相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年12月30日提交的題為“systemandmethodforastoichiometricexhaustgasrecirculationgasturbinesystem(用于化學計量排氣再循環(huán)燃氣渦輪機系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法)”的美國非臨時專利申請no.14/585,950以及于2014年1月27日提交的題為“systemandmethodforastoichiometricexhaustgasrecirculationgasturbinesystem(用于化學計量排氣再循環(huán)燃氣渦輪機系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法)”的美國臨時專利申請no.61/932,178的優(yōu)先權和權益，所述專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文以用于所有目的。

本文所公開的主題涉及燃氣渦輪機系統(tǒng)，并且更具體地，涉及燃氣渦輪機驅動的發(fā)電廠。

背景技術：

燃氣渦輪機發(fā)動機應用領域廣泛，例如發(fā)電、飛行器以及各種機器。燃氣渦輪機發(fā)動機通常在燃燒器部中利用氧化劑(例如，空氣)燃燒燃料以生成熱燃燒產(chǎn)物，該熱燃燒產(chǎn)物接著驅動渦輪機部的一個或更多個渦輪機級。渦輪機部進而驅動壓縮機部的一個或更多個壓縮機級，從而將進氣的氧化劑連同燃料一起壓縮到燃燒器部中。再者，燃料與氧化劑在燃燒器部中混合，并接著燃燒以產(chǎn)生熱燃燒產(chǎn)物。根據(jù)燃燒狀況，這些燃燒產(chǎn)物可包含未燃燒燃料、殘留氧化劑和各種排放物(例如，氮氧化物)。此外，燃氣渦輪機發(fā)動機通常消耗大量的作為氧化劑的空氣，并輸出相當量的排氣到大氣中。換句話說，排氣通常作為燃氣渦輪機運行的副產(chǎn)物被浪費掉。

技術實現(xiàn)要素：

范圍與最初要求保護的本發(fā)明匹配的特定實施例在下面概述。這些實施例并不旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是這些實施例僅旨在提供本發(fā)明可能形式的簡短概括。實際上，本發(fā)明可涵蓋可與下面闡述的實施例類似或不同的各種形式。

在實施例中，方法包含：在排氣再循環(huán)(egr)燃氣渦輪機系統(tǒng)的燃燒器中燃燒燃料和氧化劑，該排氣再循環(huán)(egr)燃氣渦輪機系統(tǒng)產(chǎn)生電力并向電網(wǎng)提供電力的一部分。該方法包含：響應于與電網(wǎng)相關聯(lián)的瞬態(tài)事件，控制egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的一個或更多個參數(shù)以增加提供至電網(wǎng)的電力的部分。此外，控制包含下列項中的一項或更多項：(a)響應于在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在貧燃料燃燒模式中運行時的瞬態(tài)事件，增加至燃燒器的燃料的流率；(b)響應于該瞬態(tài)事件，增加在燃燒器中的氧化劑的濃度和/或流率，并響應于氧化劑的增加的濃度和/或流率，增加至燃燒器的燃料的流率以保持在該燃燒器中的大致化學計量當量比；或(c)響應于該瞬態(tài)事件減少電力的本地消耗以增加提供至電網(wǎng)的電力的部分。

在另一實施例中，系統(tǒng)包含排氣再循環(huán)(egr)燃氣渦輪機系統(tǒng)，該排氣再循環(huán)(egr)燃氣渦輪機系統(tǒng)具有被構造成接收燃料并利用氧化劑燃燒燃料的燃燒器和由來自燃燒器的燃燒產(chǎn)物驅動的渦輪機。該系統(tǒng)包含由渦輪機驅動的發(fā)電機，其中，該發(fā)電機被構造成生成電力并向電網(wǎng)輸出電力的一部分。該系統(tǒng)包含具有閉環(huán)控制器和開環(huán)控制器的控制系統(tǒng)，該閉環(huán)控制器被構造成控制egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的一個或更多個參數(shù)，該開環(huán)控制器被構造成響應于瞬態(tài)事件，臨時控制該egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的一個或更多個參數(shù)以增加輸出至電網(wǎng)的電力的部分。此外，該開環(huán)控制器被構造成：響應于在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在非排放合規(guī)(compliant)模式中運行時的瞬態(tài)事件，提供控制信號以增加至燃燒器的燃料的流率；以及響應于在該egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在排放合規(guī)模式中運行時的瞬態(tài)事件，提供控制信號以增加燃燒器中的氧化劑的濃度或減少電力的本地消耗，或這兩者。

在另一實施例中，非暫態(tài)計算機可讀介質存儲可由電子裝置的處理器執(zhí)行的指令。該指令包含確定聯(lián)接到egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的電網(wǎng)中發(fā)生瞬態(tài)事件的指令，其中，該瞬態(tài)事件為欠頻或欠壓事件。該指令也包含響應于在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在非化學計量燃燒模式中運行時的瞬態(tài)事件，增加至該egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的燃燒器的燃料的流率的指令。該指令進一步包含響應于在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在化學計量燃燒模式中運行時的瞬態(tài)事件，在增加至燃燒器的燃料的流率之前增加至該燃燒器的氧化劑的流率，或者減少電力的本地消耗以增加輸出到附接電網(wǎng)的電力的一部分，或這兩者的指令。

附圖說明

當參照附圖閱讀下列具體實施方式時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更加容易理解，其中，在整個附圖中，相同符號表示相同部件，其中：

圖1為具有聯(lián)接到碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)的基于渦輪機的服務系統(tǒng)的系統(tǒng)的實施例的示意圖；

圖2為圖1的系統(tǒng)的實施例的示意圖，進一步示出控制系統(tǒng)和組合循環(huán)系統(tǒng)；

圖3為圖1和圖2的系統(tǒng)的實施例的示意圖，進一步示出燃氣渦輪機發(fā)動機、排氣供應系統(tǒng)和排氣處置系統(tǒng)的細節(jié)；

圖4為用于運行圖1至圖3的系統(tǒng)的過程的實施例的流程圖；

圖5為根據(jù)本方法的實施例的燃氣渦輪機系統(tǒng)(諸如，超低排放技術(ulet)發(fā)電廠)的實施例的示意圖示部分；

圖6為圖5的燃氣渦輪機系統(tǒng)的示意圖，該圖示出增壓氧化劑壓縮機(boc)系統(tǒng)的實施例；

圖7為圖5的燃氣渦輪機系統(tǒng)的示意圖，該圖示出排氣(eg)供應系統(tǒng)的實施例；以及

圖8為示出根據(jù)本方法的實施例的針對在啟動期間的燃氣渦輪機系統(tǒng)的不同加載分布圖(loadingprofile)的當量比隨負荷變化的曲線圖。

具體實施方式

本發(fā)明的一個或更多個具體的實施例將在下面描述。在提供這些實施例的簡要描述的工作中，實際實施方式的所有特征可能不在本說明書中進行描述。應當明白，在作為工程或設計項目的任何此類實際實施方式的開發(fā)中，做出眾多與實施方式相關的決定以實現(xiàn)指定目標，諸如符合在不同實施方式中彼此不同的系統(tǒng)相關和/或商業(yè)相關約束。而且，應當明白，此類工作可能是復雜和費時的，然而，對本領域的普通技術人員來說，承擔具有本公開益處的設計、裝配和制造仍然是例行工作。

詳細示例實施例在本文公開。然而，本文公開的特定結構和功能細節(jié)僅僅表示描述示例實施例的目的。然而，本發(fā)明的實施例可以體現(xiàn)為許多替代形式，并且不應僅限于本文闡述的實施例。

因此，在示例實施例能夠進行各種更改和替換形式時，其實施例借助于附圖中的示例示出并將在本文中詳細描述。然而，應當理解，本發(fā)明并不旨在將示例實施例限制在所公開的特定形式，而是相反，示例實施例旨在覆蓋落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有更改、等效物和替代。

本文所使用術語僅用于描述某些實施例，并不旨在限制示例實施例。如本文所用，單數(shù)形式“一個(a、an)”、“該(the)”旨在也包含復數(shù)形式，除非上下文明確指出。術語“包括(comprises/comprising)”和/或“包含(includes/including)”當用于本文時指定所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或添加。

雖然術語第一、第二、主要、次要等可以在本文中被用于描述各個元件，但是這些元件不應受這些術語限制。這些術語僅用于將一個要素與另一個要素區(qū)分開。例如但不限于，在沒有偏離示例實施例的范圍的情況下，第一元件可以被稱為第二元件，以及同樣，第二元件可以被稱為第一元件。正如本文所使用的，術語“和/或”包含一個或更多個關聯(lián)列出項目的任何一個和全部組合。

僅為了方便讀者，特定術語可以被用于本文中，但是不應被視為本發(fā)明的范圍的限制。例如，詞組像“上面”、“下面”、“左側”、“右側”、“前面”、“后面”、“頂部”、“底部”、“水平的”、“垂直的”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”等；僅描述在附圖中示出的構形。實際上，本發(fā)明的實施例的一個或更多個元件可以在任何方向取向，且因此，所述術語應當被理解為涵蓋此類變化，除非以其他方式指出。

如下面所詳細論述的，所公開的實施例通常涉及具有排氣再循環(huán)(egr)的燃氣渦輪機系統(tǒng)，且特別地，涉及使用egr的燃氣渦輪機系統(tǒng)的化學計量操作。例如，燃氣渦輪機系統(tǒng)可被配置成沿排氣再循環(huán)路徑再循環(huán)排氣，連同至少一些再循環(huán)排氣一起化學計量燃燒燃料和氧化劑，并收集排氣用于各種目標系統(tǒng)。排氣再循環(huán)連同化學計量燃燒可幫助增加排氣中二氧化碳(co2)的濃度水平，該排氣然后能夠被后處理以分離和提純co2和氮氣(n2)以用于各種目標系統(tǒng)。燃氣渦輪機系統(tǒng)也可采用沿排氣再循環(huán)路徑的各種排氣處置(例如，熱回收、催化反應等)，從而增加co2的濃度水平、減少其它排放(例如，一氧化碳、氮氧化物以及未燃燒碳氫化合物)的濃度水平并增加能量回收(例如，用熱回收單元)。此外，燃氣渦輪機發(fā)動機可被配置成與一個或更多個擴散火焰(例如，使用擴散燃料噴嘴)、預混合火焰(例如，使用預混合燃料噴嘴)或它們的任何組合來燃燒燃料和氧化劑。在某些實施例中，擴散火焰可幫助將化學計量燃燒穩(wěn)定性和操作保持在特定限度內(nèi)，這進而有助于增加co2的產(chǎn)量。例如，與用預混合火焰運行的燃氣渦輪機系統(tǒng)相比，用擴散火焰運行的燃氣渦輪機系統(tǒng)可使更大量的egr可行。egr的增加量進而幫助增加co2產(chǎn)量。可能的目標系統(tǒng)包含管道、儲罐、固碳(carbonsequestration)系統(tǒng)，以及碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)，諸如提高原油采收率(eor)系統(tǒng)。

具體地，本實施例涉及燃氣渦輪機系統(tǒng)，即包含超低排放技術(ulet)發(fā)電廠的化學計量排氣再循環(huán)(egr)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常包含聯(lián)接到電網(wǎng)并生成用于電網(wǎng)的電力的至少一個燃氣渦輪機發(fā)動機。例如，本實施例包含具有一個或更多個發(fā)電機的ulet發(fā)電廠，該一個或更多個發(fā)電機將由一個或更多個egr燃氣渦輪機發(fā)動機所提供的機械功率的一部分轉換為用于輸送到電網(wǎng)的電力。應明白，此ulet發(fā)電廠可嘗試對電網(wǎng)中的瞬態(tài)事件(例如，電壓和/或頻率的快速變化的周期)做出響應。例如，通過增加一個或更多個燃氣渦輪機的機械功率輸出以便增加一個或更多個發(fā)電機的電力輸出，ulet發(fā)電廠可對瞬態(tài)事件做出響應并解決該瞬態(tài)事件。通過具體示例，電網(wǎng)上的瞬態(tài)事件可包含頻率下降(例如，電網(wǎng)頻率下降1％)以及ulet發(fā)電廠可在特定時間窗(例如，在瞬態(tài)事件開始的約10秒內(nèi))內(nèi)增加其電力輸出(例如，拾取發(fā)電廠的額定基本負荷容量的10％)，以解決該瞬態(tài)事件。例如，對瞬態(tài)事件的響應可包含快速增加至segr燃氣渦輪機系統(tǒng)的燃燒器的氧化劑和燃料流二者，從而保持大致化學計量燃燒同時增加功率輸出。遺憾的是，在沒有所公開的實施例的情況下，使用segr燃氣渦輪機系統(tǒng)供電的ulet可能不具有任何過量的氧化劑(例如，空氣或氧氣)，從而能對瞬態(tài)事件做出快速響應，因為segr系統(tǒng)在燃料和氧化劑的化學計量比下運行或者接近燃料和氧化劑的化學計量比運行。

因此，如下面更詳細闡述的，本實施例涉及用于控制發(fā)電segr燃氣渦輪機系統(tǒng)(例如，ulet發(fā)電廠)的部件以快速增加該系統(tǒng)的機械功率輸出和/或電力輸出以便解決附接電網(wǎng)中的瞬態(tài)事件(例如，頻率和/或電壓下降)的方法。具體地，某些實施例可能夠使ulet發(fā)電廠快速增加燃燒器中的可用氧化劑的量以便快速增加系統(tǒng)的可用機械功率和電力。另外，某些實施例可能夠使ulet發(fā)電廠在發(fā)電廠加載期間(例如，在啟動期間)，增加燃燒器中的可用氧化劑的量以解決在發(fā)電廠在非排放合規(guī)的模式中運行時發(fā)生的瞬態(tài)電網(wǎng)事件。其它當前公開的實施例可能夠使ulet發(fā)電廠禁用ulet發(fā)電廠的某些部件(例如，產(chǎn)氣壓縮機)以便減少或限制在發(fā)電廠內(nèi)的電力消耗，這可暫時增加從發(fā)電廠輸出的電力量以支持在瞬態(tài)事件期間的電網(wǎng)。另外，本實施例能夠使控制系統(tǒng)利用閉環(huán)和開環(huán)控制策略的組合，并且可進一步允許ulet發(fā)電廠在超出某些程序化運行約束或限制(例如，燃氣渦輪機發(fā)動機的扭矩限制)的狀態(tài)下臨時運行以便解決電網(wǎng)上的瞬態(tài)事件。

考慮到上述實施例，圖1為具有與基于渦輪機的服務系統(tǒng)14相關聯(lián)的碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12的系統(tǒng)10的實施例的示意圖。如下面進一步詳細論述的，基于渦輪機的服務系統(tǒng)14的各種實施例被構造成向碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12提供促進油和/或氣生產(chǎn)或回收的各種服務，諸如電力、機械功率和流體(例如，排氣)。在所示出的實施例中，碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12包含油/氣抽取系統(tǒng)16和聯(lián)接到地下儲層20(例如，油、氣或碳氫化合物儲層)的提高原油采收率(eor)系統(tǒng)18。油/氣抽取系統(tǒng)16包含各種地面設備22，諸如聯(lián)接到油/氣井26的采油樹或生產(chǎn)樹24。而且，井26可包含一個或更多個管件28，其延伸通過地球32中的鉆孔30至地下儲層20。樹24包含一個或更多個閥、扼流圈、隔離套、防噴器以及各種流量控制裝置，其調節(jié)壓力并控制到地下儲層20和來自該地下儲層20的流量。雖然樹24通常被用于控制從地下儲層20流出的生產(chǎn)流體(例如，油或氣)的流量，eor系統(tǒng)18可通過將一種或更多種流體噴射到地下儲層20中以增加油或氣的生產(chǎn)。

因此，eor系統(tǒng)18可包含流體噴射系統(tǒng)34，其具有一個或更多個管件36，該一個或更多個管件36延伸通過地球32中的孔38至地下儲層20。例如，eor系統(tǒng)18可以將一種或更多種流體40(例如，氣體、蒸汽、水、化學物或其任何組合)傳送到流體噴射系統(tǒng)34中。例如，如下面所進一步詳細論述的，eor系統(tǒng)18可被聯(lián)接到基于渦輪機的服務系統(tǒng)14，使得系統(tǒng)14將排氣42(例如，基本沒有氧或完全沒有氧)傳送到eor系統(tǒng)18以用作噴射流體40。流體噴射系統(tǒng)34將流體40(例如，排氣42)傳送通過一個或更多個管件36到地下儲層20中，如箭頭44所指示的。噴射流體40通過與油/氣井26的管件28距離偏移距離46的管件36進入地下儲層20。因此，噴射流體40置換沉積在地下儲層20中的油/氣48，并通過碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12的一個或更多個管件28驅動油/氣48上升，如箭頭50所指示的。如下面所進一步詳細論述的，噴射流體40可包括源自基于渦輪機的服務系統(tǒng)14的排氣42，該基于渦輪機的服務系統(tǒng)14能夠生成在碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12所需的現(xiàn)場排氣42。換句話說，基于渦輪機的系統(tǒng)14可同時生成供碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12使用的一種或更多種服務(例如，電力、機械功率、蒸汽、水(例如，淡化水)以及排氣(例如，基本沒有氧))，從而減少或消除此類服務對外部源的依賴。

