CN105637206A - 用于排放来自燃气涡轮发动机的燃烧气体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种系统，其包括燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机包括燃烧器部，所述燃烧器部具有被配置以产生燃烧产物的一个或多个燃烧器；以及在上游端和下游端之间具有一个或多个涡轮级的涡轮部。一个或多个涡轮级被燃烧产物驱动。燃气涡轮发动机还包括布置在涡轮部的下游端下游的排气部。所述排气部具有被配置为接收作为排气的燃烧产物的排气通路。燃气涡轮发动机还包括布置在排气部的混合装置，混合装置被配置为将排气分为第一排气和第二排气，并且在混合区域内组合第一排气和第二排气以产生混合排气。

Description

用于排放来自燃气涡轮发动机的燃烧气体的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年6月11日提交的标题为“SYSTEMANDMETHODFOREXHAUSTINGCOMBUSTIONGASESFROMGASTURBINEENGINES”的美国非临时专利申请14/301,979以及于2013年6月28日提交的标题为“SYSTEMANDMETHODFOREXHAUSTINGCOMBUSTIONGASESFROMGASTURBINEENGINES”的美国临时专利申请61/841,209的优先权和权益，上述所有申请通过引用被整体合并于此以用于各种目的。
技术领域
本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于排放来自燃气涡轮发动机的燃烧气体的系统和方法。
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部中的一个或多个涡轮级。进而涡轮部驱动压缩机部的一个或多个压缩机级。此外，在燃烧器部内燃料和氧化剂混合，然后燃烧以产生热燃烧产物。来自涡轮部的热燃烧产物的热能可以被用于产生蒸汽。但是，热燃烧产物在被用于产生蒸汽之前可以被处理。例如，催化剂可以被用于处理热燃烧产物，以减少某些化合物的量。不幸地，热燃烧产物在与催化剂接触之前不充分混合和/或分布可能降低催化剂的性能和/或缩短催化剂的寿命。另外，燃气涡轮发动机一般消耗大量空气作为氧化剂，并输出相当大量的排气进入大气。换句话说，排气一般作为燃气涡轮操作的副产品被浪费。
发明内容
在与原始要求保护的发明范围相称的某些实施例被总结如下。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，但是这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包括可类似于或异于下面阐述的实施例的多种形式。
在一个实施例中，一种系统，其包括燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括燃烧器部、涡轮部，所述燃烧器部具有被配置以产生燃烧产物的一个或多个燃烧器，并且所述涡轮部在上游端和下游端之间具有一个或多个涡轮级。所述一个或多个涡轮级被所述燃烧产物驱动。燃气涡轮发动机还包括排气部，所述排气部被设置在所述涡轮部的下游端的下游。所述排气部具有被配置为接收作为排气的所述燃烧产物的排气通路。燃气涡轮发动机还包括设置在排气部内的混合装置，所述混合装置被配置为将所述排气分成第一排气和第二排气，并在混合区域内组合第一排气和第二排气，以产生混合排气。
在第二个实施例中，一种系统，其包括被配置为安装在燃气涡轮发动机的涡轮部下游的涡轮排气部。涡轮排气部包含被配置为接收来自所述涡轮部的排气的排气通路。该系统还包括设置在所述涡轮排气部内的混合装置。混合装置被配置为将所述排气分为第一排气和第二排气，并且组合所述第一排气和第二排气以产生混合排气。
在第三个实施例中，一种系统，其包括配置为安装到燃气涡轮发动机的涡轮排气部内的涡轮混合装置。所述混合装置包含第一部和第二部，所述第一部被配置为将来自所述涡轮排气部的排气的内部部分传送到混合区域，并且所述第二部被配置为将所述排气的外部部分传送到所述混合区域。所述第二部周向围绕所述第一部，并且所述混合区域被配置为混合所述排气的内部部分和外部部分以产生混合排气。
在第四个实施例中，一种方法，其包括在涡轮燃烧器的燃烧部分内将燃料与氧化剂和排气燃烧以产生燃烧产物，使用来自所述涡轮燃烧器的燃烧产物驱动涡轮，使来自涡轮的燃烧产物膨胀通过排气部内的排气通路，使用混合装置将来自排气部的燃烧产物分成第一排气和第二排气，以及使用混合装置组合第一排气和第二排气以产生混合排气，使得混合排气的下游径向均匀性高于燃烧产物的上游径向均匀性。
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的服务系统的系统的实施例的示意图；
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是被布置在燃气涡轮发动机和热回收蒸汽发生器(HRSG)之间的混合装置实施例的示意图；
图6是混合装置实施例的原理图；
图7是混合装置实施例的轴向横截面视图；
图8是混合装置实施例径向透视图；
图9是混合装置实施例第一部的局部透视图；
图10是具有扇形波瓣(lobe)的混合装置实施例的局部透视图；
图11是具有多个波瓣的混合装置实施例的局部径向透视图；
图12是具有成角度波瓣的混合装置实施例的局部径向透视图；
图13是具有肋状波瓣的混合装置实施例的局部径向透视图；
图14是具有锯齿波瓣的混合装置实施例的局部径向透视图；
图15是混合装置实施例的轴向横截面示图，其中所述装置的第二部的凹形表面朝向第一部；
图16是混合装置实施例的轴向横截面示图，其中所述装置的第二部的凸形表面朝向第一部；
图17是具有漩涡发生器的混合装置实施例的第二部的局部透视图；
图18是具有半球形突起的混合装置实施例的第二部的局部透视图；
图19是具有导流叶片的混合装置实施例的第二部的局部透视图；
图20是具有开放波瓣的混合装置实施例的第二部的局部透视图；
图21是具有闭合波瓣的混合装置实施例的第二部的局部透视图；
图22是混合装置和布置在燃气涡轮发动机和热回收蒸汽发生器(HRSG)之间的排气注入系统实施例的示意图；以及
图23是混合装置和排气注入系统实施例的轴向横截面示图。
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。事实上，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，所公开的实施例总体涉及带有排气再循环(EGR)的燃气涡轮系统，尤其是涉及使用EGR的燃气涡轮系统的化学计量操作。例如，燃气涡轮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。排气的再循环还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、催化剂反应等)，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)。另外，燃气涡轮发动机可以被配置为使用扩散火焰(例如，使用扩散燃料喷嘴)、预混火焰(例如，使用预混燃料喷嘴)或它们的任意组合的一个或多个来燃烧燃料和氧化剂。在某些实施例中，扩散火焰可以帮助将稳定性和操作维持在化学计量燃烧的某些限制内，其进而帮助增加CO2的生成量。例如，当与使用预混火焰运行的燃气涡轮系统相比，使用扩散火焰运行的燃气涡轮系统可以实现更大量的EGR。进而，增加的EGR的量帮助增加CO2的生成量。可能的目标系统包括管线、存储罐、固碳系统和烃类生产系统，诸如强化油回收(EOR)系统。
所公开的实施例提供具有联结/耦连(couple)到带有EGR的燃气涡轮发动机的排气部的混合装置的系统和方法。燃气涡轮发动机可以包括具有配置为产生燃烧产物的一个或多个燃烧器的燃烧器部。燃气涡轮发动机还可以包括在上游端和下游端之间具有一个或多个涡轮级的涡轮部。一个或多个涡轮级可以由燃烧产物来驱动。燃气涡轮发动机还可以包括布置在所述涡轮部的下游端下游的排气部。排气部可以包括被配置为接收作为排气的燃烧产物的排气通路。此外，燃气涡轮发动机可包括联结/耦连(couple)到所述排气部的混合装置。混合装置可以将排气分为第一排气和第二排气。另外，该混合装置可以在混合区域中组合第一排气和第二排气，以产生混合排气。在某些实施例中，进入混合装置的排气可具有不均匀分布，诸如不均匀的径向分布和/或不均匀的周向分布。例如，排气的内部部分可以具有与排气的外部部分不同的特性。具体地说，排气的内部部分的压力、温度、流速和/或成分可以不同于排气的外部部分。
排气的内部部分和外部部分之间的不同特性可以影响排气部下游的设备操作和/或处理。例如，催化剂可以被布置在排气部下游，以减少来自排气的某些成分的量。催化剂性能可以受到排气的内部部分和外部部分之间成分的不同的负面影响。例如，催化剂的某些部分可以比催化剂的其他部分以更快的速度用完或污染。如下面详细描述的，混合装置的实施例可以改善排气的径向和/或周向的均匀性。具体而言，混合装置可以将所述排气分为第一排气和第二排气，所述第一排气和第二排气可对应于上述的排气的内部部分和外部部分。混合装置可以在混合区域中组合第一排气和第二排气，以产生混合排气，其可具有反映第一排气和第二排气两者的属性。因此，不是催化剂接收具有不同属性的第一排气和第二排气，而是混合装置将具有均匀属性特性的混合排气提供到催化剂。通过使用混合装置以提供混合排气到催化剂，催化剂性能可以被改善。另外，在某些实施例中，该混合装置可以具有低压力降的特性，这可以改善燃气涡轮发动机的排气部的压力恢复。因此，该混合装置的实施例可以改善燃气涡轮发动机的整体效率和成本效益。
