物。方法进一步包括将第一部分的压缩低氧含量气流引入至少一个涡轮燃烧室并在燃烧点后将其与压缩氧化剂和燃料的燃烧流混合，并且产生高温高压低氧含量流。方法进一步包括将高温高压低氧含量流引入燃气轮机发动机的膨胀机部分，并且使高温高压低氧含量流膨胀以产生机械功率和再循环的低氧含量气流。方法进一步包括使用第一部分的机械功率以驱动燃气轮机发动机的压缩机部分。方法进一步包括使用第二部分的机械功率以驱动发电机、至少一个氧化剂压缩机或至少一个其它机械装置中的至少一个。方法进一步包括在从膨胀机部分的出口至燃气轮机发动机的压缩机部分的入口的再循环回路中再循环所述再循环的低氧含量气流。方法进一步包括从燃气轮机发动机提取至少第二部分的压缩低氧含量气流，并且将至少第二部分的压缩低氧含量气流传输至第一至少一个氧化催化剂单元，并且产生低氧含量产物流。
附图说明
当参阅附图阅读以下发明具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面和优势将变得更好理解，其中，贯穿附图，相同的字符表示相同的部件，其中：
图1是系统的实施方式的图，所述系统具有连接至烃开采系统的基于涡轮的服务系统；
图2是图1的系统的实施方式的图，其进一步图解说明了控制系统和联合循环系统；
图3是图1和2的系统的实施方式的图，其进一步图解说明了燃气轮机发动机、排气供应系统和排气加工系统的细节；
图4是运行图1-3的系统的过程的实施方式的流程图；
图5是图1-3的排气加工系统的实施方式的图；
图6是图1-3的排气供应系统的实施方式的图；
图7是图1-3的燃气轮机发动机的实施方式的图，进一步图解说明了燃烧室、燃料喷嘴以及氧化剂、燃料和稀释剂的流动的细节；
图8是图7的燃料喷嘴的实施方式的图，其图解说明了预混合燃料喷嘴的配置；
图9是图7的燃料喷嘴的实施方式的图，其图解说明了预混合燃料喷嘴的配置；
图10是图7的燃料喷嘴的实施方式的图，其图解说明了预混合燃料喷嘴的配置；
图11是图7的燃料喷嘴的实施方式的图，其图解说明了扩散燃料喷嘴的配置；
图12是图7的燃料喷嘴的实施方式的图，其图解说明了扩散燃料喷嘴的配置；
图13是图7的燃料喷嘴的实施方式的图，其图解说明了扩散燃料喷嘴的配置；
图14是沿线14-14截取的图13的燃料喷嘴的实施方式的示意性横截面；
图15是沿线14-14截取的图13的燃料喷嘴的实施方式的示意性横截面；
图16是图7的燃烧室和燃料喷嘴的实施方式的图，其图解说明了扩散燃料喷嘴配置和稀释剂注入系统；
图17是沿线17-17截取的图7的燃烧室和燃料喷嘴的实施方式的示意性横截面，其图解说明了燃料喷嘴的多喷嘴配置；和
图18是扩散火焰配置和预混合火焰配置的燃气轮机负载和排气再循环(EGR)流量对燃料/氧化剂比的图。
具体实施方式
将在下文描述本发明的一个或多个具体实施方式。试图提供这些实施方式的简洁描述，可不在说明书中描述实际实施的全部特征。应当理解的是，在任何这样的实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出众多实施特异性的决定以实现开发者的具体目标，诸如遵守系统相关和商业相关的约束，其可在一个实施与另一个之间不同。而且，应当理解的是，这样的开发努力可以是复杂且耗时的，但是对于具有本公开内容的益处的本领域普通技术人员来说，其将只不过是设计、制作和制造的常规任务。
当介绍本发明的各种实施方式的元件时，冠词“一个(a)”、“一个(an)”、“该/所述(the)”和“所述(said)”意欲意为存在一个或多个元件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”意欲是开放性的并意为存在除所列元件外的额外元件。
如下文详细讨论的，公开的实施方式一般地涉及排气再循环(EGR)的燃气轮机系统，并且具体地涉及使用EGR的燃气轮机系统的化学计量的运行。例如，燃气轮机系统可被配置为沿着排气再循环通路再循环排气，连同再循环的排气中的至少一些一起化学计量地燃烧燃料和氧化剂，并且捕获排气以在各种目标系统中使用。排气的再循环连同化学计量的燃烧可帮助增大排气中二氧化碳(CO2)的浓度水平，其可然后被后处理以分离和净化CO2和氮气(N2)，以在各种目标系统中使用。燃气轮机系统还可沿着排气再循环通路应用各种排气加工(例如，热回收、催化反应等)，从而增大CO2的浓度水平、减小其它排放物(例如，一氧化碳、氮氧化物和未燃烧的烃类)的浓度水平和增大能量回收(例如，使用热回收单元)。此外，燃气轮机发动机可被配置为使用一个或多个扩散火焰燃烧燃料和氧化剂而不是使用预混合火焰，或除使用预混合火焰外使用一个或多个扩散火焰燃烧燃料和氧化剂。扩散火焰可帮助维持稳定性和在化学计量的燃烧的某些限制内运行，其又帮助增大CO2的产量。例如，如下文所讨论的，使用扩散火焰运行的燃气轮机系统与使用预混合火焰运行的燃气轮机系统相比可使得产生更大数量的EGR。转而，增大数量的EGR帮助增大CO2产量。可能的目标系统包括管道、储罐、碳封存系统和烃开采系统，诸如提高采收率法采油(EOR)系统。
作为一般内容，讨论预混合火焰(即，预混合燃烧)对扩散火焰(即，扩散燃烧)之间的差异是值得注意的。燃烧(即，预混合或扩散燃烧)实质上是燃料和氧化剂之间的放热化学反应(例如，燃烧反应)，所述氧化剂诸如空气、氧气、富氧空气、贫氧空气或氧气与氮气的混合物。燃料和氧化剂之间的放热化学反应可显著影响(和控制)火焰的稳定性(例如，火焰表面的稳定性)，反之亦然。例如，放热化学反应释放的热帮助保持火焰，并且因而更高的火焰温度通常导致更强的火焰稳定性。换句话说，与放热化学反应相关联的更高的温度可帮助增强火焰稳定性，反之，与放热化学反应相关联的更低的温度可减弱火焰稳定性。火焰温度可主要地依赖于燃料/氧化剂比。具体而言，火焰温度在化学计量的燃料/氧化剂比下可以是最高的，如下文详细讨论的，其通常包含基本上消耗全部的燃料和氧化剂，从而导致基本上无氧化剂或未燃烧的燃料残留的放热化学反应。
在预混合燃烧的情况下，燃料和氧化剂在预混合火焰上游的一个或多个位置处混合，其实质上是此燃料和氧化剂的预混合物的燃烧。一般而言，预混合火焰中燃料和氧化剂的放热化学反应受限于预混合物的燃料/氧化剂比，该比是在预混合火焰上游实现的。在许多配置中(具体当一种或多种稀释剂与燃料和氧化剂预混合时)，更难以维持具有预混合火焰的基本上化学计量的燃料/氧化剂比，并且因而更难以最大化火焰的稳定性。在某些配置中，可使用贫燃料的燃料/氧化剂比实现预混合火焰，其减小火焰温度并因而帮助降低氮氧化物(NOX)例如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的排放。虽然减少的NOX排放与排放调节有关，但是减小的火焰温度还造成火焰稳定性的降低。在公开的实施方式中，可控制系统以提供基本上化学计量的燃料/氧化剂比(例如，提高火焰温度和火焰稳定性)，同时为了排放控制(例如，减少NOX排放)的目的，使用一种或多种稀释剂减小温度。具体而言，如下文所讨论的，可独立于燃料和氧化剂提供稀释剂(例如，在燃烧点后和/或预混合火焰下游)，从而使得更精确地控制燃料/氧化剂比以实现化学计量的燃烧，同时还使用稀释剂控制温度和排放(例如，NOX排放)。换句话说，可控制燃料和氧化剂相互独立地流动并独立于稀释剂流动，从而在传输至预混合火焰的位置的预混合物中提供更精确控制的燃料/氧化剂比。
在扩散燃烧的情况下，燃料和氧化剂通常不在扩散火焰上游混合，而是燃料和氧化剂直接在火焰表面处混合和反应，和/或火焰表面存在于燃料和氧化剂之间的混合位置。具体而言，燃料和氧化剂独立地接近火焰表面(或扩散边界/界面)，并且然后沿着火焰表面(或扩散边界/界面)扩散(例如，经由分子和粘性扩散)以生成扩散火焰。值得注意的是，燃料和氧化剂沿着此火焰表面(或扩散边界/界面)可处于基本化学计量比，其可导致沿着此火焰表面的更高的火焰温度(例如，峰值火焰温度)。另外，与贫燃料或富燃料的燃料/氧化剂比相比，化学计量的燃料/氧化剂比通常导致更高的火焰温度(例如，峰值火焰温度)。结果，扩散火焰可比预混合火焰显著更稳定，因为燃料和氧化剂的扩散帮助维持沿着火焰表面的化学计量比(和更高的温度)。尽管更高的火焰温度可导致更多的排气排放，诸如NOX排放，但是公开的实施方式使用一种或多种稀释剂帮助控制温度和排放，同时仍避免燃料和氧化剂的任何预混合。例如，公开的实施方式可独立于燃料和氧化剂引入一种或多种稀释剂(例如，在燃烧点后和/或扩散火焰下游)，从而帮助减小温度和减少由扩散火焰产生的排放(例如，NOX排放)。
在公开的实施方式中，由排气再循环(EGR)提供的排气充当稀释剂中的至少一种。排气(作为稀释剂中的一种)实质上不连接于氧化剂和燃料的流动，从而使得能够独立地控制燃料、氧化剂和稀释剂(例如，排气)流动。在某些实施方式中，可在燃烧点后和/或火焰(例如，预混合火焰和/或扩散火焰)下游将排气注入涡轮燃烧室，从而帮助减小温度和减少排气排放，例如，NOX排放。然而，其它稀释剂(例如，蒸汽、氮气或其它惰性气体)也可被单独地或与排气组合用于温度和/或排放控制。考虑到预混合火焰和扩散火焰之间的差异，可在使用预混合燃料喷嘴对扩散燃料喷嘴运行的燃气轮机系统之间相当地改变EGR的量。预混合火焰受限于预混合火焰上游的预混合物(例如，包括稀释剂与燃料和氧化剂的混合)，并且因而在某一水平的EGR之上，预混合火焰不能够维持火焰稳定性。换句话说，在燃气轮机系统的预混合火焰配置中，与燃料和氧化剂预混合的增大量的排气(例如，EGR)可渐增地减小预混合火焰的温度和火焰稳定性，并且因而过多的EGR可造成预混合火焰变得不稳定。然而，在燃气轮机系统的扩散火焰配置中，现在认为可连同扩散火焰一起使用增大量的排气(例如，EGR)，充分超出了与预混合火焰配置相关联的任何限制。例如，在基本上化学计量的EGR燃气轮机系统中，可与扩散火焰配置一起使用的排气(例如，EGR)的量可以比可与预混合火焰配置一起使用的排气(例如，EGR)的量多至少大约百分之10、20、30、40、50、60、70、80、90或100。进一步的实例是，在基本上化学计量的EGR燃气轮机系统中，相对于通过燃烧室和涡轮部分的总流量(例如，氧化剂、燃料和稀释剂的总流量)，可与扩散火焰配置一起使用的排气(例如，EGR)的量按体积计大于大约百分之35、40、45、50、55、60、65、70或75的排气(例如EGR)。结果，通过连同基本上化学计量的EGR燃气轮机系统一起使用扩散火焰(例如，扩散燃料喷嘴)，可实现CO2产量的显著提高。
尽管扩散燃料喷嘴可特别有助于增加EGR和CO2生产的数量，但是公开的实施方式采用各种控制帮助控制燃料/氧化剂比、火焰的稳定性、排气排放和功率输出，无论使用预混合火焰还是扩散火焰或其组合运行系统。例如，公开的实施方式可包括具有一个或多个扩散燃料喷嘴和预混合燃料喷嘴的燃烧室，其可通过不同的流体供应环路独立地控制以提供预混合火焰配置和扩散火焰配置二者的益处。
图1是具有与基于涡轮的服务系统14相关联的烃开采系统12的系统10的实施方式的图。如在下文进一步细节中讨论的，基于涡轮的服务系统14的各种实施方式被配置为向烃开采系统12提供各种服务，诸如电功率、机械功率和流体(例如，排气)，以促进油和/或气的开采和回收。在图解说明的实施方式中，烃开采系统12包括连接至地下储层20(例如，油、气或烃储层)的油/气提取系统16和提高采收率法采油(EOR)系统18。油/气提取系统16包括连接至油/气井26的各种地面设备22，诸如采油树或生产树24。此外，井26可包括通过土地32中的钻探孔30延伸至地下储层20的一个或多个管件(tubular)28。采油树24包括一个或多个阀门、节流器、隔离套筒、防喷器和各种流速控制装置，其调节压力和控制至地下储层20和来自地下储层20的流动。虽然采油树24通常被用于控制来自地下储层20的开采流体(例如，油或气)的流动，但是EOR系统18可通过向地下储层20注入一种或多种流体增加油或气的开采。
因此，EOR系统18可包括流体注入系统34，其具有通过土地32中的孔38延伸至地下储层20的一个或多个管件36。例如，EOR系统18可将一种或多种流体40，诸如气体、蒸汽、水、化学品或其任意组合，输送至流体注入系统34内。例如，如下文进一步详细讨论的，EOR系统18可连接至基于涡轮的服务系统14，使得系统14将排气42(例如，基本上或完全地不含氧气)用作注入流体40输送至EOR系统18。如箭头44所指示的，流体注入系统34将流体40(例如，排气42)通过一个或多个管件36输送至地下储层20内。注入流体40通过管件36进入地下储层20，所述管件36距离油/气井26的管件28偏距46。因此，如箭头50所指示的，注入流体40驱替布置在地下储层20中的油/气48，并且驱动油/气48向上通过烃开采系统12的一个或多个管件28。如下文进一步详细讨论的，注入流体40可包括起源于基于涡轮的服务系统14的排气42，所述基于涡轮的服务系统14能够根据需要通过烃开采系统12现场生成排气42。换句话说，基于涡轮的系统14可同时生成烃开采系统12使用的一个或多个服务(例如，电功率、机械功率、蒸汽、水(例如，淡化水)和排气(例如，基本上不含氧气))，从而减少或消除对外部来源的这类服务的依赖。
在图解说明的实施方式中，基于涡轮的服务系统14包括化学计量的排气再循环(SEGR)燃气轮机系统52和排气(EG)加工系统54。燃气轮机系统52可被配置为以化学计量的燃烧模式的操作(例如，化学计量控制模式)和非化学计量的燃烧模式的操作(例如，非化学计量控制模式)运行，诸如贫油控制模式或富油控制模式。在化学计量控制模式中，燃烧通常以燃料和氧化剂的基本化学计量比发生，从而导致基本上化学计量的燃烧。具体而言，化学计量的燃烧通常涉及在燃烧反应中消耗基本上全部的燃料和氧化剂，使得燃烧产物基本上或完全地不含未燃烧的燃料和氧化剂。化学计量的燃烧的一个测量是当量比或其是实际的燃料/氧化剂比相对于化学计量的燃料/氧化剂比的比。大于1.0的当量比导致燃料和氧化剂的富油燃烧，而小于1.0的当量比导致燃料和氧化剂的贫油燃烧。相比之下，1.0的当量比导致既不是富油也不是贫油的燃烧，从而在燃烧反应中消耗基本上全部的燃料和氧化剂。在公开的实施方式的情形中，术语化学计量或基本上化学计量可以是指大约0.95至大约1.05的当量比。然而，公开的实施方式还可包括1.0±0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的当量比。另外，基于涡轮的服务系统14中的燃料和氧化剂的化学计量的燃烧可导致基本上没有未燃烧的燃料或氧化剂剩余的燃烧产物或排气(例如，42)。例如，排气42可具有按体积计小于百分之1、2、3、4或5的氧化剂(例如，氧气)、未燃烧的燃料或烃类(例如，HC)、氮氧化物(例如，NOX)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOX)、氢气和不完全燃烧的其它产物。进一步的实例是，排气42可具有按体积计小于大约百万分之(ppmv)10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000的氧化剂(例如，氧气)、未燃烧的燃料或烃类(例如，HC)、氮氧化物(例如，NOX)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOX)、氢气和不完全燃烧的其它产物。然而，公开的实施方式还可产生其它范围的残留燃料、氧化剂和排气42中的其它排放水平。如本文使用的，术语排放、排放水平和排放目标是指某些燃烧产物(例如，NOX、CO、SOX、O2、N2、H2、HC等)的浓度水平，其可存在于再循环气流、排放气流(例如，排入大气中)和各种目标系统(例如，烃开采系统12)中使用的气流。
尽管在不同实施方式中SEGR燃气轮机系统52和EG加工系统54可包括各种组件，但是图解说明的EG加工系统54包括热回收蒸汽发生器(HRSG)56和排气再循环(EGR)系统58，其接收并加工来源自SEGR燃气轮机系统52的排气60。HRSG56可包括一个或多个热交换器、冷凝器和各种热回收设备，其共同地作用以将热从排气60转移至水流，从而生成蒸汽62。可在一个或多个蒸汽涡轮、EOR系统18或烃开采系统12的其它部分中使用蒸汽62。例如，HRSG56可生成低压、中压和/或高压蒸汽62，其可被可选择地施加于低、中和高压蒸汽涡轮级，或者EOR系统18的不同应用。除蒸汽62外，可由HRSG56、EGR系统58和/或EG加工系统54的另一个部分或SEGR燃气轮机系统52生成处理过的水64，诸如淡化水。处理过的水64(例如，淡化水)在水短缺区域，诸如内陆或沙漠地区可以是特别有用的。由于SEGR燃气轮机系统52内大体积的空气驱动的燃料燃烧，可至少部分地生成处理过的水64。虽然蒸汽62和水64的现场生成在许多应用(包括烃开采系统12)中可以是有利的，但是由于其来源自SEGR燃气轮机系统52的低氧气含量、高压和热，排气42、60的现场生成对EOR系统18可以是特别有利的。因此，HRSG 56、EGR系统58和/或EG加工系统54的另一个部分可输出或再循环排气66进入SEGR燃气轮机系统52，同时还输送排气42至EOR系统18用于烃开采系统12。同样地，可直接从SEGR燃气轮机系统52提取排气42(即，不穿过EG加工系统54)以在烃开采系统12的EOR系统18中使用。
