用于监测具有排气再循环的燃气涡轮机系统的系统和方法
用于监测具有排气再循环的燃气涡轮机系统的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年6月28日提交的题为"SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORING GAS TURBINE SYSTEMS HAVING EXHAUST GAS RECIRCULATION(用于监测具有排气再循环的 燃气涡轮机系统的系统和方法)"的美国临时专利申请号61/841，235，以及2014年6月23日 提交的题为 "SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORING GAS TURBINE SYSTEMS HAVING EXHAUST GAS RECIRCULATI0N(用于监测具有排气再循环的燃气涡轮机系统的系统和方 法)"的美国非临时专利申请号14/312,665的优先权和权益，所有这些专利以其全部内容通 过引用被并入本文，用于所有目的。
技术领域
[0003] 本文所公开的主题涉及燃气涡轮机系统，诸如排气再循环(EGR)燃气涡轮机系统。
【背景技术】
[0004] 燃气涡轮机发动机被用于各种应用中，诸如发电、飞行器和各种机械装置。燃气涡 轮机发动机一般在燃烧器部分中燃烧燃料与氧化剂(例如，空气）以生成热燃烧产物，然后， 该热燃烧产物驱动涡轮机部分的一个或更多个涡轮机级。当由热燃烧产物驱动涡轮机级 时，涡轮机级生成转矩以驱动轴。进而，旋转轴驱动压缩机部分的一个或更多个压缩机级， 并且还能够驱动燃气涡轮机发动机的发电机以产生电能。在操作期间，可能期望测量特定 的气流的一个或更多个属性以提高燃气涡轮机发动机的控制。更进一步地，可能期望提高 测量数据的采集以提高效率，并且减少燃气涡轮机发动机中的损失。
【发明内容】
[0005] 与最初要求保护的主题的范围相当的某些实施例在下面予以概述。这些实施例不 旨在限制所要求保护的发明的范围，相反地这些实施例仅意在提供本发明的可能形式的简 要概述。事实上，本公开可以包含可以类似于或不同于下面阐述的实施例的各种形式。
[0006] 在实施例中，一种系统包括燃气涡轮机发动机，所述燃气涡轮机发动机具有燃烧 器部分，所述燃烧器部分带有被配置为燃烧燃料并且产生排气的一个或更多个燃烧器。所 述系统包括涡轮机部分，所述涡轮机部分包括被设置在所述燃烧器的下游且被配置为由所 述排气驱动的一个或更多个涡轮机级。所述系统还包括排气部分，所述排气部分被设置在 所述一个或更多个涡轮机级的下游，其中所述排气部分具有被配置为从所述涡轮机部分接 收所述排气的排气通道。所述系统进一步包括气流抽排系统，所述气流抽排系统被耦接到 所述排气部分并且具有被设置在所述排气部分周围的多个抽排通道，其中每个抽排路径被 配置为从所述排气通道的下游部分接收排气的一部分。进一步地，所述气流抽排系统被配 置为经由一个或更多个返回通道被动地将排气的所述部分传送到所述排气通道的上游部 分。
[0007] 在另一个实施例中，一种方法包括在燃气涡轮机系统的燃烧器中燃烧燃料与氧化 剂以生成排气。所述方法包括用来自所述燃烧器的所述排气驱动所述燃气涡轮机系统的涡 轮机，以及通过所述燃气涡轮机系统的排气部分中的排气通道提供来自所述涡轮机的所述 排气。所述方法还包括经由一个或更多个抽排通道从所述排气通道的下游部分被动地抽排 所述排气的一部分。所述方法还包括使用耦接到所述多个抽排通道的一个或更多个传感器 在所述排气的所述部分上执行一个或更多个测量。所述方法进一步包括经由一个或更多个 返回通道，被动地将所述排气的所述部分传送到所述排气通道的上游部分。
[0008] 在另一个实施例中，一种系统包括通过旋转式机械的气流路径，其中所述气流路 径具有高压下游区域和低压上游区域。所述系统包括抽排通道，所述抽排通道被配置为被 动地从所述气流路径的所述高压下游区域抽排气流的一部分。所述系统包括传感器，所述 传感器被耦接到所述抽排通道并且被配置为测量穿过所述抽排通道的所述气流的所述部 分的参数。所述系统进一步包括返回通道，所述返回通道被耦接到所述抽排通道，其中所述 返回通道被配置为被动地将所述气流的所述部分从所述抽排通道传送到所述气流路径的 所述低压上游区域。
