相關(guān)申請(qǐng)交叉引用

本申請(qǐng)要求2014年6月30日提交的題為“methodandsystemforcombustioncontrolforgasturbinesystemwithexhaustgasrecirculation(用于具有排氣再循環(huán)的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的燃燒控制的方法和系統(tǒng))”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2/019,298的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文用于所有目的。

本申請(qǐng)涉及2012年12月28日提交的題為“stoichiometriccombustioncontrolforgasturbinesystemwithexhaustgasrecirculation(用于具有排氣再循環(huán)的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的化學(xué)計(jì)量燃燒控制)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/747,209、2012年11月2日提交的題為“systemandmethodfordiffusioncombustioninastoichiometricexhaustgasrecirculationgasturbinesystem(用于化學(xué)計(jì)量排氣再循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中的擴(kuò)散燃燒的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/722,118、2012年11月2日提交的題為“systemandmethodfordiffusioncombustionwithfuel-diluentmixinginastoichiometricexhaustgasrecirculationgasturbinesystem(用于化學(xué)計(jì)量排氣再循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中的利用燃料稀釋液混合的擴(kuò)散燃燒的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/722,115、2012年11月2日提交的題為“systemandmethodfordiffusioncombustionwithoxidant-diluentmixinginastoichiometricexhaustgasrecirculationgasturbinesystem(用于化學(xué)計(jì)量排氣再循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中的利用氧化劑稀釋液混合的擴(kuò)散燃燒的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/722,114、以及2012年11月2日提交的題為“systemandmethodforloadcontrolwithdiffusioncombustioninastoichiometricexhaustgasrecirculationgasturbinesystem(用于化學(xué)計(jì)量排氣再循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中的具有擴(kuò)散燃燒的負(fù)載控制的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/722,111，以上美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)全部通過(guò)引用并入本文用于所有目的。

本文公開(kāi)的主題涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且更具體地，涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，例如發(fā)電、飛行器以及各種機(jī)器。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常在燃燒器部利用氧化劑(例如，空氣)燃燒燃料以生成熱燃燒產(chǎn)物，熱燃燒產(chǎn)物然后驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)部中的一個(gè)或更多個(gè)渦輪機(jī)級(jí)。進(jìn)而，渦輪機(jī)部驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)部中的一個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)，從而將氧化劑連同燃料一起從入口壓縮到燃燒器部中。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。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常沿著燃燒器部的燃燒室上游的一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)路徑預(yù)混合燃料和氧化劑，并隨后燃燒燃料和氧化劑以生成可用功率。遺憾的是，預(yù)混合火焰很難控制或維持，其能夠影響各種排氣排放和功率要求。此外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常消耗作為氧化劑的大量空氣，并輸出大量排氣至大氣。換句話說(shuō)，排氣通常作為燃?xì)鉁u輪機(jī)操作的副產(chǎn)物被浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下面概述范圍與最初要求保護(hù)的本發(fā)明匹配的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例并不旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是這些實(shí)施例僅旨在提供本發(fā)明可能形式的簡(jiǎn)短概括。實(shí)際上，本發(fā)明可涵蓋與下面闡述的實(shí)施例類(lèi)似或不同的各種形式。

在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括至少一個(gè)傳感器，其配置為通信表示鼓風(fēng)機(jī)葉片位置的信號(hào)，其中，鼓風(fēng)機(jī)葉片設(shè)置在排氣再循環(huán)系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)中，排氣再循環(huán)系統(tǒng)從燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)接收排氣并將排氣再循環(huán)回到燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括可通信地耦合至至少一個(gè)傳感器的控制器，其中，該控制器被配置為執(zhí)行控制邏輯以得出鼓風(fēng)機(jī)葉片位置的參考值，并且其中，該控制器被配置為應(yīng)用直接限制、間接限制或其組合至參考值以得到基于限制的值，并且其中，該控制器被配置為基于該基于限制的值定位鼓風(fēng)機(jī)葉片。

在第二實(shí)施例中，一種方法包括感測(cè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作，并接收用于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的期望負(fù)載。該方法進(jìn)一步包括經(jīng)由基于非模型的控制邏輯基于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的操作得到參考鼓風(fēng)機(jī)葉片位置，并且基于用于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的期望負(fù)載得到間接限制。該方法另外包括通過(guò)應(yīng)用參考鼓風(fēng)機(jī)葉片位置和間接限制得到基于限制的值，并應(yīng)用該基于限制的值得到期望的葉片位置。該方法還包括將致動(dòng)信號(hào)傳遞至鼓風(fēng)機(jī)葉片致動(dòng)器以將葉片定位在期望的葉片位置處。

在第三實(shí)施例中，一種控制系統(tǒng)包括處理器，其被配置為感測(cè)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的操作，并接收用于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的期望負(fù)載。該處理器被進(jìn)一步配置為經(jīng)由基于非模型的控制邏輯基于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的操作得到參考鼓風(fēng)機(jī)葉片位置，并且基于用于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的期望負(fù)載得到間接限制。該處理器被另外配置為通過(guò)應(yīng)用參考鼓風(fēng)機(jī)葉片位置和間接限制得到基于限制的值，并應(yīng)用該基于限制的值得到期望的葉片位置。該處理器還被配置為將致動(dòng)信號(hào)傳遞至鼓風(fēng)機(jī)葉片致動(dòng)器以將葉片定位在期望的葉片位置處。

附圖說(shuō)明

當(dāng)參照附圖閱讀下列具體實(shí)施方式時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加容易理解，其中，貫穿附圖，相同符號(hào)表示相同部件，其中：

圖1為具有聯(lián)接到碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)的基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)的系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖；

圖2為圖1的系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖，該圖進(jìn)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(shí)施例的示意圖，其進(jìn)一步示出燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣供應(yīng)系統(tǒng)和排氣處理系統(tǒng)的細(xì)節(jié)；

圖4為用于運(yùn)行圖1至圖3的系統(tǒng)的過(guò)程的實(shí)施例的流程圖；

圖5為可通信地耦合至圖1至圖3的基于渦輪機(jī)的系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的多個(gè)傳感器和致動(dòng)器以及適于排氣再循環(huán)的排氣處理系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖；

圖6為適于由圖1至圖3的控制系統(tǒng)使用的基于模型的控制系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖；和

圖7為適于控制圖1至圖3的基于渦輪機(jī)的系統(tǒng)的過(guò)程的實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)具體實(shí)施例將在下面描述。在努力提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)要描述中，實(shí)際實(shí)施方式的所有特征可不在本說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行描述。應(yīng)當(dāng)明白，在作為任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目的任何此類(lèi)實(shí)際實(shí)施方式的開(kāi)發(fā)中，必須做出眾多與實(shí)施方式相關(guān)的決定以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的指定目標(biāo)，諸如符合在不同實(shí)施方式中彼此不同的系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)約束。而且，應(yīng)當(dāng)明白，此類(lèi)開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，然而，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，承擔(dān)具有本公開(kāi)益處的設(shè)計(jì)、制作和制造仍然是例行工作。

當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元素時(shí)，冠詞“一個(gè)”、“一種”、“該”和“所述”旨在意為存在一個(gè)或更多個(gè)元素。術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”和“具有”旨在為包含的且意為可以有附加元素而不僅是所列的。

如下面所詳細(xì)論述的，所公開(kāi)的實(shí)施例大體涉及具有排氣再循環(huán)(egr)的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)，且特別地，涉及使用egr的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的化學(xué)計(jì)量操作。例如，燃?xì)鉁u輪機(jī)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(xué)計(jì)量燃燒燃料和氧化劑，并捕集排氣用于各種目標(biāo)系統(tǒng)。排氣再循環(huán)連同化學(xué)計(jì)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?dú)?n2)以用于各種目標(biāo)系統(tǒng)。燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)也可采用沿排氣再循環(huán)路徑的各種排氣處理(例如，熱回收、催化反應(yīng)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?xì)浠衔?的濃度水平并增加能量回收(例如，用熱回收單元)。此外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可被配置成用一個(gè)或更多個(gè)擴(kuò)散火焰(例如，使用擴(kuò)散燃料噴嘴)、預(yù)混火焰(例如，使用預(yù)混合燃料噴嘴)或它們的任何組合來(lái)燃燒燃料和氧化劑。在某些實(shí)施例中，擴(kuò)散火焰可幫助將穩(wěn)定性和操作保持在化學(xué)計(jì)量燃燒的特定限度內(nèi)，這進(jìn)而有助于增加co2的產(chǎn)量。例如，與用預(yù)混合火焰運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)相比，用擴(kuò)散火焰運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)更大量的egr。egr的增加量繼而幫助增加co2產(chǎn)量?？赡艿哪繕?biāo)系統(tǒng)包含管道、儲(chǔ)罐、固碳(carbonsequestration)系統(tǒng)，以及碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)，諸如提高原油采收率(eor)系統(tǒng)。

本文所述的系統(tǒng)和方法提供排氣(eg)處理系統(tǒng)(如，排氣再循環(huán)回路)，其適于吸入流體(如，渦輪機(jī)排氣)通過(guò)熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)通過(guò)再循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)的流體壓力，和/或冷卻通過(guò)egr冷卻器的流體以再循環(huán)地遞送至渦輪機(jī)系統(tǒng)壓縮機(jī)。因此，通過(guò)eg處理系統(tǒng)的壓力比可以經(jīng)調(diào)節(jié)以改善通過(guò)渦輪機(jī)系統(tǒng)的產(chǎn)生功率和/或可以改善產(chǎn)品氣的產(chǎn)生，如下面更詳細(xì)描述的。還提供控制系統(tǒng)，其適于控制本文所述各種系統(tǒng)，包括eg處理系統(tǒng)。例如，控制系統(tǒng)可調(diào)節(jié)包括在再循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)中的葉片，以及其他調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)排氣再循環(huán)回路內(nèi)的壓力。

