EA041135B1 - POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD OF ITS AUTOMATIC CONTROL - Google Patents

POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD OF ITS AUTOMATIC CONTROL Download PDF

Info

Publication number
EA041135B1
EA041135B1 EA201992415 EA041135B1 EA 041135 B1 EA041135 B1 EA 041135B1 EA 201992415 EA201992415 EA 201992415 EA 041135 B1 EA041135 B1 EA 041135B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
heater
oxidizer
controller
fuel
flow
Prior art date
Application number
EA201992415
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Джереми Эрон Фетведт
Родни Джон Аллам
Original Assignee
8 Риверз Кэпитл
Ллк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 8 Риверз Кэпитл, Ллк filed Critical 8 Риверз Кэпитл
Publication of EA041135B1 publication Critical patent/EA041135B1/en

Links

Description

BlBl

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к системам и способам для автоматического управления установками генерирования мощности (выработки энергии), в частности, которые могут быть объединены с такими установками.The present invention relates to systems and methods for the automatic control of power generation (power generation) installations, in particular, which can be combined with such installations.

Уровень техникиState of the art

Существует острая необходимость в разработке энергетических систем, которые могут удовлетворять растущие потребительские запросы. Хотя множество работ посвящено системам, в которых не используется сжигание органических топлив, стоимостные факторы и доступность органических топлив, в особенности углей и природного газа (а также отвальных углеводородов, например, остаточных нефтепродуктов), обусловливают постоянную потребность в системах, сконфигурированных таким образом, чтобы сжигать такие топлива, в частности с высокой эффективностью и полным улавливанием углерода. Для удовлетворения этих требований сохраняется постоянное стремление к разработке систем регулирования, способных обеспечить прецизионное управление энергетическими системами.There is an urgent need to develop energy systems that can meet growing consumer demands. Although a lot of work has been devoted to systems that do not use fossil fuels, the cost factors and availability of fossil fuels, especially coal and natural gas (and waste hydrocarbons, such as residual petroleum products), create a constant need for systems configured in such a way that burn such fuels, in particular with high efficiency and complete carbon capture. To meet these requirements, there is a constant drive to develop control systems capable of providing precise control of power systems.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

В настоящем изобретении предлагается система генерирования мощности со встроенной системой регулирования, выполненной с возможностью автоматического управления по меньшей мере одним компонентом системы генерирования мощности, содержащая нагреватель;The present invention provides a power generation system with an integrated control system configured to automatically control at least one component of the power generation system, comprising: a heater;

генератор мощности и по меньшей мере один контроллер, причем по меньшей мере один контроллер сконфигурирован с возможностью приема входного сигнала ниже по потоку от нагревателя и выдачи выходного сигнала, обеспечивающего корректирование потока топлива к нагревателю и, тем самым, регулирование выдачи тепла нагревателем, и по меньшей мере один контроллер сконфигурирован с возможностью приема того же или другого входного сигнала ниже по потоку от нагревателя и выдачи выходного сигнала для регулирования расхода потока рабочей текучей среды (далее также называемой рабочим телом) к нагревателю.a power generator and at least one controller, wherein at least one controller is configured to receive an input signal downstream from the heater and provide an output signal to adjust the flow of fuel to the heater and thereby control the heat output of the heater, and at least at least one controller is configured to receive the same or a different input signal downstream from the heater and provide an output signal to control the flow rate of the working fluid (hereinafter also referred to as the working fluid) to the heater.

В частных вариантах выполнения по меньшей мере один контроллер включает контроллер мощности, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к мощности, вырабатываемой генератором мощности, и выдачи выходного сигнала, обеспечивающего корректирование потока топлива к нагревателю и, тем самым, регулирование выдачи тепла нагревателем. Контроллер мощности предпочтительно сконфигурирован на выполнение одного или обоих из следующих требований:In particular embodiments, at least one controller includes a power controller configured to receive an input signal related to the power generated by the power generator and provide an output signal to adjust the flow of fuel to the heater and thereby control the heat output of the heater. The power controller is preferably configured to fulfill one or both of the following requirements:

обеспечение выдачи выходного сигнала на нагреватель для повышения или снижения выработки тепла нагревателем;providing an output signal to the heater to increase or decrease the heat output of the heater;

обеспечение подачи выходного сигнала на топливный клапан для пропускания большего или меньшего количества топлива в нагреватель.providing an output signal to the fuel valve to pass more or less fuel to the heater.

По меньшей мере один контроллер включает контроллер насоса, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к температуре выхлопного потока ниже по потоку от нагревателя, и обеспечения подачи выходного сигнала на насос для регулирования расхода потока рабочей текучей среды к нагревателю.The at least one controller includes a pump controller configured to receive an input relating to an exhaust stream temperature downstream of the heater and provide an output to a pump to control the flow rate of the working fluid to the heater.

По меньшей мере один контроллер включает контроллер отношения топливо/окислитель, сконфигурированный с возможностью приема одного или обоих из входного сигнала, относящегося к расходу топлива в нагреватель, и входного сигнала, относящегося к расходу окислителя в нагреватель, и на выполнение одного или обоих из следующих требований:The at least one controller includes a fuel/oxidizer ratio controller configured to receive one or both of an input relating to fuel flow to the heater and an input relating to oxidizer flow to the heater and to perform one or both of the following: :

обеспечение подачи выходного сигнала на топливный клапан для пропускания большего или меньшего количества топлива в нагреватель;providing an output signal to the fuel valve to pass more or less fuel to the heater;

обеспечение подачи выходного сигнала на клапан окислителя для пропускания большего или меньшего количества окислителя в нагреватель.providing an output signal to the oxidant valve to allow more or less oxidant to pass into the heater.

По меньшей мере один контроллер включает контроллер насоса окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к одному или обоим из массового расхода топлива и массового расхода окислителя, подаваемых к нагревателю, и вычисления соотношения массовых расходов топлива и окислителя, и контроллер насоса окислителя сконфигурирован с возможностью обеспечения подачи выходного сигнала на насос окислителя для изменения мощности насоса так, чтобы воздействовать на соотношение массовых расходов топлива и окислителя, подаваемых к нагревателю.The at least one controller includes an oxidizer pump controller configured to receive an input relating to one or both of a fuel mass flow rate and an oxidizer mass flow rate supplied to the heater and calculate a ratio of fuel and oxidizer mass flow rates, and the oxidizer pump controller is configured to the ability to provide an output signal to the oxidizer pump to change the power of the pump so as to affect the ratio of the mass flow rates of fuel and oxidizer supplied to the heater.

По меньшей мере один контроллер включает контроллер давления окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению потока окислителя выше по потоку от компрессора окислителя, и обеспечения выходного сигнала, так чтобы вызывать большее или меньшее добавление рабочей текучей среды к потоку окислителя выше по потоку от компрессора окислителя.The at least one controller includes an oxidizer pressure controller configured to receive an input relating to the pressure of the oxidizer stream upstream from the oxidizer compressor and provide an output so as to cause more or less working fluid to be added to the upstream oxidizer stream. from the oxidizer compressor.

Рабочая текучая среда представляет собой поток в основном чистого CO2.The working fluid is a stream of essentially pure CO2.

Нагреватель представляет собой камеру сгорания.The heater is a combustion chamber.

В другом частном варианте выполнения нагреватель представляет собой нагреватель с использованием солнечной энергии.In another particular embodiment, the heater is a solar powered heater.

- 1 041135- 1 041135

Нагреватель выполнен с возможностью получения тепла от потока текучей среды с температурой выше 400°C.The heater is configured to receive heat from a fluid flow with a temperature above 400°C.

В настоящем изобретении также предлагается способ автоматического управления системой генерирования мощности, включающий сжигание в нагревателе топлива с окислителем в присутствии рабочей текучей среды и выпуск из нагревателя выхлопного потока;The present invention also provides a method for automatically controlling a power generation system, comprising burning an oxidizer fuel in a heater in the presence of a working fluid and exhausting an exhaust stream from the heater;

генерирование мощности, используя выхлопной поток;generating power using the exhaust stream;

использование по меньшей мере одного контроллера для приема по меньшей мере одного входного сигнала ниже по потоку от нагревателя и выдачи выходного сигнала, обеспечивающего корректирование потока одного или обоих из топлива или окислителя к нагревателю и, тем самым, регулирование количества тепла в выхлопном потоке, и использование по меньшей мере одного контроллера для приема того же или другого входного сигнала ниже по потоку от нагревателя и выдачи выходного сигнала для регулирования расхода потока рабочей текучей среды к нагревателю.using at least one controller to receive at least one input signal downstream from the heater and provide an output signal to adjust the flow of one or both of the fuel or oxidizer to the heater and thereby control the amount of heat in the exhaust stream, and use at least one controller for receiving the same or a different input signal downstream from the heater and providing an output signal for controlling the flow rate of the working fluid to the heater.

В частных вариантах осуществления по меньшей мере один контроллер включает контроллер мощности, который принимает входной сигнал, относящийся к мощности, вырабатываемой генератором мощности, и выдает выходной сигнал для корректировки расхода топлива к нагревателю и, тем самым, регулирования количества тепла в выхлопном потоке.In particular embodiments, at least one controller includes a power controller that receives an input relating to the power generated by the power generator and provides an output to adjust the fuel flow to the heater and thereby control the amount of heat in the exhaust stream.

Контроллер мощности сконфигурирован на выполнение одного или обоих из следующих требований:The power controller is configured to fulfill one or both of the following requirements:

выдача выходного сигнала на нагреватель для повышения или снижения выработки тепла нагревателем;providing an output signal to the heater to increase or decrease the heat output of the heater;

подача выходного сигнала на топливный клапан для пропускания большего или меньшего количества топлива в нагреватель.providing an output signal to the fuel valve to allow more or less fuel to pass into the heater.

По меньшей мере один контроллер включает контроллер насоса, который принимает входной сигнал, относящийся к температуре выхлопного потока ниже по потоку от нагревателя, и подает выходной сигнал на насос для регулирования расхода потока рабочей текучей среды к нагревателю.The at least one controller includes a pump controller that receives an input relating to an exhaust stream temperature downstream of the heater and provides an output to a pump to control the flow rate of the working fluid to the heater.

По меньшей мере один контроллер включает контроллер отношения топливо/окислитель, который принимает один или оба из входного сигнала, относящегося к расходу топлива в нагреватель, и входного сигнала, относящегося к расходу окислителя в нагреватель, и обеспечивает выполнение одного или обоих из следующих требований:The at least one controller includes a fuel/oxidizer ratio controller that receives one or both of an input relating to fuel flow to the heater and an input relating to oxidizer flow to the heater and provides one or both of the following:

подача выходного сигнала на топливный клапан для пропускания большего или меньшего количества топлива в нагреватель;providing an output signal to the fuel valve for passing more or less fuel to the heater;

подача выходного сигнала на клапан окислителя для пропускания большего или меньшего количества окислителя в нагреватель.providing an output signal to an oxidizer valve to allow more or less oxidizer to pass into the heater.

По меньшей мере один контроллер включает контроллер насоса окислителя, который принимает входной сигнал, относящийся к одному или обоим из массового расхода топлива и массового расхода окислителя, подаваемых к нагревателю, и вычисляет соотношение массовых расходов топлива и окислителя, и контроллер насоса окислителя обеспечивает подачу выходного сигнала на насос окислителя для изменения мощности насоса, так чтобы воздействовать на соотношение массовых расходов топлива и окислителя, подаваемых к нагревателю.The at least one controller includes an oxidizer pump controller that receives an input relating to one or both of fuel mass flow and oxidizer mass flow to the heater and calculates a fuel to oxidizer mass flow ratio, and the oxidizer pump controller provides an output. to the oxidizer pump to change the power of the pump so as to affect the ratio of the mass flow rates of fuel and oxidizer supplied to the heater.

По меньшей мере один контроллер включает контроллер давления окислителя, который принимает входной сигнал, относящийся к давлению потока окислителя выше по потоку от компрессора окислителя, и обеспечивает выдачу выходного сигнала, вызывающего большее или меньшее добавление рабочей текучей среды к потоку окислителя выше по потоку от компрессора окислителя.At least one controller includes an oxidizer pressure controller that receives an input relating to the pressure of the oxidizer stream upstream of the oxidizer compressor and provides an output causing more or less working fluid to be added to the oxidizer stream upstream of the oxidizer compressor. .

Могут быть обеспечены системы и способы регулирования, пригодные для управления одним или несколькими параметрами системы генерирования мощности. В частности, системы регулирования могут обеспечить управление одним или несколькими параметрами из группы, включающей давление, температуру, расход и состав потока для одного или нескольких потоков в системе генерирования мощности. Системы регулирования могут обеспечить оптимальную эффективность системы генерирования мощности. Системы регулирования могут также обеспечить управление такими функциями системы генерирования мощности, как запуск системы, остановка системы, изменение входного потока(ов) в системе, изменение выходного потока(ов) в системе, управление в чрезвычайных ситуациях возникающих в системе, и другими подобными аспектами, касающимися системы генерирования мощности.Control systems and methods suitable for controlling one or more parameters of a power generation system may be provided. In particular, control systems may provide control of one or more parameters from the group including pressure, temperature, flow, and flow composition for one or more flows in the power generation system. Control systems can ensure the optimum efficiency of the power generation system. The control systems may also provide control of such functions of the power generation system as starting the system, stopping the system, changing the input stream(s) in the system, changing the output stream(s) in the system, managing emergencies occurring in the system, and other similar aspects, relating to the power generation system.

В настоящем изобретении используются системы регулирования, пригодные для использования в установках генерирования мощности. Например, установка генерирования мощности может представлять собой установку, в которой в камере сгорания сжигается топливо (например, углеводороды, в частности углеводородный газ) в атмосфере в основном чистого кислорода под давлением приблизительно 12 МПа или более при добавлении циркуляционного CO2 потока с получением в итоге смешанного потока продуктов горения и циркуляционного CO2. В некоторых вариантах выполнения генерация мощности может отличаться одним или несколькими следующими признаками, которые могут комбинироваться в любом числе и порядке.The present invention uses control systems suitable for use in power generation installations. For example, a power generation plant may be one in which a fuel (eg, hydrocarbons, in particular hydrocarbon gas) is combusted in a combustion chamber in an atmosphere of substantially pure oxygen at a pressure of about 12 MPa or more, with the addition of a circulating CO 2 stream, resulting in mixed flow of combustion products and circulating CO2. In some embodiments, power generation may differ in one or more of the following features, which may be combined in any number and order.

- 2 041135- 2 041135

Смешанный поток может пропускаться через энергетическую турбину с выходным давлением приблизительно 10 бар.The mixed flow may be passed through a power turbine with an outlet pressure of approximately 10 bar.

Турбинные выхлопы могут охлаждаться в теплообменнике-экономайзере, предварительно нагревая циркуляционный CO2 поток.Turbine exhaust can be cooled in an economizer heat exchanger by preheating the circulating CO2 stream.

Турбинные выхлопы могут дополнительно охлаждаться до температуры, близкой к окружающей, и сконденсировавшаяся вода может удаляться.The turbine exhaust may be further cooled to near ambient temperature and the condensed water may be removed.

Для формирования циркуляционного CO2 потока газовый CO2 поток может сжиматься до давления, равного или близкого к входному давлению турбины, с использованием газового компрессора, за которым следует повышающий плотность насос.To form a circulating CO2 stream, the CO2 gas stream can be compressed to a pressure equal to or close to the turbine inlet pressure using a gas compressor followed by a density increasing pump.

Чистый CO2 продукт, получившийся в камере сгорания, может удаляться под любым давлением в диапазоне от входного до выходного давления турбины.The pure CO2 product produced in the combustor can be removed at any pressure between turbine inlet and outlet pressures.

Для снижения температурной разницы между турбинными выхлопами и циркуляционным CO2 потоком, выходящим из теплообменника-экономайзера, приблизительно до 50°C или менее может вводиться тепло от внешнего источника, предварительно нагревающее часть циркуляционного CO2 потока до температуры от 200 до 400°C.To reduce the temperature difference between the turbine exhaust and the circulating CO2 stream exiting the economizer heat exchanger to approximately 50°C or less, heat from an external source may be introduced to preheat a portion of the circulating CO2 stream to between 200 and 400°C.

Расход топливного газа может регулироваться для обеспечения требуемой выходной мощности турбины.The flow rate of the fuel gas can be adjusted to provide the desired turbine output.

Выходная температура турбины может регулироваться CO2 насосом.The outlet temperature of the turbine can be controlled by a CO2 pump.

Выходное давление CO2 компрессора можно регулировать путем рециркуляции потока сжатого CO2 обратно на вход компрессора.The compressor CO 2 outlet pressure can be controlled by recirculating the compressed CO 2 stream back to the compressor inlet.

Расход чистого CO2 продукта, получившегося при сжигании топливного газа и удаляемого из системы, может использоваться для регулирования входного давления CO2 компрессора.The flow rate of the net CO2 product from the combustion of the fuel gas and removed from the system can be used to control the inlet pressure of the CO2 compressor.

Разницу между температурой турбинных выхлопов, поступающих в теплообменник-экономайзер, и температурой циркуляционного CO2 потока, выходящего из теплообменника-экономайзера, можно регулировать так, чтобы она не превышала 50°C, путем регулирования расхода в части циркуляционного CO2 потока, нагреваемой от источника добавочного тепла.The temperature difference between the temperature of the turbine exhaust entering the economizer heat exchanger and the temperature of the circulating CO2 stream leaving the economizer heat exchanger can be controlled so that it does not exceed 50°C by controlling the flow rate in the part of the circulating CO2 stream heated from the booster heat source .

Расход чистой жидкой воды и получившихся из топлива загрязняющих примесей, выводимых из системы, можно регулировать уровнем в сепараторе жидкой воды.The flow rate of clean liquid water and fuel-derived contaminants removed from the system can be controlled by the level in the liquid water separator.

Расход кислорода можно регулировать так, чтобы поддерживать отношение расхода кислорода к расходу топливного газа на уровне, обусловливающем заданный избыток кислорода во входном потоке турбины, что гарантирует полное сгорание топливного газа и окисление компонентов, входящих в топливный газ.The oxygen flow rate can be controlled to maintain the ratio of oxygen flow rate to fuel gas flow rate at a level that causes a predetermined excess of oxygen in the turbine inlet stream, which ensures complete combustion of the fuel gas and oxidation of the components included in the fuel gas.

Поток кислорода под давлением, соответствующим давлению на входе CO2 компрессора, может быть смешан с некоторым количеством CO2, отведенного со входа CO2 компрессора, для получения потока окислителя, содержащего приблизительно от 15 до приблизительно 40 мол.% кислорода, что может привести к снижению температуры адиабатического пламени в камере сгорания.An oxygen stream at a pressure corresponding to the pressure at the CO2 inlet of the compressor may be mixed with some of the CO2 withdrawn from the CO2 inlet of the compressor to produce an oxidant stream containing from about 15 to about 40 mol% oxygen, which can result in a decrease in the temperature of the adiabatic flames in the combustion chamber.

