通过控制低排放涡轮系统中的化学计量燃烧用于发电的集成系统和方法技术方案

提供了用于控制低排放涡轮系统中的氧化剂进料从而维持化学计量的或基本化学计量的燃烧条件的系统、方法和设备。在一个或更多实施例中，这样的控制通过将再循环排气的一部分转向并将其与氧化剂进料组合从而在馈送到燃烧室的组合的氧化剂排气流中维持恒定的氧含量来实现。

Integrated system and method for generating electricity by controlling stoichiometric combustion in a low emission turbine system

Systems, methods, and apparatus are provided for controlling an oxidant feed in a low emission turbine system to maintain stoichiometric or basic stoichiometric combustion conditions. In one or more embodiment, the control through a portion of the recirculated exhaust steering and oxidant feeding combination to oxidant exhaust combined combustion chamber in the feeding to maintain the oxygen content of constant flow to achieve.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过控制低排放涡轮系统中的化学计量燃烧用于发电的集成系统和方法相关申请的交叉参考本申请要求提交于2011年3月22日标题为METHODSFORCONTROLLINGSTOICHIOMETRICCOMBUSTIONONAFIXEDGEOMETRYGASTURBINESYSTEMANDAPPARATUSANDSYSTEMSRELATEDTHERETO的美国临时申请61/466385以及提交于2011年9月30日标题为SYSTEMSANDMETHODSFORCONTROLLINGSTOICHIOMETRICCOMBUSTIONINLOWEMISSIONTURBINESYSTEMS的美国临时申请61/542031的优先权，这两个申请都以其全部内容包括在此作为参考。本申请涉及提交于2011年9月30日标题为SYSTEMSANDMETHODSFORCARBONDIOXIDECAPTUREINLOWEMISSIONTURBINESYSTEMS的美国临时申请61/542036；提交于2011年9月30日标题为SYSTEMSANDMETHODSFORCARBONDIOXIDECAPTUREINLOWEMISSIONTURBINESYSTEMS的美国临时申请61/542037；提交于2011年9月30日标题为SYSTEMSANDMETHODSFORCARBONDIOXIDECAPTUREINLOWEMISSIONCOMBINEDTURBINESYSTEMS的美国临时申请61/542039；提交于2011年9月30日标题为LOWEMISSIONPOWERGENERATIONSYSTEMSANDMETHODSINCORPORATINGCARBONDIOXIDESEPARATION的美国临时申请61/542041；提交于2011年3月22日标题为METHODSOFVARYINGLOWEMISSIONTURBINEGASRECYCLECIRCUITSANDSYSTEMSANDAPPARATUSRELATEDTHERETO的美国临时申请61/466381；提交于2011年9月30日标题为METHODSOFVARYINGLOWEMISSIONTURBINEGASRECYCLECIRCUITSANDSYSTEMSANDAPPARATUSRELATEDTHERETO的美国临时申请61/542035；提交于2011年3月22日标题为LOWEMISSIONTURBINESYSTEMSHAVINGAMAINAIRCOMPRESSOROXIDANTCONTROLAPPARATUSANDMETHODSRELATEDTHERETO的美国临时申请61/466384；提交于2011年9月30日标题为LOWEMISSIONTURBINESYSTEMSINCORPORATINGINLETCOMPRESSOROXIDANTCONTROLAPPARATUSANDMETHODSRELATEDTHERETO的美国临时申请61/542030；这些申请都以其全部内容包括在此作为参考。