圖1為具有與基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14相關(guān)聯(lián)的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12的系統(tǒng)10的實(shí)施例的示意圖。如下面進(jìn)一步詳細(xì)論述的，基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的各個(gè)實(shí)施例被配置成向碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12提供各種服務(wù)，諸如電力、機(jī)械功率和流體(例如，排氣)，以促進(jìn)油和/或氣生產(chǎn)或回收。在所示出的實(shí)施例中，碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12包含油/氣抽取系統(tǒng)16和聯(lián)接到地下儲(chǔ)層20(例如，油、氣或碳?xì)浠衔飪?chǔ)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(shè)備22，諸如聯(lián)接到油/氣井26的采油樹(shù)或生產(chǎn)樹(shù)24。而且，井26可包含一個(gè)或更多個(gè)管件28，其延伸通過(guò)地球32中的鉆孔30至地下儲(chǔ)層20。樹(shù)24包含一個(gè)或更多個(gè)閥、油嘴、隔離套、防噴器以及各種流量控制裝置，其調(diào)節(jié)壓力并控制到地下儲(chǔ)層20和來(lái)自該地下儲(chǔ)層20的流量。樹(shù)24通常被用于控制從地下儲(chǔ)層20流出的生產(chǎn)流體(例如，油或氣)的流量，而eor系統(tǒng)18可通過(guò)將一種或更多種流體噴射到地下儲(chǔ)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(gè)或更多個(gè)管件36，該一個(gè)或更多個(gè)管件36延伸通過(guò)地球32中的孔38至地下儲(chǔ)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(xué)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(jìn)一步詳細(xì)論述的，eor系統(tǒng)18可被聯(lián)接到基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14，使得系統(tǒng)14將排氣42(例如，基本沒(méi)有或完全沒(méi)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(guò)一個(gè)或更多個(gè)管件36到地下儲(chǔ)層20中，如箭頭44所指示的。噴射流體40通過(guò)與油/氣井26的管件28遠(yuǎn)離偏移距離46的管件36進(jìn)入地下儲(chǔ)層20。因此，噴射流體40置換沉積在地下儲(chǔ)層20中的油/氣48，并通過(guò)碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12的一個(gè)或更多個(gè)管件28驅(qū)動(dòng)油/氣48上升，如箭頭50所指示的。如下面所進(jìn)一步詳細(xì)論述的，噴射流體40可包括源自基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的排氣42，該基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14能夠生成在碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12所需的現(xiàn)場(chǎng)排氣42。換句話說(shuō)，基于渦輪機(jī)的系統(tǒng)14可同時(shí)生成供碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12使用的一種或更多種服務(wù)(例如，電力、機(jī)械功率、蒸汽、水(例如，淡化水)以及排氣(例如，基本沒(méi)有氧))，從而減少或消除此類(lèi)服務(wù)對(duì)外部源的依賴。

在所示出的實(shí)施例中，基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14包含化學(xué)計(jì)量排氣再循環(huán)(segr)燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52和排氣(eg)處理系統(tǒng)54。燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52可被配置成以化學(xué)計(jì)量燃燒運(yùn)行模式(例如，化學(xué)計(jì)量控制模式)和非化學(xué)計(jì)量燃燒運(yùn)行模式(例如，非化學(xué)計(jì)量控制模式)諸如貧燃料控制模式或富燃料控制模式來(lái)運(yùn)行。在化學(xué)計(jì)量控制模式中，燃燒通常以燃料和氧化劑的大致化學(xué)計(jì)量比發(fā)生，從而產(chǎn)生大致化學(xué)計(jì)量燃燒。具體地，化學(xué)計(jì)量燃燒通常包括在燃燒反應(yīng)中基本消耗全部的燃料和氧化劑，使得燃燒產(chǎn)物基本沒(méi)有或完全沒(méi)有未燃燒燃料和氧化劑?；瘜W(xué)計(jì)量燃燒的一個(gè)量度是當(dāng)量比，或phi(φ)，其是實(shí)際燃料/氧化劑比相對(duì)于化學(xué)計(jì)量燃料/氧化劑比的比。大于1.0的當(dāng)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(dāng)量比產(chǎn)生燃料和氧化劑的貧燃料燃燒。相比之下，1.0的當(dāng)量比產(chǎn)生既不是富燃料又不是貧燃料的燃燒，從而使得燃燒反應(yīng)基本消耗所有的燃料和氧化劑。在本公開(kāi)實(shí)施例的背景下，術(shù)語(yǔ)化學(xué)計(jì)量或基本化學(xué)計(jì)量可指的是約0.95到約1.05的當(dāng)量比。不過(guò)，所公開(kāi)的實(shí)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(dāng)量比。再者，在基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14中的燃料和氧化劑的化學(xué)計(jì)量燃燒可產(chǎn)生基本沒(méi)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?xì)浠衔?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(guò)進(jìn)一步示例，排氣42可以具有小于約每百萬(wàn)份體積的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳?xì)浠衔?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)物的量。不過(guò)，所公開(kāi)實(shí)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(shù)語(yǔ)排放、排放水平和排放目標(biāo)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(biāo)系統(tǒng)(例如，碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12)中的氣體流中。

雖然不同實(shí)施例中的segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52和eg處理系統(tǒng)54可包含各種部件，但是所示出的eg處理系統(tǒng)54包括接收和處理源自segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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(gè)或更多個(gè)熱交換器、冷凝器和各種熱回收設(shè)備，所述設(shè)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(gè)或更多個(gè)蒸汽渦輪機(jī)、eor系統(tǒng)18或碳?xì)浠衔锷a(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(yīng)用于低壓、中壓和高壓蒸汽渦輪機(jī)級(jí)或eor系統(tǒng)18的不同應(yīng)用。除了蒸汽62之外，處理水64(例如，淡化水)可以通過(guò)hrsg56、egr系統(tǒng)58和/或eg處理系統(tǒng)54的其他部分或segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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(huì)是特別有用的。處理水64可以至少部分由于驅(qū)動(dòng)segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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(chǎng)生成可能在許多應(yīng)用中是特別有益的(包含碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12)，排氣42、60的現(xiàn)場(chǎng)生成對(duì)eor系統(tǒng)18可能是特別有益的，這是由于來(lái)源于segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的其低氧含量、高壓和熱。因此，hrsg56、egr系統(tǒng)58和/或eg處理系統(tǒng)54的另一部分可輸出排氣66或?qū)⑴艢?6再循環(huán)到segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52中，同時(shí)還將排氣42傳送到eor系統(tǒng)18以與碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12一起使用。同樣，排氣42可從segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52直接抽取(即，沒(méi)有經(jīng)過(guò)eg處理系統(tǒng)54)，以用于碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12的eor系統(tǒng)18。

排氣再循環(huán)通過(guò)eg處理系統(tǒng)54的egr系統(tǒng)58來(lái)處理。例如，egr系統(tǒng)58包含一個(gè)或更多個(gè)管道、閥、鼓風(fēng)機(jī)、排氣處理系統(tǒng)(例如，過(guò)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(xué)品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?xì)鉁u輪機(jī)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(jìn)氣排氣66)。在所示出的實(shí)施例中，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52將排氣66吸入到具有一個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)的壓縮機(jī)部，從而將排氣66壓縮連同氧化劑68和一個(gè)或更多個(gè)燃料70的吸氣供燃燒室部使用。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(jìn)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?xì)鉁u輪機(jī)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(qū)動(dòng)渦輪機(jī)部中的一個(gè)或更多個(gè)渦輪機(jī)級(jí)。在某些實(shí)施例中，在燃燒器部中的每個(gè)燃燒器包含一個(gè)或更多個(gè)預(yù)混合燃料噴嘴、一個(gè)或更多個(gè)擴(kuò)散燃料噴嘴或它們的任何組合。例如，每個(gè)預(yù)混合燃料噴嘴可被配置成混合在燃料噴嘴內(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(yù)混合燃燒(例如，預(yù)混合火焰)的燃燒區(qū)中。通過(guò)進(jìn)一步示例，每個(gè)擴(kuò)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(lái)自燃料噴嘴的氧化劑68和燃料70分別噴射到用于擴(kuò)散燃燒(例如，擴(kuò)散火焰)的燃燒區(qū)中。具體地，通過(guò)擴(kuò)散燃料噴嘴提供的擴(kuò)散燃燒延遲氧化劑68與燃料70的混合，直到初始燃燒點(diǎn)，即火焰區(qū)域。在采用擴(kuò)散燃料噴嘴的實(shí)施例中，擴(kuò)散火焰可提供增加的火焰穩(wěn)定性，因?yàn)閿U(kuò)散火焰通常在氧化劑68與燃料70的單獨(dú)流之間的化學(xué)計(jì)量點(diǎn)(即，在氧化劑68與燃料70在混合時(shí))處形成。在某些實(shí)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(kuò)散燃料噴嘴或預(yù)混合燃料噴嘴中與氧化劑68、燃料70或兩者預(yù)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(gè)燃燃燒器內(nèi)的燃燒點(diǎn)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(diào)劑火焰(例如，預(yù)混合火焰或擴(kuò)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(lèi)型無(wú)關(guān)，燃燒產(chǎn)生熱燃燒氣體或排氣60，以驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)渦輪機(jī)級(jí)。在每個(gè)渦輪機(jī)級(jí)被排氣60驅(qū)動(dòng)時(shí)，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52生成機(jī)械功率(m)72和/或電力(e)74(例如，經(jīng)由發(fā)電機(jī))。系統(tǒng)52也輸出排氣60，并且可進(jìn)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(chǎng)或非現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中是有用的。

