CN107076033B - 用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

非暂态计算机可读介质存储可由电子装置的处理器执行的指令。该指令包含确定在联接到EGR燃气涡轮机系统的电网中发生瞬态事件的指令，其中，该瞬态事件为欠频或欠压事件。该指令也包含响应于在EGR燃气涡轮机系统在非化学计量燃烧模式中运行时的瞬态事件，增加至该EGR燃气涡轮机系统的燃烧器的燃料的流率的指令。该指令进一步包含响应于在EGR燃气涡轮机系统在化学计量燃烧模式中运行时的瞬态事件，在增加至燃烧器的燃料的流率之前增加至该燃烧器的氧化剂的流率，或者减少电力的本地消耗以增加输出到附接电网的电力的一部分，或者这两者的指令。

Description

用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年12月30日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR ASTOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM(用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法)”的美国非临时专利申请No.14/585,950以及于2014年1月27日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR A STOICHIOMETRIC EXHAUST GASRECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM(用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法)”的美国临时专利申请No.61/932,178的优先权和权益，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。
技术领域
本文所公开的主题涉及燃气涡轮机系统，并且更具体地，涉及燃气涡轮机驱动的发电厂。
背景技术
燃气涡轮机发动机应用领域广泛，例如发电、飞行器以及各种机器。燃气涡轮机发动机通常在燃烧器部中利用氧化剂(例如，空气)燃烧燃料以生成热燃烧产物，该热燃烧产物接着驱动涡轮机部的一个或更多个涡轮机级。涡轮机部进而驱动压缩机部的一个或更多个压缩机级，从而将进气的氧化剂连同燃料一起压缩到燃烧器部中。再者，燃料与氧化剂在燃烧器部中混合，并接着燃烧以产生热燃烧产物。根据燃烧状况，这些燃烧产物可包含未燃烧燃料、残留氧化剂和各种排放物(例如，氮氧化物)。此外，燃气涡轮机发动机通常消耗大量的作为氧化剂的空气，并输出相当量的排气到大气中。换句话说，排气通常作为燃气涡轮机运行的副产物被浪费掉。
发明内容
范围与最初要求保护的本发明匹配的特定实施例在下面概述。这些实施例并不旨在限制要求保护的本发明的范围，而是这些实施例仅旨在提供本发明可能形式的简短概括。实际上，本发明可涵盖可与下面阐述的实施例类似或不同的各种形式。
在实施例中，方法包含：在排气再循环(EGR)燃气涡轮机系统的燃烧器中燃烧燃料和氧化剂，该排气再循环(EGR)燃气涡轮机系统产生电力并向电网提供电力的一部分。该方法包含：响应于与电网相关联的瞬态事件，控制EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个参数以增加提供至电网的电力的部分。此外，控制包含下列项中的一项或更多项：(A)响应于在EGR燃气涡轮机系统在贫燃料燃烧模式中运行时的瞬态事件，增加至燃烧器的燃料的流率；(B)响应于该瞬态事件，增加在燃烧器中的氧化剂的浓度和/或流率，并响应于氧化剂的增加的浓度和/或流率，增加至燃烧器的燃料的流率以保持在该燃烧器中的大致化学计量当量比；或(C)响应于该瞬态事件减少电力的本地消耗以增加提供至电网的电力的部分。
在另一实施例中，系统包含排气再循环(EGR)燃气涡轮机系统，该排气再循环(EGR)燃气涡轮机系统具有被构造成接收燃料并利用氧化剂燃烧燃料的燃烧器和由来自燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机。该系统包含由涡轮机驱动的发电机，其中，该发电机被构造成生成电力并向电网输出电力的一部分。该系统包含具有闭环控制器和开环控制器的控制系统，该闭环控制器被构造成控制EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个参数，该开环控制器被构造成响应于瞬态事件，临时控制该EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个参数以增加输出至电网的电力的部分。此外，该开环控制器被构造成：响应于在EGR燃气涡轮机系统在非排放合规(compliant)模式中运行时的瞬态事件，提供控制信号以增加至燃烧器的燃料的流率；以及响应于在该EGR燃气涡轮机系统在排放合规模式中运行时的瞬态事件，提供控制信号以增加燃烧器中的氧化剂的浓度或减少电力的本地消耗，或这两者。
在另一实施例中，非暂态计算机可读介质存储可由电子装置的处理器执行的指令。该指令包含确定联接到EGR燃气涡轮机系统的电网中发生瞬态事件的指令，其中，该瞬态事件为欠频或欠压事件。该指令也包含响应于在EGR燃气涡轮机系统在非化学计量燃烧模式中运行时的瞬态事件，增加至该EGR燃气涡轮机系统的燃烧器的燃料的流率的指令。该指令进一步包含响应于在EGR燃气涡轮机系统在化学计量燃烧模式中运行时的瞬态事件，在增加至燃烧器的燃料的流率之前增加至该燃烧器的氧化剂的流率，或者减少电力的本地消耗以增加输出到附接电网的电力的一部分，或这两者的指令。
附图说明
当参照附图阅读下列具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更加容易理解，其中，在整个附图中，相同符号表示相同部件，其中：
图1为具有联接到碳氢化合物生产系统的基于涡轮机的服务系统的系统的实施例的示意图；
图2为图1的系统的实施例的示意图，进一步示出控制系统和组合循环系统；
图3为图1和图2的系统的实施例的示意图，进一步示出燃气涡轮机发动机、排气供应系统和排气处置系统的细节；
图4为用于运行图1至图3的系统的过程的实施例的流程图；
图5为根据本方法的实施例的燃气涡轮机系统(诸如，超低排放技术(ULET)发电厂)的实施例的示意图示部分；
图6为图5的燃气涡轮机系统的示意图，该图示出增压氧化剂压缩机(BOC)系统的实施例；
图7为图5的燃气涡轮机系统的示意图，该图示出排气(EG)供应系统的实施例；以及
图8为示出根据本方法的实施例的针对在启动期间的燃气涡轮机系统的不同加载分布图(loading profile)的当量比随负荷变化的曲线图。
具体实施方式
本发明的一个或更多个具体的实施例将在下面描述。在提供这些实施例的简要描述的工作中，实际实施方式的所有特征可能不在本说明书中进行描述。应当明白，在作为工程或设计项目的任何此类实际实施方式的开发中，做出众多与实施方式相关的决定以实现指定目标，诸如符合在不同实施方式中彼此不同的系统相关和/或商业相关约束。而且，应当明白，此类工作可能是复杂和费时的，然而，对本领域的普通技术人员来说，承担具有本公开益处的设计、装配和制造仍然是例行工作。
详细示例实施例在本文公开。然而，本文公开的特定结构和功能细节仅仅表示描述示例实施例的目的。然而，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，在示例实施例能够进行各种更改和替换形式时，其实施例借助于附图中的示例示出并将在本文中详细描述。然而，应当理解，本发明并不旨在将示例实施例限制在所公开的特定形式，而是相反，示例实施例旨在覆盖落入本发明的范围内的所有更改、等效物和替代。
本文所使用术语仅用于描述某些实施例，并不旨在限制示例实施例。如本文所用，单数形式“一个(a、an)”、“该(the)”旨在也包含复数形式，除非上下文明确指出。术语“包括(comprises/comprising)”和/或“包含(includes/including)”当用于本文时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
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要素与另一个要素区分开。例如但不限于，在没有偏离示例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”包含一个或更多个关联列出项目的任何一个和全部组合。
仅为了方便读者，特定术语可以被用于本文中，但是不应被视为本发明的范围的限制。例如，词组像“上面”、“下面”、“左侧”、“右侧”、“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“水平的”、“垂直的”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”等；仅描述在附图中示出的构形。实际上，本发明的实施例的一个或更多个元件可以在任何方向取向，且因此，所述术语应当被理解为涵盖此类变化，除非以其他方式指出。
如下面所详细论述的，所公开的实施例通常涉及具有排气再循环(EGR)的燃气涡轮机系统，且特别地，涉及使用EGR的燃气涡轮机系统的化学计量操作。例如，燃气涡轮机系统可被配置成沿排气再循环路径再循环排气，连同至少一些再循环排气一起化学计量燃烧燃料和氧化剂，并收集排气用于各种目标系统。排气再循环连同化学计量燃烧可帮助增加排气中二氧化碳(CO2)的浓度水平，该排气然后能够被后处理以分离和提纯CO2和氮气(N2)以用于各种目标系统。燃气涡轮机系统也可采用沿排气再循环路径的各种排气处置(例如，热回收、催化反应等)，从而增加CO2的浓度水平、减少其它排放(例如，一氧化碳、氮氧化物以及未燃烧碳氢化合物)的浓度水平并增加能量回收(例如，用热回收单元)。此外，燃气涡轮机发动机可被配置成与一个或更多个扩散火焰(例如，使用扩散燃料喷嘴)、预混合火焰(例如，使用预混合燃料喷嘴)或它们的任何组合来燃烧燃料和氧化剂。在某些实施例中，扩散火焰可帮助将化学计量燃烧稳定性和操作保持在特定限度内，这进而有助于增加CO2的产量。例如，与用预混合火焰运行的燃气涡轮机系统相比，用扩散火焰运行的燃气涡轮机系统可使更大量的EGR可行。EGR的增加量进而帮助增加CO2产量。可能的目标系统包含管道、储罐、固碳(carbon sequestration)系统，以及碳氢化合物生产系统，诸如提高原油采收率(EOR)系统。
具体地，本实施例涉及燃气涡轮机系统，即包含超低排放技术(ULET)发电厂的化学计量排气再循环(EGR)系统。这些系统通常包含联接到电网并生成用于电网的电力的至少一个燃气涡轮机发动机。例如，本实施例包含具有一个或更多个发电机的ULET发电厂，该一个或更多个发电机将由一个或更多个EGR燃气涡轮机发动机所提供的机械功率的一部分转换为用于输送到电网的电力。应明白，此ULET发电厂可尝试对电网中的瞬态事件(例如，电压和/或频率的快速变化的周期)做出响应。例如，通过增加一个或更多个燃气涡轮机的机械功率输出以便增加一个或更多个发电机的电力输出，ULET发电厂可对瞬态事件做出响应并解决该瞬态事件。通过具体示例，电网上的瞬态事件可包含频率下降(例如，电网频率下降1％)以及ULET发电厂可在特定时间窗(例如，在瞬态事件开始的约10秒内)内增加其电力输出(例如，拾取发电厂的额定基本负荷容量的10％)，以解决该瞬态事件。例如，对瞬态事件的响应可包含快速增加至SEGR燃气涡轮机系统的燃烧器的氧化剂和燃料流二者，从而保持大致化学计量燃烧同时增加功率输出。遗憾的是，在没有所公开的实施例的情况下，使用SEGR燃气涡轮机系统供电的ULET可能不具有任何过量的氧化剂(例如，空气或氧气)，从而能对瞬态事件做出快速响应，因为SEGR系统在燃料和氧化剂的化学计量比下运行或者接近燃料和氧化剂的化学计量比运行。
因此，如下面更详细阐述的，本实施例涉及用于控制发电SEGR燃气涡轮机系统(例如，ULET发电厂)的部件以快速增加该系统的机械功率输出和/或电力输出以便解决附接电网中的瞬态事件(例如，频率和/或电压下降)的方法。具体地，某些实施例可能够使ULET发电厂快速增加燃烧器中的可用氧化剂的量以便快速增加系统的可用机械功率和电力。另外，某些实施例可能够使ULET发电厂在发电厂加载期间(例如，在启动期间)，增加燃烧器中的可用氧化剂的量以解决在发电厂在非排放合规的模式中运行时发生的瞬态电网事件。其它当前公开的实施例可能够使ULET发电厂禁用ULET发电厂的某些部件(例如，产气压缩机)以便减少或限制在发电厂内的电力消耗，这可暂时增加从发电厂输出的电力量以支持在瞬态事件期间的电网。另外，本实施例能够使控制系统利用闭环和开环控制策略的组合，并且可进一步允许ULET发电厂在超出某些程序化运行约束或限制(例如，燃气涡轮机发动机的扭矩限制)的状态下临时运行以便解决电网上的瞬态事件。
考虑到上述实施例，图1为具有与基于涡轮机的服务系统14相关联的碳氢化合物生产系统12的系统10的实施例的示意图。如下面进一步详细论述的，基于涡轮机的服务系统14的各种实施例被构造成向碳氢化合物生产系统12提供促进油和/或气生产或回收的各种服务，诸如电力、机械功率和流体(例如，排气)。在所示出的实施例中，碳氢化合物生产系统12包含油/气抽取系统16和联接到地下储层20(例如，油、气或碳氢化合物储层)的提高原油采收率(EOR)系统18。油/气抽取系统16包含各种地面设备22，诸如联接到油/气井26的采油树或生产树24。而且，井26可包含一个或更多个管件28，其延伸通过地球32中的钻孔30至地下储层20。树24包含一个或更多个阀、扼流圈、隔离套、防喷器以及各种流量控制装置，其调节压力并控制到地下储层20和来自该地下储层20的流量。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)的流量，EOR系统18可通过将一种或更多种流体喷射到地下储层20中以增加油或气的生产。
因此，EOR系统18可包含流体喷射系统34，其具有一个或更多个管件36，该一个或更多个管件36延伸通过地球32中的孔38至地下储层20。例如，EOR系统18可以将一种或更多种流体40(例如，气体、蒸汽、水、化学物或其任何组合)传送到流体喷射系统34中。例如，如下面所进一步详细论述的，EOR系统18可被联接到基于涡轮机的服务系统14，使得系统14将排气42(例如，基本没有氧或完全没有氧)传送到EOR系统18以用作喷射流体40。流体喷射系统34将流体40(例如，排气42)传送通过一个或更多个管件36到地下储层20中，如箭头44所指示的。喷射流体40通过与油/气井26的管件28距离偏移距离46的管件36进入地下储层20。因此，喷射流体40置换沉积在地下储层20中的油/气48，并通过碳氢化合物生产系统12的一个或更多个管件28驱动油/气48上升，如箭头50所指示的。如下面所进一步详细论述的，喷射流体40可包括源自基于涡轮机的服务系统14的排气42，该基于涡轮机的服务系统14能够生成在碳氢化合物生产系统12所需的现场排气42。换句话说，基于涡轮机的系统14可同时生成供碳氢化合物生产系统12使用的一种或更多种服务(例如，电力、机械功率、蒸汽、水(例如，淡化水)以及排气(例如，基本没有氧))，从而减少或消除此类服务对外部源的依赖。