图1是具有与基于涡轮的服务系统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、机械功和流体(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的服务系统14的排气42，该基于涡轮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、机械功、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，基于涡轮的服务系统14包括化学计量排气再循环(SEGR)燃气涡轮系统52和排气(EG)处理系统54。燃气涡轮系统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。通过进一步的不例，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)、氢和未完全燃烧的其他产物。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燃气涡轮系统52的排气60。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，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、EOR系统18或烃类生产系统12的任何其他部分中。例如，HRSG56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级或EOR系统18的不同应用中。除了蒸汽62之外，经处理的水64例如淡化水也可以由HRSG56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一部分或SEGR燃气涡轮系统52生成。经处理的水64(例如淡化水)在例如内陆或沙漠地区等水短缺区域可能是特别有用的。经处理的水64可以至少部分由于驱动SEGR燃气涡轮系统52内的燃料燃烧的大体积空气而生成。虽然蒸汽62和水64的现场生成在许多应用(包括烃类生产系统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燃气涡轮系统52获得低氧含量、高压和热度。因此，HRSG56、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EGR处理系统54的EGR系统58来处理。例如，EGR系统58包括一个或多个管道、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、湿气去除单元、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的进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，从而生成驱动涡轮部中的一个或多个涡轮级的热燃烧气体或排气60。在某些实施例中，燃烧器部中的每个燃烧器包括一个或多个预混燃料喷嘴、一个或多个扩散燃料喷嘴或其任何组合。例如，每个预混燃料喷嘴可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，从而将氧化剂-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级。在每个涡轮级由排气60驱动时，SEGR燃气涡轮系统52产生机械功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可以是经处理的水例如淡化水，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、湿气含量(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中的任意流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处理系统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处理系统82的一个或多个附加气体处置级。
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处理系统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处理系统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处理系统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)、氢气和不完全燃烧的其他产物。因此，排气42特别适用于EOR系统18。
涡轮系统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分(例如燃烧室)，则SEGR燃气涡轮系统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燃气涡轮系统52的涡轮部抽取该燃烧产物(或排气)以用作被输送到EOR系统18的排气42。沿着涡轮部，抽取点76可以被设置在任何涡轮级处，例如相邻涡轮级之间的级间端口。因此，使用任何前述抽取点76，基于涡轮的服务系统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燃气涡轮系统52、作为底部循环的蒸汽涡轮104以及从排气60回收热量以生成用于驱动蒸汽涡轮104的蒸汽62的HRSG56。再者，SEGR燃气涡轮系统52接收、混合并且按化学计量燃烧排气66、氧化剂68和燃料70(例如，预混火焰和/或扩散火焰)，从而产生排气60、机械功72、电力74和/或水64。例如，SEGR燃气涡轮系统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的设备或其任何组合。在某些实施例中，机器106可以包括其他驱动器，例如与SEGR燃气涡轮系统52串联的电动马达或蒸汽涡轮(例如蒸汽涡轮104)。因此，由SEGR燃气涡轮系统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功72和电力74。机械功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、机械功72、电力74和/或水64)可以被认为是基于涡轮的服务系统14的服务。
SEGR燃气涡轮系统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HRSG56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燃气涡轮系统52，蒸汽涡轮104可以驱动一个或多个负载或机器106，由此生成机械功72和电力74。在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮系统52和蒸汽涡轮104被串联布置以驱动相同的机器106。然而，在其他实施例中，SEGR燃气涡轮系统52和蒸汽涡轮104可以单独驱动不同的机器106，以便独立生成机械功72和/或电力74。在蒸汽涡轮104由来自HRSG56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104将使用过的蒸汽62和/或水108再循环回到HRSG56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，HRSG56、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燃气涡轮系统52的输入的排气66。例如，水64可以是经处理的水64，例如用于其他应用的淡化水。淡化水在低可用水量地区是特别有用的。关于排气60，EG处理系统54的实施例可以被配置为通过EGR系统58再循环排气60，排气60可以经过或不经过HRSG56。