Потоком окислителя, необходимым для получения требуемого отношения окислителя к топливному газу, можно управлять за счет скорости насоса окислителя.The flow of oxidant necessary to obtain the desired ratio of oxidizer to fuel gas can be controlled by the speed of the oxidizer pump.

Выходное давление компрессора окислителя можно регулировать за счет рециркуляции потока сжатого окислителя на вход компрессора.The oxidizer compressor outlet pressure can be controlled by recirculating the compressed oxidizer stream to the compressor inlet.

Входное давление компрессора окислителя можно регулировать, изменяя расход разбавляющего CO2, смешиваемого с кислородом при формировании потока окислителя.The oxidizer compressor inlet pressure can be controlled by varying the flow rate of diluent CO 2 mixed with oxygen to form the oxidizer stream.

Отношение кислорода к CO2 в потоке окислителя можно регулировать путем изменения потока кислорода.The ratio of oxygen to CO2 in the oxidizer stream can be controlled by changing the oxygen stream.

Кислород может поступать в систему генерирования мощности под давлением, по крайней мере, не меньшем давления на входе турбины, и желательно, чтобы в потоке окислителя молярная концентрация кислорода лежала в диапазоне приблизительно от 15 до приблизительно 40%.Oxygen may be supplied to the power generation system at a pressure at least as high as the turbine inlet pressure, and the oxidizer stream desirably has a molar concentration of oxygen in the range of about 15% to about 40%.

Отношение кислорода к топливному газу можно регулировать величиной потока кислорода.The ratio of oxygen to fuel gas can be controlled by the amount of oxygen flow.

Отношение кислорода к CO2 в потоке окислителя можно регулировать величиной потока разбавляющего CO2, отведенного с выхода CO2 компрессора.The ratio of oxygen to CO 2 in the oxidant stream can be controlled by the amount of dilution CO 2 flow taken from the compressor CO 2 outlet.

В любом из рассмотренных здесь вариантов регулирование первого параметра за счет второго параметра может, в частности, означать, что второй параметр является измеряемым (например, датчиком) или иным образом отслеживаемым, или что второй параметр вычисляет компьютер на основе дополнительно предоставляемой информации, справочных таблиц или допускаемых величин, и контроллер инициирует последовательность управляющих команд на базе измеренного или вычисленного параметра, так чтобы соответствующим образом скорректировать первый параметр (например, открывая или закрывая соответствующую арматуру (далее - клапан), увеличивая или снижая мощность насоса и т.д.). Другими словами, второй параметр используется как сигнал запуска для контроллера на выполнение корректировки первого параметра.In any of the embodiments discussed herein, adjusting the first parameter by the second parameter may specifically mean that the second parameter is measurable (eg, by a sensor) or otherwise monitored, or that the second parameter is computed by a computer based on additionally provided information, lookup tables, or allowed values, and the controller initiates a sequence of control commands based on the measured or calculated parameter, so as to adjust the first parameter accordingly (for example, by opening or closing the corresponding valve (hereinafter referred to as the valve), increasing or decreasing the pump power, etc.). In other words, the second parameter is used as a trigger signal for the controller to make adjustments to the first parameter.

В настоящем изобретении обеспечиваются системы генерирования мощности, включающие встроенную систему регулирования, которая может быть сконфигурирована так, чтобы автоматически управлять по меньшей мере одним компонентом системы генерирования мощности. В частности, система ре- 3 041135 гулирования может содержать по меньшей мере один контроллер, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к измеренному параметру системы генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал по меньшей мере на один компонент системы генерирования мощности, подлежащий автоматическому управлению. Система генерирования мощности и система регулирования могут также характеризоваться одним или несколькими следующими положениями, которые могут сочетаться в любом количестве и порядке.The present invention provides power generation systems including an integrated control system that can be configured to automatically control at least one component of the power generation system. In particular, the control system may include at least one controller configured to receive an input signal related to a measured parameter of the power generation system and provide an output signal to at least one component of the power generation system to be automatically controlled. The power generation system and the control system may also be characterized by one or more of the following provisions, which may be combined in any number and order.

Система генерирования мощности может быть сконфигурирована так, чтобы поступление тепла происходило за счет сжигания топлива.The power generation system can be configured to provide heat by burning fuel.

Система генерирования мощности может быть сконфигурирована так, чтобы поступление тепла происходило от источника, не связанного со сжиганием топлива.The power generation system may be configured to provide heat from a non-combustion source.

Система генерирования мощности может быть сконфигурирована так, чтобы происходила рециркуляция потока CO2.The power generation system can be configured to recycle the CO2 stream.

Система генерирования мощности может быть сконфигурирована так, чтобы вырабатывать некоторое количество CO2, которое может быть опционально выведено из системы, например, путем подачи в магистраль или использования в других целях, например, во вторичных методах добычи нефти.The power generation system may be configured to generate some amount of CO2, which may optionally be removed from the system, such as by being fed into a mains or used for other purposes such as secondary oil recovery methods.

Система генерирования мощности может быть сконфигурирована так, чтобы использовать рабочее тело, которое циклически сжимается, нагревается и расширяется.The power generation system may be configured to use a working fluid that is cyclically compressed, heated, and expanded.

Встроенная система регулирования может содержать контроллер мощности, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к мощности, вырабатываемой одним или несколькими выдающими мощность компонентами системы генерирования мощности.The embedded control system may include a power controller configured to receive an input signal related to power generated by one or more power output components of the power generation system.

Контроллер мощности может быть сконфигурирован так, чтобы выполнялись одно или оба из следующих требований: обеспечивать выходной сигнал на нагревательный компонент системы генерирования мощности для увеличения или снижения выработки тепла нагревательным компонентом; обеспечивать выходной сигнал на топливный клапан (арматуру) для пропускания большего или меньшего количества топлива в систему генерирования мощности.The power controller may be configured to meet one or both of the following requirements: provide an output to a heating component of the power generation system to increase or decrease heat generation from the heating component; provide an output signal to a fuel valve (valve) to allow more or less fuel to flow into the power generation system.

Встроенная система регулирования может содержать контроллер отношения топливо/окислитель, сконфигурированный так, чтобы принимать сигнал, относящийся к расходу топлива, или сигнал, относящийся к расходу окислителя, или и тот, и другой сигналы.The integrated control system may comprise a fuel/oxidizer ratio controller configured to receive a fuel flow rate signal, or an oxidizer flow rate signal, or both.

Контроллер отношения топливо/окислитель может быть сконфигурирован так, чтобы выполнялись одно или оба из следующих требований: обеспечивать выходной сигнал на топливный клапан на пропускание большего или меньшего количества топлива в систему генерирования мощности; обеспечивать выходной сигнал на клапан окислителя на пропускание большего или меньшего количества окислителя в систему генерирования мощности.The fuel/oxidizer ratio controller may be configured to fulfill one or both of the following requirements: provide an output signal to the fuel valve to allow more or less fuel to enter the power generation system; provide an output signal to the oxidizer valve to allow more or less oxidizer to enter the power generation system.

Встроенная система регулирования может включать контроллер насоса, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к температуре выхлопного потока турбины в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на насос, расположенный выше по потоку от турбины, для увеличения или уменьшения расхода потока, выходящего из насоса.The integrated control system may include a pump controller configured to receive an input relating to the temperature of the turbine exhaust stream in the power generation system and provide an output signal to a pump located upstream of the turbine to increase or decrease the flow rate leaving the pump. .

Встроенная система регулирования может включать контроллер давления на всасе насоса, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению текучей среды со стороны всаса выше по потоку от насоса в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на клапан перепуска/рециркуляции, установленный выше по потоку от насоса.The integral control system may include a pump suction pressure controller configured to receive an input relating to fluid pressure from the upstream side of the pump in the power generation system and provide an output to an upstream bypass/recirculation valve. from the pump.

Контроллер давления всасывания (со стороны всасывания) компрессора может быть сконфигурирован так, чтобы выполнялись одно или оба из следующих требований: вызывать перетекание большего или меньшего количества текучей среды обратно в точку, находящуюся выше по потоку от перепускного клапана; вызывать отвод из системы генерирования мощности большего или меньшего количества текучей среды в точке, находящейся выше по потоку от насоса.The suction pressure controller (suction side) of the compressor may be configured to fulfill one or both of the following requirements: cause more or less fluid to flow back to a point upstream of the bypass valve; cause more or less fluid to be withdrawn from the power generation system at a point upstream of the pump.

Встроенная система регулирования может включать контроллер регулирования давления, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению в выхлопном потоке турбины в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на клапан отвода (выпуска) текучей среды, выполненный с возможностью вывода текучей среды из выхлопного потока, и, опционально, обеспечивать выходной сигнал на клапан отвода текучей среды на пропускание текучей среды в выхлопной поток.The built-in control system may include a pressure control controller configured to receive an input relating to the pressure in the turbine exhaust stream in the power generation system and provide an output signal to a fluid diversion (release) valve configured to remove fluid from the exhaust stream. , and optionally provide an output signal to the fluid diversion valve to pass fluid into the exhaust stream.

Встроенная система регулирования может включать контроллер водного сепаратора, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к количеству воды в сепараторе системы генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на клапан отвода воды, так чтобы разрешать или блокировать отвод воды из сепаратора, а также поддерживать количество воды в сепараторе в заданном объеме.The built-in control system may include a water separator controller configured to receive an input relating to the amount of water in the separator of the power generation system and provide an output to a dewatering valve to allow or block the removal of water from the separator, and to maintain the amount of water. in the separator in a given volume.

Встроенная система регулирования может включать контроллер насоса окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося или к массовому расходу топлива, или к массовому расходу окислителя, или к ним обоим в системе генерирования мощности, а также вычислять соотношение массовых расходов топлива и окислителя.The onboard control system may include an oxidizer pump controller configured to receive an input relating to either fuel mass flow or oxidizer mass flow or both in the power generation system and calculate the fuel to oxidizer mass flow ratio.

Контроллер насоса окислителя сконфигурирован так, чтобы обеспечивать выходной сигнал на на- 4 041135 сос окислителя, изменяя мощность насоса таким образом, чтобы воздействовать на соотношение массовых расходов топлива и окислителя в системе генерирования мощности.The oxidizer pump controller is configured to provide an output signal to the oxidizer pump, varying pump power to affect the fuel to oxidizer mass flow ratio in the power generation system.

Встроенная система регулирования может включать контроллер давления окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению в потоке окислителя ниже компрессора окислителя, и обеспечивать выходной сигналы на перепускной клапан окислителя, вызывающий больший или меньший перепуск окислителя в обход компрессора.The built-in control system may include an oxidizer pressure controller configured to receive an input relating to pressure in the oxidizer stream downstream of the oxidizer compressor and provide an output to an oxidizer bypass valve causing more or less bypass of the oxidizer to bypass the compressor.

Встроенная система регулирования может включать контроллер давления окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению в потоке окислителя ниже компрессора окислителя, и обеспечивать выходной сигнал на клапан рециркуляции текучей среды, вызывающий введение большего или меньшего количества текучей среды из системы генерирования мощности в поток окислителя выше компрессора окислителя. В частности, циркуляционная текучая среда может быть потоком в основном чистого CO2.The integral control system may include an oxidizer pressure controller configured to receive an input relating to pressure in the oxidizer stream downstream of the oxidizer compressor and provide an output to a fluid recirculation valve causing more or less fluid from the power generation system to be injected into the stream. oxidizer upstream of the oxidizer compressor. In particular, the circulating fluid may be a stream of substantially pure CO2.

Встроенная система регулирования может включать контроллер разбавления, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося или к массовому расходу окислителя, или к массовому расходу в потоке разбавителя окислителя, или к ним обоим, а также вычислять соотношение расходов окислителя и разбавителя окислителя.The integrated control system may include a dilution controller configured to receive an input relating to either oxidant mass flow, or oxidant diluent mass flow, or both, and calculate the ratio of oxidant to oxidant diluent flow rates.

Контроллер разбавления может быть сконфигурирован так, чтобы обеспечивать выходной сигнал на входной клапан окислителя, пропуская большее или меньшее количество окислителя в систему генерирования мощности, так чтобы отношение массового расхода окислителя к разбавителю окислителя находилось в заданном диапазоне.The dilution controller may be configured to provide an output to the oxidizer inlet valve, allowing more or less oxidizer to the power generating system such that the mass flow ratio of oxidizer to oxidizer diluent is within a predetermined range.

Встроенная система регулирования может включать контроллер давления всасывания компрессора, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению всасывания текучей среды выше по потоку от компрессора в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на перепускной клапан, расположенный ниже по потоку от компрессора и обусловливающий перепуск большего или меньшего количества текучей среды в точку, находящуюся выше по потоку от компрессора.The integral control system may include a compressor suction pressure controller configured to receive an input relating to fluid suction pressure upstream of the compressor in the power generation system and provide an output to a bypass valve downstream of the compressor causing bypass. more or less fluid to a point upstream of the compressor.

Встроенная система регулирования может включать контроллер скорости насоса, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению со стороны всаса выше по потоку от насоса, и обеспечивать выходной сигнал на насос для увеличения или снижения скорости насоса.The built-in control system may include a pump speed controller configured to receive an input relating to pressure from the suction side upstream of the pump and provide an output to the pump to increase or decrease the speed of the pump.

Встроенная система регулирования может включать контроллер нагрева отводного потока, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к вычисленным требованиям по массовому расходу в отводном потоке от рециркуляционного потока высокого давления в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на клапан отводного потока для увеличения или уменьшения доли рециркуляционного потока высокого давления, направляемой в отводной поток.The integrated control system may include a bleed heat controller configured to receive input relating to calculated bleed mass flow requirements from the high pressure recycle stream in the power generation system and provide an output to the bleed valve to increase or decrease the proportion high pressure recirculation stream directed to the bypass stream.

Система генерирования мощности может содержать турбину; компрессор, установленный ниже по потоку от турбины и сообщающийся с турбиной; насос, установленный ниже по потоку от компрессора и сообщающийся с компрессором; и нагреватель, установленный ниже по потоку от насоса и сообщающийся с насосом, а также выше по потоку от турбины и сообщающийся с турбиной, опционально, система генерирования мощности может содержать рекуперативный теплообменник.The power generation system may include a turbine; a compressor installed downstream of the turbine and in communication with the turbine; a pump installed downstream of the compressor and in communication with the compressor; and a heater installed downstream of the pump and in communication with the pump, as well as upstream of the turbine and in communication with the turbine, optionally, the power generation system may comprise a recuperative heat exchanger.

В настоящем изобретении обеспечивается автоматическое управление системой генерирования мощности. В частности, может обеспечиваться функционирование/действие системы генерирования мощности, содержащей группу компонентов, в которую входят турбина; компрессор, установленный ниже по потоку от турбины и сообщающийся с турбиной; насос, установленный ниже по потоку от компрессора и сообщающийся с компрессором; и нагреватель, установленный ниже по потоку от насоса и сообщающийся с насосом, а также выше по потоку от турбины и сообщающийся с турбиной. Кроме того, функционирование системы генерирования мощности может включать использование объединенных с системой генерирования мощности контроллеров, предназначенных для приема входного сигнала, относящегося к измеряемому параметру системы генерирования мощности, и обеспечения выходного сигнала, автоматически регулирующего работу по меньшей мере одного компонента из группы компонентов системы генерирования мощности. В дополнительных вариантах выполнения такой способ может включать одну или несколько следующих стадий, которые могут объединяться в любом числе и в любом сочетании.The present invention provides automatic control of the power generation system. In particular, the operation/operation of a power generation system may be provided, comprising a group of components, which includes a turbine; a compressor installed downstream of the turbine and in communication with the turbine; a pump installed downstream of the compressor and in communication with the compressor; and a heater installed downstream of the pump and in communication with the pump, and upstream of the turbine and in communication with the turbine. In addition, the operation of the power generation system may include the use of controllers associated with the power generation system, designed to receive an input signal related to the measured parameter of the power generation system, and provide an output signal that automatically regulates the operation of at least one component from a group of components of the power generation system. . In additional embodiments, such a method may include one or more of the following steps, which may be combined in any number and in any combination.

Выходной сигнал может получаться на основе программного, заложенного в компьютер алгоритма управления.The output signal can be obtained on the basis of a software control algorithm embedded in the computer.

Функционирование может включать поступление тепла за счет горения топлива.Operation may include heat input from fuel combustion.

Функционирование может включать поступление тепла от источника, не связанного со сжиганием топлива.Operation may include heat from a source other than fuel combustion.

Функционирование может включать рециркуляцию потока CO2.The operation may include recycling the CO2 stream.

Функционирование может включать выработку некоторого количества CO2, которое может быть опционально выведено из системы, например, путем подачи в магистраль или использования в других целях, например, во вторичных методах добычи нефти.The operation may include the production of some CO2, which may optionally be removed from the system, for example, by supply to a mains or used for other purposes, such as in secondary oil recovery methods.

- 5 041135- 5 041135

Функционирование может включать использование рабочего тела, которое циклически сжимается, нагревается и расширяется.The operation may include the use of a working fluid that is cyclically compressed, heated and expanded.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к системе генерирования мощности, и управления одной или обеими из следующих операций: обеспечение подачи выходного сигнала на нагревательный компонент системы генерирования мощности для увеличения или снижения выработки тепла нагревательным компонентом; обеспечение выходного сигнал на топливный клапан системы генерирования мощности для пропускания большего или меньшего количества топлива в систему генерирования мощности.The operation may include using the controller to receive an input relating to the power generation system and control one or both of the following: provide an output to a heating component of the power generation system to increase or decrease heat generation from the heating component; providing an output signal to the fuel valve of the power generation system for passing more or less fuel to the power generation system.