在所示出的實施例中，基于渦輪機的服務系統(tǒng)14包含化學計量排氣再循環(huán)(segr)燃氣渦輪機系統(tǒng)52和排氣(eg)處置系統(tǒng)54。燃氣渦輪機系統(tǒng)52可被配置成在化學計量燃燒運行模式(例如，化學計量控制模式)和非化學計量燃燒運行模式(例如，非化學計量控制模式)(諸如貧燃料控制模式或富燃料控制模式)中運行。在化學計量控制模式中，燃燒通常以燃料和氧化劑的大致化學計量比發(fā)生，從而產(chǎn)生大致化學計量燃燒。具體地，化學計量燃燒通常包括在燃燒反應中基本消耗全部的燃料和氧化劑，使得燃燒產(chǎn)物基本沒有或完全沒有未燃燒燃料和氧化劑。化學計量燃燒的一個量度是當量比，或phi(φ)，其是實際燃料/氧化劑比相對于化學計量燃料/氧化劑比的比。大于1.0的當量比產(chǎn)生燃料和氧化劑的富燃料燃燒，反之，小于1.0的當量比產(chǎn)生燃料和氧化劑的貧燃料燃燒。相反，1.0的當量比產(chǎn)生既不是富燃料又不是貧燃料的燃燒，從而在燃燒反應中基本消耗所有的燃料和氧化劑。在所公開實施例的背景下，術語“化學計量”或“基本化學計量”可指約0.95到約1.05的當量比。然而，所公開的實施例也可包含1.0加上或減去0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的當量比。再者，在基于渦輪機的服務系統(tǒng)14中的燃料和氧化劑的化學計量燃燒可產(chǎn)生基本沒有未燃燒燃料或氧化劑剩下的燃燒產(chǎn)物或排氣(例如，42)。例如，排氣42可具有小于1、2、3、4或5體積百分比的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳氫化合物(例如，hc)、氮氧化物(例如，nox)、一氧化碳(co)、硫氧化物(例如，sox)、氫和其它未完全燃燒產(chǎn)物。通過進一步示例，排氣42可以具有小于約每百萬份體積的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份(ppmv)的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳氫化合物(例如，hc)、氮氧化物(例如，nox)、一氧化碳(co)、硫氧化物(例如，sox)、氫和其它未完全燃燒產(chǎn)物。然而，所公開實施例也可在排氣42中產(chǎn)生其它范圍的殘留燃料、氧化劑和其它排放水平。如本文所使用的，術語排放、排放水平和排放目標可指的是特定燃燒產(chǎn)物(例如，nox、co、sox、o2、n2、h2、hc等)的濃度水平，其可以存在于再循環(huán)氣體流、排出的氣體流(例如，排放到大氣中)以及用于各種目標系統(tǒng)(例如，碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12)中的氣體流中。

雖然segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52和eg處置系統(tǒng)54可在不同實施例中包含各種部件，所示出的eg處置系統(tǒng)54包括接收和處理源自segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的排氣60的熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)56以及排氣再循環(huán)(egr)系統(tǒng)58。hrsg56可以包括一個或更多個熱交換器、冷凝器和各種熱回收設備，所述設備集中起將排氣60的熱傳遞給水流從而生成蒸汽62的作用。蒸汽62可被用在一個或更多個蒸汽渦輪機、eor系統(tǒng)18或碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12的任何其他部分中。例如，hrsg56可以生成低壓、中壓和/或高壓蒸汽62，其可以被選擇性應用于低壓、中壓和高壓蒸汽渦輪機級或eor系統(tǒng)18的不同應用。除了蒸汽62之外，處理水64(例如，淡化水)可以通過hrsg56、egr系統(tǒng)58和/或eg處置系統(tǒng)54的其他部分或segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52生成。處理水64(例如，淡化水)在例如內(nèi)陸或沙漠地區(qū)的水短缺區(qū)域會是特別有用的。處理水64可以至少部分由于驅動segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52內(nèi)燃料燃燒的大體積空氣生成。雖然蒸汽62和水64的現(xiàn)場生成可能在許多應用中是有益的(包含碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12)，排氣42、60的現(xiàn)場生成對eor系統(tǒng)18可能是特別有益的，這是由于來源于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的其低氧含量、高壓和熱量。因此，hrsg56、egr系統(tǒng)58和/或eg處置系統(tǒng)54的另一部分可輸出排氣66或將排氣66再循環(huán)到segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52中，同時還將排氣42傳送到eor系統(tǒng)18以與碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12一起使用。同樣，排氣42可從segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52直接抽取(即，沒有經(jīng)過eg處置系統(tǒng)54)，以用于碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12的eor系統(tǒng)18。

排氣再循環(huán)通過eg處置系統(tǒng)54的egr系統(tǒng)58來處理。例如，egr系統(tǒng)58包含一個或更多個管道、閥、鼓風機、排氣處理系統(tǒng)(例如，過濾器、微粒去除單元、氣體分離單元、氣體凈化單元、熱交換器、熱回收單元、水分去除單元、催化劑單元、化學物噴射單元或它們的任何組合)以及控制裝置，以將排氣沿排氣再循環(huán)路徑從segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的輸出端(例如，排放的排氣60)再循環(huán)到輸入端(例如，進氣排氣66)。在所示出的實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52將排氣66吸入到具有一個或更多個壓縮機的壓縮機部，從而將排氣66壓縮連同氧化劑68和一個或更多個燃料70的吸氣供燃燒器部使用。氧化劑68可包括環(huán)境空氣、純氧、富氧空氣、氧減少空氣、氧-氮混合物或促進燃料70燃燒的任何合適氧化劑。燃料70可包括一種或更多種氣體燃料、液體燃料或它們的任何組合。例如，燃料70可包括天然氣、液化天然氣(lng)、合成氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、石腦油、煤油、柴油、乙醇、甲醇、生物燃料或它們的任何組合。

segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52在燃燒器部中混合并燃燒排氣66、氧化劑68和燃料70，從而生成熱燃燒氣體或排氣60，以驅動渦輪機部中的一個或更多個渦輪機級。在某些實施例中，在燃燒器部中的每個燃燒器包含一個或更多個預混合燃料噴嘴、一個或更多個擴散燃料噴嘴或它們的任何組合。例如，每個預混合燃料噴嘴可被配置成在內(nèi)部混合在燃料噴嘴內(nèi)和/或部分在該燃料噴嘴上游的氧化劑68和燃料70，從而將氧化劑燃料混合物從燃料噴嘴噴射到用于預混合燃燒(例如，預混合火焰)的燃燒區(qū)中。通過進一步示例，每個擴散燃料噴嘴可被配置成將燃料噴嘴內(nèi)的氧化劑68流與燃料70流隔離，從而將來自燃料噴嘴的氧化劑68和燃料70分別噴射到用于擴散燃燒(例如，擴散火焰)的燃燒區(qū)中。具體地，通過擴散燃料噴嘴提供的擴散燃燒延遲氧化劑68與燃料70的混合，直到初始燃燒點，即火焰區(qū)域。在采用擴散燃料噴嘴的實施例中，擴散火焰可提供增加的火焰穩(wěn)定性，因為擴散火焰通常在氧化劑68與燃料70的單獨流之間的化學計量點(即，在氧化劑68與燃料70在混合時)形成。在某些實施例中，一種或更多種稀釋劑(例如，排氣60、蒸汽、氮或另一惰性氣體)可在擴散燃料噴嘴或預混合燃料噴嘴中與氧化劑68、燃料70或兩者預混合。此外，一種或更多種稀釋劑(例如，排氣60、蒸汽、氮或另一惰性氣體)可在每個燃燃燒器內(nèi)的燃燒點處或在其下游被噴射到燃燒器中。使用這些稀釋劑可幫助調劑火焰(例如，預混合火焰或擴散火焰)，從而幫助減少nox(諸如一氧化氮(no)和二氧化氮(no2))排放。與火焰的類型無關，燃燒產(chǎn)生熱燃燒氣體或排氣60，以驅動一個或更多個渦輪機級。在每個渦輪機級被排氣60驅動時，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52生成機械功率(m)72和/或電力(e)74(例如，經(jīng)由發(fā)電機)。系統(tǒng)52也輸出排氣60，并且可進一步輸出水64。再者，水64可為處理水，諸如淡化水，這在各種現(xiàn)場或非現(xiàn)場應用中是有用的。

排氣抽取也由使用一個或更多個抽取點76的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52提供。例如，所示出的實施例包含具有排氣(eg)抽取系統(tǒng)80和排氣(eg)處理系統(tǒng)82的排氣(eg)供應系統(tǒng)78，其從抽取點76接收排氣42、處理排氣42并接著向各個目標系統(tǒng)供應或分配排氣42。目標系統(tǒng)可包含eor系統(tǒng)18和/或其它系統(tǒng)，諸如管道86、儲罐88或固碳系統(tǒng)90。eg抽取系統(tǒng)80可包含一個或更多個管道、閥、控制裝置和流分離件，這促進排氣42與氧化劑68、燃料70以及其它雜質的隔離，同時也控制被抽取排氣42的溫度、壓力和流率。eg處理系統(tǒng)82可包含一個或更多個熱交換器(例如，熱回收單元，諸如熱回收蒸汽發(fā)生器、冷凝器、冷卻器或加熱器)、催化劑系統(tǒng)(例如，氧化催化劑系統(tǒng))、微粒和/或水去除系統(tǒng)(例如，氣體脫水單元、慣性分離器、聚結過濾器、不透水過濾器以及其它過濾器)、化學物噴射系統(tǒng)、溶劑型處理系統(tǒng)(例如，吸收劑、閃蒸罐等)、碳收集系統(tǒng)、氣體分離系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)和/或溶劑型處理系統(tǒng)、排氣壓縮機或它們的任何組合。eg處理系統(tǒng)82的這些子系統(tǒng)能夠控制溫度、壓力、流率、水分含量(例如，水去除量)、微粒含量(例如，微粒去除量)以及氣體成分(例如，co2、n2等的百分比)。

根據(jù)目標系統(tǒng)，被抽取排氣42通過eg處理系統(tǒng)82的一個或更多個子系統(tǒng)進行處理。例如，eg處理系統(tǒng)82可引導全部或部分排氣42通過碳收集系統(tǒng)、氣體分離系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)和/或溶劑型處理系統(tǒng)，其被控制以分離和凈化含碳氣體(例如，二氧化碳)92和/或氮氣(n2)94以供各種目標系統(tǒng)使用。例如，eg處理系統(tǒng)82的實施例可執(zhí)行氣體分離和凈化以產(chǎn)生排氣42的多個不同流95，諸如第一流96、第二流97和第三流98。第一流96可具有富二氧化碳和/或貧氮氣(例如，富co2貧n2流)的第一成分。第二流97可具有含有在中間濃度水平的二氧化碳和/或氮氣(例如，中間濃度co2、n2流)的第二成分。第三流98可具有貧二氧化碳和/或富氮氣(例如，貧co2富n2流)的第三成分。每個流95(例如，96、97和98)可包含氣體脫水單元、過濾器、氣體壓縮機或它們的任何組合，以促進流95輸送到目標系統(tǒng)。在某些實施例中，富co2貧n2流96可具有大于約70、75、80、85、90、95、96、97、98或99體積百分比的co2純度或濃度水平，以及小于約1、2、3、4、5、10、15、20、25或30體積百分比的n2純度或濃度水平。相反，貧co2富n2流98可具有小于約1、2、3、4、5、10、15、20、25或30體積百分比的co2純度或濃度水平，以及大于約70、75、80、85、90、95、96、97、98或99體積百分比的n2純度或濃度水平。中間濃度的co2、n2流97可具有在約30到70、35到65、40到60或45到55體積百分比之間的co2純度或濃度水平和/或n2純度或濃度水平。雖然前述范圍僅僅是非限制性示例，但富co2貧n2流96和貧co2富n2流98可能特別適合與eor系統(tǒng)18和其它系統(tǒng)84一起使用。然而，這些富、貧或中間濃度co2流95中的任何一個可單獨或以各種組合與eor系統(tǒng)18和其它系統(tǒng)84一起使用。例如，eor系統(tǒng)18和其它系統(tǒng)84(例如，管道86、儲罐88以及固碳系統(tǒng)90)均可以接收一個或更多個富co2貧n2流96、一個或更多個貧co2富n2流98、一個或更多個中間濃度co2、n2流97、以及一個或更多個未處理的排氣42流(即，繞過eg處理系統(tǒng)82)。

eg抽取系統(tǒng)80沿壓縮機部、燃燒器部和/或渦輪機部在一個或更多個抽取點76處抽取排氣42，使得排氣42可以以合適溫度和壓力用在eor系統(tǒng)18和其它系統(tǒng)84中。eg抽取系統(tǒng)80和/或eg處理系統(tǒng)82還可以循環(huán)流體流(例如，排氣42)至eg處置系統(tǒng)54和從eg處置系統(tǒng)54循環(huán)流體流。例如，經(jīng)過eg處置系統(tǒng)54的排氣42的一部分可以被eg抽取系統(tǒng)80抽取以用于eor系統(tǒng)18和其它系統(tǒng)84中。在某些實施例中，eg供應系統(tǒng)78和eg處置系統(tǒng)54可彼此獨立或集成在一起，并因此可使用單獨或共同的子系統(tǒng)。例如，eg處理系統(tǒng)82可被eg供應系統(tǒng)78和eg處置系統(tǒng)54兩者使用。從eg處置系統(tǒng)54抽取的排氣42可經(jīng)歷多級氣體處理，諸如在eg處置系統(tǒng)54中的一個或更多個氣體處理級，接著是eg處理系統(tǒng)82中的一個或更多個氣體處理附加級。

在每個抽取點76處，由于在eg處置系統(tǒng)54中的基本上化學計量燃燒和/或氣體處理，被抽取排氣42可基本不含氧化劑68和燃料70(例如，未燃燒的燃料或碳氫化合物)。而且，根據(jù)目標系統(tǒng)，被抽取排氣42可在eg供應系統(tǒng)78的eg處理系統(tǒng)82中經(jīng)受進一步處理，從而進一步降低任何殘留氧化劑68、燃料70或其它不良燃燒產(chǎn)物。例如，在eg處理系統(tǒng)82中的處理之前或之后，被抽取排氣42可具有小于1、2、3、4或5體積百分比的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳氫化合物(例如，hc)、氮氧化物(例如，nox)、一氧化碳(co)、硫氧化物(例如，sox)、氫和其它未完全燃燒產(chǎn)物。通過進一步示例，在eg處理系統(tǒng)82中的處理之前或之后，被抽取排氣42可以具有小于約每百萬份體積的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份(ppmv)的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳氫化合物(例如，hc)、氮氧化物(例如，nox)、一氧化碳(co)、硫氧化物(例如，sox)、氫和其他未完全燃燒產(chǎn)物。因此，排氣42特別適合與eor系統(tǒng)18一起使用。

渦輪機系統(tǒng)52的egr運行具體使能在多個位置76處的排氣抽取。例如，系統(tǒng)52的壓縮機部可被用于壓縮沒有任何氧化劑68的排氣66(即，只壓縮排氣66)，使得基本上無氧排氣42可在輸入氧化劑68和燃料70之前從壓縮機部和/或燃燒器部抽取。抽取點76可被定位在毗鄰壓縮機級之間的級間端口處、在沿壓縮機排出套管的端口處、在沿燃燒器部中的每個燃燒器的端口處或它們的任何組合。在某些實施例中，排氣66可不與氧化劑68和燃料70混合，直到其到達燃燒器部中的每個燃燒器的蓋端部和/或燃料噴嘴。而且，一個或更多個流動隔板(例如，壁、分隔器、擋板等)可被用于將氧化劑68和燃料70與抽取點76隔離。利用這些流動隔板，抽取點76可直接沿燃燒器部中每個燃燒器的壁進行布置。