在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮系统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HRSG56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、湿气去除单元、催化剂单元、化学注入单元或其任何组合)。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、湿气控制组件和气体成分控制组件。因此，在具有沿着路径110的HRSG56的实施例中，HRSG56可以被认为是EGR系统58的组件。然而，在某些实施例中，HRSG56可以沿着独立于排气再循环路径110的排气路径布置。不管HRSG56是否沿着单独路径或与EGR系统58共用的路径，HRSG56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来控制。控制系统100可以完全专用于基于涡轮的服务系统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、蒸汽涡轮控件124、SEGR燃气涡轮系统控件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104的操作，SEGR燃气涡轮系统控件126被配置为控制系统52，并且机器控件128被配置为控制机器106。因此，控制器118(例如控件124、126和128)可以被配置为协调基于涡轮的服务系统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/或可由控制器118、与每个元件关联的专用装置控制器或其组合执行。
为了促进这类控制功能，控制系统100包括遍布系统10分布的一个或多个传感器，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，所述传感器遍布SEGR燃气涡轮系统52、机器106、EG处理系统54、蒸汽涡轮104、烃类生产系统12分布，或遍布基于涡轮的服务系统14或烃类生产系统12的任何其他组件分布。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、机械功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)、未燃烧碳氢化合物(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/或燃料70进入SEGR燃气涡轮系统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、未燃烧碳氢化合物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EG处理系统54的任何组件；SEGR燃气涡轮系统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、未燃烧碳氢化合物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，以促进基于涡轮的服务系统14的控制。蒸汽涡轮控件124可以接收传感器反馈130并输出有利于蒸汽涡轮104运行的控制命令。例如，蒸汽涡轮控件124可以从HRSG56、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功72和电力74的各种传感器接收传感器反馈130。同样，SEGR燃气涡轮系统控件126可以从沿着SEGR燃气涡轮系统52、机器106、EG处理系统54或其任何组合布置的一个或多个传感器接收传感器反馈130。例如，传感器反馈130可以从布置在SEGR燃气涡轮系统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可以从与机械功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130来改善基于涡轮的服务系统14的操作。
在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮系统控件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112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(和其他排气排放物)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燃气涡轮系统控件126可以将SEGR燃气涡轮系统52中的燃烧当量比保持在大约0.95与大约1.05之间。SEGR燃气涡轮系统控件126还可以控制EG抽取系统80和EG处理系统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处理系统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功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燃气涡轮系统52的细节。在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮系统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燃气涡轮系统52的可转动轴162圆周分布的1到20个燃烧器160。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)被输送到涡轮部156。类似于压缩机部152，涡轮部156包括一个或多个涡轮或涡轮级174，其可以包括一系列可转动涡轮叶片。然后这些涡轮叶片由在燃烧器部154中生成的燃烧产物172驱动，由此驱动联结到机器106的轴176的转动。再者，机器106可以包括联结到SEGR燃气涡轮系统52的任一端的各种设备，例如联结到涡轮部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燃气涡轮系统52的附加驱动器(例如蒸汽涡轮104、电动马达等)。非限制性示例在下面参照表格1进一步详细讨论。如图所示，涡轮部156输出排气60以沿着从涡轮部156的排气出口182到进入压缩机部152的排气入口184的排气再循环路径110再循环。如上面所详细讨论的，沿着排气再循环路径110，排气60穿过EG处理系统54(例如HRSG56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可以包括电动马达、燃烧发动机或其任何组合。在某些实施例中，驱动器190可以是涡轮发动机，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供给的机械功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，HPMOC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、增压器压缩机如EG增压器压缩机)、一个或多个发电单元(例如发电机)、一个或多个驱动器(例如蒸汽涡轮发动机、电动马达)、热交换单元(例如直接或间接热交换器)、离合器或其任何组合。所述压缩机可以包括轴向压缩机、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(例如管壳式热交换器)，例如与冷却剂流(例如水、空气、致冷剂或任何其他液态或气态冷却剂)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部152、156布置的和/或联结到压缩机和涡轮部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，离合器被表示为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LPMOC和HPMOC，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的质量劣化的任何氧化剂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级之间，例如在涡轮级之间的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可以被设置在遍布燃烧器部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处理系统(EGTS)82。例如，EG处理系统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，增压器鼓风机被表示为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，蒸汽涡轮被表示为ST，微粒去除单元被表示为PRU，湿气去除单元被表示为MRU，过滤器被表示为FIL，凝聚过滤器被表示为CFIL，不透水过滤器被表示为WFIL，惯性分离器被表示为INER，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HRSG56、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中去除湿气和微粒。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被输送到涡轮部156，用于冷却和/或密封涡轮壳体、涡轮外罩、轴承和其他组件。在这类实施例中，SEGR燃气涡轮系统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部156的涡轮级的热燃烧产物(例如工作排气)。通过进一步的示例，在穿过热交换器214之后，一部分冷却排气可以沿着管线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部156内的一个或多个涡轮级174。