排气再循环由EG加工系统54的EGR系统58操纵。例如，EGR系统58包括一个或多个导管、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、除湿单元、催化剂单元、化学品注入单元或其任意组合)，并且控制沿着从SEGR燃气轮机系统52的输出(例如，排放的排气60)至输入(例如，吸入的排气66)的排气循环通路再循环排气。在图解说明的实施方式中，SEGR燃气轮机系统52将排气66吸入至具有一个或多个压缩机的压缩机部分，从而连同氧化剂68和一个或多个燃料70的吸入一起压缩排气66以在燃烧室部分使用。氧化剂68可包括环境空气、纯氧、富氧空气，少氧空气、氧气-氮气混合物或促进燃料70燃烧的任何合适的氧化剂。燃料70可包括一个或多个气体燃料、液体燃料或其任意组合。例如，燃料70可包括天然气、液化天然气(LNG)、合成气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、煤油、柴油燃料、乙醇、甲醇、生物燃料或其任意组合。
SEGR燃气轮机系统52在燃烧室部分混合和燃烧排气66、氧化剂68和燃料70，从而生成热燃烧气体或排气60以驱动涡轮部分中的一个或多个涡轮级。在某些实施方式中，燃烧室部分中的每个燃烧室包括一个或多个预混合燃料喷嘴、一个或多个扩散燃料喷嘴或其任意组合。例如，每个预混合燃料喷嘴可被配置为，内部混合在燃料喷嘴内和/或部分地在燃料喷嘴上游的氧化剂68和燃料70，从而从燃料喷嘴将氧化剂-燃料混合物注入燃烧区用于预混合燃烧(例如，预混合火焰)。进一步的实例是，每个扩散燃料喷嘴可被配置为隔离燃料喷嘴内氧化剂68和燃料70的流动，从而从燃料喷嘴独立地将氧化剂68和燃料70注入燃烧区用于扩散燃烧(例如，扩散火焰)。具体而言，由扩散燃料喷嘴提供的扩散燃烧延迟氧化剂68和燃料70的混合，直至初始燃烧点，即，火焰区域。在应用扩散燃料喷嘴的实施方式中，扩散火焰可提供增强的火焰稳定性，因为扩散火焰通常在氧化剂68和燃料70的独立流之间的化学计量点处形成(即，当氧化剂68和燃料70正在混合时)。在某些实施方式中，可在扩散燃料喷嘴或预混合燃料喷嘴中将一种或多种稀释剂(例如，排气60、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)与氧化剂68、燃料70或二者预混合。此外，一种或多种稀释剂(例如，排气60、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)可在每个燃烧室内的燃烧点或其下游处被注入燃烧室。使用这些稀释剂可帮助缓和火焰(例如，预混合火焰或扩散火焰)，从而帮助减少NOX排放物，诸如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。无论火焰的类型，燃烧产生热燃烧气体或排气60以驱动一个或多个涡轮级。随着每个涡轮级被排气60所驱动，SEGR燃气轮机系统52生成机械功率72和/或电功率74(例如，经由发电机)。系统52还输出排气60，并且可进一步输出水64。再次，水64可以是处理过的水，诸如淡化水，其在各种现场或非现场应用中可以是有用的。
还使用一个或多个提取点76由SEGR燃气轮机系统52提供排气提取。例如，图解说明的实施方式包括具有排气(EG)提取系统80和排气(EG)处理系统82的排气(EG)供应系统78，其从提取点76接收排气42、处理排气42，并且然后供应或分配排气42至各种目标系统。目标系统可包括EOR系统18和/或其它系统，诸如管道86、储罐88或碳封存系统90。EG提取系统80可包括一个或多个导管、阀门、控制件和分流器(flow separation)，其促进排气42与氧化剂68、燃料70和其它污染物的隔离，同时还控制提取的排气42的温度、压力和流速。EG处理系统82可包括一个或多个热交换器(例如，诸如热回收蒸汽发生器、冷凝器、冷却器或加热器的热回收单元)、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、凝聚过滤器、不透水过滤器和其它过滤器)、化学品注入系统、基于溶剂的处理系统(例如，吸收器、闪蒸罐(flash tank)等)、碳捕获系统、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、其任意组合。EG处理系统82的这些子系统能够控制温度、压力、流速、水含量(例如，水去除量)、微粒含量(例如，微粒去除量)和气体组成(例如，CO2、N2等的百分比)。
取决于目标系统，由EG处理系统82的一个或多个子系统处理提取的排气42。例如，EG处理系统82可引入全部或部分排气42通过碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统，其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以在各种目标系统中使用。例如，EG处理系统82的实施方式可执行气体分离和净化以产生排气42的多个不同的流95，诸如第一流96、第二流97和第三流98。第一流96可具有富二氧化碳和/或贫氮气的第一组成(例如，富CO2、贫N2流)。第二流97可具有中等浓度水平的二氧化碳和/或氮气的第二组成(例如，中等浓度CO2、N2流)。第三流98可具有贫二氧化碳和/或富氮气的第三组成(例如，贫CO2、富N2流)。每个流95(例如，96、97和98)可包括气体脱水单元、过滤器、气体压缩机或其任意组合，以促进输送流95至目标系统。在某些实施方式中，富CO2、贫N2流96可具有按体积计大于大约百分之70、75、80、85、90、95、96、97、98或99的CO2纯度或浓度水平，以及小于按体积计大约百分之1、2、3、4、5、10、15、20、25或30的N2纯度或浓度水平。相反，贫CO2、富N2流98可具有按体积计小于大约百分之1、2、3、4、5、10、15、20、25或30的CO2纯度或浓度水平，以及按体积计大于大约百分之70、75、80、85、90、95、96、97、98或99的N2纯度或浓度水平。中等浓度CO2、N2流97可具有按体积计大约百分之30至70、35至65、40至60或45至55之间的CO2纯度或浓度水平和/或N2纯度或浓度水平。尽管前述范围仅仅是非限制性实例，但是富CO2、贫N2流96和贫CO2、富N2流98可以是特别适合于与EOR系统18和其它系统84一起使用的。然而，可单独地或在各种组合中与EOR系统18和其它系统84一起使用任意这些富、贫或中等浓度CO2流95。例如，EOR系统18和其它系统84(例如，管道86、储罐88和碳封存系统90)每个可接收一个或多个富CO2、贫N2流96，一个或多个贫CO2、富N2流98，一个或多个中等浓度CO2、N2流97，和一个或多个未处理的排气42流(即，绕过EG处理系统82)。
EG提取系统80在沿着压缩机部分、燃烧室部分和/或涡轮部分的一个或多个提取点76处提取排气42，使得可在EOR系统18和其它系统84中使用合适温度和压力下的排气42。EG提取系统80和/或EG处理系统82还可循环来往至EG加工系统54的流体流动(例如，排气42)。例如，穿过EG加工系统54的一部分排气42可以是由EG提取系统80提取以在EOR系统18和其它系统84中使用。在某些实施方式中，EG供应系统78和EG加工系统54可以是相互独立的或整合的，并且因而可使用独立或共同的子系统。例如，可由EG供应系统78和EG加工系统54二者使用EG处理系统82。提取自EG加工系统54的排气42可经历多级气体处理，诸如EG加工系统54中的一级或多级的气体处理，然后是EG处理系统82中的额外一级或多级的气体处理。
在每个提取点76处，提取的排气42由于基本上化学计量的燃烧和/或EG加工系统54中的气体处理，可以是基本上不含氧化剂68和燃料70(例如，未燃烧的燃料或烃类)的。此外，取决于目标系统，提取的排气42可经历EG供应系统78中的EG处理系统82的进一步处理，从而进一步减少任何残留氧化剂68、燃料70或其它非期望的燃烧产物。例如，在EG处理系统82中处理之前或之后，提取的排气42可具有按体积计小于百分之1、2、3、4或5的氧化剂(例如，氧气)、未燃烧的燃料或烃类(例如，HC)、氮氧化物(例如，NOX)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOX)、氢气和其它不完全燃烧产物。进一步的实例是，在EG处理系统82中处理之前或之后，提取的排气42可具有按体积计小于大约百万分之(ppmv)10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000的氧化剂(例如，氧气)、未燃烧的燃料或烃类(例如，HC)、氮氧化物(例如，NOX)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOX)、氢气和其它不完全燃烧产物。因而，排气42特别适于与EOR系统18一起使用。
涡轮系统52的EGR操作特别地使在众多位置76处能够提取排气。例如，系统52的压缩机部分可被用于压缩不带有任何氧化剂68的排气66(即，只压缩排气66)，使得在加入氧化剂68和燃料70之前，可从压缩机部分和/或燃烧室部分提取基本上不含氧气的排气42。提取点76可位于邻近的压缩机级之间的级间气口处、沿着压缩机排放套管的气口处、沿着燃烧室部分的每个燃烧室的气口处、或其任意组合。在某些实施方式中，排气66可以不与氧化剂68和燃料70混合，直到其到达燃烧室部分中的每个燃烧室的头端部分和/或燃料喷嘴。此外，一个或多个分流器(例如，壁、隔离器、挡板等)可被用于将氧化剂68和燃料70与提取点76隔离。在具有这些分流器的情况下，可沿着燃烧室部分中的每个燃烧室的壁直接配置提取点76。
一旦排气66、氧化剂68和燃料70流经头端部分(例如，通过燃料喷嘴)进入每个燃烧室的燃烧部分(例如，燃烧腔)，则控制SEGR燃气轮机系统52以提供排气66、氧化剂68和燃料70的基本上化学计量的燃烧。例如，系统52可维持大约0.95至大约1.05的当量比。结果，每个燃烧室中的排气66、氧化剂68和燃料70的混合物的燃烧产物基本上不含氧气和未燃烧的燃料。因而，可以从SEGR燃气轮机系统52的涡轮部分提取燃烧产物(或排气)，以用作传输至EOR系统18的排气42。沿着涡轮部分，提取点76可位于任何涡轮级处，诸如邻近的涡轮级之间的级间气口。因而，使用任意前述的提取点76，基于涡轮的服务系统14可生成、提取排气42并将排气42输送至烃开采系统12(例如，EOR系统18)，以在从地下储层20开采油/气48中使用。
图2是图1的系统10的实施方式的图，其图解说明了连接至基于涡轮的服务系统14和烃开采系统12的控制系统100。在图解说明的实施方式中，基于涡轮的服务系统14包括联合循环系统102，其包括作为前置循环的SEGR燃气轮机系统52、作为后置循环(bottomingcycle)的蒸汽涡轮104和从排气60回收热以生成用于驱动蒸汽涡轮104的蒸汽62的HRSG56。另外，SEGR燃气轮机系统52接收、混合以及化学计量地燃烧排气66、氧化剂68和燃料70(例如，预混合和/或扩散火焰)，从而产生排气60、机械功率72、电功率74和/或水64。例如，SEGR燃气轮机系统52可驱动一个或多个负载或机器106，诸如发电机、氧化剂压缩机(例如，主空气压缩机)、齿轮箱、泵、烃开采系统12的设备或其任意组合。在一些实施方式中，机器106可包括与SEGR燃气轮机系统52串联的其它驱动器，诸如电动机或蒸汽涡轮(例如，蒸汽涡轮104)。因此，由SEGR燃气轮机系统52(和任意另外的驱动器)驱动的机器的输出106可包括机械功率72和电功率74。可在现场使用机械功率72和/或电功率74用于向烃开采系统12提供电力、电功率74可被分配至电网、或其任意组合。机器106的输出还可包括压缩流体，诸如压缩氧化剂68(例如，空气或氧气)，用于吸入SEGR燃气轮机系统52的燃烧部分。这些输出(例如，排气60、机械功率72、电功率74和/或水64)中的每个可被认为是基于涡轮的服务系统14的服务。
SEGR燃气轮机系统52产生基本上不含氧气的排气42、60，并且将此排气42、60输送至EG加工系统54和/或EG供应系统78。EG供应系统78可处理排气42(例如，流95)并将其输送至烃开采系统12和/或其它系统84。如上文所讨论的，EG加工系统54可包括HRSG 56和EGR系统58。HRSG 56可包括一个或多个热交换器、冷凝器和各种热回收设备，其可被用于从排气60回收热或将热转移至水108以生成用于驱动蒸汽涡轮104的蒸汽62。与SEGR燃气轮机系统52类似，蒸汽涡轮104可驱动一个或多个负载或机器106，从而生成机械功率72和电功率74。在图解说明的实施方式中，SEGR燃气轮机系统52和蒸汽涡轮104被串联布置以驱动相同的机器106。然而，在其它实施方式中，SEGR燃气轮机系统52和蒸汽涡轮104可独立地驱动不同的机器106以独立地生成机械功率72和/或电功率74。当蒸汽涡轮104被来自HRSG 56的蒸汽62驱动时，蒸汽62逐步降低温度和压力。因此，蒸汽涡轮104经由从排气60回收的热将使用的蒸汽62和/或水108再循环回HRSG 56用于另外的蒸汽生成。除蒸汽生成外，HRSG 56、EGR系统58和/或EG加工系统54的另一部分可产生与烃开采系统12一起使用的水64、排气42和用作进入SEGR燃气轮机系统52的输入的排气66。例如，水64可以是在其它应用中使用的处理过的水64，诸如淡化水。淡化水在低水可用性的地区中可以是特别有用的。对于排气60，在使或不使排气60穿过HRSG56的情况下，EG加工系统54的实施方式可被配置为通过EGR系统58再循环排气60。
在图解说明的实施方式中，SEGR燃气轮机系统52具有排气再循环通路110，其从系统52的排气出口延伸至排气进口。沿着通路110，排气60穿过EG加工系统54，所述EG加工系统54在在图解说明的实施方式中包括HRSG 56和EGR系统58。EGR系统58可包括沿着通路110串联和/或并联布置的一个或多个导管、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、诸如热回收蒸汽发生器的热回收单元、除湿单元、催化剂单元、化学品注入单元或其任意组合)。换句话说，EGR系统58可包括沿着系统52的排气出口和排气进口之间的排气再循环通路110的任何流量控制组件、压力控制组件、温度控制组件、湿度控制组件和气体组成控制组件。因此，在具有沿着通路110的HRSG56的实施方式中，HRSG 56可被认为是EGR系统58的组件。然而，在某些实施方式中，可沿着独立于排气再循环通路110的排气通路配置HRSG56。无论HRSG 56是沿着与EGR系统58的独立通路或是共同通路，HRSG 56和EGR系统58吸入排气60并输出与EG供应系统78一起使用的再循环排气66、排气42(例如，用于烃开采系统12和/或其它系统84)，或者另一个输出的排气。另外，SEGR燃气轮机系统52吸入、混合并化学计量地燃烧排气66、氧化剂68和燃料70(例如，预混合和/或扩散火焰)以产生用于分配至EG加工系统54、烃开采系统12或其它系统84的基本上不含氧气和不含燃料的排气60。
如上文参阅图1指出的，烃开采系统12可包括各种设备，所述设备促进通过油/气井26从地下储层20采收或开采油/气48。例如，烃开采系统12可包括具有流体注入系统34的EOR系统18。在图解说明的实施方式中，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。尽管流体注入系统34可从各种来源接收流体，但是图解说明的实施方式可从基于涡轮的服务系统14接收排气42和蒸汽62。由基于涡轮的服务系统14产生的排气42和/或蒸汽62也可被输送至烃开采系统12以在其它油/气系统116中使用。
控制系统100可控制排气42和/或蒸汽62的数量、质量和流量。控制系统100可完全地专用于基于涡轮的服务系统14，或者控制系统100还可任选地为烃开采系统12和/或其它系统84提供控制(或至少一些数据以促进控制)。在图解说明的实施方式中，控制系统100包括具有处理器120、存储器122、蒸汽涡轮控制件124、SEGR燃气轮机系统控制件126和机器控制件128的控制器118。处理器120可包括单处理器或者两个或更多个冗余处理器，诸如用于控制基于涡轮的服务系统14的三重冗余处理器。存储器122可包括易失性和/或非易失性存储器。例如，存储器122可包括一个或多个硬盘驱动器、闪速存储器、只读存储器、随机读取存储器或其任意组合。控制件124、126和128可包括软件和/或硬件控制件。例如，控制件124、126和128可包括存储在存储器122上并由处理器120可执行的各种指令或代码。控制件124被配置为控制蒸汽涡轮104的运行，SEGR燃气轮机系统控制件126被配置为控制系统52，并且机器控制件128被配置为控制机器106。因而，控制器118(例如，控制件124、126和128)可被配置为协调基于涡轮的服务系统14的各种子系统以向烃开采系统12提供排气42的合适流。