Функционирование может включать использование контроллера для приема или входного сигнала, относящегося к расходу топлива, или входного сигнала, относящегося к расходу окислителя, или к ним обоим, а также для управления одной или обеими из следующих операций: обеспечение выходного сигнала на топливный клапан системы генерирования мощности для пропускания большего или меньшего количества топлива в систему генерирования мощности; обеспечение подачи выходного сигнала на клапан окислителя системы генерирования мощности для пропускания большего или меньшего количества окислителя в систему генерирования мощности.Operation may include using the controller to receive either a fuel flow input or an oxidizer flow input, or both, and to control one or both of the following: provide an output signal to the fuel valve of the power generation system to pass more or less fuel into the power generation system; providing an output signal to an oxidizer valve of the power generation system to allow more or less oxidizer into the power generation system.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к температуре выхлопного потока турбины, и обеспечения подачи выходного сигнала на насос, расположенный выше по потоку от турбины, для увеличения или снижения расхода потока, выходящего из насоса.The operation may include using the controller to receive an input relating to the temperature of the turbine exhaust stream and provide an output to a pump upstream of the turbine to increase or decrease the flow rate leaving the pump.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению потока текучей среды на всасе выше насоса, и обеспечения подачи выходного сигнала на перепускной клапан, расположенный выше по потоку от насоса. В частности, должны удовлетворяться одно или оба из следующих требований: контроллер вызывает перетекание большего или меньшего количества текучей среды обратно в точку, находящуюся выше по потоку от перепускного клапана; контроллер вызывает отвод из системы генерирования мощности большего или меньшего количества текучей среды в точке, находящейся выше по потоку от насоса.The operation may include using the controller to receive an input relating to the pressure of the fluid flow at the suction above the pump and provide an output signal to a bypass valve located upstream of the pump. In particular, one or both of the following requirements must be met: the controller causes more or less fluid to flow back to a point upstream of the bypass valve; the controller causes more or less fluid to be withdrawn from the power generation system at a point upstream of the pump.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению в выхлопном потоке турбины, и обеспечения подачи выходного сигнала на клапан отвода текучей среды и возможности отвода текучей среды из выхлопного потока, а также опционально для обеспечения подачи выходного сигнала на клапан отвода текучей среды и возможности ввода текучей среды в выхлопной поток.Operation may include using a controller to receive an input relating to pressure in the turbine exhaust stream and provide an output to the diversion valve and allow fluid to be diverted from the exhaust stream, and optionally to provide an output to the diversion valve. and the possibility of introducing fluid into the exhaust stream.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к количеству воды в сепараторе, введенном в систему генерирования мощности, и обеспечения подачи выходного сигнала на клапан отвода воды и возможности отводить или не отводить воду из сепаратора для поддержания количества воды в сепараторе в заданном объеме.The operation may include using a controller to receive an input relating to the amount of water in the separator introduced into the power generation system and provide an output to a dewatering valve and the ability to divert or not divert water from the separator to maintain the amount of water in the separator at a predetermined volume. .

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося или к массовому расходу топлива, или к массовому расходу окислителя, или к ним обоим в системе генерирования мощности, а также вычислять соотношение массовых расходов топлива и окислителя. В частности, контроллер может обеспечивать выходной сигнал на насос окислителя, изменяя мощность насоса таким образом, чтобы воздействовать на соотношение массовых расходов топлива и окислителя в системе генерирования мощности.The operation may include using the controller to receive an input relating to either fuel mass flow or oxidizer mass flow or both in the power generation system and calculate the fuel to oxidizer mass flow ratio. In particular, the controller may provide an output signal to the oxidizer pump by changing the power of the pump in such a way as to affect the mass flow ratio of fuel and oxidizer in the power generation system.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению в потоке окислителя ниже компрессора окислителя, и обеспечения подачи выходного сигнала на перепускной клапан окислителя, так чтобы вызывать пропускание большего или меньшего количества окислителя в обход компрессора.The operation may include using the controller to receive an input relating to the pressure in the oxidant stream downstream of the oxidizer compressor and provide an output signal to the oxidizer bypass valve so as to cause more or less oxidant to bypass the compressor.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению в потоке окислителя выше компрессора окислителя, и обеспечения подачи выходного сигнала на клапан рециркуляции текучей среды, так чтобы вызывать добавление большего или меньшего количества рециркуляционной текучей среды в поток окислителя в точке, находящейся выше по потоку от компрессора окислителя. В частности циркуляционная текучая среда может быть потоком в основном чистого CO2.Operation may include using a controller to receive an input relating to pressure in the oxidant stream above the oxidizer compressor and provide an output to a fluid recirculation valve so as to cause more or less recirculation fluid to be added to the oxidizer stream at a point upstream. downstream of the oxidizer compressor. In particular, the circulating fluid may be a stream of substantially pure CO2.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося или к массовому расходу окислителя, или к массовому расходу в потоке разбавителя окислителя, или к ним обоим, а также вычислять соотношение массовых расходов окислителя и разбавителя окислителя. В частности, контроллер может быть сконфигурирован так, чтобы обеспечивать выходной сигнал на входной клапан окислителя, пропуская большее или меньшее количество окислителя в систему генерирования мощности, так чтобы отношение массового расхода окислителя к разбавителю окислителя находилось в заданном диапазоне.The operation may include using the controller to receive an input relating to either the oxidant mass flow rate or the oxidant diluent mass flow stream, or both, and calculate the ratio of the mass flow rates of the oxidant to the oxidant diluent. In particular, the controller may be configured to provide an output to the oxidizer inlet valve, allowing more or less oxidizer to the power generating system such that the mass flow ratio of oxidizer to oxidant diluent is within a predetermined range.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению всасывания выше компрессора в потоке текучей среды, и обеспечения подачи выходного сигнала на перепускной клапан, установленный ниже по потоку от компрессора и обусловливающий перепуск большего или меньшего количества текучей среды в точку, находящуюся выше поThe operation may include using the controller to receive an input relating to the upstream suction pressure of the compressor in the fluid stream and provide an output signal to a bypass valve located downstream of the compressor causing more or less fluid to be bypassed to a point upstream. By

- 6 041135 потоку от компрессора.- 6 041135 flow from the compressor.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению со стороны всаса выше по потоку от насоса, и обеспечения подачи выходного сигнала на насос для увеличения или снижения скорости насоса.The operation may include using the controller to receive an input relating to pressure from the suction side upstream of the pump and provide an output signal to the pump to increase or decrease the speed of the pump.

Функционирование может включать использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к вычисленному требованию по массовому расходу в отводном потоке от рециркуляционного потока высокого давления, и обеспечения подачи выходного сигнала на клапан отводного потока, увеличивающего или уменьшающего долю рециркуляционного потока высокого давления, направляемую в отводной поток.The operation may include using the controller to receive an input relating to the calculated mass flow requirement in the bleed stream from the high pressure recycle stream and provide an output signal to the bleed valve to increase or decrease the proportion of the high pressure recycle stream directed to the bleed stream.

Ниже приведены различные варианты систем и способов, отражающие идеи настоящего изобретения.Below are various options for systems and methods that reflect the ideas of the present invention.

Вариант 1: система генерирования мощности, содержащая встроенную систему регулирования, выполненную с возможностью управления по меньшей мере одним компонентом системы генерирования мощности и включающую по меньшей мере один блок контроллера, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к измеряемым параметрам системы генерирования мощности, и обеспечивать подачу выходного сигнала по меньшей мере на один компонент системы генерирования мощности, подлежащий автоматическому управлению.Option 1: a power generation system comprising an integrated control system configured to control at least one component of the power generation system and including at least one controller unit configured to receive an input signal related to the measured parameters of the power generation system and provide providing an output signal to at least one component of the power generation system to be automatically controlled.

Вариант 2: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер мощности, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к мощности, вырабатываемой одним или несколькими генерирующими мощность компонентами системы генерирования мощности.Option 2: A power generation system according to any of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integrated control system includes a power controller configured to receive an input signal related to power generated by one or more power generating components of the power generation system.

Вариант 3: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой контроллер мощности сконфигурирован на выполнение одного или обоих из следующих требований:Option 3: The power generation system of any of the preceding or subsequent embodiments, wherein the power controller is configured to fulfill one or both of the following requirements:

обеспечивать выдачу выходного сигнала на нагревательный компонент системы генерирования мощности, повышая или понижая выработку тепла нагревательным компонентом;provide an output signal to the heating component of the power generation system, increasing or decreasing the heat output of the heating component;

обеспечивать подачу выходного сигнала на топливный клапан, пропуская больше или меньше топлива в систему генерирования мощности.provide an output signal to the fuel valve, passing more or less fuel to the power generation system.

Вариант 4: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер отношения топливо/окислитель, сконфигурированный так, чтобы принимать или сигнал, относящийся к расходу топлива, или сигнал, относящийся к расходу окислителя, или оба сигнала.Option 4: The power generation system of any one of the preceding or subsequent embodiments wherein the integrated control system includes a fuel/oxidizer ratio controller configured to receive either a fuel flow rate signal or an oxidizer flow rate signal, or both. signal.

Вариант 5: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой контроллер отношения топливо/окислитель сконфигурирован на выполнение одного или обоих из следующих требований:Option 5: The power generation system of any one of the preceding or subsequent embodiments wherein the fuel/oxidizer ratio controller is configured to perform one or both of the following requirements:

обеспечивать подачу выходного сигнала на топливный клапан, пропуская больше или меньше топлива в систему генерирования мощности;provide an output signal to the fuel valve, passing more or less fuel to the power generation system;

обеспечивать подачу выходного сигнала на клапан окислителя, пропуская больше или меньше окислителя в систему генерирования мощности.provide an output signal to the oxidizer valve, allowing more or less oxidizer into the power generation system.

Вариант 6: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер насоса, сконфигурированный так, чтобы принимать входной сигналы, относящийся к температуре выхлопного потока турбины в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на насос, расположенный выше по потоку от турбины, для увеличения или уменьшения расхода потока, выходящего из насоса.Option 6: A power generation system as in any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integrated control system includes a pump controller configured to receive an input relating to the temperature of the turbine exhaust stream in the power generation system and provide an output to the pump, located upstream of the turbine, to increase or decrease the flow rate leaving the pump.

Вариант 7: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер давления на всасе насоса, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению текучей среды со стороны всаса выше по потоку от насоса в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на клапан перепуска, установленный выше по потоку от насоса.Option 7: A power generation system as in any one of the preceding or subsequent embodiments wherein the integral control system includes a pump suction pressure controller configured to receive an input relating to fluid pressure on the suction side upstream of the pump in the generation system power, and provide an output signal to a bypass valve upstream of the pump.

Вариант 8: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой контроллер давления на всасе насоса сконфигурирован на выполнение одного или обоих из следующих требований:Option 8: The power generation system of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the pump suction pressure controller is configured to perform one or both of the following requirements:

вызывать перетекание большего или меньшего количества текучей среды в точку, находящуюся выше по потоку от перепускного клапана;causing more or less fluid to flow to a point upstream of the bypass valve;

вызывать отвод большего или меньшего количества текучей среды из системы генерирования мощности в точке, находящейся выше по потоку от насоса.cause more or less fluid to be diverted from the power generation system at a point upstream of the pump.

Вариант 9: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер регулирования давления, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению выхлопного потока турбины в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на клапан отвода текучей среды, выполненный с возможностью вывода текучей среды из выхлопного пото- 7 041135 ка, и опционально обеспечивать выходной сигнал на клапан отвода текучей среды и пропускать текучую среду в выхлопной поток.Option 9: A power generation system as in any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integrated control system includes a pressure control controller configured to receive an input relating to turbine exhaust flow pressure in the power generation system and provide an output signal to a bleed valve fluid medium, configured to remove fluid from the exhaust stream, and optionally provide an output signal to the fluid removal valve and pass fluid into the exhaust stream.

Вариант 10: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер водного сепаратора, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к количеству воды в сепараторе системы генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на клапан отвода воды, разрешая или блокируя отвод воды из сепаратора, а также поддерживая количество воды в сепараторе в заданном объеме.Option 10: A power generation system as in any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integrated control system includes a water separator controller configured to receive an input relating to the amount of water in the separator of the power generation system and provide an output signal to a water diversion valve , allowing or blocking the removal of water from the separator, as well as maintaining the amount of water in the separator in a given volume.

Вариант 11: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер насоса окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося или к массовому расходу топлива, или к массовому расходу окислителя, или к ним обоим в системе генерирования мощности, а также вычислять соотношение массовых расходов топлива и окислителя.Option 11: The power generation system of any one of the foregoing or subsequent embodiments, wherein the onboard control system includes an oxidizer pump controller configured to receive an input relating to either fuel mass flow rate or oxidizer mass flow rate, or both in power generation system, as well as calculate the ratio of mass flow rates of fuel and oxidizer.

Вариант 12: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой контроллер насоса окислителя сконфигурирован так, чтобы обеспечивать выходной сигнал на насос окислителя, изменяя мощность насоса так, чтобы воздействовать на соотношение массовых расходов топлива и окислителя в системе генерирования мощности.Embodiment 12: A power generation system as in any of the preceding or subsequent embodiments, wherein the oxidizer pump controller is configured to provide an output to the oxidizer pump by varying pump power to affect the fuel to oxidizer mass flow ratio in the power generation system.

Вариант 13: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер давления окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению в потоке окислителя ниже компрессора окислителя, и обеспечивать выходной сигнал на перепускной клапан окислителя, вызывающий перетекание большего или меньшего количества окислителя в обход компрессора.Option 13: A power generation system as in any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integral control system includes an oxidizer pressure controller configured to receive an input relating to pressure in the oxidizer stream downstream of the oxidizer compressor and provide an output signal to the oxidizer bypass valve , causing more or less oxidant to flow around the compressor.

Вариант 14: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер давления окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению в потоке окислителя ниже компрессора окислителя, и обеспечивать выходной сигнал на клапан рециркуляции текучей среды, вызывающий введение большего или меньшего количества текучей среды из системы генерирования мощности в поток окислителя выше компрессора окислителя.Option 14: The power generation system of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integral control system includes an oxidizer pressure controller configured to receive an input relating to pressure in the oxidizer stream downstream of the oxidizer compressor and provide an output signal to a fluid recirculation valve. causing more or less fluid from the power generation system to be introduced into the oxidizer stream upstream of the oxidizer compressor.

Вариант 15: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой рециркуляционная текучая среда представляет собой поток в основном чистого CO2.Option 15: The power generation system of any one of the preceding or subsequent embodiments wherein the recirculating fluid is a stream of substantially pure CO 2 .

Вариант 16: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер разбавления, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося или к массовому расходу окислителя, или к массовому расходу в потоке разбавителя окислителя, или к ним обоим, а также вычислять соотношение расходов окислителя и разбавителя окислителя.Option 16: A power generation system as in any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integrated control system includes a dilution controller configured to receive an input relating to or either oxidant mass flow or oxidant diluent stream mass flow. both, as well as calculate the ratio of the costs of the oxidizer and the oxidizer diluent.

Вариант 17: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой контроллер разбавления сконфигурирован так, чтобы обеспечивать выходной сигнал на входной клапан окислителя, пропуская большее или меньшее количество окислителя в систему генерирования мощности, так чтобы отношение массового расхода окислителя к разбавителю окислителя находилось в заданном диапазоне.Option 17: The power generation system of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the dilution controller is configured to provide an output signal to the oxidizer inlet valve, allowing more or less oxidizer into the power generation system such that the mass flow ratio of oxidizer to diluent oxidizer was in the specified range.

Вариант 18: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер давления всасывания компрессора, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению всасывания текучей среды выше по потоку от компрессора в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на перепускной клапан, расположенный ниже по потоку от компрессора и обусловливающий перепуск большего или меньшего количества текучей среды в точку, находящуюся выше по потоку от компрессора.Option 18: A power generation system as in any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integrated control system includes a compressor suction pressure controller configured to receive an input relating to fluid suction pressure upstream of the compressor in the power generation system, and provide an output signal to a bypass valve located downstream of the compressor and causing the bypass of more or less fluid to a point upstream of the compressor.

Вариант 19: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер скорости насоса, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению со стороны всаса выше по потоку от насоса, и обеспечивать выходной сигнал на насос для увеличения или снижения скорости насоса.Option 19: A power generation system as in any of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integral control system includes a pump speed controller configured to receive an input relating to pressure from the upstream side of the pump and provide an output signal to the pump to increase or decrease pump speed.

Вариант 20: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в которой встроенная система регулирования включает контроллер нагрева отводного потока, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к вычисленным требованиям по массовому расходу в отводном потоке от рециркуляционного потока высокого давления в системе генерирования мощности, и обеспечивать выходной сигнал на клапан отводного потока, так чтобы увеличивать или уменьшать долю рециркуляционного потока высокого давления, направляемую в отводной поток.Option 20: The power generation system of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the integrated control system includes a bleed heat controller configured to receive an input relating to calculated bleed mass flow requirements from a high pressure recycle stream in the system. generating power, and providing an output signal to the bypass valve so as to increase or decrease the proportion of the high pressure recirculation stream directed to the bypass stream.

Вариант 21: система генерирования мощности по любому из предшествующих или последующихOption 21: power generation system according to any of the preceding or subsequent

- 8 041135 вариантов выполнения, содержащая турбину;- 8 041135 embodiments, containing a turbine;

компрессор, установленный ниже по потоку от турбины и сообщающийся с этой турбиной;a compressor installed downstream of the turbine and in communication with the turbine;

насос, установленный ниже по потоку от компрессора и сообщающийся с этим компрессором; и нагреватель, установленный ниже по потоку от насоса и сообщающийся с насосом и установленный выше по потоку от турбины и сообщающийся с турбиной.a pump installed downstream of the compressor and in communication with the compressor; and a heater installed downstream of the pump and in communication with the pump and installed upstream of the turbine and in communication with the turbine.

Вариант 22: способ автоматического управления системой генерирования мощности, относящийся к функционированию системы генерирования мощности, содержащей группу компонентов, включающую турбину;Option 22: a method for automatically controlling a power generation system relating to the operation of a power generation system containing a group of components including a turbine;

компрессор, установленный ниже по потоку от турбины и сообщающийся с этой турбиной;a compressor installed downstream of the turbine and in communication with the turbine;

насос, установленный ниже по потоку от компрессора и сообщающийся с этим компрессором; и нагреватель, установленный ниже по потоку от насоса и сообщающийся с насосом и установленный выше по потоку от турбины и сообщающийся с турбиной;a pump installed downstream of the compressor and in communication with the compressor; and a heater installed downstream of the pump and in communication with the pump and installed upstream of the turbine and in communication with the turbine;

причем упомянутое функционирование включает использование встроенных в систему генерирования мощности одного или нескольких контроллеров для приема входных сигналов, относящихся к измеряемым параметрам системы генерирования мощности, и обеспечения выходных сигналов, по которым автоматически управляется по меньшей мере один из группы компонентов системы генерирования мощности.wherein said operation includes using one or more controllers embedded in the power generation system to receive inputs relating to measured parameters of the power generation system and provide output signals that automatically control at least one of a group of power generation system components.

Вариант 23: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором выходной сигнал получается на основе программного, заложенного в компьютер алгоритма управления.Option 23: A method according to any of the preceding or subsequent embodiments, wherein the output signal is obtained based on a software control algorithm embedded in the computer.

Вариант 24: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором в указанном функционировании используется контроллер для приема входного сигнала, относящегося к системе генерирования мощности, и управления одной или обеими из следующих операций:Option 24: A method according to any one of the preceding or subsequent embodiments wherein said operation uses a controller to receive an input signal related to a power generation system and control one or both of the following operations:

обеспечение подачи выходного сигнала на нагреватель для увеличения или снижения выработки тепла нагревателем;providing an output signal to the heater to increase or decrease the heat output of the heater;

обеспечение подачи выходного сигнала на топливный клапан системы генерирования мощности для пропускания большего или меньшего количества топлива в систему генерирования мощности.providing an output signal to the fuel valve of the power generation system to pass more or less fuel to the power generation system.