在涡轮部156的下游，过程220可以处置来自最终涡轮级174的排气60，如块234所指示。例如，排气处置234可以包括任何残留氧化剂68和/或燃料70的过滤、催化剂反应、化学处理、用HRSG56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后，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是联结/耦连(couple)到HRSG56的燃气涡轮发动机150一部分的示意图。图5中的元件与之前的示图中所示的那些元件被标以相同的标号。燃气涡轮发动机150的轴向方向由箭头260指示，径向方向由箭头262指不，并且周向方向由箭头264指示。这些方向都相对于可旋转轴162。在图示的实施例中，涡轮部156包括上游端266和下游端268。具体而言，燃烧产物172进入上游端266并且作为排气从下游端268离开。排气部270(例如，扩散器)被布置在涡轮部156的下游端268的下游。排气部270可被用于在引导排气60到排气再循环路径110(例如，HRSG56)之前膨胀和/或冷却排气60。具体而言，排气部270的横截面积可以在排气60的流动方向上增加，从而通过降低排气60的动能来增加排气60的静态压力。如图5所示，排气部270可以包括排气通路272，以接收燃烧产物172和/或排气60。另外，排气部270可包括中心体271，中心体271可以围绕涡轮部156的转子的一部分。中心体271可以被内壁(例如，内筒)273限定。
在图示的实施例中，混合装置274(例如，混合器)被布置在排气部270内。因此，混合装置274接收由排气通道272传送的排气60。如在下面详细讨论的，混合装置274可以将排气60分成第一排气和第二排气并且组合第一排气和第二排气，以产生混合排气276。另外，混合装置274可以是没有移动部件的静态混合装置。如图5所示，混合装置274可以被布置在HRSG56上游的排气部270中。具体地说，该混合排气276可从混合装置274进入HRSG56的入口部278。当混合排气276流经入口部278并且在到达催化剂部280之前时，混合排气276可以膨胀。催化剂部280可以包括上面详细讨论的任意催化剂单元中的一个或多个，诸如但不限于，催化剂单元、氧化催化剂单元或它们的任意组合。如下面所讨论的，混合装置274可以被布置在排气部270中的任何其他位置。例如，混合装置274可以被布置在中心体271的下游或可以被联结/耦连(couple)到中心体271。
如下面详细讨论的，进入混合装置274的混合排气276的径向和/或周向的均匀性可以大于排气60的径向和/或周向的均匀性。例如，混合排气276的混合程度可通过数学表达式来量化，其中氢的浓度与一氧化碳的浓度相加并且所述之和除以氧的浓度。质量或体积流率的值也可以被用于表达式中以取代浓度。在某些实施例中，表达式的大于大约2的值可以指示混合排气276的成分的充分混合。因此，在入口部278的整个横截面径向和/或沿周向分布的大于大约2的值可以指示混合排气276的径向和/或周向均匀性被改进。改进的混合排气276的径向和/或周向均匀性可以增加催化剂系统280的催化剂性能。例如，所述催化剂部280可以被混合排气276更均匀地影响，因此，催化剂部280的整体寿命可以增加。与此相反，当处理非均匀的燃烧产物172和/或排气60时，催化剂部280的某些部分的寿命可以被减少，从而导致整个催化剂部280被替换，即使催化剂部280的一些部分还有更多的寿命。来自催化剂部分280的处理过的排气282可以通过HRSG56的第一热交换器284。在某些实施例中，第一热交换器284(例如，第一HRSG单元)可以包括多个热交换器管，并且可以被用于产生蒸汽62。在进一步的实施例中，HRSG56可包括额外的热交换器(例如，两个，三个，四个，或更多个热交换器)，所述额外的热交换器使用处理过的排气282以产生额外的蒸汽62(例如，第二，第三，第四，或更多的HRSG单元)。从HRSG56离开的排气66可以被再循环，如上面详细描述的。
如图5所示，控制系统100可以被用于控制燃气涡轮发动机150和/或HRSG56的操作的一个或多个方面。具体而言，控制系统100可以接收来自遍及燃气涡轮发动机150和/或HRSG56布置的各种传感器的一个或多个输入信号286。例如，上游传感器288可以被布置在混合装置274的上游，并且下游传感器290可以被布置在混合装置274的下游。在其他实施例中，多个传感器(例如，网格)可以被设置在入口部278的一个轴向260位置，并且遍及入口部278径向262和/或周向264分布，以提供混合排气276的径向和/或周向均匀性的指示。在进一步实施例中，多个传感器可以分布在混合装置274的上游和/或下游的不同的轴向260、径向262、和/或周向264的位置处。在图示的实施例中，上游传感器288可以向控制系统100提供指示进入混合装置274的排气属性的信息，并且下游传感器290可以发送指示混合排气276属性的信息。例如，上游传感器288和下游传感器290可以分别提供指示排气60和混合排气276的温度、压力、流率和/或成分(例如，氧气，燃料，一氧化碳等)的信息。因此，由上游传感器288和下游传感器290提供信息可以被控制系统100用于确定混合装置274的有效性。然后，基于所述混合装置274的性能，控制系统100可以发送输出信号292到一个或多个控制元件294。控制元件294可以代表燃气涡轮发动机150和/或HRSG56的各种元件，例如但不限于，控制阀、马达、致动器，或它们的任意组合。
图6是混合装置274实施例的示意图，混合装置274可以被安装在排气部270内的任何位置。换言之，该混合装置274可以被设置在涡轮156和HRSG56之间排气部270内任何位置。例如，混合装置274可以被放置在中心体271上并且被联结/耦连(couple)到排气部270的内筒273。如图6所示，排气60进入混合装置274的上游侧310并且混合排气276离开下游侧312。另外，混合装置274包括第一部314和第二部316，第二部316周向地264围绕第一部314。因此，该混合装置274将所述排气60分成第一排气318和第二排气320。换句话说，第一部314传送中心区域内的第一排气318(例如，中心排气流)，并且第二部316传送周边区域内的第二排气320(例如，周边排气流)。如图6所示，第一部314传送第一排气318到混合区域322，并且第二部316传送第二排气320到混合区域322。因此，第一排气318和第二排气320在混合区域322内混合，以产生混合排气276。在某些实施例中，第一部314可以沿下游方向具有恒定的宽度、增加的宽度、减小的宽度或它们的组合。换句话说，第一部314可以具有恒定的横截面、发散的横截面或收敛的横截面。
在混合装置274的某些实施例中，第二部316可具有围绕第一部314的环状形状。在其他实施例中，第二部316可具有矩形、正方形、椭圆形、三角形、多边形或其他形状。在进一步的实施例中，第一部314和第二部316可以彼此独立地被安装在排气部270内。例如，第一部314可以在第二部分316的上游，或反之亦然。在进一步的实施例中，混合装置274可以仅包括第一部314或仅包括第二部316。例如，第一部314可以将排气60分为第一排气318和可以作为第二排气320的不穿过第一部314的部分排气60。类似地，第二部316可以将排气60分为第二排气320和可以作为第一排气318的不穿过第二部316的部分排气60。在任一实施例中，第一排气318和第二排气320都在混合区域322内混合在一起，以产生混合排气276。另外，该混合装置274可以具有不同的配置以产生混合排气276，如在下面详细描述。
图7是混合装置274实施例的轴向横截面视图。如在图7中和在下面详细描述的所示，混合装置274是没有移动部件的静态混合装置。在图示的实施例中，第一部314是具有入口340和出口342的波瓣混合器。波瓣混合器一般具有将气体流分成内部部分和外部部分的环形、波瓣形状(例如，正弦)表面。另外，波瓣混合器可以具有比其他混合装置更低的压力降。此外，波瓣混合器的波瓣的形状和/或数量可以被调整，以获得期望的气体流分离。如图7所示，第一排气318进入并流过第一部314(例如，波瓣混合器)，其将第一排气318分为被引导远离轴向轴260的第一部分344和被引导朝向轴向轴260的第二部分346。如图7所示，混合装置274的纵向轴348可以大致平行于轴向轴260。因此，第一部314环绕纵向轴348。通过将第一排气318分为第一部分344和第二部分346，第一部314可以改善第一排气318与第二排气320的混合。具体地说，第一部分344可以被引导朝向第二排气320以与第二排气320彻底地混合。第二部分346也可与第一部分344和/或第二排气320混合。在图示的实施例中，第一部314具有发散壁或膨胀的壁，其中上游直径350小于下游直径352。因此，当第一排气318流过第一部314时，第一排气318一般可以膨胀。在其他实施例中，第一部314具有收敛或收缩的壁，其中上游直径350小于下游直径352。在一些实施例中，上游直径350和下游直径352可以大致相同。在进一步的实施例中，其他类型的混合器和/或流量分离器可被用作第一部314代替图7中所示的波瓣混合器。在一些实施例中，一个或多个固定装置(例如，径向支撑件)可以被联结/耦连(couple)到第一部314和/或第二部316，以帮助支撑排气部270内的所述部。在某些实施例中，第一部314和/或第二部316被联结/耦连(couple)到中心体271的内筒273以用于支撑，如图7中的虚线所指示的。在进一步的实施例中，第一部314可以是圆锥形的、弯曲的、环形的、凸的或凹的。例如，第一部314的壁可以以环形、矩形或其他横截面沿着下游方向逐渐减小或弯曲。