[0009] 在另一个实施例中，一种系统包括多个抽排通道，所述多个抽排通道被配置为被 动地从气流路径的下游区域抽排气流的一部分。所述系统包括多个传感器，所述多个传感 器被分别地耦接到所述多个抽排通道，其中所述多个传感器被配置为测量穿过所述多个抽 排通道的所述气流的所述部分的一个或更多个参数。所述系统还包括歧管，所述歧管被耦 接到所述多个抽排通道，其中所述歧管被配置为从所述多个抽排通道接收所述气流的所述 部分。所述系统进一步包括返回通道，所述返回通道被耦接到所述歧管，其中所述返回通道 被配置为被动地将所述气流的所述部分提供给所述气流路径的上游区域。
【附图说明】
[0010] 当参考附图阅读以下详细的描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变 得更好理解，其中在全部附图中相同的符号代表相同的部件，其中：
[0011] 图1是具有被耦接到碳氢化合物生产系统的基于涡轮机的服务系统的系统的实施 例的图示；
[0012] 图2是图1的系统的实施例的图示，进一步图示说明控制系统和组合的循环系统；
[0013] 图3是图1和图2的系统的实施例的图示，进一步图示说明燃气涡轮机发动机、排气 供应系统和排气处理系统的细节；
[0014] 图4是用于操作图1至图3系统的过程的实施例的流程图；
[0015] 图5是图2的系统的实施例的图示，进一步图示说明监测/控制系统和排气再循环 系统；
[0016] 图6是沿线6-6截取的图5的系统的排气部分的实施例的横截面视图；
[0017]图7是沿线7-7截取的图6的系统的排气抽排通道的实施例的横截面视图；
[0018]图8是沿线7-7截取的图6的系统的排气抽排通道的替代实施例的横截面视图；
[0019] 图9是具有内部返回通道的图5的系统的排气部分的实施例的图示；以及
[0020] 图10是具有外部返回通道的图5的系统的排气部分的实施例的图示。
【具体实施方式】
[0021]将在下面描述本发明的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描 述，实际实施方式的所有特征不可能都在本说明书中描述。应当理解，在任何这种实际实施 方式的开发中，如在工程或设计项目中，应当进行大量【具体实施方式】的决定以达到具体目 标，诸如符合系统相关和/或商业相关的约束，该约束可以从一个实施方式变化到另一实施 方式。此外，应当理解，这种努力可以是复杂的和耗时的，但对于那些受益于本公开的普通 技术人员仍然是设计、制作和制造的常规任务。
[0022]本文公开了详细的示例实施例。然而，为了描述示例实施例的目的，本文公开的具 体结构和功能细节仅是代表性的。然而，本发明的实施例可以以许多替换性的形式来实现， 并且不应被解释为仅限于本文阐述的实施例。
[0023] 因此，虽然示例实施例能够有各种修改和替换形式，但其实施例在图中以示例的 方式被图示说明，并且本文将详细描述其实施例。然而，应当理解，本发明不旨在将示例实 施例限制于所公开的特定形式，但相反，示例实施例将覆盖落在本发明的范围内的所有的 修改、等同物和替换。
[0024] 本文使用的术语仅用于描述特定的实施例，并且不旨在限制示例实施例。如本文 所使用的，单数形式"一/一个"以及"该/所述"也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地指 出。当在本文中使用时，术语"包括"、"包括的"、"包含"和/或"包含的"指定所述特征、整数、 步骤、操作、要素、和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、要 素、部件和/或其集合的存在或添加。
[0025] 虽然本文可以使用术语第一、第二、首先、其次等描述各种要素，但这些要素不应 受这些术语的限制。这些术语仅被用于区分一个要素与另一个要素。例如但不限制于，在不 脱离示例实施例的范围的情况下，第一要素可以被称为第二要素，并且类似地，第二要素可 以被称为第一要素。如本文所使用的，术语"和/或"包括列出的一个或者更多个相关项目中 的任一个和全部的组合。
[0026] 某些术语可以在本文中使用仅为了方便读者，并且不被视为对本发明的范围的限 制。例如，诸如"上"、"下"、"左"、"右"、"前"、"后"、"顶"、"底"、"水平"、"竖直"、"上游"、"下 游"、"前部"、"尾部"等的词只描述图中所示的配置。事实上，本发明的实施例的一个要素或 更多个要素可以以任何方向进行取向，并且因此，术语应被理解为涵盖这些变化，除非另外 规定。