Вариант 25: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема или входного сигнала, относящегося к расходу топлива, или входного сигнала, относящегося к расходу окислителя, или их обоих, а также для управления одной или обеими из следующих операций:Option 25: The method of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using the controller to receive either a fuel flow input or an oxidizer flow input, or both, and to control one or both of the following operations:

обеспечение подачи выходного сигнала на топливный клапан системы генерирования мощности для пропускания большего или меньшего количества топлива в систему генерирования мощности.providing an output signal to the fuel valve of the power generation system to pass more or less fuel to the power generation system.

обеспечение подачи выходного сигнала на клапан окислителя системы генерирования мощности для пропускания большего или меньшего количества окислителя в систему генерирования мощности.providing an output signal to an oxidizer valve of the power generation system to allow more or less oxidizer into the power generation system.

Вариант 26: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к температуре выхлопного потока турбины, и обеспечение подачи выходного сигнала на насос, расположенный выше по потоку от турбины, для увеличения или снижения расхода потока, выходящего из насоса.Option 26: The method of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using the controller to receive an input relating to the temperature of the turbine exhaust stream and providing the output to a pump located upstream of the turbine to increase or reducing the flow rate leaving the pump.

Вариант 27: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению потока текучей среды на всасе выше насоса, и обеспечения подачи выходного сигнала на перепускной клапан, расположенный выше по потоку от насоса.Option 27: The method of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using a controller to receive an input relating to the pressure of a fluid flow upstream of the pump and provide an output signal to a bypass valve located upstream of the pump.

Вариант 28: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором удовлетворяется одно или оба из следующих требований:Option 28: A method according to any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein one or both of the following requirements are met:

контроллер вызывает перетекание большего или меньшего количества текучей среды обратно в точку, находящуюся выше по потоку от перепускного клапана;the controller causes more or less fluid to flow back to a point upstream of the bypass valve;

контроллер вызывает отвод большего или меньшего количества текучей среды из системы генерирования мощности в точке, находящейся выше по потоку от насоса.the controller causes more or less fluid to be withdrawn from the power generation system at a point upstream of the pump.

Вариант 29: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению в выхлопном потоке турбины, и обеспечения подачи выходного сигнала на клапан отвода текучей среды и возможности отвода текучей среды из выхлопного потока, а также опционально обеспечения подачи выходного сигнала на клапан отвода текучей среды и возможности ввода текучей среды в выхлопной поток.Embodiment 29: A method according to any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using a controller to receive an input relating to pressure in the turbine exhaust stream and cause an output signal to be provided to a fluid bleed valve and able to bleed fluid from the exhaust flow, as well as optionally providing an output signal to the fluid diversion valve and the possibility of introducing fluid into the exhaust stream.

Вариант 30: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к количеству воды в сепараторе, введенном в систему генерирования мощности, и обеспечения подачи выходного сигнала на клапан отвода воды и возможности отводить или не отводить водуEmbodiment 30: The method of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using a controller to receive an input relating to the amount of water in the separator introduced into the power generation system and provide an output signal to a dewatering valve and be able to divert or not drain water

- 9 041135 из сепаратора для поддержания количества воды в сепараторе в заданном объеме.- 9 041135 from the separator to maintain the amount of water in the separator in a given volume.

Вариант 31: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося или к массовому расходу топлива, или к массовому расходу окислителя, или к ним обоим в системе генерирования мощности, а также для вычисления соотношения массовых расходов топлива и окислителя.Option 31: The method of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using the controller to receive an input relating to either fuel mass flow or oxidizer mass flow or both in the power generation system, and to calculation of the ratio of mass flow rates of fuel and oxidizer.

Вариант 32: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором контроллер обеспечивает подачу выходного сигнала на насос окислителя, изменяя мощность насоса таким образом, чтобы воздействовать на соотношение массовых расходов топлива и окислителя в системе генерирования мощности.Embodiment 32: A method as in any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the controller provides an output to the oxidizer pump by varying the power of the pump so as to affect the fuel to oxidizer mass flow ratio in the power generation system.

Вариант 33: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению в потоке окислителя ниже компрессора окислителя, и обеспечения подачи выходного сигнала на перепускной клапан окислителя, так чтобы вызывать пропускание большего или меньшего количества окислителя в обход компрессора.Option 33: The method of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using a controller to receive an input relating to pressure in the oxidizer stream downstream of the oxidizer compressor and provide an output signal to the oxidizer bypass valve so as to cause more or less oxidizer bypassing the compressor.

Вариант 34: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению в потоке окислителя выше компрессора окислителя, и обеспечения подачи выходного сигнала на клапан рециркуляции текучей среды, так чтобы вызывать добавление большего или меньшего количества рециркуляционной текучей среды в поток окислителя в точке, находящейся выше по потоку от компрессора окислителя.Option 34: The method of any one of the preceding or subsequent embodiments wherein said operation includes using a controller to receive an input relating to pressure in the oxidant stream upstream of the oxidizer compressor and provide an output to a fluid recirculation valve so as to cause addition more or less recycle fluid into the oxidizer stream at a point upstream of the oxidizer compressor.

Вариант 35: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором рециркуляционная текучая среда представляет собой поток в основном чистого CO2.Option 35: The process of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein the recycle fluid is a stream of substantially pure CO 2 .

Вариант 36: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося или к массовому расходу окислителя, или к массовому расходу в потоке разбавителя окислителя, или к ним обоим, а также для вычисления соотношения расходов окислителя и разбавителя окислителя.Option 36: The method of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using a controller to receive an input relating to either an oxidant mass flow rate or an oxidant diluent stream mass flow rate, or both, and to calculate the ratio of the costs of the oxidizer and the diluent of the oxidizer.

Вариант 37: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором контроллер сконфигурирован так, чтобы обеспечивать выходной сигнал на входной клапан окислителя, пропуская большее или меньшее количество окислителя в систему генерирования мощности, так чтобы отношение массового расхода окислителя к разбавителю окислителя находилось в заданном диапазоне.Option 37: A method as in any one of the preceding or subsequent embodiments wherein the controller is configured to provide an output signal to the oxidizer inlet valve by allowing more or less oxidizer into the power generating system such that the mass flow ratio of oxidizer to oxidizer diluent is in specified range.

Вариант 38: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению всасывания выше компрессора в потоке текучей среды, и обеспечения подачи выходного сигнала на перепускной клапан, установленный ниже по потоку от компрессора и обусловливающий перепуск большего или меньшего количества текучей среды в точку, находящуюся выше по потоку от компрессора.Option 38: The method of any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using the controller to receive an input relating to suction pressure above the compressor in the fluid stream and provide an output signal to a bypass valve located downstream of compressor and causing bypass more or less fluid to a point upstream of the compressor.

Вариант 39: способ по любому из предшествующих или последующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к давлению со стороны всаса выше по потоку от насоса, и обеспечения подачи выходного сигнала на насос для увеличения или снижения скорости насоса.Option 39: A method as in any one of the preceding or subsequent embodiments, wherein said operation includes using a controller to receive an input relating to pressure from the suction side upstream of the pump and cause the output to be applied to the pump to increase or decrease the speed of the pump .

Вариант 40: способ по любому из предшествующих вариантов выполнения, в котором указанное функционирование включает использование контроллера для приема входного сигнала, относящегося к вычисленному требованию по массовому расходу в отводном потоке от рециркуляционного потока высокого давления, и обеспечения подачи выходного сигнала на клапан отводного потока, увеличивающего или уменьшающего долю рециркуляционного потока высокого давления, направляемую в отводной поток.Option 40: A method as in any of the preceding embodiments, wherein said operation includes using a controller to receive an input relating to a calculated bleed mass flow requirement from the high pressure recycle stream and provide an output to the bleed valve to increase or reducing the proportion of the high pressure recirculation stream directed to the bypass stream.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Далее изобретение рассмотрено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых не обязательно с соблюдением масштаба схематически показано на фиг. 1 - система генерирования мощности, содержащая компоненты системы регулирования согласно вариантам выполнения настоящего изобретения, при этом компоненты регулирования выполнены, в частности, с возможностью регулирования температуры;The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which, not necessarily to scale, is shown schematically in FIG. 1 shows a power generation system comprising control system components according to embodiments of the present invention, the control components being configured in particular to control temperature;

на фиг. 2 - система генерирования мощности, содержащая компоненты системы регулирования согласно другим вариантам выполнения настоящего изобретения, при этом компоненты регулирования дополнительно выполнены с возможностью управления источником тепла;in fig. 2 shows a power generation system comprising components of a control system according to other embodiments of the present invention, wherein the control components are further configured to control a heat source;

на фиг. 3 - система генерирования мощности, содержащая компоненты системы регулирования согласно другим вариантам выполнения настоящего изобретения, при этом компоненты регулирования выполнены, в частности, с возможностью управления элементами системы генерирования мощности с прямым сжиганием топлива;in fig. 3 shows a power generation system comprising components of a control system according to other embodiments of the present invention, wherein the control components are configured, in particular, to control elements of a direct combustion power generation system;

- 10 041135 на фиг. 4 - система генерирования мощности, содержащая компоненты системы регулирования согласно другим вариантам выполнения настоящего изобретения, при этом компоненты регулирования выполнены, в частности, с возможностью управления другими элементами системы генерирования мощности с прямым сжиганием топлива;- 10 041135 in FIG. 4 shows a power generation system comprising components of a control system according to other embodiments of the present invention, wherein the control components are configured in particular to control other elements of the direct combustion power generation system;

на фиг. 5 - система генерирования мощности, содержащая компоненты системы регулирования согласно другим вариантам выполнения настоящего изобретения, при этом компоненты регулирования выполнены, в частности, с возможностью управления другими элементами системы генерирования мощности с прямым сжиганием топлива, в том числе с удалением избыточной массы из системы генерирования мощности;in fig. 5 is a power generation system comprising components of a control system according to other embodiments of the present invention, wherein the control components are configured, in particular, to control other elements of the direct combustion power generation system, including removing excess mass from the power generation system. ;

на фиг. 6 - система генерирования мощности, содержащая компоненты системы регулирования согласно другим вариантам выполнения настоящего изобретения, при этом компоненты регулирования выполнены, в частности, с возможностью управления другими элементами системы генерирования мощности с прямым сжиганием топлива, в том числе, с удалением избыточной массы из системы генерирования мощности и на фиг. 7 - система генерирования мощности, содержащая компоненты системы регулирования согласно другим вариантам выполнения настоящего изобретения, при этом компоненты регулирования выполнены, в частности, с возможностью управления подачей тепла в систему генерирования мощности;in fig. 6 is a power generation system containing components of a control system according to other embodiments of the present invention, wherein the control components are configured, in particular, to control other elements of the direct combustion power generation system, including removing excess mass from the generation system power and in Fig. 7 shows a power generation system comprising components of a control system according to other embodiments of the present invention, wherein the control components are configured, in particular, to control the supply of heat to the power generation system;

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Далее настоящее изобретение будет описано более полно. Данное изобретение, однако, может быть реализовано многими различными путями и не должно рассматриваться как ограниченное описанными вариантами выполнения, приведенными далее, причем эти варианты представлены так, чтобы описание было полным и завершенным, а также полностью раскрывало объем изобретения для специалиста в данной области техники. Практически в приведенном описании и в формуле изобретения использование форм единственного числа включает множественность объектов до тех пор, пока ясно не оговорено иное.Hereinafter, the present invention will be described more fully. The invention, however, may be embodied in many different ways and should not be construed as limited to the embodiments described below, which embodiments are presented so that the description is complete and complete, and the scope of the invention is fully disclosed to a person skilled in the art. In practice, in the foregoing description and in the claims, the use of singular forms includes plurality of objects, unless otherwise expressly stated.

В одном или нескольких вариантах выполнения настоящее описание использует системы и способы регулирования генерирования мощности. Системы и способы регулирования могут использоваться в широком разнообразии систем генерирования мощности. Например, системы регулирования могут применяться в одной или нескольких системах, в которых топливо сжигается для получения тепла с целью нагрева потока, который может сжиматься или не сжиматься выше внешнего давления. Аналогично системы регулирования могут применяться в одной или нескольких системах, в которых рабочее тело циркулирует, повторно нагреваясь и охлаждаясь, тем самым неоднократно сжимаясь и расширяясь. Такое рабочее тело может содержать, например, один или несколько компонентов из группы, включающей H2O, CO2 и N2.In one or more embodiments, the present disclosure makes use of systems and methods for controlling power generation. Control systems and methods can be used in a wide variety of power generation systems. For example, control systems may be used in one or more systems in which fuel is burned to generate heat to heat a stream that may or may not compress above external pressure. Similarly, control systems can be used in one or more systems in which the working fluid circulates, reheating and cooling, thereby repeatedly contracting and expanding. Such a working fluid may contain, for example, one or more components from the group consisting of H2O, CO2 and N 2 .

Примеры систем и способов генерирования мощности, в которые могут быть введены описанные здесь системы управления раскрыты в патентах U.S. 9,068,743 на имя Palmer и др., 9062608 на имя Allam и др., 8986002 на имя Palmer и др., 8959887 на имя Allam и др., 8869889 на имя Palmer и др., 8776532 на имя Allam и др., 8596075 на имя Allam и др., полное содержание которых включено в данное описание в качестве ссылок. В качестве не служащего ограничением примера система генерирования мощности, с которой может использоваться описанная здесь система регулирования, может быть выполнена с возможностью сжигания топлива с O2 в присутствии циркулирующей текучей среды на основе CO2 в камере сгорания, в которую CO2 предпочтительно вводится под давлением по меньшей мере приблизительно 12 МПа и при температуре по меньшей мере приблизительно 400°C, что обеспечивает поток продуктов горения, содержащий CO2 и предпочтительно имеющий температуру по меньшей мере приблизительно 800°C. Такая система генерирования мощности может также отличаться одним или несколькими свойствами из следующих:Examples of power generation systems and methods into which the control systems described herein can be incorporated are disclosed in US Pat. ., 8869889 to Palmer et al., 8776532 to Allam et al., 8596075 to Allam et al., the entire contents of which are incorporated herein by reference. As a non-limiting example, a power generation system with which the control system described herein can be used can be configured to combust an O 2 fuel in the presence of a circulating CO 2 based fluid in a combustion chamber into which the CO 2 is preferably introduced under pressure through at least about 12 MPa and at a temperature of at least about 400°C, which provides a stream of combustion products containing CO2 and preferably having a temperature of at least about 800°C. Such a power generation system may also have one or more of the following:

Поток продуктов горения может расширяться в турбине с давлением на выходе приблизительно 1 МПа или более, генерирующей мощность и обеспечивающей поток турбинных выхлопов, содержащий CO2.The combustion product stream may be expanded in a turbine with an outlet pressure of approximately 1 MPa or more, generating power and providing a turbine exhaust stream containing CO2.

Поток турбинных выхлопов может пропускаться через блок теплообменника для обеспечения охлажденного выхлопного потока.The turbine exhaust stream may be passed through a heat exchanger block to provide a cooled exhaust stream.

Охлажденный поток турбинных выхлопов может подвергаться обработке для удаления из него сопутствующих компонентов, отличающихся от CO2, что обеспечивает очищенный выхлопной поток.The cooled turbine exhaust stream may be treated to remove concomitant components other than CO2, resulting in a clean exhaust stream.

Очищенный выхлопной поток может сжиматься с обеспечением циркулирующего потока текучей среды на основе сверхкритического CO2 The cleaned exhaust stream can be compressed to provide a circulating supercritical CO 2 fluid stream.

Поток циркулирующей текучей среды на основе сверхкритического CO2 может охлаждаться для обеспечения циркулирующей текучей среды на основе CO2 высокой плотности (в которой плотность предпочтительно составляет по меньшей мере приблизительно 200 кг/м3).The supercritical CO2 circulating fluid stream may be cooled to provide a high density CO2 circulating fluid (wherein the density is preferably at least about 200 kg/m 3 ).

Циркулирующая текучая среда на основе высокоплотного CO2 может сжиматься при перекачке насосом до давления, пригодного для ввода в камеру сгорания.The high-density CO2 circulating fluid can be compressed by pumping to a pressure suitable for injection into the combustion chamber.

Сжатая циркулирующая текучая среда на основе CO2 может нагреваться при пропускании через блок теплообменника с использованием тепла, рекуперированного из потока турбинных выхлопов.The CO2-based compressed circulating fluid may be heated as it passes through the heat exchanger block using heat recovered from the turbine exhaust stream.

Вся циркулирующая текучая среда на основе сжатого CO2 или часть ее может быть дополнительноAll or part of the compressed CO 2 circulating fluid may be optionally

- 11 041135 нагрета теплом, полученным не от потока турбинных выхлопов (при этом предпочтительно дополнительный нагрев обеспечивается одним или несколькими путями, такими как нагрев до, в процессе или после пропускания через теплообменник).- 11 041135 is heated with heat other than from the turbine exhaust stream (preferably additional heating is provided in one or more ways, such as heating before, during or after passing through the heat exchanger).

Циркулирующая текучая среда на основе нагретого, сжатого CO2 может быть повторно возвращена в камеру сгорания (при этом температура циркулирующей текучей среды на основе нагретого, сжатого CO2, поступающей в камеру сгорания, предпочтительно меньше температуры потока турбинных выхлопов не более, чем приблизительно на 50°C).The heated, compressed CO2 circulating fluid may be recycled to the combustion chamber (with the temperature of the heated, compressed CO2 circulating fluid entering the combustion chamber preferably less than about 50° C. less than the turbine exhaust flow temperature). ).

Раскрытые в данном описании системы регулирования могут быть особенно применимы в отношении таких способов генерирования мощности, как проиллюстрированные выше, из-за необходимости прецизионного регулирования нескольких параметров нескольких потоков, требующих точного контроля для обеспечения требуемых характеристик и безопасности процесса. Например, в одном или нескольких вариантах выполнения представленные системы регулирования могут быть применимы для выполнения одной или нескольких следующих функций.The control systems disclosed herein may be particularly applicable to power generation methods such as those illustrated above due to the need for precise control of several parameters of multiple streams requiring precise control to ensure desired process performance and safety. For example, in one or more embodiments, the present control systems may be applicable to perform one or more of the following functions.