一旦排氣66、氧化劑68和燃料70流過該蓋端部(例如，通過燃料噴嘴)進入每個燃燒器的燃燒部分(例如，燃燒腔室)中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52被控制提供排氣66、氧化劑68和燃料70的大致化學計量燃燒。例如，系統(tǒng)52可保持約0.95到約1.05的當量比。結果，在每個燃燒器中的排氣66、氧化劑68和燃料70的混合物的燃燒產(chǎn)物基本是沒有氧和未燃燒燃料。因此，燃燒產(chǎn)物(或排氣)可從segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的渦輪機部被抽取以用作被傳送到eor系統(tǒng)18的排氣42。沿渦輪機部，抽取點76可被設置在任何渦輪機級處，例如毗鄰渦輪機級之間的級間端口處。因此，通過使用任何前述抽取點76，基于渦輪機的服務系統(tǒng)14可生成排氣42、抽取排氣42并輸送排氣42到碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12(例如，eor系統(tǒng)18)以用于地下儲層20的油/氣48生產(chǎn)。

圖2為圖1的系統(tǒng)10的實施例的示意圖，該圖示出被聯(lián)接到基于渦輪機的服務系統(tǒng)14和碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12的控制系統(tǒng)100。在所示出的實施例中，基于渦輪機的服務系統(tǒng)14包含組合循環(huán)系統(tǒng)102，該組合循環(huán)系統(tǒng)102包含作為頂循環(huán)(toppingcycle)的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52、作為底循環(huán)(bottomingcycle)的蒸汽渦輪機104、和hrsg56以從排氣60回收熱量以生成用于驅動蒸汽渦輪機104的蒸汽62。再者，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52接收、混合并化學計量燃燒排氣66、氧化劑68和燃料70(例如，預混合火焰和/或擴散火焰)，從而產(chǎn)生排氣60、機械功率72、電力74和/或水64。例如，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可驅動一個或更多個負荷或機器106，諸如發(fā)電機、氧化劑壓縮機(例如，主空氣壓縮機)、齒輪箱、泵、碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12的設備或它們的任何組合。在一些實施例中，機器106可包含其它驅動件，諸如與segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52串聯(lián)的電動馬達或蒸汽渦輪機(例如，蒸汽渦輪機104)。因此，由segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(以及任何附加驅動件)驅動的機器106的輸出可包含機械功率72和電力74。機械功率72和/或電力74可用于向碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12現(xiàn)場提供動力，電力74可被分配到電網(wǎng)或它們的任何組合。機器106的輸出還可包含壓縮流體，諸如用于吸入到segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的燃燒部中的壓縮氧化劑68(例如，空氣或氧)。這些輸出中的每個(例如，排氣60、機械功率72、電力74和/或水64)可被認為是基于渦輪機的服務系統(tǒng)14的服務。

segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52產(chǎn)生可基本不含氧的排氣42、60，并且將這種排氣42、60傳送到eg處置系統(tǒng)54和/或eg供應系統(tǒng)78。eg供應系統(tǒng)78可處理排氣42(例如，流95)并將其輸送到碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12和/或其它系統(tǒng)84。如上所討論的，eg處置系統(tǒng)54可包含hrsg56和egr系統(tǒng)58。hrsg56可包含一個或更多個熱交換器、冷凝器和各種熱回收設備，該熱回收設備可被用于回收排氣60的熱量或將該熱量傳遞給水108以生成用于驅動蒸汽渦輪機104的蒸汽62。類似于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52，蒸汽渦輪機104可驅動一個或更多個負荷或機器106，從而生成機械功率72和電力74。在所示出的實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52和蒸汽渦輪機104被串聯(lián)布置以驅動相同的機器106。然而，在另一些實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52和蒸汽渦輪機104可單獨驅動不同的機器106，以獨立生成機械功率72和/或電力74。在蒸汽渦輪機104被來自hrsg56的蒸汽62驅動時，蒸汽62的溫度和壓力逐漸減小。因此，蒸汽渦輪機104將使用過的蒸汽62和/或水108再循環(huán)回到hrsg56中，以用于經(jīng)由排氣60的熱回收生成另外的蒸汽。除了蒸汽生成之外，hrsg56、egr系統(tǒng)58和/或eg處置系統(tǒng)54的另一個部分可產(chǎn)生水64、與碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12一起使用的排氣42、以及用作至segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的輸入的排氣66。例如，水64可為處理水64，諸如用于其它應用中的淡化水。淡化水在低可用水量的地區(qū)是特別有用的。關于排氣60，eg處置系統(tǒng)54的實施例可被配置成通過egr系統(tǒng)58再循環(huán)排氣60，排氣60可經(jīng)過或不經(jīng)過hrsg56。

在所示出的實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52具有排氣再循環(huán)路徑110，該排氣再循環(huán)路徑110從系統(tǒng)52的排氣出口延伸到排氣進口。沿著路徑110，排氣60經(jīng)過eg處置系統(tǒng)54，在所示出的實施例中，eg處置系統(tǒng)54包含hrsg56和egr系統(tǒng)58。egr系統(tǒng)58可包含沿路徑110串聯(lián)和/或并聯(lián)布置的一個或更多個管道、閥、鼓風機、氣體處理系統(tǒng)(例如，過濾器、微粒去除單元、氣體分離單元、氣體凈化單元、熱交換器、諸如熱回收蒸汽發(fā)生器的熱回收單元、水分去除單元、催化劑單元、化學物噴射單元或它們的任何組合)。換句話說，egr系統(tǒng)58可包含沿在系統(tǒng)52的排氣出口與排氣進口之間的排氣再循環(huán)路徑110的任何流量控制部件、壓力控制部件、溫度控制部件、水分控制部件和氣體成分控制部件。因此，在具有沿路徑110的hrsg56的實施例中，hrsg56可被認為是egr系統(tǒng)58的部件。然而，在某些實施例中，hrsg56可沿獨立于排氣再循環(huán)路徑110的排氣路徑進行設置。不管hrsg56是否沿著單獨路徑或與egr系統(tǒng)58共用的路徑，hrsg56和egr系統(tǒng)58吸入排氣60并輸出再循環(huán)排氣66、與eg供應系統(tǒng)78(例如，用于碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12和/或其它系統(tǒng)84)一起使用的排氣42、或另一種排氣輸出。再者，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52吸入、混合和化學計量燃燒排氣66、氧化劑68和燃料70(例如，預混合火焰和/或擴散火焰)，以產(chǎn)生用于分配到eg處置系統(tǒng)54、碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12或其它系統(tǒng)84的基本不含氧和不含燃料的排氣60。

如上面參照圖1所指出的，碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12可包含各種設備，以促進通過油/氣井26從地下儲層20回收或生產(chǎn)油/氣48。例如，碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12可包含具有流體噴射系統(tǒng)34的eor系統(tǒng)18。在所示出的實施例中，流體噴射系統(tǒng)34包含排氣噴射eor系統(tǒng)112和蒸汽噴射eor系統(tǒng)114。雖然流體噴射系統(tǒng)34可從各種源接收流體，但是所示出的實施例可從基于渦輪機的服務系統(tǒng)14接收排氣42和蒸汽62。由基于渦輪機的服務系統(tǒng)14產(chǎn)生的排氣42和/或蒸汽62也可被傳送到碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12以用于其它油/氣系統(tǒng)116。

排氣42和/或蒸汽62的數(shù)量、質量和流量可通過控制系統(tǒng)100來控制?？刂葡到y(tǒng)100可完全專用于基于渦輪機的服務系統(tǒng)14，或控制系統(tǒng)100也可以可選提供用于控制碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12和/或其它系統(tǒng)84的控制裝置(或促進控制的至少某些數(shù)據(jù))。在所示出的實施例中，控制系統(tǒng)100包含控制器118，其具有處理器120、存儲器122、蒸汽渦輪機控制裝置124、segr氣體輪機系統(tǒng)控制裝置126和機器控制裝置128。處理器120可包含單一處理器或兩個或更多個冗余處理器，諸如用于控制基于渦輪機的服務系統(tǒng)14的三重冗余處理器。存儲器122可包含易失性和/或非易失性存儲器。例如，存儲器122可包含一個或更多個硬盤驅動器、閃存、只讀存儲器、隨機存取存儲器或它們的任何組合?？刂蒲b置124、126和128可包含軟件和/或硬件控制裝置。例如，控制裝置124、126和128可包含存儲在存儲器122中并可由處理器120執(zhí)行的各種指令或代碼。控制裝置124被配置成控制蒸汽渦輪機104的運行，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)控制裝置126被配置成控制系統(tǒng)52，以及機器控制裝置128被配置成控制機器106。因此，控制器118(例如，控制裝置124、126和128)可被配置成協(xié)調基于渦輪機的服務系統(tǒng)14的各種子系統(tǒng)，以向碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12提供合適的排氣42的流。

在控制系統(tǒng)100的某些實施例中，在附圖中示出或在本文中描述的每個元件(例如，系統(tǒng)、子系統(tǒng)和部件)包含(例如，直接在這類元件內(nèi)、在這類元件上游或下游)一個或更多個工業(yè)控制特征件，諸如傳感器和控制裝置，該工業(yè)控制特征件在工業(yè)控制網(wǎng)絡上連同控制器118一起是彼此通信聯(lián)接的。例如，與每個元件相關聯(lián)的控制裝置可包含專用裝置控制器(例如，包含處理器、存儲器和控制指令)、一個或更多個致動器、閥、開關和工業(yè)控制設備，其基于傳感器反饋130、來自控制器118的控制信號、來自用戶的控制信號或它們的任何組合進行控制。因此，本文描述的任何控制功能可用控制指令實現(xiàn)，該控制指令由控制器118、與每個元件關聯(lián)的專用裝置控制器或它們的組合存儲和/或執(zhí)行。

為了促進此類控制功能，控制系統(tǒng)100包含在整個系統(tǒng)10中分布的一個或更多個傳感器，以獲得用于執(zhí)行各種控制裝置(例如控制裝置124、126和128)的傳感器反饋130。例如，傳感器反饋130可從傳感器獲得，該傳感器分布在整個segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52、機器106、eg處置系統(tǒng)54、蒸汽渦輪機104、碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12中，或分布在整個基于渦輪機的服務系統(tǒng)14或碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12的任何其它部件中。例如，傳感器反饋130可包含溫度反饋、壓力反饋、流率反饋、火焰溫度反饋、燃燒動力學反饋、吸入氧化劑成分反饋、吸入燃料成分反饋、排氣成分反饋、機械功率72的輸出水平、電力74的輸出水平、排氣42、60的輸出量、水64的輸出量或質量或它們的任何組合。例如，傳感器反饋130可包含排氣42、60的組成，以促進在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52中的化學計量燃燒。例如，傳感器反饋130可包含來自沿氧化劑68的氧化劑供應路徑的一個或更多個吸入氧化劑傳感器、沿燃料70的燃料供應路徑的一個或更多個吸入燃料傳感器和沿排氣再循環(huán)路徑110和/或在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52內(nèi)布置的一個或更多個排氣排放傳感器的反饋。吸入氧化劑傳感器、吸入燃料傳感器和排氣排放傳感器可包含溫度傳感器、壓力傳感器、流率傳感器和組成傳感器。排放傳感器可包含用于氮氧化物的傳感器(例如，nox傳感器)、用于碳氧化物的傳感器(例如，co傳感器和co2傳感器)、用于硫氧化物的傳感器(例如，sox傳感器)、用于氫的傳感器(例如，h2傳感器)、用于氧的傳感器(例如，o2傳感器)、用于未燃燒碳氫化合物的傳感器(例如，hc傳感器)、或用于未完全燃燒的其它產(chǎn)物的傳感器，或它們的任何組合。

通過使用這種反饋130，控制系統(tǒng)100可調節(jié)(例如，增加、減少或保持)排氣66、氧化劑68和/或燃料70至segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(除了其它運行參數(shù)以外)中的進氣流量，以將當量比保持在合適范圍內(nèi)，例如在約0.95到約1.05之間、在約0.95到約1.0之間、在約1.0到約1.05之間或大致在1.0。例如，控制系統(tǒng)100可分析反饋130以監(jiān)測排氣排放(例如，氮氧化物、諸如co和co2的碳氧化物、硫氧化物、氫、氧、未燃燒碳氫化合物和未完全燃燒的其它產(chǎn)物的濃度水平)和/或確定當量比，并接著控制一個或更多個部件以調節(jié)排氣排放(例如，排氣42的濃度水平)和/或當量比。受控部件可包含參照附圖示出和描述的任何部件，其包含但不限于，沿氧化劑68、燃料70和排氣66的供應路徑的閥；氧化劑壓縮機、燃料泵或在eg處置系統(tǒng)54中的任何部件；segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的任何部件；或它們的任何組合。受控部件可調節(jié)(例如，增加、減少或保持)在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52內(nèi)燃燒的氧化劑68、燃料70和排氣66的流率、溫度、壓力或百分比(例如，當量比)。受控部件也可包含一個或更多個氣體處理系統(tǒng)，諸如催化劑單元(例如，氧化催化劑單元)、催化劑單元供應裝置(例如，氧化燃料、熱量、電力等)、氣體凈化和/或分離單元(例如，溶劑型分離器、吸收器、閃蒸罐等)以及過濾單元。氣體處理系統(tǒng)可幫助減少沿排氣再循環(huán)路徑110、通風口路徑(例如，排放到大氣中)或到eg供應系統(tǒng)78的抽取路徑的各種排氣排放。

在某些實施例中，控制系統(tǒng)100可分析反饋130并控制一個或更多個部件以保持或減少排放水平(例如，排氣42、60、95的濃度水平)到目標范圍，諸如小于每百萬份體積約10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000、5000或10000份(ppmv)。對于排氣排放中的每種，例如氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、氫、氧、未燃燒碳氫化合物和未完全燃燒的其它產(chǎn)物的濃度水平，這些目標范圍可為相同或不同的。例如，根據(jù)當量比，控制系統(tǒng)100可將氧化劑(例如，氧)的排氣排放(例如，濃度水平)選擇性控制在小于約10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、250、500、750或1000ppmv的目標范圍內(nèi)；將一氧化碳(co)選擇性控制在小于約20、50、100、200、500、1000、2500或5000ppmv的目標范圍內(nèi)；以及將氮氧化物(nox)選擇性控制在小于約50、100、200、300、400或500ppmv的目標范圍內(nèi)。在以大致化學計量當量比運行的某些實施例中，控制系統(tǒng)100可將氧化劑(例如，氧)的排氣排放(例如，濃度水平)選擇性控制在小于約10、20、30、40、50、60、70、80、90或100ppmv的目標范圍內(nèi)；以及將一氧化碳(co)選擇性控制在小于約500、1000、2000、3000、4000或5000ppmv的目標范圍內(nèi)。在以貧燃料當量比(例如，在大約0.95到1.0之間)運行的某些實施例中，控制系統(tǒng)100可將氧化劑(例如，氧)的排氣排放(例如，濃度水平)選擇性控制在小于約500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500ppmv的目標范圍內(nèi)；將一氧化碳(co)選擇性控制在小于約10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150或200ppmv的目標范圍內(nèi)；以及將氮氧化物(例如，nox)選擇性控制在小于約50、100、150、200、250、300、350或400ppmv的目標范圍內(nèi)。前述目標范圍僅僅是示例，并不旨在限制本公開實施例的范圍。

控制系統(tǒng)100還可被聯(lián)接到本地接口132和遠程接口134。例如，本地接口132可包含現(xiàn)場設置在基于渦輪機的服務系統(tǒng)14和/或碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12處的計算機工作站。相反，遠程接口134可包含諸如通過互聯(lián)網(wǎng)連接的不在基于渦輪機的服務系統(tǒng)14和碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12現(xiàn)場設置的計算機工作站。這些接口132和134諸如通過傳感器反饋130的一個或更多個圖形顯示、運行參數(shù)等等促進基于渦輪機的服務系統(tǒng)14的監(jiān)測和控制。

再者，如上所指出的，控制器118包含各種控制裝置124、126和128，以促進控制基于渦輪機的服務系統(tǒng)14。蒸汽渦輪機控制裝置124可接收傳感器反饋130并輸出控制命令以促使蒸汽渦輪機104運行。例如，蒸汽渦輪機控制裝置124可從hrsg56、機器106、沿蒸汽62路徑的溫度和壓力傳感器、沿水108路徑的溫度和壓力傳感器以及指示機械功率72和電力74的各個傳感器接收傳感器反饋130。同樣，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)控制裝置126可從沿segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52、機器106、eg處置系統(tǒng)54或它們的任何組合設置的一個或更多個傳感器接收傳感器反饋130。例如，傳感器反饋130可從設置在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52內(nèi)部或外部的溫度傳感器、壓力傳感器、間隙傳感器、振動傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⑷剂辖M成傳感器、排氣組成傳感器或它們的任何組合獲得。最終，機器控制裝置128可以從與機械功率72和電力74相關聯(lián)的各個傳感器以及布置在機器106內(nèi)的傳感器接收傳感器反饋130。這些控制裝置124、126和128中的每個控制裝置使用傳感器反饋130改善基于渦輪機的服務系統(tǒng)14的運行。