[0027] 如下面所详细讨论的，所公开的实施例一般涉及具有排气再循环(EGR)的燃气涡 轮机系统，并且特别地，涉及使用EGR按化学计量操作燃气涡轮机系统。例如，燃气涡轮机系 统可以被配置为沿排气再循环路径使排气再循环，按化学计量燃烧燃料和氧化剂以及再循 环的排气中的至少一些，并且捕获用于在各种目标系统中使用的排气。除了控制燃料和/或 氧化剂的流动之外，排气的再循环与按化学计量的燃烧一起可以帮助增加排气中CO 2的浓 度水平，然后该排气能够被后处理以分离和净化在各种目标系统中使用的CO2和氮气(N 2)。 燃气涡轮机系统还可以采用沿排气再循环路径的各种排气处理(例如，热回收、催化剂反应 等），从而增加 CO2的浓度水平、减少其他排放物(例如，一氧化碳、氮氧化物和未燃尽碳氢化 合物)的浓度水平，并且增加能量回收(例如，用热回收单元）。
[0028] 事实上，通过利用根据本公开的EGR燃气涡轮机系统内的再循环的排气可以实现 很多益处，包括增加各种部件的操作时间、由于增强的冷却能力引起的各种部件更广泛的 操作范围，等。随着首先介绍EGR燃气涡轮机系统的一般部件，接下来是通过在EGR燃气涡轮 机系统内可以利用再循环的排气的方式的具体示例，下面进一步详细描述了这样的实施 例。
[0029] 如下面详细讨论的，所公开的实施例一般涉及燃气涡轮机系统，包括具有EGR的燃 气涡轮机系统，诸如按化学计量的排气再循环(SEGR)燃气涡轮机系统。如上面所阐释的，可 能期望测量燃气涡轮机系统中特定的气流的一个或更多个属性(例如，温度、化学组成等）。 例如，可能期望确定穿过燃气涡轮机发动机的排气部分的气流的化学组成。因此，本实施例 包括系统和方法，通过该系统和方法，气流的小部分(本文被称为感觉流)可以被动地从气 流进行抽排，并且被引导通过很多抽排通道。如下面详细讨论的，抽排通道中的每一个可以 包括一个或更多个传感器以分析该感觉流，例如，以确定气流的化学组成。通过分析这些感 觉流，控制器可能够确定SEGR燃气涡轮机系统的操作的方面。例如，在某些实施例中，控制 器可以确定排气流的感觉流富含氧化剂、未燃尽燃料和/或水蒸汽，并且响应于修改被采样 的气流的组成，可以调节SEGR燃气涡轮机系统的参数，使得它包括大体更少的氧化剂、未燃 尽燃料和/或水蒸汽，从而提供在下面讨论的各种下游过程中使用的纯净的排气。通过进一 步的示例，在某些实施例中，控制器可以确定感觉流的组成，并且可以修改SEGR燃气涡轮机 系统的参数，以保持按化学计量的或近似按化学计量的燃烧(例如，以如下面所讨论的〇. 95 到1.05的目标当量比）。
[0030] 进一步地，本实施例能够被动抽排感觉流，其中感觉流可以从气流的下游、较高压 区域进行抽排，由每个抽排通道内的一个或更多个传感器进行分析，并且继而随后被重新 引回到气流的上游、较低压区域。因此，虽然可以在下面在燃气涡轮机系统以及更特别的 SEGR燃气涡轮机系统的背景下讨论本方法，但应当理解，本方法可以在任意数量的情况下 都是有用的，所述情况包含在压差下操作或提供压差的一件仪器(例如，排气部分、压缩机 部分、鼓风机、或任何其他适合的旋转式机械)附近的气流的被动采样。
[0031 ]考虑到上述情况，图1是具有与基于涡轮机的服务系统14相关联的碳氢化合物生 产系统12的系统10的实施例的图示。如下面进一步详细讨论的，基于涡轮机的服务系统14 的各种实施例被配置为将各种服务(诸如电功率、机械功率和流体(例如，排气））提供给碳 氢化合物生产系统12,以便于油和/或气的生产或检索。在所图示说明的实施例中，碳氢化 合物生产系统12包括耦接到地下储层20(例如，油、气或碳氢化合物储层)的油/气抽排系统 16和增强的油回收(EOR)系统18。油/气抽排系统16包括耦接到油/气井26的各种表面仪器 22,诸如采油树或生产树24。更进一步地，井26可以包括延伸穿过地层32中的钻孔30到地下 储层20的一个或更多个管件28。树24包括调节压力并且控制流动到地下储层20以及从地下 储层20流出的一个或更多个阀、扼流圈、隔离套、防喷器和各种流量控制设备。虽然树24- 般被用于控制生产流体(例如，油或气)从地下储层20流出，但EOR系统18可以通过将一种或 更多种流体注入到地下储层20来增加油或气的产量。