Представленные системы регулирования могут применяться для обеспечения возможности раздельного управления переменными скоростями генерирующей мощность турбины и компрессора, используемого для сжатия потока, который, в конечном счете, расширится при прохождении через турбину. Это является преимуществом по сравнению с обычными газовыми турбинами, в которых компрессор и турбина установлены на одном валу. Эта известная компоновка делает невозможной работу компрессора с переменной скоростью. Постоянные скорость вращения в входные параметры обусловливают в основном постоянный пропускаемый массовый поток в компрессор и, следовательно, в турбину. На это можно воздействовать путем использования входных направляющих лопаток, ограничивающих воздушный поток, поступающий в компрессор, и тем самым снижающих пропускаемый массовый поток. Согласно настоящему изобретению использование насоса между компрессором и турбиной обеспечивает высокий уровень управляемости системы генерирования мощности. Это позволяет устранить взаимозависимость между массовым потоком, проходящим через связку компрессор-насос, и скоростью вала в связке турбина-компрессор-генератор.The presented control systems can be used to allow separate variable speed control of the power generating turbine and the compressor used to compress the flow, which will eventually expand as it passes through the turbine. This is an advantage over conventional gas turbines where the compressor and turbine are mounted on the same shaft. This known arrangement makes it impossible for the compressor to operate at variable speed. Constant rotational speeds at the inputs result in a substantially constant mass flow to the compressor and hence to the turbine. This can be addressed by the use of inlet vanes which restrict the airflow entering the compressor and thereby reduce the mass flow that is allowed to pass through. According to the present invention, the use of a pump between the compressor and the turbine provides a high level of controllability of the power generation system. This makes it possible to eliminate the interdependence between the mass flow passing through the compressor-pump link and the shaft speed in the turbine-compressor-generator link.

Представленные системы регулирования могут быть полезны для регулирования входного и(или) выходного давления турбины, в которой происходит расширение нагретого газового потока. Нагретый газовый поток может быть преимущественно потоком CO2 (по массе).The presented control systems can be useful for controlling the inlet and/or outlet pressure of a turbine in which the heated gas flow expands. The heated gas stream may be predominantly a CO 2 stream (by weight).

Представленные системы регулирования могут быть полезны для регулирования выходной температуры турбины.The presented control systems can be useful for controlling the outlet temperature of the turbine.

Представленные системы регулирования могут быть полезны для управления работой системы генерирования мощности, включающей средства сжатия для подъема давления CO2 в выходном потоке турбины до давления во входном потоке турбины, так чтобы эти давления поддерживались на должном уровне.The presented control systems may be useful for controlling the operation of a power generation system including compression means for raising the CO2 pressure in the turbine outlet stream to the pressure in the turbine inlet stream so that these pressures are maintained at the proper level.

Представленные системы регулирования могут быть полезны для управления отводом чистого CO2, полученного из углерода, содержащегося в топливном газе камеры сгорания, в любой точке средств сжатия CO2 от давления на выходе турбины до давления на входе турбины.The present control systems may be useful for controlling the removal of net CO2 derived from the carbon contained in the combustor fuel gas at any point in the CO2 compression means from turbine outlet pressure to turbine inlet pressure.

Представленные системы регулирования могут быть полезны для управления работой системы генерирования мощности, в которой горячие турбинные выхлопы охлаждаются в теплообменникеэкономайзере, нагревая рециркуляционный CO2 поток высокого давления, что обеспечивает рекуперацию тепла от охлаждающихся турбинных выхлопов и оптимальный рециркуляционный поток нагретого CO2 высокого давления в камеру сгорания при наивысшей возможной температуре.The presented control systems can be useful for controlling the operation of a power generation system in which hot turbine exhaust is cooled in an economizer heat exchanger, heating the high pressure CO 2 recirculation stream, which ensures heat recovery from the cooling turbine exhaust and an optimal recirculation flow of heated high pressure CO 2 to the combustion chamber at highest possible temperature.

Представленные системы регулирования могут быть полезны для оптимизации подачи тепла в рециркуляционный CO2 поток (например, при температуре приблизительно 400°C или менее) от внешнего источника тепла для снижения температурной разницы в теплообменнике-экономайзере ниже 400°C с целью достижения максимального количества рециркуляционного CO2, которое может быть нагрето потоком охлаждающихся турбинных выхлопов, и минимизации температурной разницы на горячем краю теплообменника-экономайзера.The presented control systems can be useful for optimizing the heat input to the recirculating CO2 stream (for example, at a temperature of approximately 400°C or less) from an external heat source in order to reduce the temperature difference in the economizer heat exchanger below 400°C in order to achieve the maximum amount of recirculated CO2, which can be heated by the flow of cooling turbine exhaust, and minimizing the temperature difference at the hot end of the economizer heat exchanger.

Представленные системы регулирования могут быть полезны для управления потоком топлива в камеру сгорания с целью обеспечения того, чтобы продукты горения при их смешивании с нагретым рециркуляционным CO2 потоком высокого давления составляли входной газовый поток в турбину с требуемой температурой и давлением.The presented control systems may be useful for controlling the flow of fuel into the combustor to ensure that the combustion products, when mixed with the high pressure heated CO 2 recirculation stream, constitute the gas inlet stream to the turbine at the desired temperature and pressure.

Представленные системы регулирования могут быть полезны для управления потоком кислорода в камеру сгорания, создавая требуемую избыточную концентрацию O2 во входном потоке турбины, обеспечивающую полное сгорание топлива.The presented control systems can be useful for controlling the flow of oxygen into the combustion chamber, creating the required excess concentration of O2 in the turbine inlet stream, which ensures complete combustion of the fuel.

Представленные системы регулирования могут быть полезны для управления работой системы генерирования мощности таким образом, чтобы поток турбинных выхлопов, выходящий из теплообменника-экономайзера, мог быть дополнительно охлажден в работающем при температуре окружающей среды средстве охлаждения для обеспечения максимальной конденсации воды, образованной в процессе горения, и отделения чистой воды от продуктов горения топливного газа вместе с другим топливом или продуктов горения образовавшихся вредных примесей.The presented control systems may be useful for controlling the operation of the power generation system so that the turbine exhaust stream exiting the economizer heat exchanger can be further cooled in the ambient temperature cooling means to ensure maximum condensation of the combustion water and separation of clean water from combustion products of fuel gas together with other fuel or combustion products of harmful impurities formed.

- 12 041135- 12 041135

В одном или нескольких вариантах выполнения генерация мощности, при которой используется описанная здесь система регулирования, может производиться при нагреве способами, отличными от сжигания органического топлива. В качестве не служащего ограничением примера для добавления или замены подачи тепла, получаемого от сжигания органического топлива в камере сгорания, может использоваться солнечная энергия. Аналогично могут использоваться и другие нагревательные средства. В некоторых вариантах выполнения может использоваться любой способ подачи тепла в рециркуляционный CO2 поток при температуре 400°C или менее. Например, могут использоваться конденсированный пар, выхлопы газовой турбины, потоки адиабатически сжатого газа и(или) другие потоки горячей текучей среды с температурой выше 400°C.In one or more embodiments, power generation using the control system described herein may be by heating by methods other than burning fossil fuels. As a non-limiting example, solar power can be used to supplement or replace the heat input from burning fossil fuels in a combustion chamber. Other heating means can be used similarly. In some embodiments, any method of supplying heat to the recycle CO2 stream at a temperature of 400° C. or less may be used. For example, condensed steam, gas turbine exhaust, adiabatically compressed gas streams, and/or other hot fluid streams with temperatures above 400°C may be used.

В некоторых вариантах выполнения особенно целесообразно регулировать выходную температуру турбины вблизи максимального значения, определяемого максимально допустимой температурой для используемого теплообменника-экономайзера. Такое регулирование может основываться на значениях входного и выходного давления и температурной разницы на горячем краю работающего теплообменника.In some embodiments, it is particularly advantageous to control the turbine outlet temperature near a maximum value determined by the maximum allowable temperature for the economizer heat exchanger used. This regulation can be based on the inlet and outlet pressures and the temperature difference at the hot end of the operating heat exchanger.

Системы регулирования согласно настоящему изобретению могут характеризоваться одной или несколькими функциями, в которых параметр (например, измеряемый и(или) вычисляемый параметр) может быть связан с одним или несколькими исполняемыми действиями. Исполняемые действия могут включать одно или несколько действий, регулирующих поток текучей среды в системе, например, путем открывания и закрывания одного или нескольких клапанов. В качестве не служащего ограничением примера согласно настоящему изобретению система регулирования может учитывать такие параметры, как расход текучей среды, давление, температура, уровень жидкости, объем текучей среды, состав текучей среды и т.п. Измеряемый параметр может определяться любыми пригодными устройствами, такими как термопары, датчики давления, оптические детекторы, расходомеры, аналитическое оборудование (например, спектрометры ультрафиолетового и видимого излучения, инфракрасные спектрометры, массспектрометры, газовые хроматографы, жидкостные спектрометры повышенного разрешения и т.п.), уровнемеры и аналогичные устройства. Согласно настоящему изобретению в системе регулирования вычисляемые параметры могут включать, например, энергопотребление компрессора (например, CO2 компрессора), энергопотребление насоса (например, CO2 насоса), энергопотребление криогенной кислородной установки, поступление тепла от топлива, падение давления (например, падение давления на теплообменнике) для одного или нескольких потоков, температурную разницу (например, температурную разницу на горячем краю теплообменника и(или) на холодном краю теплообменника), мощность на выходе турбины, мощность на выходе генератора и КПД системы. Вычисляемый параметр может определяться, например, компьютеризированной системой диспетчерского управления на основе измеряемых параметров.Control systems according to the present invention may be characterized by one or more functions, in which a parameter (eg, a measured and/or calculated parameter) may be associated with one or more executable actions. The actions performed may include one or more actions that control the flow of fluid in the system, such as opening and closing one or more valves. As a non-limiting example, according to the present invention, the control system may take into account parameters such as fluid flow, pressure, temperature, liquid level, fluid volume, fluid composition, and the like. The measured parameter can be determined by any suitable device such as thermocouples, pressure sensors, optical detectors, flow meters, analytical equipment (for example, ultraviolet and visible radiation spectrometers, infrared spectrometers, mass spectrometers, gas chromatographs, high resolution liquid spectrometers, etc.), level gauges and similar devices. According to the present invention, in the control system, the calculated parameters may include, for example, compressor power consumption (for example, CO 2 compressor), pump power consumption (for example, CO 2 pump), cryogenic oxygen plant power consumption, heat input from fuel, pressure drop (for example, pressure drop at the heat exchanger) for one or more streams, temperature difference (e.g. temperature difference at the hot end of the heat exchanger and/or at the cold end of the heat exchanger), turbine output, generator output and system efficiency. The calculated parameter may be determined, for example, by a computerized supervisory system based on the measured parameters.

В варианте выполнения на фиг. 1 изображена система регулирования, которая может использоваться, в частности, для замкнутого энергетического цикла. Данная система регулирования особенно применима для систем и способов, в которых не требуется прямого регулирования количества тепла, поступающего в систему, как например, при использовании солнечных установок. В данной конфигурации рабочее тело циркулирует через нагреватель 12, турбину 10, соединенную с генератором 11, первый нагреватель/холодильник 16, компрессор 30, второй нагреватель/холодильник 18 и насос 20, опционально, может быть введен рекуперативный теплообменник 50, так чтобы тепло из потока 101b рабочего тела, выходящего из турбины 10, могло передаваться потоку 101g рабочего тела, выходящему из теплообменника в виде потока 101h рабочего тела, который затем нагревается нагревателем 12.In the embodiment in FIG. 1 shows a control system that can be used in particular for a closed energy cycle. This control system is particularly applicable to systems and methods in which direct control of the amount of heat entering the system is not required, such as when using solar installations. In this configuration, the working fluid circulates through heater 12, turbine 10 connected to generator 11, first heater/cooler 16, compressor 30, second heater/cooler 18 and pump 20, optionally a recuperative heat exchanger 50 may be introduced so that heat from the stream 101b of the working fluid exiting the turbine 10 could be transferred to the working fluid stream 101g leaving the heat exchanger as the working fluid stream 101h, which is then heated by the heater 12.

Тепло, поступающее в систему генерирования мощности в нагревателе 12, сообщается рабочему телу, предпочтительно находящемуся под высоким давлением (например, приблизительно 10 бар или более, приблизительно 20 бар или более, приблизительно 50 бар или более, приблизительно 80 бар или более, приблизительно 100 бар или более, приблизительно 150 бар или более, приблизительно 200 бар или более или приблизительно 250 бар или более), чтобы обеспечить нагретый поток 101a рабочего тела высокого давления. Этот поток проходит через турбину 10 и расширяется до более низкого давления, выходя из нее как поток 101b рабочего тела. Ниже по потоку от турбины 10 и выше по потоку от первого нагревателя/холодильника 16 (а, опционально, выше по потоку рекуперативного теплообменника 50 при его наличии) сформирован пост 13 измерения параметров, включающий температурный датчик, термопару или т.п. Контроллер 2, который можно назвать контроллером насоса, направляет и(или) собирает одно или несколько показаний температуры (которые могут поступать непрерывно или периодически) в пост 13 контроля параметров. Чтобы поддерживать в основном постоянной температуру на посту 13 контроля параметров, контроллер 2 направляет сигналы регулирования мощности, необходимые для насоса 20. Например, контроллер 2 может регулировать скорость насоса 20 в зависимости от значения температуры, считанного на посту 13 контроля параметров. Таким образом, контроллер 2 может быть сконфигурирован с возможностью поддержания необходимой температуры в потоке 101b рабочего тела в зависимости от количества тепла, вводимого в систему в нагревателе 12 и равно в зависимости от входной температуры турбины 10. Преимущество такого подхода состоит в том, что работой насоса 20 можно конкретно управлять так, чтобы подавать под должным давлением должный массовый поток текучей среды,Heat supplied to the power generation system in heater 12 is imparted to a working fluid, preferably at high pressure (e.g., about 10 bar or more, about 20 bar or more, about 50 bar or more, about 80 bar or more, about 100 bar or more, about 150 bar or more, about 200 bar or more, or about 250 bar or more) to provide a heated high pressure working fluid stream 101a. This flow passes through the turbine 10 and expands to a lower pressure, leaving it as the flow 101b of the working fluid. Downstream of the turbine 10 and upstream of the first heater/cooler 16 (and optionally upstream of the recuperative heat exchanger 50, if present), a parameter measurement post 13 is formed, including a temperature sensor, thermocouple, or the like. The controller 2, which may be referred to as the pump controller, sends and/or collects one or more temperature readings (which may be continuous or intermittent) to the parameter control post 13 . In order to maintain a substantially constant temperature at the parameter control station 13, the controller 2 sends the power control signals necessary to the pump 20. For example, the controller 2 may adjust the speed of the pump 20 depending on the temperature value read at the parameter control station 13. Thus, the controller 2 can be configured to maintain the desired temperature in the flow 101b of the working fluid depending on the amount of heat introduced into the system in the heater 12 and equally depending on the inlet temperature of the turbine 10. The advantage of this approach is that the operation of the pump 20 can be specifically controlled to supply the proper fluid mass flow at the proper pressure,

- 13 041135 зависящий от входной температуры турбины 10, определяемой по количеству тепла, вводимого в теплообменнике 12.- 13 041135 depending on the inlet temperature of the turbine 10, determined by the amount of heat introduced in the heat exchanger 12.

Такое динамическое регулирование может воздействовать на один или несколько других параметров системы генерирования мощности, представленной на фиг. 1. Например, изменение расхода через насос 20 вызывает изменение давления всасывания в потоке 101f текучей среды непосредственно выше насоса по потоку. Для сохранения управляемости насосом 20 условия всасывания для него должны оставаться постоянными в заданном диапазоне, насколько это возможно. Второй нагреватель/холодильник 18 может быть полезен для поддержания температуры всасывания насоса 20 вблизи заданного значения. Для сохранения в основном постоянным давления на всасе насоса 20 контроллер 3 (который можно назвать контроллером давления на всасе насоса) может быть сконфигурирован так, чтобы проводить мониторинг датчика давления, измерительного преобразователя или аналогичного устройства, размещенного на посту 23 контроля параметров, и при этом быть способным использовать показания давления, полученные с них, для управления перепускным клапаном 31, который должен быть выполнен с возможностью обеспечения перепуска большего или меньшего объема текучей среды из потока 101e рабочего тела на посту 44 контроля параметров, который может находиться в любом месте в потоке 101c рабочего тела. Поэтому контроллер 3 может быть сконфигурирован так, чтобы регулировать величину рециркуляционного потока в обход компрессора 30 через перепускной клапан 31. По существу давление на посту 23 контроля параметров может быть повышено путем уменьшения потока текучей среды через перепускной клапан 31 и может быть понижено путем увеличения потока текучей среды через этот перепускной клапан. Так как происходит перепуск текучей среды обратно в поток 101c рабочего тела, может быть также желательным поддерживать в основном постоянным давление в потоках рабочего тела 101b и 101c. Соответственно пост 13 контроля параметров может аналогично включать датчик давления, измерительный преобразователь или другое подобное оборудование. Датчик температуры и датчик давления могут быть предусмотрены в одинаковых постах контроля параметров или в различающихся постах контроля параметров и могут использоваться в потоке 101b рабочего тела для выполнения соответствующих измерений.Such dynamic control may affect one or more other parameters of the power generation system shown in FIG. 1. For example, a change in flow through pump 20 causes a change in suction pressure in fluid stream 101f immediately upstream of the pump. In order to maintain controllability of the pump 20, the suction conditions for it must remain constant within a predetermined range, as far as possible. A second heater/cooler 18 may be useful to maintain the suction temperature of the pump 20 near a set point. To keep the suction pressure of the pump 20 substantially constant, the controller 3 (which may be referred to as the pump suction pressure controller) can be configured to monitor the pressure sensor, transducer, or similar device located in the parameter control station 23 and still be able to use the pressure readings obtained from them to control the bypass valve 31, which must be configured to allow more or less fluid to be bypassed from the working fluid stream 101e at the parameter control station 44, which can be located anywhere in the working fluid stream 101c body. Therefore, the controller 3 can be configured to control the amount of recirculation flow around the compressor 30 through the bypass valve 31. As such, the pressure at the parameter control station 23 can be increased by decreasing the fluid flow through the bypass valve 31 and can be lowered by increasing the fluid flow medium through this bypass valve. Since fluid is bypassed back into working fluid stream 101c, it may also be desirable to maintain a substantially constant pressure in working fluid streams 101b and 101c. Accordingly, the parameter control post 13 may likewise include a pressure transducer, transducer, or other similar equipment. The temperature sensor and the pressure sensor may be provided in the same parameter control stations or in different parameter control stations, and may be used in the working medium flow 101b to perform the respective measurements.