排氣抽取也由使用一個(gè)或更多個(gè)抽取點(diǎn)76的segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52提供。例如，所示出的實(shí)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(yīng)系統(tǒng)78，其從抽取點(diǎn)76接收排氣42、處理排氣42并接著向各個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)供應(yīng)或分配排氣42。目標(biāo)系統(tǒng)可包含eor系統(tǒng)18和/或其它系統(tǒng)，諸如管道86、儲(chǔ)罐88或固碳系統(tǒng)90。eg抽取系統(tǒng)80可包含一個(gè)或更多個(gè)管道、閥、控制裝置和流分離件，這促進(jìn)排氣42與氧化劑68、燃料70以及其它雜質(zhì)的隔離，同時(shí)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(gè)或更多個(gè)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(jié)過(guò)濾器、不透水過(guò)濾器以及其它過(guò)濾器)、化學(xué)品噴射系統(tǒng)、溶劑型處理系統(tǒng)(例如，吸收劑、閃蒸罐等)、碳捕集系統(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(jī)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(biāo)系統(tǒng)，被抽取排氣42通過(guò)eg處理系統(tǒng)82的一個(gè)或更多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行處理。例如，eg處理系統(tǒng)82可引導(dǎo)全部或部分排氣42通過(guò)碳捕集系統(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?xì)怏w(例如，二氧化碳)92和/或氮?dú)?n2)94以供各種目標(biāo)系統(tǒng)使用。例如，eg處理系統(tǒng)82的實(shí)施例可執(zhí)行氣體分離和凈化以產(chǎn)生排氣42的多個(gè)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?dú)?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?dú)?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?dú)?例如，貧co2富n2流)的第三成分。每個(gè)流95(例如，96、97和98)可包含氣體脫水單元、過(guò)濾器、氣體壓縮機(jī)或它們的任何組合，以促進(jìn)流95輸送到目標(biāo)系統(tǒng)。在某些實(shí)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。不過(guò)前述范圍僅僅是非限制性示例，富co2貧n2流96和貧co2富n2流98可特別適合與eor系統(tǒng)18和其它系統(tǒng)84一起使用。不過(guò)，這些富、貧或中間濃度co2流95中的任何一個(gè)可單獨(dú)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(chǔ)罐88、以及固碳系統(tǒng)90)中的每個(gè)可以接收一個(gè)或更多個(gè)富co2貧n2流96、一個(gè)或更多個(gè)貧co2富n2流98、一個(gè)或更多個(gè)中間濃度co2、n2流97、以及一個(gè)或更多個(gè)未處理的排氣42流(即，繞過(guò)eg處理系統(tǒng)82)。

eg抽取系統(tǒng)80沿壓縮機(jī)部、燃燒器部和/或渦輪機(jī)部在一個(gè)或更多個(gè)抽取點(diǎn)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)向eg處理系統(tǒng)54和從eg處理系統(tǒng)54循環(huán)流體流。例如，經(jīng)過(guò)eg處理系統(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(shí)施例中，eg供應(yīng)系統(tǒng)78和eg處理系統(tǒng)54可彼此獨(dú)立或集成在一起，并因此可使用單獨(dú)或共同的子系統(tǒng)。例如，eg處理系統(tǒng)82可被eg供應(yīng)系統(tǒng)78和eg處理系統(tǒng)54兩者使用。從eg處理系統(tǒng)54抽取的排氣42可經(jīng)歷多級(jí)氣體處理，諸如在eg處理系統(tǒng)54中的一個(gè)或更多個(gè)氣體處理級(jí)，接著是eg處理系統(tǒng)82中的一個(gè)或更多個(gè)氣體處理附加級(jí)。

在每個(gè)抽取點(diǎn)76處，由于在eg處理系統(tǒng)54中的基本上化學(xué)計(jì)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?xì)浠衔?。而且，根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)，被抽取排氣42可在eg供應(yīng)系統(tǒng)78的eg處理系統(tǒng)82中經(jīng)受進(jìn)一步處理，從而進(jìn)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?xì)浠衔?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(guò)進(jìn)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(wàn)份體積的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳?xì)浠衔?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(jī)系統(tǒng)52的egr運(yùn)行具體使能在多個(gè)位置76處的排氣抽取可行。例如，系統(tǒng)52的壓縮機(jī)部可被用于壓縮沒(méi)有任何氧化劑68的排氣66(即，只壓縮排氣66)，使得基本上無(wú)氧排氣42可在輸入氧化劑68和燃料70之前從壓縮機(jī)部和/或燃燒器部抽取。抽取點(diǎn)76可被定位在毗鄰壓縮機(jī)級(jí)之間的級(jí)間端口處、在沿壓縮機(jī)排氣套管的端口處、在沿燃燒器部中的每個(gè)燃燒器的端口處或它們的任何組合。在某些實(shí)施例中，排氣66可不與氧化劑68和燃料70混合，直到其到達(dá)燃燒器部中的每個(gè)燃燒器的蓋端部和/或燃料噴嘴。而且，一個(gè)或更多個(gè)流動(dòng)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(diǎn)76隔離。通過(guò)這些流動(dòng)隔板，抽取點(diǎn)76可沿燃燒器部中每個(gè)燃燒器的壁直接布置。

一旦排氣66、氧化劑68和燃料70流過(guò)該蓋端部(例如，通過(guò)燃料噴嘴)進(jìn)入每個(gè)燃燒器的燃燒部分(例如，燃燒腔室)中，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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(xué)計(jì)量燃燒。例如，系統(tǒng)52可保持約0.95到約1.05的當(dāng)量比。結(jié)果，在每個(gè)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(méi)有氧和未燃燒燃料。因此，燃燒產(chǎn)物(或排氣)可從segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的渦輪機(jī)部被抽取以用作被傳送到eor系統(tǒng)18的排氣42。沿渦輪機(jī)部，抽取點(diǎn)76可被設(shè)置在任何渦輪機(jī)級(jí)處，例如毗鄰渦輪機(jī)級(jí)之間的級(jí)間端口處。因此，通過(guò)使用任何前述抽取點(diǎn)76，基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14可生成排氣42、抽取排氣42并輸送排氣42到碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12(例如，eor系統(tǒng)18)以用于地下儲(chǔ)層20的油/氣48生產(chǎn)。

圖2為圖1系統(tǒng)10的實(shí)施例的示意圖，該圖示出被聯(lián)接到基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14和碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12的控制系統(tǒng)100。在所示出的實(shí)施例中，基于渦輪機(jī)的服務(wù)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?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52、作為底循環(huán)(bottomingcycle)的蒸汽渦輪機(jī)104、和hrsg56以從排氣60回收熱量以生成用于驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)104的蒸汽62。再者，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52接收、混合并化學(xué)計(jì)量燃燒排氣66、氧化劑68和燃料70(例如，預(yù)混合火焰和/或擴(kuò)散火焰)，從而產(chǎn)生排氣60、機(jī)械功率72、電力74和/或水64。例如，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52可驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)負(fù)載或機(jī)器106，諸如發(fā)電機(jī)、氧化劑壓縮機(jī)(例如，主空氣壓縮機(jī))、齒輪箱、泵、碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12的設(shè)備或它們的任何組合。在一些實(shí)施例中，機(jī)器106可包含其它驅(qū)動(dòng)件，諸如與segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52串聯(lián)的電動(dòng)馬達(dá)或蒸汽渦輪機(jī)(例如，蒸汽渦輪機(jī)104)。因此，由segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52(以及任何附加驅(qū)動(dòng)件)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器106的輸出可包含機(jī)械功率72和電力74。機(jī)械功率72和/或電力74可用于向碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12現(xiàn)場(chǎng)提供動(dòng)力，電力74可被分配到電網(wǎng)或它們的任何組合。機(jī)器106的輸出還可包含壓縮流體，諸如用于吸入到segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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(gè)(例如，排氣60、機(jī)械功率72、電力74和/或水64)可被認(rèn)為是基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的服務(wù)。

segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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處理系統(tǒng)54和/或eg供應(yīng)系統(tǒng)78。eg供應(yīng)系統(tǒng)78可處理排氣42(例如，流95)并將其輸送到碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12和/或其它系統(tǒng)84。如上所討論的，eg處理系統(tǒng)54可包含hrsg56和egr系統(tǒng)58。hrsg56可包含一個(gè)或更多個(gè)熱交換器、冷凝器和各種熱回收設(shè)備，該熱回收設(shè)備可被用于回收排氣60的熱或?qū)⒃摕醾鬟f給水108以生成用于驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)104的蒸汽62。類(lèi)似于segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52，蒸汽渦輪機(jī)104可驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)負(fù)載或機(jī)器106，從而生成機(jī)械功率72和電力74。在所示出的實(shí)施例中，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52和蒸汽渦輪機(jī)104被串聯(lián)布置以驅(qū)動(dòng)相同的機(jī)器106。不過(guò)，在另一些實(shí)施例中，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52和蒸汽渦輪機(jī)104可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)不同的機(jī)器106，以獨(dú)立生成機(jī)械功率72和/或電力74。在蒸汽渦輪機(jī)104被來(lái)自hrsg56的蒸汽62驅(qū)動(dòng)時(shí)，蒸汽62的溫度和壓力逐漸減小。因此，蒸汽渦輪機(jī)104將使用過(guò)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處理系統(tǒng)54的另一個(gè)部分可產(chǎn)生水64、與碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12一起使用的排氣42、以及用作至segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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(yīng)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(guān)于排氣60，eg處理系統(tǒng)54的實(shí)施例可被配置成通過(guò)egr系統(tǒng)58再循環(huán)排氣60，排氣60可經(jīng)過(guò)或不經(jīng)過(guò)hrsg56。