在控制系统100的某些实施方式中，附图中图解说明或本文描述的每个元件(例如，系统、子系统和组件)包括(例如，直接在这些元件内、这些元件的上游或下游)一个或多个工业控制零件，诸如传感器和控制装置，其在工业控制网络上连同控制器118相互通信地连接。例如，与每个元件相关联的控制装置可包括专用的装置控制器(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控制来自控制器118的控制信号、来自用户的控制信号或其任意组合。因而，可使用由控制器118、与每个元件相关联的专用的装置控制器或其组合中存储和/或可执行的控制指令实施本文所述的任何控制功能。
为了促进这样的控制功能，控制系统100包括遍及系统10分布的一个或多个传感器以获取在各种控制件的执行中使用的传感器反馈130，例如，控制件124、126和128。例如，传感器反馈130可获取自遍及SEGR燃气轮机系统52、机器106、EG加工系统54、蒸汽涡轮104、烃开采系统12分布的传感器、或者遍及基于涡轮的服务系统14或烃开采系统12分布的其它组件。例如，传感器反馈130可包括温度反馈、压力反馈、流速反馈、火焰温度反馈、燃烧动力学反馈、吸入氧化剂组成反馈、吸入燃料组成反馈、排气组成反馈、机械功率72的输出水平、电功率74的输出水平、排气42、60的输出量、水64的输出量或质量或其任意组合。例如，传感器反馈130可包括排气42、60的组成以促进SEGR燃气轮机系统52中化学计量的燃烧。例如，传感器反馈130可包括来自沿着氧化剂68的氧化剂供应通路的一个或多个吸入氧化剂传感器、沿着燃料70的燃料供应通路的一个或多个吸入燃料传感器、和沿着排气再循环通路110和/或在SEGR燃气轮机系统52内配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包括温度传感器、压力传感器、流速传感器和组成传感器。排放传感器可包括用于氮氧化物(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)、氢气(例如，H2传感器)、氧气(例如，O2传感器)、未燃烧的烃类(例如，HC传感器)、或不完全燃烧的其它产物、或其任意组合的传感器。
使用此反馈130，控制系统100可调节(例如，升高、降低或维持)进入SEGR燃气轮机系统52(其它运行参数之中)的排气66、氧化剂68和/或燃料70的吸入流以维持当量比在合适的范围内，例如，大约0.95至大约1.05之间、大约0.95至大约1.0之间、大约1.0至大约1.05之间或基本上处于1.0。例如，控制系统100可分析反馈130以检测排气排放(例如，氮氧化物、碳氧化物诸如CO和CO2、硫氧化物、氢气、氧气、未燃烧的烃类、和不完全燃烧的其它产物的浓度水平)和/或测定当量比，并且然后控制一个或多个组件以调节排气排放(例如，排气42中的浓度水平)和/或当量比。受控组件可包括参阅附图所图解说明和描述的任意组件，包括但不限于，沿着用于氧化剂68、燃料70和排气66的供应通路的阀门；氧化剂压缩机、燃料泵或EG加工系统54中的任意组件；SEGR燃气轮机系统52的任意组件、或其任意组合。受控组件可调节(例如，升高、降低或维持)流速、温度、压力或在SEGR燃气轮机系统52内燃烧的氧化剂68、燃料70和排气66的百分比(例如，当量比)。受控组件还可包括一个或多个气体处理系统，诸如催化剂单元(例如，氧化催化剂单元)、催化剂供应单元(例如，氧化燃料、热、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)和过滤单元。气体处理系统可帮助减少沿着排气再循环通路110、排放通路(例如，排气进入大气)或提取通路至EG供应系统78的各种排气排放。
在某些实施方式中，控制系统100可分析反馈130并控制一个或多个组件以维持或减少排放污染程度(例如，排气42、60、95中的浓度水平)至目标范围，诸如按体积计小于大约百万分之(ppmv)10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000、5000或10000。这些目标范围对每种排气排放可以是相同或不同的，例如，氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、氢气、氧气、未燃烧的烃类和不完全燃烧的其它产物的浓度水平。例如，取决于当量比，控制系统100可以可选择地控制氧化剂(例如，氧气)的排气排放(例如，浓度水平)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；一氧化碳(CO)在小于大约20、50、100、200、500、1000、2500或5000ppmv的目标范围；和氮氧化物(NOX)在小于大约50、100、200、300、400或500ppmv的目标范围。在某些实施方式中，以基本上化学计量的当量比运行，控制系统100可以可选择地控制氧化剂(例如，氧气)的排气排放(例如，浓度水平)在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90或100ppmv的目标范围；和一氧化碳(CO)在小于大约500、1000、2000、3000、4000或5000ppmv的目标范围。在某些实施方式中，以贫油当量比(例如，大约0.95至1.0之间)运行，控制系统100可以可选择地控制氧化剂(例如，氧气)的排气排放(例如，浓度水平)在小于大约500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500ppmv的目标范围；一氧化碳(CO)在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150或200ppmv的目标范围；和氮氧化物(NOX)在小于大约50、100、150、200、250、300、350或400ppmv的目标范围。前述的目标范围仅仅是实例，并不意欲限制公开的实施方式的范围。
控制系统100还可连接至本地界面132和远程界面134。例如，本地界面132可包括现场配置在基于涡轮的服务系统14和/或烃开采系统12的计算机工作站。相反，远程界面134可包括诸如通过网络连接非现场配置在基于涡轮的服务系统14和烃开采系统12的计算机工作站。这些界面132和134促进检测和控制基于涡轮的服务系统14，诸如通过一个或多个传感器反馈130、运行参数等的图形显示器。
再次，如上文所提到的，控制器118包括各种控制件124、126和128以促进对基于涡轮的服务系统14的控制。蒸汽涡轮控制件124可接收传感器反馈130和输出控制命令以促进蒸汽涡轮104的运行。例如，蒸汽涡轮控制件124可接收来自HRSG 56、沿着蒸汽62的通路的机器106、温度和压力传感器、沿着水108的通路的温度和压力传感器、和指示机械功率72和电功率74的各种传感器的传感器反馈130。同样地，SEGR燃气轮机系统控制件126可接收来自沿着SEGR燃气轮机系统52、机器106、EG加工系统54或其任意组合配置的一个或多个传感器的传感器反馈130。例如，传感器反馈130可获取自在SEGR燃气轮机系统52之内或之外配置的温度传感器、压力传感器、间隙传感器、振动传感器，火焰传感器、燃料组成传感器、排气组成传感器或其任意组合。最后，机器控制件128可接收来自与机械功率72和电功率74相关联的各种传感器、以及在机器106内配置的传感器的传感器反馈130。这些控制件124、126和128中的每个使用传感器反馈130以改进基于涡轮的服务系统14的操作。
在图解说明的实施方式中，SEGR燃气轮机系统控制件126可执行指令以控制EG加工系统54、EG供应系统78、烃开采系统12和/或其它系统84中排气42、60、95的数量和质量。例如，SEGR燃气轮机系统控制件126可维持排气60中氧化剂(例如，氧气)和/或未燃烧的燃料的水平低于适合于在排气注入EOR系统112中使用的阈值。在某些实施方式中，氧化剂(例如，氧气)和/或未燃烧的燃料的阈值水平按体积计可小于百分之1、2、3、4或5的排气42、60；或氧化剂(例如，氧气)和/或未燃烧的燃料(和其它排气排放物)的阈值水平按体积计可小于大约百万分之(ppmv)10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000的排气42、60。进一步的实例是，为了实现这些低水平的氧化剂(例如，氧气)和/或未燃烧的燃料，SEGR燃气轮机系统控制件126可维持SEGR燃气轮机系统52中大约0.95和大约1.05之间的燃烧当量比。SEGR燃气轮机系统控制件126还可控制EG提取系统80和EG处理系统82以维持排气42、60、95的温度、压力、流速和气体组成在用于排气注入EOR系统112、管道86、储罐88和碳封存系统90的合适范围内。如上文所讨论的，可控制EG处理系统82以净化和/或分离排气42为一个或多个气流95，诸如富CO2、贫N2流96、中等浓度CO2、N2流97、和贫CO2、富N2流98。除了对排气42、60和95控制外，控制件124、126和128可执行一个或多个指令维持机械功率72在合适的功率范围内，或维持电功率74在合适的频率和功率的范围内。
图3是系统10的实施方式的图，其进一步图解说明了与烃开采系统12和/或其它系统84一起使用的SEGR燃气轮机系统52的细节。在图解说明的实施方式中，SEGR燃气轮机系统52包括连接至EG加工系统54的燃气轮机发动机150。图解说明的燃气轮机发动机150包括压缩机部分152、燃烧室部分154和膨胀机部分或涡轮部分156。压缩机部分152包括一个或多个排气压缩机或压缩机级158，诸如以串联布置配置的回转式压缩机叶片的1至20级。同样地，燃烧室部分154包括一个或多个燃烧室160，诸如围绕SEGR燃气轮机系统52的旋转轴162周向分布的1至20个燃烧室160。此外，每个燃烧室160可包括配置为注入排气66、氧化剂68和/或燃料70的一个或多个燃料喷嘴164。例如，每个燃烧室160的头端部分166可安置1、2、3、4、5、6或更多个燃料喷嘴164，其可将排气66、氧化剂68和/或燃料70的流或混合物注入燃烧室160的燃烧部分168(例如，燃烧腔)。
燃料喷嘴164可包括预混合燃料喷嘴164(例如，配置为将氧化剂68和燃料70预混合用于生成氧化剂/燃料预混合火焰)和/或扩散燃料喷嘴164(例如，配置为注入氧化剂68和燃料70的独立流用于生成氧化剂/燃料扩散火焰)的任意组合。预混合燃料喷嘴164的实施方式可包括在喷嘴164内内部地混合氧化剂68和燃料70的旋流叶片、混合腔或其它零件。预混合燃料喷嘴164还可接收至少一些部分混合的氧化剂68和燃料70。在某些实施方式中，每个扩散燃料喷嘴164可隔离氧化剂68和燃料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、氮气或另一种惰性气体)的流动直到注入点。在其它实施方式中，每个扩散燃料喷嘴164可隔离氧化剂68和燃料70的流动直到注入点，同时在注入点之前将一种或多种稀释剂(例如，排气66、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)与氧化剂68和/或燃料70部分地混合。此外，一种或多种稀释剂(例如，排气66、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)可在燃烧区或其下游被注入燃烧室(例如，进入热燃烧产物)，从而帮助减少热燃烧产物的温度和减少NOX排放(例如，NO和NO2)。无论燃料喷嘴164的类型，可控制SEGR燃气轮机系统52提供氧化剂68和燃料70的基本上化学计量的燃烧。
在操作中，如图解说明的，压缩机部分152接收并压缩来自EG加工系统54的排气66，并且将压缩排气170输出至燃烧室部分154中的每个燃烧室160。每个燃烧室160内的燃料60、氧化剂68和排气170一经燃烧，额外的排气或燃烧产物172(即，燃烧气体)被输送至涡轮部分156。与压缩机部分152类似，涡轮部分156包括一个或多个涡轮或涡轮级174，其可包括一系列回转式涡轮叶片。这些涡轮叶片随后被燃烧室部分154中生成的燃烧产物172驱动，从而驱动连接至机器106的传动轴176旋转。再次，机器106可包括连接至SEGR燃气轮机系统52的任一末端的各种设备，诸如连接至涡轮部分156的机器106、178和/或连接至压缩机部分152的机器106、180。在某些实施方式中，机器106、178、180可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、齿轮箱或连接至SEGR燃气轮机系统52的额外的驱动器(例如蒸汽涡轮104、电动机等)。如图解说明给的，涡轮部分156从涡轮部分156的排气出口182将排气60输出至排气进口184而进入压缩机部分152，从而沿着排气再循环通路110再循环。如上文详细讨论的，沿着排气再循环通路110，排气60穿过EG加工系统54(例如，HRSG 56和/或EGR系统58)。
再次，燃烧室部分154中的每个燃烧室160接收、混合和化学计量地燃烧压缩排气170、氧化剂68和燃料70以产生额外的排气或燃烧产物172以驱动涡轮部分156。在某些实施方式中，氧化剂68被氧化剂压缩系统186压缩，诸如主空气压缩(MAC)系统。氧化剂压缩系统186包括连接至驱动器190的氧化剂压缩机188。例如，驱动器190可包括电动机、内燃机或其任意组合。在某些实施方式中，驱动器190可以是涡轮发动机，诸如燃气轮机发动机150。因此，氧化剂压缩系统186可以是机器106的组成部分。换句话说，可由燃气轮机发动机150的传动轴176供应的机械功率72直接或间接驱动压缩机188。在这样的实施方式中，可以不包括驱动器190，因为压缩机188依赖于来自涡轮发动机150的功率输出。然而，在图解说明的实施方式中，氧化剂压缩系统186与机器106分离。在任一实施方式中，压缩系统186压缩氧化剂68并将其供应至燃料喷嘴164和燃烧室160。如下文进一步详细讨论的，氧化剂68和燃料70可被供应至特别选择的位置处的燃气轮机发动机150，以促进压缩排气170的隔离和提取，而没有任何氧化剂68和燃料70使排气170的质量降级。
如图3中图解说明的，EG供应系统78被配置在燃气轮机发动机150和目标系统(例如，烃开采系统12和其它系统84)之间。具体而言，EG供应系统78，例如，EG提取系统(EGES)80，可被连接至沿着压缩机部分152、燃烧室部分154和/或涡轮部分156的一个或多个提取点76处的燃气轮机发动机150。例如，提取点76可位于邻近的压缩机级之间，诸如压缩机级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10个级间提取点76。这些级间提取点76中的每个提供不同温度和压力的提取的排气42。类似地，提取点76可位于邻近的涡轮级之间，诸如涡轮级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10个级间提取点76。这些级间提取点76中的每个提供不同温度和压力的提取的排气42。进一步的实例是，提取点76可位于遍及燃烧室部分154的众多位置，其可提供不同的温度、压力、流速和气体组成。这些提取点76中的每个可包括EG提取导管、一个或多个阀门、传感器和控制件，其可被用于可选择地控制提取的排气42至EG供应系统78的流动。
由EG供应系统78分配的提取的排气42具有适合于目标系统(例如，烃开采系统12和其它系统84)的受控组成。例如，在这些提取点76中的每个处，排气170可以基本上与氧化剂68和燃料70的注入点(或流动)隔离。换句话说，EG供应系统78可被特别设计以从燃气轮机发动机150提取排气170而不带任何添加的氧化剂68或燃料70。此外，鉴于每个燃烧室160中的化学计量的燃烧，提取的排气42可以基本上不含氧气和燃料。EG供应系统78可直接或间接地将提取的排气42输送至烃开采系统12和/或其它系统84以在各种过程中使用，诸如提高采收率法采油、碳封存、存储或运输至非现场位置。然而，在某些实施方式中，EG供应系统78包括EG处理系统(EGTS)82，其用于在目标系统使用排气42前进一步处理排气42。例如，EG处理系统82可净化和/或分离排气42为一个或多个流95，诸如富CO2、贫N2流96、中等浓度CO2、N2流97、和贫CO2、富N2流98。可在烃开采系统12和其它系统84(例如，管道86、储罐88和碳封存系统90)中单独或以任意组合使用这些处理后的排气流95。