Так как пост 13 контроля параметров сообщается по потоку с постом 44 контроля параметров и постом 43 контроля параметров, соответствующие давления на постах 13, 44 и 43 могут существенно отличаться только из-за внутренних потерь давления на оборудовании и в магистралях. Контроллер 4 может быть сконфигурирован с возможностью мониторинга датчика давления, измерительного преобразователя или аналогичного оборудования, размещенного на посту 43 контроля параметров, и может быть выполнен с возможностью управления клапаном 41 так, чтобы обеспечивать поступление текучей среды из потока 101d рабочего тела в систему или из нее для поддержания в основном постоянным давления у поста 44 контроля параметров. По существу, пост 44 контроля параметров может включать датчик давления, измерительный преобразователь или другое аналогичное оборудование, мониторинг которого может, при необходимости, проводить контроллер 4. Альтернативно, так как посты 43 и 44 контроля параметров сообщаются по потоку, измеряемое давление на посту 43 контроля параметров может считаться в основном равным давлению на посту 44 контроля параметров. Клапан 41 может быть выполнен с возможностью выведения текучей среды из потока рабочего тела и(или) введения в него для поддержания требуемого давления. В некоторых вариантах выполнения могут присутствовать два клапана вместо одного клапана 41 - первый клапан (т.е. арматура для отвода текучей среды), выполненный с возможностью вывода текучей среды в приемник более низкого давления, и второй клапан (т.е. арматура для ввода текучей среды), выполненный с возможностью приема текучей среды от источника более высокого давления.Since the parameter control post 13 is in flow communication with the parameter control post 44 and the parameter control post 43, the corresponding pressures at posts 13, 44 and 43 can differ significantly only due to internal pressure losses in the equipment and in the lines. The controller 4 may be configured to monitor a pressure sensor, transducer, or similar equipment located at the parameter control station 43, and may be configured to control the valve 41 so as to provide fluid from the working fluid stream 101d to or from the system to maintain a basically constant pressure at the post 44 control parameters. As such, the parameter control station 44 may include a pressure transducer, transmitter, or other similar equipment that can be monitored by the controller 4 if necessary. parameters can be considered basically equal to the pressure at the post 44 control parameters. The valve 41 may be configured to withdraw fluid from the flow of the working fluid and/or enter it to maintain the desired pressure. In some embodiments, two valves may be present instead of one valve 41 - a first valve (i.e., a fluid outlet valve) configured to exit fluid into a lower pressure receiver, and a second valve (i.e., an inlet valve). fluid) configured to receive fluid from a source of higher pressure.

В некоторых вариантах выполнения представленной системой генерирования мощности можно управлять так, чтобы клапан 41 либо отсутствовал, либо не использовался, и контроллер мог действовать так, чтобы в основном предотвращать нежелательные колебания за счет компрессора. В таких вариантах выполнения контроллер 2 по-прежнему может управлять температурой на посту 13 контроля параметров, причем регулирующая схема может представлять собой полностью замкнутый контур, и такая конфигурация особенно пригодна для циклов генерирования мощности с непрямым нагревом. Например, в одном или нескольких вариантах выполнения нагреватель 12 может быть выполнен так, чтобы обеспечивать подогрев солнечным излучением до заданного уровня нагрева или выше него, и система генерирования мощности могла быть, таким образом, саморегулируемой, вырабатывая возможный максимум мощности при динамической реакции на изменения падающего солнечного излучения. Аналогично такая конфигурация может иметь место, если в нагреватель 12 непрерывно или периодически вводится тепло от дополнительного источника.In some embodiments, the present power generation system can be controlled so that valve 41 is either not present or not used, and the controller can operate to largely prevent unwanted vibrations due to the compressor. In such embodiments, the controller 2 can still control the temperature at the parameter control station 13, the control circuitry being a fully closed loop, and such a configuration is particularly suitable for indirectly heated power generation cycles. For example, in one or more embodiments, heater 12 could be configured to provide solar heating to or above a predetermined heating level, and the power generation system could thus be self-regulating, producing the maximum possible power in dynamic response to changes in incident solar radiation. Similarly, such a configuration may occur if heat is continuously or intermittently introduced into the heater 12 from an additional source.

В изображенной на фиг. 1 системе компрессор 30 принимает входной поток рабочего тела от турбины 10, и его выходной поток рабочего тела в итоге поступает в насос 20. Компрессор 30 может быть смонтирован на валу турбины 10, и рабочий режим компрессора может быть в основном неизменным за счет управления турбинными выхлопами.In the one shown in FIG. 1, compressor 30 receives an input working fluid stream from turbine 10 and its output working fluid eventually enters pump 20. Compressor 30 may be mounted on the shaft of turbine 10 and the compressor operating mode may be substantially unchanged by controlling the turbine exhaust. .

Хотя контроллер 2, котроллер 3 и контроллер 4 изображены и рассматриваются как отдельные контроллеры, должно быть понятно, что соответствующие контроллеры могут представлять собой частьAlthough controller 2, controller 3 and controller 4 are shown and considered as separate controllers, it should be understood that the respective controllers may be part of

- 14 041135 большего блока. Например, общий блок управления может включать группу субблоков, которые могут быть индивидуально соединены с их определенными постами контроля параметров и управляемыми ими устройствами (например, насосом 20, перепускным клапаном 31 и клапаном 41). Кроме того, эти блоки управления могут быть выполнены по существу как подпрограммы общего управляющего устройства (например, компьютера или аналогичного электронного устройства), имеющего группу входов и группу выходов для связи с определенными постами контроля параметров и управляемыми устройствами.- 14 041135 of the larger block. For example, a common control unit may include a group of sub-units that may be individually connected to their specific control stations and devices controlled by them (eg, pump 20, bypass valve 31 and valve 41). In addition, these control units can be implemented essentially as subroutines of a common control device (eg, a computer or similar electronic device) having a group of inputs and a group of outputs for communication with certain parameter control stations and controlled devices.

В вариантах выполнения, в которые введен рекуперативный теплообменник 50, регулирование температуры на посту 13 контроля параметров может быть особенно важным. За счет поддержания температуры на посту 13 контроля параметров на установившемся уровне или вблизи него температурный профиль в рекуперативном теплообменнике 50 также может оставаться в основном постоянным. Как минимум, такая схема регулирования имеет преимущество, обусловленное снижением или устранением циклического воздействия тепловых нагрузок на трубопроводы, теплообменники и другое высокотемпературное оборудование, использованное в системе, что в свою очередь может привести к значительному увеличению срока службы компонентов.In embodiments in which the recuperative heat exchanger 50 is introduced, temperature control at the control station 13 may be particularly important. By maintaining the temperature at the control station 13 at or near a steady state level, the temperature profile in the recuperative heat exchanger 50 can also remain substantially constant. At a minimum, this control scheme has the advantage of reducing or eliminating the cyclic effects of thermal loads on piping, heat exchangers and other high temperature equipment used in the system, which in turn can lead to a significant increase in component life.

На фиг. 2 изображена система генерирования мощности, в основном идентичная системе генерирования мощности с фиг. 1. В системе с фиг. 2 обозначен дополнительный контроллер 1 (который можно назвать контроллером мощности), выполненный с возможностью мониторинга изменения параметров и посылки некоторых управляющих команд.In FIG. 2 shows a power generation system substantially identical to the power generation system of FIG. 1. In the system of FIG. 2 denotes an additional controller 1 (which can be called a power controller) configured to monitor parameter changes and send some control commands.

В некоторых вариантах выполнения контроллер 1 сконфигурирован с возможностью измерения и(или) приема результатов измерений, относящихся к выходной мощности генератора 11. В некоторых вариантах выполнения котроллер 1 может быть сконфигурирован так, чтобы управлять вводом тепла через нагреватель 12 для генерации требуемой мощности. Таким образом, если выходная мощность генератора 11 выше или ниже заданного значения, подача тепла через нагреватель 12 может или уменьшаться, или увеличиваться для установления требуемой выходной мощности. Аналогично, мониторинг выходной мощности контроллером 1 может обеспечить возможность динамического изменения ввода тепла, так чтобы выходная мощность могла быть в основном постоянной. В качестве не служащего ограничением примера, если в нагревателе 12 используется солнечный подогрев, то выходная мощность может использоваться для переключения, при котором, например, больше зеркал может быть задействовано в солнечном коллекторе с целью увеличения выхода тепла, если выходная мощность падает ниже определенного уровня, и(или) если выходная мощность недостаточна для реализации заданного алгоритма нагрева, по которому, например, выходная мощность может автоматически увеличиваться во время суток, когда, как ожидается, растет потребление. В качестве еще одного не служащего ограничением примера можно привести группу источников тепла, в которой сначала может использоваться первый источник тепла, а второй источник тепла автоматически подключается в случае, если выходная мощность генератора 11 недостаточна. Например, солнечный подогрев может комбинироваться с подогревом за счет горения, из которых один является первичным источником тепла и другой - вспомогательным источником тепла, дополняющим первичный источник.In some embodiments, controller 1 is configured to measure and/or receive measurements relating to the power output of generator 11. In some embodiments, controller 1 may be configured to control heat input through heater 12 to generate the required power. Thus, if the power output of the generator 11 is above or below a predetermined value, the heat supply through the heater 12 can either be reduced or increased to establish the required power output. Similarly, monitoring the power output by the controller 1 may allow the heat input to change dynamically so that the power output can be substantially constant. As a non-limiting example, if solar heating is used in heater 12, then the power output can be used for switching where, for example, more mirrors can be used in the solar collector to increase heat output if the power output falls below a certain level, and/or if the output power is not sufficient to implement a predetermined heating algorithm, whereby, for example, the output power can be automatically increased during times of the day when consumption is expected to increase. As another non-limiting example, a heat source group can be used in which the first heat source can be used first and the second heat source is automatically switched on if the output power of the generator 11 is not sufficient. For example, solar heating can be combined with combustion heating, of which one is the primary heat source and the other is an auxiliary heat source in addition to the primary source.

По мере того как больше или меньше тепла вводится в систему, будет изменяться температура на входе турбины и после расширения в турбине будет изменяться температура на посту 13 контроля параметров. По существу одна или несколько управляющих функций, описанных выше в связи с фиг. 1, аналогично может выполняться в системе с фиг. 2.As more or less heat is introduced into the system, the turbine inlet temperature will change and after expansion in the turbine, the temperature at the parameter control station 13 will change. As such, one or more of the control functions described above in connection with FIG. 1 can similarly be performed on the system of FIG. 2.

На фиг. 3 изображена система регулирования, которая может использоваться, в частности, для полузамкнутого энергетического цикла. Данная система регулирования особенно пригодна для систем и способов, в которых цикл представляет собой цикл непосредственного горения топлива в атмосфере кислорода, в котором сжигается углеродное топливо с кислородом. Как показано, в систему введены по меньшей мере два компонента - клапан 14 и клапан 71, способные в совокупности обеспечить экзотермическую реакцию. Эти компоненты изображены подсоединенными непосредственно к турбине 10, однако в одном или нескольких вариантах выполнения они могут подсоединяться к реактору, например, к камере сгорания. В некоторых вариантах выполнения турбина 10 представляет собой многоступенчатый компонент, включающий камеру проведения реакции или камеру сгорания, установленный выше турбины по потоку. На фиг. 3 часть элемента 10, находящаяся под пунктирной линией, может быть камерой сгорания, и часть элемента 10, находящаяся над пунктирной линией, турбиной. Как не служащий ограничением пример клапан 14 может быть выполнен с возможностью дозирования топлива, например природного газа или другого органического топлива, и клапан 71 может быть выполнен с возможностью дозирования окислителя, такого как воздух или в основном чистый кислород (например, кислород с чистотой по меньшей мере 95%, по меньшей мере 98%, по меньшей мере 99 или по меньшей мере 99,5%).In FIG. 3 shows a control system that can be used, in particular, for a semi-closed energy cycle. This control system is particularly suitable for systems and methods in which the cycle is a direct combustion cycle of a fuel in an oxygen atmosphere, in which a carbonaceous fuel is burned with oxygen. As shown, at least two components, valve 14 and valve 71, are introduced into the system, capable of providing an exothermic reaction together. These components are shown connected directly to turbine 10, however, in one or more embodiments, they may be connected to a reactor, such as a combustion chamber. In some embodiments, turbine 10 is a multi-stage component including a reaction chamber or combustor located upstream of the turbine. In FIG. 3, the portion of element 10 below the dotted line may be a combustion chamber, and the portion of element 10 above the dashed line may be a turbine. As a non-limiting example, valve 14 may be configured to dispense a fuel, such as natural gas or other fossil fuel, and valve 71 may be configured to dispense an oxidant, such as air or substantially pure oxygen (for example, oxygen with a purity of at least at least 95%, at least 98%, at least 99%, or at least 99.5%).

В системе, проиллюстрированной на фиг. 3, контроллер 1 может быть сконфигурирован с возможностью мониторинга выходной мощности генератора 11. На основе измеренной выходной мощности контроллер 1 регулирует работу клапана 14, обеспечивая возможность подачи большего или меньшего количества топлива в систему генерирования мощности. По мере поступления большего или меньшего количества топлива в систему генерирования мощности контроллер 7 (который можно назвать контроллером отношения топливо/окислитель) сравнивает расход топлива на посту 15 контроля параметров сIn the system illustrated in FIG. 3, controller 1 may be configured to monitor the power output of generator 11. Based on the measured power output, controller 1 adjusts valve 14 to allow more or less fuel to be supplied to the power generation system. As more or less fuel enters the power generation system, the controller 7 (which can be called a fuel/oxidizer ratio controller) compares the fuel consumption at the parameter control station 15 with

- 15 041135 расходом окислителя на посту 72 контроля параметров и подает команду на клапан 71 окислителя, обеспечивая большее или меньшее поступление через него окислителя для поддержания заданного отношения топлива к окислителю.- 15 041135 oxidizer flow rate at the parameter control post 72 and sends a command to the oxidizer valve 71, providing more or less oxidizer flow through it to maintain a given ratio of fuel to oxidizer.

Продукты реакции (например, горения) проходят через турбину 10 (или турбинную секцию композиции реактор/турбина) и выходят в виде потока турбинных выхлопов. В качестве примера, если в клапане 14 и клапане 71 дозируются природный газ и кислород, то основными продуктами в потоке турбинных выхлопов будут H2O и CO2. Поток турбинных выхлопов может проходить через рекуперативный теплообменник 50 (хотя такой компонент является опционным) и затем проходить через первый нагреватель/холодильник 16. Затем поток турбинных выхлопов обрабатывается в водяном сепараторе 60, из которого вода может отводиться через клапан 61. Поток в основном чистого CO2 выходит сверху сепаратора 60 и пропускается через компрессор 30 (при этом часть его отводится через клапан 41). Сжатый рециркуляционный CO2 поток, выходящий из компрессора 30, пропускается через второй нагреватель/холодильник 18 и затем через насос 20 для обеспечения рециркуляционного CO2 потока высокого давления, который может быть направлен обратно в турбину 10 (опционно проходя через рекуперативный теплообменник 50 и нагреваясь теплом, отобранным от потока турбинных выхлопов). Поток в основном чистого CO2 может содержать CO2 в концентрации (массовой) по меньшей мере 95%, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98%, по меньшей мере 99 или по меньшей мере 99,5%.Reaction products (eg, combustion) pass through turbine 10 (or the turbine section of the reactor/turbine composition) and exit as a turbine exhaust stream. As an example, if natural gas and oxygen are metered into valve 14 and valve 71, then H 2 O and CO 2 will be the main products in the turbine exhaust stream. The turbine exhaust stream may pass through a recuperative heat exchanger 50 (although such a component is optional) and then pass through a first heater/cooler 16. The turbine exhaust stream is then treated in a water separator 60 from which water may be vented through a valve 61. A substantially pure CO2 stream exits from the top of the separator 60 and is passed through the compressor 30 (in this case, part of it is discharged through the valve 41). The compressed CO2 recirculation stream exiting the compressor 30 is passed through a second heater/cooler 18 and then through a pump 20 to provide a high pressure CO2 recirculation stream that can be sent back to the turbine 10 (optionally passing through a recuperative heat exchanger 50 and being heated by the heat extracted from turbine exhaust flow). The substantially pure CO2 stream may contain CO2 at a concentration (mass) of at least 95%, at least 97%, at least 98%, at least 99%, or at least 99.5%.

Как показано на фиг. 3, система регулирования, используемая совместно с иллюстративной системой генерирования мощности, включает контроллер 2, контроллер 3 и контроллер 4, которые могут действовать в основном аналогично описанному выше в связи с системами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2. Кроме того, используется контроллер 6 (который можно назвать контроллером водного сепаратора), служащий для мониторинга уровня воды в сепараторе 60, возможно включающем один или несколько датчиков, пригодных для выдачи сигнала об уровне воды, который может считываться контроллером 6. На основе полученного сигнала об уровне воды контроллер 6 может направлять на клапан 61 команду на открытие с должными интервалами и на должное время для поддержания заданного уровня воды в сепараторе 60. Хотя процесс измерения отнесен к уровню воды, должно быть понятно, что для обеспечения сигнала в контроллер 6 могут использоваться объем, масса или другие параметры.As shown in FIG. 3, a control system used in conjunction with an exemplary power generation system includes controller 2, controller 3, and controller 4, which may operate essentially as described above in connection with the systems illustrated in FIG. 1 and FIG. 2. In addition, a controller 6 (which can be called a water separator controller) is used to monitor the water level in the separator 60, possibly including one or more sensors suitable for providing a water level signal that can be read by the controller 6. Based on the obtained the water level signal, the controller 6 can direct the valve 61 to open at the proper intervals and for the proper time to maintain the desired water level in the separator 60. Although the measurement process is related to the water level, it should be understood that in order to provide a signal to the controller 6 may volume, mass or other parameters are used.

На фиг. 4 изображена система регулирования, применяемая, в частности, в полузамкнутом энергетическом цикле, в котором используется источник кондиционированного воздуха. Данная система регулирования, в частности, пригодна для систем и способов, в которых цикл представляет собой цикл с непосредственным горением топлива в атмосфере кислорода, в котором сжигается углеродное топливо с кислородом. Контроллер 1 опять же выполняет мониторинг выходной мощности генератора 11 и дозирует подачу топлива через клапан 14 соответственно.In FIG. 4 shows a control system used in particular in a semi-closed energy cycle using a source of conditioned air. This control system is particularly suitable for systems and methods in which the cycle is a direct combustion cycle in oxygen, in which carbon fuel is burned with oxygen. The controller 1 again monitors the power output of the generator 11 and doses the fuel supply through the valve 14 accordingly.

Как показано на фиг. 4, топливо и окислитель поступают в секцию горения сдвоенной камеры сгорания/турбины 10, и поток турбинных выхлопов выходит из турбинной секции. Поток турбинных выхлопов может проходить через рекуперативный теплообменник 50 (хотя такой компонент является опционным) и затем проходить через первый нагреватель/холодильник 16. Затем поток турбинных выхлопов обрабатывается в водяном сепараторе 60, из которого вода может отводиться через клапан 61. Поток в основном чистого CO2 выходит сверху сепаратора 60 и пропускается через компрессор 30 (при этом часть его отводится через клапан 41). Сжатый рециркуляционный CO2 поток, выходящий из компрессора 30, пропускается через второй нагреватель/холодильник 18 и затем через насос 20 для обеспечения рециркуляционного CO2 потока высокого давления, который может быть направлен обратно в сдвоенные камеру сгорания/турбину 10 (опционно проходя через рекуперативный теплообменник 50 и нагреваясь теплом, отобранным от потока турбинных выхлопов).As shown in FIG. 4, fuel and oxidizer enter the combustion section of the dual combustor/turbine 10 and the turbine exhaust stream exits the turbine section. The turbine exhaust stream may pass through a recuperative heat exchanger 50 (although such a component is optional) and then pass through a first heater/cooler 16. The turbine exhaust stream is then treated in a water separator 60 from which water may be vented through a valve 61. A substantially pure CO2 stream exits from the top of the separator 60 and is passed through the compressor 30 (in this case, part of it is discharged through the valve 41). Compressed CO 2 recycle stream exiting compressor 30 is passed through a second heater/cooler 18 and then through pump 20 to provide a high pressure CO 2 recycle stream that can be sent back to dual combustor/turbine 10 (optionally passing through a recuperative heat exchanger 50 and heated by the heat taken from the turbine exhaust stream).