在所示出的实施例中，基于涡轮机的服务系统14包含化学计量排气再循环(SEGR)燃气涡轮机系统52和排气(EG)处置系统54。燃气涡轮机系统52可被配置成在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)(诸如贫燃料控制模式或富燃料控制模式)中运行。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。具体地，化学计量燃烧通常包括在燃烧反应中基本消耗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/氧化剂比相对于化学计量燃料/氧化剂比的比。大于1.0的当量比产生燃料和氧化剂的富燃料燃烧，反之，小于1.0的当量比产生燃料和氧化剂的贫燃料燃烧。相反，1.0的当量比产生既不是富燃料又不是贫燃料的燃烧，从而在燃烧反应中基本消耗所有的燃料和氧化剂。在所公开实施例的背景下，术语“化学计量”或“基本化学计量”可指约0.95到约1.05的当量比。然而，所公开的实施例也可包含1.0加上或减去0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的当量比。再者，在基于涡轮机的服务系统14中的燃料和氧化剂的化学计量燃烧可产生基本没有未燃烧燃料或氧化剂剩下的燃烧产物或排气(例如，42)。例如，排气42可具有小于1、2、3、4或5体积百分比的氧化剂(例如，氧)、未燃烧燃料或碳氢化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOx)、氢和其它未完全燃烧产物。通过进一步示例，排气42可以具有小于约每百万份体积的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份(ppmv)的氧化剂(例如，氧)、未燃烧燃料或碳氢化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOx)、氢和其它未完全燃烧产物。然而，所公开实施例也可在排气42中产生其它范围的残留燃料、氧化剂和其它排放水平。如本文所使用的，术语排放、排放水平和排放目标可指的是特定燃烧产物(例如，NOx、CO、SOx、O2、N2、H2、HC等)的浓度水平，其可以存在于再循环气体流、排出的气体流(例如，排放到大气中)以及用于各种目标系统(例如，碳氢化合物生产系统12)中的气体流中。
虽然SEGR燃气涡轮机系统52和EG处置系统54可在不同实施例中包含各种部件，所示出的EG处置系统54包括接收和处理源自SEGR燃气涡轮机系统52的排气60的热回收蒸汽发生器(HRSG)56以及排气再循环(EGR)系统58。HRSG 56可以包括一个或更多个热交换器、冷凝器和各种热回收设备，所述设备集中起将排气60的热传递给水流从而生成蒸汽62的作用。蒸汽62可被用在一个或更多个蒸汽涡轮机、EOR系统18或碳氢化合物生产系统12的任何其他部分中。例如，HRSG 56可以生成低压、中压和/或高压蒸汽62，其可以被选择性应用于低压、中压和高压蒸汽涡轮机级或EOR系统18的不同应用。除了蒸汽62之外，处理水64(例如，淡化水)可以通过HRSG56、EGR系统58和/或EG处置系统54的其他部分或SEGR燃气涡轮机系统52生成。处理水64(例如，淡化水)在例如内陆或沙漠地区的水短缺区域会是特别有用的。处理水64可以至少部分由于驱动SEGR燃气涡轮机系统52内燃料燃烧的大体积空气生成。虽然蒸汽62和水64的现场生成可能在许多应用中是有益的(包含碳氢化合物生产系统12)，排气42、60的现场生成对EOR系统18可能是特别有益的，这是由于来源于SEGR燃气涡轮机系统52的其低氧含量、高压和热量。因此，HRSG 56、EGR系统58和/或EG处置系统54的另一部分可输出排气66或将排气66再循环到SEGR燃气涡轮机系统52中，同时还将排气42传送到EOR系统18以与碳氢化合物生产系统12一起使用。同样，排气42可从SEGR燃气涡轮机系统52直接抽取(即，没有经过EG处置系统54)，以用于碳氢化合物生产系统12的EOR系统18。
排气再循环通过EG处置系统54的EGR系统58来处理。例如，EGR系统58包含一个或更多个管道、阀、鼓风机、排气处理系统(例如，过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化单元、热交换器、热回收单元、水分去除单元、催化剂单元、化学物喷射单元或它们的任何组合)以及控制装置，以将排气沿排气再循环路径从SEGR燃气涡轮机系统52的输出端(例如，排放的排气60)再循环到输入端(例如，进气排气66)。在所示出的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52将排气66吸入到具有一个或更多个压缩机的压缩机部，从而将排气66压缩连同氧化剂68和一个或更多个燃料70的吸气供燃烧器部使用。氧化剂68可包括环境空气、纯氧、富氧空气、氧减少空气、氧-氮混合物或促进燃料70燃烧的任何合适氧化剂。燃料70可包括一种或更多种气体燃料、液体燃料或它们的任何组合。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、乙醇、甲醇、生物燃料或它们的任何组合。
SEGR燃气涡轮机系统52在燃烧器部中混合并燃烧排气66、氧化剂68和燃料70，从而生成热燃烧气体或排气60，以驱动涡轮机部中的一个或更多个涡轮机级。在某些实施例中，在燃烧器部中的每个燃烧器包含一个或更多个预混合燃料喷嘴、一个或更多个扩散燃料喷嘴或它们的任何组合。例如，每个预混合燃料喷嘴可被配置成在内部混合在燃料喷嘴内和/或部分在该燃料喷嘴上游的氧化剂68和燃料70，从而将氧化剂燃料混合物从燃料喷嘴喷射到用于预混合燃烧(例如，预混合火焰)的燃烧区中。通过进一步示例，每个扩散燃料喷嘴可被配置成将燃料喷嘴内的氧化剂68流与燃料70流隔离，从而将来自燃料喷嘴的氧化剂68和燃料70分别喷射到用于扩散燃烧(例如，扩散火焰)的燃烧区中。具体地，通过扩散燃料喷嘴提供的扩散燃烧延迟氧化剂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，扩散火焰可提供增加的火焰稳定性，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(即，在氧化剂68与燃料70在混合时)形成。在某些实施例中，一种或更多种稀释剂(例如，排气60、蒸汽、氮或另一惰性气体)可在扩散燃料喷嘴或预混合燃料喷嘴中与氧化剂68、燃料70或两者预混合。此外，一种或更多种稀释剂(例如，排气60、蒸汽、氮或另一惰性气体)可在每个燃燃烧器内的燃烧点处或在其下游被喷射到燃烧器中。使用这些稀释剂可帮助调剂火焰(例如，预混合火焰或扩散火焰)，从而帮助减少NOx(诸如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2))排放。与火焰的类型无关，燃烧产生热燃烧气体或排气60，以驱动一个或更多个涡轮机级。在每个涡轮机级被排气60驱动时，SEGR燃气涡轮机系统52生成机械功率(M)72和/或电力(E)74(例如，经由发电机)。系统52也输出排气60，并且可进一步输出水64。再者，水64可为处理水，诸如淡化水，这在各种现场或非现场应用中是有用的。
排气抽取也由使用一个或更多个抽取点76的SEGR燃气涡轮机系统52提供。例如，所示出的实施例包含具有排气(EG)抽取系统80和排气(EG)处理系统82的排气(EG)供应系统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应或分配排气42。目标系统可包含EOR系统18和/或其它系统，诸如管道86、储罐88或固碳系统90。EG抽取系统80可包含一个或更多个管道、阀、控制装置和流分离件，这促进排气42与氧化剂68、燃料70以及其它杂质的隔离，同时也控制被抽取排气42的温度、压力和流率。EG处理系统82可包含一个或更多个热交换器(例如，热回收单元，诸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、不透水过滤器以及其它过滤器)、化学物喷射系统、溶剂型处理系统(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/或溶剂型处理系统、排气压缩机或它们的任何组合。EG处理系统82的这些子系统能够控制温度、压力、流率、水分含量(例如，水去除量)、微粒含量(例如，微粒去除量)以及气体成分(例如，CO2、N2等的百分比)。
根据目标系统，被抽取排气42通过EG处理系统82的一个或更多个子系统进行处理。例如，EG处理系统82可引导全部或部分排气42通过碳收集系统、气体分离系统、气体净化系统和/或溶剂型处理系统，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以供各种目标系统使用。例如，EG处理系统82的实施例可执行气体分离和净化以产生排气42的多个不同流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(例如，富CO2贫N2流)的第一成分。第二流97可具有含有在中间浓度水平的二氧化碳和/或氮气(例如，中间浓度CO2、N2流)的第二成分。第三流98可具有贫二氧化碳和/或富氮气(例如，贫CO2富N2流)的第三成分。每个流95(例如，96、97和98)可包含气体脱水单元、过滤器、气体压缩机或它们的任何组合，以促进流95输送到目标系统。在某些实施例中，富CO2贫N2流96可具有大于约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，贫CO2富N2流98可具有小于约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，以及大于约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。中间浓度的CO2、N2流97可具有在约30到70、35到65、40到60或45到55体积百分比之间的CO2纯度或浓度水平和/或N2纯度或浓度水平。虽然前述范围仅仅是非限制性示例，但富CO2贫N2流96和贫CO2富N2流98可能特别适合与EOR系统18和其它系统84一起使用。然而，这些富、贫或中间浓度CO2流95中的任何一个可单独或以各种组合与EOR系统18和其它系统84一起使用。例如，EOR系统18和其它系统84(例如，管道86、储罐88以及固碳系统90)均可以接收一个或更多个富CO2贫N2流96、一个或更多个贫CO2富N2流98、一个或更多个中间浓度CO2、N2流97、以及一个或更多个未处理的排气42流(即，绕过EG处理系统82)。
EG抽取系统80沿压缩机部、燃烧器部和/或涡轮机部在一个或更多个抽取点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和其它系统84中。EG抽取系统80和/或EG处理系统82还可以循环流体流(例如，排气42)至EG处置系统54和从EG处置系统54循环流体流。例如，经过EG处置系统54的排气42的一部分可以被EG抽取系统80抽取以用于EOR系统18和其它系统84中。在某些实施例中，EG供应系统78和EG处置系统54可彼此独立或集成在一起，并因此可使用单独或共同的子系统。例如，EG处理系统82可被EG供应系统78和EG处置系统54两者使用。从EG处置系统54抽取的排气42可经历多级气体处理，诸如在EG处置系统54中的一个或更多个气体处理级，接着是EG处理系统82中的一个或更多个气体处理附加级。
在每个抽取点76处，由于在EG处置系统54中的基本上化学计量燃烧和/或气体处理，被抽取排气42可基本不含氧化剂68和燃料70(例如，未燃烧的燃料或碳氢化合物)。而且，根据目标系统，被抽取排气42可在EG供应系统78的EG处理系统82中经受进一步处理，从而进一步降低任何残留氧化剂68、燃料70或其它不良燃烧产物。例如，在EG处理系统82中的处理之前或之后，被抽取排气42可具有小于1、2、3、4或5体积百分比的氧化剂(例如，氧)、未燃烧燃料或碳氢化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOx)、氢和其它未完全燃烧产物。通过进一步示例，在EG处理系统82中的处理之前或之后，被抽取排气42可以具有小于约每百万份体积的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份(ppmv)的氧化剂(例如，氧)、未燃烧燃料或碳氢化合物(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。因此，排气42特别适合与EOR系统18一起使用。
涡轮机系统52的EGR运行具体使能在多个位置76处的排气抽取。例如，系统52的压缩机部可被用于压缩没有任何氧化剂68的排气66(即，只压缩排气66)，使得基本上无氧排气42可在输入氧化剂68和燃料70之前从压缩机部和/或燃烧器部抽取。抽取点76可被定位在毗邻压缩机级之间的级间端口处、在沿压缩机排出套管的端口处、在沿燃烧器部中的每个燃烧器的端口处或它们的任何组合。在某些实施例中，排气66可不与氧化剂68和燃料70混合，直到其到达燃烧器部中的每个燃烧器的盖端部和/或燃料喷嘴。而且，一个或更多个流动隔板(例如，壁、分隔器、挡板等)可被用于将氧化剂68和燃料70与抽取点76隔离。利用这些流动隔板，抽取点76可直接沿燃烧器部中每个燃烧器的壁进行布置。
一旦排气66、氧化剂68和燃料70流过该盖端部(例如，通过燃料喷嘴)进入每个燃烧器的燃烧部分(例如，燃烧腔室)中，SEGR燃气涡轮机系统52被控制提供排气66、氧化剂68和燃料70的大致化学计量燃烧。例如，系统52可保持约0.95到约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和未燃烧燃料。因此，燃烧产物(或排气)可从SEGR燃气涡轮机系统52的涡轮机部被抽取以用作被传送到EOR系统18的排气42。沿涡轮机部，抽取点76可被设置在任何涡轮机级处，例如毗邻涡轮机级之间的级间端口处。因此，通过使用任何前述抽取点76，基于涡轮机的服务系统14可生成排气42、抽取排气42并输送排气42到碳氢化合物生产系统12(例如，EOR系统18)以用于地下储层20的油/气48生产。
图2为图1的系统10的实施例的示意图，该图示出被联接到基于涡轮机的服务系统14和碳氢化合物生产系统12的控制系统100。在所示出的实施例中，基于涡轮机的服务系统14包含组合循环系统102，该组合循环系统102包含作为顶循环(topping cycle)的SEGR燃气涡轮机系统52、作为底循环(bottoming cycle)的蒸汽涡轮机104、和HRSG 56以从排气60回收热量以生成用于驱动蒸汽涡轮机104的蒸汽62。再者，SEGR燃气涡轮机系统52接收、混合并化学计量燃烧排气66、氧化剂68和燃料70(例如，预混合火焰和/或扩散火焰)，从而产生排气60、机械功率72、电力74和/或水64。例如，SEGR燃气涡轮机系统52可驱动一个或更多个负荷或机器106，诸如发电机、氧化剂压缩机(例如，主空气压缩机)、齿轮箱、泵、碳氢化合物生产系统12的设备或它们的任何组合。在一些实施例中，机器106可包含其它驱动件，诸如与SEGR燃气涡轮机系统52串联的电动马达或蒸汽涡轮机(例如，蒸汽涡轮机104)。因此，由SEGR燃气涡轮机系统52(以及任何附加驱动件)驱动的机器106的输出可包含机械功率72和电力74。机械功率72和/或电力74可用于向碳氢化合物生产系统12现场提供动力，电力74可被分配到电网或它们的任何组合。机器106的输出还可包含压缩流体，诸如用于吸入到SEGR燃气涡轮机系统52的燃烧部中的压缩氧化剂68(例如，空气或氧)。这些输出中的每个(例如，排气60、机械功率72、电力74和/或水64)可被认为是基于涡轮机的服务系统14的服务。