[0032]因此，EOR系统18可以包括流体注入系统34,流体注入系统34具有延伸通过地层32 中的孔38到地下储层20的一个或更多个管件36。例如，EOR系统18可以将一种或更多种流体 40(诸如气体、蒸汽、7K、化学品或其任何组合)传送到流体注入系统34中。例如，如下面进一 步详细讨论的，EOR系统18可以被耦接到基于涡轮机的服务系统14,使得系统14将排气42 (例如，基本上或完全没有氧)传送到EOR系统18,以作为注入流体40使用。流体注入系统34 通过一个或更多个管件36将流体40(例如，排气42)传送到地下储层20中，如由箭头44所指 示的。注入流体40通过管件36在远离油/气井26的管件28的偏移距离46处进入地下储层20。 因此，注入流体40取代设置在地下储层20中的油/气48,并且通过碳氢化合物生产系统12的 一个或更多个管件28向上驱动油/气48,如由箭头50所指示的。如下面进一步详细讨论的， 注入流体40可以包括源自基于涡轮机的服务系统14的排气42,基于涡轮机的服务系统14能 够按照碳氢化合物生产系统12所需在现场生成排气42。换句话说，基于涡轮机的系统14可 以同时生成由碳氢化合物生产系统12使用的一个或更多个服务(例如，电功率、机械功率、 蒸汽、水(例如，脱盐水)和排气(例如，基本上没有氧）），从而减少或消除对这种服务的外部 来源的依赖。
[0033]在所图示说明的实施例中，基于涡轮机的服务系统14包括按化学计量的排气再循 环(SEGR)燃气涡轮机系统52和排气(EG)处理系统54。燃气涡轮机系统52可以被配置为以按 化学计量的燃烧操作模式(例如，按化学计量的控制模式)和非按化学计量的燃烧操作模式 (例如，非按化学计量的控制模式）（诸如，贫燃料控制模式或富燃料控制模式)进行操作。在 按化学计量的控制模式中，一般基本上以燃料和氧化剂的化学计量比发生燃烧，从而导致 基本上按化学计量的燃烧。特别地，按化学计量的燃烧一般涉及在燃烧反应中基本上燃烧 所有的燃料和氧化剂，使得燃烧的产物基本上或全部没有未燃尽燃料和氧化剂。按化学计 量的燃烧的一个测量是当量比或Φ，其是实际燃料/氧化剂比相对于按化学计量的燃料/氧 化剂比的比。大于1.0的当量比导致燃料和氧化剂的富燃料燃烧，而小于1.0的当量比导致 燃料和氧化剂的贫燃料燃烧。相比之下，1.0的当量比导致燃烧既不是富燃料燃烧也不是贫 燃料燃烧，从而在燃烧反应中基本上消耗所有的燃料和氧化剂。在所公开的实施例的上下 文中，术语"按化学计量的"或"基本上按化学计量的"可以指大约0.95到大约1.05的当量 比。然而，所公开的实施例还可以包括1.0加或减0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的当量 比。再者，在基于涡轮机的服务系统14中的燃料和氧化剂的按化学计量的燃烧可以导致燃 烧的产物或排气(例如，42)基本上不具有未燃尽燃料或残留的氧化剂。例如，排气42按体积 计可以具有小于氧化剂(例如，氧）、未燃尽燃料或碳氢化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如， NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOx)、氢气和其他未完全燃烧的产物的1 %、2 %、3 %、 4%或5%的体积。通过进一步的示例，排气42按体积计可以具有小于大约氧化剂（例如， 氧）、未燃尽燃料或碳氢化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NO x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物 (例如，SOx)、氢气和其他未完全燃烧的产物的百万分之10、百万分之20、百万分之30、百万 分之40、百万分之50、百万分之60、百万分之70、百万分之80、百万分之90、百万分之100、百 万分之200、百万分之300、百万分之400、百万分之500、百万分之1000、百万分之2000、百万 分之3000、百万分之4000或百万分之5000(ppmv)。然而，所公开的实施例还可以产生其他范 围的残留燃料、氧化剂以及排气42中的其他排放水平。如本文所使用的，术语"排放"、"排放 水平"和"排放目标"可以指某些燃烧产物(例如，NO x、CO、SOx、O2、N2、H2、HC等）的浓度水平，所 述某些燃烧产物可以存在于再循环的气流、排泄的气流(例如，排出到大气中）和在各种目 标系统(例如，碳氢化合物生产系统12)中使用的气流中。