В данной конфигурации окислитель поступает через клапан 111 и проходит через смеситель 114, в котором может быть смешан с CO2. Поток окислителя (опционально, разбавленный потоком CO2) проходит через нагреватель/холодильник 22, сжимается в компрессоре 90, проходит через нагреватель/холодильник 24 и в конце концов подается в насос 80. Контроллер 8 (который может быть назван контроллером насоса окислителя) определяет соотношение между массовым расходом топлива (определяемым на посту 26 контроля параметров) и массовым расходом окислителя (определяемым на посту 82 контроля параметров). На основе вычисленного отношения контроллер 8 может управлять насосом с переменной скоростью, изменяя его мощность и обеспечивая возможность подачи окислителя с должным массовым расходом для поддержания требуемого отношения окислителя к топливу при заданном давлении. Таким образом, количество окислителя, вводимого в систему генерирования мощности, постоянно соответствует реальному расходу и реальному давлению при подаче в сдвоенные камеру сгорания/турбину 10. Если, например, давление на посту 82 контроля параметров возросло бы из-за обратного давления камеры сгорания/турбины, то компрессор сконфигурирован так, чтобы подать команду на работу насоса с другой скоростью, соответствующей обеспечению должного давления и массового расхода окислителя. На основе показаний давления, снятых на посту 93 контроля параметров, контроллер 9 (который можно назвать котроллером давления окислителя) может управлять перепускным клапаном 91, уменьшая или увеличивая давление на посту 93 контроля параметров за счет перепуска большего или меньшего количества текучей среды (или рециклирования) в точку, находящуюся выше по потоку отIn this configuration, the oxidant enters through valve 111 and passes through mixer 114, where it may be mixed with CO2. The oxidant stream (optionally diluted with the CO2 stream) passes through the heater/cooler 22, is compressed in the compressor 90, passes through the heater/cooler 24, and finally is fed to the pump 80. The controller 8 (which may be referred to as the oxidizer pump controller) determines the relationship between mass flow rate of fuel (determined at the post 26 control parameters) and the mass flow rate of the oxidizer (determined at the post 82 control parameters). Based on the calculated ratio, the controller 8 can control the pump at a variable speed, varying its power and allowing the oxidizer to be delivered at the proper mass flow to maintain the desired ratio of oxidizer to fuel at a given pressure. Thus, the amount of oxidizer introduced into the power generation system constantly corresponds to the actual flow rate and actual pressure when supplied to the dual combustor/turbine 10. If, for example, the pressure at the parameter control station 82 would increase due to the back pressure of the combustor/turbine , then the compressor is configured to command the pump to run at a different speed to ensure proper pressure and mass flow of the oxidizer. Based on the pressure readings taken at the parameter control station 93, the controller 9 (which can be called an oxidizer pressure controller) can control the bypass valve 91, reducing or increasing the pressure at the parameter control station 93 by bypassing more or less fluid (or recycling) to a point upstream of

- 16 041135 компрессора 90 (практически между смесителем 114 и нагревателем/холодильником 22). Аналогично может проводиться мониторинг давления на посту 102 контроля параметров (где давление соответствует давлению всасывания компрессора 90). На основе этого давления котроллер 100 (который можно назвать контроллером давления окислителя) может управлять клапаном 103, не отводя ничего или отводя часть текучей среды выше по потоку от компрессора 30 в смеситель 114, так чтобы поддерживать в основном постоянным давление на посту 102 контроля параметров. Поток в основном чистого CO2, отведенный через клапан 103, может использоваться для разбавления окислителя, и контроллер 100 аналогично может быть сконфигурирован так, чтобы увеличивать или уменьшать поток через клапан 103, обеспечивая требуемое разбавление. Массовый расход в CO2 потоке, обеспечиваемый через клапан 103, может измеряться на посту 113 контроля параметров, и массовый расход окислителя, обеспечиваемый через клапан 111, может измеряться на посту 112 контроля параметров. Контроллер 110 (который можно назвать контроллером разбавления) может быть сконфигурирован так, чтобы вычислять отношение потоков на контрольных постах 112 и 113 и управлять клапаном 111, обеспечивая поступление большего или меньшего количества окислителя в систему, так чтобы гарантировать поддержание должного отношения.- 16 041135 compressor 90 (practically between mixer 114 and heater/cooler 22). Similarly, the pressure at the parameter control station 102 (where the pressure corresponds to the suction pressure of the compressor 90) can be monitored. Based on this pressure, controller 100 (which may be referred to as an oxidizer pressure controller) can control valve 103 by diverting nothing or diverting some of the fluid upstream of compressor 30 to mixer 114 so as to maintain a substantially constant pressure at parameter control station 102. The flow of mostly pure CO 2 drawn through valve 103 can be used to dilute the oxidant, and controller 100 can similarly be configured to increase or decrease flow through valve 103 to provide the desired dilution. The mass flow rate in the CO2 stream provided through valve 103 may be measured at parameter control station 113, and the mass flow rate of oxidant provided through valve 111 may be measured at parameter control station 112. Controller 110 (which may be referred to as a dilution controller) may be configured to calculate the ratio of flows at control stations 112 and 113 and control valve 111 to allow more or less oxidant to enter the system to ensure that the proper ratio is maintained.

Система регулирования может быть выполнена, в частности, с возможностью обеспечения регулирования массы в широком диапазоне давлений. Регулирование массы при низком давлении (например, при окружающем давлении приблизительно до 10 бар, приблизительно до 8 бар или приблизительно до 5 бар) может достигаться аналогично приведенному выше описанию контроллера 4. В частности, контроллер 4 может быть сконфигурирован так, чтобы открывать или закрывать клапан 41 для выпуска избыточной массы из системы генерирования мощности. Например, в системе, в которой в качестве рабочего тела используется рециркуляционный CO2 поток, может формироваться избыточный CO2. Для поддержания в системе правильного баланса массы вся или часть этой массы сформировавшегося CO2 может быть выведена через клапан 41. Количество массы, выводимой через клапан 41 с целью регулирования массы, может быть подсчитано на основе известной стехиометрии реакции горения, и контроллер 4 может быть сконфигурирован так, чтобы регулировать массовый поток через клапан 41 соответственно. При необходимости могут использоваться один или несколько датчиков для измерения и(или) подсчета массы текучей среды ниже по потоку камеры сгорания и(или) измерения и(или) подсчета отношения массы текучей среды в потоке от камеры сгорания до клапана 41 к той же величине ниже по потоку от компрессора 30 и(или) насоса 20.The control system can be made, in particular, with the possibility of providing mass control in a wide range of pressures. Mass control at low pressure (for example, at ambient pressure up to about 10 bar, up to about 8 bar, or up to about 5 bar) can be achieved similarly to the above description of the controller 4. In particular, the controller 4 can be configured to open or close the valve 41 to release excess mass from the power generation system. For example, in a system that uses a recirculating CO2 stream as the working fluid, excess CO2 can be generated. To maintain the correct mass balance in the system, all or part of this mass of formed CO2 can be removed through valve 41. The amount of mass removed through valve 41 for the purpose of mass control can be calculated based on the known stoichiometry of the combustion reaction, and controller 4 can be configured to to regulate the mass flow through valve 41 respectively. If necessary, one or more sensors may be used to measure and/or calculate the mass of fluid downstream of the combustion chamber and/or measure and/or calculate the ratio of the mass of fluid in the flow from the combustion chamber to the valve 41 to the same value below downstream from compressor 30 and/or pump 20.

В варианте выполнения, представленном на фиг. 5, контроллеры 3 и 4, описанные выше, отсутствуют, и обеспечены дополнительные контроллеры для высвобождения избыточной массы из системы генерирования мощности в основном при том же давлении, что выходное давление компрессора 30 (которое практически идентично давлению всасывания насоса 20). Как описано выше, скорость насоса 20 регулируется контроллером 2 в зависимости от выходной температуры турбины 10. Однако в иллюстративном варианте, приведенном на фиг. 5, регулируется давление всасывания компрессора 30. В частности, пост 54 контроля параметров может включать датчик давления, и контроллер 35 (который можно назвать контроллером давления всасывания компрессора) может быть сконфигурирован таким образом, чтобы открывать и закрывать клапан 31 в зависимости от давления всасывания компрессора 30, измеренного на посту 54 контроля параметров. При падении давления на посту 54 контроля параметров контроллер может быть сконфигурирован так, чтобы открывать клапан 31, обеспечивая перепуск текучей среды в точку, находящуюся выше по потоку поста 54 контроля параметров (в данном варианте выполнения перепуск, направленный к посту 44 контроля параметров), и возрастание давления на посту 54 контроля параметров. При возрастании давления на посту 54 контроля параметров контроллер 35 может быть сконфигурирован так, чтобы закрывать клапан 31, уменьшая количество текучей среды, сбрасываемой обратно, и снижая давление на посту 54 контроля параметров.In the embodiment shown in FIG. 5, controllers 3 and 4 described above are omitted, and additional controllers are provided to release excess mass from the power generation system at substantially the same pressure as the outlet pressure of compressor 30 (which is substantially identical to the suction pressure of pump 20). As described above, the speed of pump 20 is controlled by controller 2 in response to the outlet temperature of turbine 10. However, in the illustrative embodiment shown in FIG. 5, the suction pressure of the compressor 30 is controlled. In particular, the parameter control post 54 may include a pressure sensor, and the controller 35 (which may be referred to as the compressor suction pressure controller) may be configured to open and close the valve 31 depending on the compressor suction pressure. 30, measured at the post 54 control parameters. Upon a drop in pressure at the parameter control station 54, the controller may be configured to open valve 31 allowing fluid to be bypassed to a point upstream of the parameter control station 54 (in this embodiment, bypass directed to the parameter control station 44), and an increase in pressure at the post 54 control parameters. As the pressure at the parameter control station 54 increases, the controller 35 can be configured to close the valve 31, reducing the amount of fluid being flushed back and reducing the pressure at the parameter control station 54.

Кроме регулирования скорости насоса 20 может также регулироваться его давление всасывания. В частности, давление, регистрируемое на посту 23 контроля параметров, может использоваться контроллером 75 (который можно назвать контроллером скорости насоса), который может быть сконфигурирован так, чтобы открывать и закрывать клапан 88. Соответственно давление на всасе насоса 20 регулируется путем удаления избыточной текучей среды из системы генерирования мощности через клапан 88, что в свою очередь обеспечивает поддержание требуемого давления в системе.In addition to controlling the speed of the pump 20, its suction pressure can also be controlled. In particular, the pressure recorded at the parameter control station 23 can be used by the controller 75 (which can be called a pump speed controller), which can be configured to open and close the valve 88. Accordingly, the suction pressure of the pump 20 is controlled by removing excess fluid from the power generation system through valve 88, which in turn maintains the required pressure in the system.

В представленном на фиг. 6 варианте выполнения система регулирования мощности выполнена аналогично структуре с фиг. 5, но без использования клапана 88. В данном иллюстративном варианте выполнения компрессор 30 действует с регулированием давления всасывания, как описано в связи с фиг. 5, и насос 20 также действует с регулированием давления всасывания. В частности, давление, считываемое на посту 23 контроля параметров, может использоваться контроллером 75, который может быть сконфигурирован так, чтобы корректировать скорость насоса 20, сохраняя регулируемые, определяемые характеристиками цикла горения параметры всасывания и параметры на выходе для заданного давления. Кроме того, температура, определенная на посту 13 контроля параметров, может опять же использоваться контроллером 2, однако контроллер 2 может быть сконфигурирован так, чтобы управлять потоком через клапан 115, регулируя температуру турбинных выхлопов. За счет обеспечения большего количества текучей среды, выводимого из системы генерирования мощности через клапан 115 (или удержанияIn the shown in FIG. 6 embodiment, the power control system is similar to the structure of FIG. 5, but without the use of valve 88. In this exemplary embodiment, compressor 30 operates with suction pressure control as described in connection with FIG. 5 and the pump 20 also operates with suction pressure control. In particular, the pressure read at the parameter control station 23 can be used by the controller 75, which can be configured to adjust the speed of the pump 20 while maintaining adjustable, combustion cycle-specific suction and outlet parameters for a given pressure. In addition, the temperature determined at the control station 13 can again be used by the controller 2, however, the controller 2 can be configured to control the flow through the valve 115, regulating the temperature of the turbine exhaust. By allowing more fluid to be expelled from the power generation system through valve 115 (or keeping

- 17 041135 большего количества текучей среды в системе генерирования мощности), можно регулировать входное давление на турбине 10, а также аналогично регулировать выходную температуру турбины 10.- 17 041135 more fluid in the power generation system), it is possible to regulate the inlet pressure on the turbine 10, and similarly regulate the outlet temperature of the turbine 10.

В одном или нескольких вариантах выполнения энергетическая система, представленная на фиг. 7, может включать турбину 10, соединенную с электрогенератором 11. Поток топлива дозируется при прохождении через клапан 14, кислород дозируется клапаном 71 и топливо сжигается с кислородом в камере 10а сгорания. Топливо и кислород смешиваются с нагретым рециркуляционным CO2 потоком 120 высокого давления, выходящим из теплообменника-экономайзера 50. Продукты горения поступают в турбину 10b. Поток турбинных выхлопов охлаждается в теплообменнике-экономайзере 50 рециркуляционным CO2 потоком 119 высокого давления и дополнительно охлаждается до температуры, близкой к окружающей, в первом нагревателе/холодильнике 16. В некоторых вариантах выполнения первый нагреватель/холодильник 16 может представлять собой теплообменник непрямого действия, в котором используется, например, охлаждающая вода, или он может быть теплообменником прямого контакта, в котором как охлаждается поток турбинных выхлопов, так и конденсируется вода. Поток с температурой, близкой к окружающей, поступает в водный сепаратор 60, из которого сконденсировавшаяся жидкая вода выходит через клапан 61. Этот поток может содержать топливо или загрязняющие примеси, образовавшиеся в процессе горения и находящиеся в окисленном состоянии, такие как SO2 и NO2. В случае холодильника с прямым контактом такой блок действует как объединенные блок газоводяного контактного охлаждения и сепаратор жидкой фазы. Рециркуляционный CO2 поток 116 поступает в рециркуляционный CO2 компрессор 30, где его давление увеличивается (например, приблизительно от 30-70 бар до приблизительно 80 бар). Компрессор 30 обеспечен рециркуляционной CO2 магистралью 45 с клапаном 31, служащей для понижения давления и возврата части потока через компрессор на сторону всасывания в точке 44. Чистый CO2 продукт, содержащий весь углерод и получившийся из потока топливного газа после окисления в камере сгорания, выводится из системы в виде потока через клапан 41. Чистый CO2 продукт может быть выведен под давлением, лежащим в диапазоне от давления на стороне всасывания компрессора до давления на выходе насоса. Выходящий из компрессора 30 рециркуляционный CO2 поток охлаждается до температуры, близкой к окружающей, во втором нагревателе/холодильнике 18. Плотность обычно возрастает до значения, лежащего в диапазоне приблизительно от 0,7 до приблизительно 0,85 кг/л. Многоступенчатым насосом 20 плотный сверхкритический CO2 перекачивается с увеличением давления обычно до 320 бар. Рециркуляционный CO2 поток 119, выходящий из насоса 20, поступает в теплообменник-экономайзер 50.In one or more embodiments, the energy system shown in FIG. 7 may include a turbine 10 connected to an electric generator 11. The fuel flow is metered by passing through valve 14, oxygen is metered by valve 71, and the fuel is combusted with oxygen in combustion chamber 10a. The fuel and oxygen are mixed with the heated high pressure CO2 recycle stream 120 exiting the economizer heat exchanger 50. The combustion products enter the turbine 10b. The turbine exhaust stream is cooled in economizer heat exchanger 50 by high pressure CO2 recycle stream 119 and further cooled to near ambient temperature in first heater/cooler 16. In some embodiments, first heater/cooler 16 may be an indirect heat exchanger in which cooling water is used, for example, or it can be a direct contact heat exchanger in which both the turbine exhaust stream is cooled and water is condensed. The near-ambient temperature stream enters the water separator 60, from which the condensed liquid water exits through valve 61. This stream may contain fuel or combustion contaminants in an oxidized state, such as SO2 and NO2. In the case of a direct contact cooler, such a unit acts as a combined gas water contact cooling unit and a liquid phase separator. The CO2 recycle stream 116 enters the CO2 recycle compressor 30 where it is pressurized (eg, from about 30-70 bar to about 80 bar). Compressor 30 is provided with a CO2 recirculation line 45 with valve 31 to reduce pressure and return part of the flow through the compressor to the suction side at point 44. The pure CO2 product, containing all the carbon and resulting from the fuel gas stream after oxidation in the combustion chamber, is removed from the system as a flow through valve 41. The pure CO2 product can be removed at a pressure ranging from the pressure at the suction side of the compressor to the pressure at the outlet of the pump. The recycle CO2 stream leaving compressor 30 is cooled to near ambient temperature in second heater/cooler 18. The density typically increases to a value in the range of about 0.7 to about 0.85 kg/L. With a multistage pump 20 dense supercritical CO 2 is pumped with increasing pressure typically up to 320 bar. The recirculating CO2 stream 119 leaving the pump 20 enters the economizer heat exchanger 50.

Часть 119a рециркуляционного CO2 потока, выходящего из насоса 20, нагревается в теплообменнике 56 потоком 53 нагрева, который может поступать от любого источника, например, в виде тепла, отобранного из блока разделения воздуха. Поток 119a обычно нагревается до температуры приблизительно от 200 до приблизительно 400°C. Нагретый поток затем направляется в теплообменник 50 в промежуточной точке и повторно смешивается с рециркуляционным CO2 потоком 119 высокого давления. Система регулируется регулировочными клапанами, управляющими потоками текучей среды. Система снабжена датчиками, измеряющими расходы, давления, температуры и газовые составы. Результаты этих измерений могут направляться в цифровую систему регулирования, управляющую энергетической установкой по алгоритмам регулирования и заложенным в нее диспетчерским управляющим программам. Выходные сигналы системы регулирования управляют степенью открытия регулировочных клапанов, а также скоростью насоса 20 и другими системными функциями. Задача заключается в том, чтобы достичь заданной эффективности работы при любой требуемой мощности на выходе, оптимальных условий запуска, регулируемых скоростей реакции на изменения нагрузки как при увеличении, так и при снижении, отключения и реакции на неполадки в работе. Хотя такая цифровая система регулирования и управляющие алгоритмы упоминались в связи с фиг. 7, должно быть понятно, что это описание может употребляться с таким же успехом для любых других описанных здесь вариантов выполнения, включая описанные в связи с фиг. 1-6 и фиг. 7.Part 119a of the recirculating CO2 stream exiting pump 20 is heated in heat exchanger 56 by heating stream 53, which may come from any source, such as heat taken from an air separation unit. Stream 119a is typically heated to a temperature of about 200 to about 400°C. The heated stream is then sent to heat exchanger 50 at an intermediate point and remixed with high pressure CO2 recycle stream 119. The system is controlled by control valves that control fluid flows. The system is equipped with sensors that measure flow rates, pressures, temperatures and gas compositions. The results of these measurements can be sent to a digital control system that controls the power plant according to the control algorithms and the dispatcher control programs embedded in it. The output signals of the control system control the degree of opening of the control valves, as well as the speed of the pump 20 and other system functions. The challenge is to achieve the desired operating efficiency for any desired output power, optimal starting conditions, adjustable response rates to load changes both on load increase and decrease, shutdown and response to malfunctions. Although such a digital control system and control algorithms have been mentioned in connection with FIG. 7, it should be understood that this description can be used with the same success for any of the other embodiments described here, including those described in connection with FIG. 1-6 and FIG. 7.