与在EG供应系统78中执行的排气处理类似，EG加工系统54可包括多个排气(EG)处理组件192，诸如由元件号194、196、198、200、202、204、206、208和210指示的。可以以一个或多个串联布置、并联布置或串联和并联布置的任意组合沿着排气再循环通路110配置这些EG处理组件192(例如，194到210)。例如，EG处理组件192(例如，194到210)可包括以任何顺序、任意串联和/或并联布置的一个或多个热交换器(例如，诸如热回收蒸汽发生器的热回收单元、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、凝聚过滤器、不透水过滤器和其它过滤器)、化学品注入系统、基于溶剂的处理系统(例如，吸收器、闪蒸罐等)、碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统、和/或基于溶剂的处理系统，或其任意组合。在某些实施方式中，催化剂系统可包括氧化催化剂、一氧化碳还原催化剂、氮氧化物还原催化剂、氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、氧化铂、氧化钯、氧化钴、或混合金属氧化物、或其组合。公开的实施方式意欲包括前述的串联和并联布置的组件192的任意和全部布置。如下文图解说明的，表1描绘了沿着排气再循环通路110的组件192的布置的一些非限制性实例。
表1
如上文表1中图解说明的，催化剂单元表示为CU，氧化催化剂单元表示为OCU，增压鼓风机表示为BB，热交换器表示为HX，热回收单元表示为HRU，热回收蒸汽发生器表示为HRSG，冷凝器表示为COND，蒸汽涡轮表示为ST，微粒去除单元表示为PRU，除湿单元表示为MRU，过滤器表示为FIL，凝聚过滤器表示为CFIL，不透水过滤器表示为WFIL，惯性分离器表示为INER，并且稀释剂供应系统(例如，蒸汽、氮气或其它惰性气体)表示为DIL。尽管表1图解说明了从涡轮部分156的排气出口182朝向压缩机部分152的排气进口的顺序中的组件192，表1还意欲覆盖图解说明的组件192的反向顺序。在表1中，包括两个或更多个组件的任意格意欲覆盖与组件整合的单元、组件的串联布置或其任意组合。此外，在表1的上下文中，HRU、HRSG和COND是HE的实例；HRSG是HRU的实例；COND、WFIL和CFIL是WRU的实例；INER、FIL、WFIL和CFIL是PRU的实例；并且WFIL和CFIL是FIL的实例。再次，表1不意欲排除组件192的任何非图解说明的布置。在某些实施方式中，图解说明的组件192(例如，194到210)可在HRSG56、EGR系统58或其任意组合内部分或完全地整合。这些EG处理组件192可以能够反馈控制温度、压力、流速和气体组成，同时还从排气60去除湿气和微粒。此外，可在一个或多个提取点76处提取处理后的排气60以在EG供应系统78中使用和/或再循环至压缩机部分152的排气进口184。
随着处理的再循环的排气66穿过压缩机部分152，SEGR燃气轮机系统52可沿着一个或多个管线212(例如，排出导管或旁路导管)排出一部分压缩排气。每条管线212可将排气输送进一个或多个热交换器214(例如，冷却单元)，从而冷却排气以再循环回到SEGR燃气轮机系统52。例如，在穿过热交换器214后，一部分冷却排气可沿着管线212被输送至涡轮部分156用于涡轮套管、涡轮护罩、轴承和其它组件的冷却和/或密封。在这样的实施方式中，SEGR燃气轮机系统52不输送任何氧化剂68(或其它潜在污染物)通过涡轮部分156用于冷却和/或密封目的，并且因而冷却排气的任何泄漏将不会污染流经涡轮部分156的涡轮级并驱动其热燃烧产物(例如，工作排气)。进一步的实例是，在穿过热交换器214后，一部分冷却排气可沿着管线216(例如，返回导管)被输送至压缩机部分152的上游压缩机级，从而提高压缩机部分152的压缩效率。在这样的实施方式中，热交换器214可被配置为压缩机部分152的级间冷却单元。以这种方式，冷却排气帮助增大SEGR燃气轮机系统52的运行效率，同时帮助维持排气的纯度(例如，基本上不含氧化剂和燃料)。
图4是图1-3中图解说明的系统10的运行过程220的实施方式的流程图。在某些实施方式中，过程220可以是计算机实施的过程，其读取存储在存储器122中的一个或多个指令，并且在图2中所示的控制器118的处理器120上执行指令。例如，过程220中的每个步骤可包括参阅图2所述的控制系统100的控制器118可执行的指令。
如框222所指示的，过程220可开始于启动图1-3的SEGR燃气轮机系统52的启动模式。例如，启动模式可包含SEGR燃气轮机系统52的逐渐升温以维持热梯度、振动和间隙(例如，在旋转和静止部件之间)在可接受的阈值内。例如，在启动模式222期间，如框224所指示的，过程220可以开始向燃烧室部分154的燃烧室160和燃料喷嘴164供应压缩氧化剂68。在某些实施方式中，压缩氧化剂可包括压缩空气、氧气、富氧空气、少氧空气、氧气-氮气混合物或其任意组合。例如，氧化剂68可被图3中图解说明的氧化剂压缩系统186压缩。如框226所指示的，过程220还可以在启动模式222期间开始向燃烧室160和燃料喷嘴164供应燃料。如框228所指示的，在启动模式222期间，过程220还可以开始向燃烧室160和燃料喷嘴164供应排气(当可获得时)。例如，燃料喷嘴164可产生一个或多个扩散火焰、预混合火焰或扩散和预混合火焰的组合。在启动模式222期间，由燃气轮机发动机156生成的排气60在数量和/或质量上可以是不充足或不稳定的。因此，在启动模式期间，过程220可从一个或多个存储单元(例如，储罐88)、管道86、其它SEGR燃气轮机系统52或其它排气来源供应排气66。
如框230所指示的，过程220可随后在燃烧室160中燃烧压缩氧化剂、燃料和排气的混合物以产生热燃烧气体172。具体而言，图2的控制系统100可控制过程220以促进燃烧室部分154中燃烧室160中的混合物的化学计量的燃烧(例如，化学计量的扩散燃烧、预混合燃烧或二者)。然而，在启动模式222期间，特别难以维持混合物的化学计量的燃烧(并且因而低水平的氧化剂和未燃烧的燃料可出现在热燃烧气体172中)。结果，在启动模式222中，热燃烧气体172比在如在下文进一步详细讨论的稳态模式期间可具有更大量的残留氧化剂68和/或燃料70。为此，过程220在启动模式期间可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。
如框232所指示的，过程220然后使用热燃烧气体172驱动涡轮部分156。例如，热燃烧气体172可驱动在涡轮部分156内配置的一个或多个涡轮级174。如框234所指示的，在涡轮部分156的下游，过程220可处理来自最终涡轮级174的排气60。例如，排气处理234可包括过滤、任意残留氧化剂68和/或燃料70的催化反应、化学品处理、使用HRSG56的热回收等。如框236所指示的，过程220还可将至少一些的排气60再循环回SEGR燃气轮机系统52的压缩机部分152。例如，排气再循环236可包含通过排气再循环通路110的通道，所述排气再循环通路110具有如图1-3中图解说明的EG加工系统54。
转而，如框238所指示的，可在压缩机部分152中压缩再循环的排气66。例如，SEGR燃气轮机系统52可顺序地压缩压缩机部分152的一个或多个压缩机级158中的再循环的排气66。随后，如框228所指示的，压缩排气170可被供应至燃烧室160和燃料喷嘴164。如框240所指示的，然后可重复步骤230、232、234、236和238，直到过程220最后过渡至稳态模式。一经过渡240，过程220可继续执行步骤224到238，但也可如框242所指示的，开始经由EG供应系统78提取排气42。例如，可从沿着如图3中所指示的压缩机部分152、燃烧室部分154和涡轮部分156的一个或多个提取点76提取排气42。转而，如框244所指示的，过程220可向烃开采系统12供应来自EG供应系统78的提取的排气42。如框246所指示的，烃开采系统12可然后将排气42注入土地32用于提高采收率法采油。例如，图1-3中图解说明的EOR系统18的排气注入EOR系统112可使用提取的排气42。
图5是如图1-3中图解说明的EG加工系统54的实施方式的框图。在图解说明的实施方式中，EG加工系统54具有连接至沿着排气再循环通路110分布的多个气体处理子系统300、阀门302和传感器(S)304的控制系统100。例如，每个子系统300和它的组件192可包括在各个子系统300或组件192的内部、上游和/或下游配置的阀门302和传感器304中的一个或多个。尽管没有在图5中图解说明，但是一个或多个阀门302可位于或靠近每个传感器304的位置，从而通过EG加工系统54提供更强的流量控制。在操作中，控制系统100可从传感器304获得传感器反馈130并向阀门302、子系统300和组件192提供控制信号306以控制EG加工系统54。传感器反馈130还可包括来自SEGR燃气轮机系统52、EG供应系统78和基于涡轮的服务系统14的其它组件的各种传感器反馈。
每个气体处理子系统300可包括一个或多个组件以控制温度、压力、气体组成、水含量、微粒含量或其任意组合。如图5中图解说明的，气体处理子系统300包括催化剂和热回收(CHR)系统308、除湿系统(MRS)310和微粒去除系统(PRS)312。气体处理子系统300还包括一个或多个升压鼓风机314以帮助升高沿着排气再循环通路110的排气42的流量和压力。尽管在图解说明的实施方式中，CHR 308、升压鼓风机314、MRS 310和PRS 312是串联布置的，但是其它实施方式可以以其它串联和/或并联配置重新布置这些组件。
CHR系统308包括以串联、并联配置或相互整合的一个或多个催化剂单元316和热交换器(HX)318。例如，CHR系统308可包括一系列催化剂单元316，诸如催化剂单元320、322、324、326和328。CHR系统308还可包括一系列热交换器318，诸如热交换器330和332。催化剂单元316相互间可以是相同的或不同的。例如，催化剂单元316中的一个或多个可包括氧化催化剂单元(OCU)334，其使用氧化剂燃料336驱动氧化反应以将一氧化碳(CO)和未燃烧的烃类(HC)转化为二氧化碳(CO2)和水蒸汽。催化剂单元316中的一个或多个还可驱动还原反应，其将氮氧化物(NOX)转化为二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和水。在图解说明的实施方式中，催化剂单元320被配置在热交换器330的上游，催化剂单元322被整合在热交换器330内，催化剂单元324被配置在热交换器330和热交换器332之间，催化剂单元326被整合在热交换器332内，并且催化剂单元328被配置在热交换器332下游。然而，CHR系统308的各种实施方式可以不包括或包括催化剂单元316中的任一个或多个，或者可在CHR系统308内以其它布置配置催化剂单元316。
热交换器318被配置为从排气42将热转移至一种或多种气体、液体或流体，诸如水。在图解说明的实施方式中，每个热交换器318包括热回收单元(HRU)338，其被配置为从排气42回收热以在一个或多个其它应用中使用。例如，每个图解说明的热回收单元338包括热回收蒸汽发生器(HRSG)340，其被配置为从排气42回收热用于蒸汽342的生成。可以在EG加工系统54、EOR系统18或基于涡轮的服务系统14内的别处中的各种过程中使用蒸汽342。在图解说明的实施方式中，每个HRSG 340将蒸汽342供应至一个或多个蒸汽涡轮(ST)344，其可驱动一个或多个负载346以生成机械功率348和/或电功率350。例如，负载346可包括发电机，其使得能够生成电功率350。尽管CHR系统308图解说明了串联布置的催化剂单元316和热交换器318，但是CHR系统308的其他实施方式可以并联布置催化剂单元316和热交换器318中的两个或更多个。在排气42穿过CHR系统308后，排气42可然后在穿过除湿系统310和微粒去除系统312前，流经一个或多个升压鼓风机314。
除湿系统(MRS)310可包括一个或多个除湿单元(MRU)352，诸如MRU 354和356。在图解说明的实施方式中，MRU 354包括热交换器358，其可被配置为从排气42将热转移至另一种气体、液体或其它流体，从而为除水而冷却排气42。例如，热交换器358可包括或被配置为冷凝器360，其用来充分地冷却排气42以冷凝排气42中的水分并去除作为水362的冷凝物。然而，MRU 354可包括各种冷却单元(例如，2、3、4或更多个冷凝器、冷冻器等)以从排气42中冷凝水分，从而产生水362。MRS 310还可包括其它除水技术，诸如过滤单元。例如，MRU356可包括一个或多个除湿分离器或过滤器364，诸如水气分离器(WGS)366、不透水过滤器(WFIL)368和凝聚过滤器(CFIL)370，其可从排气42中捕获和去除湿气以产生水372的输出。尽管MRS 310图解说明了MRU 354在MRU 356上游，但是MRS 310的其它实施方式可将MRU356置于MRU 354上游或与MRU 354并联。此外，MRS 310可包括额外的除水过滤器364、热交换器358或任何其它除水组件。在排气42被MRS 310处理以去除湿气后，排气42然后可穿过微粒去除系统312。
微粒去除系统(PRS)312可包括一个或多个微粒去除单元(PRU)374，其可以以串联、并联或其任意组合布置。例如，PRS 312可包括以串联布置配置的PRU 376和PRU 378。PRU 376可包括惯性分离器380、重力分离器382、或其它类型的分离单元、或其任意组合，从而迫使微粒384从排气42的流中分离。例如，惯性分离器380可包括离心式分离器，其使用离心力驱动微粒384离开排气42的流动。类似地，重力分离器382可使用重力驱动微粒384离开排气42的流动。PRU 378可包括一个或多个微粒去除过滤器386，诸如第一级过滤器388和第二级过滤器390。这些分级过滤器388和390可包括逐步精细的过滤器介质，诸如膜滤器。然而，分级过滤器388和390可包括不透水过滤器(WFIL)、凝聚过滤器(CFIL)、膜滤器或其任意组合。随着排气42穿过第一和第二级过滤器388和390，过滤器386从排气42中捕获或去除微粒392。尽管图解说明的PRS 312具有在PRU 378的上游的PRU 376，但是其它实施方式可将PRU 378置于PRU 376上游或与PRU 376并联。在排气42被PRS 312处理后，如箭头110所指示的，排气42可然后再循环回SEGR燃气轮机系统52。
沿着排气再循环通路110，在排气42进入回SEGR燃气轮机系统52前，可由控制系统100控制CHR系统308、MRS 310、PRS 312和升压鼓风机314以调节排气42的温度、压力、流速、湿气水平、微粒水平和气体组成。例如，控制系统100可从沿着排气再循环通路110配置的各种传感器304接收传感器反馈130，从而提供氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化物(NOX)、未燃烧的烃类(HC)、硫氧化物(SOX)、水分或其任意组合的排放的反馈指示(例如，浓度水平)。响应于传感器反馈130，控制系统100可调节(例如，升高、降低或维持)被传输至SEGR燃气轮机系统52用于燃烧的排气66、氧化剂68和燃料70的压力、温度或流速。例如，控制系统100可响应于传感器反馈130调节沿着排气再循环通路110的阀门、燃气轮机发动机150的压缩机部分152内的进口导叶、通向排放系统396的排气阀394或其任意组合，从而调节流入燃气轮机发动机150的燃烧室部分154的排气42。
在CHR系统308中，控制系统100可响应于传感器反馈130调节进入每个催化剂单元316的氧化剂燃料336的流量，从而增加或减少每个催化剂单元316内的氧化反应以改变再循环回SEGR燃气轮机系统52的排气42的气体组成。例如，控制系统100可增大氧化剂燃料336的流量以增加每个UCU 334内的氧化反应，从而降低一氧化碳(CO)和未燃烧的烃类(HC)的水平并升高二氧化碳(CO2)的水平。控制系统100还可减小进入每个UCU 334的氧化剂燃料336的流量，从而降低二氧化碳(CO2)的水平并升高一氧化碳(CO)和未燃烧的烃类(HC)的水平。控制系统100还可以可选择地升高或降低流经每个催化剂单元316、绕过催化剂单元316中的一个或多个、或其任意组合的排气的量。控制系统100还可以可选择地将排气42输送通过、部分绕过或完全绕过热交换器318，诸如热回收单元338中的一个或多个。以这种方式，控制系统100可升高或降低排气42的温度，同时还增加或减少用于驱动蒸汽涡轮344生成的蒸汽的量。