在所示出的實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)控制裝置126可執(zhí)行指令以控制在eg處置系統(tǒng)54、eg供應系統(tǒng)78、碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12和/或其它系統(tǒng)84中的排氣42、60、95的數(shù)量和質量。例如，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)控制裝置126可將排氣60中的氧化劑(例如，氧)和/或未燃燒燃料的水平保持在低于適合于與排氣噴射eor系統(tǒng)112一起使用的閾值。在某些實施例中，閾值水平可為小于排氣42、60中的氧化劑(例如，氧)和/或未燃燒燃料的1、2、3、4或5體積百分比；或氧化劑(例如，氧)和/或未燃燒燃料(和其它排氣排放)的閾值水平可小于排氣42、60中的約每百萬份體積的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份(ppmv)。通過進一步示例，為了實現(xiàn)這些低水平的氧化劑(例如，氧)和/或未燃燒燃料，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)控制裝置126可將在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52中燃燒的當量比保持在約0.95和約1.05之間。segr燃氣渦輪機系統(tǒng)控制裝置126還可控制eg抽取系統(tǒng)80和eg處理系統(tǒng)82，以將排氣42、60、95的溫度、壓力、流率和氣體組成保持在用于排氣噴射eor系統(tǒng)112、管道86、儲罐88和固碳系統(tǒng)90的適合范圍內(nèi)。如上所討論的，eg處理系統(tǒng)82可被控制將排氣42凈化和/或分離為一種或更多種氣體流95，諸如富co2貧n2流96，中間濃度co2、n2流97，以及貧co2富n2流98。除了用于排氣42、60和95的控制裝置以外，控制裝置124、126和128可執(zhí)行一個或更多個指令以將機械功率72保持在合適功率范圍內(nèi)，或將電力74保持在合適頻率和電力范圍內(nèi)。

圖3為系統(tǒng)10的實施例的示意圖，其進一步示出與碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12和/或其它系統(tǒng)84一起使用的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的細節(jié)。在所示出的實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52包含聯(lián)接到eg處置系統(tǒng)54的燃氣渦輪機發(fā)動機150。所示出的燃氣渦輪機發(fā)動機150包括壓縮機部152、燃燒器部154以及膨脹器部或渦輪機部156。壓縮機部152包含一個或更多個排氣壓縮機或壓縮機級158，諸如以串聯(lián)布置設置的1到20級旋轉壓縮機葉片。同樣，燃燒器部154包含一個或更多個燃燒器160，諸如圍繞segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的旋轉軸線162周向分布的1到20個燃燒器160。而且，每個燃燒器160可包含一個或更多個燃料噴嘴164，其被配置成噴射排氣66、氧化劑68和/或燃料70。例如，每個燃燒器160的蓋端部166可容納1個、2個、3個、4個、5個、6個或更多個燃料噴嘴164，其可將排氣66、氧化劑68和/或燃料70的流或混合物噴射到燃燒器160的燃燒部分168(例如，燃燒腔室)中。

燃料噴嘴164可包含預混合燃料噴嘴164(例如，其被配置成預混合氧化劑68和燃料70以用于生成氧化劑/燃料預混火焰)和/或擴散燃料噴嘴164(例如，其被配置成噴射氧化劑68和燃料70的單獨的流以用于生成氧化劑/燃料擴散火焰)的任何組合。預混合燃料噴嘴164的實施例可包含旋流葉片、混合腔室、或其它特征件，以在噴射到燃燒腔室168中和在燃燒腔室168中燃燒之前，使該氧化劑68和燃料70在噴嘴164內(nèi)內(nèi)部混合。預混合燃料噴嘴164還可接收至少一些部分混合的氧化劑68和燃料70。在某些實施例中，每個擴散燃料噴嘴164可隔離氧化劑68與燃料70的流直到噴射點，同時還隔離一種或更多種稀釋劑(例如，排氣66、蒸汽、氮或另一種惰性氣體)的流直到噴射點。在另一些實施例中，每個擴散燃料噴嘴164可隔離氧化劑68與燃料70的流直到噴射點，同時在噴射點之前，部分地混合一種或更多種稀釋劑(例如，排氣66、蒸汽、氮或另一種惰性氣體)與氧化劑68和/或燃料70。此外，一種或更多種稀釋劑(例如，排氣66、蒸汽、氮或另一種惰性氣體)可被噴射到在燃燒區(qū)處或其下游的燃燒器中(例如，噴射到燃燒的熱產(chǎn)物中)，從而幫助減小燃燒的熱產(chǎn)物的溫度并減少nox(例如，no和no2)的排放。不管燃料噴嘴164的類型，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可被控制以提供氧化劑68和燃料70的大致化學計量燃燒。

在使用擴散燃料噴嘴164的擴散燃燒實施例中，燃料70和氧化劑68通常不在擴散火焰的上游混合，而是燃料70和氧化劑68在火焰表面處直接混合和反應，和/或火焰表面存在于燃料70與氧化劑68之間的混合的位置處。具體地，燃料70和氧化劑68單獨接近火焰表面(或擴散邊界/界面)，并接著沿火焰表面(或擴散邊界/界面)擴散(例如，經(jīng)由分子和粘性擴散)以生成擴散火焰。值的注意的是，燃料70和氧化劑68沿該火焰表面(或擴散邊界/界面)可以是大致化學計量比的，這可沿該火焰表面產(chǎn)生更大的火焰溫度(例如，峰值火焰溫度)。與貧燃料或富燃料的燃料/氧化劑比相比，該化學計量燃料/氧化劑比通常產(chǎn)生更大的火焰溫度(例如，峰值火焰溫度)。因此，擴散火焰可基本上比預混火焰更加穩(wěn)定，因為燃料70和氧化劑68的擴散幫助保持沿火焰表面的化學計量比(和更大溫度)。雖然更大的火焰溫度也能夠導致更大的排氣排放，諸如nox排放，但是所公開的實施例使用一種或更多種稀釋劑幫助控制溫度和排放，同時還避免燃料70和氧化劑68的任何預混合。例如，所公開的實施例可引入一種或更多種稀釋劑與燃料70和氧化劑68分隔開(例如，在燃燒點之后和/或擴散火焰的下游)，從而幫助降低溫度和減少由擴散火焰產(chǎn)生的排放(例如，nox排放)。

如圖所示，在運行時，壓縮機部152接收并壓縮來自eg處置系統(tǒng)54的排氣66，并將壓縮后的排氣170輸出到燃燒器部154中的每個燃燒器160。在燃料60、氧化劑68和排氣170在每個燃燒器160內(nèi)燃燒時，附加排氣或燃燒產(chǎn)物172(即，燃燒氣體)被傳送到渦輪機部156。類似于壓縮機部152，渦輪機部156包含一個或更多個渦輪機或渦輪機級174，其可包含一系列轉動渦輪機葉片。這些渦輪機葉片接著被在燃燒器部154中所生成的燃燒產(chǎn)物172驅動，從而驅動聯(lián)接到機器106的軸176的轉動。再者，機器106可包含聯(lián)接到segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的任一端的各種設備，諸如聯(lián)接到渦輪機部156的機器106、178和/或聯(lián)接到壓縮機部152的機器106、180。在某些實施例中，機器106、178、180可包含一個或更多個發(fā)電機、用于氧化劑68的氧化劑壓縮機、用于燃料70的燃料泵、齒輪箱或聯(lián)接到segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的附加驅動件(例如，蒸汽渦輪機104、電動馬達等)。非限制性示例在下面參照表格1進一步詳細論述。如圖所示，渦輪機部156輸出排氣60以沿排氣再循環(huán)路徑110從渦輪機部156的排氣出口182再循環(huán)到排氣進口184進入壓縮機部152。如上面所詳細論述的，沿著排氣再循環(huán)路徑110，排氣60經(jīng)過eg處置系統(tǒng)54(例如，hrsg56和/或egr系統(tǒng)58)。

再者，在燃燒器部154中的每個燃燒器160接收、混合并化學計量燃燒壓縮的排氣170、氧化劑68和燃料70，以產(chǎn)生附加排氣或燃燒產(chǎn)物172以驅動渦輪機部156。在某些實施例中，氧化劑68被氧化劑壓縮系統(tǒng)186(諸如，具有一個或更多個氧化劑壓縮機(moc)的主氧化劑壓縮(moc)系統(tǒng)(例如，主空氣壓縮(mac)系統(tǒng)))壓縮。氧化劑壓縮系統(tǒng)186包含聯(lián)接到驅動件190的氧化劑壓縮機188。例如，驅動件190可包含電動馬達、燃燒發(fā)動機或它們的任何組合。在某些實施例中，驅動件190可為渦輪機發(fā)動機，諸如燃氣渦輪機發(fā)動機150。因此，氧化劑壓縮系統(tǒng)186可為機器106的一體部分。換句話說，壓縮機188可由被燃氣渦輪機發(fā)動機150的軸176供應的機械功率72直接或間接驅動。在此實施例中，驅動件190可被排除，因為壓縮機188依賴渦輪機發(fā)動機150的功率輸出。然而，在采用不止一個氧化劑壓縮機的某些實施例中，第一氧化劑壓縮機(例如，低壓(lp)氧化劑壓縮機)可被驅動件190驅動，而軸176驅動第二氧化劑壓縮機(例如，高壓(hp)氧化劑壓縮機)，或反之亦然。例如，在另一實施例中，hpmoc被驅動件190驅動，以及l(fā)p氧化劑壓縮機被軸176驅動。在所示出的實施例中，氧化劑壓縮系統(tǒng)186與機器106分隔開。在這些實施例中的每個中，壓縮系統(tǒng)186壓縮氧化劑68并將其供應給燃料噴嘴164和燃燒器160。因此，機器106、178、180中的一些或全部可被配置成增加壓縮系統(tǒng)186(例如，壓縮機188和/或附加壓縮機)的運行效率。

由元件編號106a、106b、106c、106d、106e和106f所指示的機器106的各個部件可在一個或更多個串聯(lián)布置、并聯(lián)布置或串聯(lián)與并聯(lián)布置的任何組合中沿軸176的線和/或平行于軸176的線設置。例如，機器106、178、180(例如，106a到106f)可包含下列設備以任何次序的任何串聯(lián)和/或并聯(lián)布置，該設備包括：一個或更多個齒輪箱(例如，平行軸、行星齒輪箱)、一個或更多個壓縮機(例如，氧化劑壓縮機、增壓壓縮機(諸如，eg增壓壓縮機))、一個或更多個發(fā)電單元(例如，發(fā)電機)、一個或更多個驅動件(例如，蒸汽渦輪機發(fā)動機、電動馬達)、熱交換單元(例如，直接或間接熱交換器)、離合器或它們的任何組合。壓縮機可包含軸向壓縮機、徑向或離心壓縮機或它們的任何組合，每種壓縮機具有一個或更多個壓縮級。關于熱交換器，直接熱交換器可包含噴淋(spray)冷卻器(例如，噴淋中間冷卻器)，其將液體噴淋噴射到氣體流中(例如，氧化劑流)以用于直接冷卻氣體流。間接熱交換器可包含將第一流和第二流分隔開的至少一個壁(例如，管殼式熱交換器)，諸如與冷卻劑流(例如，水、空氣、致冷劑或任何其它液態(tài)或氣態(tài)冷卻劑)分隔開的流體流(例如，氧化劑流)，其中，冷卻劑流與流體流沒有任何直接接觸地傳遞來自流體流的熱。間接熱交換器的示例包含中間冷卻器、熱交換器和熱回收單元，諸如熱回收蒸汽發(fā)生器。熱交換器也可包含加熱器。如下面進一步詳細論述的，這些機器部件中的每個可被用在如在表格1中列出的非限制性示例所指示的各種組合中。

通常，機器106、178、180可被配置成通過例如調節(jié)在系統(tǒng)186中的一個或更多個氧化劑壓縮機的運行速度、通過冷卻和/或抽取過剩電力促進氧化劑68的壓縮來增加壓縮系統(tǒng)186的效率。本公開的實施例旨在包含在機器106、178、180中以串聯(lián)和并聯(lián)布置的前述部件的任何和全部排列，其中，所述部件中的一個、不止一個、全部部件或沒有任何部件從軸176獲得動力。如下面所示，表格1示出靠近壓縮機和渦輪機部152、156設置和/或聯(lián)接到該壓縮機和該渦輪機部的機器106、178、180的布置的一些非限制性示例。

表格1

如上面表格1所示，冷卻單元被表示為clr，離合器被表示為clu，驅動件被表示為drv，齒輪箱被表示為gbx，發(fā)電機被表示為gen，加熱單元被表示為htr，主氧化劑壓縮機單元被表示為moc，其中，低壓和高壓變量被分別表示為lpmoc和hpmoc，以及蒸汽發(fā)生器單元被表示為stgn。雖然表格1示出機器106、178、180依次朝著壓縮機部152或渦輪機部156，但是表格1也旨在覆蓋機器106、178、180的相反次序。在表格1中，包含兩個或更多個部件的任何單元旨在覆蓋所述部件的并聯(lián)布置。表格1并不旨在排除機器106、178、180的任何未示出的排列。機器106、178、180的這些部件可使能發(fā)送到燃氣渦輪機發(fā)動機150的氧化劑68的溫度、壓力和流率的反饋控制。如下面所進一步詳細論述的，氧化劑68和燃料70可被供應給處于被具體選擇的位置處的燃氣渦輪機150，以促進壓縮排氣170隔離和抽取，而氧化劑68或燃料70未將排氣170的質量降低。

如圖3所示，eg供應系統(tǒng)78被設置在燃氣渦輪機發(fā)動機150與目標系統(tǒng)(例如，碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12和其它系統(tǒng)84)之間。具體地，eg供應系統(tǒng)78(例如eg抽取系統(tǒng)(eges)80)可被聯(lián)接到在沿壓縮機部152、燃燒器部154和/或渦輪機部156的一個或更多個抽取點76處的燃氣渦輪機發(fā)動機150。例如，抽取點76可被定位在毗鄰的壓縮機級之間，諸如在壓縮機級之間的2、3、4、5、6、7、8、9或10個級間抽取點76。這些級間抽取點76中的每個提供被抽取排氣42的不同溫度和壓力。同樣，抽取點76可被定位在毗鄰的渦輪機級之間，諸如在渦輪機級之間的2、3、4、5、6、7、8、9或10個級間抽取點76。這些級間抽取點76中的每個提供被抽取排氣42的不同溫度和壓力。通過進一步示例，抽取點76可被定位在整個燃燒器部154的多個位置處，其可提供不同溫度、壓力、流率和氣體組成。這些抽取點76中的每個可包含eg抽取導管、一個或更多個閥、傳感器以及控制裝置，其可被用于選擇性控制被抽取排氣42到eg供應系統(tǒng)78的流。

通過eg供應系統(tǒng)78分配的被抽取排氣42具有適合于目標系統(tǒng)(例如，碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12和其它系統(tǒng)84)的受控組分。例如，在這些抽取點76中的每個處，排氣170可與氧化劑68和燃料70的噴射點(或流)基本隔離。換句話說，eg供應系統(tǒng)78可被具體設計成從燃氣渦輪機發(fā)動機150抽取排氣170而沒有任何添加的氧化劑68或燃料70。而且，鑒于在每個燃燒器160的化學計量燃燒，被抽取排氣42可以是基本上不含氧和燃料。eg供應系統(tǒng)78可將被抽取排氣42直接或間接傳送到碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12和/或其它系統(tǒng)84以用于各種處理，諸如提高原油采收率、固碳、存儲或運輸?shù)椒乾F(xiàn)場位置。然而，在某些實施例中，eg供應系統(tǒng)78包含在與目標系統(tǒng)一起使用之前，用于進一步處理排氣42的eg處理系統(tǒng)(egts)82。例如，eg處理系統(tǒng)82可將排氣42凈化和/或分離為一種或更多種流95，例如富co2貧n2流96，中間濃度co2、n2流97，以及貧co2富n2流98。這些處理后的排氣流95可被單獨使用，或與碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12和其它系統(tǒng)84(例如，管道86、儲罐88以及固碳系統(tǒng)90)的任何組合一起使用。