在所示出的實(shí)施例中，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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入口。沿著路徑110，排氣60經(jīng)過(guò)eg處理系統(tǒng)54，在所示出的實(shí)施例中，eg處理系統(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(gè)或更多個(gè)管道、閥、鼓風(fēng)機(jī)、氣體處理系統(tǒng)(例如，過(guò)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(xué)品噴射單元或它們的任何組合)。換句話說(shuō)，egr系統(tǒng)58可包含沿在系統(tǒng)52的排氣出口與排氣入口之間的排氣再循環(huán)路徑110的任何流控制部件、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(shí)施例中，hrsg56可被認(rèn)為是egr系統(tǒng)58的部件。不過(guò)，在某些實(shí)施例中，hrsg56可沿獨(dú)立于排氣再循環(huán)路徑110的排氣路徑設(shè)置。不管hrsg56是否沿著單獨(dú)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(yīng)系統(tǒng)78(例如，用于碳?xì)浠衔锷a(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?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52吸入、混合和化學(xué)計(jì)量燃燒排氣66、氧化劑68和燃料70(例如，預(yù)混合火焰和/或擴(kuò)散火焰)，以產(chǎn)生用于分配到eg處理系統(tǒng)54、碳?xì)浠衔锷a(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?qǐng)D1所指出的，碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12可包含各種設(shè)備，以促進(jìn)通過(guò)油/氣井26從地下儲(chǔ)層20回收或生產(chǎn)油/氣48。例如，碳?xì)浠衔锷a(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(shí)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(shí)施例可從基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14接收排氣42和蒸汽62。由基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14產(chǎn)生的排氣42和/或蒸汽62也可被傳送到碳?xì)浠衔锷a(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(zhì)量和流量可通過(guò)控制系統(tǒng)100來(lái)控制?？刂葡到y(tǒng)100可完全專(zhuān)用于基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14，或控制系統(tǒng)100也可以可選提供用于控制碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12和/或其它系統(tǒng)84的控制裝置(或促進(jìn)控制的至少某些數(shù)據(jù))。在所示出的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)100包含控制器118，其具有處理器120、存儲(chǔ)器122、蒸汽渦輪機(jī)控制裝置124、segr燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)控制裝置126和機(jī)器控制裝置128。處理器120可包含單一處理器或兩個(gè)或更多個(gè)冗余處理器，諸如用于控制基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的三重冗余處理器。存儲(chǔ)器122可包含易失性和/或非易失性存儲(chǔ)器。例如，存儲(chǔ)器122可包含一個(gè)或更多個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、閃存、只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(chǔ)在存儲(chǔ)器122中并可由處理器120執(zhí)行的各種指令或代碼?？刂蒲b置124被配置成控制蒸汽渦輪機(jī)104的運(yùn)行，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)控制裝置126被配置成控制系統(tǒng)52，以及機(jī)器控制裝置128被配置成控制機(jī)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(diào)基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的各種子系統(tǒng)，以向碳?xì)浠衔锷a(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(shí)施例中，在附圖中示出或在本文中描述的每個(gè)元件(例如，系統(tǒng)、子系統(tǒng)和部件)包含(例如，直接在這類(lèi)元件內(nèi)、在這類(lèi)元件上游或下游)一個(gè)或更多個(gè)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(luò)上連同控制器118一起是彼此通信聯(lián)接的。例如，與每個(gè)元件相關(guān)聯(lián)的控制裝置可包含專(zhuān)用裝置控制器(例如，包含處理器、存儲(chǔ)器和控制指令)、一個(gè)或更多個(gè)致動(dòng)器、閥、開(kāi)關(guān)和工業(yè)控制設(shè)備，其基于傳感器反饋130、來(lái)自控制器118的控制信號(hào)、來(lái)自用戶的控制信號(hào)或它們的任何組合進(jìn)行控制。因此，本文描述的任何控制功能可用控制指令實(shí)現(xiàn)，該控制指令由控制器118、與每個(gè)元件關(guān)聯(lián)的專(zhuān)用裝置控制器或它們的組合存儲(chǔ)和/或執(zhí)行。

為了促進(jìn)此類(lèi)控制功能，控制系統(tǒng)100包含在整個(gè)系統(tǒng)10中分布的一個(gè)或更多個(gè)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(gè)segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52、機(jī)器106、eg處理系統(tǒng)54、蒸汽渦輪機(jī)104、碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12中，或分布在整個(gè)基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14或碳?xì)浠衔锷a(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(dòng)力學(xué)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(jī)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(zhì)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(jìn)在segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52中的化學(xué)計(jì)量燃燒。例如，傳感器反饋130可包含來(lái)自沿氧化劑68的氧化劑供應(yīng)路徑的一個(gè)或更多個(gè)吸入氧化劑傳感器、沿燃料70的燃料供應(yīng)路徑的一個(gè)或更多個(gè)吸入燃料傳感器和沿排氣再循環(huán)路徑110和/或在segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52內(nèi)布置的一個(gè)或更多個(gè)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?xì)浠衔锏膫鞲衅?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(guò)使用這種反饋130，控制系統(tǒng)100可調(diào)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?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52(除了其它運(yùn)行參數(shù)以外)的進(jìn)氣流量，以將當(dāng)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(cè)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?xì)浠衔锖臀赐耆紵钠渌a(chǎn)物的濃度水平)和/或確定當(dāng)量比，并接著控制一個(gè)或更多個(gè)部件以調(diào)節(jié)排氣排放(例如，排氣42的濃度水平)和/或當(dāng)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(yīng)路徑的閥；氧化劑壓縮機(jī)、燃料泵或在eg處理系統(tǒng)54中的任何部件；segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的任何部件；或它們的任何組合。受控部件可調(diào)節(jié)(例如，增加、減少或保持)在segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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(dāng)量比)。受控部件也可包含一個(gè)或更多個(gè)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(yīng)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(guò)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(fēng)口路徑(例如，排放到大氣中)或到eg供應(yīng)系統(tǒng)78的抽取路徑的各種排氣排放。

在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)100可分析反饋130并控制一個(gè)或更多個(gè)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(biāo)范圍，諸如小于每百萬(wàn)份體積約10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000、5000或10000份(ppmv)。對(duì)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?xì)浠衔锖臀赐耆紵钠渌a(chǎn)物的濃度水平，這些目標(biāo)范圍可為相同或不同的。例如，根據(jù)當(dāng)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(biāo)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(biāo)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(biāo)范圍內(nèi)。在以大致化學(xué)計(jì)量當(dāng)量比運(yùn)行的某些實(shí)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(biāo)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(biāo)范圍內(nèi)。在以貧燃料當(dāng)量比(例如，在大約0.95到1.0之間)運(yùn)行的某些實(shí)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(biāo)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(biāo)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(biāo)范圍內(nèi)。前述目標(biāo)范圍僅僅是示例，并不旨在限制本公開(kāi)實(shí)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(yuǎn)程接口134。例如，本地接口132可包含現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置在基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14和/或碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12處的計(jì)算機(jī)工作站。相反，遠(yuǎn)程接口134可包含不在基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14和碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的計(jì)算機(jī)工作站，諸如通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接的計(jì)算機(jī)工作站。這些接口132和134諸如通過(guò)傳感器反饋130的一個(gè)或更多個(gè)圖形顯示、運(yùn)行參數(shù)等等促進(jìn)基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的監(jiān)測(cè)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(jìn)控制基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14。蒸汽渦輪機(jī)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(jī)104運(yùn)行。例如，蒸汽渦輪機(jī)控制裝置124可從hrsg56、機(jī)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(jī)械功率72和電力74的各個(gè)傳感器接收傳感器反饋130。同樣，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)控制裝置126可從沿segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52、機(jī)器106、eg處理系統(tǒng)54或它們的任何組合設(shè)置的一個(gè)或更多個(gè)傳感器接收傳感器反饋130。例如，傳感器反饋130可從設(shè)置在segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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(dòng)傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、燃料組成傳感器、排氣組成傳感器或它們的任何組合獲得。最終，機(jī)器控制裝置128可以從與機(jī)械功率72和電力74關(guān)聯(lián)的各個(gè)傳感器以及布置在機(jī)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(gè)控制裝置使用傳感器反饋130改善基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的運(yùn)行。

在所示出的實(shí)施例中，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)控制裝置126可執(zhí)行指令以控制在eg處理系統(tǒng)54、eg供應(yīng)系統(tǒng)78、碳?xì)浠衔锷a(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(zhì)量。例如，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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(shí)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(wàn)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(guò)進(jìn)一步示例，為了實(shí)現(xiàn)這些低水平的氧化劑(例如，氧)和/或未燃燒燃料，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)控制裝置126可將在segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52中燃燒的當(dāng)量比保持在約0.95和約1.05之間。segr燃?xì)鉁u輪機(jī)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適合用于排氣噴射eor系統(tǒng)112、管道86、儲(chǔ)罐88和固碳系統(tǒng)90的范圍內(nèi)。如上所述，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(gè)或更多個(gè)指令以將機(jī)械功率72保持在合適動(dòng)力范圍內(nèi)，或?qū)㈦娏?4保持在合適頻率和電力范圍內(nèi)。

圖3為系統(tǒng)10的實(shí)施例的示意圖，其進(jìn)一步示出與碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12和/或其它系統(tǒng)84一起使用的segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的細(xì)節(jié)。在所示出的實(shí)施例中，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52包含聯(lián)接到eg處理系統(tǒng)54的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)150。所示出的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)150包括壓縮機(jī)部152、燃燒室器154以及膨脹器部或渦輪機(jī)部156。壓縮機(jī)部152包含一個(gè)或更多個(gè)排氣壓縮機(jī)或壓縮機(jī)級(jí)158，諸如以串聯(lián)布置設(shè)置的1到20級(jí)旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)葉片。同樣，燃燒器部154包含一個(gè)或更多個(gè)燃燒器160，諸如圍繞segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的旋轉(zhuǎn)軸線162周向分布的1到20個(gè)燃燒器160。而且，每個(gè)燃燒器160可包含一個(gè)或更多個(gè)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(gè)燃燒器160的蓋端部166可容納1、2、3、4、5、6個(gè)或更多個(gè)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(yù)混合燃料噴嘴164(例如，其被配置成預(yù)混合氧化劑68和燃料70以用于生成氧化劑/燃料預(yù)混火焰)和/或擴(kuò)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(dú)的流以用于生成氧化劑/燃料擴(kuò)散火焰)的任何組合。預(yù)混合燃料噴嘴164的實(shí)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(yù)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(shí)施例中，每個(gè)擴(kuò)散燃料噴嘴164可隔離氧化劑68與燃料70的流直到噴射點(diǎn)，同時(shí)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(diǎn)。在另一些實(shí)施例中，每個(gè)擴(kuò)散燃料噴嘴164可隔離氧化劑68與燃料70的流直到噴射點(diǎn)，同時(shí)在噴射點(diǎn)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(lèi)型，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52可被控制以提供氧化劑68和燃料70的大致化學(xué)計(jì)量燃燒。