SEGR燃气涡轮机系统52产生可基本不含氧的排气42、60，并且将这种排气42、60传送到EG处置系统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)并将其输送到碳氢化合物生产系统12和/或其它系统84。如上所讨论的，EG处置系统54可包含HRSG56和EGR系统58。HRSG 56可包含一个或更多个热交换器、冷凝器和各种热回收设备，该热回收设备可被用于回收排气60的热量或将该热量传递给水108以生成用于驱动蒸汽涡轮机104的蒸汽62。类似于SEGR燃气涡轮机系统52，蒸汽涡轮机104可驱动一个或更多个负荷或机器106，从而生成机械功率72和电力74。在所示出的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52和蒸汽涡轮机104被串联布置以驱动相同的机器106。然而，在另一些实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52和蒸汽涡轮机104可单独驱动不同的机器106，以独立生成机械功率72和/或电力74。在蒸汽涡轮机104被来自HRSG 56的蒸汽62驱动时，蒸汽62的温度和压力逐渐减小。因此，蒸汽涡轮机104将使用过的蒸汽62和/或水108再循环回到HRSG 56中，以用于经由排气60的热回收生成另外的蒸汽。除了蒸汽生成之外，HRSG 56、EGR系统58和/或EG处置系统54的另一个部分可产生水64、与碳氢化合物生产系统12一起使用的排气42、以及用作至SEGR燃气涡轮机系统52的输入的排气66。例如，水64可为处理水64，诸如用于其它应用中的淡化水。淡化水在低可用水量的地区是特别有用的。关于排气60，EG处置系统54的实施例可被配置成通过EGR系统58再循环排气60，排气60可经过或不经过HRSG 56。
在所示出的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52具有排气再循环路径110，该排气再循环路径110从系统52的排气出口延伸到排气进口。沿着路径110，排气60经过EG处置系统54，在所示出的实施例中，EG处置系统54包含HRSG 56和EGR系统58。EGR系统58可包含沿路径110串联和/或并联布置的一个或更多个管道、阀、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、水分去除单元、催化剂单元、化学物喷射单元或它们的任何组合)。换句话说，EGR系统58可包含沿在系统52的排气出口与排气进口之间的排气再循环路径110的任何流量控制部件、压力控制部件、温度控制部件、水分控制部件和气体成分控制部件。因此，在具有沿路径110的HRSG 56的实施例中，HRSG 56可被认为是EGR系统58的部件。然而，在某些实施例中，HRSG 56可沿独立于排气再循环路径110的排气路径进行设置。不管HRSG 56是否沿着单独路径或与EGR系统58共用的路径，HRSG 56和EGR系统58吸入排气60并输出再循环排气66、与EG供应系统78(例如，用于碳氢化合物生产系统12和/或其它系统84)一起使用的排气42、或另一种排气输出。再者，SEGR燃气涡轮机系统52吸入、混合和化学计量燃烧排气66、氧化剂68和燃料70(例如，预混合火焰和/或扩散火焰)，以产生用于分配到EG处置系统54、碳氢化合物生产系统12或其它系统84的基本不含氧和不含燃料的排气60。
如上面参照图1所指出的，碳氢化合物生产系统12可包含各种设备，以促进通过油/气井26从地下储层20回收或生产油/气48。例如，碳氢化合物生产系统12可包含具有流体喷射系统34的EOR系统18。在所示出的实施例中，流体喷射系统34包含排气喷射EOR系统112和蒸汽喷射EOR系统114。虽然流体喷射系统34可从各种源接收流体，但是所示出的实施例可从基于涡轮机的服务系统14接收排气42和蒸汽62。由基于涡轮机的服务系统14产生的排气42和/或蒸汽62也可被传送到碳氢化合物生产系统12以用于其它油/气系统116。
排气42和/或蒸汽62的数量、质量和流量可通过控制系统100来控制。控制系统100可完全专用于基于涡轮机的服务系统14，或控制系统100也可以可选提供用于控制碳氢化合物生产系统12和/或其它系统84的控制装置(或促进控制的至少某些数据)。在所示出的实施例中，控制系统100包含控制器118，其具有处理器120、存储器122、蒸汽涡轮机控制装置124、SEGR气体轮机系统控制装置126和机器控制装置128。处理器120可包含单一处理器或两个或更多个冗余处理器，诸如用于控制基于涡轮机的服务系统14的三重冗余处理器。存储器122可包含易失性和/或非易失性存储器。例如，存储器122可包含一个或更多个硬盘驱动器、闪存、只读存储器、随机存取存储器或它们的任何组合。控制装置124、126和128可包含软件和/或硬件控制装置。例如，控制装置124、126和128可包含存储在存储器122中并可由处理器120执行的各种指令或代码。控制装置124被配置成控制蒸汽涡轮机104的运行，SEGR燃气涡轮机系统控制装置126被配置成控制系统52，以及机器控制装置128被配置成控制机器106。因此，控制器118(例如，控制装置124、126和128)可被配置成协调基于涡轮机的服务系统14的各种子系统，以向碳氢化合物生产系统12提供合适的排气42的流。
在控制系统100的某些实施例中，在附图中示出或在本文中描述的每个元件(例如，系统、子系统和部件)包含(例如，直接在这类元件内、在这类元件上游或下游)一个或更多个工业控制特征件，诸如传感器和控制装置，该工业控制特征件在工业控制网络上连同控制器118一起是彼此通信联接的。例如，与每个元件相关联的控制装置可包含专用装置控制器(例如，包含处理器、存储器和控制指令)、一个或更多个致动器、阀、开关和工业控制设备，其基于传感器反馈130、来自控制器118的控制信号、来自用户的控制信号或它们的任何组合进行控制。因此，本文描述的任何控制功能可用控制指令实现，该控制指令由控制器118、与每个元件关联的专用装置控制器或它们的组合存储和/或执行。
为了促进此类控制功能，控制系统100包含在整个系统10中分布的一个或更多个传感器，以获得用于执行各种控制装置(例如控制装置124、126和128)的传感器反馈130。例如，传感器反馈130可从传感器获得，该传感器分布在整个SEGR燃气涡轮机系统52、机器106、EG处置系统54、蒸汽涡轮机104、碳氢化合物生产系统12中，或分布在整个基于涡轮机的服务系统14或碳氢化合物生产系统12的任何其它部件中。例如，传感器反馈130可包含温度反馈、压力反馈、流率反馈、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、机械功率72的输出水平、电力74的输出水平、排气42、60的输出量、水64的输出量或质量或它们的任何组合。例如，传感器反馈130可包含排气42、60的组成，以促进在SEGR燃气涡轮机系统52中的化学计量燃烧。例如，传感器反馈130可包含来自沿氧化剂68的氧化剂供应路径的一个或更多个吸入氧化剂传感器、沿燃料70的燃料供应路径的一个或更多个吸入燃料传感器和沿排气再循环路径110和/或在SEGR燃气涡轮机系统52内布置的一个或更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含温度传感器、压力传感器、流率传感器和组成传感器。排放传感器可包含用于氮氧化物的传感器(例如，NOx传感器)、用于碳氧化物的传感器(例如，CO传感器和CO2传感器)、用于硫氧化物的传感器(例如，SOx传感器)、用于氢的传感器(例如，H2传感器)、用于氧的传感器(例如，O2传感器)、用于未燃烧碳氢化合物的传感器(例如，HC传感器)、或用于未完全燃烧的其它产物的传感器，或它们的任何组合。
通过使用这种反馈130，控制系统100可调节(例如，增加、减少或保持)排气66、氧化剂68和/或燃料70至SEGR燃气涡轮机系统52(除了其它运行参数以外)中的进气流量，以将当量比保持在合适范围内，例如在约0.95到约1.05之间、在约0.95到约1.0之间、在约1.0到约1.05之间或大致在1.0。例如，控制系统100可分析反馈130以监测排气排放(例如，氮氧化物、诸如CO和CO2的碳氧化物、硫氧化物、氢、氧、未燃烧碳氢化合物和未完全燃烧的其它产物的浓度水平)和/或确定当量比，并接着控制一个或更多个部件以调节排气排放(例如，排气42的浓度水平)和/或当量比。受控部件可包含参照附图示出和描述的任何部件，其包含但不限于，沿氧化剂68、燃料70和排气66的供应路径的阀；氧化剂压缩机、燃料泵或在EG处置系统54中的任何部件；SEGR燃气涡轮机系统52的任何部件；或它们的任何组合。受控部件可调节(例如，增加、减少或保持)在SEGR燃气涡轮机系统52内燃烧的氧化剂68、燃料70和排气66的流率、温度、压力或百分比(例如，当量比)。受控部件也可包含一个或更多个气体处理系统，诸如催化剂单元(例如，氧化催化剂单元)、催化剂单元供应装置(例如，氧化燃料、热量、电力等)、气体净化和/或分离单元(例如，溶剂型分离器、吸收器、闪蒸罐等)以及过滤单元。气体处理系统可帮助减少沿排气再循环路径110、通风口路径(例如，排放到大气中)或到EG供应系统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可分析反馈130并控制一个或更多个部件以保持或减少排放水平(例如，排气42、60、95的浓度水平)到目标范围，诸如小于每百万份体积约10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000、5000或10000份(ppmv)。对于排气排放中的每种，例如氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、氢、氧、未燃烧碳氢化合物和未完全燃烧的其它产物的浓度水平，这些目标范围可为相同或不同的。例如，根据当量比，控制系统100可将氧化剂(例如，氧)的排气排放(例如，浓度水平)选择性控制在小于约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)选择性控制在小于约20、50、100、200、500、1000、2500或5000ppmv的目标范围内；以及将氮氧化物(NOX)选择性控制在小于约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可将氧化剂(例如，氧)的排气排放(例如，浓度水平)选择性控制在小于约10、20、30、40、50、60、70、80、90或100ppmv的目标范围内；以及将一氧化碳(CO)选择性控制在小于约500、1000、2000、3000、4000或5000ppmv的目标范围内。在以贫燃料当量比(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可将氧化剂(例如，氧)的排气排放(例如，浓度水平)选择性控制在小于约500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500ppmv的目标范围内；将一氧化碳(CO)选择性控制在小于约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150或200ppmv的目标范围内；以及将氮氧化物(例如，NOx)选择性控制在小于约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，并不旨在限制本公开实施例的范围。
控制系统100还可被联接到本地接口132和远程接口134。例如，本地接口132可包含现场设置在基于涡轮机的服务系统14和/或碳氢化合物生产系统12处的计算机工作站。相反，远程接口134可包含诸如通过互联网连接的不在基于涡轮机的服务系统14和碳氢化合物生产系统12现场设置的计算机工作站。这些接口132和134诸如通过传感器反馈130的一个或更多个图形显示、运行参数等等促进基于涡轮机的服务系统14的监测和控制。
再者，如上所指出的，控制器118包含各种控制装置124、126和128，以促进控制基于涡轮机的服务系统14。蒸汽涡轮机控制装置124可接收传感器反馈130并输出控制命令以促使蒸汽涡轮机104运行。例如，蒸汽涡轮机控制装置124可从HRSG 56、机器106、沿蒸汽62路径的温度和压力传感器、沿水108路径的温度和压力传感器以及指示机械功率72和电力74的各个传感器接收传感器反馈130。同样，SEGR燃气涡轮机系统控制装置126可从沿SEGR燃气涡轮机系统52、机器106、EG处置系统54或它们的任何组合设置的一个或更多个传感器接收传感器反馈130。例如，传感器反馈130可从设置在SEGR燃气涡轮机系统52内部或外部的温度传感器、压力传感器、间隙传感器、振动传感器、火焰传感器、燃料组成传感器、排气组成传感器或它们的任何组合获得。最终，机器控制装置128可以从与机械功率72和电力74相关联的各个传感器以及布置在机器106内的传感器接收传感器反馈130。这些控制装置124、126和128中的每个控制装置使用传感器反馈130改善基于涡轮机的服务系统14的运行。
在所示出的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统控制装置126可执行指令以控制在EG处置系统54、EG供应系统78、碳氢化合物生产系统12和/或其它系统84中的排气42、60、95的数量和质量。例如，SEGR燃气涡轮机系统控制装置126可将排气60中的氧化剂(例如，氧)和/或未燃烧燃料的水平保持在低于适合于与排气喷射EOR系统112一起使用的阈值。在某些实施例中，阈值水平可为小于排气42、60中的氧化剂(例如，氧)和/或未燃烧燃料的1、2、3、4或5体积百分比；或氧化剂(例如，氧)和/或未燃烧燃料(和其它排气排放)的阈值水平可小于排气42、60中的约每百万份体积的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份(ppmv)。通过进一步示例，为了实现这些低水平的氧化剂(例如，氧)和/或未燃烧燃料，SEGR燃气涡轮机系统控制装置126可将在SEGR燃气涡轮机系统52中燃烧的当量比保持在约0.95和约1.05之间。SEGR燃气涡轮机系统控制装置126还可控制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、流率和气体组成保持在用于排气喷射EOR系统112、管道86、储罐88和固碳系统90的适合范围内。如上所讨论的，EG处理系统82可被控制将排气42净化和/或分离为一种或更多种气体流95，诸如富CO2贫N2流96，中间浓度CO2、N2流97，以及贫CO2富N2流98。除了用于排气42、60和95的控制装置以外，控制装置124、126和128可执行一个或更多个指令以将机械功率72保持在合适功率范围内，或将电力74保持在合适频率和电力范围内。
图3为系统10的实施例的示意图，其进一步示出与碳氢化合物生产系统12和/或其它系统84一起使用的SEGR燃气涡轮机系统52的细节。在所示出的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52包含联接到EG处置系统54的燃气涡轮机发动机150。所示出的燃气涡轮机发动机150包括压缩机部152、燃烧器部154以及膨胀器部或涡轮机部156。压缩机部152包含一个或更多个排气压缩机或压缩机级158，诸如以串联布置设置的1到20级旋转压缩机叶片。同样，燃烧器部154包含一个或更多个燃烧器160，诸如围绕SEGR燃气涡轮机系统52的旋转轴线162周向分布的1到20个燃烧器160。而且，每个燃烧器160可包含一个或更多个燃料喷嘴164，其被配置成喷射排气66、氧化剂68和/或燃料70。例如，每个燃烧器160的盖端部166可容纳1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个燃料喷嘴164，其可将排气66、氧化剂68和/或燃料70的流或混合物喷射到燃烧器160的燃烧部分168(例如，燃烧腔室)中。