在MRS 310和PRS 312中，控制系统100可响应于传感器反馈130确保湿气和微粒的充分去除。例如，响应于指示水含量的传感器反馈130，控制系统100可控制MRS 310内的MRU352以增大或减少排气42中的湿气去除。响应于指示微粒含量的传感器反馈130，控制系统100可调节PRS 312内的PRU 374，从而增大或减少从排气42中去除的微粒的量。这些控制系统100的控制动作中的每个可以基于来自EG加工系统54、SEGR燃气轮机系统52、或基于涡轮的服务系统14内的别处内的反馈130。在某些实施方式中，控制系统100被配置为在每个子系统和/或组件内、上游或下游，将沿着排气再循环通路110的排气42的温度、压力和/或流速维持在各自的目标范围内(例如，目标温度范围、目标压力范围和目标流速范围)，所述子系统和/或组件诸如CHR系统308、MRS 310、PRS 312或任何它们的组件(例如，催化剂单元316、热交换器318、MRU 352、PRU 374等)。控制系统100可被配置为在SEGR燃气轮机系统52中的各种受控变化期间，将温度、压力和/或流速维持在这样的目标范围内，所述受控变化包括至燃料喷嘴164和燃烧室160的氧化剂68、燃料70和稀释剂的流速变化。
图6是具有EG供应系统78的系统420的实施方式的图，所述EG供应系统78提取、处理排气流95并将其传输至各种目标系统422。如上文所讨论的，EG供应系统78包括排气提取系统80和EG处理系统82。排气提取系统80从沿着SEGR燃气轮机系统52、EG加工系统54、或基于涡轮的服务系统14内的任何其它位置的一个或多个提取点76接收排气42。EG处理系统82然后使用多个处理子系统424处理提取的排气42，诸如压缩系统426、除水/脱水系统428、微粒去除/过滤系统430、气体分离系统432和气体净化系统434。
可以以串联、并联或其任意组合配置图解说明的处理子系统424。压缩系统426在一个或多个压缩级中可包括一个或多个旋转式压缩机、往复式压缩机或其任意组合。除湿/脱水系统428可包括一个或多个热交换器、诸如热回收蒸汽发生器的热回收单元、冷凝器、诸如离心式水气分离器的水气分离器、过滤器、干燥剂或其它脱水介质、或其任意组合。微粒去除/过滤系统430可包括一个或多个惯性分离器、重力分离器、过滤器或其任意组合。例如，过滤器可包括膜滤器、不透水过滤器、凝聚过滤器或其任意组合。气体分离系统432可包括一个或多个基于溶剂的分离系统，其可包括一个或多个吸收器、闪蒸罐或其任意组合。例如，气体分离系统432可被配置为从排气42分离二氧化碳(CO2)和/或氮气(N2)。进一步的实例是，气体分离系统432可包括CO2/N2分离器和/或碳捕获系统。气体净化系统432还可包括一个或多个基于溶剂的气体净化器，并且可进一步减少来自气体分离系统432的分离气体(例如，CO2和/或N2)内的杂质。例如，可由气体净化系统434进一步净化任何分离的二氧化碳(CO2)，从而升高分离的二氧化碳(CO2)的纯度水平。类似地，气体净化系统434可进一步净化分离的氮气(N2)，从而去除分离的氮气(N2)中的任何杂质。在某些实施方式中，分离的二氧化碳和分离的氮气可具有按体积计至少大约70、80、90、95、96、97、98、99或更高纯度百分比的纯度水平。在某些实施方式中，气体分离系统432可生成多个排气流95，诸如第一流96、第二流97和第三流98。例如，第一流96可包括富CO2流436，第二流97可包括中等浓度流438，并且第三流98可包括贫CO2流440。
这些排气流95中的一个或多个然后可传输至一个或多个次级气体处理系统442和/或能量回收系统444。例如，第一流96可传输至次级气体处理系统446，第二流97可传输至次级气体处理系统448，并且第三流98可传输至次级气体处理系统450。类似地，第一流96可传输至能量回收系统452，第二流97可传输至能量回收系统454，并且第三流98可传输至能量回收系统456。每个次级气体处理系统442可包括压缩系统458、除湿/脱水系统460或任何其它合适的处理组件。另外，压缩系统458可包括以串联或并联布置配置的一个或多个旋转式压缩机、往复式压缩机或其任意组合。除湿/脱水系统460可包括水气分离器、冷凝器、过滤器或其任意组合，从而在通过压缩系统458压缩后去除流96、97或98中残留的任何水分。另外，流96、97和98中的每个可穿过其自己专用的次级气体处理系统442，或者这些流中的两个或更多个可共享共用的次级气体处理系统442。在系统442中的此次级处理后，处理后的排气流96、97和98可然后传输至一个或多个目标系统422，诸如烃开采系统12、管道86、储罐88和/或碳封存系统90。换句话说，独立的流96、97和98中的任一个或多个可被目标系统422中的一个或多个独立地或共同地使用。
在能量回收系统444中，流96、97和98中的每个可使得能够在一个或多个涡轮或膨胀机462中回收能量，其然后驱动一个或多个负载464以制造机械功率466和/或电功率468。例如，负载464可包括产生电功率468的一个或多个发电机。另外，流96、97和98中的每个可独立地或共同地驱动在其自己专用的能量回收系统452、454或456中的其自己的涡轮或膨胀机462。此回收能量可被用于驱动遍及基于涡轮的服务系统14的其它设备。
图7是燃气轮机发动机150的燃烧室部分154的实施方式的图。如图解说明的，燃烧室部分154具有围绕一个或多个燃烧室160配置的套管490，从而限定套管490和燃烧室160之间的压缩机排气腔492。每个燃烧室160包括头端部分166和燃烧部分168。燃烧部分168可包括腔494、围绕腔494配置的第一壁或衬垫496、和在第一壁496附近的某一偏距处配置的第二壁或流动套筒(flow sleeve)498。例如，第一和第二壁496和498通常可相互同轴以限定从燃烧部分168通向头端部分166的中空圆周空间或流动通道500。第二壁或流动套筒498可包括多个开口或穿孔502，其使得来自压缩机部分152的压缩排气170进入流动通道500。排气170然后如箭头504指示的朝向头端部分166流经沿着衬垫496的通道500，从而随着排气170流向头端部分166以传输进腔494(例如，通过一个或多个燃料喷嘴164)而冷却衬垫496。
在某些实施方式中，衬垫496还可包括一个或多个开口或穿孔506，从而使得能够如箭头508所指示的，向腔494直接注入一部分排气170。例如，排气注入508可充当稀释剂注入，其可被配置为控制腔494内的温度、压力、流速、气体组成(例如，排放水平)或其任意组合。具体而言，排气注入508可帮助控制腔494内的温度，使得可以显著减少燃烧的热产物中的氮氧化物(NOX)的排放。如箭头512所指示的，可通过一个或多个稀释剂注入器510注入一个或多个额外的稀释剂，诸如氮气、蒸汽、其它惰性气体或额外的排气。总之，可控制排气注入508和稀释剂注入512以调节温度、排放物的浓度水平、或流经腔494的热燃烧气体的其它特性。
在头端部分166中，一个或多个燃料喷嘴164可将排气170、氧化剂68、燃料70和一种或多种稀释剂514(例如，排气、蒸汽、氮气、其它惰性气体或其任意组合)输送进腔494以燃烧。例如，每个燃烧室160可包括1、2、3、4、5、6、7、8或更多个燃料喷嘴164，均配置为扩散燃料喷嘴和/或预混合燃料喷嘴。例如，每个燃料喷嘴164可将氧化剂68、燃料70、稀释剂514和/或排气170作为预混合的或独立的流传输进腔494，从而生成火焰516。氧化剂68和燃料70的预混合的流导致预混合火焰，而氧化剂68和燃料70的独立的流导致扩散火焰。
控制系统100被连接至一个或多个流体供应系统518，其控制压力、温度、流速、和/或氧化剂68、燃料70、稀释剂514和/或排气170的混合物。例如，为了控制当量比、排放水平(例如，一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、未燃烧的烃类、氢气和/或氧气)、功率输出或其任意组合，控制系统100可独立地控制氧化剂68、燃料70、稀释剂514和/或排气170的流量。在操作中，控制系统100可在维持基本上化学计量的燃烧的同时，控制流体供应系统518增大氧化剂68和燃料70的流量，或者控制系统100可在维持基本上化学计量的燃烧的同时，控制流体供应系统518减小氧化剂68和燃料70的流量。控制系统100可以以递增步骤(例如，1、2、3、4、5个或更多步骤)、连续地或其任意组合执行氧化剂68和燃料70的流速中的这些增大或减小中的每个。此外，为了向腔494中提供富燃料混合物、贫燃料混合物或氧化剂68和燃料70的任何其它混合物，控制系统100可控制流体供应系统518以增大或减小氧化剂68和燃料70的流量，从而形成具有低氧浓度、高氧浓度或任何其它合适浓度的氧气、未燃烧的烃类、一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等的燃烧的热产物或排气520。在控制氧化剂68和燃料70的流量的同时，控制系统100还可控制流体供应系统518以增大或减小稀释剂514(例如，蒸汽、排气、氮气或任何其它惰性气体)的流量，从而帮助控制穿过腔494朝向涡轮部分156的燃烧的热产物520的温度、压力、流速和/或气体组成(例如，排放水平)。
控制系统100还可控制包括EG提取系统80和EG处理系统82的EG供应系统78。例如，控制系统100可以可选择地打开或关闭沿着燃烧室部分154和EG提取系统80之间的提取管线524配置的一个或多个阀门522。控制系统100可以可选择地打开或关闭这些阀门522以增大或减小至EG提取系统80的排气42的流量，同时还可选择地从不同位置提取排气，其导致被传输至EG提取系统80的排气的不同温度和/或压力。控制系统100还可控制沿着通向排放系统530的管线528配置的一个或多个阀门526。例如，控制系统100可以可选择地打开阀门526以通过排放系统530将一部分排气排放至大气，从而减小供应系统78中的压力。
如上文所讨论的，燃烧室部分154中的每个燃烧室160可包括一个或多个燃料喷嘴164，其可被配置为预混合燃料喷嘴和/或扩散燃料喷嘴。例如，图8、9和10图解说明了配置为可操作生成预混合火焰516、552的预混合燃料喷嘴550的燃料喷嘴164的实施方式，而图11-16图解说明了配置为可操作生成扩散火焰516、556的扩散燃料喷嘴554的燃料喷嘴164的实施方式。如下文参阅图17进一步讨论的，可在每个燃烧室160中单独地使用或以相互间的任意组合使用这些燃料喷嘴550和554。例如，每个燃烧室160可只包括预混合燃料喷嘴550，只包括扩散燃料喷嘴554，或者包括预混合燃料喷嘴550和扩散燃料喷嘴554二者的任意组合。
预混合燃料喷嘴550可具有多种配置以完全地或部分地预混合氧化剂68和燃料70，其还可任选地预混合一种或多种稀释剂514，诸如排气170、蒸汽、氮气或任何其它合适的惰性气体。图8是具有连接至注入部分560的混合部分558的预混合燃料喷嘴550的实施方式的图。混合部分558包括被至少一个外壳564围绕的至少一个混合腔562，而注入部分560包括被至少一个导管568围绕的至少一个注入通道566。例如，混合部分558的外壳564可包括一个或多个导管、注入孔、旋流叶片、流动干扰物(flow interruption)或促进氧化剂68和燃料70之间的混合的其它结构。混合部分558还可接收稀释剂514的一个或多个流，诸如排气170、蒸汽、氮气或另一种惰性气体，从而连同氧化剂68和燃料70一起混合稀释剂514。一旦氧化剂68和燃料70在混合腔562内被充分混合，预混合燃料喷嘴550通过注入通道566将燃料氧化剂混合物输送至至少一个注入出口570。然后可点燃氧化剂68和燃料70(以及任选地一种或多种稀释剂514)的排出混合物以制造预混合火焰552。在某些实施方式中，控制系统100可以可选择地控制流体供应系统518以增大或减小氧化剂68和燃料70(以及任选地一种或多种稀释剂514)的流量，从而调节当量比、由预混合火焰552生成的排放水平、燃气轮机发动机150的功率输出或其任意组合。在某些实施方式中，图解说明的预混合燃料喷嘴550可以不将任何稀释剂与氧化剂68和燃料70预混合，而是可在燃烧点后和/或预混合火焰552的下游提供一种或多种稀释剂(例如，排气、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)。以这种方式，可独立地控制氧化剂68和燃料70的流量以提供燃料/氧化剂比的更精确控制，从而帮助实现用于改进的火焰稳定性的化学计量的燃烧，同时也使用下游稀释剂用于控制温度和排放(例如，NOX排放)。
图9是具有多级配置的混合部分558的预混合燃料喷嘴550的实施方式的图。如图解说明的，混合部分558包括第一和第二混合腔580和582，其由外壳564的第一和第二外壳部分584和586所限定。第一和第二混合腔580和582是以串联配置图解说明的，虽然混合部分558的其它实施方式可以以并联配置布置第一和第二混合腔580和582。混合部分558还可包括与第一和第二混合腔580和582组合的额外的混合腔。例如，混合部分558可包括以串联配置、并联配置或其组合的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个混合腔。每个混合腔580和582可包括一个或多个混合装置，诸如旋流叶片、流动干扰物、弯曲流道、具有增大和减小的直径的通道、或其任意组合。在操作中，混合部分558从流体供应系统518接收氧化剂68、燃料70和一种或多种稀释剂514中的一个或多个流。另外，稀释剂514可包括排气170、蒸汽、氮气或一种或多种其它惰性气体。每个混合腔580和582可接收和混合来自流体供应系统518的两种或更多种不同流体。例如，第一混合腔580可接收和混合氧化剂68和燃料70的一个或多个流，而第二混合腔582可接收和混合氧化剂68与稀释剂514或者燃料70与稀释剂514的一个或多个流。换句话说，第一和第二混合腔580和582可接收和混合来自流体供应系统518的两种或更多种的相同流体流，或者两种或更多种的不同流体流。以这种方式，第一和第二混合腔580和582可顺序地混合来自流体供应系统518的各种流体，并且然后引导混合物进入注入通道566以传输进燃烧室160的腔494。随着氧化剂68、燃料70和一种或多种稀释剂514的混合物流经注入通道566的注入出口570，混合物被点燃并形成预混合火焰552。再次，控制系统100可以可选择地控制流体供应系统518以增大、减小或维持氧化剂68、燃料70和一种或多种稀释剂514的流量，从而调节燃气轮机发动机150的当量比、排放水平、功率输出或其任意组合。
图10是具有分级混合部分558的预混合燃料喷嘴550的实施方式的图，所述分级混合部分558具有与旋流部分592串联的平行混合部分590。如上文参阅图9所讨论的，平行混合部分590包括第一和第二混合腔580和582，其中第一和第二混合腔580和582在旋流部分592的上游相互平行配置。旋流部分592包括内导管或衬套594、围绕内导管594配置的外导管596、和在内导管594和外导管596之间径向延伸的多个旋流叶片598。每个旋流叶片598可以是成角度的或弯曲的以迫使流体以围绕预混合燃料喷嘴550的纵轴602的周向600涡旋。内导管594限定了内通道604，外导管596限定了外通道606，并且每个旋流叶片598限定了径向通道608。旋流叶片598中的一个或多个还包括多个注入口610，其可被直接配置在每个旋流叶片598的后缘上或其上游。
在图解说明的实施方式中，流体供应系统518输送氧化剂68和稀释剂514的一个或多个流进入第一混合腔580，同时还传输燃料70和稀释剂514的一个或多个流进入第二混合腔582。第一混合腔580大体上混合氧化剂68和稀释剂514的流，并且然后如箭头612所指示的，输送混合物进入内和外导管594和596之间的外通道606。氧化剂68和稀释剂514的混合物614然后流向旋流部分592中的多个旋流叶片598，其中旋流叶片598迫使混合物614围绕轴602涡旋，如箭头600所指示的。
同时地，如箭头606所指示的，第二混合腔582将燃料70和稀释剂514的预混合的流输送进由内导管594限定的内通道604。燃料70和稀释剂514的混合物618然后沿着内通道604纵向流动，并且然后如箭头620所指示的，径向转入多个旋流叶片598。一经到达多个注入口610，燃料70和稀释剂514的混合物618然后如箭头622所指示的穿过注入口610进入外通道606。如箭头624所指示的，两种混合物(即，预混合的氧化剂与稀释剂流614和预混合的燃料与稀释剂流622)然后在注入通道566内进一步混合。氧化剂68、燃料70和稀释剂514的混合物624然后通过注入出口570离开预混合燃料喷嘴550，并且随后被点燃以形成预混合火焰552。再次，控制系统100可以可选择地控制流体供应系统518以独立地控制氧化剂68、燃料70和稀释剂514的流量，从而增大、减小或维持燃气轮机发动机150的当量比、排放水平、功率输出或其任意组合。