在使用擴(kuò)散燃料噴嘴164的擴(kuò)散燃燒實(shí)施例中，燃料70和氧化劑68通常不在擴(kuò)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(yīng)，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(dú)接近火焰表面(或擴(kuò)散邊界/界面)，并接著沿火焰表面(或擴(kuò)散邊界/界面)擴(kuò)散(例如，經(jīng)由分子和粘性擴(kuò)散)以生成擴(kuò)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(kuò)散邊界/界面)可以是大致化學(xué)計(jì)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(xué)計(jì)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(kuò)散火焰可基本上比預(yù)混火焰更加穩(wěn)定，因?yàn)槿剂?0和氧化劑68的擴(kuò)散幫助保持沿火焰表面的化學(xué)計(jì)量比(和更大溫度)。然而更大的火焰溫度也能夠?qū)е赂蟮呐艢馀欧?，諸如nox排放，所公開(kāi)的實(shí)施例使用一種或更多種稀釋劑幫助控制溫度和排放，同時(shí)還避免燃料70和氧化劑68的任何預(yù)混合。例如，所公開(kāi)的實(shí)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(kāi)(例如，在燃燒點(diǎn)之后和/或擴(kuò)散火焰的下游)，從而幫助降低溫度和減少由擴(kuò)散火焰產(chǎn)生的排放(例如，nox排放)。

如圖所示，在運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)部152接收并壓縮來(lái)自eg處理系統(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(gè)燃燒器160。在燃料60、氧化劑68和排氣170在每個(gè)燃燒器160內(nèi)燃燒時(shí)，附加排氣或燃燒產(chǎn)物172(即，燃燒氣體)被傳送到渦輪機(jī)部156。類(lèi)似于壓縮機(jī)部152，渦輪機(jī)部156包含一個(gè)或更多個(gè)渦輪機(jī)或渦輪機(jī)級(jí)174，其可包含一系列轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪機(jī)葉片。這些渦輪機(jī)葉片接著被在燃燒器部154中所生成的燃燒產(chǎn)物172驅(qū)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到機(jī)器106的軸176的轉(zhuǎn)動(dòng)。再者，機(jī)器106可包含聯(lián)接到segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的任一端的各種設(shè)備，諸如聯(lián)接到渦輪機(jī)部156的機(jī)器106、178和/或聯(lián)接到壓縮機(jī)部152的機(jī)器106、180。在某些實(shí)施例中，機(jī)器106、178、180可包含一個(gè)或更多個(gè)發(fā)電機(jī)、用于氧化劑68的氧化劑壓縮機(jī)、用于燃料70的燃料泵、齒輪箱或聯(lián)接到segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的附加驅(qū)動(dòng)件(例如，蒸汽渦輪機(jī)104、電動(dòng)馬達(dá)等)。非限制性示例在下面參照表格1進(jìn)一步詳細(xì)論述。如圖所示，渦輪機(jī)部156輸出排氣60以沿排氣再循環(huán)路徑110從渦輪機(jī)部156的排氣出口182再循環(huán)到排氣入口184進(jìn)入壓縮機(jī)部152。如上面所詳細(xì)論述的，沿著排氣再循環(huán)路徑110，排氣60經(jīng)過(guò)eg處理系統(tǒng)54(例如，hrsg56和/或egr系統(tǒng)58)。

再者，在燃燒器部154中的每個(gè)燃燒器160接收、混合并化學(xué)計(jì)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(qū)動(dòng)渦輪機(jī)部156。在某些實(shí)施例中，氧化劑68被氧化劑壓縮系統(tǒng)186(諸如，具有一個(gè)或更多個(gè)氧化劑壓縮機(jī)(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(qū)動(dòng)件190的氧化劑壓縮機(jī)188。例如，驅(qū)動(dòng)件190可包含電動(dòng)馬達(dá)、燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或它們的任何組合。在某些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)件190可為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)150。因此，氧化劑壓縮系統(tǒng)186可為機(jī)器106的一體部分。換句話說(shuō)，壓縮機(jī)188可由被燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)150的軸176供應(yīng)的機(jī)械功率72直接或間接驅(qū)動(dòng)。在此實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)件190可被排除，因?yàn)閴嚎s機(jī)188依賴渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)150的功率輸出。不過(guò)，在采用不止一個(gè)氧化劑壓縮機(jī)的某些實(shí)施例中，第一氧化劑壓縮機(jī)(例如，低壓(lp)氧化劑壓縮機(jī))可被驅(qū)動(dòng)件190驅(qū)動(dòng)，而軸176驅(qū)動(dòng)第二氧化劑壓縮機(jī)(例如，高壓(hp)氧化劑壓縮機(jī))，或反之亦然。例如，在另一實(shí)施例中，hpmoc被驅(qū)動(dòng)件190驅(qū)動(dòng)，以及l(fā)p氧化劑壓縮機(jī)被軸176驅(qū)動(dòng)。在所示出的實(shí)施例中，氧化劑壓縮系統(tǒng)186與機(jī)器106分隔開(kāi)。在這些實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例中，壓縮系統(tǒng)186壓縮氧化劑68并將該氧化劑供應(yīng)給燃料噴嘴164和燃燒器160。因此，機(jī)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(jī)188和/或附加壓縮機(jī))的運(yùn)行效率。

由元件編號(hào)106a、106b、106c、106d、106e和106f所指示的機(jī)器106的各個(gè)部件可在一個(gè)或更多個(gè)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(shè)置。例如，機(jī)器106、178、180(例如，106a到106f)可包含下列設(shè)備以任何次序的任何串聯(lián)和/或并聯(lián)布置，該設(shè)備包括：一個(gè)或更多個(gè)齒輪箱(例如，平行軸、行星齒輪箱)、一個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)(例如，氧化劑壓縮機(jī)、增壓壓縮機(jī)，諸如eg增壓壓縮機(jī)的增壓壓縮機(jī))、一個(gè)或更多個(gè)發(fā)電單元(例如，發(fā)電機(jī))、一個(gè)或更多個(gè)驅(qū)動(dòng)件(例如，蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)馬達(dá))、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(jī)可包含軸向壓縮機(jī)、徑向或離心壓縮機(jī)或它們的任何組合，每種壓縮機(jī)具有一個(gè)或更多個(gè)壓縮級(jí)。關(guān)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?chē)娚涞綒怏w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(kāi)的至少一個(gè)壁(例如，管殼式熱交換器)，諸如與冷卻劑流(例如，水、空氣、制冷劑或任何其它液態(tài)或氣態(tài)冷卻劑)分隔開(kāi)的流體流(例如，氧化劑流)，其中，冷卻劑流與流體流沒(méi)有任何直接接觸地傳遞流體流的熱。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(jìn)一步詳細(xì)論述的，這些機(jī)器部件中的每個(gè)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(jī)器106、178、180可被配置成通過(guò)例如調(diào)節(jié)在系統(tǒng)186中的一個(gè)或更多個(gè)氧化劑壓縮機(jī)的運(yùn)行速度、通過(guò)冷卻和/或抽取過(guò)剩電力促進(jìn)氧化劑68的壓縮來(lái)增加壓縮系統(tǒng)186的效率。本公開(kāi)的實(shí)施例旨在包含在機(jī)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(gè)、不止一個(gè)、全部部件或沒(méi)有任何部件從軸176獲得動(dòng)力。如下面所示，表格1示出靠近壓縮機(jī)和渦輪機(jī)部152、156設(shè)置和/或聯(lián)接到該壓縮機(jī)和該渦輪機(jī)部的機(jī)器106、178、180的布置的一些非限制性示例。

表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(qū)動(dòng)件被表示為drv，齒輪箱被表示為gbx，發(fā)電機(jī)被表示為gen，加熱單元被表示為htr，主氧化劑壓縮機(jī)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(jī)器106、178、180依次朝著壓縮機(jī)部152或渦輪機(jī)部156，但是表格1也旨在覆蓋機(jī)器106、178、180的相反次序。在表格1中，包含兩個(gè)或更多個(gè)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(jī)器106、178、180的任何未示出的排列。機(jī)器106、178、180的這些部件可使能發(fā)送到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)150的氧化劑68的溫度、壓力和流率的反饋控制可行。如下面所進(jìn)一步詳細(xì)論述的，氧化劑68和燃料70可被供應(yīng)給處于被具體選擇以促進(jìn)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(zhì)量降低的位置處的燃?xì)鉁u輪機(jī)150。

如圖3所示，eg供應(yīng)系統(tǒng)78被設(shè)置在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)150與目標(biāo)系統(tǒng)(例如，碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12和其它系統(tǒng)84)之間。具體地，eg供應(yīng)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(jī)部152、燃燒器部154和/或渦輪機(jī)部156的一個(gè)或更多個(gè)抽取點(diǎn)76處的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)150。例如，抽取點(diǎn)76可被定位在毗鄰的壓縮機(jī)級(jí)之間，諸如在壓縮機(jī)級(jí)之間的2、3、4、5、6、7、8、9或10個(gè)級(jí)間抽取點(diǎn)76。這些級(jí)間抽取點(diǎn)76中的每個(gè)提供被抽取排氣42的不同溫度和壓力。類(lèi)似地，抽取點(diǎn)76可被定位在毗鄰的渦輪機(jī)級(jí)之間，諸如在渦輪機(jī)級(jí)之間的2、3、4、5、6、7、8、9或10個(gè)級(jí)間抽取點(diǎn)76。這些級(jí)間抽取點(diǎn)76中的每個(gè)提供被抽取排氣42的不同溫度和壓力。通過(guò)進(jìn)一步示例，抽取點(diǎn)76可被定位在整個(gè)燃燒器部154的多個(gè)位置，其可提供不同溫度、壓力、流率和氣體組成。這些抽取點(diǎn)76中的每個(gè)可包含eg抽取導(dǎo)管、一個(gè)或更多個(gè)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(yīng)系統(tǒng)78的流。