燃料喷嘴164可包含预混合燃料喷嘴164(例如，其被配置成预混合氧化剂68和燃料70以用于生成氧化剂/燃料预混火焰)和/或扩散燃料喷嘴164(例如，其被配置成喷射氧化剂68和燃料70的单独的流以用于生成氧化剂/燃料扩散火焰)的任何组合。预混合燃料喷嘴164的实施例可包含旋流叶片、混合腔室、或其它特征件，以在喷射到燃烧腔室168中和在燃烧腔室168中燃烧之前，使该氧化剂68和燃料70在喷嘴164内内部混合。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。在某些实施例中，每个扩散燃料喷嘴164可隔离氧化剂68与燃料70的流直到喷射点，同时还隔离一种或更多种稀释剂(例如，排气66、蒸汽、氮或另一种惰性气体)的流直到喷射点。在另一些实施例中，每个扩散燃料喷嘴164可隔离氧化剂68与燃料70的流直到喷射点，同时在喷射点之前，部分地混合一种或更多种稀释剂(例如，排气66、蒸汽、氮或另一种惰性气体)与氧化剂68和/或燃料70。此外，一种或更多种稀释剂(例如，排气66、蒸汽、氮或另一种惰性气体)可被喷射到在燃烧区处或其下游的燃烧器中(例如，喷射到燃烧的热产物中)，从而帮助减小燃烧的热产物的温度并减少NOx(例如，NO和NO2)的排放。不管燃料喷嘴164的类型，SEGR燃气涡轮机系统52可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在火焰表面处直接混合和反应，和/或火焰表面存在于燃料70与氧化剂68之间的混合的位置处。具体地，燃料70和氧化剂68单独接近火焰表面(或扩散边界/界面)，并接着沿火焰表面(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。值的注意的是，燃料70和氧化剂68沿该火焰表面(或扩散边界/界面)可以是大致化学计量比的，这可沿该火焰表面产生更大的火焰温度(例如，峰值火焰温度)。与贫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)。因此，扩散火焰可基本上比预混火焰更加稳定，因为燃料70和氧化剂68的扩散帮助保持沿火焰表面的化学计量比(和更大温度)。虽然更大的火焰温度也能够导致更大的排气排放，诸如NOx排放，但是所公开的实施例使用一种或更多种稀释剂帮助控制温度和排放，同时还避免燃料70和氧化剂68的任何预混合。例如，所公开的实施例可引入一种或更多种稀释剂与燃料70和氧化剂68分隔开(例如，在燃烧点之后和/或扩散火焰的下游)，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处置系统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)被传送到涡轮机部156。类似于压缩机部152，涡轮机部156包含一个或更多个涡轮机或涡轮机级174，其可包含一系列转动涡轮机叶片。这些涡轮机叶片接着被在燃烧器部154中所生成的燃烧产物172驱动，从而驱动联接到机器106的轴176的转动。再者，机器106可包含联接到SEGR燃气涡轮机系统52的任一端的各种设备，诸如联接到涡轮机部156的机器106、178和/或联接到压缩机部152的机器106、180。在某些实施例中，机器106、178、180可包含一个或更多个发电机、用于氧化剂68的氧化剂压缩机、用于燃料70的燃料泵、齿轮箱或联接到SEGR燃气涡轮机系统52的附加驱动件(例如，蒸汽涡轮机104、电动马达等)。非限制性示例在下面参照表格1进一步详细论述。如图所示，涡轮机部156输出排气60以沿排气再循环路径110从涡轮机部156的排气出口182再循环到排气进口184进入压缩机部152。如上面所详细论述的，沿着排气再循环路径110，排气60经过EG处置系统54(例如，HRSG 56和/或EGR系统58)。
再者，在燃烧器部154中的每个燃烧器160接收、混合并化学计量燃烧压缩的排气170、氧化剂68和燃料70，以产生附加排气或燃烧产物172以驱动涡轮机部156。在某些实施例中，氧化剂68被氧化剂压缩系统186(诸如，具有一个或更多个氧化剂压缩机(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包含联接到驱动件190的氧化剂压缩机188。例如，驱动件190可包含电动马达、燃烧发动机或它们的任何组合。在某些实施例中，驱动件190可为涡轮机发动机，诸如燃气涡轮机发动机150。因此，氧化剂压缩系统186可为机器106的一体部分。换句话说，压缩机188可由被燃气涡轮机发动机150的轴176供应的机械功率72直接或间接驱动。在此实施例中，驱动件190可被排除，因为压缩机188依赖涡轮机发动机150的功率输出。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)可被驱动件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，在另一实施例中，HP MOC被驱动件190驱动，以及LP氧化剂压缩机被轴176驱动。在所示出的实施例中，氧化剂压缩系统186与机器106分隔开。在这些实施例中的每个中，压缩系统186压缩氧化剂68并将其供应给燃料喷嘴164和燃烧器160。因此，机器106、178、180中的一些或全部可被配置成增加压缩系统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的各个部件可在一个或更多个串联布置、并联布置或串联与并联布置的任何组合中沿轴176的线和/或平行于轴176的线设置。例如，机器106、178、180(例如，106A到106F)可包含下列设备以任何次序的任何串联和/或并联布置，该设备包括：一个或更多个齿轮箱(例如，平行轴、行星齿轮箱)、一个或更多个压缩机(例如，氧化剂压缩机、增压压缩机(诸如，EG增压压缩机))、一个或更多个发电单元(例如，发电机)、一个或更多个驱动件(例如，蒸汽涡轮机发动机、电动马达)、热交换单元(例如，直接或间接热交换器)、离合器或它们的任何组合。压缩机可包含轴向压缩机、径向或离心压缩机或它们的任何组合，每种压缩机具有一个或更多个压缩级。关于热交换器，直接热交换器可包含喷淋(spray)冷却器(例如，喷淋中间冷却器)，其将液体喷淋喷射到气体流中(例如，氧化剂流)以用于直接冷却气体流。间接热交换器可包含将第一流和第二流分隔开的至少一个壁(例如，管壳式热交换器)，诸如与冷却剂流(例如，水、空气、致冷剂或任何其它液态或气态冷却剂)分隔开的流体流(例如，氧化剂流)，其中，冷却剂流与流体流没有任何直接接触地传递来自流体流的热。间接热交换器的示例包含中间冷却器、热交换器和热回收单元，诸如热回收蒸汽发生器。热交换器也可包含加热器。如下面进一步详细论述的，这些机器部件中的每个可被用在如在表格1中列出的非限制性示例所指示的各种组合中。
通常，机器106、178、180可被配置成通过例如调节在系统186中的一个或更多个氧化剂压缩机的运行速度、通过冷却和/或抽取过剩电力促进氧化剂68的压缩来增加压缩系统186的效率。本公开的实施例旨在包含在机器106、178、180中以串联和并联布置的前述部件的任何和全部排列，其中，所述部件中的一个、不止一个、全部部件或没有任何部件从轴176获得动力。如下面所示，表格1示出靠近压缩机和涡轮机部152、156设置和/或联接到该压缩机和该涡轮机部的机器106、178、180的布置的一些非限制性示例。
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，驱动件被表示为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，其中，低压和高压变量被分别表示为LP MOC和HP MOC，以及蒸汽发生器单元被表示为STGN。虽然表格1示出机器106、178、180依次朝着压缩机部152或涡轮机部156，但是表格1也旨在覆盖机器106、178、180的相反次序。在表格1中，包含两个或更多个部件的任何单元旨在覆盖所述部件的并联布置。表格1并不旨在排除机器106、178、180的任何未示出的排列。机器106、178、180的这些部件可使能发送到燃气涡轮机发动机150的氧化剂68的温度、压力和流率的反馈控制。如下面所进一步详细论述的，氧化剂68和燃料70可被供应给处于被具体选择的位置处的燃气涡轮机150，以促进压缩排气170隔离和抽取，而氧化剂68或燃料70未将排气170的质量降低。
如图3所示，EG供应系统78被设置在燃气涡轮机发动机150与目标系统(例如，碳氢化合物生产系统12和其它系统84)之间。具体地，EG供应系统78(例如EG抽取系统(EGES)80)可被联接到在沿压缩机部152、燃烧器部154和/或涡轮机部156的一个或更多个抽取点76处的燃气涡轮机发动机150。例如，抽取点76可被定位在毗邻的压缩机级之间，诸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中的每个提供被抽取排气42的不同温度和压力。同样，抽取点76可被定位在毗邻的涡轮机级之间，诸如在涡轮机级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10个级间抽取点76。这些级间抽取点76中的每个提供被抽取排气42的不同温度和压力。通过进一步示例，抽取点76可被定位在整个燃烧器部154的多个位置处，其可提供不同温度、压力、流率和气体组成。这些抽取点76中的每个可包含EG抽取导管、一个或更多个阀、传感器以及控制装置，其可被用于选择性控制被抽取排气42到EG供应系统78的流。
通过EG供应系统78分配的被抽取排气42具有适合于目标系统(例如，碳氢化合物生产系统12和其它系统84)的受控组分。例如，在这些抽取点76中的每个处，排气170可与氧化剂68和燃料70的喷射点(或流)基本隔离。换句话说，EG供应系统78可被具体设计成从燃气涡轮机发动机150抽取排气170而没有任何添加的氧化剂68或燃料70。而且，鉴于在每个燃烧器160的化学计量燃烧，被抽取排气42可以是基本上不含氧和燃料。EG供应系统78可将被抽取排气42直接或间接传送到碳氢化合物生产系统12和/或其它系统84以用于各种处理，诸如提高原油采收率、固碳、存储或运输到非现场位置。然而，在某些实施例中，EG供应系统78包含在与目标系统一起使用之前，用于进一步处理排气42的EG处理系统(EGTS)82。例如，EG处理系统82可将排气42净化和/或分离为一种或更多种流95，例如富CO2贫N2流96，中间浓度CO2、N2流97，以及贫CO2富N2流98。这些处理后的排气流95可被单独使用，或与碳氢化合物生产系统12和其它系统84(例如，管道86、储罐88以及固碳系统90)的任何组合一起使用。
类似于在EG供应系统78中执行的排气处理，EG处置系统54可包含多个排气(EG)处理部件192，例如通过元件编号194、196、198、200、202、204、206、208和210所指示的。这些EG处理部件192(例如，194到210)可以以一个或更多个串联布置、并联布置或串联和平行布置的任何组合沿排气再循环路径110进行设置。例如，EG处理部件192(例如，194到210)可包含下列设备以任何次序的任何串联和/或平行布置，所述设备包括：一个或更多个热交换器(例如，热回收单元，诸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它过滤器)、化学物喷射系统、溶剂型处理系统(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/或溶剂型处理系统，或它们的任何组合。在某些实施例中，催化剂系统可包含氧化催化剂、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，或它们的组合。所公开实施例旨在包含在串联和并联布置中的前述部件192的任何和全部排列。如下面所述，表格2示出沿排气再循环路径110的部件192的布置的一些非限制性示例。
表格2
如上面表格2中所示，催化剂单元被表示为CU，氧化催化剂单元被表示为OCU，增压鼓风机被表示为BB，热交换器被表示为HX，热回收单元被表示为HRU，热回收蒸汽发生器被表示为HRSG，冷凝器被表示为COND，蒸汽涡轮机被表示为ST，微粒去除单元被表示为PRU，水分去除单元被表示为MRU，过滤器被表示为FIL，凝聚过滤器被表示为CFIL，不透水过滤器被表示为WFIL，惯性分离器被表示为INER，以及稀释剂供应系统(例如，蒸汽、氮或另一惰性气体)被表示为DIL。虽然表格2示出按顺序从涡轮机部156的排气出口182朝压缩机部152的排气进口184的部件192，但是表格2也旨在覆盖所示出部件192的相反顺序。在表格2中，包含两个或更多个部件的任何单元旨在覆盖带有所述部件、所述部件并联布置或它们的任何组合的集成单元。而且，在表格2的背景下，HRU、HRSG和COND为HE的示例；HRSG为HRU的示例；COND、WFIL和CFIL为WRU的示例；INER、FIL、WFIL和CFIL为PRU的示例；以及WFIL和CFIL为FIL的示例。再者，表格2并不旨在排除部件192的任何未示出的排列。在某些实施例中，所示出的部件192(例如，194到210)可以被部分或完全集成在HRSG 56、EGR系统58或它们的任何组合内。这些EG处理部件192可使能温度、压力、流率和气体成分的反馈控制，同时也从排气60去除水分和微粒。而且，被处理排气60可在一个或更多个抽取点76处被抽取以用于EG供应系统78和/或被再循环到压缩机部152的排气进口184。
在被处理时，再循环排气66经过压缩机部152，SEGR燃气涡轮机系统52可沿一个或更多个管道212(例如，放气导管或旁通导管)排出被压缩排气的一部分。每个管道212可将排气传送到一个或更多个热交换器214(例如，冷却单元)中，从而冷却再循环回到SEGR燃气涡轮机系统52中的排气。例如，在经过热交换器214后，被冷却排气的一部分可被传送到沿管道212的涡轮机部156，以用于冷却和/或密封涡轮机套管、涡轮机外罩、轴承和其它部件。在此实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52不传送任何氧化剂68(或其它潜在污染物)通过涡轮机部156以用于冷却和/或密封目的，并因此，被冷却排气的任何泄漏将不污染流过涡轮机部156的涡轮机级并驱动该涡轮机级的热燃烧产物(例如，工作排气)。通过进一步示例，在经过热交换器214之后，被冷却排气的一部分可沿管道216(例如，返回导管)被传送到压缩机部152的上游压缩机级，从而提高通过压缩机部152压缩的效率。在此实施例中，热交换器214可被配置为压缩机部152的级间冷却单元。以此方式，被冷却排气帮助增加SEGR燃气涡轮机系统52的运行效率，同时帮助保持排气的纯度(例如，基本不含氧化剂和燃料)。
图4为在图1至图3中示出的系统10的操作过程220的实施例的流程图。在某些实施例中，过程220可为计算机实施的过程，该过程存取存储在存储器122上的一个或更多个指令，并执行在图2中示出的控制器118的处理器120上的指令。例如，在过程220中的每个步骤可包含参照图2所述的控制系统100的控制器118可执行的指令。
过程220可通过初始化图1至图3的SEGR燃气涡轮机系统52的启动模式开始，如块222所指示的。例如，该启动模式可包括SEGR燃气涡轮机系统52的逐步倾斜上升，以保持热梯度、振动和间隙(例如，在旋转与静止部件之间)在可接受阈值内。例如，在启动模式222期间，过程220可开始向燃烧器部154的燃烧器160和燃料喷嘴164供应压缩后的氧化剂68，如块224所指示的。在某些实施例中，压缩后的氧化剂可包含压缩空气、氧、富氧空气、氧减少空气、氧氮混合物或它们的任何组合。例如，氧化剂68可被在图3中示出的氧化剂压缩系统186压缩。在启动模式222期间，过程220也可开始向燃烧器160和燃料喷嘴164供应燃料，如块226所指示的。在启动模式222期间，过程220也可开始向燃烧器160和燃料喷嘴164供应(可用)排气，如块228所指示的。例如，燃料喷嘴164可产生一种或更多种扩散火焰、预混合火焰或扩散火焰与预混合火焰的组合。在启动模式222期间，通过燃气涡轮机发动机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，在启动模式期间，过程220可从一个或更多个存储单元(例如，储罐88)、管道86、其它SEGR燃气涡轮机系统52或其它排气源供应排气66。