類似于在eg供應系統(tǒng)78中執(zhí)行的排氣處理，eg處置系統(tǒng)54可包含多個排氣(eg)處理部件192，例如通過元件編號194、196、198、200、202、204、206、208和210所指示的。這些eg處理部件192(例如，194到210)可以以一個或更多個串聯(lián)布置、并聯(lián)布置或串聯(lián)和平行布置的任何組合沿排氣再循環(huán)路徑110進行設置。例如，eg處理部件192(例如，194到210)可包含下列設備以任何次序的任何串聯(lián)和/或平行布置，所述設備包括：一個或更多個熱交換器(例如，熱回收單元，諸如熱回收蒸汽發(fā)生器、冷凝器、冷卻器或加熱器)、催化劑系統(tǒng)(例如，氧化催化劑系統(tǒng))、微粒和/或水去除系統(tǒng)(例如，慣性分離器、聚結過濾器、不透水過濾器以及其它過濾器)、化學物噴射系統(tǒng)、溶劑型處理系統(tǒng)(例如，吸收劑、閃蒸罐等)、碳收集系統(tǒng)、氣體分離系統(tǒng)、氣體凈化系統(tǒng)和/或溶劑型處理系統(tǒng)，或它們的任何組合。在某些實施例中，催化劑系統(tǒng)可包含氧化催化劑、一氧化碳還原催化劑、氮氧化物還原催化劑、氧化鋁、氧化鋯、硅氧化物、鈦氧化物、氧化鉑、氧化鈀、氧化鈷或混合金屬氧化物，或它們的組合。所公開實施例旨在包含在串聯(lián)和并聯(lián)布置中的前述部件192的任何和全部排列。如下面所述，表格2示出沿排氣再循環(huán)路徑110的部件192的布置的一些非限制性示例。

表格2

如上面表格2中所示，催化劑單元被表示為cu，氧化催化劑單元被表示為ocu，增壓鼓風機被表示為bb，熱交換器被表示為hx，熱回收單元被表示為hru，熱回收蒸汽發(fā)生器被表示為hrsg，冷凝器被表示為cond，蒸汽渦輪機被表示為st，微粒去除單元被表示為pru，水分去除單元被表示為mru，過濾器被表示為fil，凝聚過濾器被表示為cfil，不透水過濾器被表示為wfil，慣性分離器被表示為iner，以及稀釋劑供應系統(tǒng)(例如，蒸汽、氮或另一惰性氣體)被表示為dil。雖然表格2示出按順序從渦輪機部156的排氣出口182朝壓縮機部152的排氣進口184的部件192，但是表格2也旨在覆蓋所示出部件192的相反順序。在表格2中，包含兩個或更多個部件的任何單元旨在覆蓋帶有所述部件、所述部件并聯(lián)布置或它們的任何組合的集成單元。而且，在表格2的背景下，hru、hrsg和cond為he的示例；hrsg為hru的示例；cond、wfil和cfil為wru的示例；iner、fil、wfil和cfil為pru的示例；以及wfil和cfil為fil的示例。再者，表格2并不旨在排除部件192的任何未示出的排列。在某些實施例中，所示出的部件192(例如，194到210)可以被部分或完全集成在hrsg56、egr系統(tǒng)58或它們的任何組合內(nèi)。這些eg處理部件192可使能溫度、壓力、流率和氣體成分的反饋控制，同時也從排氣60去除水分和微粒。而且，被處理排氣60可在一個或更多個抽取點76處被抽取以用于eg供應系統(tǒng)78和/或被再循環(huán)到壓縮機部152的排氣進口184。

在被處理時，再循環(huán)排氣66經(jīng)過壓縮機部152，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可沿一個或更多個管道212(例如，放氣導管或旁通導管)排出被壓縮排氣的一部分。每個管道212可將排氣傳送到一個或更多個熱交換器214(例如，冷卻單元)中，從而冷卻再循環(huán)回到segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52中的排氣。例如，在經(jīng)過熱交換器214后，被冷卻排氣的一部分可被傳送到沿管道212的渦輪機部156，以用于冷卻和/或密封渦輪機套管、渦輪機外罩、軸承和其它部件。在此實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52不傳送任何氧化劑68(或其它潛在污染物)通過渦輪機部156以用于冷卻和/或密封目的，并因此，被冷卻排氣的任何泄漏將不污染流過渦輪機部156的渦輪機級并驅動該渦輪機級的熱燃燒產(chǎn)物(例如，工作排氣)。通過進一步示例，在經(jīng)過熱交換器214之后，被冷卻排氣的一部分可沿管道216(例如，返回導管)被傳送到壓縮機部152的上游壓縮機級，從而提高通過壓縮機部152壓縮的效率。在此實施例中，熱交換器214可被配置為壓縮機部152的級間冷卻單元。以此方式，被冷卻排氣幫助增加segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的運行效率，同時幫助保持排氣的純度(例如，基本不含氧化劑和燃料)。

圖4為在圖1至圖3中示出的系統(tǒng)10的操作過程220的實施例的流程圖。在某些實施例中，過程220可為計算機實施的過程，該過程存取存儲在存儲器122上的一個或更多個指令，并執(zhí)行在圖2中示出的控制器118的處理器120上的指令。例如，在過程220中的每個步驟可包含參照圖2所述的控制系統(tǒng)100的控制器118可執(zhí)行的指令。

過程220可通過初始化圖1至圖3的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的啟動模式開始，如塊222所指示的。例如，該啟動模式可包括segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的逐步傾斜上升，以保持熱梯度、振動和間隙(例如，在旋轉與靜止部件之間)在可接受閾值內(nèi)。例如，在啟動模式222期間，過程220可開始向燃燒器部154的燃燒器160和燃料噴嘴164供應壓縮后的氧化劑68，如塊224所指示的。在某些實施例中，壓縮后的氧化劑可包含壓縮空氣、氧、富氧空氣、氧減少空氣、氧氮混合物或它們的任何組合。例如，氧化劑68可被在圖3中示出的氧化劑壓縮系統(tǒng)186壓縮。在啟動模式222期間，過程220也可開始向燃燒器160和燃料噴嘴164供應燃料，如塊226所指示的。在啟動模式222期間，過程220也可開始向燃燒器160和燃料噴嘴164供應(可用)排氣，如塊228所指示的。例如，燃料噴嘴164可產(chǎn)生一種或更多種擴散火焰、預混合火焰或擴散火焰與預混合火焰的組合。在啟動模式222期間，通過燃氣渦輪機發(fā)動機156生成的排氣60在數(shù)量和/或質量上可能是不足或不穩(wěn)定的。因此，在啟動模式期間，過程220可從一個或更多個存儲單元(例如，儲罐88)、管道86、其它segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52或其它排氣源供應排氣66。

接著，過程220可在燃燒器160中燃燒壓縮后的氧化劑、燃料和排氣的混合物以產(chǎn)生熱燃燒氣體172，如塊230所指示的。具體地，過程220可通過圖2的控制系統(tǒng)100進行控制，以促進在燃燒器部154的燃燒器160中的混合物的化學計量燃燒(例如，化學計量擴散燃燒、預混合燃燒或兩者)。然而，在啟動模式222期間，保持混合物的化學計量燃燒可能是特別困難的(并因此，熱燃燒氣體172中可能存在低水平的氧化劑和未燃燒燃料)。因此，在啟動模式222中，熱燃燒氣體172可能比在穩(wěn)定狀態(tài)模式期間具有更大量的殘留氧化劑68和/或燃料70，如在下面所進一步詳細論述的。為此，過程220可在啟動模式期間，執(zhí)行一個或更多個控制指令以減少或消除在熱燃燒氣體172中的殘留氧化劑68和/或燃料70。

接著，過程220用熱燃燒氣體172驅動渦輪機部156，如塊232所指示的。例如，熱燃燒氣體172可驅動被設置在渦輪機部156內(nèi)的一個或更多個渦輪機級174。在渦輪機部156的下游，過程220可處理來自最后渦輪機級174的排氣60，如塊234所指示的。例如，排氣處理234可包含對任何殘留氧化劑68和/或燃料70的過濾、催化反應、利用hrsg56的化學處理、熱回收等等。過程220也可將排氣60的至少一些再循環(huán)回到segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的壓縮機部152，如塊236所指示的。例如，排氣再循環(huán)236可包括經(jīng)過具有eg處置系統(tǒng)54的排氣再循環(huán)路徑110的通道，如圖1至圖3所示。

再循環(huán)排氣66可進而在壓縮機部152中被壓縮，如塊238所指示的。例如，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可在壓縮機部152的一個或更多個壓縮機級158中相繼壓縮再循環(huán)排氣66。壓縮后的排氣170隨后可被供應給燃燒器160和燃料噴嘴164，如塊228所指示的。接著可重復步驟230、232、234、236和238，直到過程220最終轉變到穩(wěn)態(tài)模式，如塊240所指示的。在轉變240之后，過程220可繼續(xù)執(zhí)行步驟224到238，但是也可開始經(jīng)由eg供應系統(tǒng)78抽取排氣42，如塊242所指示的。例如，排氣42可從沿壓縮機部152、燃燒器部154和渦輪機部156的一個或更多個抽取點76抽取，如圖3所示。過程220可進而從eg供應系統(tǒng)78向碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12供應被抽取排氣42，如塊244所指示的。碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12接著可將排氣42噴射到地球32中以用于提高原油采收率，如塊246所指示的。例如，被抽取排氣42可被如圖1至圖3所示的eor系統(tǒng)18的排氣噴射eor系統(tǒng)112使用。

如上所述，本實施例使能控制segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)以在瞬態(tài)電網(wǎng)事件期間支持電網(wǎng)。換句話說，本實施例能夠使ulet發(fā)電廠快速增加其負荷以支持經(jīng)受電壓或頻率事件的電網(wǎng)。通過具體示例，根據(jù)本方法的ulet發(fā)電廠可提供主響應或主頻率響應(pfr)以對電網(wǎng)中的瞬態(tài)頻率事件做出響應。例如，在降低電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率的事件中，pfr通?？缮婕翱焖偈叭∑浠矩摵奢敵龅南鄳糠忠员愕窒娋W(wǎng)頻率的下降的發(fā)電廠。

對于在貧燃料模式中運行的非化學計量燃氣渦輪機系統(tǒng)，過量的氧化劑可在整個運行期間存在于燃燒器中。因此，在檢測到瞬態(tài)事件(例如，欠壓或欠頻事件)時，至燃氣渦輪機系統(tǒng)的燃燒器的燃料流率可被快速調整以增加系統(tǒng)的機械功率輸出和電力輸出。相比之下，對于所公開的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52，可在其運行的大致部分期間使氧化劑和燃料平衡在大致化學計量比。因此，對于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52，氧化劑和燃料兩者的量可增加，以便增加電力輸出和機械功率輸出以在瞬態(tài)事件期間支持電網(wǎng)。一般來說，對于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的某些實施例，空氣流調整可通常以比燃料流調整更慢的速率受影響。對于此類實施例，這個效果可能是由于與某些燃料流執(zhí)行器(例如，控制閥)的響應能力相比，某些空氣流執(zhí)行器的更慢的響應能力(例如，進口導向葉片和/或定子葉片)。應明白，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52中增加燃料流率而沒有增加氧化劑可將當量比(φ)驅動到可抑制火焰溫度的富燃料模式，該富燃料模式可實際減小由渦輪機部156所產(chǎn)生的機械功率。因此，對于下面論述的某些實施例，燃料流率變化通常可跟隨或跟蹤解決瞬態(tài)事件所做出的氧化劑流率變化。

考慮到上面的描述，下面闡述五個不同的示例實施例(示例1、示例2、示例3、示例4和示例5)，所述示例實施例描述用于控制segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)的運行以便允許該系統(tǒng)對電網(wǎng)中的瞬態(tài)事件做出響應(例如，向電網(wǎng)提供pfr)的方法。應明白，下面描述的一個或更多個實施例可單獨使用或在與另一實施例的各種組合中使用以解決瞬態(tài)事件。一般而言，下面論述的某些實施例涉及快速增加在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的燃燒器中的氧化劑濃度以及燃料濃度，以便增加機械功率輸出和電力輸出以解決瞬態(tài)事件。下面論述的其它實施例涉及臨時減少ulet發(fā)電廠內(nèi)的電力消耗以有效增加凈電力輸出，以便解決瞬態(tài)事件。下面論述的其它實施例使能segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52解決在加載期間在非化學計量模式(例如，非排放合規(guī)模式)中運行時的瞬態(tài)事件。

圖5大體示出在下面關于示例1至示例5詳述的控制策略的實施例。圖5為根據(jù)本技術的實施例的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)的示意圖。圖5中的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52包含接收氧化劑68(例如，空氣、氧、富氧空氣、或氧減少空氣)流的主氧化劑壓縮機系統(tǒng)(moc)186和排氣再循環(huán)(egr)流42，并輸出壓縮氧化劑流300。在某些實施例中，壓縮氧化劑流300在到達燃燒器160之前，可被引導通過增壓氧化劑壓縮機系統(tǒng)(boc)302以用于進一步壓縮，如下面所論述的。在另一些實施例中，boc302可能不存在。所示的燃燒器160接收壓縮氧化劑流300以及橫越調節(jié)控制閥303(例如，液壓致動的控制閥303)的燃料70流和來自壓縮機部152的壓縮排氣42流，并產(chǎn)生經(jīng)燃燒以形成高壓排氣172(即，燃燒氣體或燃燒產(chǎn)物)的氧化劑/燃料混合物，該混合物隨后被傳送到渦輪機部156。在某些實施例中，由來自壓縮機部152的燃燒器160接收的壓縮排氣42流的一部分可沿燃燒器160的部分被傳輸(例如，通過燃燒器160的一個或更多個歧管或外罩)以冷卻燃燒硬件的外表面。如圖5中所示，在橫越并冷卻燃燒器160的歧管或外罩之后，該壓縮排氣42流可隨后被傳送到eg供應系統(tǒng)78以供其它系統(tǒng)(例如，上面論述的碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12)稍后使用。

圖5中示出的渦輪機部156通過使高壓排氣172膨脹生成機械功率，并且該機械功率可被用于驅動segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的各個部分，該各個部分包含例如moc186、壓縮機部152和發(fā)電機106。在離開渦輪機部156之后，排氣42可被提供給所示的eg處置系統(tǒng)54。如上所述，eg處置系統(tǒng)54還可包含hrsg56和再循環(huán)鼓風機304(也被稱為增壓鼓風機或egr鼓風機)，以及其它部件。在被eg處置系統(tǒng)54處理之后，排氣42的一部分可被傳送到壓縮機部152的進口或進氣口，而排氣42的另一部分可被傳送通過調節(jié)控制閥308并進入moc186的進口或進氣口309。將排氣42從渦輪機部156帶到壓縮機部152(包含eg處置系統(tǒng)54)的路徑一般可被稱為排氣返回(egr)回路305。此外，由發(fā)電機106所產(chǎn)生的電力可被供應至電網(wǎng)306。

另外，所示的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52包含控制器系統(tǒng)100，該控制器系統(tǒng)100通信聯(lián)接到segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的各個部件并控制所述各個部件。一般來說，控制系統(tǒng)100可根據(jù)下面描述的控制策略從這些部件接收運行數(shù)據(jù)和/或向這些部件提供控制信號。控制系統(tǒng)100包含能夠實施閉環(huán)控制策略的閉環(huán)控制器118a，在該閉環(huán)控制策略中，基于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的一個或更多個部件的運行參數(shù)來生成控制信號，以提供segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的各個部件的基于反饋的控制?？刂葡到y(tǒng)100也包含與閉環(huán)控制器118a并行實施并且能夠實施開環(huán)控制策略的開環(huán)控制器118b，在該開環(huán)控制策略中，控制信號并不基于一個或更多個部件的運行參數(shù)來生成，而是基于其它因素(例如，瞬態(tài)事件發(fā)生的確定或經(jīng)過某些時間量)。在某些實施例中，開環(huán)控制策略和閉環(huán)控制策略可在單個控制器中實施，該單個控制器可根據(jù)下面闡述的方法協(xié)調操作(例如，正確假定并放棄segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的部分的控制)。另外，控制器系統(tǒng)100可被通信聯(lián)接到一個或更多個傳感器310，該傳感器執(zhí)行電網(wǎng)306的測量并有助于檢測電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件(例如，欠壓或欠頻事件)。在另一些實施例中，控制器系統(tǒng)100可基于來自電網(wǎng)306的控制器或控制系統(tǒng)的指令確定瞬態(tài)事件的發(fā)生。