通過(guò)eg供應(yīng)系統(tǒng)78分配的被抽取排氣42具有適合于目標(biāo)系統(tǒng)(例如，碳?xì)浠衔锷a(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(diǎn)76中的每個(gè)處，排氣170可與氧化劑68和燃料70的噴射點(diǎn)(或流)基本隔離。換句話說(shuō)，eg供應(yīng)系統(tǒng)78可被具體設(shè)計(jì)成從燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)150抽取排氣170而沒(méi)有任何添加的氧化劑68或燃料70。而且，鑒于在每個(gè)燃燒器160的化學(xué)計(jì)量燃燒，被抽取排氣42可以是基本上不含氧和燃料。eg供應(yīng)系統(tǒng)78可將被抽取排氣42直接或間接傳送到碳?xì)浠衔锷a(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(chǔ)或運(yùn)輸?shù)椒乾F(xiàn)場(chǎng)位置。不過(guò)，在某些實(shí)施例中，eg供應(yīng)系統(tǒng)78包含在與目標(biāo)系統(tǒng)一起使用之前，用于進(jìn)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(dú)使用，或與碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12和其它系統(tǒng)84(例如，管道86、儲(chǔ)罐88以及固碳系統(tǒng)90)的任何組合一起使用。

類(lèi)似于在eg供應(yīng)系統(tǒng)78中執(zhí)行的排氣處理，eg處理系統(tǒng)54可包含多個(gè)排氣(eg)處理部件192，例如通過(guò)元件編號(hào)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(gè)或更多個(gè)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設(shè)置。例如，eg處理部件192(例如，194到210)可包含下列設(shè)備以任何次序的任何串聯(lián)和/或平行布置，所述設(shè)備包括：一個(gè)或更多個(gè)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(jié)過(guò)濾器、不透水過(guò)濾器以及其它過(guò)濾器)、化學(xué)品噴射系統(tǒng)、溶劑型處理系統(tǒng)(例如，吸收劑、閃蒸罐等)、碳捕集系統(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(shí)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(kāi)實(shí)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2

如上面表格2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(fēng)機(jī)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(jī)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(guò)濾器被表示為fil，凝聚過(guò)濾器被表示為cfil，不透水過(guò)濾器被表示為wfil，慣性分離器被表示為iner，以及稀釋劑供應(yīng)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(jī)部156的排氣出口182朝壓縮機(jī)部152的排氣入口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(gè)或更多個(gè)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(shí)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可實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流率和氣體成分的反饋控制，同時(shí)也從排氣60去除水分和微粒。而且，被處理排氣60可在一個(gè)或更多個(gè)抽取點(diǎn)76處被抽取以用于eg供應(yīng)系統(tǒng)78和/或被再循環(huán)到壓縮機(jī)部152的排氣入口184。

在被處理時(shí)，再循環(huán)排氣66經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)部152，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52可沿一個(gè)或更多個(gè)管道212(例如，放氣導(dǎo)管或旁通導(dǎo)管)排出被壓縮排氣的一部分。每個(gè)管道212可將排氣傳送到一個(gè)或更多個(gè)熱交換器214(例如，冷卻單元)中，從而冷卻再循環(huán)回到segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52中的排氣。例如，在經(jīng)過(guò)熱交換器214后，被冷卻排氣的一部分可沿管道212被傳送到渦輪機(jī)部156，以用于冷卻和/或密封渦輪機(jī)套管、渦輪機(jī)外罩、軸承和其它部件。在此實(shí)施例中，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52不傳送任何氧化劑68(或其它潛在污染物)通過(guò)渦輪機(jī)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(guò)渦輪機(jī)部156的渦輪機(jī)級(jí)并驅(qū)動(dòng)該渦輪機(jī)級(jí)的熱燃燒產(chǎn)物(例如，工作排氣)。通過(guò)進(jìn)一步示例，在經(jīng)過(guò)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(dǎo)管)被傳送到壓縮機(jī)部152的上游壓縮機(jī)級(jí)，從而提高通過(guò)壓縮機(jī)部152壓縮的效率。在此實(shí)施例中，熱交換器214可被配置為壓縮機(jī)部152的級(jí)間冷卻單元。以此方式，被冷卻排氣幫助增加segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的運(yùn)行效率，同時(shí)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(guò)程220的實(shí)施例的流程圖。在某些實(shí)施例中，過(guò)程220可為計(jì)算機(jī)實(shí)施的過(guò)程，該過(guò)程存取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122上的一個(gè)或更多個(gè)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(guò)程220中的每個(gè)步驟可包含參照?qǐng)D2所述的控制系統(tǒng)100的控制器118可執(zhí)行的指令。

過(guò)程220可通過(guò)初始化圖1至圖3的segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的啟動(dòng)模式開(kāi)始，如塊222所指示的。例如，該啟動(dòng)模式可包括segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的逐步傾斜上升，以保持在可接受閾值內(nèi)的熱梯度、振動(dòng)和間隙(例如，在旋轉(zhuǎn)與靜止部件之間)。例如，在啟動(dòng)模式222期間，過(guò)程220可開(kāi)始向燃燒器部154的燃燒器160和燃料噴嘴164供應(yīng)壓縮后的氧化劑68，如塊224所指示的。在某些實(shí)施例中，壓縮后的氧化劑可包含壓縮空氣、氧、富氧空氣、氧減少的空氣、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(dòng)模式222期間，過(guò)程220也可開(kāi)始向燃燒器160和燃料噴嘴164供應(yīng)燃料，如塊226所指示的。在啟動(dòng)模式222期間，過(guò)程220也可開(kāi)始向燃燒器160和燃料噴嘴164供應(yīng)(可用時(shí))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(kuò)散火焰、預(yù)混合火焰或擴(kuò)散火焰與預(yù)混合火焰的組合。在啟動(dòng)模式222期間，通過(guò)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)156生成的排氣60在數(shù)量和/或質(zhì)量上可能是不足或不穩(wěn)定的。因此，在啟動(dòng)模式期間，過(guò)程220可從一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)單元(例如，儲(chǔ)罐88)、管道86、其它segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52或其它排氣源供應(yīng)排氣66。

接著，過(guò)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(guò)程220可通過(guò)圖2的控制系統(tǒng)100進(jìn)行控制，以促進(jìn)在燃燒器部154的燃燒器160中的混合物的化學(xué)計(jì)量燃燒(例如，化學(xué)計(jì)量擴(kuò)散燃燒、預(yù)混合燃燒或兩者)。不過(guò)，在啟動(dòng)模式222期間，保持混合物的化學(xué)計(jì)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(dòng)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(jìn)一步詳細(xì)論述的。為此，過(guò)程220可在啟動(dòng)模式期間，執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)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(guò)程220用熱燃燒氣體172驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)部156，如塊232所指示的。例如，熱燃燒氣體172可驅(qū)動(dòng)被設(shè)置在渦輪機(jī)部156內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)渦輪機(jī)級(jí)174。在渦輪機(jī)部156的下游，過(guò)程220可處理來(lái)自最后渦輪機(jī)級(jí)174的排氣60，如塊234所指示的。例如，排氣處理234可包含對(duì)任何殘留氧化劑68和/或燃料70的過(guò)濾、催化反應(yīng)、利用hrsg56的化學(xué)處理、熱回收等等。過(guò)程220也可將排氣60的至少一些再循環(huán)回到segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52的壓縮機(jī)部152，如塊236所指示的。例如，排氣再循環(huán)236可包括經(jīng)過(guò)具有eg處理系統(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可繼而在壓縮機(jī)部152中被壓縮，如塊238所指示的。例如，segr燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)52可在壓縮機(jī)部152的一個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)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(yīng)給燃燒器160和燃料噴嘴164，如塊228所指示的。接著可重復(fù)步驟230、232、234、236和238，直到過(guò)程220最終轉(zhuǎn)變到穩(wěn)態(tài)模式，如塊240所指示的。在轉(zhuǎn)變240之后，過(guò)程220可繼續(xù)執(zhí)行步驟224到238，但是也可開(kāi)始經(jīng)由eg供應(yīng)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(jī)部152、燃燒器部154和渦輪機(jī)部156的一個(gè)或更多個(gè)抽取點(diǎn)76抽取，如圖3所示。過(guò)程220可繼而從eg供應(yīng)系統(tǒng)78向碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12供應(yīng)被抽取排氣42，如塊244所指示的。碳?xì)浠衔锷a(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。

在某些實(shí)施例中，如圖5中所示，eg再循環(huán)回路可經(jīng)由eg處理系統(tǒng)54提供，eg處理系統(tǒng)54適于從渦輪機(jī)部156接收排氣、增加egr回路壓力并調(diào)節(jié)允許進(jìn)入壓縮機(jī)部152的排氣。在所示實(shí)施例中，eg處理系統(tǒng)54可包括hrsg56、鼓風(fēng)機(jī)580(及適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)系統(tǒng))和egr冷卻器582。注意，其他部件(如圖3中所示的部件194、196、198、200、202、204、206、和/或210)可包括在eg處理系統(tǒng)54的所示實(shí)施例中。另外，所示實(shí)施例可包括中間冷卻器系統(tǒng)584，其耦合至增壓空氣壓縮機(jī)188，增壓空氣壓縮機(jī)188可用來(lái)進(jìn)一步增壓從機(jī)器106、180遞送的氧化劑。由于圖5包括如上面在圖1-3中描述的類(lèi)似部件，所以類(lèi)似部件用類(lèi)似標(biāo)號(hào)表示。鼓風(fēng)機(jī)580可包括適于動(dòng)態(tài)重新配置例如鼓風(fēng)機(jī)葉片的俯仰角的系統(tǒng)586。因此，由鼓風(fēng)機(jī)580影響的eg再循環(huán)回路內(nèi)的壓力可通過(guò)改變?nèi)~片俯仰角586來(lái)調(diào)節(jié)。同樣，包括在機(jī)器106、180中的某些壓縮機(jī)和壓縮機(jī)部152可包括類(lèi)似可調(diào)節(jié)葉片(如，入口導(dǎo)向葉片)588、590，其分別用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)壓縮性能。