接着，过程220可在燃烧器160中燃烧压缩后的氧化剂、燃料和排气的混合物以产生热燃烧气体172，如块230所指示的。具体地，过程220可通过图2的控制系统100进行控制，以促进在燃烧器部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、预混合燃烧或两者)。然而，在启动模式222期间，保持混合物的化学计量燃烧可能是特别困难的(并因此，热燃烧气体172中可能存在低水平的氧化剂和未燃烧燃料)。因此，在启动模式222中，热燃烧气体172可能比在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，如在下面所进一步详细论述的。为此，过程220可在启动模式期间，执行一个或更多个控制指令以减少或消除在热燃烧气体172中的残留氧化剂68和/或燃料70。
接着，过程220用热燃烧气体172驱动涡轮机部156，如块232所指示的。例如，热燃烧气体172可驱动被设置在涡轮机部156内的一个或更多个涡轮机级174。在涡轮机部156的下游，过程220可处理来自最后涡轮机级174的排气60，如块234所指示的。例如，排气处理234可包含对任何残留氧化剂68和/或燃料70的过滤、催化反应、利用HRSG 56的化学处理、热回收等等。过程220也可将排气60的至少一些再循环回到SEGR燃气涡轮机系统52的压缩机部152，如块236所指示的。例如，排气再循环236可包括经过具有EG处置系统54的排气再循环路径110的通道，如图1至图3所示。
再循环排气66可进而在压缩机部152中被压缩，如块238所指示的。例如，SEGR燃气涡轮机系统52可在压缩机部152的一个或更多个压缩机级158中相继压缩再循环排气66。压缩后的排气170随后可被供应给燃烧器160和燃料喷嘴164，如块228所指示的。接着可重复步骤230、232、234、236和238，直到过程220最终转变到稳态模式，如块240所指示的。在转变240之后，过程220可继续执行步骤224到238，但是也可开始经由EG供应系统78抽取排气42，如块242所指示的。例如，排气42可从沿压缩机部152、燃烧器部154和涡轮机部156的一个或更多个抽取点76抽取，如图3所示。过程220可进而从EG供应系统78向碳氢化合物生产系统12供应被抽取排气42，如块244所指示的。碳氢化合物生产系统12接着可将排气42喷射到地球32中以用于提高原油采收率，如块246所指示的。例如，被抽取排气42可被如图1至图3所示的EOR系统18的排气喷射EOR系统112使用。
如上所述，本实施例使能控制SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)以在瞬态电网事件期间支持电网。换句话说，本实施例能够使ULET发电厂快速增加其负荷以支持经受电压或频率事件的电网。通过具体示例，根据本方法的ULET发电厂可提供主响应或主频率响应(PFR)以对电网中的瞬态频率事件做出响应。例如，在降低电网系统的频率的事件中，PFR通常可涉及快速拾取其基本负荷输出的相应部分以便抵消电网频率的下降的发电厂。
对于在贫燃料模式中运行的非化学计量燃气涡轮机系统，过量的氧化剂可在整个运行期间存在于燃烧器中。因此，在检测到瞬态事件(例如，欠压或欠频事件)时，至燃气涡轮机系统的燃烧器的燃料流率可被快速调整以增加系统的机械功率输出和电力输出。相比之下，对于所公开的SEGR燃气涡轮机系统52，可在其运行的大致部分期间使氧化剂和燃料平衡在大致化学计量比。因此，对于SEGR燃气涡轮机系统52，氧化剂和燃料两者的量可增加，以便增加电力输出和机械功率输出以在瞬态事件期间支持电网。一般来说，对于SEGR燃气涡轮机系统52的某些实施例，空气流调整可通常以比燃料流调整更慢的速率受影响。对于此类实施例，这个效果可能是由于与某些燃料流执行器(例如，控制阀)的响应能力相比，某些空气流执行器的更慢的响应能力(例如，进口导向叶片和/或定子叶片)。应明白，在SEGR燃气涡轮机系统52中增加燃料流率而没有增加氧化剂可将当量比(Φ)驱动到可抑制火焰温度的富燃料模式，该富燃料模式可实际减小由涡轮机部156所产生的机械功率。因此，对于下面论述的某些实施例，燃料流率变化通常可跟随或跟踪解决瞬态事件所做出的氧化剂流率变化。
考虑到上面的描述，下面阐述五个不同的示例实施例(示例1、示例2、示例3、示例4和示例5)，所述示例实施例描述用于控制SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)的运行以便允许该系统对电网中的瞬态事件做出响应(例如，向电网提供PFR)的方法。应明白，下面描述的一个或更多个实施例可单独使用或在与另一实施例的各种组合中使用以解决瞬态事件。一般而言，下面论述的某些实施例涉及快速增加在SEGR燃气涡轮机系统52的燃烧器中的氧化剂浓度以及燃料浓度，以便增加机械功率输出和电力输出以解决瞬态事件。下面论述的其它实施例涉及临时减少ULET发电厂内的电力消耗以有效增加净电力输出，以便解决瞬态事件。下面论述的其它实施例使能SEGR燃气涡轮机系统52解决在加载期间在非化学计量模式(例如，非排放合规模式)中运行时的瞬态事件。
图5大体示出在下面关于示例1至示例5详述的控制策略的实施例。图5为根据本技术的实施例的SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)的示意图。图5中的SEGR燃气涡轮机系统52包含接收氧化剂68(例如，空气、氧、富氧空气、或氧减少空气)流的主氧化剂压缩机系统(MOC)186和排气再循环(EGR)流42，并输出压缩氧化剂流300。在某些实施例中，压缩氧化剂流300在到达燃烧器160之前，可被引导通过增压氧化剂压缩机系统(BOC)302以用于进一步压缩，如下面所论述的。在另一些实施例中，BOC 302可能不存在。所示的燃烧器160接收压缩氧化剂流300以及横越调节控制阀303(例如，液压致动的控制阀303)的燃料70流和来自压缩机部152的压缩排气42流，并产生经燃烧以形成高压排气172(即，燃烧气体或燃烧产物)的氧化剂/燃料混合物，该混合物随后被传送到涡轮机部156。在某些实施例中，由来自压缩机部152的燃烧器160接收的压缩排气42流的一部分可沿燃烧器160的部分被传输(例如，通过燃烧器160的一个或更多个歧管或外罩)以冷却燃烧硬件的外表面。如图5中所示，在横越并冷却燃烧器160的歧管或外罩之后，该压缩排气42流可随后被传送到EG供应系统78以供其它系统(例如，上面论述的碳氢化合物生产系统12)稍后使用。
图5中示出的涡轮机部156通过使高压排气172膨胀生成机械功率，并且该机械功率可被用于驱动SEGR燃气涡轮机系统52的各个部分，该各个部分包含例如MOC 186、压缩机部152和发电机106。在离开涡轮机部156之后，排气42可被提供给所示的EG处置系统54。如上所述，EG处置系统54还可包含HRSG 56和再循环鼓风机304(也被称为增压鼓风机或EGR鼓风机)，以及其它部件。在被EG处置系统54处理之后，排气42的一部分可被传送到压缩机部152的进口或进气口，而排气42的另一部分可被传送通过调节控制阀308并进入MOC 186的进口或进气口309。将排气42从涡轮机部156带到压缩机部152(包含EG处置系统54)的路径一般可被称为排气返回(EGR)回路305。此外，由发电机106所产生的电力可被供应至电网306。
另外，所示的SEGR燃气涡轮机系统52包含控制器系统100，该控制器系统100通信联接到SEGR燃气涡轮机系统52的各个部件并控制所述各个部件。一般来说，控制系统100可根据下面描述的控制策略从这些部件接收运行数据和/或向这些部件提供控制信号。控制系统100包含能够实施闭环控制策略的闭环控制器118A，在该闭环控制策略中，基于SEGR燃气涡轮机系统52的一个或更多个部件的运行参数来生成控制信号，以提供SEGR燃气涡轮机系统52的各个部件的基于反馈的控制。控制系统100也包含与闭环控制器118A并行实施并且能够实施开环控制策略的开环控制器118B，在该开环控制策略中，控制信号并不基于一个或更多个部件的运行参数来生成，而是基于其它因素(例如，瞬态事件发生的确定或经过某些时间量)。在某些实施例中，开环控制策略和闭环控制策略可在单个控制器中实施，该单个控制器可根据下面阐述的方法协调操作(例如，正确假定并放弃SEGR燃气涡轮机系统52的部分的控制)。另外，控制器系统100可被通信联接到一个或更多个传感器310，该传感器执行电网306的测量并有助于检测电网306中的瞬态事件(例如，欠压或欠频事件)。在另一些实施例中，控制器系统100可基于来自电网306的控制器或控制系统的指令确定瞬态事件的发生。
在下面陈述的某些示例实施例中，在对电网306中的瞬态事件做出响应时，控制系统100可临时放松(例如，增加)SEGR燃气涡轮机系统52的一个或更多个程序化运行限制。例如，在某些实施例中，除了或替代下面阐述的示例，控制器100可临时增加SEGR燃气涡轮机系统52的部件(例如，涡轮机部156或联接至该涡轮机部的轴311)的程序化扭矩限制约束以允许涡轮机部156临时增加机械功率输出，从而允许发电机106临时增加电力输出以在瞬态事件期间支持电网306。在另一些实施例中，放松约束可包含SEGR燃气涡轮机系统52的扭矩限制、速度限制、压力限制、流率限制、电压限制、电流限制、功率限制或另外合适约束。
示例1.限制至MOC 186的EGR流以增加在燃烧器160中的氧化剂可利用性
在某些实施例中，图5中示出的SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)可以在化学计量比(即，Φ在约0.95和1.05之间)下运行或接近该化学计量比运行。在本示例实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52包含前述的调节控制阀308，该调节控制阀调节从再循环鼓风机304至MOC 186的进口的排气42流。控制器118A和控制器118B可分别(例如，并行)实施用于通过控制阀308来控制排气42的流率的闭环控制策略和开环控制策略，其中，命令更小值(即，通过控制阀308的更低流率)的控制器118A或控制器118B占优势并提供适当的控制信号。
对于本示例，控制器118A的闭环控制策略可命令通过控制阀308的排气42的流率为输送到MOC 186的进口309的排气42和氧化剂68两者的总流率的固定百分比(例如，99％、95％、90％、85％、70％、75％或另一合适的固定百分比)。同时，控制器118B的并行开环控制策略可在SEGR燃气涡轮机系统52的正常运行期间，命令控制阀308处于完全打开位置，而且可在确定电网306中发生瞬态事件时，命令控制阀308处于完全闭合位置(例如，立即或在可编程时延(programmable time delay)之后)。在控制阀308处于完全闭合位置时，基本没有排气42被输送到MOC 186的进口309。这致使MOC 186接收更多的氧化剂68(例如，更多的新鲜空气流或更多的氧气流)，这增加在燃烧器160中的氧化剂68的丰度。无论何时控制系统100检测到氧化剂增加，闭环控制器118A可以相称的方式增加通过控制阀303的燃料70流，以在对瞬态事件做出响应的整个过程中，将当量比保持接近约1(例如，Φ在约0.95和1.05之间)。因此，输送到燃烧器160并由该燃烧器消耗的氧化剂68和燃料70两者的增加量致使SEGR燃气涡轮机系统52的机械功率输出增加以及至电网306的发电机106的电力输出增加以适应瞬态事件，同时仍然将当量比保持接近约1(例如，Φ在约0.95和1.05之间)。
因此，在SEGR燃气涡轮机系统52的整个运行期间，控制器118A可确定控制阀308的期望位置，该控制阀的期望位置向MOC 186的进口309提供排气42的期望流率，如闭环控制策略所命令的。具体地，控制器118A可确定闭环控制策略命令控制阀308的特定位置，该控制阀308的特定位置提供通过该控制阀的排气42的流率，该流率为输送到MOC 186的进口的氧化剂68和排气42两者的总流率的固定百分比(例如，70％、80％、90％、95％、98％或另一合适的值)。另外，在SEGR燃气涡轮机系统52的正常运行期间(即，不发生瞬态电网事件)，控制器118B可确定控制阀308应被完全或大部分打开以向MOC 186的进口309提供排气42的最大流率，如开环控制策略所命令的。因此，在SEGR燃气涡轮机系统52的正常运行期间，由于由控制器118A所使用的闭环控制策略通常将命令控制阀308的更加闭合的位置(即，通过更低流率)，控制器118A占优势、恳求控制系统100基于控制器118A命令的位置向控制阀308发送适当的控制信号。
然而，在(例如，由传感器310)确定瞬态事件在电网中发生时，控制器118B可确定控制阀308应被完全或大部分闭合以基本不向MOC 186的进口309提供提供排气42，如开环控制策略所命令的。在这里，相比于控制器118A所使用的闭环控制策略，由于由控制器118B所使用的开环控制策略通常命令控制阀308处于更加闭合的位置(即，通过更低流率)，控制器118B占优势、恳求控制系统100基于控制器118B命令的位置向控制阀308发送适当的控制信号。在某些实施例中，控制系统100可立即或在可编程或预定时延之后向控制阀308发送控制信号。接着，控制阀308可维持处于完全闭合位置可编程或预定时延(例如，基于电网306上的瞬态事件的典型时长)，在此时延之后，开环控制策略可命令控制阀308应在时间段内(例如，以可编程或预定斜变速率)逐步返回到完全打开位置。因此，在该斜变期间的一些点处，相比于控制器118B的开环策略，闭环控制策略应命令控制阀308处于更加闭合的位置(即，通过更低流率)，从而致使控制系统100基于控制器118A所期望的位置再次向控制阀308提供控制信号。
示例2.调节MOC 186的运行参数以增加燃烧器160中的氧化剂可利用性
在某些实施例中，图5中示出的SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)可以在化学计量比(即，Φ在约0.95和1.05之间)下运行或接近该化学计量比运行。如上所提到的，SEGR燃气涡轮机系统52的MOC 186可包含多个IGV 312，其调节流入MOC 186的进口309的排气42和氧化剂68的流。控制器118A和控制器118B可分别(例如，并行)实施闭环控制策略和开环控制策略，以用于控制MOC IGV 312的位置，其中，命令更高IGV角(即，更加打开的MOCIGV位置)的控制器118A或控制器118B占优势。
对于该示例，控制器118A的闭环控制策略可命令基于SEGR燃气涡轮机系统52的当前运行参数的MOC IGV角或位置。例如，此闭环控制策略通常可寻求限制输送到燃烧器160的氧化剂的量以保持系统52中的大致化学计量燃烧。在SEGR燃气涡轮机系统52的正常运行期间，控制器118B的开环控制策略可命令与控制器118A的闭环控制策略大致相同的MOCIGV位置。然而，在检测到电网306中的瞬态事件时，相比于由控制器118A的闭环控制策略所命令的IGV位置，控制器118B可命令更大(更加打开)的为可编程固定百分比(例如，1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％或更大)的MOC IGV位置(例如，立即或在可编程时延之后)。因此，进入MOC 186的进口309的氧化剂68的总流将增加，从而致使燃烧器160中的氧化剂68的丰度增加。无论何时控制系统100检测到氧化剂增加，闭环控制器118A可引起控制系统100以相称的方式增加通过控制阀303的燃料70流，以在对瞬态事件做出响应的整个过程中，将当量比保持接近约1(例如，Φ在约0.95和1.05之间)。因此，输送到燃烧器160(并由该燃烧器消耗)的氧化剂68和燃料70两者的增加量致使SEGR燃气涡轮机系统52的机械功率输出增加以及至电网306的发电机106的电力输出增加以适应瞬态事件，同时仍然将当量比保持接近约1(例如，Φ在约0.95和1.05之间)。