[0034]虽然在不同的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52和EG处理系统54可以包括各种部 件，但所图示说明的EG处理系统54包括热回收蒸汽发生器(HRSG)56和排气再循环(EGR)系 统58,该HRSG 56和EGR系统58接收和处理源自SEGR燃气涡轮机系统52的排气60ARSG 56可 以包括一个或更多个热交换器、冷凝器和各种热回收仪器，所述一个或更多个热交换器、冷 凝器和各种热回收仪器共同起作用以将来自排气60的热量传递到水流，从而生成蒸汽62。 蒸汽62可以被用于一个或更多个蒸汽涡轮机、EOR系统18或碳氢化合物生产系统12中的任 何其他部分中。例如，HRSG 56可以生成低压、中压和/或高压蒸汽62,低压、中压和/或高压 蒸汽62可以选择性地被施加到低、中和高压蒸汽涡轮机级，或EOR系统18的不同应用。除了 蒸汽62之外，可以由HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一个部分或SEGR燃气涡轮 机系统52生成被处理的水64(诸如，脱盐水）。被处理的水64(例如，脱盐水)可以特别地用于 水资源短缺的区域中，诸如内陆或沙漠地区。 至少部分地由于SEGR燃气涡轮机系统52内大 量空气驱动的燃料燃烧可以生成被处理的水64。虽然在很多应用（包括碳氢化合物生产系 统12)中现场生成蒸汽62和水64可以是有益的，但由于现场生成排气42、60的低氧含量、高 压以及由SEGR燃气涡轮机系统52获得的热量，所以现场生成排气42、60可以特别有益于EOR 系统18。因此，HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一个部分可以将排气66输出或 再循环到SEGR燃气涡轮机系统52中，同时还将排气42传送到EOR系统18用于与碳氢化合物 生产系统12-起使用。同样地，排气42可以被直接从SEGR燃气涡轮机系统52(即，不通过EG 处理系统54传送)抽排，用于在碳氢化合物生产系统12的EOR系统18中使用。
[0035]由EG处理系统54的EGR系统58处理排气再循环。例如，EGR系统58包括一个或更多 个管道、阀、鼓风机、排气处理系统(例如，过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化 单元、热交换器、热回收单元、除湿单元、催化剂单元、化学品注入单元，或其任何组合），并 且沿从SEGR燃气涡轮机系统52的输出（例如，放出的排气60)到SEGR燃气涡轮机系统52的输 入(例如，吸入排气66)的排气循环路径控制再循环排气。在所图示说明的实施例中，SEGR燃 气涡轮机系统52将排气66吸入到具有一个或更多个压缩机的压缩机部分，从而随着氧化剂 68和一种或更多种燃料70的吸入对在燃烧器部分中使用的排气66进行压缩。氧化剂68可以 包括环境空气、纯氧、富氧空气、氧气减少的空气、氧氮混合物，或有利于燃料70燃烧的任何 合适的氧化剂。燃料70可以包括一种或更多种气体燃料、液体燃料或其任何组合。例如，燃 料70可以包括天然气、液化天然气(LNG)、合成气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、汽油、煤油、柴油、 乙醇、甲醇、生物燃料，或其任何组合。
[0036] SEGR燃气涡轮机系统52在燃烧器部分中将排气66、氧化剂68和燃料70混合且燃 烧，从而生成热燃烧气体或排气60以驱动涡轮机部分中的一个或更多个涡轮机级。在某些 实施例中，燃烧器部分中的每个燃烧器包括一个更或多个预混燃料喷嘴、一个或更多个扩 散燃料喷嘴，或其任何组合。例如，每个预混燃料喷嘴可以被配置为在该燃料喷嘴内部和/ 或部分地在该燃料喷嘴的上游将氧化剂68和燃料70混合，从而将氧化剂燃料混合物从该燃 料喷嘴喷射到燃烧区域中用于预混燃烧(例如，预混火焰）。通过进一步的示例，每个扩散燃 料喷嘴可以被配置为在该燃料喷嘴内将氧化剂68和燃料70的流动隔离，从而单独地将氧化 剂68和燃料70从该燃料喷嘴喷射到燃烧区域中用于扩散燃烧(例如，扩散火焰）。特别地，由 扩散燃料喷嘴提供的扩散燃烧延迟氧化剂68和燃料70的混合直到初始燃烧点，即，火焰区 域。在采用扩散燃料喷嘴的实施例中，因为扩散火焰一般形成于氧化剂68和燃料70的单独 流之间按化学计量的点处（即，当氧化剂68和燃料70混合时），所以扩散火焰可以提供增加 的火焰稳定性。