在下面陳述的某些示例實施例中，在對電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件做出響應時，控制系統(tǒng)100可臨時放松(例如，增加)segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的一個或更多個程序化運行限制。例如，在某些實施例中，除了或替代下面闡述的示例，控制器100可臨時增加segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的部件(例如，渦輪機部156或聯(lián)接至該渦輪機部的軸311)的程序化扭矩限制約束以允許渦輪機部156臨時增加機械功率輸出，從而允許發(fā)電機106臨時增加電力輸出以在瞬態(tài)事件期間支持電網(wǎng)306。在另一些實施例中，放松約束可包含segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的扭矩限制、速度限制、壓力限制、流率限制、電壓限制、電流限制、功率限制或另外合適約束。

示例1.限制至moc186的egr流以增加在燃燒器160中的氧化劑可利用性

在某些實施例中，圖5中示出的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)可以在化學計量比(即，φ在約0.95和1.05之間)下運行或接近該化學計量比運行。在本示例實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52包含前述的調節(jié)控制閥308，該調節(jié)控制閥調節(jié)從再循環(huán)鼓風機304至moc186的進口的排氣42流。控制器118a和控制器118b可分別(例如，并行)實施用于通過控制閥308來控制排氣42的流率的閉環(huán)控制策略和開環(huán)控制策略，其中，命令更小值(即，通過控制閥308的更低流率)的控制器118a或控制器118b占優(yōu)勢并提供適當?shù)目刂菩盘枴?/p>

對于本示例，控制器118a的閉環(huán)控制策略可命令通過控制閥308的排氣42的流率為輸送到moc186的進口309的排氣42和氧化劑68兩者的總流率的固定百分比(例如，99％、95％、90％、85％、70％、75％或另一合適的固定百分比)。同時，控制器118b的并行開環(huán)控制策略可在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常運行期間，命令控制閥308處于完全打開位置，而且可在確定電網(wǎng)306中發(fā)生瞬態(tài)事件時，命令控制閥308處于完全閉合位置(例如，立即或在可編程時延(programmabletimedelay)之后)。在控制閥308處于完全閉合位置時，基本沒有排氣42被輸送到moc186的進口309。這致使moc186接收更多的氧化劑68(例如，更多的新鮮空氣流或更多的氧氣流)，這增加在燃燒器160中的氧化劑68的豐度。無論何時控制系統(tǒng)100檢測到氧化劑增加，閉環(huán)控制器118a可以相稱的方式增加通過控制閥303的燃料70流，以在對瞬態(tài)事件做出響應的整個過程中，將當量比保持接近約1(例如，φ在約0.95和1.05之間)。因此，輸送到燃燒器160并由該燃燒器消耗的氧化劑68和燃料70兩者的增加量致使segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的機械功率輸出增加以及至電網(wǎng)306的發(fā)電機106的電力輸出增加以適應瞬態(tài)事件，同時仍然將當量比保持接近約1(例如，φ在約0.95和1.05之間)。

因此，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的整個運行期間，控制器118a可確定控制閥308的期望位置，該控制閥的期望位置向moc186的進口309提供排氣42的期望流率，如閉環(huán)控制策略所命令的。具體地，控制器118a可確定閉環(huán)控制策略命令控制閥308的特定位置，該控制閥308的特定位置提供通過該控制閥的排氣42的流率，該流率為輸送到moc186的進口的氧化劑68和排氣42兩者的總流率的固定百分比(例如，70％、80％、90％、95％、98％或另一合適的值)。另外，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常運行期間(即，不發(fā)生瞬態(tài)電網(wǎng)事件)，控制器118b可確定控制閥308應被完全或大部分打開以向moc186的進口309提供排氣42的最大流率，如開環(huán)控制策略所命令的。因此，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常運行期間，由于由控制器118a所使用的閉環(huán)控制策略通常將命令控制閥308的更加閉合的位置(即，通過更低流率)，控制器118a占優(yōu)勢、懇求控制系統(tǒng)100基于控制器118a命令的位置向控制閥308發(fā)送適當?shù)目刂菩盘枴?/p>

然而，在(例如，由傳感器310)確定瞬態(tài)事件在電網(wǎng)中發(fā)生時，控制器118b可確定控制閥308應被完全或大部分閉合以基本不向moc186的進口309提供提供排氣42，如開環(huán)控制策略所命令的。在這里，相比于控制器118a所使用的閉環(huán)控制策略，由于由控制器118b所使用的開環(huán)控制策略通常命令控制閥308處于更加閉合的位置(即，通過更低流率)，控制器118b占優(yōu)勢、懇求控制系統(tǒng)100基于控制器118b命令的位置向控制閥308發(fā)送適當?shù)目刂菩盘?。在某些實施例中，控制系統(tǒng)100可立即或在可編程或預定時延之后向控制閥308發(fā)送控制信號。接著，控制閥308可維持處于完全閉合位置可編程或預定時延(例如，基于電網(wǎng)306上的瞬態(tài)事件的典型時長)，在此時延之后，開環(huán)控制策略可命令控制閥308應在時間段內(nèi)(例如，以可編程或預定斜變速率)逐步返回到完全打開位置。因此，在該斜變期間的一些點處，相比于控制器118b的開環(huán)策略，閉環(huán)控制策略應命令控制閥308處于更加閉合的位置(即，通過更低流率)，從而致使控制系統(tǒng)100基于控制器118a所期望的位置再次向控制閥308提供控制信號。

示例2.調節(jié)moc186的運行參數(shù)以增加燃燒器160中的氧化劑可利用性

在某些實施例中，圖5中示出的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)可以在化學計量比(即，φ在約0.95和1.05之間)下運行或接近該化學計量比運行。如上所提到的，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的moc186可包含多個igv312，其調節(jié)流入moc186的進口309的排氣42和氧化劑68的流?？刂破?18a和控制器118b可分別(例如，并行)實施閉環(huán)控制策略和開環(huán)控制策略，以用于控制mocigv312的位置，其中，命令更高igv角(即，更加打開的mocigv位置)的控制器118a或控制器118b占優(yōu)勢。

對于該示例，控制器118a的閉環(huán)控制策略可命令基于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的當前運行參數(shù)的mocigv角或位置。例如，此閉環(huán)控制策略通?？蓪で笙拗戚斔偷饺紵?60的氧化劑的量以保持系統(tǒng)52中的大致化學計量燃燒。在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常運行期間，控制器118b的開環(huán)控制策略可命令與控制器118a的閉環(huán)控制策略大致相同的mocigv位置。然而，在檢測到電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件時，相比于由控制器118a的閉環(huán)控制策略所命令的igv位置，控制器118b可命令更大(更加打開)的為可編程固定百分比(例如，1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％或更大)的mocigv位置(例如，立即或在可編程時延之后)。因此，進入moc186的進口309的氧化劑68的總流將增加，從而致使燃燒器160中的氧化劑68的豐度增加。無論何時控制系統(tǒng)100檢測到氧化劑增加，閉環(huán)控制器118a可引起控制系統(tǒng)100以相稱的方式增加通過控制閥303的燃料70流，以在對瞬態(tài)事件做出響應的整個過程中，將當量比保持接近約1(例如，φ在約0.95和1.05之間)。因此，輸送到燃燒器160(并由該燃燒器消耗)的氧化劑68和燃料70兩者的增加量致使segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的機械功率輸出增加以及至電網(wǎng)306的發(fā)電機106的電力輸出增加以適應瞬態(tài)事件，同時仍然將當量比保持接近約1(例如，φ在約0.95和1.05之間)。

因此，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的整個運行期間，控制器118a可基于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的運行需求確定由閉環(huán)控制策略所命令的期望mocigv位置。另外，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常運行期間(即，無瞬態(tài)電網(wǎng)事件)，控制器118b的開環(huán)控制策略可命令與控制器118a的閉環(huán)控制策略所命令的相同的期望mocigv位置。然而，在(例如，經(jīng)由傳感器310)確定瞬態(tài)事件在電網(wǎng)中發(fā)生時，控制器118b可確定mocigv位置應為比由控制器118a的閉環(huán)控制策略所命令的mocigv位置更加打開的可編程或預定量(例如，5％、10％或15％)。在這里，相比于控制器118a所使用的閉環(huán)控制策略，由于由控制器118b所使用的開環(huán)控制策略通常命令igv的更加打開的位置(即，更高的角度)，控制器118b占優(yōu)勢、懇求控制系統(tǒng)100基于控制器118b所命令的位置向mocigv312發(fā)送適當?shù)目刂菩盘?。在某些實施例中，控制系統(tǒng)100可立即或在可編程或預定時延之后向igv312發(fā)送控制信號。接著，mocigv312可維持處于由控制器118b所命令的更加打開的位置以可編程或預定時延(例如，基于電網(wǎng)306上的瞬態(tài)事件的典型時長)，在此時延之后，開環(huán)控制策略可命令mocigv312在時間段內(nèi)(例如，以可編程或預定斜變速率)逐步返回到由控制器118a的閉環(huán)策略所命令的位置。因此，在該斜變期間的一些點處，控制器118b的開環(huán)控制策略將命令與控制器118a的閉環(huán)控制策略相同的mocigv位置，從而將mocigv控制有效移交返回到控制器118a。

示例3.調節(jié)boc系統(tǒng)302的運行參數(shù)以增加燃燒器160中的氧化劑可利用性

在某些實施例中，圖5中示出的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)可以在化學計量比(即，φ在約0.95和1.05之間)下運行或接近該化學計量比運行。如上所提到的，在某些實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可包含增壓氧化劑壓縮機(boc)系統(tǒng)302，其可與moc186串聯(lián)工作以產(chǎn)生用于輸送到燃燒器160的壓縮氧化劑流300。圖6示出根據(jù)本方法的實施例的boc302的部件。在圖6中示出的boc302包含級間系統(tǒng)320(在本文中，也被稱為級間冷卻系統(tǒng)320)以及增壓氧化劑壓縮機322，該增壓氧化劑壓縮機具有若干boc進口導向葉片(igv)324并由驅動系統(tǒng)326提供動力。在某些實施例中，級間冷卻系統(tǒng)320可被定位在moc186的壓縮級和boc302之間，并且可包含在moc186的壓縮級和boc302之間耗散熱量的熱交換裝置(例如，充當中間冷卻器)。級間冷卻系統(tǒng)320可通過更改所包含的熱交換裝置的熱負荷來控制(例如，經(jīng)由增加或減少由級間冷卻系統(tǒng)320所接收到的冷卻劑流)，該熱負荷會影響到達增壓氧化劑壓縮機322的igv324的壓縮氧化劑流300的密度。在另一些實施例中，級間冷卻系統(tǒng)320可與boc302分隔開(例如，未與boc302的部件成組)或可能完全不存在，從而不否定本方法的效果。

此外，如圖6中所示，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52包含控制系統(tǒng)100，該控制系統(tǒng)100包含上面介紹的閉環(huán)控制器118a和開環(huán)控制器118b。在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的運行期間，控制系統(tǒng)100被通信聯(lián)接以從boc302的部件接收運行信息和/或向該部件提供控制信號。例如，控制系統(tǒng)100可提供影響boc302的運行參數(shù)的控制信號，該運行參數(shù)諸如bocigv324的位置或角度、驅動系統(tǒng)326和/或壓縮機322的速度、和/或可在boc302中存在的各種調節(jié)控制閥(例如，進口節(jié)流閥328、排出節(jié)流閥330、一個或更多個再循環(huán)閥(recyclevalve)(未示出)或任何其它合適的控制閥)的位置(或由該調節(jié)控制閥提供的流率)。另外，在某些實施例中，控制系統(tǒng)100可提供影響級間冷卻系統(tǒng)320的運行參數(shù)的控制信號，例如，通過增加或減少在級間冷卻系統(tǒng)320中的冷卻劑流，這可增加或減少離開級間冷卻系統(tǒng)320的壓縮氧化劑流300的密度。例如，在此類實施例中，在級間冷卻系統(tǒng)320基于來自控制系統(tǒng)100的信號增加壓縮氧化劑流300的密度時，壓縮氧化劑流300的總流量(例如，每單位時間的體積)也增加，輸送到燃燒器160的每單位時間的氧化劑量也增加(例如，更大的氧化劑流)。應明白，boc302的前述運行參數(shù)僅作為示例被提供，并且影響boc302的性能或輸出的任何設置或參數(shù)可根據(jù)本技術進行調節(jié)?？刂破?18a和118b可分別(例如，并行)實施閉環(huán)控制策略和開環(huán)控制策略，用于控制boc302的部件的運行參數(shù)，其中，命令更高boc性能設置(例如，產(chǎn)生通過boc302的更高速率的氧化劑流300的設置)的控制器118a或控制器118b占優(yōu)勢。

對于該示例，控制器118a的閉環(huán)控制策略可基于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的當前運行來命令boc302的部件的運行參數(shù)(例如，bocigv的位置、壓縮機322和/或驅動系統(tǒng)326的速度、由控制閥328和330的位置所提供的氧化劑流率、級間冷卻系統(tǒng)320的熱交換裝置的冷卻劑流率，等等)的值。在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常運行期間(即，未在電網(wǎng)306中檢測到瞬態(tài)事件)，控制器118b的開環(huán)控制策略可命令boc302的運行參數(shù)的值，該值與由控制器118a的閉環(huán)控制策略所命令的值相同。然而，在檢測到電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件時，控制器118b可(例如，立即或在可編程時延之后)命令boc302的運行參數(shù)的值，該值比由控制器118a的閉環(huán)控制策略所命令的值大可編程或預定量或百分比(例如，提供1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％或更多的氧化劑流300)。由于開環(huán)控制器118b所命令的這種更高氧化劑流，在燃燒器160中的氧化劑68的豐度也增加。如圖5中所示，無論何時控制系統(tǒng)100檢測到氧化劑的這種增加，閉環(huán)控制器118a可引起控制系統(tǒng)100以相稱的方式增加通過控制閥303的燃料70流，以在對瞬態(tài)事件做出響應的整個過程中，將當量比保持接近約1(例如，φ在約0.95和1.05之間)。因此，輸送到燃燒器160并由該燃燒器消耗的氧化劑68和燃料70兩者的增加量致使segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的機械功率輸出增加以及至電網(wǎng)306的發(fā)電機106的電力輸出增加以適應瞬態(tài)事件，同時仍然將當量比保持接近約1(例如，φ在約0.95和1.05之間)。

因此，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的整個運行過程中，控制器118a可基于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的運行需求，確定如由閉環(huán)控制策略所命令的boc302的運行參數(shù)(例如，bocigv324的位置、壓縮機322和/或驅動系統(tǒng)326的速度、由控制閥328和330的位置所提供的氧化劑流率，等等)的值。另外，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常運行期間(即，無瞬態(tài)電網(wǎng)事件)，控制器118b的開環(huán)控制策略可命令boc302的運行參數(shù)的期望值，該期望值與由控制器118a的閉環(huán)控制策略所命令的值相同。然而，在(例如，經(jīng)由傳感器310)確定瞬態(tài)事件在電網(wǎng)中發(fā)生時，控制器118b可確定boc302的運行參數(shù)的值應為比控制器118a的閉環(huán)控制策略所命令的值大(例如，bocigv324的更加打開的位置、壓縮機322和/或驅動系統(tǒng)326的更快速度、通過控制閥328和330的更高氧化劑流率、通過級間冷卻系統(tǒng)320的更高密度的壓縮冷卻液流300，等)可編程或預定量(例如，5％、10％、15％或20％)。

例如，在瞬態(tài)事件期間，在由控制器118b所使用的開環(huán)控制策略通常命令bocigv324的比控制器118a所使用的閉環(huán)控制策略所命令的位置更加打開的位置(即，更高角度)，控制器118b占優(yōu)勢、懇求控制系統(tǒng)100基于控制器118b所命令的位置向bocigv324發(fā)送適當?shù)目刂菩盘?。在某些實施例中，控制系統(tǒng)100可立即(例如，在瞬態(tài)事件的時間處)或在可編程或預定時延之后向boc302發(fā)送控制信號。接著，boc302可維持處于由控制器118b所命令的更高性能狀態(tài)以可編程或預定時延(例如，基于電網(wǎng)306上的瞬態(tài)事件的典型時長)，在此時延之后，開環(huán)控制策略可命令boc302的運行參數(shù)的值應在時間段內(nèi)(例如，以可編程或預定斜變速率)逐步返回到由控制器118a的閉環(huán)策略所命令的值。因此，在該斜變期間的一些點處，控制器118b的開環(huán)控制策略應命令與控制器118a的閉環(huán)控制策略相同的運行參數(shù)值，從而將boc302控制有效移交返回到控制器118a。