因此，在SEGR燃气涡轮机系统52的整个运行期间，控制器118A可基于SEGR燃气涡轮机系统52的运行需求确定由闭环控制策略所命令的期望MOC IGV位置。另外，在SEGR燃气涡轮机系统52的正常运行期间(即，无瞬态电网事件)，控制器118B的开环控制策略可命令与控制器118A的闭环控制策略所命令的相同的期望MOC IGV位置。然而，在(例如，经由传感器310)确定瞬态事件在电网中发生时，控制器118B可确定MOC IGV位置应为比由控制器118A的闭环控制策略所命令的MOC IGV位置更加打开的可编程或预定量(例如，5％、10％或15％)。在这里，相比于控制器118A所使用的闭环控制策略，由于由控制器118B所使用的开环控制策略通常命令IGV的更加打开的位置(即，更高的角度)，控制器118B占优势、恳求控制系统100基于控制器118B所命令的位置向MOC IGV 312发送适当的控制信号。在某些实施例中，控制系统100可立即或在可编程或预定时延之后向IGV 312发送控制信号。接着，MOCIGV 312可维持处于由控制器118B所命令的更加打开的位置以可编程或预定时延(例如，基于电网306上的瞬态事件的典型时长)，在此时延之后，开环控制策略可命令MOC IGV 312在时间段内(例如，以可编程或预定斜变速率)逐步返回到由控制器118A的闭环策略所命令的位置。因此，在该斜变期间的一些点处，控制器118B的开环控制策略将命令与控制器118A的闭环控制策略相同的MOC IGV位置，从而将MOC IGV控制有效移交返回到控制器118A。
示例3.调节BOC系统302的运行参数以增加燃烧器160中的氧化剂可利用性
在某些实施例中，图5中示出的SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)可以在化学计量比(即，Φ在约0.95和1.05之间)下运行或接近该化学计量比运行。如上所提到的，在某些实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52可包含增压氧化剂压缩机(BOC)系统302，其可与MOC 186串联工作以产生用于输送到燃烧器160的压缩氧化剂流300。图6示出根据本方法的实施例的BOC 302的部件。在图6中示出的BOC 302包含级间系统320(在本文中，也被称为级间冷却系统320)以及增压氧化剂压缩机322，该增压氧化剂压缩机具有若干BOC进口导向叶片(IGV)324并由驱动系统326提供动力。在某些实施例中，级间冷却系统320可被定位在MOC186的压缩级和BOC302之间，并且可包含在MOC 186的压缩级和BOC 302之间耗散热量的热交换装置(例如，充当中间冷却器)。级间冷却系统320可通过更改所包含的热交换装置的热负荷来控制(例如，经由增加或减少由级间冷却系统320所接收到的冷却剂流)，该热负荷会影响到达增压氧化剂压缩机322的IGV 324的压缩氧化剂流300的密度。在另一些实施例中，级间冷却系统320可与BOC302分隔开(例如，未与BOC 302的部件成组)或可能完全不存在，从而不否定本方法的效果。
此外，如图6中所示，SEGR燃气涡轮机系统52包含控制系统100，该控制系统100包含上面介绍的闭环控制器118A和开环控制器118B。在SEGR燃气涡轮机系统52的运行期间，控制系统100被通信联接以从BOC 302的部件接收运行信息和/或向该部件提供控制信号。例如，控制系统100可提供影响BOC 302的运行参数的控制信号，该运行参数诸如BOC IGV324的位置或角度、驱动系统326和/或压缩机322的速度、和/或可在BOC 302中存在的各种调节控制阀(例如，进口节流阀328、排出节流阀330、一个或更多个再循环阀(recyclevalve)(未示出)或任何其它合适的控制阀)的位置(或由该调节控制阀提供的流率)。另外，在某些实施例中，控制系统100可提供影响级间冷却系统320的运行参数的控制信号，例如，通过增加或减少在级间冷却系统320中的冷却剂流，这可增加或减少离开级间冷却系统320的压缩氧化剂流300的密度。例如，在此类实施例中，在级间冷却系统320基于来自控制系统100的信号增加压缩氧化剂流300的密度时，压缩氧化剂流300的总流量(例如，每单位时间的体积)也增加，输送到燃烧器160的每单位时间的氧化剂量也增加(例如，更大的氧化剂流)。应明白，BOC 302的前述运行参数仅作为示例被提供，并且影响BOC 302的性能或输出的任何设置或参数可根据本技术进行调节。控制器118A和118B可分别(例如，并行)实施闭环控制策略和开环控制策略，用于控制BOC 302的部件的运行参数，其中，命令更高BOC性能设置(例如，产生通过BOC 302的更高速率的氧化剂流300的设置)的控制器118A或控制器118B占优势。
对于该示例，控制器118A的闭环控制策略可基于SEGR燃气涡轮机系统52的当前运行来命令BOC 302的部件的运行参数(例如，BOC IGV的位置、压缩机322和/或驱动系统326的速度、由控制阀328和330的位置所提供的氧化剂流率、级间冷却系统320的热交换装置的冷却剂流率，等等)的值。在SEGR燃气涡轮机系统52的正常运行期间(即，未在电网306中检测到瞬态事件)，控制器118B的开环控制策略可命令BOC 302的运行参数的值，该值与由控制器118A的闭环控制策略所命令的值相同。然而，在检测到电网306中的瞬态事件时，控制器118B可(例如，立即或在可编程时延之后)命令BOC 302的运行参数的值，该值比由控制器118A的闭环控制策略所命令的值大可编程或预定量或百分比(例如，提供1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％或更多的氧化剂流300)。由于开环控制器118B所命令的这种更高氧化剂流，在燃烧器160中的氧化剂68的丰度也增加。如图5中所示，无论何时控制系统100检测到氧化剂的这种增加，闭环控制器118A可引起控制系统100以相称的方式增加通过控制阀303的燃料70流，以在对瞬态事件做出响应的整个过程中，将当量比保持接近约1(例如，Φ在约0.95和1.05之间)。因此，输送到燃烧器160并由该燃烧器消耗的氧化剂68和燃料70两者的增加量致使SEGR燃气涡轮机系统52的机械功率输出增加以及至电网306的发电机106的电力输出增加以适应瞬态事件，同时仍然将当量比保持接近约1(例如，Φ在约0.95和1.05之间)。
因此，在SEGR燃气涡轮机系统52的整个运行过程中，控制器118A可基于SEGR燃气涡轮机系统52的运行需求，确定如由闭环控制策略所命令的BOC 302的运行参数(例如，BOCIGV 324的位置、压缩机322和/或驱动系统326的速度、由控制阀328和330的位置所提供的氧化剂流率，等等)的值。另外，在SEGR燃气涡轮机系统52的正常运行期间(即，无瞬态电网事件)，控制器118B的开环控制策略可命令BOC 302的运行参数的期望值，该期望值与由控制器118A的闭环控制策略所命令的值相同。然而，在(例如，经由传感器310)确定瞬态事件在电网中发生时，控制器118B可确定BOC 302的运行参数的值应为比控制器118A的闭环控制策略所命令的值大(例如，BOC IGV 324的更加打开的位置、压缩机322和/或驱动系统326的更快速度、通过控制阀328和330的更高氧化剂流率、通过级间冷却系统320的更高密度的压缩冷却液流300，等)可编程或预定量(例如，5％、10％、15％或20％)。
例如，在瞬态事件期间，在由控制器118B所使用的开环控制策略通常命令BOC IGV324的比控制器118A所使用的闭环控制策略所命令的位置更加打开的位置(即，更高角度)，控制器118B占优势、恳求控制系统100基于控制器118B所命令的位置向BOC IGV 324发送适当的控制信号。在某些实施例中，控制系统100可立即(例如，在瞬态事件的时间处)或在可编程或预定时延之后向BOC 302发送控制信号。接着，BOC 302可维持处于由控制器118B所命令的更高性能状态以可编程或预定时延(例如，基于电网306上的瞬态事件的典型时长)，在此时延之后，开环控制策略可命令BOC 302的运行参数的值应在时间段内(例如，以可编程或预定斜变速率)逐步返回到由控制器118A的闭环策略所命令的值。因此，在该斜变期间的一些点处，控制器118B的开环控制策略应命令与控制器118A的闭环控制策略相同的运行参数值，从而将BOC 302控制有效移交返回到控制器118A。
示例4.减少SEGR燃气涡轮机系统52中的电力消耗以增加电力输出。
在某些实施例中，图5中示出的SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)可以在化学计量比(即，Φ在约0.95和1.05之间)下运行或接近该化学计量比运行，或可以非化学计量比(例如，在如下面论述的非排放合规模式中)运行。另外，SEGR燃气涡轮机系统52可包含EG供应系统78，该EG供应系统78可接收并处理排气流42的一部分(例如，相对高压力的排气流42)以用于该系统的其它部分(例如，碳氢化合物生产系统12)中。图7示出SEGR燃气涡轮机系统52的实施例的一部分，并且更具体地，示出EG供应系统78的部件。因此，图7包含上面论述的燃烧器160和EG处置系统54。另外，图7中示出的EG供应系统78被联接到燃烧器160的一部分以在排气流42横越燃烧器160的至少一部分(例如，歧管或外罩)之后接收该排气流42(例如，上面论述的冷却排气流42)。
另外，如图7中所示，控制系统100可被通信联接到EG供应系统78的各个部分，以从这些部件接收运行信息，和/或基于使用闭环控制器118A和开环控制器118B分别并行实施的闭环控制策略和开环控制策略，向这些部件提供控制信号。具体地，对于所示的实施例，控制系统100被通信联接到与产气压缩机340的运行相关联的一个或更多个部件。例如，如图7中所示，控制系统100可提供控制信号以控制产气压缩机340的进口导向叶片(IGV)342的位置、控制向产气压缩机340提供动力的驱动系统344的速度、和/或控制进口节流阀346和排出节流阀348以及可与产气压缩机340的运行相关联的任何其它合适控制阀(例如，再循环阀(未示出))的位置(通过上述控制阀的排气42的流率)。应明白，产气压缩机340的运行参数的前述列表仅作为示例被提供，并且影响产气压缩机340和/或EG供应系统78的性能或输出的任何设置或参数可根据本技术进行控制。
另外，控制系统100可提供控制信号以调节通过产气排放阀350和产气再循环阀352的排气42的位置和/或流率。如图7中所示，产气排放阀350通常可调节从SEGR燃气涡轮机系统52的EG系统排放(例如，到大气中)的排气42流，同时产气再循环阀352通常可调节可返回到EG处置系统54或EGR回路305的任何部分的排气42流。在产气排放阀350和产气再循环阀352两者均处于完全闭合位置时，离开产气压缩机340的总排气42流可被引导到EG处理系统82以用于进一步净化、存储和/或使用。
考虑到前面的描述，在SEGR燃气涡轮机系统52的正常运行期间(例如，电网306中无瞬态事件)，控制系统100的闭环控制器118A可向EG供应系统78的各个部件提供控制信号，以基于SEGR燃气涡轮机系统52的运行在EGR回路305中大致保持期望的压力。例如，在某些实施例中，闭环控制器118A可提供控制信号以调节产气压缩机340的性能参数(例如，IGV342的位置、控制阀346和348的位置、驱动系统344的速度，等等)，以增加或减小提供给SEGR燃气涡轮机系统52的EG处置系统54的排气42的压力。除了或代替产气压缩机340的性能参数，在某些实施例中，闭环控制器118A可提供控制信号以打开产气排放阀350，以减少输送到EG处置系统54的排气42的量(例如，减小EG回路305中的压力)和/或提供控制信号以打开产气再循环阀352，以增加输送到EG处置系统54的排气42的量(例如，增加EG回路305中的压力)。在某些实施例中，控制阀350和352的位置可比产气压缩机340的性能参数更快被调节，并因此可提供SEGR燃气涡轮机系统52的更多响应控制。此外，闭环控制器118A通常可寻求将产气排放阀350和产气循环阀352保持在基本闭合位置，以便确保产气压缩机340的有效运行(例如，避免不必要的运行和功率消耗)。
如所提到的，控制系统100包含与闭环控制器118A并行实施的开环控制器118B，并且命令产气压缩机340的较低性能参数值的控制器占优势。在SEGR燃气涡轮机系统52的正常运行期间(例如，电网306中无瞬态事件)，由开环控制器118B所利用的开环控制策略通常可命令产气压缩机340的性能参数(例如，IGV 342的位置、控制阀346和348的位置、驱动系统344的速度、或另一合适的性能参数)的值，该值与由闭环控制器118A的闭环控制策略所命令的值大致相同。
然而，在检测到电网306中的瞬态事件时，开环控制器118B可(例如，立即或在可编程或预定时延之后)命令产气压缩机340的性能参数值的具体实施为小于由闭环控制器118A当前命令的性能参数值(例如，IGV 342的更加闭合位置、驱动系统344的更慢速度等)的为可编程或预定量(例如，固定百分比)。例如，在检测到瞬态事件时，开环控制器118B可命令驱动系统344(其确定产气压缩机340的速度)的速度应被设定为小于由闭环控制器118A所命令的驱动系统344的速度的为固定百分比(例如，2％、5％、10％、15％、20％或另一合适的百分比)的值。因此，由于开环控制器118B命令比闭环控制器118A更小的产气压缩机340的性能参数的值，开环控制器118B占优势，以及控制系统100提供适当的控制信号以基于控制器118B的命令来调节产气压缩机340的性能参数的值。
应明白，临时降低产气压缩机340的性能参数的值(例如，使用IGV 342的更加闭合位置、使用驱动系统344的更慢速度、使用通过控制阀346和348的更低流率，等)可致使产气压缩机340以及SEGR燃气涡轮机系统52作为整体消耗更少的电力。在某些实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52可至少消耗内部或本地(例如，由图5所示的发电机106)生成的电力的一部分，并且可向电网306输出剩下的电力。因此，在某些实施例中，临时降低SEGR燃气涡轮机系统52内的电力消耗而大致不影响所生成的电力能够使SEGR燃气涡轮机系统52在瞬态事件期间向电网306临时输出额外的电能。根据本方法的实施例，虽然调整产气压缩机340的性能参数目前作为示例被提供，但是在另一些实施例中，设置在EG处置系统54和/或EGR回路305下游的其它部件或系统(例如，泵、压缩机、风扇、鼓风机等等)的性能参数可被另外或替代地调节以临时降低SEGR燃气涡轮机系统52的内部功率消耗。
因此，在一旦确定瞬态事件正发生或在可编程时延之后发生，开环控制器118B降低产气压缩机340的性能参数的值可编程或预定量(例如，固定百分比)时，SEGR燃气涡轮机系统52可具有用于在瞬态事件期间支持电网306的额外电力。在某些实施例中，在开环控制器118B在控制产气压缩机340的性能参数时，通过调节产气排放控制阀350和产气再循环控制阀352的位置，闭环控制器118A可继续提供对EGR回路305中的排气42的压力的闭环控制，以控制被输送到EG处置系统54的排气42流。在可编程时延(例如，电网306中的典型瞬态事件的时长)之后，开环控制器118B可以可编程或预定斜变速率逐步恢复产气压缩机342的性能参数的值，该值当前由闭环控制器118A命令，从而将控制有效移交返回给闭环控制器118A。
示例5.处理在SEGR燃气涡轮机系统52的负荷斜变上升时电网中的瞬态事件。