多個(gè)傳感器600(s)可通信地耦合至控制系統(tǒng)100，且傳感器反饋130可由控制系統(tǒng)100使用來(lái)提供致動(dòng)信號(hào)602。致動(dòng)信號(hào)602然后可由控制系統(tǒng)100使用來(lái)致動(dòng)多個(gè)致動(dòng)器604(a)。傳感器600可包括例如壓力和溫度傳感器，其適于測(cè)量從路徑110進(jìn)入的排氣的壓力和溫度?？稍趀g處理系統(tǒng)54中的各個(gè)位置處測(cè)量附加壓力和溫度，如在再循環(huán)路徑592中的hrsg56、鼓風(fēng)機(jī)580、再循環(huán)路徑594、egr冷卻器582。除了測(cè)量排氣溫度和壓力外，傳感器600還可測(cè)量所示的各種部件的性質(zhì)，包括在eg處理系統(tǒng)54中的各個(gè)位置處的排氣組分、葉片位置586,588,590(如，葉片角度)、鼓風(fēng)機(jī)580壓力、鼓風(fēng)機(jī)580轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)580溫度、鼓風(fēng)機(jī)580流率、egr冷卻器溫度和壓力等。

傳感器600可另外地或可替代地包括直接或間接用于得到燃燒當(dāng)量比phi和/或燃燒產(chǎn)物的傳感器。例如，可使用lambda儀表和/或氧傳感器，其適于測(cè)量在燃?xì)鉁u輪機(jī)52(如，燃料噴嘴164、燃燒部分168)中燃燒燃料70和氧化劑68之前、期間以及之后的氧氣的比例。lambda傳感器可確定例如實(shí)時(shí)氧化劑/燃料比(如，氧氣燃料比或空燃比)，其用于實(shí)時(shí)得到phi。傳感器600可另外地或可替代地包括光譜學(xué)傳感器(如，光學(xué)光譜傳感器、基于激光的傳感器、波導(dǎo)光柵傳感器)、色層分析傳感器等，其用于確定燃料70、氧化劑68和/或燃燒產(chǎn)物(如，氮氧化物，未燃燒的烴，二氧化碳，碳產(chǎn)物，水等)的化學(xué)組成。傳感器600可另外地包括燃料傳感器、流傳感器、壓力傳感器、間隙傳感器(如，旋轉(zhuǎn)部件和固定部件之間的距離)、濕度傳感器、和/或溫度傳感器。

致動(dòng)器604可包括用于調(diào)節(jié)葉片586、588、590的致動(dòng)器(如，葉片俯仰致動(dòng)器)。致動(dòng)器也可包括閥、線性運(yùn)動(dòng)致動(dòng)器、非線性運(yùn)動(dòng)致動(dòng)器、定位器、開(kāi)關(guān)等，其適于控制各種所示部件。因此，燃料70和氧化劑68可通過(guò)燃料噴嘴164被供應(yīng)，且如上所述，氧化劑68可另外地由被驅(qū)動(dòng)件190驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)188壓縮并且被燃燒，從而提供功率和其他產(chǎn)物(如，氣體)，其可由eg供應(yīng)系統(tǒng)78用于例如進(jìn)一步處理并提供至hc生產(chǎn)系統(tǒng)12用于碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)物。

控制系統(tǒng)100可使用由傳感器600提供的信號(hào)來(lái)例如經(jīng)由致動(dòng)器604控制各種所示系統(tǒng)。關(guān)于eg處理系統(tǒng)54，且更具體地，鼓風(fēng)機(jī)580，控制系統(tǒng)100可使離開(kāi)eg處理系統(tǒng)54并進(jìn)入壓縮機(jī)部152的排氣能夠在期望壓力。確實(shí)，離開(kāi)eg處理系統(tǒng)54的流體壓力(如，排氣壓力)可通過(guò)使用例如負(fù)載信號(hào)而被控制，該負(fù)載信號(hào)諸如由控制系統(tǒng)100基于渦輪機(jī)部156、eg供應(yīng)系統(tǒng)78、hc生產(chǎn)系統(tǒng)12或其他所示系統(tǒng)得到的負(fù)載信號(hào)(如，渦輪機(jī)部156的兆瓦級(jí)信號(hào)、來(lái)自eg供應(yīng)系統(tǒng)78的產(chǎn)品氣產(chǎn)物的體積、來(lái)自hc生產(chǎn)系統(tǒng)12的碳?xì)浠衔锏捏w積，等)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)100可例如通過(guò)改變?nèi)~片586的角度來(lái)調(diào)節(jié)離開(kāi)eg處理系統(tǒng)54的流體壓力。增加葉片角度可增加壓力，而減小葉片角度可減小壓力。

燃料70和/或氧化劑68的流率可由控制系統(tǒng)100(如，通過(guò)控制器118)調(diào)節(jié)以提供某些期望的燃料/氧化劑比或當(dāng)量比、(如，大致化學(xué)計(jì)量燃燒的0.95至1.05)、燃燒動(dòng)態(tài)測(cè)量、溫度、壓力、流量等。例如，控制器118可控制致動(dòng)器604來(lái)化學(xué)計(jì)量燃燒燃料70和氧化劑68連同再循環(huán)的排氣(在抽取點(diǎn)76處抽取的)中的至少一些，并捕集排氣供應(yīng)系統(tǒng)78中的排氣用于各種目標(biāo)系統(tǒng)中，如，碳?xì)浠衔锷a(chǎn)系統(tǒng)12。燃燒發(fā)生在燃燒器168中，導(dǎo)致由渦輪機(jī)部156產(chǎn)生軸扭矩。渦輪機(jī)部156可機(jī)械地由一個(gè)或更多個(gè)軸176耦合至壓縮機(jī)部152，從而驅(qū)動(dòng)軸176轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，軸176可機(jī)械地耦合至機(jī)器106、180并驅(qū)動(dòng)機(jī)器106、180。由渦輪機(jī)部156提供的排氣110然后可被提供至eg處理系統(tǒng)54。hrsg56可使用排氣中的能量來(lái)產(chǎn)生可用于進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載(如，蒸汽渦輪機(jī))的蒸汽。排氣然后可通過(guò)路徑592進(jìn)行到鼓風(fēng)機(jī)586。如下面關(guān)于圖7更詳細(xì)描述的，鼓風(fēng)機(jī)586可調(diào)節(jié)排氣壓力至期望壓力，其用于更優(yōu)化地操作渦輪機(jī)系統(tǒng)52。排氣然后可通過(guò)路徑594行進(jìn)以被egr冷卻器冷卻，因此在重新允許進(jìn)入壓縮機(jī)152之前降低排氣溫度。

在某些實(shí)施例中，如圖6中所示，控制器118可執(zhí)行基于模型的控制(mbc)系統(tǒng)606，其可包括與非mbc控制技術(shù)結(jié)合的mbc控制技術(shù)(如，比例、積分、微分控制技術(shù))?？刂破?18還可包括具有三個(gè)處理核心(如，r、s、t核心)的三重模塊冗余(tmr)控制器，可用于提高控制系統(tǒng)100的可靠性。在一些實(shí)施例中，此類(lèi)tmr系統(tǒng)可使用冗余控制器之間的狀態(tài)表決算法來(lái)確定被監(jiān)控和控制的系統(tǒng)52、54的適當(dāng)狀態(tài)或動(dòng)作。控制器118可保持r、s、t核心之間的“表決”以確定下一動(dòng)作(如，步驟)從而基于每個(gè)核心的狀態(tài)信息進(jìn)入控制邏輯。多數(shù)表決確定所選動(dòng)作。例如，在使用狀態(tài)表決算法時(shí)，具有相同狀態(tài)的核心中的兩個(gè)(如，r、t)可“勝過(guò)”具有不同狀態(tài)的第三核心(如，s)。以此方式，控制系統(tǒng)100可依靠控制器118來(lái)提供被監(jiān)控和控制的系統(tǒng)52、54的更可靠的狀態(tài)(和動(dòng)作)。mbc系統(tǒng)606可設(shè)置為存儲(chǔ)在非易失性介質(zhì)(如，存儲(chǔ)器122)中并可由處理器120執(zhí)行的計(jì)算機(jī)指令或代碼。

如上所提到的，系統(tǒng)606可包括使用非mbc技術(shù)(如，比例(p)控制、積分(i)控制、微分(d)控制或其組合)的部。因此，當(dāng)示出pid控制器610時(shí)，可使用其他控制器技術(shù)(如，pi、p、i、d等)。在使用中，傳感器600可提供數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)諸如表示渦輪機(jī)部156的兆瓦級(jí)信號(hào)、來(lái)自eg供應(yīng)系統(tǒng)78的產(chǎn)品氣的產(chǎn)物體積、hc生產(chǎn)系統(tǒng)12的碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生的體積等的負(fù)載數(shù)據(jù)612。計(jì)劃(schedule)系統(tǒng)614可存儲(chǔ)一個(gè)或更多個(gè)計(jì)劃616，其可用于基于負(fù)載數(shù)據(jù)612得到葉片參考618。例如，計(jì)劃616可為基于圖表的計(jì)劃，如圖所示，其依循圖表或曲線將負(fù)載數(shù)據(jù)612映射到葉片參考618。例如，計(jì)劃616可為二維曲線或函數(shù)，其中，第一軸線具有負(fù)載值，且第二軸線具有葉片參考值618。因此，給定負(fù)載值612，曲線或函數(shù)可提供相應(yīng)的葉片參考值618。

葉片參考值618可提供可調(diào)節(jié)葉片586的期望俯仰。即，參考618包括可調(diào)節(jié)葉片586的期望俯仰值。比較器620可比較葉片參考618與葉片反饋622，以得到差值624。差值624然后作為輸入提供至pid控制器610。如上所述，在其他實(shí)施例中，p控制器、i控制器、d控制器或其組合可另外或可替代地用于pid控制器610。pid控制器610然后可得到信號(hào)或葉片命令626，其適于將可調(diào)節(jié)葉片586定位在例如期望的俯仰角。

mbc系統(tǒng)606包括用于提高基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的壽命并優(yōu)化其操作的技術(shù)。因此，不是使用葉片命令626直接控制可調(diào)節(jié)葉片586，而是葉片命令626可由最小值選擇器系統(tǒng)628進(jìn)一步處理，如圖所示。最小值選擇器系統(tǒng)628可接收其他值630、632、634和636作為輸入，如在下面更詳細(xì)描述的，并選擇全部輸入的值626、630、632、634和636中的最小的。這些值中選定的最小值638(如，基于限制的值)然后可傳遞至葉片定位系統(tǒng)640，葉片定位系統(tǒng)640然后可將所選值638轉(zhuǎn)換為適于致動(dòng)可調(diào)節(jié)葉片586以將可調(diào)節(jié)葉片586定位在期望角度644的信號(hào)642。