图11是具有多个独立通道640的扩散燃料喷嘴554的实施方式的图，所述独立通道用于传输氧化剂68和燃料70进入燃烧室160的腔494。独立通道640可包括多个同心环形通道、被多个外周通道包围的中心通道或其任意组合。在图解说明的实施方式中，独立通道640包括一个或多个燃料通道642和一个或多个氧化剂通道644。例如，图解说明的燃料通道642是被内导管646包围的中心燃料通道，而一个或多个氧化剂通道644是配置在内导管646和外导管或结构648之间的外氧化剂通道。进一步的实例是，氧化剂通道644可包括单个环形氧化剂通道或围绕内和外导管646和648之间的燃料通道642周向配置的多个离散的氧化剂通道。在这些实施方式中，氧化剂和燃料通道642和644沿着扩散燃料喷嘴554的全长保持相互隔离。内和外导管646和648可起到隔离壁的作用，其维持氧化剂68和燃料70之间的隔离。燃料通道642在燃料出口650处终止且一个或多个氧化剂通道644在一个或多个氧化剂出口652处终止。可沿着扩散燃料喷嘴554的共同面或下游端654配置这些燃料和氧化剂出口650和652，从而延迟氧化剂68和燃料70的混合，直到从燃料喷嘴554注入燃烧室160的腔494之后。
随着氧化剂68和燃料70在腔494中混合或相互扩散，形成如轮廓或边界656所指示的扩散火焰556。轮廓656可表示扩散壁或火焰壁，其中氧化剂68和燃料70以基本上化学计量的方式混合和燃烧(例如，基本上化学计量的燃烧)。换句话说，轮廓或边界656可表示扩散火焰556的稳定火焰壁，其中当量比是大约1.0或在大约0.95至1.05之间。与上文参阅图8-10所讨论的预混合燃料喷嘴550类似，可由控制系统100控制扩散燃料喷嘴554以改变燃气轮机发动机150的当量比、排气排放、功率输出、或其任意组合。例如，图解说明的控制系统100响应于传感器反馈130，可选择地控制流体供应系统518以增大、减小或维持氧化剂68和燃料70的流量。
图12是具有多个独立通道670的扩散燃料喷嘴554的实施方式的图，独立通道670具有注入部分672和混合部分674。混合部分674可包括一个或多个内混合腔676和一个或多个外混合腔678。例如，内混合腔676可以是燃料/稀释剂混合腔，其被配置为混合燃料70和稀释剂514的一个或多个流。外混合腔676可包括一个或多个氧化剂/稀释剂混合腔，其被配置为混合氧化剂68和稀释剂514的一个或多个流。这些混合腔的每个可包括围绕结构，诸如外壳或导管。例如，混合腔676可被内导管或外壳680包围，而混合腔678可被外导管或外壳682包围。在某些实施方式中，混合腔678可被封闭在内和外导管680和682之间。
类似地，注入部分672包括一个或多个燃料-稀释剂通道684和一个或多个氧化剂-稀释剂通道686。每个燃料-稀释剂通道684被流体连接至混合腔678中的一个或多个，而每个氧化剂-稀释剂通道686被流体连接至混合腔678中的一个或多个。燃料-稀释剂通道684可被内导管688包围，而一个或多个氧化剂-稀释剂通道686可被外导管690包围。例如，图解说明的燃料-稀释剂通道684可以是中心燃料-稀释剂通道684，其被一个或多个外氧化剂-稀释剂通道686包围。例如，内和外导管688和690可以是同心环形导管，其限定了以同轴或同心环形布置的通道684和686。然而，燃料-稀释剂通道684可表示在内导管688内配置的单个中心通道或多个单独的通道。同样地，氧化剂-稀释剂通道686可表示周向地围绕燃料-稀释剂通道684的单个环形通道或相互间隔的多个离散通道，同时通过内和外导管688和690保持相互隔离。在某些实施方式中，内导管680和688形成单一连续内导管，并且外导管682和690形成单一连续外导管。
在操作中，控制系统100可选择地控制流体供应系统518以增大、减小或维持进入混合腔676的燃料70和稀释剂514的流量，其在将混合物输送进燃料-稀释剂通道684前混合燃料70和稀释剂514。类似地，控制系统100可选择地控制流体供应系统518以增大、减小或维持进入一个或多个混合腔678的氧化剂68和稀释剂514的流量，其在将混合物传输进一个或多个氧化剂-稀释剂通道686前混合氧化剂68和稀释剂514。扩散燃料喷嘴554然后沿着通道684将燃料-稀释剂混合物698独立地流动至出口692，同时沿着通道686将氧化剂-稀释剂混合物700流动至一个或多个出口694。与图11的实施方式类似，可沿着扩散燃料喷嘴554的共同面或下游端696布置出口692和694，从而维持通道686中的氧化剂-稀释剂混合物700和通道684中的燃料-稀释剂混合物698的隔离。此隔离延迟了氧化剂68和燃料70之间的混合，直到共同面696的下游。
随着燃料-稀释剂混合物698和氧化剂-稀释剂混合物700从扩散燃料喷嘴554流进燃烧室160的腔494内，混合物698和700通常相互扩散并沿着轮廓或边界702燃烧，其可限定火焰扩散火焰556的扩散壁或燃烧壁。另外，控制系统100可以可选择地控制流体供应系统518以独立地控制至混合腔676和678中的每个的氧化剂68、燃料70和稀释剂514的流量，从而控制混合腔676和678中每个内的混合，同时还控制燃烧室160的腔494内的扩散和燃烧。例如，控制系统100可以可选择地控制流体供应系统518以调节氧化剂68相对于燃料70的比、稀释剂514相对于氧化剂68和燃料70的组合流的比、氧化剂68相对于一个或多个混合腔678和相应通道686中的每个中的稀释剂514的比、和燃料70相对于一个或多个混合腔676和相应通道684中的每个中的稀释剂514的比。因而，控制系统100可调节这些比率、流速、温度和流体组成(例如，氧化剂68、燃料70和稀释剂514的组成)中的每个以调节燃气轮机发动机150的当量比、排气排放和功率输出。
图13是扩散燃料喷嘴554的实施方式的图，其图解说明了多个独立通道720。图解说明的通道640包括流体A通道722、一个或多个流体B通道724和一个或多个流体C通道726。流体A通道722可通过导管或结构728与一个或多个流体B通道724分离或隔离，一个或多个流体B通道724可通过导管或结构730与一个或多个流体C通道726分离，并且一个或多个流体C通道726可被外导管或结构732包围或支撑。
例如，如图14中图解说明的，流体通道722、724和726可以以同轴布置配置，其中导管728包围作为中心流体通道的流体A通道722，流体B通道724被配置在导管728和730之间，并且流体C通道726被配置在导管730和732之间。再次，导管728、730和732可以以同轴布置配置，使得流体B通道724和流体C通道726各自表示连续的环形通道。
然而，扩散燃料喷嘴554可以以其它布置排列通道722、724和726，诸如图15中图解说明的离散通道。在图15实施方式中，流体A通道722表示中心流体通道，而流体B通道724和流体C通道726表示在燃料喷嘴554内相互间隔的多个离散通道。例如，流体B通道724可包括周向地围绕中心流体A通道722相互间隔的2、3、4、5、6、7、8或更多个离散流体通道。同样地，流体C通道726可包括周向地围绕流体B通道724相互间隔的多个离散通道。例如，流体B通道724可被布置在通道724的第一环或圆形图案中，而流体C通道726可被布置在通道726的第二环或圆形图案中。
在这些配置的任一个中，图13的扩散燃料喷嘴554被配置为独立地将流体A734流动通过流体A通道722、将流体B 736流动通过一个或多个流体B通道724、和将流体C 738流动通过一个或多个流体C通道726。这些流体734、736和738中的每个可包括一种或多种流体，诸如氧化剂68、燃料70和稀释剂514。然而，流体734、736和738不在扩散燃料喷嘴554内与任何氧化剂68和燃料70混合，从而延迟氧化剂68和燃料70之间的混合，直到流体从开口740、742和744喷射进燃烧室160的腔494。再次，可沿着扩散燃料喷嘴554的共同面或下游端746配置这些开口740、742和744。如上文所讨论的，各种流体然后混合和燃烧以形成扩散火焰556。下列表2图解说明了流体A、B和C的一些可能的非限制性实例，其可与图13-15的扩散燃料喷嘴554一起使用。
表2
流体A(722) 流体B(724) 流体C(726)
燃料 氧化剂 稀释剂
燃料 稀释剂 氧化剂
燃料 氧化剂+稀释剂 氧化剂
燃料 氧化剂 氧化剂+稀释剂
燃料+稀释剂 燃料 氧化剂
燃料 燃料+稀释剂 氧化剂
燃料+稀释剂 氧化剂+稀释剂 氧化剂
燃料+稀释剂 氧化剂 氧化剂+稀释剂
燃料 氧化剂+稀释剂 氧化剂+稀释剂
如上文所指示的，扩散燃料喷嘴554可将各种流体(例如，氧化剂68、燃料70和稀释剂514)的组合流动通过通道722、724和726以生成扩散火焰556。再次，氧化剂68可包括氧气、环境空气、富氧空气、贫氧空气、氮气与氧气的混合物或其任意组合。燃料70可包括液体燃料和/或气体燃料，诸如天然气、合成气或本文所述的任何其它燃料。稀释剂514可包括排气170、蒸汽、氮气、或另一种惰性气体、或其任意组合。尽管表2描绘了流体的一些可能的实例，但是可与图13-15的扩散燃料喷嘴554一起使用流体的任意组合。此外，尽管描绘的实施方式没有在扩散燃料喷嘴554内将任何燃料70与氧化剂68混合，但其它实施方式可以将少量(例如，按体积计小于百分之1、2、3、4、5、6、7、8、9或10)的氧化剂68与燃料70混合，或者将少量(例如，按体积计小于百分之1、2、3、4、5、6、7、8、9或10)的燃料70与氧化剂68混合。
图16是具有在燃烧室160内配置的扩散燃料喷嘴554之一的燃烧室部分154的实施方式的图。与图13-15中图解说明的扩散燃料喷嘴554类似，图16的扩散燃料喷嘴554包括被导管728包围的流体A通道724、被导管730包围的流体B通道724、被导管732包围的流体C通道726、和被导管762包围的流体D通道760。流体D通道760被配置为从流体供应系统518接收流体D764，并且通过一个或多个出口766将流体D764输送进腔494。通道722、724、726和760可具有沿着扩散燃料喷嘴554的共同面或下游端746配置的各自的出口740、742、744和766，从而隔离流体734、736、738和764的流动，直到流体到达腔494。以这种方式，扩散燃料喷嘴554促进扩散火焰556的形成。流体734、736、738和764中的每个可包括氧化剂68、燃料70和一种或多种稀释剂514，诸如排气170、蒸汽、氮气和/或一至或多种其它惰性气体。然而，流体通道722、724、726和760可以不在料喷嘴554内混合氧化剂68和燃料70中的任一个，从而促进氧化剂68和燃料70的隔离，直到流体到达腔494。氧化剂68和燃料70可流动通过独立的流体通道722、724、726和760中的每个，单独地或部分地与稀释剂514中的一种或多种预混合。与先前的实施方式类似，控制系统100可选择地控制流体供应系统518以增大、减小或维持每个流体734、736、738和764的流量，从而调节流体间的流体流量比、燃气轮机发动机150的当量比、排放水平、功率输出或其任意组合。
图16的图解说明的燃烧室160还包括沿着燃烧室160的燃烧部分168配置的稀释剂注入系统770，使得一种或多种稀释剂(例如，排气170、蒸汽、氮气或其它惰性气体)可被注入进腔494以控制由扩散火焰556形成的燃烧的热产物772的温度、压力、流速、气体组成(例如，排放水平)或其任意组合。例如，稀释剂注入系统770可包括在第一壁或衬垫496中配置的开口或穿孔506，以及延伸通过第一和第二壁496和498至燃烧室160的腔494的多个稀释剂注入器510。在操作中，如箭头508所指示的，开口或穿孔506可被配置用于注入流体E774，诸如排气170。如箭头512所指示的，稀释剂注入器510可被配置为将流体F776和/或流体G778注入腔494内。例如，流体F776和流体G778可包括额外的排气170、蒸汽、氮气、一种或多种其它惰性气体或其任意组合。这些注入的稀释剂508和512可被配置为控制源自扩散火焰556的燃烧的热产物772的温度、压力、流速、气体组成(例如，排放水平)或其任意组合。在某些实施方式中，控制系统100可以可选择地控制流体供应系统518以增大、减少或维持各种流体734、736、738、764、774、776和778的流量，从而控制氧化剂68与燃料70的比、一种或多种稀释剂514相对于氧化剂68和燃料70的比或其任意组合。转而，流体的这些控制调节可更改燃气轮机发动机150的当量比、排放水平和功率输出。下列表3图解说明了流体A、B、C、D、E、F和G的一些可能的非限制性实例，其可与图16的扩散燃料喷嘴554和燃烧室160一起使用。
表3
如上文所指示的，扩散燃料喷嘴554和燃烧室160可将各种流体(例如，氧化剂68、燃料70和稀释剂514)的组合流动通过通道722、724、726和760、开口506和稀释剂注入器510以生成扩散火焰556。再次，氧化剂68可包括氧气、环境空气、富氧空气、贫氧空气、氮气与氧气的混合物或其任意组合。燃料70可包括液体燃料和/或气体燃料，诸如天然气、合成气或本文所述的任何其它燃料。稀释剂514可包括排气170、蒸汽、氮气、或另一种惰性气体、或其任意组合。尽管表3描绘了流体的一些可能的实例，但是可与图16的扩散燃料喷嘴554和燃烧室160一起使用流体的任意组合。此外，尽管描绘的实施方式没有在扩散燃料喷嘴554内将任何燃料70与氧化剂68混合，但其它实施方式可以将少量(例如，按体积计小于百分之1、2、3、4、5、6、7、8、9或10)的氧化剂68与燃料70混合，或者将少量(例如，按体积计小于百分之1、2、3、4、5、6、7、8、9或10)的燃料70与氧化剂68混合。
图17是沿图7的线17-17截取的燃烧室160的示意性横截面，其进一步图解说明了多喷嘴布置的燃料喷嘴164和多注入器布置的稀释剂注入器510。图解说明的燃料喷嘴164包括燃料喷嘴A 790、燃料喷嘴B 792、燃料喷嘴C 794、燃料喷嘴D 796、燃料喷嘴E 798、燃料喷嘴F 800和燃料喷嘴G 802。在图解说明的实施方式中，喷嘴790是中心燃料喷嘴，其被作为外或外周燃料喷嘴的剩余燃料喷嘴792、794、796、798、800和802包围。尽管图解说明的实施方式包括单个中心燃料喷嘴164和六个外燃料喷嘴164，但其它实施方式可包括任何数量的中心和外燃料喷嘴。图解说明的燃料喷嘴164可包括参阅图8-16所示和所述的预混合燃料喷嘴550和/或扩散燃料喷嘴554中的一个或多个。例如，所有的燃料喷嘴164可被配置为预混合燃料喷嘴550，所有的燃料喷嘴164可被配置为扩散燃料喷嘴554，或者燃料喷嘴164可包括预混合燃料喷嘴550和扩散燃料喷嘴554二者中的一个或多个。每个燃料喷嘴164可独立地控制流至燃料喷嘴164的流体，或可以以燃料喷嘴164组控制流体流动。例如，可独立于一组或多组外燃料喷嘴792、794、796、798、800和802控制中心燃料喷嘴790。进一步的实例是，可独立于一个或多个扩散燃料喷嘴554控制一个或多个预混合燃料喷嘴550。这些不同的控制方案可促进不同的操作模式，其可有助于提供化学计量的燃烧并减少排气42中的排放。
如图17中进一步图解说明的，燃料喷嘴164和稀释剂注入器510可通过多个流体供应回路810，诸如一个或多个稀释剂供应回路812和一个或多个燃料喷嘴供应回路814，连接至流体供应系统518。例如，稀释剂供应回路812可包括1、2、3、4、5、6、7、8或更多个独立的稀释剂供应回路812，从而实现稀释剂注入器510的各种稀释剂注入模式。类似地，燃料喷嘴供应回路814可包括1、2、3、4、5、6、7、8或更多个独立的燃料喷嘴供应回路814，从而实现燃料喷嘴164的各种各种流体供应模式。例如，燃料喷嘴供应回路814可包括第一喷嘴回路816、第二喷嘴回路818和第三喷嘴回路820。这些燃料喷嘴供应回路814(例如，816、818和820)中的每个可包括一个或多个燃料管线、氧化剂管线和/或稀释剂管线(例如，排气管线、蒸汽管线、氮气管线和/或其它惰性气体管线)，其流体连接至至少一个燃料喷嘴164。在图解说明的实施方式中，第一喷嘴回路816被连接至第一组燃料喷嘴164(例如，中心燃料喷嘴790)，第二喷嘴回路818被连接至第二组燃料喷嘴164(例如，外燃料喷嘴794、798和802)，并且第三喷嘴回路820被连接至第三组燃料喷嘴164(例如，外燃料喷嘴792、796和800)。在一些实施方式中，连接至喷嘴供应回路814中的一个的每组燃料喷嘴164可以完全是扩散燃料喷嘴、完全是预混合燃料喷嘴、或是扩散燃料喷嘴和预混合燃料喷嘴的组合。然而，任何数量或配置的燃料喷嘴164可被连接至每个燃料喷嘴供应回路814，并且任何数量的喷嘴供应回路814可被连接至燃料喷嘴164。另外，燃料喷嘴供应回路814被连接至流体供应系统518，其可包括阀门、流量调节器和控制至燃料喷嘴164的流的流速和压力的其它流量控制件。