对于上述的示例1至示例4，在检测到电网306中的瞬态事件时，在图5中示出的SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)可初始在化学计量比(即，Φ在约0.95和1.05之间)下运行或接近该化学计量比运行。然而，应明白，在SEGR燃气涡轮机系统52被加载时(例如，在启动SEGR燃气涡轮机系统52期间)，SEGR燃气涡轮机系统52也会遇到电网306中的瞬态事件。因此，示例5为本方法的另一实施例，该方法能够使图5中示出的SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)在系统加载期间在非排放合规模式(例如，在贫燃料燃烧期间)中运行时对电网306中的瞬态事件做出响应。
如下面所论述的，设想SEGR燃气涡轮机系统52(例如，ULET发电厂)可以在两种不同模式中运行：排放合规模式以及非排放合规模式，在该排放合规模式中，压缩氧化剂流和燃料流被协调以在燃烧器160内实现大致化学计量比，在该非排放合规模式中，压缩氧化剂流和燃料流被协调以便在燃烧器160内实现贫燃料燃烧(例如，燃料与氧化剂的比小于化学计量燃烧的比)。如下面所阐述的，本方法的实施例能够在加载期间进一步增加氧化剂丰度，从而允许SEGR燃气涡轮机系统52临时增加机械功率输出和电力输出以便对在加载期间电网306中的瞬态事件做出响应。
考虑到前面的描述，图8为针对SEGR燃气涡轮机系统52的当量比(Φ)随负荷变化的曲线图400。具体地，曲线图400示出两个加载分布图：正常加载分布图402和更改的加载分布图404，其能够使SEGR燃气涡轮机系统52大致更好处理在加载期间电网306中的瞬态事件。此外，曲线图400包含几个区域，该几个区域表示SEGR燃气涡轮机系统52的运行的不同模式。这些区域包含非排放合规区域(无主频率响应(PFR))406、非排放合规区域(具有PFR)408、非排放合规转移区域(无PFR)410和排放合规区域(具有PFR)412。一般来说，控制系统100可控制SEGR燃气涡轮机系统52以最终在化学计量比(即，Φ约为1)下运行或接近该化学计量比运行，如区域412中的加载分布图402和404所示。然而，如下面所论述的，在SEGR燃气涡轮机系统52在化学计量比下运行或接近该化学计量比运行之前，加载分布图402和404不同于区域406、408、410。
对于SEGR燃气涡轮机系统52的正常加载分布图402，当量比可在整个区域406、408和410中稳定增加，使得SEGR燃气涡轮机系统52可在排放合规区域(具有PFR)412中在化学计量比下运行或接近该化学计量比运行。越过非排放合规区域(具有PFR)408，SEGR燃气涡轮机系统52可仍然解决电网306中的瞬态事件(例如，欠频事件)。如上面所论述的，在电网306中的瞬态事件期间，向SEGR燃气涡轮机系统52的燃烧器160提供额外氧化剂(以及额外燃料)能够使SEGR燃气涡轮机系统52快速增加电力输出以解决瞬态事件。然而，对于在图8中示出的加载分布图402，目标可为SEGR燃气涡轮机系统52尽可能快地斜变上升到化学计量比。
相比之下，在图8中示出的加载分布图404表示在将SEGR燃气涡轮机系统52引升至化学计量比的目标和提高SEGR燃气涡轮机系统52在非排放合规区域(具有PFR)408内处理电网306中的瞬态事件的能力之间的折衷。因此，加载分布图404比横越区域406和408的正常加载分布图402保持更低的当量比(Φ)(例如，相对于正常加载分布图402受抑制的当量比)。例如，在某些实施例中，加载分布图404可保持横越区域406和408的在约0.3和约0.7之间、在约0.4和约0.6之间、在约0.45和约0.55之间或约0.5的当量比(Φ)。就是说，在加载过程期间，取代给定负荷中可能提供最高当量比，加载分布图404在整个区域406和408保持大致低的当量比(例如，Φ被保持在最小值)，这意味着SEGR燃气涡轮机系统52一般可在这些区域内保持较高的氧化剂丰度，以便使ULET发电厂能够具有对电网306中的瞬态事件做出响应的最大可能的能力。因此，如上所述，SEGR燃气涡轮机系统52中(例如，在燃烧器160中和EGR回路305中)的较高氧化剂丰度一般允许SEGR燃气涡轮机系统52更快速地增加机械功率输出和电力输出(例如，经由增加的燃料流)，以便在非排放合规(具有PFR)区域408期间在瞬态事件期间支持电网306。随后，在转移区域410期间，该转移区域可能缺乏PFR或可能对电网306的频率变化不太敏感，SEGR燃气涡轮机系统52的当量比可快速增加，使得SEGR燃气涡轮机系统52在排放合规区域(具有PFR)412中以化学计量比或接近该化学计量比运行，如加载分布图404所示。根据上面阐述的实施例，一旦SEGR燃气涡轮机系统52基本上实现在区域412中的化学计量燃烧和排放合规，SEGR燃气涡轮机系统52可再次对电网频率变化做出响应。
本方法的技术效果包含能够使SEGR燃气涡轮机系统(诸如，ULET发电厂)输出功率以快速增加机械功率输出和/或电力输出，以便解决附接电网中的瞬态事件(例如，频率和/或电压下降)。具体地，某些实施例通过使燃烧器中的可用氧化剂的量能够快速增加同时配合供应给燃烧器的燃料的快速增加，以便快速增加电厂的机械功率和电力同时仍然保持为1或约接近1的当量比，能够使ULET发电厂对瞬态电网事件做出响应。另外，某些实施例可通过能够增加对整个电厂加载部分(例如，在启动期间，当在非排放合规模式中运行时)的燃烧器中的可用氧化剂的量(例如，小于0.5的当量比)，使得至燃烧器的燃料的快速添加快速增加电厂的机械功率输出和电力输出，能够使ULET发电厂对瞬态电网事件做出响应。其它当前公开的实施例可通过减少或限制ULET发电厂的某些部件(例如，产气压缩机)的运行以便减少或限制发电厂内的电力消耗(这可临时增加从发电厂输出的电力量)，能够使ULET发电厂在瞬态事件期间支持电网。
附加描述
本实施例提供能够使EGR燃气涡轮机系统(例如，ULET发电厂)对附接电网中的瞬态事件(例如，欠频或欠压事件)做出响应的系统和方法。提供以下条款作为本公开的进一步描述：
实施例1.一种电网干扰响应方法，包括以下步骤：将氧化剂和再循环低氧含量气体流的第一部分引入到至少一个氧化剂压缩机以产生压缩氧化剂流；以大致化学计量比将压缩氧化剂流和燃料流引入到至少一个燃气涡轮机发动机燃烧器并在燃烧点之前或在燃烧点处中的至少一者的位置处大致混合所述压缩氧化剂流和所述燃料流；燃烧所述压缩氧化剂流和所述燃料流的所述混合物以产生高温高压低氧含量流；将该高温高压低氧含量流引入到所述燃气涡轮机发动机的膨胀器部并使该高温高压低氧含量流膨胀以产生机械功率和再循环低氧含量气体流；使用该机械功率的第一部分驱动所述燃气涡轮机发动机的压缩机部；使用该机械功率的第二部分驱动下列项中的至少一项：发电机、所述至少一个氧化剂压缩机或至少一个其它机械装置；向本地电网或远程电网中的至少一者输出发电机功率的至少一部分；检测电网瞬态事件；并降低再循环低氧含量气体流的第一部分的流率，从而增加压缩氧化剂流的氧含量、增加燃料流率以保持大致的化学计量比并增加燃气涡轮机发动机的功率输出。
实施例2.一种电网干扰响应方法，包括以下步骤：将氧化剂引入到至少一个氧化剂压缩机以产生压缩氧化剂流；通过调节氧化剂压缩机的进口导向叶片、可变定子叶片或氧化剂压缩机或氧化剂压缩机的转速中的至少一者，由闭环反馈控制系统控制压缩氧化剂流的流率；以大致化学计量比将压缩氧化剂流和燃料流引入到至少一个燃气涡轮机发动机燃烧器并在燃烧点之前或在燃烧点处中的至少一者的位置大致混合所述压缩氧化剂流和所述燃料流；燃烧所述压缩氧化剂流和所述燃料流的所述混合物以产生高温高压低氧含量流；将该高温高压低氧含量流引入到所述燃气涡轮机发动机的膨胀器部并使该高温高压低氧含量流膨胀以产生机械功率和再循环低氧含量气体流；使用该机械功率的第一部分驱动所述燃气涡轮机发动机的压缩机部；使用该机械功率的第二部分驱动下列项中的至少一项：发电机、所述至少一个氧化剂压缩机或至少一个其它机械装置；向本地电网或远程电网中的至少一者输出发电机功率的至少一部分；检测电网瞬态事件；通过调节所述进口导向叶片、所述可变定子叶片或所述氧化剂压缩机速度中的至少一者，将所述闭环反馈控制器转移至开环模式并增加压缩氧化剂流率；并增加燃料流率以保持大致的化学计量比并增加燃气涡轮机发动机的功率输出。
实施例3.一种电网干扰响应方法，包括以下步骤：将氧化剂引入到氧化剂压缩机和至少一个增压氧化剂压缩机以产生压缩氧化剂流；通过调节增压氧化剂压缩机的进口导向叶片、增压氧化剂压缩机的可变定子叶片或增压氧化剂压缩机的转速中的至少一者，由闭环反馈控制系统控制压缩氧化剂流的流率；以大致化学计量比将压缩氧化剂流和燃料流引入到至少一个燃气涡轮机发动机燃烧器并在燃烧点之前或在燃烧点处中的至少一者的位置大致混合所述压缩氧化剂流和所述燃料流；燃烧所述压缩氧化剂流和所述燃料流的所述混合物以产生高温高压低氧含量流；将该高温高压低氧含量流引入到所述燃气涡轮机发动机的膨胀器部并使该高温高压低氧含量流膨胀以产生机械功率和再循环低氧含量气体流；使用该机械功率的第一部分驱动所述燃气涡轮机发动机的压缩机部；使用该机械功率的第二部分驱动下列项中的至少一项：发电机、所述一个氧化剂压缩机、所述至少一个增压氧化剂压缩机或至少一个其它机械装置；向本地电网或远程电网中的至少一者输出发电机功率的至少一部分；检测电网瞬态事件；通过调节所述进口导向叶片、所述可变定子叶片或所述增压氧化剂压缩机速度中的至少一者，将所述闭环反馈控制器转移至开环模式并增加压缩氧化剂流率；并增加燃料流率以保持大致的化学计量比并增加燃气涡轮机发动机的功率输出。
实施例4.一种电网干扰响应方法，包括以下步骤：将氧化剂引入到至少一个氧化剂压缩机以产生压缩氧化剂流；以大致化学计量比将压缩氧化剂流和燃料流引入到至少一个燃气涡轮机发动机燃烧器并在为在燃烧点之前或在该燃烧点处中的至少一者的位置大致混合所述压缩氧化剂流和所述燃料流；燃烧所述压缩氧化剂流和所述燃料流的所述混合物以产生高温高压低氧含量流；将该高温高压低氧含量流引入到所述燃气涡轮机发动机的膨胀器部并使该高温高压低氧含量流膨胀以产生机械功率和再循环低氧含量气体流；使用该机械功率的第一部分驱动所述燃气涡轮机发动机的压缩机部；使用该机械功率的第二部分驱动发电机、所述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者；向本地电网或远程电网中的至少一者输出发电机功率的至少一部分；抽取再循环低氧含量气体流的第二部分并向产气压缩机引入所述第二部分以产生压缩产气流；通过调节该产气压缩机的进口导向叶片、该产气压缩机的可变定子叶片或产气压缩机的转速中的至少一者，由闭环反馈控制系统控制压缩产气流的流率，并向输送点和储存设施中的至少一者输送压缩产气流的第一部分；排出再循环低氧含量气体流的第三部分并由闭环反馈控制系统控制再循环低氧含量气体流的所述第三部分的流率；向再循环低氧含量气体流再循环压缩产气流的第二部分并由闭环反馈控制系统控制压缩产气流的所述第二部分的流率；由集成控制系统控制所述压缩机产气流的流率、再循环低氧含量气体流的所述第三部分的流率和压缩产气流的所述第二部分的流率，以至少控制所述再循环低氧含量气体流的压力；检测电网瞬态事件；并通过调节所述产气压缩机进口导向叶片、所述产气压缩机可变定子叶片或所述产气压缩机速度中的至少一者将所述压缩产气流闭环反馈控制器转移至开环反馈模式并减少压缩产气流率，并增加可用功率以用于输出。
实施例5.根据任一前述实施例所述的方法，还包括将ULET发电厂运行区域划分为排放合规区域和非排放合规区域。
实施例6.根据任一前述实施例所述的方法，其中，燃气涡轮机燃烧当量比以非排放合规区域内的最小水平来控制，以便最大化在EGR回路内的可用氧以支持传统的主频率响应(PFR)方法。
实施例7.根据任一前述实施例所述的方法，其中，从运行的非排放合规区域转移至运行的排放合规区域受从贫燃烧(低当量比)至大致化学计量燃烧(当量比约等于1)的快速转移影响。
实施例8.根据任一前述实施例所述的方法，其中，从贫燃烧至化学计量燃烧的转移在关于发电厂负荷的窄区域内受影响，其中，ULET发电厂控制系统可被临时使得对电网频率变化不灵敏。
实施例9.一种方法，包括：在排气再循环(EGR)燃气涡轮机系统的燃烧器中燃烧燃料和氧化剂，该EGR燃气涡轮机系统产生电力并向电网提供该电力的一部分；并响应于与电网相关联的瞬态事件，控制EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个参数以增加提供至电网的电力的部分，其中，控制包括下列项中的一项或更多项：(A)响应于在EGR燃气涡轮机系统在贫燃料燃烧模式中运行时的瞬态事件，增加至燃烧器的燃料的流率；(B)响应于该瞬态事件增加在燃烧器中的氧化剂的浓度和/或流率，并响应于氧化剂的增加的浓度增加至燃烧器的燃料的流率以保持在该燃烧器中的大致化学计量当量比；或(C)响应于该瞬态事件减少电力的本地消耗以增加提供至电网的电力的部分。
实施例10.根据任一前述实施例所述的方法，其中，在贫燃料燃烧模式中运行EGR燃气涡轮机系统包括以存在的过量氧化剂来运行EGR燃气涡轮机系统的燃烧器，并且其中，增加至燃烧器的燃料的流率包括响应于瞬态事件临时增加至燃烧器的燃料的流率。
实施例11.根据任一前述实施例所述的方法，包括将包含氧化剂和再循环排气的进气流引入到设置在EGR燃气涡轮机系统中的燃烧器上游的氧化剂压缩机，并且其中，增加燃烧器中的氧化剂的浓度包括响应于瞬态事件增加进气流中的氧化剂与再循环排气的比。
实施例12.根据任一前述实施例所述的方法，其中，继瞬态事件后立即或在第一可编程时延之后，将所述再循环排气的流率从较高流率减小可编程量到较低流率；并且进一步包括：在继减小所述再循环排气的流率后的第二可编程时延之后，将所述再循环排气的流率逐步增加到所述较高流率。
实施例13.根据任一前述实施例所述的方法，包括控制设置在EGR燃气涡轮机系统中的燃烧器上游的至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数，并且其中，增加燃烧器中的氧化剂的浓度包括响应于瞬态事件，增加至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数，并且其中，至少一个氧化剂压缩机包括主氧化剂压缩机、增压氧化剂压缩机或它们的组合。
实施例14.根据任一前述实施例所述的方法，其中，至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数包括：进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置。
实施例15.根据任一前述实施例所述的方法，其中，增加至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数包括：继瞬态事件后立即或在第一可编程时延之后，将至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数从较低性能设置增加可编程量到较高性能设置；并且进一步包括：在继增加至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数后的第二可编程时延之后，将至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数逐步降低到较低性能设置。
实施例16.根据任一前述实施例所述的方法，其中，减少电力的本地消耗包括：继瞬态事件后立即或在第一可编程时延之后，将产气压缩机的一个或更多个性能参数从较高性能设置减少可编程量到较低性能设置；并且进一步包括：在继减小产气压缩机的一个或更多个性能参数后的第二可编程时延之后，将产气压缩机的一个或更多个性能参数逐步增加到较高性能设置。
实施例17.根据任一前述实施例所述的方法，其中，产气压缩机的一个或更多个性能参数包括：进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置。