如上所提到的，最小值選擇系統(tǒng)628接收多個(gè)輸入626、630、632、634和636，并從這些輸入中選擇最小值。在所示實(shí)施例中，選擇輸入626、630、632、634和636以遵循機(jī)器的某些限制，如，基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的及其部件的限制。例如，當(dāng)pid控制器610可命令626高葉片角度時(shí)，最小值選擇系統(tǒng)可選擇更小的值638，其適于提高基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的壽命。在所示實(shí)施例中，值630和632可為分別由控制器646和648得到的直接限制。直接限制可為基于材料的熔點(diǎn)、材料的膨脹限制(如，期望膨脹多少)、摩擦限制等的限制。即，基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14可包括某些限制，如，排氣溫度限制650(如，離開(kāi)渦輪機(jī)52的排氣、進(jìn)入hrsg56的排氣)和壓縮機(jī)排出(compressordischarge)(cd)溫度限制652(如，壓縮機(jī)152排出溫度)，其可直接從例如由基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的各種部件容忍的溫度得出。因此，排氣溫度測(cè)量值654和壓縮機(jī)排出溫度測(cè)量值656可經(jīng)由傳感器600捕集并提供至控制器646和648?？刂破?46和648然后可比較測(cè)量值654、656與限制650、652，并得到值630、632以遵循限制650、652。例如，如果值654、656超過(guò)限制650、652，則值630、632可得出為等于限制650、652。

值634和636可為間接限制(如，基于模型的限制)，其例如通過(guò)使用再循環(huán)燃?xì)鉁u輪機(jī)模型控制器658(如，燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的基于物理的模型，包括燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的熱力學(xué)模型)計(jì)算得出。模型控制器658可使用一個(gè)或更多個(gè)模型660，包括第一原理模型(如，化學(xué)模型、熱力學(xué)模型、和/或基于物理的模型)，其適于對(duì)基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14建模，包括但不限于化學(xué)計(jì)量燃燒。模型660可另外包括基于物理的模型，如，熱力學(xué)模型、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(cfd)模型、有限元分析(fea)模型、固體模型(如，參數(shù)和非參數(shù)建模)、和/或3維至2維fea映射模型，其可用于預(yù)測(cè)燃燒產(chǎn)物、化學(xué)計(jì)量比和/或進(jìn)入/離開(kāi)eg處理系統(tǒng)54的排氣的類(lèi)型和特征。

模型660還可包括人工智能(ai)模型，如，專(zhuān)家系統(tǒng)(如，正向鏈接專(zhuān)家系統(tǒng)、反向鏈接專(zhuān)家系統(tǒng))、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯系統(tǒng)、狀態(tài)向量機(jī)(svm)、歸納推理系統(tǒng)、貝葉斯推理系統(tǒng)、或其組合。模型660還可另外包括統(tǒng)計(jì)模型，如，回歸分析模型、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)模型(如，聚類(lèi)模型、分類(lèi)模型、關(guān)聯(lián)模型)等，其用于更精確地得到燃燒產(chǎn)物(如，co、co2、nox、sox、未燃燒燃料、殘余o2等)和/或化學(xué)計(jì)量比。本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過(guò)分析基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14及其部件的設(shè)計(jì)和/或構(gòu)成創(chuàng)建適于接收某些測(cè)量值作為輸入的可執(zhí)行模型、基于該測(cè)量值得到基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的物理行為以及提供建模的物理行為的某些屬性(如，馬赫數(shù)、扭矩值)作為輸出來(lái)創(chuàng)建模型660。

在所示實(shí)施例中，基于模型的控制器658可接收排氣溫度測(cè)量值654、壓縮機(jī)排放溫度測(cè)量值656、壓縮機(jī)排放壓力662、和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速664(如，軸176的轉(zhuǎn)速)作為輸入?；谀Ｐ偷目刂破?58然后可執(zhí)行模型660中的一個(gè)或更多個(gè)以得到基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14及其部件(如，壓縮機(jī)部152、燃燒器168、渦輪機(jī)部156)的物理行為。因此，馬赫數(shù)666和扭矩668(如，可經(jīng)由軸176施加的扭矩)可由基于模型的控制器658基于輸入654、656、662、664得到。注意，除了或替代輸入654、656、662、664，其他輸入也可用于模型660。例如，質(zhì)量流率、間隙測(cè)量值(如，旋轉(zhuǎn)和固定部件之間的距離)、其他溫度測(cè)量值(基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14及其部件的其他位置的測(cè)量值)、其他壓力測(cè)量值(基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14及其部件的其他位置的測(cè)量值)、燃料化學(xué)組分、火焰類(lèi)型、火焰組分等。

馬赫數(shù)666和扭矩668然后可由例如馬赫限制控制器670且由扭矩限制控制器672分別進(jìn)一步處理。如果馬赫限制控制器670發(fā)現(xiàn)馬赫數(shù)666超過(guò)馬赫限制674，則馬赫限制控制器670將產(chǎn)生間接限制控制信號(hào)634以便確保實(shí)際的基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的馬赫數(shù)不超過(guò)馬赫限制674。同樣，如果扭矩限制控制器672發(fā)現(xiàn)扭矩668超過(guò)扭矩限制676，則扭矩限制控制器672將產(chǎn)生間接限制控制信號(hào)636以便確保實(shí)際的基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14的扭矩不超過(guò)扭矩限制676。如先前所提到的，最小值選擇系統(tǒng)628然后可選擇信號(hào)626、630、632、634和636中的最小值以得到可調(diào)節(jié)葉片586的期望葉片角度644。通過(guò)將直接限制和間接(如，基于模型的)限制應(yīng)用到信號(hào)626，系統(tǒng)606可延長(zhǎng)基于渦輪機(jī)的服務(wù)系統(tǒng)14及其部件的壽命，并還可另外得到更優(yōu)化的化學(xué)計(jì)量操作。應(yīng)當(dāng)注意，在此特定實(shí)施例中，適宜使用最小值選擇系統(tǒng)628選擇來(lái)自作為葉片角度位置參考638的候選值630、632、634、635和626中的最小葉片角度命令作為至葉片角度定位系統(tǒng)640的輸入。包含其他控制目標(biāo)的可替代實(shí)施例有可能采用布置在各種組合中的最小值選擇系統(tǒng)和/或最大值選擇系統(tǒng)的其他組合，以便從若干候選值中選擇葉片角度位置參考638作為至葉片角度定位系統(tǒng)640的輸入。

圖7例示過(guò)程700的實(shí)施例，其可由例如控制系統(tǒng)100使用以控制可調(diào)節(jié)葉片586。過(guò)程700可實(shí)施為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122中并由處理器120執(zhí)行的可執(zhí)行代碼或計(jì)算機(jī)指令。在所示實(shí)施例中，過(guò)程700可接收(框702)期望負(fù)載612。如上所述，負(fù)載數(shù)據(jù)612可表示渦輪機(jī)部156的兆瓦級(jí)信號(hào)、來(lái)自eg供應(yīng)系統(tǒng)78的產(chǎn)品氣的產(chǎn)物體積、hc生產(chǎn)系統(tǒng)12的碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生的體積等。過(guò)程700然后可感測(cè)(框704)各種系統(tǒng)14的測(cè)量值。例如，這些測(cè)量值可包括排氣溫度654、壓縮機(jī)排放溫度656、壓縮機(jī)排放壓力662、速度664、葉片位置反饋622等。

例如，通過(guò)使用非mbc技術(shù)(如，p、i、d控制)，過(guò)程700然后可得到(框706)葉片位置命令626。為了更好地提供化學(xué)計(jì)量控制和/或增加部件壽命，過(guò)程700然后可得到(框708)用于可調(diào)節(jié)葉片586定位的直接限制和間接限制(框710)。直接限制可包括如上在圖6中關(guān)于排氣溫度限制控制器646和壓縮機(jī)排放溫度限制控制器648描述的限制630和632。間接限制可包括如上所述關(guān)于基于模型的控制器658、馬赫數(shù)限制控制器670和扭矩限制控制器672得到的限制634和636。

例如，通過(guò)將最小值選擇器系統(tǒng)638應(yīng)用至輸入626、630、632、634和636，過(guò)程700然后可定位(框712)可調(diào)節(jié)葉片586。因此，從路徑110進(jìn)入至壓縮機(jī)部152的排氣的期望的再循環(huán)壓力可被遞送以提供更優(yōu)化的化學(xué)計(jì)量燃燒并增加機(jī)器壽命。

技術(shù)效果包括使用基于模型的控制和基于非模型的控制根據(jù)某些限制定位葉片。例如，基于非模型的控制可用于得到鼓風(fēng)機(jī)葉片的參考值，且至該參考值的限制(包括直接限制、間接限制或其組合)然后可被施加，包括經(jīng)由基于模型的控制得到的限制。限制值然后可用于定位鼓風(fēng)機(jī)葉片，且鼓風(fēng)機(jī)可因此被控制以更適當(dāng)?shù)靥峁┰傺h(huán)排氣渦輪機(jī)系統(tǒng)中的壓力。

本書(shū)面描述使用示例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包含最佳模式，并且也使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包含制作和使用任何裝置或系統(tǒng)并執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專(zhuān)利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包含本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其它示例。如果其它示例具有并無(wú)不同于本權(quán)利要求文字語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)要素，或如果它們包括與權(quán)利要求文字語(yǔ)言非實(shí)質(zhì)不同的等同結(jié)構(gòu)要素，則這樣的示例旨在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。