用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种系统，其包括涡轮燃烧器，由来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机，以及排气压缩机。排气压缩机被配置为压缩排气并将其从涡轮机输送到涡轮燃烧器。该系统还包括穿过排气压缩机、涡轮燃烧器和涡轮机延伸的排气再循环(EGR)路径，沿着该EGR路径布置的第一排气(EG)抽取口，以及沿着该EGR路径布置的第二EG抽取口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于化学计量排气再循环燃气涡轮机系统的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2012年4月12日提交的题为“METHODS，SYSTEMSANDAPPARATUSRELATINGTOCOMBUSTIONTURBINEPOWERPLANTSWITHEXHAUSTGASRECIRCULATION”的美国非临时专利申请第13/445003号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此，以及2012年12月28日提交的题为“SYSTEMANDMETHODFORASTOICHIOMETRICEXHAUSTGASRECIRCULATIONGASTURBINESYSTEM”的美国临时专利申请第61/747211号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机。
技术介绍
燃气涡轮发动机的应用领域非常广泛，例如发电、航空器以及各种机械装置。燃气涡轮发动机通常在燃烧器部燃烧燃料和氧化剂(例如，空气)以生成热燃烧产物，然后该产物驱动涡轮机部中的一个或多个涡轮机级。涡轮机部进而驱动压缩机部中的一个或多个压缩机级，从而将氧化剂与燃料一起从入口压缩到燃烧器部。再者，燃料与氧化剂在燃烧器部混合，并接着燃烧以产生热燃烧产物。燃气涡轮发动机通常沿着燃烧器部的燃烧室上游的一个或多个流动路径预混合燃料和氧化物，因此燃气涡轮发动机通常以预混火焰运行。不利的是，预混火焰可能难以控制或维持，这可能会影响各种排气排放和功率要求。此外，燃气涡轮发动机通常消耗大量的空气作为氧化剂，并输出相当大量的排气到大气中。换句话说，排气通常作为燃气涡轮机运行的副产物被浪费掉。专利技术内容下面概述在范围上与最初要求保护的专利技术匹配的某些实施例。这些实施例并不旨在限制要求保护的专利技术的范围，相反这些实施例仅旨在提供本专利技术的可能形式的简短概括。实际上，本专利技术可能包含可与下面阐述的实施例类似或不同的各种形式。在第一实施例中，一种系统包括涡轮燃烧器，由来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机，以及排气压缩机。该排气压缩机被配置为压缩排气并将其从涡轮机输送到涡轮燃烧器。该系统还包括穿过排气压缩机、涡轮燃烧器和涡轮机延伸的排气再循环(EGR)路径，沿着该EGR路径布置的第一排气(EG)抽取口，以及沿着该EGR路径布置的第二EG抽取口。在第二实施例中，一种系统包括控制系统，该控制系统被配置为接收指示流过一部分排气再循环(EGR)路径的排气的属性的传感器反馈，所述排气再循环(EGR)路径穿过排气压缩机、涡轮燃烧器和涡轮机延伸。该控制系统还被配置为至少部分基于该传感器反馈，控制通过沿着EGR路径设置的多个抽取口抽取排气。在第三实施例中，一种方法包括用来自涡轮燃烧器的燃烧产物驱动涡轮机，在排气压缩机中压缩来自涡轮机的排气，以及沿着从排气压缩机穿过涡轮燃烧器进入涡轮机的流动路径输送排气。该方法还包括经由沿着该流动路径布置的第一抽取口抽取排气，以及经由沿着该流动路径布置的第二抽取口抽取排气。