在某些实施例中，可以在扩散燃料喷嘴或者预混燃料喷嘴中将一种或更多 种稀释液(例如，排气60、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)与氧化剂68、燃料70或两者预混合。 另外，可以在每个燃烧器内的燃烧点处或者在每个燃烧器内的燃烧点的下游将一种或更多 个种稀释液(例如，排气60、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)喷射到燃烧器中。这些稀释液的 使用可以有助于缓和火焰(例如，预混火焰或扩散火焰），从而有助于减少NO x(诸如，一氧化 氮(NO)和二氧化氮(NO2))的排放。无论火焰的类型，燃烧产物使燃烧气体或排气60变热以 驱动一个或更多个涡轮机级。当每个涡轮机级由排气60驱动时，SEGR燃气涡轮机系统52 (例 如，经由发电机)生成机械功率72和/或电功率74。系统52还输出排气60,并且可以进一步输 出水64。再者，水64可以是被处理的水，诸如脱盐水，其在现场或场外的各种应用中可以是 有用的。
[0037]还通过SEGR燃气涡轮机系统52使用一个或更多个抽排点76提供排气抽排。例如， 所图示说明的实施例包括具有排气(EG)抽排系统80和排气(EG)处理系统82的排气(EG)供 应系统78,排气(EG)抽排系统80和排气(EG)处理系统82从抽排点76接收排气42、处理排气 42,并且然后将排气42供应或分配到各种目标系统。目标系统可以包括EOR系统18和/或其 他系统，诸如管路86、储存罐88或碳隔离系统90 AG抽排系统80可以包括一个或更多个管 道、阀、控制件和流分离件，其有利于排气42与氧化剂68、燃料70和其他污染物的隔离，同时 还控制抽排的排气42的温度、压力和流率。EG处理系统82可以包括一个或更多个热交换器 (例如，热回收单元，诸如热回收蒸汽发生器、冷凝器、冷却器或加热器）、催化剂系统(例如， 氧化催化剂系统）、微粒去除系统和/或除水系统(例如，气体脱水单元、惯性分离器、凝聚过 滤器、水不可渗透的过滤器和其他过滤器）、化学品注入系统、基于溶剂的处理系统（例如， 吸收器、闪蒸罐等）、碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统、 排气压缩机、其任何组合。EG处理系统82的这些子系统能够控制温度、压力、流率、含水量 (例如，水去除量）、微粒含量(例如，微粒去除量)和气体组成(例如，CO 2、N2等的百分比）。 [0038]根据目标系统，由EG处理系统82的一个或更多个子系统处理抽排的排气42。例如， EG处理系统82可以将全部排气42或排气42的一部分引导通过碳捕获系统、气体分离系统、 气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统，所述碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统 和/或基于溶剂的处理系统被控制以分离和净化含碳气体(例如，二氧化碳)92和/或氮气 (N 2)94用于在各种目标系统中使用。例如，EG处理系统82的实施例可以执行气体分离和净 化以产生多个不同的排气42的流95,诸如，第一流96、第二流97和第三流98。第一流96可以 具有富含二氧化碳和/或缺乏氮气（例如，富含⑶2、缺乏N 2的流）的第一组成。第二流97可以 具有含有中间浓度水平的二氧化碳和/或氮气(例如，中间浓度C〇2、N2的流）的第二组成。第 三流98可以具有缺乏二氧化碳和/或富含氮气（例如，缺乏⑶ 2、富含N2的流）的第三组成。每 个流95(例如，96、97和98)可以包括气体脱水单元、过滤器、气体压缩机，或其任何组合，以 促进将流95传送到目标系统。在某些实施例中，富含C0 2、缺乏N2的流96可以具有按体积计大 于大约70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98% 或99% 的CO2纯度或浓度水平， 以及按体积计小于大约1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25 %或30 %的N2纯度或浓 度水平。