示例4.減少segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52中的電力消耗以增加電力輸出。

在某些實施例中，圖5中示出的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)可以在化學計量比(即，φ在約0.95和1.05之間)下運行或接近該化學計量比運行，或可以非化學計量比(例如，在如下面論述的非排放合規(guī)模式中)運行。另外，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可包含eg供應系統(tǒng)78，該eg供應系統(tǒng)78可接收并處理排氣流42的一部分(例如，相對高壓力的排氣流42)以用于該系統(tǒng)的其它部分(例如，碳氫化合物生產(chǎn)系統(tǒng)12)中。圖7示出segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的實施例的一部分，并且更具體地，示出eg供應系統(tǒng)78的部件。因此，圖7包含上面論述的燃燒器160和eg處置系統(tǒng)54。另外，圖7中示出的eg供應系統(tǒng)78被聯(lián)接到燃燒器160的一部分以在排氣流42橫越燃燒器160的至少一部分(例如，歧管或外罩)之后接收該排氣流42(例如，上面論述的冷卻排氣流42)。

另外，如圖7中所示，控制系統(tǒng)100可被通信聯(lián)接到eg供應系統(tǒng)78的各個部分，以從這些部件接收運行信息，和/或基于使用閉環(huán)控制器118a和開環(huán)控制器118b分別并行實施的閉環(huán)控制策略和開環(huán)控制策略，向這些部件提供控制信號。具體地，對于所示的實施例，控制系統(tǒng)100被通信聯(lián)接到與產(chǎn)氣壓縮機340的運行相關聯(lián)的一個或更多個部件。例如，如圖7中所示，控制系統(tǒng)100可提供控制信號以控制產(chǎn)氣壓縮機340的進口導向葉片(igv)342的位置、控制向產(chǎn)氣壓縮機340提供動力的驅動系統(tǒng)344的速度、和/或控制進口節(jié)流閥346和排出節(jié)流閥348以及可與產(chǎn)氣壓縮機340的運行相關聯(lián)的任何其它合適控制閥(例如，再循環(huán)閥(未示出))的位置(通過上述控制閥的排氣42的流率)。應明白，產(chǎn)氣壓縮機340的運行參數(shù)的前述列表僅作為示例被提供，并且影響產(chǎn)氣壓縮機340和/或eg供應系統(tǒng)78的性能或輸出的任何設置或參數(shù)可根據(jù)本技術進行控制。

另外，控制系統(tǒng)100可提供控制信號以調節(jié)通過產(chǎn)氣排放閥350和產(chǎn)氣再循環(huán)閥352的排氣42的位置和/或流率。如圖7中所示，產(chǎn)氣排放閥350通?？烧{節(jié)從segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的eg系統(tǒng)排放(例如，到大氣中)的排氣42流，同時產(chǎn)氣再循環(huán)閥352通?？烧{節(jié)可返回到eg處置系統(tǒng)54或egr回路305的任何部分的排氣42流。在產(chǎn)氣排放閥350和產(chǎn)氣再循環(huán)閥352兩者均處于完全閉合位置時，離開產(chǎn)氣壓縮機340的總排氣42流可被引導到eg處理系統(tǒng)82以用于進一步凈化、存儲和/或使用。

考慮到前面的描述，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常運行期間(例如，電網(wǎng)306中無瞬態(tài)事件)，控制系統(tǒng)100的閉環(huán)控制器118a可向eg供應系統(tǒng)78的各個部件提供控制信號，以基于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的運行在egr回路305中大致保持期望的壓力。例如，在某些實施例中，閉環(huán)控制器118a可提供控制信號以調節(jié)產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)(例如，igv342的位置、控制閥346和348的位置、驅動系統(tǒng)344的速度，等等)，以增加或減小提供給segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的eg處置系統(tǒng)54的排氣42的壓力。除了或代替產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)，在某些實施例中，閉環(huán)控制器118a可提供控制信號以打開產(chǎn)氣排放閥350，以減少輸送到eg處置系統(tǒng)54的排氣42的量(例如，減小eg回路305中的壓力)和/或提供控制信號以打開產(chǎn)氣再循環(huán)閥352，以增加輸送到eg處置系統(tǒng)54的排氣42的量(例如，增加eg回路305中的壓力)。在某些實施例中，控制閥350和352的位置可比產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)更快被調節(jié)，并因此可提供segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的更多響應控制。此外，閉環(huán)控制器118a通?？蓪で髮a(chǎn)氣排放閥350和產(chǎn)氣循環(huán)閥352保持在基本閉合位置，以便確保產(chǎn)氣壓縮機340的有效運行(例如，避免不必要的運行和功率消耗)。

如所提到的，控制系統(tǒng)100包含與閉環(huán)控制器118a并行實施的開環(huán)控制器118b，并且命令產(chǎn)氣壓縮機340的較低性能參數(shù)值的控制器占優(yōu)勢。在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常運行期間(例如，電網(wǎng)306中無瞬態(tài)事件)，由開環(huán)控制器118b所利用的開環(huán)控制策略通?？擅町a(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)(例如，igv342的位置、控制閥346和348的位置、驅動系統(tǒng)344的速度、或另一合適的性能參數(shù))的值，該值與由閉環(huán)控制器118a的閉環(huán)控制策略所命令的值大致相同。

然而，在檢測到電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件時，開環(huán)控制器118b可(例如，立即或在可編程或預定時延之后)命令產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)值的具體實施為小于由閉環(huán)控制器118a當前命令的性能參數(shù)值(例如，igv342的更加閉合位置、驅動系統(tǒng)344的更慢速度等)的為可編程或預定量(例如，固定百分比)。例如，在檢測到瞬態(tài)事件時，開環(huán)控制器118b可命令驅動系統(tǒng)344(其確定產(chǎn)氣壓縮機340的速度)的速度應被設定為小于由閉環(huán)控制器118a所命令的驅動系統(tǒng)344的速度的為固定百分比(例如，2％、5％、10％、15％、20％或另一合適的百分比)的值。因此，由于開環(huán)控制器118b命令比閉環(huán)控制器118a更小的產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)的值，開環(huán)控制器118b占優(yōu)勢，以及控制系統(tǒng)100提供適當?shù)目刂菩盘栆曰诳刂破?18b的命令來調節(jié)產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)的值。

應明白，臨時降低產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)的值(例如，使用igv342的更加閉合位置、使用驅動系統(tǒng)344的更慢速度、使用通過控制閥346和348的更低流率，等)可致使產(chǎn)氣壓縮機340以及segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52作為整體消耗更少的電力。在某些實施例中，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可至少消耗內(nèi)部或本地(例如，由圖5所示的發(fā)電機106)生成的電力的一部分，并且可向電網(wǎng)306輸出剩下的電力。因此，在某些實施例中，臨時降低segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52內(nèi)的電力消耗而大致不影響所生成的電力能夠使segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52在瞬態(tài)事件期間向電網(wǎng)306臨時輸出額外的電能。根據(jù)本方法的實施例，雖然調整產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)目前作為示例被提供，但是在另一些實施例中，設置在eg處置系統(tǒng)54和/或egr回路305下游的其它部件或系統(tǒng)(例如，泵、壓縮機、風扇、鼓風機等等)的性能參數(shù)可被另外或替代地調節(jié)以臨時降低segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的內(nèi)部功率消耗。

因此，在一旦確定瞬態(tài)事件正發(fā)生或在可編程時延之后發(fā)生，開環(huán)控制器118b降低產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)的值可編程或預定量(例如，固定百分比)時，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可具有用于在瞬態(tài)事件期間支持電網(wǎng)306的額外電力。在某些實施例中，在開環(huán)控制器118b在控制產(chǎn)氣壓縮機340的性能參數(shù)時，通過調節(jié)產(chǎn)氣排放控制閥350和產(chǎn)氣再循環(huán)控制閥352的位置，閉環(huán)控制器118a可繼續(xù)提供對egr回路305中的排氣42的壓力的閉環(huán)控制，以控制被輸送到eg處置系統(tǒng)54的排氣42流。在可編程時延(例如，電網(wǎng)306中的典型瞬態(tài)事件的時長)之后，開環(huán)控制器118b可以可編程或預定斜變速率逐步恢復產(chǎn)氣壓縮機342的性能參數(shù)的值，該值當前由閉環(huán)控制器118a命令，從而將控制有效移交返回給閉環(huán)控制器118a。

示例5.處理在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的負荷斜變上升時電網(wǎng)中的瞬態(tài)事件。

對于上述的示例1至示例4，在檢測到電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件時，在圖5中示出的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)可初始在化學計量比(即，φ在約0.95和1.05之間)下運行或接近該化學計量比運行。然而，應明白，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52被加載時(例如，在啟動segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52期間)，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52也會遇到電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件。因此，示例5為本方法的另一實施例，該方法能夠使圖5中示出的segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)在系統(tǒng)加載期間在非排放合規(guī)模式(例如，在貧燃料燃燒期間)中運行時對電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件做出響應。

如下面所論述的，設想segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52(例如，ulet發(fā)電廠)可以在兩種不同模式中運行：排放合規(guī)模式以及非排放合規(guī)模式，在該排放合規(guī)模式中，壓縮氧化劑流和燃料流被協(xié)調以在燃燒器160內(nèi)實現(xiàn)大致化學計量比，在該非排放合規(guī)模式中，壓縮氧化劑流和燃料流被協(xié)調以便在燃燒器160內(nèi)實現(xiàn)貧燃料燃燒(例如，燃料與氧化劑的比小于化學計量燃燒的比)。如下面所闡述的，本方法的實施例能夠在加載期間進一步增加氧化劑豐度，從而允許segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52臨時增加機械功率輸出和電力輸出以便對在加載期間電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件做出響應。

考慮到前面的描述，圖8為針對segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的當量比(φ)隨負荷變化的曲線圖400。具體地，曲線圖400示出兩個加載分布圖：正常加載分布圖402和更改的加載分布圖404，其能夠使segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52大致更好處理在加載期間電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件。此外，曲線圖400包含幾個區(qū)域，該幾個區(qū)域表示segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的運行的不同模式。這些區(qū)域包含非排放合規(guī)區(qū)域(無主頻率響應(pfr))406、非排放合規(guī)區(qū)域(具有pfr)408、非排放合規(guī)轉移區(qū)域(無pfr)410和排放合規(guī)區(qū)域(具有pfr)412。一般來說，控制系統(tǒng)100可控制segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52以最終在化學計量比(即，φ約為1)下運行或接近該化學計量比運行，如區(qū)域412中的加載分布圖402和404所示。然而，如下面所論述的，在segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52在化學計量比下運行或接近該化學計量比運行之前，加載分布圖402和404不同于區(qū)域406、408、410。

對于segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的正常加載分布圖402，當量比可在整個區(qū)域406、408和410中穩(wěn)定增加，使得segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可在排放合規(guī)區(qū)域(具有pfr)412中在化學計量比下運行或接近該化學計量比運行。越過非排放合規(guī)區(qū)域(具有pfr)408，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可仍然解決電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件(例如，欠頻事件)。如上面所論述的，在電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件期間，向segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的燃燒器160提供額外氧化劑(以及額外燃料)能夠使segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52快速增加電力輸出以解決瞬態(tài)事件。然而，對于在圖8中示出的加載分布圖402，目標可為segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52盡可能快地斜變上升到化學計量比。

相比之下，在圖8中示出的加載分布圖404表示在將segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52引升至化學計量比的目標和提高segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52在非排放合規(guī)區(qū)域(具有pfr)408內(nèi)處理電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件的能力之間的折衷。因此，加載分布圖404比橫越區(qū)域406和408的正常加載分布圖402保持更低的當量比(φ)(例如，相對于正常加載分布圖402受抑制的當量比)。例如，在某些實施例中，加載分布圖404可保持橫越區(qū)域406和408的在約0.3和約0.7之間、在約0.4和約0.6之間、在約0.45和約0.55之間或約0.5的當量比(φ)。就是說，在加載過程期間，取代給定負荷中可能提供最高當量比，加載分布圖404在整個區(qū)域406和408保持大致低的當量比(例如，φ被保持在最小值)，這意味著segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52一般可在這些區(qū)域內(nèi)保持較高的氧化劑豐度，以便使ulet發(fā)電廠能夠具有對電網(wǎng)306中的瞬態(tài)事件做出響應的最大可能的能力。因此，如上所述，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52中(例如，在燃燒器160中和egr回路305中)的較高氧化劑豐度一般允許segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52更快速地增加機械功率輸出和電力輸出(例如，經(jīng)由增加的燃料流)，以便在非排放合規(guī)(具有pfr)區(qū)域408期間在瞬態(tài)事件期間支持電網(wǎng)306。隨后，在轉移區(qū)域410期間，該轉移區(qū)域可能缺乏pfr或可能對電網(wǎng)306的頻率變化不太敏感，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52的當量比可快速增加，使得segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52在排放合規(guī)區(qū)域(具有pfr)412中以化學計量比或接近該化學計量比運行，如加載分布圖404所示。根據(jù)上面闡述的實施例，一旦segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52基本上實現(xiàn)在區(qū)域412中的化學計量燃燒和排放合規(guī)，segr燃氣渦輪機系統(tǒng)52可再次對電網(wǎng)頻率變化做出響應。

本方法的技術效果包含能夠使segr燃氣渦輪機系統(tǒng)(諸如，ulet發(fā)電廠)輸出功率以快速增加機械功率輸出和/或電力輸出，以便解決附接電網(wǎng)中的瞬態(tài)事件(例如，頻率和/或電壓下降)。具體地，某些實施例通過使燃燒器中的可用氧化劑的量能夠快速增加同時配合供應給燃燒器的燃料的快速增加，以便快速增加電廠的機械功率和電力同時仍然保持為1或約接近1的當量比，能夠使ulet發(fā)電廠對瞬態(tài)電網(wǎng)事件做出響應。另外，某些實施例可通過能夠增加對整個電廠加載部分(例如，在啟動期間，當在非排放合規(guī)模式中運行時)的燃燒器中的可用氧化劑的量(例如，小于0.5的當量比)，使得至燃燒器的燃料的快速添加快速增加電廠的機械功率輸出和電力輸出，能夠使ulet發(fā)電廠對瞬態(tài)電網(wǎng)事件做出響應。其它當前公開的實施例可通過減少或限制ulet發(fā)電廠的某些部件(例如，產(chǎn)氣壓縮機)的運行以便減少或限制發(fā)電廠內(nèi)的電力消耗(這可臨時增加從發(fā)電廠輸出的電力量)，能夠使ulet發(fā)電廠在瞬態(tài)事件期間支持電網(wǎng)。

附加描述

本實施例提供能夠使egr燃氣渦輪機系統(tǒng)(例如，ulet發(fā)電廠)對附接電網(wǎng)中的瞬態(tài)事件(例如，欠頻或欠壓事件)做出響應的系統(tǒng)和方法。提供以下條款作為本公開的進一步描述：

實施例1.一種電網(wǎng)干擾響應方法，包括以下步驟：將氧化劑和再循環(huán)低氧含量氣體流的第一部分引入到至少一個氧化劑壓縮機以產(chǎn)生壓縮氧化劑流；以大致化學計量比將壓縮氧化劑流和燃料流引入到至少一個燃氣渦輪機發(fā)動機燃燒器并在燃燒點之前或在燃燒點處中的至少一者的位置處大致混合所述壓縮氧化劑流和所述燃料流；燃燒所述壓縮氧化劑流和所述燃料流的所述混合物以產(chǎn)生高溫高壓低氧含量流；將該高溫高壓低氧含量流引入到所述燃氣渦輪機發(fā)動機的膨脹器部并使該高溫高壓低氧含量流膨脹以產(chǎn)生機械功率和再循環(huán)低氧含量氣體流；使用該機械功率的第一部分驅動所述燃氣渦輪機發(fā)動機的壓縮機部；使用該機械功率的第二部分驅動下列項中的至少一項：發(fā)電機、所述至少一個氧化劑壓縮機或至少一個其它機械裝置；向本地電網(wǎng)或遠程電網(wǎng)中的至少一者輸出發(fā)電機功率的至少一部分；檢測電網(wǎng)瞬態(tài)事件；并降低再循環(huán)低氧含量氣體流的第一部分的流率，從而增加壓縮氧化劑流的氧含量、增加燃料流率以保持大致的化學計量比并增加燃氣渦輪機發(fā)動機的功率輸出。