如图7所示，第二部316包括内部环形壁354、围绕内部环形壁354的外部环形壁356和布置在内部环形壁354和外部环形壁356之间的环形通路358。环形通路358可以将所述第二排气320传送到混合区域322内。内部环形壁354可以总体上是直的，并且可包括多个开口360，以将第二排气320从环形通路358传送到混合区域322。如图7所示，多个开口360可被配置为将第二排气320总体上引导向纵向轴348以帮助增加第一排气318和第二排气320的混合。因此，第二排气320可以在混合区域322内与第一排气318的第一部分344和第二部分346混合，以产生离开混合装置274的下游侧312的混合排气276。如图7所示，内部环形壁354的上游直径362小于下游直径364。因此，内部环形壁354可以具有朝下游侧312发散的大致圆锥形状。在其他实施例中，上游直径362可以大于下游直径364(即，圆锥形状朝下游侧312收敛)或上游直径362和下游直径364可以是大致相同的。例如，所述内部环形壁354可以具有与图7中所示的方向相反的大致圆锥形状或可以具有大致圆柱形的形状。内部环形壁354的圆锥形状的程度的特征在于相对于纵向轴348的内部环形壁角度366。
另外，第二部316的外部环形壁356的特征可在于上游直径368和下游直径370。如图7所示，上游直径368小于下游直径370。因此，外部环形壁356具有大致圆锥形状。在其他实施例中，外部壁356可以具有椭圆形、正方形、矩形、三角形、多边形或其他横截面形状。因此，混合装置274可以总体上遵循排气部270的膨胀形状，其中混合装置274被联结/耦连(couple)到排气部270上。由于内部环形壁354和外部环形壁356的圆锥形状，环形通路358的横截面面积可以从上游侧310朝下游侧312大致减小。在其他实施例中，上游直径368可以大于下游直径370或上游直径368和下游的直径370可以是大致相同的。在某些实施例中，第二排气320的一部分372可以通过内部环形壁354和外部环形壁356之间的开口374离开第二部316，以帮助提供冷却和/或有助于减少在混合装置274的下游的外部环形壁356附近的热点。在进一步的实施例中，第二部316可具有矩形、正方形、三角形、多边形、椭圆形或其他横截面形状，并且第二部316可具有发散、收敛或彼此大致相同距离的壁。
图8是混合装置274实施例的径向透视图。图7中所示的混合装置274的轴向横截面视图是沿图8的线7-7截取的。如图8所示，第二部316周向264围绕第一部314。另外，多个开口360围绕第二部316的内部环形壁354周向均匀分布。例如，所述多个开口360可以被安排成径向轮辐(例如，与径向方向262对齐)和圆周环(例如，开口360的同心环)的图案。因此，第二部316提供大致均匀分布的第二排气320。在其他实施例中，多个开口360的图案可以是不同于图8中所示的图案或者可以是不规则的图案。例如，多个开口360中的更多个开口可以朝纵向轴348分布而不是朝外部环形壁356，或反之亦然。在图示的实施例中，所述多个开口360中的每个可以具有大致相同的尺寸。在其他实施例中，所述多个开口360的尺寸可以被调整，以实现期望的第一排气318和第二排气320的混合。例如，增加多个开口360的尺寸可以降低与第二部316相关的压力降。因此，通过组合第一部314(例如，波瓣混合器)的低压力降与第二部316的低压力降可以产生具有整体低压力降的混合装置274。在各种不同的实施例中，混合装置274可以具有大约125帕斯卡到大约500帕斯卡、大约200帕斯卡到大约425帕斯卡、大约250帕斯卡到大约375帕斯卡或大约300帕斯卡到大约325帕斯卡的压力损失。例如，在一个实施例中，混合装置274可以具有低于大约500帕斯卡的压力损失。通过使用具有这样低压力降的混合装置274的实施例，对于燃气涡轮发动机150的效率和/或排气部270的压力恢复可以几乎没有变化。换句话说，混合装置274可以对效率和/或压力恢复仅具有小的效应。在其他实施例中，多个开口360可以具有不同的形状，例如但不限于，圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、多边形、狭缝(slot)等。
如图8所示，所述多个开口360中的每个均具有偏移纵向轴348取向的轴，使得所述多个开口360施加漩涡运动到第二排气320，如由表示第二排气320的箭头的方向所表示。换句话说，第二排气320具有大致顺时针圆周漩涡运动，如图8所示。在其他实施例中，多个开口360可施加大致逆时针圆周漩涡运动到第二排气320。在进一步的实施例中，多个开口360可以施加顺时针和逆时针两个漩涡运动到第二排气320。例如，开口360的第一圆周环可以施加顺时针漩涡运动而开口360中布置在第一圆周环内侧或外侧的第二圆周环可以施加逆时针漩涡运动，以帮助增加第二排气320与第一排气318的混合。在这样的实施例中，多个开口360可以被布置成包括2、3、4、5、或多个圆周环的图案。
如图8所示，第一部314是具有环形正弦形状的波瓣混合器。如图示所示，第一部314的环形正弦形状包括交替的第一开放式通路390和第二开放式通路392。第一开放式通路318引导第一排气318的第一部分344远离纵向轴348，并且第二开放式通路392引导第一排气318的第二部分346朝向纵向轴348。因此，第一部分344和第二部分346可以彼此分开。第一部314(例如，波瓣混合器)也可以特征在于波峰394和波谷396。波峰394可以对应于第一开放式通路390，并且波谷396可以对应于第二开放式通路392。尽管图8中示出具有特定形状和配置的第一开放式通路390和第二开放式通路392，但是在其它实施例中，第一部314(例如，波瓣混合器)可以具有其它配置，以实现期望的第一排气318和第二排气320混合以产生混合排气276。例如，第一部314(例如，波瓣混合器)的形状可被调整和/或波峰394和波谷396的数量可以变化。在某些实施例中，第一部314(例如，波瓣混合器)可经配置以施加漩涡运动到第一排气318。换句话说，第一开放式通路390和第二开放式通路392的每个均可以具有偏移纵向轴线348取向的轴，使得所述通路390和392施加漩涡运动到第一排气318，如由表示第一部分344和第二部分346的箭头的方向所表示的。如图8所示，第一部分344和第二部分346可以具有大致逆时针方向漩涡运动。因此，第一部314和第二部316可以施加相反的漩涡运动到第一排气318和第二排气320，以改善混合排气276的混合，从而提高混合排气276的径向和/或周向的均匀性。换句话说，混合装置274使排气60的空间(或径向和/或周向)变化均匀，以产生混合排气276。在其他实施例中，第一部314和第二部316可以在相同的方向上施加漩涡运动到第一排气318和第二排气320。
图9是第一部314的局部透视图。如在图9中所示，第一部314是波瓣混合器。如图示说明，通过第一开放式通路390和第二开放式通路392，第一排气318被分成第一部分344和第二部分346。虽然在图9中仅示出第一部314的一部分，但是应当理解的是第一部314(例如，波瓣混合器)的交替正弦图案(例如，波浪状，Z字状(zig-zagy)、交替向内和向外弯曲等)可以围绕纵向轴348圆周地264继续。如图示说明，第一开放式通路390(例如，波峰394)的特征可以在于第一宽度398，并且第二开放式通路392(例如，波谷396)的特征可以在于第二宽度400。如图9所示，第一开放式通路390的宽度398可大于第二开放式通路392的宽度400，以与引导第一排气318进入第二部分346相比引导更多的第一排气318进入第一部分344。在其它的实施例中，第二宽度400可大于第一宽度398或所述第一宽度398和第二宽度400可以是大致相同的。
图10是具有扇形波瓣410的混合装置274的第一部314的局部透视图。换言之，与图9中所示的第一部314(例如，波瓣混合器)相比，扇形波瓣410具有除去的部分(例如，径向开口或切口(cut))。扇形波瓣410可以影响第一部分344和第二部分346的分布。另外，扇形波瓣410可以提高第一排气318和第二排气320混合的量，从而提高混合排气276径向和/或周向的均匀性。
图11是具有多个波瓣的混合装置274的第一部314的局部透视图。具体地说，每个波峰区域394可以包括第一波峰420、第二波峰422和波谷424，其可以改变第一部分344和第二部346的分布。另外，波峰区域394的配置可以朝第二排气320引导更多第一排气318，从而提高混合排气276的径向和/或周向均匀性。在某些实施例中，第一部314的一个或多个波瓣可以包括紊流器以增加混合排气276混合的量。
图12是具有成角度波瓣的混合装置274的第一部314的透视图。具体而言，每个波瓣可以与波瓣轴440对齐，波瓣轴以角度444偏移径向轴442，其可以施加漩涡运动到第一排气318的第一部分344和第二部分346。因此，图12中所示的第一部314可以帮助改善第一排气318和第二排气320的周向混合，从而提高混合排气276的径向和/或周向均匀性。另外，第一部314可以引起更多的第二排气320朝着第一排气318移动，也提高混合排气276的径向和/或周向均匀性。