相比之下，缺乏CO2、富含N2的流98可以具有按体积计小于大约1%、2%、3%、4%、 5%、10%、15%、20 %、25 %或30 %的⑶2纯度或浓度水平，以及按体积计大于大约70%、 75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%或99%的吣纯度或浓度水平。中间浓度(：〇2、吣 流97可以具有按体积计在大约30%到70%、35%到65%、40%到60 %或45 %到55%之间的 CO2纯度或浓度水平和/或N2纯度或浓度水平。虽然上述范围仅是非限制性示例，但是富含 C〇2、缺乏N2的流96和缺乏⑶2、富含N2的流98可以特别适用于EOR系统18和其他系统84。然 而，这些富含、缺乏或中间浓度的⑶2流95中的任一个可以被单独或以各种组合与EOR系统 18和其他系统84连用。例如，EOR系统18或其他系统84(例如，管路86、储存罐88和碳隔离系 统90)每个可以接收一个或更多个富含C0 2、缺乏N2的流96,一个或更多个缺乏C02、富含N2的 流98,一个或更多个中间浓度的C0 2、N2的流97,以及一个或更多个未被处理的排气42流（即， 绕过EG处理系统82)。
[0039] EG抽排系统80沿压缩机部分、燃烧器部分和/或涡轮机部分在一个或更多个抽排 点76处抽排排气42,使得在合适的温度和压力下排气42可以被用于EOR系统18和其他系统 84中。EG抽排系统80和/或EG处理系统82还可以使流体(例如，排气42)流动到EG处理系统54 且从EG处理系统54循环流动。例如，可以由EG抽排系统80抽排穿过EG处理系统54的排气42 的一部分用于在EOR系统18和其他系统84中使用。在某些实施例中，EG供应系统78和EG处理 系统54可以是独立的或者彼此集成在一起，并且因此可以使用独立的子系统或共同的子系 统。例如，可以由EG供应系统78和EG处理系统54二者使用EG处理系统82。从EG处理系统54抽 排的排气42可以经过多个气体处理阶段，诸如，EG处理系统54中的一个或更多个气体处理 阶段，接着是在EG处理系统82中的一个或更多个额外气体处理阶段。
[0040] 由于在EG处理系统54中基本上按化学计量的燃烧和/或气体处理，所以在每个抽 排点76处，抽排的排气42可以基本上没有氧化剂68和燃料70(例如，未燃尽燃料或碳氢化合 物）。更进一步地，根据目标系统，抽排的排气42可以经过EG供应系统78的EG处理系统82中 的进一步处理，从而进一步减少任何残留的氧化剂68、燃料70或其他不期望的燃烧产物。例 如，在EG处理系统82中的处理之前，或者在EG处理系统82中的处理之后，抽排的排气42按体 积计可以具有小于氧化剂(例如，氧）、未燃尽燃料或碳氢化合物（例如，HC)、氮氧化物（例 如，NO x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(SOx)、氢气和其他未完全燃烧的产物的1 %、2%、3%、4% 或5%的体积。通过进一步的示例，在EG处理系统82中的处理之前，或者在EG处理系统82中 的处理之后，抽排的排气42按体积计可以具有小于大约氧化剂(例如，氧）、未燃尽燃料或碳 氢化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NO x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOx)、氢气和其 他未完全燃烧的产物的百万分之10、百万分之20、百万分之30、百万分之40、百万分之50、百 万分之60、百万分之70、百万分之80、百万分之90、百万分之100、百万分之200、百万分之 300、百万分之400、百万分之500、百万分之1000、百万分之2000、百万分之3000、百万分之 4000或百万分之5000(ppmv)。因此，排气42特别良好地适用于EOR系统18。
[0041] 涡轮机系统52的EGR操作特别能够在多个位置76处进行排气抽排。例如，系统52的 压缩机部分可以被用于对排气66压缩而没有任何氧化剂68(即，仅压缩排气66)，使得可以 在进入到氧化剂68和燃料70之前从压缩机部分和/或燃烧器部分抽排基本上没有氧的排气 42。抽排点76可以位于相邻压缩机级之间的级间端口处、沿压缩机放出段（discharge casing)的端口处、沿燃烧器部分中的每个燃烧器的端口处，或其任何组合。在某些实施例 中，排气66可以不与氧化剂68和燃料70混合，直到其达到燃烧器部分中每个燃烧器的头端 部分和/或燃料喷嘴。更进一步地，一个或更多个流分离器(例如，壁、分隔件、挡板或类似 件)可以被用于将氧化剂68和燃料70从抽排点76隔离。用这些流分离器，可以直接沿燃烧器 部分中的每个燃烧器的壁设置抽排点76。