實施例2.一種電網(wǎng)干擾響應方法，包括以下步驟：將氧化劑引入到至少一個氧化劑壓縮機以產(chǎn)生壓縮氧化劑流；通過調節(jié)氧化劑壓縮機的進口導向葉片、可變定子葉片或氧化劑壓縮機或氧化劑壓縮機的轉速中的至少一者，由閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)控制壓縮氧化劑流的流率；以大致化學計量比將壓縮氧化劑流和燃料流引入到至少一個燃氣渦輪機發(fā)動機燃燒器并在燃燒點之前或在燃燒點處中的至少一者的位置大致混合所述壓縮氧化劑流和所述燃料流；燃燒所述壓縮氧化劑流和所述燃料流的所述混合物以產(chǎn)生高溫高壓低氧含量流；將該高溫高壓低氧含量流引入到所述燃氣渦輪機發(fā)動機的膨脹器部并使該高溫高壓低氧含量流膨脹以產(chǎn)生機械功率和再循環(huán)低氧含量氣體流；使用該機械功率的第一部分驅動所述燃氣渦輪機發(fā)動機的壓縮機部；使用該機械功率的第二部分驅動下列項中的至少一項：發(fā)電機、所述至少一個氧化劑壓縮機或至少一個其它機械裝置；向本地電網(wǎng)或遠程電網(wǎng)中的至少一者輸出發(fā)電機功率的至少一部分；檢測電網(wǎng)瞬態(tài)事件；通過調節(jié)所述進口導向葉片、所述可變定子葉片或所述氧化劑壓縮機速度中的至少一者，將所述閉環(huán)反饋控制器轉移至開環(huán)模式并增加壓縮氧化劑流率；并增加燃料流率以保持大致的化學計量比并增加燃氣渦輪機發(fā)動機的功率輸出。

實施例3.一種電網(wǎng)干擾響應方法，包括以下步驟：將氧化劑引入到氧化劑壓縮機和至少一個增壓氧化劑壓縮機以產(chǎn)生壓縮氧化劑流；通過調節(jié)增壓氧化劑壓縮機的進口導向葉片、增壓氧化劑壓縮機的可變定子葉片或增壓氧化劑壓縮機的轉速中的至少一者，由閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)控制壓縮氧化劑流的流率；以大致化學計量比將壓縮氧化劑流和燃料流引入到至少一個燃氣渦輪機發(fā)動機燃燒器并在燃燒點之前或在燃燒點處中的至少一者的位置大致混合所述壓縮氧化劑流和所述燃料流；燃燒所述壓縮氧化劑流和所述燃料流的所述混合物以產(chǎn)生高溫高壓低氧含量流；將該高溫高壓低氧含量流引入到所述燃氣渦輪機發(fā)動機的膨脹器部并使該高溫高壓低氧含量流膨脹以產(chǎn)生機械功率和再循環(huán)低氧含量氣體流；使用該機械功率的第一部分驅動所述燃氣渦輪機發(fā)動機的壓縮機部；使用該機械功率的第二部分驅動下列項中的至少一項：發(fā)電機、所述一個氧化劑壓縮機、所述至少一個增壓氧化劑壓縮機或至少一個其它機械裝置；向本地電網(wǎng)或遠程電網(wǎng)中的至少一者輸出發(fā)電機功率的至少一部分；檢測電網(wǎng)瞬態(tài)事件；通過調節(jié)所述進口導向葉片、所述可變定子葉片或所述增壓氧化劑壓縮機速度中的至少一者，將所述閉環(huán)反饋控制器轉移至開環(huán)模式并增加壓縮氧化劑流率；并增加燃料流率以保持大致的化學計量比并增加燃氣渦輪機發(fā)動機的功率輸出。

實施例4.一種電網(wǎng)干擾響應方法，包括以下步驟：將氧化劑引入到至少一個氧化劑壓縮機以產(chǎn)生壓縮氧化劑流；以大致化學計量比將壓縮氧化劑流和燃料流引入到至少一個燃氣渦輪機發(fā)動機燃燒器并在為在燃燒點之前或在該燃燒點處中的至少一者的位置大致混合所述壓縮氧化劑流和所述燃料流；燃燒所述壓縮氧化劑流和所述燃料流的所述混合物以產(chǎn)生高溫高壓低氧含量流；將該高溫高壓低氧含量流引入到所述燃氣渦輪機發(fā)動機的膨脹器部并使該高溫高壓低氧含量流膨脹以產(chǎn)生機械功率和再循環(huán)低氧含量氣體流；使用該機械功率的第一部分驅動所述燃氣渦輪機發(fā)動機的壓縮機部；使用該機械功率的第二部分驅動發(fā)電機、所述至少一個氧化劑壓縮機或至少一個其它機械裝置中的至少一者；向本地電網(wǎng)或遠程電網(wǎng)中的至少一者輸出發(fā)電機功率的至少一部分；抽取再循環(huán)低氧含量氣體流的第二部分并向產(chǎn)氣壓縮機引入所述第二部分以產(chǎn)生壓縮產(chǎn)氣流；通過調節(jié)該產(chǎn)氣壓縮機的進口導向葉片、該產(chǎn)氣壓縮機的可變定子葉片或產(chǎn)氣壓縮機的轉速中的至少一者，由閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)控制壓縮產(chǎn)氣流的流率，并向輸送點和儲存設施中的至少一者輸送壓縮產(chǎn)氣流的第一部分；排出再循環(huán)低氧含量氣體流的第三部分并由閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)控制再循環(huán)低氧含量氣體流的所述第三部分的流率；向再循環(huán)低氧含量氣體流再循環(huán)壓縮產(chǎn)氣流的第二部分并由閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)控制壓縮產(chǎn)氣流的所述第二部分的流率；由集成控制系統(tǒng)控制所述壓縮機產(chǎn)氣流的流率、再循環(huán)低氧含量氣體流的所述第三部分的流率和壓縮產(chǎn)氣流的所述第二部分的流率，以至少控制所述再循環(huán)低氧含量氣體流的壓力；檢測電網(wǎng)瞬態(tài)事件；并通過調節(jié)所述產(chǎn)氣壓縮機進口導向葉片、所述產(chǎn)氣壓縮機可變定子葉片或所述產(chǎn)氣壓縮機速度中的至少一者將所述壓縮產(chǎn)氣流閉環(huán)反饋控制器轉移至開環(huán)反饋模式并減少壓縮產(chǎn)氣流率，并增加可用功率以用于輸出。

實施例5.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，還包括將ulet發(fā)電廠運行區(qū)域劃分為排放合規(guī)區(qū)域和非排放合規(guī)區(qū)域。

實施例6.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，燃氣渦輪機燃燒當量比以非排放合規(guī)區(qū)域內(nèi)的最小水平來控制，以便最大化在egr回路內(nèi)的可用氧以支持傳統(tǒng)的主頻率響應(pfr)方法。

實施例7.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，從運行的非排放合規(guī)區(qū)域轉移至運行的排放合規(guī)區(qū)域受從貧燃燒(低當量比)至大致化學計量燃燒(當量比約等于1)的快速轉移影響。

實施例8.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，從貧燃燒至化學計量燃燒的轉移在關于發(fā)電廠負荷的窄區(qū)域內(nèi)受影響，其中，ulet發(fā)電廠控制系統(tǒng)可被臨時使得對電網(wǎng)頻率變化不靈敏。

實施例9.一種方法，包括：在排氣再循環(huán)(egr)燃氣渦輪機系統(tǒng)的燃燒器中燃燒燃料和氧化劑，該egr燃氣渦輪機系統(tǒng)產(chǎn)生電力并向電網(wǎng)提供該電力的一部分；并響應于與電網(wǎng)相關聯(lián)的瞬態(tài)事件，控制egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的一個或更多個參數(shù)以增加提供至電網(wǎng)的電力的部分，其中，控制包括下列項中的一項或更多項：(a)響應于在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在貧燃料燃燒模式中運行時的瞬態(tài)事件，增加至燃燒器的燃料的流率；(b)響應于該瞬態(tài)事件增加在燃燒器中的氧化劑的濃度和/或流率，并響應于氧化劑的增加的濃度增加至燃燒器的燃料的流率以保持在該燃燒器中的大致化學計量當量比；或(c)響應于該瞬態(tài)事件減少電力的本地消耗以增加提供至電網(wǎng)的電力的部分。

實施例10.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，在貧燃料燃燒模式中運行egr燃氣渦輪機系統(tǒng)包括以存在的過量氧化劑來運行egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的燃燒器，并且其中，增加至燃燒器的燃料的流率包括響應于瞬態(tài)事件臨時增加至燃燒器的燃料的流率。

實施例11.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，包括將包含氧化劑和再循環(huán)排氣的進氣流引入到設置在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)中的燃燒器上游的氧化劑壓縮機，并且其中，增加燃燒器中的氧化劑的濃度包括響應于瞬態(tài)事件增加進氣流中的氧化劑與再循環(huán)排氣的比。

實施例12.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，繼瞬態(tài)事件后立即或在第一可編程時延之后，將所述再循環(huán)排氣的流率從較高流率減小可編程量到較低流率；并且進一步包括：在繼減小所述再循環(huán)排氣的流率后的第二可編程時延之后，將所述再循環(huán)排氣的流率逐步增加到所述較高流率。

實施例13.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，包括控制設置在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)中的燃燒器上游的至少一個氧化劑壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)，并且其中，增加燃燒器中的氧化劑的濃度包括響應于瞬態(tài)事件，增加至少一個氧化劑壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)，并且其中，至少一個氧化劑壓縮機包括主氧化劑壓縮機、增壓氧化劑壓縮機或它們的組合。

實施例14.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，至少一個氧化劑壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)包括：進口導向葉片位置、可變定子葉片位置、速度、進口節(jié)流閥位置、排出節(jié)流閥位置或再循環(huán)閥位置。

實施例15.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，增加至少一個氧化劑壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)包括：繼瞬態(tài)事件后立即或在第一可編程時延之后，將至少一個氧化劑壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)從較低性能設置增加可編程量到較高性能設置；并且進一步包括：在繼增加至少一個氧化劑壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)后的第二可編程時延之后，將至少一個氧化劑壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)逐步降低到較低性能設置。

實施例16.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，減少電力的本地消耗包括：繼瞬態(tài)事件后立即或在第一可編程時延之后，將產(chǎn)氣壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)從較高性能設置減少可編程量到較低性能設置；并且進一步包括：在繼減小產(chǎn)氣壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)后的第二可編程時延之后，將產(chǎn)氣壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)逐步增加到較高性能設置。

實施例17.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，產(chǎn)氣壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)包括：進口導向葉片位置、可變定子葉片位置、速度、進口節(jié)流閥位置、排出節(jié)流閥位置或再循環(huán)閥位置。

實施例18.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，包括：繼瞬態(tài)事件后立即或在第一可編程時延之后，臨時增加egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的一個或更多個可編程約束，并且其中，egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的一個或更多個可編程約束包括egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的扭矩限制、速度限制、壓力限制、流率限制或功率限制。

實施例19.根據(jù)任一前述實施例所述的方法，其中，egr燃氣渦輪機系統(tǒng)為超低排放技術(ulet)發(fā)電廠的一部分。

實施例20.一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：排氣再循環(huán)(egr)燃氣渦輪機系統(tǒng)，該egr燃氣渦輪機系統(tǒng)包括被構造成接收燃料并用氧化劑使燃料燃燒的燃燒器，以及由來自燃燒器的燃燒產(chǎn)物驅動的渦輪機；由該渦輪機驅動的發(fā)電機，其中，該發(fā)電機被構造成生成電力并向電網(wǎng)輸出該電力的一部分；以及控制系統(tǒng)，其包括閉環(huán)控制器和開環(huán)控制器，該閉環(huán)控制器被構造成控制egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的一個或更多個參數(shù)，該開環(huán)控制器被構造成響應于瞬態(tài)事件臨時控制egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的一個或更多個參數(shù)以增加輸出到電網(wǎng)的電力的部分，其中，開環(huán)控制器被構造成：響應于在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在非排放合規(guī)模式中運行時的瞬態(tài)事件，提供控制信號以增加至燃燒器的燃料的流率；并且響應于在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在排放合規(guī)模式中運行時的瞬態(tài)事件，提供控制信號以增加燃燒器中的氧化劑的濃度或減少電力的本地消耗或這兩者。

實施例21.根據(jù)任一前述實施例所述的系統(tǒng)，其中，閉環(huán)控制器被構造成響應于氧化劑的增加的濃度，提供控制信號以增加至燃燒器的燃料的流率以保持在燃燒器中的大致化學計量當量比。

實施例22.根據(jù)任一前述實施例所述的系統(tǒng)，包括設置在燃燒器的上游并被構造成接收包含氧化劑流和再循環(huán)排氣流的進氣流的至少一個氧化劑壓縮機，其中，開環(huán)控制器被構造成響應于瞬態(tài)事件，向控制閥提供控制信號以通過減少再循環(huán)排氣流來增加氧化劑流與再循環(huán)排氣流的比。

實施例23.根據(jù)任一前述實施例所述的系統(tǒng)，包括設置在燃燒器上游的至少一個氧化劑壓縮機，并且其中，開環(huán)控制器被構造成響應于瞬態(tài)事件，向至少一個氧化劑壓縮機提供控制信號以調節(jié)該至少一個氧化劑壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)，并且其中，該至少一個氧化劑壓縮機的一個或更多個性能參數(shù)包括：進口導向葉片位置、可變定子葉片位置、速度、進口節(jié)流閥位置、排出節(jié)流閥位置或再循環(huán)閥位置。

實施例24.根據(jù)任一前述實施例所述的系統(tǒng)，包括產(chǎn)氣壓縮機，該產(chǎn)氣壓縮機被構造成接收來自egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的排氣再循環(huán)(erg)回路的排氣流并壓縮該排氣流，其中，開環(huán)控制器被構造成向產(chǎn)氣壓縮機提供控制信號以調節(jié)下列項中的一項或更多項：產(chǎn)氣壓縮機的進口導向葉片位置、可變定子葉片位置、速度、進口節(jié)流閥位置、排出節(jié)流閥位置或再循環(huán)閥位置，以便減少產(chǎn)氣壓縮機的電力的本地消耗。

實施例25.根據(jù)任一前述實施例的系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)被構造成在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在非排放合規(guī)模式中運行時，提供控制信號以將該egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的燃燒器中的當量比保持在約0.3和0.7之間。

實施例26.一種存儲可由電子裝置的處理器執(zhí)行的指令的非暫態(tài)計算機可讀介質，該指令包含：確定聯(lián)接到egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的電網(wǎng)中發(fā)生瞬態(tài)事件的指令，其中，該瞬態(tài)事件為欠頻或欠壓事件；響應于在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)在非化學計量燃燒模式中運行時的瞬態(tài)事件，增加至該egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的燃燒器的燃料的流率的指令；以及響應于在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)中化學計量燃燒模式中運行時的瞬態(tài)事件，在增加至燃燒器的燃料的流率之前增加至該燃燒器的氧化劑的流率，或減少電力的本地消耗以增加被輸出到附接電網(wǎng)的電力的一部分或這兩者的指令。

實施例27.根據(jù)任一前述實施例所述的介質，其中，增加至燃燒器的氧化劑的流率的指令包括：響應于瞬態(tài)事件，向設置在egr燃氣渦輪機系統(tǒng)的egr回路中的氧化劑壓縮機的上游的控制閥提供控制信號以減少至氧化劑壓縮機的進口的再循環(huán)排氣流的指令。

實施例28.根據(jù)任一前述實施例所述的介質，其中，增加至燃燒器的氧化劑的流率的指令包括：響應于瞬態(tài)事件，調節(jié)下列項中的一項或更多項的指令：設置在燃燒器上游的至少一個氧化劑壓縮機的進口導向葉片位置、可變定子葉片位置、速度、進口節(jié)流閥位置、排出節(jié)流閥位置或再循環(huán)閥位置，以增加至少一個氧化劑壓縮機的性能。

實施例29.根據(jù)任一前述實施例所述的介質，其中，減少電力的本地消耗的指令包括：調節(jié)下列項中的一項或更多項的指令：產(chǎn)氣壓縮機的進口導向葉片位置、可變定子葉片位置、速度、進口節(jié)流閥位置、排出節(jié)流閥位置或再循環(huán)閥位置，以減少產(chǎn)氣壓縮機的功率消耗。

本書面描述使用示例來公開本發(fā)明(包含最佳模式)，并且也使本領域的任何技術人員能夠實踐本發(fā)明，包含制作和使用任何裝置或系統(tǒng)并執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的可授予專利權范圍由權利要求定義，并且可包含本領域的技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權利要求的字面語言不沖突的結構元件或如果此類其它示例包含與權利要求的字面語言并無大致不同的等效結構元件，則該類其它示例旨在權利要求的范圍內(nèi)。