图13是具有肋状(ribbed)波瓣460的混合装置274的第一部314的透视图，其可以增加第一排气318和第二排气320的混合，从而提高混合排气276的径向和/或周向均匀性。在某些实施例中，肋状波瓣460可以是均匀的或不均匀的，可以增加或减少波的频率或幅度，该波沿径向向内或向外的方向限定肋条。肋的数量可以从一个波瓣到另一个波瓣变化或相同。
图14是具有锯齿波瓣470(即，波瓣的边缘成锯齿状)的混合装置274的第一部314的透视图，其可以增加第一排气318和第二排气320的混合，从而提高混合排气276的径向和/或周向均匀性。在某些实施例中，锯齿波瓣460可以是均匀的或不均匀的，可以增加或减少波的频率或幅度。锯齿的数量可以从一个波瓣到另一个波瓣变化或相同。
图15是混合装置274的实施例的轴向横截面视图。在图示的实施例中，第二部316的内部环形壁354逐渐膨胀(例如，发散)，然后沿下游方向收缩(例如，收敛)，由此限定了沿下游方向弯曲的壁的形状。具体而言，内部环形壁354在下游方向上具有沿纵向轴348的凹面形状。因此，第二排气320可以以与图7中所示的混合装置274的方式不同的方式被引导向第一排气318。因此，该混合排气276可以具有不同于图7中所示径向和/或周向均匀性的径向和/或周向均匀性。另外，内部环形壁354的上游直径362大于下游直径364。因此，环形通路358的横截面面积从上游侧310到下游侧312一般先减小然后增加。在其他实施例中，上游直径362可以小于下游直径364或上游和下游的直径362和364可以是大致相同的。在某些实施例中，更多的第二排气320可以通过开口374离开第二部316。在其它方面，在图10中所示的混合装置274的实施例类似于上文详细描述的其它实施例。
图16是混合装置274的实施例的轴向横截面示图。在图示的实施例中，内环形壁354沿着下游方向逐渐收缩(例如，收敛)然后膨胀(例如，发散)，由此限定了沿下游方向弯曲的壁的形状。具体而言，内部环形壁354在下游方向上具有沿纵向轴348的凸面形状。因此，第二排气320可以以与图7和15中所示的混合装置274的方式不同的方式被引导向第一排气318。因此，该混合排气276可具有不同于图7和图15中所示径向和/或周向的均匀性的径同和/或周向的均匀性。另外，内部环形壁354的上游直径362小于下游直径364。因此，环形通路358的横截面面积从上游侧310到下游侧312一般先增加然后减小。在其他实施例中，上游直径362可以大于下游直径364或上游直径362和下游直径364可以是大致相同的。在其他方面，在图15所示的混合装置274的实施例类似于上文详细描述的其它实施例。
图17是具有涡流发生器480的混合装置274的实施例的第二部316的局部透视图，所述涡流发生器480可以以各种方式成形和/或配置。例如，涡流发生器480可具有沿下游方向增加的大致三角形横截面形状。如图17所示，涡流发生器480可以被联结/耦连(couple)到外部环形壁356的内部表面。这种涡流发生器480可施加紊流和/或涡流到涡流发生器480下游的第二排气320，从而增加混合排气276的径向和/或周向的均匀性。另外，涡流发生器480可以在外部环形壁356附近提供额外的混合。
图18是具有半球形突起490的混合装置274的实施例的第二部316的局部透视图，所述半球形突起490可以施加紊流和/或涡流到涡流发生器480下游的第二排气320，从而增加混合排气276的径向和/或周向的均匀性。如图17所示，半球形突起480可以被联结/耦连(couple)到所述外部环形壁356的内部表面。另外，半球形突起490可以在外部环形壁356附近提供额外的混合。在其他实施例中，半球形突起490可以具有其他形状，诸如圆柱形棒、正方形、三角形等。
图19是具有导流叶片(例如，叶轮)500的混合装置274的实施例的第二部316的局部透视图，其中导流叶片(例如，叶轮)500被联结/耦连(couple)到外部环形壁356的内部表面。导流叶片500可以以各种方式成形和/或配置，以施加漩涡到第二排气320。例如，如图19所示，导流叶片500可以被成形以从大致平行于轴向方向260到与纵向轴348偏移一角度502地重新引导第二排气320的流动，如由箭头501所指示，从而施加漩涡到第二排气320。在各种实施例中，施加到第二排气320的漩涡可以是顺时针方向或逆时针方向。因此，图19中所示的第二部316的导流叶片500可以帮助提高第一排气318和第二排气320的周向混合，从而提高混合排气276的径向和/或周向的均匀性。
图20是具有开放波瓣(即，流量进入每个波瓣的上方和下方)的混合装置274的实施例的第二部316的局部透视图。具体地，第二排气320可进入第二部316(例如，波瓣混合器)的上游侧310并且作为第一外部流520和第二外部流522离开，这两者可以随后与第一排气318混合以产生混合排气276。如同第一部314，第二部分316的波瓣混合器中波瓣的形状和/或数量可以被调整，以获得将第二排气320分成第一外部流520和第二外部流522的期望的气体分离。
图21是具有封闭波瓣(即，流量仅进入每个波瓣的下方)的混合装置274的实施例的第二部316的局部透视图。具体地，第二排气320的一部分可以进入第二部316(例如，波瓣混合器)的上游侧310，并且作为第一外部流520离开，并且剩余的第二排气320可以绕过第二部316。如同第一部314，第二部316的波瓣混合器的波瓣的形状和/或数量可以被调整，以获得将第二排气320分成第一外部流520和第二外部流522的期望的气体分离。
图22是被联结/耦连(couple)到HRSG56的燃气涡轮发动机150的一部分的示意图。图22中的元件与在之前的附图中所示的那些元件被标以相同的参考数字。在图示的实施例中，混合装置274(例如，混合物)将排气60分成第一排气和第二排气并且组合第一排气和第二排气以产生混合排气276。如图22所示，燃气涡轮发动机150包括排气注入系统540，其将增压排气(例如，排气42、排气60、或排气66或它们的任意组合)注入混合装置274。在各种实施例中，增压排气可以是在基于涡轮的服务系统14内存在或产生的任意低含氧气体，其压力高于排气部270的压力。例如，增压排气可以是从燃烧器160或从压缩机部152的一个或多个级抽出的排气42。如在下文中详细描述的，增压排气的注入可以进一步改善第一排气和第二排气的混合，以产生混合排气276。例如，增压排气的注入可以进一步均匀混合排气276中的任何空间变化，这可以增加催化剂系统280的催化剂性能，如上面详细描述的。在某些实施例中，排气注入系统540可以被布置在混合装置274的上游。
在图22中所示，增压排气(例如，排气42、排气60、或排气66或它们的任意组合)到排气注入系统540的流动可以通过使用控制元件294例如，控制阀)调节。此外，催化剂系统传感器542可以被布置在催化剂系统280内并且被用于提供催化剂系统280状态的指示。在某些实施例中，多个催化剂系统传感器542(例如，网格)可以位于催化剂系统280内。催化剂体系传感器542可以提供催化剂系统280内压力、温度、流速和/或成分的指示。控制系统100可以接收来自催化剂系统传感器542、上游传感器288、或下游传感器290或它们的任何组合的至少一个的输入信号286，以确定是否使用控制元件294(例如，控制阀)调整到排气注入系统540的增压排气的流速。例如，多个催化剂系统传感器542可以指示该催化剂系统280的某些部分处于比其它部分更高的温度，这可以指示混合排气276的不均匀分布。作为响应，控制系统100可以增加到排气注入系统540的增压排气的流量，以帮助提高混合排气276的均匀性。
图23是混合装置274的实施例的轴向横截面示图。图23中的元件与在之前的附图中所示的那些元件被标以相同的参考数字。在图示的实施例中，排气注入系统540将增压排气(例如，排气42、排气60、或排气66或它们的任意组合)注入混合装置274。具体而言，排气注入系统540包括一个或多个注入结构550，以将增压排气传送到混合装置274的各部分。在某些实施例中，每个注入结构550可以是喷管(tube)、射管(pipe)、导管(condit)或经配置以传送增压排气的其它结构。在具体的实施例中，每个注入结构550可以沿着布置在所述排气部270和/或混合装置274(例如，用于第一部314的支撑结构)内的一个或多个支撑结构设置(route)。此外，一个或多个注入结构550可包括多个注入开口552，以使该增压排气能够与第一排气318和/或第二排气320混合。例如，在各种实施例中，基于期望混合排气276的额外均匀化，排气注入系统540可被用于将增压排气注入到第一部314、第二部316或两个部314和316内。在进一步的实施例中，排气注入系统540可以被配置为具有低的压力降，从而增加燃气涡轮发动机150的效率和/或提高排气部270的压力恢复。例如，注入结构550可具有空气动力学横截面形状。在其它实施例中，可以想象到的是注入结构550和注入开口552的其它构造也可以被用于排气注入系统540。