转而，流体供应系统518被连接至控制系统100，其可使用控制器118接收传感器反馈130并向流体供应系统518提供控制信号306以控制回路812和814的运行。在图解说明的实施方式中，系统100的控制器118可存储和执行(例如，相关的计算机指令或代码)化学计量的控制模式822和非化学计量的控制模式824，其可进一步包括贫燃料控制模式826和富燃料控制模式828。系统100的控制器118还可存储和执行(例如，相关的计算机指令或代码)流体供应控制830，其包括第一流体回路控制832、第二流体回路控制834和第三流体回路控制836。例如，第一流体回路控制832可被配置为控制至第一喷嘴回路816的各种流速(例如，氧化剂68、燃料70和/或稀释剂514)，第二流体回路控制834可被配置为控制至第二喷嘴回路818的各种流速(例如，氧化剂68、燃料70和/或稀释剂514)，并且第三流体回路控制836可被配置为控制至第三喷嘴回路820的各种流速(例如，氧化剂68、燃料70和/或稀释剂514)。
在某些实施方式中，化学计量的控制模式822被配置为改变至少一个燃料70和至少一个氧化剂68的流速并提供基本化学计量比的燃料70与氧化剂68，而非化学计量的控制模式824被配置为改变流速并提供非化学计量比的燃料70与氧化剂68。例如，化学计量的控制模式822可被配置为以大约1.0或大约0.95和大约1.05之间的当量比提供基本化学计量比。相反，非化学计量的控制模式824可被配置为以小于大约0.95或大于大约1.05的当量比提供非化学计量比。在一些实施方式中，控制系统100可被配置为将流速从第一组流速改变为第二组流速，其中第一和第二流速是相互不同的(例如，大于或小于另一个)。流速的受控变化还可包含化学计量的控制模式822和非化学计量的控制模式824之间的过渡，或者流速的受控变化可包含维持基本化学计量比。流速的受控变化还可包含SEGR燃气轮机系统52的功率输出(或负载)从第一功率输出(或第一负载)至第二功率输出(或第二负载)的改变，其中第一和第二功率输出(或负载)是相互不同的(例如，小于或大于另一个)。例如，功率输出的受控变化可包含涡轮负载的受控变化，例如，从额定或正常负载(例如，百分之100)至部分负载(例如，百分之50)的减小。流速的受控改变还包含维持排气中的排放物在一个或多个目标排放范围内，其中排放物可包括一氧化碳、氧气、氮氧化物、硫氧化物、未燃烧的烃类、氢气或其任意组合。在某些实施方式中，一个或多个目标排放范围可包括按体积计小于大约百万分之(ppmv)50的氧气范围和/或小于大约5000ppmv的一氧化碳范围。在其它实施方式，一个或多个目标排放范围包括小于大约10ppmv的氧气范围和/或小于大约1000ppmv的一氧化碳范围。
在一些实施方式中，化学计量的控制模式822中的控制系统100被配置为维持基本化学计量比，同时渐进地减小多组流速中的流速(例如，氧化剂68和燃料70)，渐进地减小多个功率输出(例如，满负载、第一部分负载、第二部分负载等)中的SEGR燃气轮机系统52的功率输出(例如，负载)，并且维持排气中的排放物在一个或多个目标排放范围内。控制系统100还可配置为在渐进地减小流速、渐进地减小功率输出、以及维持排放后，从化学计量的控制模式822过渡至非化学计量的控制模式824。在从化学计量的控制模式822过渡至非化学计量的控制模式824后，控制系统100还可配置为以非化学计量的控制模式824的富燃料控制模式或贫燃料控制模式运行。控制系统100还可配置为维持排气中的排放物在第一组目标排放范围(例如，当以化学计量的控制模式822运行)和第二组目标排放范围(例如，当以非化学计量的控制模式824运行)内，其中第一和第二组目标排放范围是相互不同的。尽管前述的实例提供了SEGR燃气轮机发动机52的许多控制方案，但是应当理解的是，通过使用扩散燃料喷嘴、预混合燃料喷嘴或其任意组合的控制系统100可执行任意数量的控制方案。
图18是SEGR燃气轮机系统52的排气再循环(EGR)流速和燃气轮机负载840对燃料/氧化剂比842的图，其图解说明了扩散火焰可操作性曲线844和预混合火焰可操作性曲线846。通过SEGR燃气轮机系统52的EGR流速通常与燃气轮机发动机150上的负载成比例，并且因而Y轴840通常指示EGR流速和燃气轮机负载二者。一般而言，每个曲线844和846之上和左边的面积表示SEGR燃气轮机系统52的每个火焰配置的不稳定区域。值得注意的是，扩散火焰可操作性曲线844显著超越预混合火焰可操作性曲线846，其指示使用扩散燃烧运行的SEGR燃气轮机系统52的显著更大的EGR流速和负载范围。如图18中图解说明的，扩散火焰可操作性曲线844可对应于装备有扩散燃料喷嘴554的燃烧室160，其中排气(例如，稀释剂)被注入在燃烧点后扩散燃料喷嘴554的下游和/或由喷嘴554生成的扩散火焰556的下游。图16中图解说明了这样的扩散燃烧配置的一个实例。相反，预混合火焰可操作性曲线846可对应于装备有预混合燃料喷嘴550的燃烧室160，其中氧化剂68、燃料70和稀释剂514(例如，排气)在燃烧点前(即，预混合火焰552的上游)预混合。再次，扩散火焰可操作性曲线844指示通过SEGR燃气轮机系统52的大得多的EGR流速，其还意味着在目标系统422中使用的更大的CO2产量。使用前述的扩散燃烧配置运行的SEGR燃气轮机系统52还可具有显著减少的氧气和一氧化碳排放。这些排放减少可以至少部分地归因于氧化剂68、燃料70和稀释剂514(例如，排气)的流量的独立控制。认为，扩散燃料喷嘴554和稀释剂注入(例如，图16的稀释剂注入系统770)的各种配置可以显著增大燃气轮机负载的可操作范围、排气的生产量和排气42(例如，流95)的输出，以在目标系统422诸如烃开采系统12中使用。
附加描述
举例而言，下列条款被提供作为对本公开内容的进一步描述：
实施方式1.一种系统，其包括：包括第一扩散燃料喷嘴的涡轮燃烧室，其中第一扩散燃料喷嘴被配置为产生扩散火焰；被来自涡轮燃烧室中的扩散火焰的燃烧产物驱动的涡轮；排气压缩机，其中所述排气压缩机被配置为压缩排气和沿着排气再循环通路将排气从涡轮输送至涡轮燃烧室；和沿着排气再循环通路配置的第一催化剂单元。
实施方式2.实施方式1的系统，其中第一催化剂单元被配置为控制排气中一氧化碳、二氧化碳和未燃烧的烃类的浓度水平。
实施方式3.任意在前的实施方式的系统，其中第一催化剂单元包括氧化催化剂、一氧化碳催化剂、氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、氧化铂、氧化钯、氧化钴、或混合金属氧化物、或其组合。
实施方式4.任意在前的实施方式的系统，其中氧化催化剂单元被配置为驱动与排气和氧化剂燃料的氧化反应。
实施方式5.任意在前的实施方式的系统，其包括控制系统，所述控制系统配置为调节氧化剂燃料的流量以控制氧化反应。
实施方式6.任意在前的实施方式的系统，其中控制系统被配置为响应于传感器反馈调节氧化剂燃料的流量，并且传感器反馈包括指示氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化物、未燃烧的烃类或其任意组合的气体组成反馈。
实施方式7.任意在前的实施方式的系统，其包括沿着排气再循环通路配置的第一热回收单元。
实施方式8.任意在前的实施方式的系统，其包括具有第一催化剂单元和第一热回收单元的催化剂和热回收系统。
实施方式9.任意在前的实施方式的系统，其中第一催化剂单元被配置在第一热回收单元上游、下游或与其整合。
实施方式10.任意在前的实施方式的系统，其包括沿着排气再循环通路配置的第二热回收单元。
实施方式11.任意在前的实施方式的系统，其包括沿着排气再循环通路配置的第二催化剂单元。
实施方式12.任意在前的实施方式的系统，其中第一热回收单元包括第一热回收蒸汽发生器。
实施方式13.任意在前的实施方式的系统，其包括连接至第一热回收蒸汽发生器的第一蒸汽涡轮。
实施方式14.任意在前的实施方式的系统，其中第一热回收单元包括第一热回收蒸汽发生器且第二热回收单元包括第二热回收蒸汽发生器。
实施方式15.任意在前的实施方式的系统，其包括连接至第一热回收蒸汽发生器的第一蒸汽涡轮和连接至第二热回收蒸汽发生器的第二蒸汽涡轮。
实施方式16.任意在前的实施方式的系统，其包括沿着排气再循环通路配置的除湿系统。
实施方式17.任意在前的实施方式的系统，其中除湿系统包括热交换器、冷凝器、水气分离器、过滤器或其任意组合。
实施方式18.任意在前的实施方式的系统，其包括沿着排气再循环通路配置的微粒去除系统。
实施方式19.任意在前的实施方式的系统，其中微粒去除系统包括惯性分离器、重力分离器、过滤器或其任意组合。
实施方式20.任意在前的实施方式的系统，其包括沿着排气再循环通路配置的升压鼓风机。
实施方式21.任意在前的实施方式的系统，其包括沿着排气再循环通路配置的热回收单元、升压鼓风机、除湿单元和微粒去除单元。
实施方式22.任意在前的实施方式的系统，其中第一扩散燃料喷嘴包括沿着第一扩散燃料喷嘴相互隔离的第一燃料通道和第一氧化剂通道。
实施方式23.任意在前的实施方式的系统，其中第一燃料通道和第一氧化剂通道是以同心布置配置的。
实施方式24.任意在前的实施方式的系统，其中第一氧化剂通道围绕第一燃料通道延伸。
实施方式25.任意在前的实施方式的系统，其中第一燃料通道围绕第一氧化剂通道延伸。
实施方式26.任意在前的实施方式的系统，其中第一扩散燃料喷嘴包括第一稀释剂通道。
实施方式27.任意在前的实施方式的系统，其中第一稀释剂通道被配置为将一部分排气流动通过第一扩散燃料喷嘴。
实施方式28.任意在前的实施方式的系统，其中第一稀释剂通道被配置为将一部分所述排气、蒸汽、氮气、另一种惰性气体或其组合流动通过第一扩散燃料喷嘴。
实施方式29.任意在前的实施方式的系统，其中第一扩散燃料喷嘴包括第二燃料通道，其中第一和第二燃料通道和第一氧化剂通道沿着第一扩散燃料喷嘴相互隔离。
实施方式30.任意在前的实施方式的系统，其中第一扩散燃料喷嘴包括第二氧化剂通道，其中第一和第二氧化剂通道和第一燃料通道沿着第一扩散燃料喷嘴相互隔离。
实施方式31.任意在前的实施方式的系统，其中涡轮燃烧室包括第二扩散燃料喷嘴。
实施方式32.任意在前的实施方式的系统，其中涡轮燃烧室包括第一预混合燃料喷嘴。
实施方式33.任意在前的实施方式的系统，其中涡轮燃烧室包括在第一扩散燃料喷嘴下游配置的稀释剂注入系统。
实施方式34.任意在前的实施方式的系统，其中稀释剂注入系统被配置为将一部分排气、蒸汽、氮气、或另一种惰性气体、或其任意组合注入第一扩散燃料喷嘴下游的涡轮燃烧室的腔。
实施方式35.任意在前的实施方式的系统，其中稀释剂注入系统包括涡轮燃烧室的衬垫中的多个开口，并且多个开口被配置为向涡轮燃烧室的腔注入一部分排气。
实施方式36.任意在前的实施方式的系统，其中涡轮燃烧室包括围绕腔配置的第一壁、围绕第一壁配置的第二壁、和在第一和第二壁之间配置的排气通道，其中稀释剂注入系统包括延伸通过涡轮燃烧室的第一和第二壁的多个稀释剂注入器。
实施方式37.任意在前的实施方式的系统，其中多个稀释剂注入器被配置为向涡轮燃烧室的腔中注入一部分排气、蒸汽、氮气或另一种惰性气体。
实施方式38.任意在前的实施方式的系统，其包括配置为提取一部分排气的排气提取系统。
实施方式39.任意在前的实施方式的系统，其包括配置为处理一部分排气的排气处理系统。
实施方式40.任意在前的实施方式的系统，其中排气处理系统包括配置为将一部分排气分离为多个气流的气体分离系统。
实施方式41.任意在前的实施方式的系统，其中多个气流包括富二氧化碳(CO2)的第一流和贫二氧化碳(CO2)的第二流。
实施方式42.任意在前的实施方式的系统，其中第一流是贫氮气(N2)的且第二流是富氮气(N2)的。
实施方式43.任意在前的实施方式的系统，其中排气处理系统包括配置为接收第一或第二流中至少一个的气体压缩系统、除湿系统、微粒去除系统或其组合。
实施方式44.任意在前的实施方式的系统，其中排气处理系统包括配置为净化多个气流中至少一个的气体净化系统。
实施方式45.任意在前的实施方式的系统，其包括配置为接收多个流中至少一个的目标系统，其中目标系统包括烃开采系统、地下储层、碳封存系统、管道、储罐或其任意组合。
实施方式46.任意在前的实施方式的系统，其中排气处理系统包括配置为压缩一部分排气的压缩系统。
实施方式47.任意在前的实施方式的系统，其中排气处理系统包括除湿系统和/或微粒去除系统。
实施方式48.任意在前的实施方式的系统，其包括响应于传感器反馈调节一个或多个运行参数以控制当量比或排气中的排放水平的控制系统。
实施方式49.任意在前的实施方式的系统，其中一个或多个运行参数包括至涡轮燃烧室的氧化剂流速和/或燃料流速。
实施方式50.任意在前的实施方式的系统，其中控制系统被配置为维持当量比在大约0.95和1.05之间。
实施方式51.任意在前的实施方式的系统，其中传感器反馈包括关于氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化物、未燃烧的烃类或其任意组合的气体组成反馈。
实施方式52.任意在前的实施方式的系统，其中控制系统被连接至配置为获取传感器反馈的多个传感器，并且多个传感器沿着排气再循环通路、涡轮燃烧室、涡轮、排气压缩机或其组合配置。
实施方式53.任意在前的实施方式的系统，其包括从排气压缩机至涡轮的旁路管线，其中旁路管线包括配置为冷却从排气压缩机至涡轮的排气的旁路流的热交换器。
实施方式54.任意在前的实施方式的系统，其包括具有涡轮燃烧室、涡轮和排气压缩机的燃气轮机发动机，其中燃气轮机发动机是化学计量的排气再循环(SEGR)燃气轮机发动机。
实施方式55.任意在前的实施方式的系统，其包括连接至燃气轮机发动机的排气提取系统。
实施方式56.任意在前的实施方式的系统，其包括连接至排气提取系统的排气处理系统。
实施方式57.任意在前的实施方式的系统，其包括连接至排气提取系统的烃开采系统。
实施方式58.一种方法，其包括：单独向涡轮燃烧室的腔注入燃料和氧化剂，其中燃料和氧化剂混合并作为扩散火焰燃烧以生成燃烧产物；使用燃烧产物驱动涡轮并输出排气；沿着排气再循环通路将排气再循环至排气压缩机；使用沿着排气再循环通路的第一催化剂单元处理排气；和压缩和输送排气至涡轮燃烧室。
实施方式59.任意在前的实施方式的方法，其中处理包括控制排气中一氧化碳、二氧化碳和未燃烧的烃类的浓度水平。
实施方式60.任意在前的实施方式的方法，其中处理包括驱动与排气和氧化剂燃料的氧化反应。
实施方式61.任意在前的实施方式的方法，其包括控制至第一催化剂单元的氧化剂燃料的流量以控制氧化反应。
实施方式62.任意在前的实施方式的方法，其包括响应于传感器反馈控制氧化剂燃料的流量，并且传感器反馈包括指示氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化物、未燃烧的烃类或其任意组合的气体组成反馈。
实施方式63.任意在前的实施方式的方法，其包括使用第一热回收单元、第二热回收单元或其组合沿着排气再循环通路从排气回收热。
实施方式64.任意在前的实施方式的方法，其包括在第一或第二热回收单元内、上游或下游使用第一催化剂单元驱动第一催化反应。
实施方式65.任意在前的实施方式的方法，其包括在第一或第二热回收单元内、上游或下游使用第二催化剂单元驱动第二催化反应。
实施方式66.任意在前的实施方式的方法，其包括使用第一热回收单元的第一热回收蒸汽发生器生成第一蒸汽、使用第二热回收单元的第二热回收蒸汽发生器生成第二蒸汽、或其组合。
实施方式67.任意在前的实施方式的方法，其包括使用第一蒸汽驱动第一蒸汽涡轮或使用第二蒸汽驱动第二蒸汽涡轮。
实施方式68.任意在前的实施方式的方法，其包括使用沿着排气再循环通路配置的除湿系统从排气中去除湿气。
实施方式69.任意在前的实施方式的方法，其中除湿系统包括热交换器、冷凝器、水气分离器、过滤器或其任意组合。
实施方式70.任意在前的实施方式的方法，其包括使用沿着排气再循环通路配置的微粒去除系统从排气中去除微粒。
实施方式71.任意在前的实施方式的方法，其中微粒去除系统包括惯性分离器、重力分离器、过滤器或其任意组合。
实施方式72.任意在前的实施方式的方法，其包括使用沿着排气再循环通路配置的升压鼓风机推动排气的流动。
实施方式73.任意在前的实施方式的方法，其包括沿着排气再循环通路配置的热回收单元、升压鼓风机、除湿单元和微粒去除单元。
实施方式74.任意在前的实施方式的方法，其中注入包括从各自的第一燃料和氧化剂通道单独地注入燃料和空气，所述各自的第一燃料和氧化剂通道沿着第一扩散燃料喷嘴是相互隔离的。
实施方式75.任意在前的实施方式的方法，其中第一燃料通道和第一氧化剂通道是以同心布置配置的。
实施方式76.任意在前的实施方式的方法，其中第一氧化剂通道围绕第一燃料通道延伸。
实施方式77.任意在前的实施方式的方法，其中第一燃料通道围绕第一氧化剂通道延伸。
实施方式78.任意在前的实施方式的方法，其包括向腔注入至少一种稀释剂。
实施方式79.任意在前的实施方式的方法，其中至少一种稀释剂包括一部分排气、蒸汽、氮气、另一种惰性气体或其组合。
实施方式80.任意在前的实施方式的方法，其包括通过第一扩散燃料喷嘴注入稀释剂流。