附图说明当参照附图阅读下列具体实施方式时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更加容易理解，其中在整个附图中相同的符号表示相同的部件，其中：图1是具有联结/耦连(couple)到烃类生产系统的基于涡轮机的服务系统的系统实施例的示意图；图2是图1的系统实施例的示意图，其进一步示出控制系统和组合循环系统；图3是图1和图2的系统实施例的示意图，其进一步示出燃气涡轮发动机、排气供给系统和排气处理系统的细节；图4是用于运行图1-3的系统的过程实施例的流程图；图5是图1-3的系统实施例的示意图，其进一步示出用于从该系统抽取排气的多个抽取点；图6是图1-3和图5的系统实施例的示意图，其示出带有两个燃烧器单元的燃气涡轮发动机；图7是图3、图5和图6的排气供给系统的实施例的示意图，其示出混合单元；图8是图3、图5和图6的排气供给系统的实施例的示意图；以及图9是用于运行图5-8的系统的过程实施例的流程图。具体实施方式本专利技术的一个或多个具体实施例将在下面描述。为了提供这些实施例的简要描述，实际实施方式的所有特征可能没有在本说明书中描述。应认识到，在任何此类实际实施方式的开发中(例如在工程规划或设计项目中)，需要做出众多与实施方式相关的决定以实现指定目标，例如符合在不同实施方式中彼此不同的系统相关约束和/或商业相关约束。而且，应认识到，这种开发工作可能是复杂和费时的，然而，对受益于本公开的本领域普通技术人员来说，承担设计、装配和制造仍然是例行工作。本文公开了详细的示例性实施例。但是，本文公开的特定结构和功能细节仅仅代表描述示例性实施例的目的。而本专利技术的实施例可以体现为许多替代形式，并且不应仅限于本文阐述的实施例。因此，虽然示例性实施例能够具有各种修改和替换形式，但其实施例通过附图中的示例的方式示出并将在本文详细描述。然而，应当理解的是，本专利技术并不打算将示例性实施例局限于所公开的特定形式，而是相反，示例性实施例旨在覆盖落入本专利技术的范围内的所有修改、等效和替代实施例。本文所使用的术语仅用于描述某些实施例，并不是为了限制示例性实施例。正如本文所使用，单数形式“一”、“一个”、“该”也包括复数形式，除非上下文中明确指出不同含意。当用于本文时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在和添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。虽然术语第一、第二、主要、次要等可以在本文中被用于描述各个元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如但不限于，在没有偏离示例性实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，以及同样，第二元件可以被称为第一元件。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个关联列出项目中的任意一个、全部及其组合。本文可能使用某些术语，这仅为了方便读者而不应被视为对本专利技术的范围的限制。例如，诸如“上面”、“下面”、“左侧”、“右侧”、“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”等词组仅描述在附图中示出的构形。实际上，本专利技术的实施例的一个或多个元件可以被取向在任何方向，因此，所述术语应当被理解为包含这类变化，除非以其他方式指出不同。如下面所详细讨论的，所公开的实施例一般涉及带有排气再循环(EGR)的燃气涡轮机系统，尤其是涉及使用EGR的燃气涡轮机系统的化学计量操作。例如，燃气涡轮机系统可以被配置为沿着排气再循环路径再循环排气，使燃料和氧化剂与至少某些再循环排气一起以化学计量燃烧，以及收集排气用于各个目标系统。排气的再循环可以与化学计量燃烧一起帮助增加排气中的二氧化碳(CO2)浓度水平，然后二氧化碳可以被后处理以分离和纯化CO2和氮气(N2)用于各个目标系统。燃气涡轮机系统还可以采用沿着排气再循环路径的各种排气处理(例如热回收、催化反应等)，从而增加CO2的浓度水平，减少其他排放物(例如一氧化碳、氮氧化物以及未燃烧烃类)的浓度水平，并增加能量回收(例如用热回收单元)。此外，燃气涡轮发动机可以被配置为通过一个或多个扩散火焰(例如，使用扩散燃料喷嘴)、预混火焰(例如，使用预混燃料喷嘴)或其任何组合来燃烧燃料和氧化剂。