本公开的实施例涉及低排放发电。更特别地，本公开的实施例涉及用于控制向低排放涡轮系统的燃烧室供应氧化剂从而实现并维持化学计量的或基本化学计量的燃烧条件的方法和设备。
技术介绍
本部分意图介绍可以与本公开的示例性实施例关联的本领域的各个方面。该讨论被确信为帮助提供框架，从而促进更好地理解本公开的特定方面。因此，应理解应据此阅读本部分，而不必作为对现有技术的陈述。许多产油国经历强劲的国内电力需求增长，并且在增加油回收(EOR)中具有改善从其储油层的油回收的兴趣。两种普通EOR技术包括用于储油层压力维持的氮(N2)喷射以及用于EOR的混相驱动(miscibleflooding)的二氧化碳(CO2)喷射。还存在关于温室气体(GHG)排放的全球关注。总量管制和交易(cap-and-trade)政策的实施与该关注的组合在许多国家中使得减少CO2排放在这些国家和其中操作烃生产系统的公司中享有优先权。降低CO2排放的一些途径包括使用溶剂例如胺的燃料脱碳或补充燃烧捕集。然而，这些解决方案都是昂贵的并且降低发电效率，导致较低的电力生产、增加的燃料需求和满足国内电力需求的增加的电力成本。特别地，氧、SOX和NOX组分的存在使得利用胺溶剂吸收非常成问题。另一途径是在组合循环中的增氧燃料气体涡轮(例如，其中捕集源自气体涡轮布雷顿循环的排气热，从而形成蒸汽并且在兰金循环中产生另外的电力)。然而，没有可以在这样的循环中操作的商业上可用的气体涡轮，并且生产高纯度氧所需要的电力显著降低了工艺的总效率。此外，由于关于全球气候变化和二氧化碳排放影响的日益增长的关注，重点已置于将源自发电厂的二氧化碳排放最小化上。气体涡轮联合循环发电厂是有效的并且具有与核电或煤炭发电技术比较的更低的成本。因为以下原因，从气体涡轮联合循环发电厂的排气捕集二氧化碳是非常昂贵的：(a)在排气器(exhauststack)中二氧化碳的低浓度，(b)需要处理的气体的巨大体积，(c)排气流的低压，以及在排气流中存在的巨大量的氧。这些因素中的全部导致从联合循环电厂的二氧化碳捕集的高成本。因此，仍具有对低排放、高效率发电和CO2捕集制造处理的充分需要。
技术实现思路
在本文中描述的联合循环发电厂中，在通常的天然气联合循环(NGCC)电厂中排放的源自低排放气体涡轮的排气改为被冷却并再循环到气体涡轮主压缩机入口。再循环排气而不是过量压缩的新鲜空气被用来将燃烧产物冷却到膨胀器中的材料限制。本设备、系统和方法使低排放涡轮能够在大范围的环境条件上维持优选的燃烧方式，例如化学计量燃烧。通过将化学计量燃烧与排气再循环组合，在再循环气体中的CO2的浓度提高，同时最小化过量O2的存在，这两者都使得CO2更容易回收。在一个或更多实施例中，在此描述的低排放涡轮系统采用空气作为氧化剂。本专利技术涉及用于控制低排放涡轮系统中的氧化物进料以便维持化学计量的或基本化学计量的燃烧条件的系统、方法和设备。在一个或更多实施例中，这样的控制通过确保氧化剂到燃烧室的恒定质量流率的输送的方法或系统实现。示例包括但不限于用于向氧化剂进料添加再循环的排气从而在氧化剂进料中维持希望的氧含量的各种配置。这些配置可以任选地包括一种或更多其他控制方法，例如比率控制器，或除了将再循环的排气添加到氧化剂进料之外还修改进料的温度。附图说明本公开的前述和其他优点可以在浏览以下实施例的非限制性示例的具体实施方式和附图后变得明显，其中：图1示出用于低排放发电和增加CO2回收的集成系统。图2示出用于低排放发电和增加CO2回收的集成系统，其中再循环的排气的一部分在再循环鼓风机和冷却单元之间从再循环流转向并被添加到入口压缩机进料。图3示出用于低排放发电和增加CO2回收的集成系统，其中再循环的排气的一部分从主压缩机转向并在级间位置被添加到入口压缩机。图4示出用于低排放发电和增加CO2回收的集成系统，其中再循环的排气的一部分在再循环鼓风机和冷却单元之间从再循环流转向并被添加到压缩的氧化剂进料。该系统包括在氧化剂和燃料进料上的可选的比率控制器。