如上所述，燃气涡轮发动机150的某些实施例可包括具有经配置以产生燃烧产物的一个或多个燃烧器160的燃烧器部154。此外，燃气涡轮发动机150可包括在上游端266和下游端268之间具有一个或多个涡轮级174的涡轮部156，并且排气部270被布置在下游端268下游。混合装置274可以被联结/耦连(couple)到排气部270。混合装置274可以将排气60分为第一排气318和第二排气320，并且在混合区域322内组合第一排气318和第二排气320，以产生混合排气276。作为该处理的结果是，该混合排气276可具有比排气60更均匀的径向和/或周向分布属性。例如，混合排气276的压力、温度、流速和/或成分的一个或多个可以比排气60在径向和/或周向上更均匀。混合排气276的改善后的径向和/或周向均匀性可以对下游设备和处理产生积极影响。例如，混合排气276的成分的改善后的径向和/或圆周均匀性可以提高催化剂部280的性能。另外，混合装置274的配置可以具有低的压力降，从而提高排气部270的总压力恢复。因此，使用混合装置274可以提高SEGR燃气涡轮系统52的总体效率和成本效益。
附加描述
本发明的实施例提供了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。事实上，目前这类组合的所有变换组合是可预想的。通过示例的方式，提供以下条款以作为本公开的进一步描述：
实施例1.一种系统，其包含：燃烧器部、涡轮部、排气部和混合装置。所述燃烧器部具有被配置以产生燃烧产物的一个或多个燃烧器；所述涡轮部在上游端和下游端之间具有一个或多个涡轮级，其中所述一个或多个涡轮级被所述燃烧产物驱动；所述排气部被布置在所述涡轮部的所述下游端的下游，其中所述排气部具有被配置为接收作为排气的所述燃烧产物的排气通路；所述混合装置被布置在所述排气部内，并且被配置为将所述排气分成第一排气和第二排气，并在混合区域内组合第一排气和第二排气，以产生混合排气。
实施例2.根据实施例1所述的系统，其中所述混合装置包含经配置为将所述第一排气传送到所述混合区域的第一部和经配置为将所述第二排气传送到所述混合区域的第二部，其中所述第二部周向围绕所述第一部。
实施例3.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第一部围绕所述混合装置的纵向轴被布置，并且所述第二部包含围绕所述第一部的环形形状。
实施例4.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第二部包含经配置为传送所述第二排气到所述混合区域的多个开口。
实施例5.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述多个开口围绕所述第二部均匀地周向分布。
实施例6.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述多个开口的每个具有从所述混合装置的纵向轴偏移取向的轴，使得所述多个开口被配置为施加游涡运动到所述第二排气。
实施例7.根据任一前述实施例所述的系统，内部环形壁；围绕所述内部环形壁的外部环形壁；和布置在所述内部环形壁和外部环形壁之间的环形通路，其中所述环形通路被配置为将所述第二排气传送到所述混合区域。
实施例8.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述内部环形壁包括圆柱形形状或锥形形状。
实施例9.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述内部环形壁朝所述混合装置的下游端收敛，或朝所述下游端发散。
实施例10.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述内部环形壁是直的或弯曲的。
实施例11.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第一部包含波瓣混合器、扇形波瓣混合器、多波瓣混合器、成角度波瓣混合器、肋状波瓣混合器或锯齿波瓣混合器或它们的任意组合中的至少一个。
实施例12.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第一部包括具有交替的第一开放式通路和第二开放式通路的环形正弦形状的波瓣混合器，所述第一开放式通路被配置为引导所述第一排气的第一部分远离所述混合装置的纵向轴，并且所述第二开放式通路被配置为朝所述纵向轴引导所述第一排气的第二部分。
实施例13.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第一部包含经配置为将所述第一排气分成内部第一排气和外部第一排气的波瓣混合器。
实施例14.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述波瓣混合器被配置使得所述内部第一排气和外部第一排气彼此发散。
实施例15.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述波瓣混合器被配置为施加漩涡运动到所述第一排气。
实施例16.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第一部被配置为在第一方向上施加漩涡运动到所述第一排气，所述第二部被配置为在第二方向上施加漩涡运动到所述第二排气，以及所述第一方向与所述第二方向是彼此相反的。
实施例17.根据任一前述实施例所述的系统，包含布置在所述混合装置下游的催化剂，其中所述催化剂被配置为处理来自所述混合装置的所述混合排气，以产生处理过的排气。
实施例18.根据任一前述实施例所述的系统，包含布置在所述催化剂下游的热回收蒸汽发生器(HRSG)，其中所述热回收蒸汽发生器被配置为通过用所述处理过的排气加热水以产生蒸汽。
实施例19.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述混合装置的压力损失小于大约500帕斯卡。
实施例20.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第二部包含涡流发生器、半球形突起、波瓣混合器、开放波瓣混合器或封闭波瓣混合器或者其任意组合的至少一个。
实施例21.根据任一前述实施例所述的系统，包括联结/耦连(couple)到所述燃气涡轮发动机的排气抽取系统，和联结/耦连(couple)到所述排气抽取系统的烃类生产系统。
实施例22.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述燃气涡轮发动机是化学计量的排气再循环(SEGR)燃气涡轮发动机。
实施例23.根据任一前述实施例所述的系统，包含被配置为将增压排气至少注入到所述混合装置、或所述混合装置的上游，或它们的任意组合内的排气注入系统。
实施例24.根据任一前述实施例所述的系统，包含经配置为调节到所述排气注入系统的所述增压排气的流量的控制元件。
实施例25.根据任一前述实施例所述的系统，包含被至少布置在所述混合装置的上游、所述混合装置的下游或布置在所述混合装置下游的催化剂内或它们的任意组合的传感器，其中所述传感器被配置为提供指示温度、压力、流速、或成分或它们的任意组合的信号。
实施例26.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述排气注入系统包含带有被配置为注入所述增压排气的多个注入孔的注入结构。
实施例27.一种系统，其包含：被配置为安装在燃气涡轮发动机的涡轮部下游的涡轮排气部，其中所述涡轮排气部包含被配置为接收来自所述涡轮部的排气的排气通路；和布置在所述涡轮排气部内的混合装置，其中所述混合装置被配置为将所述排气分为第一排气和第二排气，并且组合所述第一排气和第二排气以产生混合排气。
实施例28.根据任一前述实施例所述的系统，包含具有联结/耦连(couple)到所述涡轮部的所述涡轮排气部的所述燃气涡轮发动机。
实施例29.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述燃气涡轮发动机包含：在上游端和下游端之间具有一个或多个涡轮级的涡轮部；燃烧器部，其具有被配置为产生燃烧产物以驱动所述涡轮部中所述一个或多个涡轮级的涡轮燃烧器；以及具有由所述涡轮部驱动的排气压缩机的压缩机部，其中所述排气压缩机被配置为压缩并且输送所述排气到所述涡轮燃烧器；其中所述涡轮排气部被联结/耦连(couple)到所述涡轮部的所述下游端下游的所述燃气涡轮发动机。
实施例30.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述燃气涡轮发动机是化学计量的排气再循环(SEGR)燃气涡轮发动机。
实施例31.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述混合装置包含配置为将所述第一排气传送到混合区域的第一部和配置为将所述第二排气传送到所述混合区域的第二部，其中所述第二部周向围绕所述第一部。
实施例32.根据任一前述实施例所述的系统，其中第二部包含内部环形壁；围绕所述内部环形壁的外部环形壁；和布置在所述内部环形壁和外部环形壁之间的环形通路，其中所述环形通路被配置为将所述第二排气传送到所述混合区域。
实施例33.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第一部包含波瓣混合器。
实施例34.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第一部被配置为在第一方向上施加漩涡运动到所述第一排气，所述第二部被配置为在第二方向上施加漩涡运动到所述第二排气，以及所述第一方向与所述第二方向是彼此相反的。