Функциональное управление данной системой может выполняться за счет связи между переменными, измеряемыми датчиками, и откликом конкретного регулирующего клапана. Один или несколько вариантов выполнения системы регулирования, которые могут использоваться в любом из изложенных вариантов, включают следующее.The functional control of this system can be performed by the relationship between the variables measured by the sensors and the response of a particular control valve. One or more embodiments of the control system that may be used in any of the embodiments set forth include the following.

Расход топлива через клапан 14 может регулироваться в зависимости от требований по выработке электроэнергии, предъявляемых к генератору 58.The flow of fuel through the valve 14 can be adjusted depending on the power generation requirements of the generator 58.

Скорость насоса 20 может использоваться для регулирования его расхода. В частности, заданное значение расхода может меняться для поддержания определенной выходной температуры турбины.The speed of the pump 20 can be used to control its flow. In particular, the flow setpoint may be varied to maintain a certain turbine outlet temperature.

Выходное давление CO2 компрессора 30 может поддерживаться на постоянном заданном уровне путем изменения рабочей точки клапана 31 регулирования рециркуляционного потока через компрессор.The CO2 outlet pressure of the compressor 30 can be maintained at a constant predetermined level by changing the operating point of the compressor recirculation flow control valve 31 .

Отвод CO2, выработанного в цикле генерирования мощности, может регулироваться клапаном 41 регулирования потока. Значения уставных параметров этого регулятора потока могут меняться для поддержания постоянными входного давления CO2 компрессора и давления на выходе турбины. В некоторых вариантах выполнения, в которых отвод через клапан 41 производится на выходе компрессора 30, система регулирования может быть сконфигурирована так, чтобы изменять поток чрез клапан 41 и черезThe removal of the CO2 generated in the power generation cycle can be controlled by the flow control valve 41 . The setpoints for this flow controller can be varied to maintain constant compressor CO2 inlet pressure and turbine outlet pressure. In some embodiments where valve 41 is bled downstream of compressor 30, the control system may be configured to vary flow through valve 41 and through

--

Claims (11)

рециркуляционный клапан 31.recirculation valve 31. Количество рециркуляционного CO2 высокого давления, нагреваемого дополнительным источником тепла в теплообменнике 56, может регулироваться клапаном 42 регулирования потока и контроллером 17 (который можно назвать контроллером нагрева отводного потока). Уставные величины CO2 потока регулируются так, чтобы минимизировать на уровне ниже 50°C температурную разницу на горячем краю теплообменника 50 между рециркуляционным CO2 потоком 120 высокого давления и потоком турбинных выхлопов в точке 13.The amount of high pressure recycle CO2 heated by the additional heat source in the heat exchanger 56 can be controlled by the flow control valve 42 and the controller 17 (which may be referred to as the bypass heating controller). The CO2 flow setpoints are adjusted to minimize, below 50° C., the temperature difference at the hot end of the heat exchanger 50 between the high pressure CO2 recycle stream 120 and the turbine exhaust stream at point 13. Сброс конденсированной воды вместе с топливом и образовавшимися в процессе горения окисленными вредными примесями может регулироваться путем поддержания постоянным уровня воды в водном сепараторе 60 или в емкости альтернативного холодильника прямого контакта. В последнем случае избыточная вода отводится по мере того, как основной поток отвода воды прокачивается через теплообменник с холодной водой, и поступает в верхнюю часть холодильника прямого контакта поверх загрузочного слоя.Discharge of condensed water, along with fuel and oxidized contaminants formed during the combustion process, can be controlled by maintaining a constant water level in the water separator 60 or in the reservoir of an alternative direct contact cooler. In the latter case, excess water is removed as the main water withdrawal stream is pumped through the cold water heat exchanger and enters the top of the direct contact cooler over the bed. При рассмотрении фиг. 5 можно понять, что расходом кислорода в камеру сгорания можно управлять клапаном 111 регулирования потока. Рабочая точка контроллера потока может меняться для поддержания определенного отношения кислорода к топливному газу, так чтобы обеспечивать обычно 1% избыток кислорода относительно стехиометрического значения, гарантируя полное сгорание топлива плюс окисление получившихся из топлива загрязняющих примесей. Для управления адиабатической температурой пламени в объединенных турбине и камере сгорания может быть полезным разбавление кислорода некоторым количеством CO2 для получения газовой смеси CO2 плюс O2 с молярной концентрацией O2 от 15 до 40%, как правило 25%. Поток кислорода может быть разбавлен CO2 потоком, отведенным из входной магистрали CO2 компрессора 30. Отведенный CO2 проходит через клапан 103 регулирования потока и поступает в смеситель 114, который в некоторых вариантах выполнения может представлять собой стационарный миксер. Рабочая точка контроллера потока для клапана 91 может корректироваться диспетчерской компьютерной программой для поддержания постоянным давления в точке 102. Рабочая точка клапана 111 регулирования входного потока кислорода может корректироваться для сохранения постоянным отношения кислорода к потоку диоксида углерода, поступающему в смеситель 114. Смешанный поток окислителя проходит через нагреватель/холодильник 22. Охлажденный поток окислителя поступает в компрессор 90 окислителя, где он сжимается обычно до давления, лежащего в диапазоне приблизительно от 90 до приблизительно 120 бар. Рабочая точка клапана 91 регулирования потока может меняться с целью изменения выходного давления компрессора 90 окислителя. Компрессор 90 окислителя может действовать при фиксированных входном и выходном давлениях. Выходной поток с компрессора 90 может охлаждаться до температуры, близкой к окружающей, в нагревателе/холодильнике 24. Плотность потока возрастает до значений, лежащих, например, в диапазоне приблизительно от 0,6 до приблизительно 0, 75 кг/л. Плотный сверхкритический поток 82 окислителя прокачан многоступенчатым центробежным насосом с повышением давления обычно до 320 бар. Выходной поток высокого давления из насоса 80 поступает в теплообменник-экономайзер 50, где он нагревается частью тепла, высвобожденного из охлаждающегося потока турбинных выхлопов. Расход окислителя можно регулировать корректировкой скорости насоса 80 окислителя. Установленная рабочая величина расхода может изменяться для поддержания заданного отношения кислорода к топливному газу, обеспечивающего, как правило, 1% избыток кислорода относительно количества, требуемого для стехиометрического горения топливного газа, что гарантирует полное сжигание топливного газа плюс окисление любых полученных из топлива вредных примесей.When considering FIG. 5, it can be understood that the flow of oxygen into the combustion chamber can be controlled by the flow control valve 111. The set point of the flow controller can be varied to maintain a certain ratio of oxygen to fuel gas so as to typically provide a 1% excess of oxygen relative to the stoichiometric value, ensuring complete combustion of the fuel plus oxidation of fuel-derived contaminants. To control the adiabatic temperature of the flame in the combined turbine and combustor, it may be useful to dilute the oxygen with some CO 2 to obtain a CO 2 plus O 2 gas mixture with an O 2 molar concentration of 15 to 40%, typically 25%. The oxygen stream may be diluted with CO2 from the CO2 inlet of compressor 30. The removed CO2 passes through flow control valve 103 and enters mixer 114, which in some embodiments may be a stand mixer. The set point of the flow controller for valve 91 can be adjusted by the supervisory computer program to maintain a constant pressure at point 102. The set point of the oxygen inlet flow control valve 111 can be adjusted to maintain a constant ratio of oxygen to carbon dioxide flow entering mixer 114. The mixed oxidant flow passes through heater/cooler 22. The cooled oxidant stream enters an oxidizer compressor 90 where it is compressed, typically to a pressure in the range of about 90 to about 120 bar. The operating point of the flow control valve 91 can be varied to change the outlet pressure of the oxidizer compressor 90. The oxidant compressor 90 may operate at fixed inlet and outlet pressures. The effluent from compressor 90 may be cooled to near ambient temperature in heater/cooler 24. The flow density increases to values ranging, for example, from about 0.6 to about 0.75 kg/L. The dense supercritical oxidant stream 82 is pumped by a multi-stage centrifugal pump with pressure increase typically up to 320 bar. The high pressure outlet stream from pump 80 enters heat exchanger-economizer 50 where it is heated by a portion of the heat released from the cooling turbine exhaust stream. The flow rate of the oxidizer can be controlled by adjusting the speed of the oxidizer pump 80 . The set operating flow rate may be varied to maintain a predetermined ratio of oxygen to fuel gas, typically providing a 1% excess of oxygen relative to the amount required for stoichiometric combustion of the fuel gas, which ensures complete combustion of the fuel gas plus oxidation of any fuel-derived contaminants. Многие модификации и другие варианты выполнения могут быть реализованы специалистом в данной области. Соответственно изобретение не ограничено конкретными приведенными частными вариантами и модификациями, и объем изобретения, определяемый приложенной формулой изобретения, включает и другие варианты выполнения. Хотя в данном описании могут быть использованы специфические термины, они используются исключительно в общепринятом и описательном смысле, а не в целях внесения ограничений.Many modifications and other embodiments can be implemented by a person skilled in the art. Accordingly, the invention is not limited to the specific particular embodiments and modifications given, and the scope of the invention, as defined by the appended claims, includes other embodiments. Although specific terms may be used in this specification, they are used in a generally accepted and descriptive sense only and are not intended to be limiting. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Система генерирования мощности со встроенной системой регулирования, выполненной с возможностью автоматического управления по меньшей мере одним компонентом системы генерирования мощности, содержащая нагреватель;1. A power generation system with an integrated control system configured to automatically control at least one component of the power generation system, comprising a heater; генератор мощности и по меньшей мере один контроллер, причем по меньшей мере один контроллер сконфигурирован с возможностью приема входного сигнала ниже по потоку от нагревателя и выдачи выходного сигнала, обеспечивающего корректирование потока топлива к нагревателю и, тем самым, регулирование выдачи тепла нагревателем, по меньшей мере один контроллер сконфигурирован с возможностью приема того же или другогоa power generator and at least one controller, wherein at least one controller is configured to receive an input signal downstream from the heater and provide an output signal to adjust the flow of fuel to the heater and thereby control the heat output of the heater, at least one controller is configured to receive the same or a different - 19 041135 входного сигнала ниже по потоку от нагревателя и выдачи выходного сигнала для регулирования расхода потока рабочей текучей среды к нагревателю и по меньшей мере один контроллер включает контроллер отношения топливо/окислитель, обеспечивающий регулирование отношения топливо/окислитель и сконфигурированный с возможностью приема по меньшей мере одного из входного сигнала, относящегося к расходу топлива в нагреватель, и входного сигнала, относящегося к расходу окислителя в нагреватель, и на выполнение одного или обоих из следующего:- 19 041135 input signal downstream from the heater and output signal to control the flow rate of the working fluid to the heater and at least one controller includes a fuel/oxidizer ratio controller that provides regulation of the fuel/oxidizer ratio and is configured to receive at least one of an input relating to fuel flow to the heater and an input relating to oxidizer flow to the heater, and doing one or both of the following: обеспечение подачи выходного сигнала на топливный клапан для пропускания большего или меньшего количества топлива в нагреватель;providing an output signal to the fuel valve to pass more or less fuel to the heater; обеспечение подачи выходного сигнала на клапан окислителя для пропускания большего или меньшего количества окислителя в нагреватель.providing an output signal to the oxidant valve to allow more or less oxidant to pass into the heater. 2. Система по п.1, в которой по меньшей мере один контроллер включает контроллер мощности, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к мощности, вырабатываемой генератором мощности, и выдачи выходного сигнала, обеспечивающего корректирование потока топлива к нагревателю и, тем самым, регулирование выдачи тепла нагревателем.2. The system of claim 1, wherein the at least one controller includes a power controller configured to receive an input signal related to power generated by the power generator and provide an output signal to adjust fuel flow to the heater and thereby regulation of heat output by the heater. 3. Система по п.2, в которой контроллер мощности сконфигурирован на выполнение одного или обоих из следующих требований:3. The system of claim 2, wherein the power controller is configured to fulfill one or both of the following requirements: обеспечение выдачи выходного сигнала на нагреватель для повышения или снижения выработки тепла нагревателем;providing an output signal to the heater to increase or decrease the heat output of the heater; обеспечение подачи выходного сигнала на топливный клапан для пропускания большего или меньшего количества топлива в нагреватель.providing an output signal to the fuel valve to pass more or less fuel to the heater. 4. Система по п.1, в которой по меньшей мере один контроллер включает контроллер насоса, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к температуре выхлопного потока ниже по потоку от нагревателя, и обеспечения подачи выходного сигнала на насос для регулирования расхода потока рабочей текучей среды к нагревателю.4. The system of claim 1, wherein the at least one controller includes a pump controller configured to receive an input relating to an exhaust stream temperature downstream of the heater and provide output to the pump to control the flow rate of the working fluid. environment to the heater. 5. Система по п.1, в которой по меньшей мере один контроллер включает контроллер насоса окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к одному или обоим из массового расхода топлива и массового расхода окислителя, подаваемых к нагревателю, и вычисления соотношения массовых расходов топлива и окислителя, и контроллер насоса окислителя сконфигурирован с возможностью обеспечения подачи выходного сигнала на насос окислителя для изменения мощности насоса так, чтобы воздействовать на соотношение массовых расходов топлива и окислителя, подаваемых к нагревателю.5. The system of claim 1, wherein the at least one controller includes an oxidizer pump controller configured to receive an input relating to one or both of fuel mass flow and oxidizer mass flow to the heater and calculate the mass flow ratio fuel and oxidizer, and the oxidizer pump controller is configured to provide an output signal to the oxidizer pump to change the power of the pump so as to affect the mass flow ratio of fuel and oxidizer supplied to the heater. 6. Система по п.1, в которой по меньшей мере один контроллер включает контроллер давления окислителя, сконфигурированный с возможностью приема входного сигнала, относящегося к давлению потока окислителя выше по потоку от компрессора окислителя, и обеспечения выходного сигнала, так чтобы вызывать большее или меньшее добавление рабочей текучей среды к потоку окислителя выше по потоку от компрессора окислителя.6. The system of claim 1, wherein the at least one controller includes an oxidizer pressure controller configured to receive an input relating to an oxidizer flow pressure upstream of the oxidizer compressor and provide an output so as to cause more or less adding a working fluid to the oxidizer stream upstream of the oxidizer compressor. 7. Система по п.1, в которой рабочая текучая среда представляет собой поток в основном чистого CO2.7. The system of claim 1 wherein the working fluid is a stream of substantially pure CO 2 . 8. Система по п.1, в которой нагреватель представляет собой камеру сгорания.8. The system of claim 1 wherein the heater is a combustion chamber. 9. Система по п.1, в которой нагреватель представляет собой нагреватель с использованием солнечной энергии.9. The system of claim 1 wherein the heater is a solar powered heater. 10. Система по п.1, в которой нагреватель выполнен с возможностью получения тепла от потока текучей среды с температурой выше 400°C.10. The system of claim 1, wherein the heater is configured to receive heat from a fluid stream with a temperature above 400°C. 11. Способ автоматического управления системой генерирования мощности по любому из пп.1-10, включающий сжи гание в нагревателе топлива с окислителем в присутствии рабочей текучей среды и выпуск из нагревателя выхлопного потока;11. A method for automatically controlling a power generation system according to any one of claims 1 to 10, comprising burning an oxidizer fuel in a heater in the presence of a working fluid and exhausting an exhaust stream from the heater; ген ерирование мощности, используя выхлопной поток;generating power using the exhaust stream; использование по меньшей мере одного контроллера для приема по меньшей мере одного входного сигнала ниже по потоку от нагревателя и выдачи выходного сигнала, обеспечивающего корректирование потока одного или обоих из топлива или окислителя к нагревателю и, тем самым, регулирование количества тепла в выхлопном потоке, использование по меньшей мере одного контроллера для приема того же или другого входного сигнала ниже по потоку от нагревателя и выдачи выходного сигнала для регулирования расхода потока рабочей текучей среды к нагревателю и использование контроллера отношения топливо/окислитель, который принимает один или оба из входного сигнала, относящегося к расходу топлива в нагреватель, и входного сигнала, относящегося к расходу окислителя в нагреватель, и обеспечивает выполнение одного или обоих из следующего:using at least one controller to receive at least one input signal downstream from the heater and provide an output signal that adjusts the flow of one or both of the fuel or oxidizer to the heater and thereby controls the amount of heat in the exhaust stream, using at least one controller for receiving the same or a different input signal downstream from the heater and providing an output signal for controlling the flow rate of the working fluid flow to the heater and using a fuel/oxidizer ratio controller that receives one or both of the flow related input signals fuel to the heater, and an input signal related to the flow of oxidizer to the heater, and provides one or both of the following: под ача выходного сигнала на топливный клапан для пропускания большего или меньшего количества топлива в нагреватель;applying an output signal to the fuel valve to pass more or less fuel to the heater; подача выходного сигнала на клапан окислителя для пропускания большего или меньшего количе-supplying an output signal to the oxidizer valve to pass more or less
EA201992415 2014-11-12 2015-11-11 POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD OF ITS AUTOMATIC CONTROL EA041135B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/078,833 2014-11-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA041135B1 true EA041135B1 (en) 2022-09-16

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2023202666B2 (en) Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
US11473509B2 (en) Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
JP2022043230A (en) Systems and methods for controlling power plant
EA041135B1 (en) POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD OF ITS AUTOMATIC CONTROL
US11686258B2 (en) Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
KR102704258B1 (en) Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
KR20240135072A (en) Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
KR102010145B1 (en) Supercritical CO2 Power generation plant
WO2024121760A1 (en) Power production cycle with alternating heat sources
KR20230029844A (en) Systems and methods for control of volume flow rates in a power production plant
EA045250B1 (en) CONTROL SCHEMES FOR CONTROL OF THE HEAT FLOW OF ENERGY PRODUCTION SYSTEMS AND METHODS