图5示出在配置上相似于图3的用于低排放发电和增加CO2回收的集成系统，其中氧化剂进料在进入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于维持化学计量燃烧的集成系统，包括：气体涡轮系统，所述气体涡轮系统包括配置为在存在压缩的再循环流的情况下燃烧一种或更多种氧化剂和一种或更多种燃料的燃烧室，其中所述燃烧室将第一排放流引导到膨胀器，从而生成排气流并且至少部分地驱动主压缩机；入口压缩机，所述入口压缩机配置为压缩所述一种或更多种氧化剂以生成压缩的氧化剂流并将所述压缩的氧化剂流引导到所述燃烧室；以及排气再循环系统，其中所述主压缩机压缩所述排气流并由此生成所述压缩的再循环流；其中所述排气流的一部分从所述排气再循环系统转向，并与所述一种或更多种氧化剂组合，从而形成被引导到所述燃烧室的组合的氧化剂排气流；以及其中在所述燃烧室中的反应条件是化学计量的或基本化学计量的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.22 US 61/466,385;2011.09.30 US 61/542,0311.一种用于维持化学计量燃烧的集成系统，包括：气体涡轮系统，所述气体涡轮系统包括配置为在存在压缩的再循环流的情况下燃烧一种或更多种氧化剂和一种或更多种燃料的燃烧室，其中所述燃烧室将第一排放流引导到膨胀器，从而生成排气流并且至少部分地驱动主压缩机；入口压缩机，所述入口压缩机配置为压缩所述一种或更多种氧化剂以生成压缩的氧化剂流并将所述压缩的氧化剂流引导到所述燃烧室；以及排气再循环系统，其中所述主压缩机压缩所述排气流并由此生成所述压缩的再循环流；其中所述排气流的一部分从所述排气再循环系统转向，并与所述一种或更多种氧化剂组合，从而形成被引导到所述燃烧室的组合的氧化剂排气流；以及其中在所述燃烧室中的反应条件是化学计量的或基本化学计量的。2.根据权利要求1所述的系统，其中从所述排气再循环系统转向的所述排气流的所述部分在所述入口压缩机上游与所述一种或更多种氧化剂组合。3.根据权利要求1所述的系统，其中在所述压缩的氧化剂流进入所述燃烧室之前，从所述排气再循环系统转向的所述排气流的所述部分在所述入口压缩机下游与所述压缩的氧化剂流组合。4.根据权利要求1所述的系统，其中从所述排气再循环系统转向的所述排气流的所述部分从所述主压缩机提取并且被注入到所述入口压缩机中。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述主压缩机包括两个或更多级，并且所述排气流在级间从所述主压缩机提取。6.根据权利要求4所述的系统，其中所述入口压缩机包括两个或更多个级，并且所述排气流在级间被注入到所述入口压缩机。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述排气再循环系统包括配置为接收并冷却所述排气流的至少一个冷却单元，以及配置为在将冷却的再循环气体引导到所述主压缩机之前接收所述排气流并增大所述排气流的压力的至少一个鼓风机。8.根据权利要求7所述的系统，其中从所述排气再循环系统转向的所述排气流的所述部分从自所述鼓风机流动到所述冷却单元的所述排气流转向。9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括一个或更多个比率控制器，所述一个或更多个比率控制器配置为调整进入到所述燃烧室的所述组合的氧化剂排气流与所述一种或更多种燃料的流量，从而维持氧化剂与燃料的固定的比率。10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括一个或更多个冷却装置，所述一个或更多个冷却装置配置为在所述一种或更多种氧化剂被引入到所述入口压缩机之前将所述一种或更多种氧化剂冷却。11.根据权利要求10所述的系统，进一步包括分离器，所述分离器配置为从所述冷却装置接收冷却的氧化剂，并且在所述氧化剂流被引入到所述入口压缩机之前从所述氧化剂流去除水滴。12.根据权利要求10所述的系统，其中所述冷却装置是使用制冷剂作为冷却流体的热交换器。13.根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·亨廷顿，S·K·达安卡，O·A·斯特斯，F·F·米特里克尔，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US