实施方式81.任意在前的实施方式的方法，其包括将稀释剂流注入第一扩散燃料喷嘴下游的腔。
实施方式82.任意在前的实施方式的方法，其包括通过涡轮燃烧室的衬垫中的多个开口注入稀释剂流，并且稀释剂流包括一部分排气。
实施方式83.任意在前的实施方式的方法，其包括通过延伸通过涡轮燃烧室的至少一个壁的多个稀释剂注入器注入稀释剂流，并且稀释剂流包括一部分排气、蒸汽、氮气或另一种惰性气体。
实施方式84.任意在前的实施方式的方法，其包括使用排气提取系统提取一部分排气。
实施方式85.任意在前的实施方式的方法，其包括使用排气处理系统处理一部分排气。
实施方式86.任意在前的实施方式的方法，其中处理一部分排气包括将一部分排气分离为多个气流。
实施方式87.任意在前的实施方式的方法，其中多个气流包括富二氧化碳(CO2)的第一流和贫二氧化碳(CO2)的第二流。
实施方式88.任意在前的实施方式的方法，其中处理一部分排气包括使用气体压缩系统压缩一部分排气、第一流或第二蒸汽。
实施方式89.任意在前的实施方式的方法，其中处理一部分排气包括使用除湿系统从一部分排气、第一流或第二蒸汽去除湿气。
实施方式90.任意在前的实施方式的方法，其中处理一部分排气包括使用微粒去除系统从一部分排气、第一流或第二蒸汽去除微粒。
实施方式91.任意在前的实施方式的方法，其包括将一部分排气、第一流或第二蒸汽输送至目标系统，其中目标系统包括烃开采系统、地下储层、碳封存系统、管道、储罐或其任意组合。
实施方式92.任意在前的实施方式的方法，其包括响应于传感器反馈调节一个或多个运行参数以控制当量比或排气中的排放水平。
实施方式93.任意在前的实施方式的方法，其中调节一个或多个运行参数包括控制至涡轮燃烧室的氧化剂流速和/或燃料流速。
实施方式94.任意在前的实施方式的方法，其中调节一个或多个运行参数包括维持当量比在大约0.95和1.05之间。
实施方式95.任意在前的实施方式的方法，其包括通过监控关于氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化物、未燃烧的烃类或其任意组合的排气的气体组成获取传感器反馈。
实施方式96.任意在前的实施方式的方法，其中获取传感器反馈包括监控沿着排气再循环通路、涡轮燃烧室、涡轮、排气压缩机或其组合配置的多个传感器。
实施方式97.任意在前的实施方式的方法，其包括沿着从排气压缩机至涡轮的旁路管线输送排气的旁路流。
实施方式98.任意在前的实施方式的方法，其包括沿着旁路管线冷却排气的旁路流，并且使用排气的旁路流冷却涡轮。
实施方式99.任意在前的实施方式的方法，其包括运行具有涡轮燃烧室、涡轮和排气压缩机的燃气轮机发动机以基于传感器反馈实现基本上化学计量的燃烧。
实施方式100.任意在前的实施方式的方法，其包括使用连接至燃气轮机发动机的排气提取系统提取一部分排气，并且输送一部分排气至烃开采系统、碳封存系统、管道、储罐或其任意组合。
实施方式101.一种方法，其包括：向至少一个氧化剂压缩机引入氧化剂以产生压缩氧化剂流；向燃气轮机发动机的压缩机部分引入再循环的低氧含量气流以产生压缩低氧含量气流；以基本化学计量比向至少一个涡轮燃烧室引入第一部分的压缩氧化剂流和燃料流，并且在燃烧点处混合压缩氧化剂流和燃料流，并且燃烧压缩氧化剂流和燃料流的混合物；向至少一个涡轮燃烧室引入第一部分的压缩低氧含量气流，并且在燃烧点后将其与压缩氧化剂和燃料的燃烧流混合，并且产生高温高压低氧含量流；向燃气轮机发动机的膨胀机部分引入高温高压低氧含量流，并且使高温高压低氧含量流膨胀以产生机械功率和再循环的低氧含量气流；使用第一部分的机械功率驱动燃气轮机发动机的压缩机部分；使用第二部分的机械功率驱动以下至少之一：发电机、至少一个氧化剂压缩机或至少一个其它机械装置；在从膨胀机部分的出口至燃气轮机发动机的压缩机部分的入口的再循环环路中再循环再循环的低氧含量气流；和从燃气轮机发动机提取至少第二部分的压缩低氧含量气流，并且输送至少第二部分的压缩低氧含量气流至第一至少一个氧化催化剂单元，并且产生低氧含量产物流。
实施方式102.任意在前的实施方式的方法，其包括向第一至少一个氧化催化剂单元引入第二部分的压缩氧化剂流以氧化至少一部分包含在第二部分的压缩低氧含量流中的一氧化碳、氢气、未燃烧的烃类或不完全燃烧的类似产物的至少一种。
实施方式103.任意在前的实施方式的方法，其包括向第一至少一个催化剂单元引入氧化燃料，并且减少包含在第二部分的压缩低氧含量流中的至少一部分的残留氧气。
实施方式104.任意在前的实施方式的方法，其中氧化剂主要由环境空气组成且再循环的低氧含量气流包括氮气。
实施方式105.任意在前的实施方式的方法，其中当量比等于(mol％燃料/mol％氧化剂)实际值/(mol％燃料/mol％氧化剂)化学计量值。
实施方式106.任意在前的实施方式的方法，其包括控制第一部分的压缩氧化剂流和燃料流中至少一个的流速，以实现大约1的燃烧当量比，并且产生基本上化学剂量比的第一部分的压缩氧化剂流和燃料流。
实施方式107.任意在前的实施方式的方法，其包括传感器，其安装在再循环回路中并且测量在再循环的低氧含量流中的成分。
实施方式108.任意在前的实施方式的方法，其中测量的成分是以下至少一种：氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化物和未燃烧的烃类。
实施方式109.任意在前的实施方式的方法，其包括通过分析成分测量值测定当量比。
实施方式110.任意在前的实施方式的方法，其包括至少一个传感器，其安装在第一至少一个氧化催化剂单元的上游、第一至少一个氧化催化剂单元的下游或二者，并且测量提取的第二部分的压缩低氧含量气流内的成分。
实施方式111.任意在前的实施方式的方法，其中测量的成分是以下至少一种：氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化物和未燃烧的烃类。
实施方式112.任意在前的实施方式的方法，其包括至少一个控制器，其调节燃烧当量比、第二部分的压缩氧化剂流的流速或氧化燃料的流速中至少一个，并且实现第一至少一个氧化催化剂单元的下游的测量的成分中至少一种的期望水平。
实施方式113.任意在前的实施方式的方法，其包括在第一至少一个氧化催化剂单元的下游的第一热回收单元。
实施方式114.任意在前的实施方式的方法，其中第一热回收单元包括蒸汽发生器。
实施方式115.任意在前的实施方式的方法，其包括通过蒸汽发生器产生蒸汽，其被传输至至少一个蒸汽涡轮，并驱动发电机中的至少一个以产生电功率，或者驱动另一个机械装置。
实施方式116.任意在前的实施方式的方法，其包括膨胀机部分的出口和燃气轮机发动机的压缩机部分的入口之间的再循环回路中的第二热回收单元，并且从再循环的低氧含量气流中去除热。
实施方式117.任意在前的实施方式的方法，其中第二热回收单元包括蒸汽发生器。
实施方式118.任意在前的实施方式的方法，其包括通过蒸汽发生器产生蒸汽，其被传输至至少一个蒸汽涡轮；并驱动发电机中的至少一个以产生电功率，或者驱动另一个机械装置。
实施方式119.任意在前的实施方式的方法，其包括将第三部分的压缩低氧含量气流从燃气轮机发动机的压缩机部分传输至涡轮作为次级流的次级流动通路，并且在冷却和密封涡轮后，将第三部分的压缩低氧含量气流传输进再循环回路。
实施方式120.任意在前的实施方式的方法，其包括在再循环回路中的升压鼓风机，其在第二热回收单元的下游升高再循环的低氧含量气流的压力。
实施方式121.任意在前的实施方式的方法，其包括在燃气轮机发动机的压缩机部分的上游的再循环回路内的热交换器，其在再循环的低氧含量气流进入燃气轮机发动机的压缩机部分的入口前将其冷却。
实施方式122.任意在前的实施方式的方法，其包括使用热交换器冷凝水并从再循环的低氧含量气流中去除水。
实施方式123.任意在前的实施方式的方法，其包括将至少一部分低氧含量产物流传输至地下储层用于提高采收率法采油。
实施方式124.任意在前的实施方式的方法，其包括在将至少一部分低氧含量产物流传输至地下储层用于提高采收率法采油前，使用至少一个惰性气体产物压缩机压缩至少一部分低氧含量产物流。
实施方式125.任意在前的实施方式的方法，其包括通过第一热回收单元冷却低氧含量产物流。
实施方式126.任意在前的实施方式的方法，其包括传输至少一部分的低氧含量产物流至气体脱水单元。
实施方式127.任意在前的实施方式的方法，其包括传输至少一部分的低氧含量产物流至二氧化碳分离单元以产生贫二氧化碳流和富二氧化碳流。
实施方式128.任意在前的实施方式的方法，其包括传输至少一部分的贫二氧化碳流至地下储层用于提高采收率法采油。
实施方式129.任意在前的实施方式的方法，其包括传输至少一部分的富二氧化碳流至地下储层用于提高采收率法采油。
实施方式130.任意在前的实施方式的方法，其包括传输至少一部分的富二氧化碳流至碳封存单元。
实施方式131.任意在前的实施方式的方法，其包括在传输贫二氧化碳流至地下储层用于提高采收率法采油前，压缩至少一部分的贫二氧化碳流至至少一个贫产物压缩机。
实施方式132.任意在前的实施方式的方法，其包括在传输富二氧化碳流至地下储层用于提高采收率法采油前，压缩至少一部分的富二氧化碳流至至少一个富产物压缩机。
实施方式133.任意在前的实施方式的方法，其包括在传输富二氧化碳流至碳封存单元前，压缩至少一部分的富二氧化碳流至至少一个富产物压缩机。
实施方式134.任意在前的实施方式的方法，其包括传输至少一部分的贫二氧化碳流至气体脱水单元。
实施方式135.任意在前的实施方式的方法，其包括传输至少一部分的富二氧化碳流至气体脱水单元。
实施方式136.任意在前的实施方式的方法，其包括引入至少一部分的低氧含量产物流至膨胀机，并且使至少一部分的低氧含量产物流膨胀，驱动发电机或另一种机械装置中的至少一个并产生排放流。
实施方式137.任意在前的实施方式的方法，其包括引入至少一部分的贫二氧化碳流至膨胀机，并且使至少一部分的贫二氧化碳流膨胀，驱动发电机或另一种机械装置中的至少一个并产生排放流。
实施方式138.任意在前的实施方式的方法，其包括第二至少一个氧化催化剂单元，其位于所述再循环回路内并氧化包含在再循环的低氧含量气流中的一氧化碳、氢气、未燃烧的烃类或不完全燃烧的类似产物中至少一种的至少一部分。
实施方式139.任意在前的实施方式的方法，其中第二至少一个氧化催化剂单元位于第二热回收单元的上游。
实施方式140.任意在前的实施方式的方法，其中第二至少一个氧化催化剂单元位于第二热回收单元的下游。
实施方式141.任意在前的实施方式的方法，其中第二至少一个氧化催化剂单元位于第二热回收单元内提供合适的运行温度并提供催化反应生成的热的合适散热器的位置处。
实施方式142.任意在前的实施方式的方法，其包括控制至少第二部分的压缩低氧含量气流的流速。
实施方式143.任意在前的实施方式的方法，其中调节至少第二部分的压缩低氧含量气流的流速以维持再循环回路内某一位置处的压力在期望范围内。
实施方式144.任意在前的实施方式的方法，其中至少第二部分的压缩低氧含量气流的流速通过以下至少一种调节：提取阀门、提取排放阀门、产物压缩机运行速度、产物压缩机入口导叶位置或产物压缩机再循环阀门。
实施方式145.任意在前的实施方式的方法，其包括惯性分离器、凝聚过滤器和不透水过滤器中的至少一个，其在热交换器的下游并且提高去除冷凝水的效率。
此书面描述使用实例公开了包括最佳模式的本发明，并且使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。由权利要求限定本发明的可获得专利的范围，并且可包括本领域技术人员能想到的其它实例。如果其具有与本权利要求的文字语言并无不同的结构元件，或者如果其包括与本权利要求的文字语言非实质性不同的等效结构元件，则这样的其它实例倾向于在本权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于扩散燃烧的系统，其包括：
包括第一扩散燃料喷嘴的涡轮燃烧室，其中所述第一扩散燃料喷嘴包括第一通道和第二通道，其独立地将各自的第一流和第二流注入所述涡轮燃烧室的腔以产生扩散火焰；
被来自所述涡轮燃烧室中的所述扩散火焰的燃烧产物驱动的涡轮；
排气压缩机，其中所述排气压缩机被配置为压缩排气和沿着排气再循环通路将排气从所述涡轮输送至所述涡轮燃烧室；和
第一催化剂单元，其配置为调节所述排气的组成。
2.权利要求1所述的系统，其中所述第一催化剂单元被配置为控制所述排气中一氧化碳、二氧化碳和未燃烧的烃类的浓度水平，并且包括氧化催化剂、一氧化碳催化剂、氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、氧化铂、氧化钯、氧化钴、或混合金属氧化物、或其组合。
3.权利要求1所述的系统，其中所述第一催化剂单元被配置为驱动与所述排气和氧化剂燃料的氧化反应，并且所述系统包括控制系统，所述控制系统配置为调节所述氧化剂燃料的流量以控制所述氧化反应，其中所述控制系统被配置为响应于传感器反馈调节所述氧化剂燃料的所述流量，并且所述传感器反馈包括指示氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化物、未燃烧的烃类或其任意组合的气体组成反馈。
4.权利要求1所述的系统，其包括具有所述第一催化剂单元和沿着所述排气再循环通路配置的第一热回收单元的催化剂和热回收系统，其中所述第一催化剂单元被配置在所述第一热回收单元上游、下游或与其整合。
5.权利要求4所述的系统，其包括沿着所述排气再循环通路配置的第二热回收单元和沿着所述排气再循环通路配置的第二催化剂单元，其中所述第一热回收单元包括第一热回收蒸汽发生器且所述第二热回收单元包括第二热回收蒸汽发生器。
6.权利要求1所述的系统，其中所述第一扩散燃料喷嘴包括第三通道，并且其中所述第一通道是第一燃料通道，所述第二通道是第一氧化剂通道，并且所述第三通道是第一稀释剂通道，其中所述第一燃料通道和所述第一氧化剂通道沿着所述第一扩散燃料喷嘴相互隔离。
7.权利要求6所述的系统，其中所述第一燃料通道和所述第一氧化剂通道是以同心布置配置的，其中所述第一氧化剂通道围绕所述第一燃料通道延伸或所述第一燃料通道围绕所述第一氧化剂通道延伸，并且其中所述第一稀释剂通道被配置为将一部分所述排气、蒸汽、氮气、另一种惰性气体或其组合流动通过所述第一扩散燃料喷嘴。
8.权利要求6所述的系统，其中所述第一扩散燃料喷嘴包括第四通道，其中所述第四通道是第二燃料通道或第二氧化剂通道，并且其中所述第一燃料通道和第二燃料通道和所述第一氧化剂通道沿着所述第一扩散燃料喷嘴相互隔离，并且其中所述第一氧化剂通道和第二氧化剂通道和所述第一燃料通道沿着所述第一扩散燃料喷嘴相互隔离。
9.权利要求1所述的系统，包括稀释剂注入系统，所述稀释剂注入系统被配置为将一部分所述排气、蒸汽、氮气、或另一种惰性气体、或其任意组合注入所述第一扩散燃料喷嘴下游的所述涡轮燃烧室的腔，其中：
所述稀释剂注入系统包括所述涡轮燃烧室的衬垫中的多个开口，并且所述多个开口被配置为向所述涡轮燃烧室的所述腔注入所述一部分排气；
所述涡轮燃烧室包括围绕所述腔配置的第一壁、围绕所述第一壁配置的第二壁、和在所述第一壁和第二壁之间配置的排气通道，其中所述稀释剂注入系统包括延伸通过所述涡轮燃烧室的所述第一壁和第二壁的多个稀释剂注入器；和
所述多个稀释剂注入器被配置为向所述涡轮燃烧室的所述腔中注入所述一部分排气、蒸汽、氮气或另一种惰性气体。
10.权利要求1所述的系统，其包括配置为提取一部分所述排气的排气提取系统，所述排气提取系统包括配置为处理所述一部分排气的排气处理系统，其中所述排气处理系统包括：
配置为将所述一部分排气分离为多个气流的气体分离系统；
配置为接收所述第一流或第二流中至少一个的气体压缩系统、除湿系统、微粒去除系统或其组合；
配置为净化所述多个气流中至少一个的气体净化系统；和
配置为接收所述多个流中至少一个的目标系统，其中所述目标系统包括烃开采系统、地下储层、碳封存系统、管道、储罐或其任意组合。
11.权利要求1所述的系统，其包括响应于传感器反馈调节一个或多个运行参数以控制当量比或所述排气中的排放水平的控制系统。
12.权利要求11所述的系统，其中所述一个或多个运行参数包括至所述涡轮燃烧室的氧化剂流速和/或燃料流速。
13.权利要求11所述的系统，其中所述控制系统被配置为维持所述当量比在0.95和1.05之间。
14.权利要求11所述的系统，其中所述传感器反馈包括关于氧气、一氧化碳、氢气、氮氧化物、未燃烧的烃类或其任意组合的气体组成反馈，和其中所述控制系统被连接至配置为获取所述传感器反馈的多个传感器，并且所述多个传感器沿着所述排气再循环通路、所述涡轮燃烧室、所述涡轮、所述排气压缩机或其组合配置。
15.权利要求1所述的系统，其包括从所述排气压缩机至所述涡轮的旁路管线，其中所述旁路管线包括配置为冷却从所述排气压缩机至所述涡轮的所述排气的旁路流的热交换器。
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