实施例35.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述混合装置的压力损失小于大约500帕斯卡。
实施例36.根据任一前述实施例所述的系统，包含被配置为将增压排气至少注入到所述混合装置、或所述混合装置的上游，或它们的任意组合内的排气注入系统。
实施例37，一种系统，其包含：配置为安装到燃气涡轮发动机的涡轮排气部内的涡轮混合装置，其中所述混合装置包含第一部和第二部，所述第一部被配置为将来自所述涡轮排气部的排气的内部部分传送到混合区域，并且所述第二部被配置为将所述排气的外部部分传送到所述混合区域，其中所述第二部周向围绕所述第一部，并且所述混合区域被配置为混合所述排气的内部部分和外部部分以产生混合排气。
实施例38.根据任一前述实施例所述的系统，包含具有安装在所述涡轮排气部中的所述涡轮混合装置的所述燃气涡轮发动机。
实施例39.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第一部围绕所述混合装置的纵向轴布置，并且所述第二部包含围绕所述第一部的环形形状。
实施例40.根据任一前述实施例所述的系统，其中所述第一部包含环形正弦形状，所述环形正弦形状包含交替的第一开放式通路和第二开放式通路，所述第一开放式通路被配置为引导所述排气的内部部分的第一部分远离所述混合装置的纵向轴，并且所述第二开放式通路被配置为朝所述纵向轴引导所述排气的所述内部部分的第二部分。
实施例41.根据任一前述实施例所述的系统，包含被联结/耦连(couple)到所述涡轮混合装置并且被配置为将增压排气注入所述涡轮混合装置的排气注入系统。
实施例42.一种方法，其包含：在涡轮燃烧器的燃烧部分内将燃料与氧化剂和排气燃烧以产生燃烧产物；使用来自所述涡轮燃烧器的所述燃烧产物驱动涡轮；使来自所述涡轮的所述燃烧产物膨胀通过排气部内的排气通路；使用混合装置将来自所述排气部的所述燃烧产物分成第一排气和第二排气；并且使用所述混合装置组合所述第一排气和第二排气以产生混合排气，使得所述混合排气的下游径向均匀性高于所述燃烧产物的上游径向均匀性。
实施例43.根据任一前述实施例所述的方法或系统，包含使用所述混合装置的第一部传送所述第一排气到混合区域；并且使用所述混合装置的围绕所述第一部周向布置的第二部传送所述第二排气到所述混合区域。
实施例44.根据任一前述实施例所述的方法或系统，包含传送所述第二排气通过在所述第二部中形成的多个开口。
实施例45.根据任一前述实施例所述的方法或系统，包含使用所述第一部在第一方向上施加漩涡运动到所述第一排气；并且使用所述第二部在第二方向上施加漩涡运动到所述第二排气，其中所述第一方向与所述第二方向是彼此相反的。
实施例46.根据任一前述实施例所述的方法或系统，包含使用波瓣混合器将所述第一排气分成内部第一排气和外部第一排气，其中所述内部第一排气和外部第一排气彼此发散。
实施例47.根据任一前述实施例所述的方法或系统，其中燃烧包含大致化学计量燃烧所述燃料与所述氧化剂和所述排气。
实施例48.根据任一前述实施例所述的方法或系统，包括抽取所述排气的一部分，并且将排气的该部分输送到烃类生产系统。
实施例49.根据任一前述实施例所述的方法或系统，其包括使用排气注入系统将增压排气至少注入到所述混合装置、或所述混合装置的上游或它们的任意组合内。
本书面说明书使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何被并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括对于本领域技术人员可以发生的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构元件，则它们也在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种系统，其包含：
燃气涡轮发动机，其包含：
燃烧器部，所述燃烧器部具有被配置以产生燃烧产物的一个或多个燃烧器；
涡轮部，所述涡轮部在上游端和下游端之间具有一个或多个涡轮级，其中所述一个或多个涡轮级被所述燃烧产物驱动；
排气部，所述排气部被布置在所述涡轮部的所述下游端的下游，其中所述排气部具有被配置为接收作为排气的所述燃烧产物的排气通路；以及
混合装置，所述混合装置布置在所述排气部内，其中所述混合装置被配置为将所述排气分成第一排气和第二排气，并在混合区域内组合所述第一排气和第二排气，以产生混合排气。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述混合装置包含配置为将所述第一排气传送到所述混合区域的第一部和配置为将所述第二排气传送到所述混合区域的第二部，其中所述第二部周向围绕所述第一部。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一部围绕所述混合装置的纵向轴被布置，并且所述第二部包含围绕所述第一部的环形形状。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第二部包含配置为传送所述第二排气到所述混合区域的多个开口。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述第二部包含：
内部环形壁；
围绕所述内部环形壁的外部环形壁；以及
布置在所述内部环形壁和外部环形壁之间的环形通路，其中所述环形通路被配置为将所述第二排气传送到所述混合区域。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一部包含波瓣混合器、扇形波瓣混合器、多波瓣混合器、成角度波瓣混合器、肋状波瓣混合器或锯齿波瓣混合器或它们的任意组合中的至少一个。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一部包括具有交替的第一开放式通路和第二开放式通路的环形正弦形状的波瓣混合器，所述第一开放式通路被配置为引导所述第一排气的第一部分远离所述混合装置的纵向轴，并且所述第二开放式通路被配置为朝所述纵向轴引导所述第一排气的第二部分。
8.根据权利要求1所述的系统，包含布置在所述混合装置下游的催化剂，其中所述催化剂被配置为处理来自所述混合装置的所述混合排气，以产生处理过的排气。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二部包含涡流发生器、半球形突起、波瓣混合器、开放波瓣混合器、或封闭波瓣混合器或者其任意组合的至少一个。
10.根据权利要求1所述的系统，包含联结/耦连到所述燃气涡轮发动机的排气抽取系统，和联结/耦连到所述排气抽取系统的烃类生产系统。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述燃气涡轮发动机是化学计量的排气再循环即SEGR燃气涡轮发动机。
12.根据权利要求1所述的系统，包含被配置为将增压排气至少注入到所述混合装置、或所述混合装置的上游，或它们的任意组合内的排气注入系统。
13.一种系统，其包含：
被配置为安装在燃气涡轮发动机的涡轮部下游的涡轮排气部，其中所述涡轮排气部包含被配置为接收来自所述涡轮部的排气的排气通路；以及
布置在所述涡轮排气部内的混合装置，其中所述混合装置被配置为将所述排气分为第一排气和第二排气，并且组合所述第一排气和第二排气以产生混合排气。
14.根据权利要求13所述的系统，包含具有联结/耦连到所述涡轮部的所述涡轮排气部的所述燃气涡轮发动机。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述燃气涡轮发动机包含：
在上游端和下游端之间具有一个或多个涡轮级的涡轮部；
燃烧器部，其具有被配置为产生燃烧产物以驱动所述涡轮部中所述一个或多个涡轮级的涡轮燃烧器；以及
压缩机部，其具有由所述涡轮部驱动的排气压缩机，其中所述排气压缩机被配置为压缩并且输送所述排气到所述涡轮燃烧器；
其中所述涡轮排气部被联结/耦连到所述涡轮部的所述下游端下游的所述燃气涡轮发动机。
16.一种方法，其包含：
在涡轮燃烧器的燃烧部分内将燃料与氧化剂和排气燃烧以产生燃烧产物；
使用来自所述涡轮燃烧器的所述燃烧产物驱动涡轮；
使来自所述涡轮的所述燃烧产物膨胀通过排气部内的排气通路；
使用混合装置将来自所述排气部的所述燃烧产物分成第一排气和第二排气；以及
使用所述混合装置组合所述第一排气和第二排气以产生混合排气，使得所述混合排气的下游径向均匀性高于所述燃烧产物的上游径向均匀性。
17.根据权利要求16所述的方法，其包含：
使用所述混合装置的第一部传送所述第一排气到混合区域；以及
使用所述混合装置的围绕所述第一部周向布置的第二部传送所述第二排气到所述混合区域。
18.根据权利要求17所述的方法，其包含传送所述第二排气通过在所述第二部中形成的多个开口。
19.根据权利要求17所述的方法，其包含：
使用所述第一部在第一方向上施加漩涡运动到所述第一排气；以及
使用所述第二部在第二方向上施加漩涡运动到所述第二排气，其中所述第一方向与所述第二方向是彼此相反的。
20.根据权利要求16所述的方法，其包含：
使用波瓣混合器将所述第一排气分成内部第一排气和外部第一排气，其中所述内部第一排气和外部第一排气彼此发散。
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