在某些实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其包括：涡轮燃烧器；由来自所述涡轮燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机；排气压缩机，其中所述排气压缩机被配置为压缩排气并将其从所述涡轮机输送到所述涡轮燃烧器；穿过所述排气压缩机、所述涡轮燃烧器和所述涡轮机延伸的排气再循环路径即EGR路径；沿着所述EGR路径布置的第一排气抽取口即第一EG抽取口；以及沿着所述EGR路径布置的第二EG抽取口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.12 US 13/445,003;2012.12.28 US 61/747,2111.一种发电站系统，其包括：涡轮燃烧器；由来自所述涡轮燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮机；排气压缩机，其中所述排气压缩机被配置为压缩燃烧排气并将其从所述涡轮机输送到所述涡轮燃烧器；穿过所述排气压缩机、所述涡轮燃烧器和所述涡轮机延伸的EGR路径；再循环管道，其配置为将来自所述涡轮机的燃烧排气的流出引导为至所述排气压缩机的所述燃烧排气的流入；沿着所述排气压缩机、所述涡轮机或所述再循环管道处的所述EGR路径布置的第一EG抽取口；沿着所述排气压缩机、所述涡轮机或所述再循环管道处的所述EGR路径布置的第二EG抽取口；以及控制系统，其被配置为：控制所述发电站系统使得所述燃烧器以0.95到1.05之间的优选当量比周期性地运行；接收指示流过所述第一EG抽取口和所述第二EG抽取口的所述燃烧排气的属性的传感器反馈；至少部分基于指示所述燃烧排气的属性的所述传感器反馈，控制在所述燃烧器以所述优选当量比运行时的周期期间通过所述第一EG抽取口和第二EG抽取口的燃烧排气的抽取；以及可控地混合自所述第一EG抽取口抽取的所述燃烧排气和自所述第二EG抽取口抽取的燃烧排气以生成组合的燃烧排气，所述组合的燃烧排气具有基于意图的下游处理过程的所述组合的燃烧排气的属性的优选值。2.根据权利要求1所述的发电站系统，其中所述下游处理过程包括烃类生产系统、管线、储罐或碳汇系统中的至少一个。3.根据权利要求1所述的发电站系统，其包括沿着所述EGR路径布置在所述涡轮机与所述排气压缩机之间并被配置为处理所述燃烧排气的EG处理系统。4.根据权利要求3所述的发电站系统，其中所述第一EG抽取口或第二EG抽取口中的至少一个被联结到所述EG处理系统。5.根据权利要求3所述的发电站系统，其中所述EG处理系统包括催化剂单元、增压鼓风机、热交换器、热回收蒸汽发生器、微粒去除单元、水分去除单元或排气孔中的至少一个。6.根据权利要求5所述的发电站系统，其中所述第一EG抽取口或第二EG抽取口在所述催化剂单元、所述增压鼓风机、所述热交换器、所述热回收蒸汽发生器、所述微粒去除单元、所述水分去除单元或所述排气孔中的至少一个之处、其上游或其下游被联结到所述EG处理系统。7.根据权利要求1所述的发电站系统，其中所述第一EG抽取口和第二EG抽取口被配置为抽取具有低压、中压或高压或其任何组合的燃烧排气。8.根据权利要求7所述的发电站系统，其中所述第一EG抽取口和第二EG抽取口被配置为抽取具有低温、中温或高温或其任何组合的燃烧排气。9.根据权利要求1所述的发电站系统，其中所述第一EG抽取口和第二EG抽取口被配置为抽取具有低温、中温或高温或其任何组合的燃烧排气。10.根据权利要求1所述的发电站系统，其中所述第一EG抽取口和第二EG抽取口被配置为基于所述排气的物理属性抽取所述排气。11.根据权利要求1所述的发电站系统，其包括具有所述涡轮燃烧器、所述涡轮机和所述排气压缩机的燃气涡轮发动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·A·韦奇曼，S·F·辛普森，
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