实施例18.根据任一前述实施例所述的方法，包括：继瞬态事件后立即或在第一可编程时延之后，临时增加EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个可编程约束，并且其中，EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个可编程约束包括EGR燃气涡轮机系统的扭矩限制、速度限制、压力限制、流率限制或功率限制。
实施例19.根据任一前述实施例所述的方法，其中，EGR燃气涡轮机系统为超低排放技术(ULET)发电厂的一部分。
实施例20.一种系统，该系统包括：排气再循环(EGR)燃气涡轮机系统，该EGR燃气涡轮机系统包括被构造成接收燃料并用氧化剂使燃料燃烧的燃烧器，以及由来自燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机；由该涡轮机驱动的发电机，其中，该发电机被构造成生成电力并向电网输出该电力的一部分；以及控制系统，其包括闭环控制器和开环控制器，该闭环控制器被构造成控制EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个参数，该开环控制器被构造成响应于瞬态事件临时控制EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个参数以增加输出到电网的电力的部分，其中，开环控制器被构造成：响应于在EGR燃气涡轮机系统在非排放合规模式中运行时的瞬态事件，提供控制信号以增加至燃烧器的燃料的流率；并且响应于在EGR燃气涡轮机系统在排放合规模式中运行时的瞬态事件，提供控制信号以增加燃烧器中的氧化剂的浓度或减少电力的本地消耗或这两者。
实施例21.根据任一前述实施例所述的系统，其中，闭环控制器被构造成响应于氧化剂的增加的浓度，提供控制信号以增加至燃烧器的燃料的流率以保持在燃烧器中的大致化学计量当量比。
实施例22.根据任一前述实施例所述的系统，包括设置在燃烧器的上游并被构造成接收包含氧化剂流和再循环排气流的进气流的至少一个氧化剂压缩机，其中，开环控制器被构造成响应于瞬态事件，向控制阀提供控制信号以通过减少再循环排气流来增加氧化剂流与再循环排气流的比。
实施例23.根据任一前述实施例所述的系统，包括设置在燃烧器上游的至少一个氧化剂压缩机，并且其中，开环控制器被构造成响应于瞬态事件，向至少一个氧化剂压缩机提供控制信号以调节该至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数，并且其中，该至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数包括：进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置。
实施例24.根据任一前述实施例所述的系统，包括产气压缩机，该产气压缩机被构造成接收来自EGR燃气涡轮机系统的排气再循环(ERG)回路的排气流并压缩该排气流，其中，开环控制器被构造成向产气压缩机提供控制信号以调节下列项中的一项或更多项：产气压缩机的进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置，以便减少产气压缩机的电力的本地消耗。
实施例25.根据任一前述实施例的系统，其中，控制系统被构造成在EGR燃气涡轮机系统在非排放合规模式中运行时，提供控制信号以将该EGR燃气涡轮机系统的燃烧器中的当量比保持在约0.3和0.7之间。
实施例26.一种存储可由电子装置的处理器执行的指令的非暂态计算机可读介质，该指令包含：确定联接到EGR燃气涡轮机系统的电网中发生瞬态事件的指令，其中，该瞬态事件为欠频或欠压事件；响应于在EGR燃气涡轮机系统在非化学计量燃烧模式中运行时的瞬态事件，增加至该EGR燃气涡轮机系统的燃烧器的燃料的流率的指令；以及响应于在EGR燃气涡轮机系统中化学计量燃烧模式中运行时的瞬态事件，在增加至燃烧器的燃料的流率之前增加至该燃烧器的氧化剂的流率，或减少电力的本地消耗以增加被输出到附接电网的电力的一部分或这两者的指令。
实施例27.根据任一前述实施例所述的介质，其中，增加至燃烧器的氧化剂的流率的指令包括：响应于瞬态事件，向设置在EGR燃气涡轮机系统的EGR回路中的氧化剂压缩机的上游的控制阀提供控制信号以减少至氧化剂压缩机的进口的再循环排气流的指令。
实施例28.根据任一前述实施例所述的介质，其中，增加至燃烧器的氧化剂的流率的指令包括：响应于瞬态事件，调节下列项中的一项或更多项的指令：设置在燃烧器上游的至少一个氧化剂压缩机的进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置，以增加至少一个氧化剂压缩机的性能。
实施例29.根据任一前述实施例所述的介质，其中，减少电力的本地消耗的指令包括：调节下列项中的一项或更多项的指令：产气压缩机的进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置，以减少产气压缩机的功率消耗。
本书面描述使用示例来公开本发明(包含最佳模式)，并且也使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包含制作和使用任何装置或系统并执行任何包含的方法。本发明的可授予专利权范围由权利要求定义，并且可包含本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求的字面语言不冲突的结构元件或如果此类其它示例包含与权利要求的字面语言并无大致不同的等效结构元件，则该类其它示例旨在权利要求的范围内。

Claims (24)

1.一种用于排气再循环燃气涡轮机系统的方法，其包括：
在所述排气再循环燃气涡轮机系统即EGR燃气涡轮机系统的燃烧器中燃烧燃料和氧化剂，所述EGR燃气涡轮机系统产生电力并向电网提供所述电力的一部分；并且
响应于与所述电网中的电力相关联的瞬态事件，控制所述EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个参数以增加提供至所述电网的所述电力的所述一部分以提供主频率响应即PFR，其中所述瞬态事件包括所述电网中的所述电力的频率或电压的快速变化的周期，其中控制包括下列项中的一项或更多项：
(A)在所述EGR燃气涡轮机系统在贫燃料燃烧模式中运行时，响应于所述瞬态事件，增加至所述燃烧器的燃料的流率以提供所述PFR；
(B)响应于所述瞬态事件，增加在所述燃烧器中的所述氧化剂的浓度和/或流率以提供所述PFR，并响应于所述氧化剂的增加的浓度和/或流率，增加至所述燃烧器的燃料的流率，以保持在所述燃烧器中的大致化学计量当量比；或
(C)响应于所述瞬态事件，减少所述电力的本地消耗以提供所述PFR，以增加提供至所述电网的所述电力的所述一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在贫燃料燃烧模式中运行所述EGR燃气涡轮机系统包括：利用存在的过量氧化剂运行所述EGR燃气涡轮机系统的所述燃烧器，并且其中，增加至所述燃烧器的燃料的所述流率包括：响应于所述瞬态事件，临时增加至所述燃烧器的燃料的所述流率。
3.根据权利要求1所述的方法，其包括：将包含所述氧化剂和再循环排气的进气流引入到设置在所述EGR燃气涡轮机系统中的所述燃烧器上游的氧化剂压缩机，并且其中，增加在所述燃烧器中的所述氧化剂的所述浓度包括：响应于所述瞬态事件，增加所述进气流中所述氧化剂与所述再循环排气的比。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，继所述瞬态事件后立即或在第一可编程时延之后，将所述再循环排气的流率从较高流率减小可编程量到较低流率；并且进一步包括：在继减小所述再循环排气的所述流率后的第二可编程时延之后，将所述再循环排气的所述流率逐步增加到所述较高流率。
5.根据权利要求1所述的方法，其包括：控制设置在所述EGR燃气涡轮机系统中的所述燃烧器上游的至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数，并且其中，增加在所述燃烧器中的所述氧化剂的所述浓度和/或流率包括：响应于所述瞬态事件增加所述至少一个氧化剂压缩机的所述一个或更多个性能参数，并且其中，所述至少一个氧化剂压缩机包括主氧化剂压缩机、增压氧化剂压缩机或它们的组合。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个氧化剂压缩机的所述一个或更多个性能参数包括：进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，增加所述至少一个氧化剂压缩机的所述一个或更多个性能参数包括：继所述瞬态事件后立即或在第一可编程时延之后，将所述至少一个氧化剂压缩机的所述一个或更多个性能参数从较低性能设置增加可编程量到较高性能设置；并且进一步包括：在继增加所述至少一个氧化剂压缩机的所述一个或更多个性能参数后的第二可编程时延之后，将所述至少一个氧化剂压缩机的所述一个或更多个性能参数逐步减小到所述较低性能设置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，减少所述电力的所述本地消耗包括：继所述瞬态事件后立即或在第一可编程时延之后，将产气压缩机的一个或更多个性能参数从较高性能设置减小可编程量到较低性能设置；并且进一步包括：在继减小所述产气压缩机的所述一个或更多个性能参数后的第二可编程时延之后，将所述产气压缩机的所述一个或更多个性能参数逐步增加到所述较高性能设置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述产气压缩机的所述一个或更多个性能参数包括：进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置。
10.根据权利要求1所述的方法，其包括：继所述瞬态事件后立即或在第一可编程时延之后，临时增加所述EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个可编程约束，并且其中，所述EGR燃气涡轮机系统的所述一个或更多个可编程约束包括所述EGR燃气涡轮机系统的扭矩限制、速度限制、压力限制、流率限制或功率限制。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述EGR燃气涡轮机系统为超低排放技术发电厂即ULET发电厂的一部分。
12.根据权利要求1所述的方法，其包括：经由与所述电网联接的一个或更多个传感器检测与所述电网相关联的所述瞬态事件。
13.一种用于排气再循环燃气涡轮机系统的系统，其包括：
所述排气再循环燃气涡轮机系统，即EGR燃气涡轮机系统，其包括：
被构造成接收燃料并利用氧化剂燃烧所述燃料的燃烧器；以及
由所述燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机；
由所述涡轮机驱动的发电机，其中，所述发电机被构造成生成电力并向电网输出所述电力的一部分；以及
控制系统，其包括：
被构造成控制所述EGR燃气涡轮机系统的一个或更多个参数的闭环控制器；以及
被构造成响应于瞬态事件临时控制所述EGR燃气涡轮机系统的所述一个或更多个参数以增加输出至所述电网的所述电力的所述一部分以提供主频率响应即PFR的开环控制器，其中，开环控制器被构造成：
在所述EGR燃气涡轮机系统在非排放合规模式中运行时，响应于所述瞬态事件，提供控制信号以增加至所述燃烧器的燃料的流率，以提供所述PFR；并且
在所述EGR燃气涡轮机系统在排放合规模式中运行时，响应于所述瞬态事件，提供控制信号以增加在所述燃烧器中的所述氧化剂的浓度或减少所述电力的本地消耗或这两者，以提供所述PFR。
14.根据权利要求13所述的用于排气再循环燃气涡轮机系统的系统，其中，所述闭环控制器被构造成响应于所述氧化剂的增加的浓度，提供控制信号以增加至所述燃烧器的所述燃料的所述流率，以保持在所述燃烧器中的大致化学计量当量比。
15.根据权利要求13所述的用于排气再循环燃气涡轮机系统的系统，其包括：设置在所述燃烧器上游并被构造成接收包含氧化剂流和再循环排气流的进气流的至少一个氧化剂压缩机，其中，所述开环控制器被构造成响应于所述瞬态事件，向控制阀提供控制信号以通过减少所述再循环排气流来增加所述氧化剂流与所述再循环排气流的比。
16.根据权利要求13所述的用于排气再循环燃气涡轮机系统的系统，其包括：设置在所述燃烧器的上游的至少一个氧化剂压缩机，并且其中，所述开环控制器被构造成响应于所述瞬态事件，向所述至少一个氧化剂压缩机提供控制信号以调节所述至少一个氧化剂压缩机的一个或更多个性能参数，并且其中，所述至少一个氧化剂压缩机的所述一个或更多个性能参数包括：进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置。
17.根据权利要求13所述的用于排气再循环燃气涡轮机系统的系统，其包括：被构造成从所述EGR燃气涡轮机系统的排气再循环回路即EGR回路接收排气流并且压缩所述排气流的产气压缩机，其中，所述开环控制器被构造成向所述产气压缩机提供控制信号以调节下列项中的一项或更多项：所述产气压缩机的进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置，以便减少所述产气压缩机的所述电力的所述本地消耗。
18.根据权利要求13所述的用于排气再循环燃气涡轮机系统的系统，其中，所述控制系统被构造成在所述EGR燃气涡轮机系统在非排放合规模式中运行时，提供控制信号以将所述EGR燃气涡轮机系统的所述燃烧器中的当量比保持在0.3和0.7之间。
19.根据权利要求13所述的用于排气再循环燃气涡轮机系统的系统，其包括联接到所述电网和所述控制系统的一个或更多个传感器，其中所述控制系统被构造成至少部分基于来自所述一个或更多个传感器的反馈检测与所述电网相关联的所述瞬态事件何时发生。
20.一种存储可由电子装置的处理器执行的指令的非暂态计算机可读介质，所述指令包含：
确定在联接到EGR燃气涡轮机系统的电网中发生瞬态事件的指令，其中，所述瞬态事件为欠频事件或欠压事件；
在所述EGR燃气涡轮机系统在非化学计量燃烧模式中运行时，响应于所述瞬态事件，增加至所述EGR燃气涡轮机系统的燃烧器的燃料的流率以提供主频率响应即PFR的指令；以及
在所述EGR燃气涡轮机系统在化学计量燃烧模式中运行时，响应于所述瞬态事件，在增加至所述燃烧器的燃料的所述流率之前增加至所述燃烧器的氧化剂的流率，或者减少电力的本地消耗以增加被输出到附接电网的电力的一部分，或者这两者以提供所述PFR的指令。
21.根据权利要求20所述的介质，其中，增加至所述燃烧器的氧化剂的所述流率的指令包括：响应于所述瞬态事件，向设置在所述EGR燃气涡轮机系统的EGR回路中的氧化剂压缩机上游的控制阀提供控制信号，以减少至所述氧化剂压缩机的进口的再循环排气流的指令。
22.根据权利要求20所述的介质，其中，增加至所述燃烧器的氧化剂的所述流率的指令包括：响应于所述瞬态事件以调节下列项中的一项或更多项的指令：设置在所述燃烧器的上游的至少一个氧化剂压缩机的进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置，以增加所述至少一个氧化剂压缩机的性能。
23.根据权利要求20所述的介质，其中，减少所述电力的所述本地消耗的指令包括：调节下列项中的一项或更多项的指令：产气压缩机的进口导向叶片位置、可变定子叶片位置、速度、进口节流阀位置、排出节流阀位置或再循环阀位置，以降低所述产气压缩机的功率消耗。
24.根据权利要求20所述的介质，其中，确定在联接到所述EGR燃气涡轮机系统的所述电网中发生所述瞬态事件的所述指令包括利用来自联接到所述电网的一个或更多个传感器的反馈来检测所述欠频事件或所述欠压事件的指令。
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