[0042] 一旦排气66、氧化剂68和燃料70流动通过头端部分(例如，通过燃料喷嘴)进入到 每个燃烧器的燃烧部分(例如，燃烧室）中，SEGR燃气涡轮机系统52被控制以提供基本上按 化学计量燃烧的排气66、氧化剂68和燃料70。例如，系统52可以保持大约0.95到大约1.05的 当量比。因此，在每个燃烧器中的排气66、氧化剂68和燃料70的混合物的燃烧产物基本上没 有氧和未燃尽燃料。因此，可以从SEGR燃气涡轮机系统52的涡轮机部分抽排燃烧的产物(或 排气）用于作为被传送到EOR系统18的排气42使用。沿涡轮机部分，抽排点76可以位于任何 涡轮机级处，诸如相邻涡轮机级之间的级间端口处。因此，使用上述抽排点76中的任一个， 基于涡轮机的服务系统14可以生成排气42、抽排排气42,并且将排气42传递到碳氢化合物 生产系统12(例如，EOR系统18)，用于在从地下储层20生产油/气48使用。
[0043]图2是图1的系统10的实施例的图示，图示说明了耦接到基于涡轮机的服务系统14 和碳氢化合物生产系统12的控制系统100。在所图示说明的实施例中，基于涡轮机的服务系 统14包括组合的循环系统102,该组合的循环系统102包括作为前置循环的SEGR燃气涡轮机 系统52、作为后置循环的蒸汽涡轮机104,以及HRSG 56,从而从排气60回收热量以产生用于 驱动蒸汽涡轮机104的蒸汽62。再者，SEGR燃气涡轮机系统52接收排气66、氧化剂68和燃料 70，将排气66、氧化剂68和燃料70混合，并且按化学计量燃烧排气66、氧化剂68和燃料70 (例 如，预混和/或扩散火焰），从而产生排气60、机械功率72、电功率74和/或水64。例如，SEGR燃 气涡轮机系统52可以驱动一个或更多个负载或机械装置106,诸如发电机、氧化剂压缩机 (例如，主空气压缩机）、齿轮箱、栗、碳氢化合物生产系统12的仪器，或其任何组合。在一些 实施例中，机械装置106可以包括与SEGR燃气涡轮机系统52串联的其他驱动器，诸如电动马 达或蒸汽涡轮机(例如，蒸汽涡轮机104)。因此，由SEGR燃气涡轮机系统52(和任何额外的驱 动器)驱动的机械装置106的输出可以包括机械功率72和电功率74。机械功率72和/或电功 率74可以现场被使用用于给碳氢化合物生产系统12提供动力，电功率74可以被分配给电 网，或其任何组合。机械装置106的输出还可以包括压缩的流体，诸如压缩的氧化剂68(例 如，空气或氧），用于吸入到SEGR燃气涡轮机系统52的燃烧部分。这些输出（例如，排气60、机 械功率72、电功率74和/或水64)中的每个可以被认为是基于涡轮机的服务系统14的服务。 [0044] SEGR燃气涡轮机系统52产生可以基本上没有氧的排气42、排气60,并且将该排气 42、60传送到EG处理系统54和/或EG供应系统78 AG供应系统78可以处理排气42(例如，流 95)，并且将排气42(例如，流95)传送到碳氢化合物生产系统12和/或其他系统84。如上面所 讨论的，EG处理系统54可以包括HRSG 56和EGR系统58ARSG 56可以包括一个或更多个热交 换器、冷凝器和各种热回收仪器，所述一个或更多个热交换器、冷凝器和各种热回收仪器可 以被用于从排气60回收热量或将来自排气60的热量传递到水108以生成用于驱动蒸汽涡轮 机104的蒸汽62。类似于SEGR燃气涡轮机系统52,蒸汽涡轮机104可以驱动一个或更多个负 载或机械装置106,从而生成机械功率72和电功率74。在所图示说明的实施例中，SEGR燃气 涡轮机系统52和蒸汽涡轮机104被串联布置以驱动相同的机械装置106。然而，在另一些实 施例中，SEGR燃气涡轮机系统52和蒸汽涡轮机104可以单独地驱动不同的机械装置106以独 立地生成机械功率72和/或电功率74。当由来自HRSG 56的蒸汽62驱动蒸汽涡轮机104时，蒸 汽62的温度和压力逐渐降低。因此，蒸汽涡轮机104对使用的蒸汽62和/或水108再循环回到 HRSG 56用于经由来自排气60的热量回收的额外的蒸汽生成。除了蒸汽生成之外，HRSG56、 EGR系统58和/或EG处理系统54的另一个部分可以产生水64、用于碳氢化合物生产系统12的 排气42,以及用于作为进入SEGR燃气涡轮机系统52的输入使用的排气66。例如，水64可以是 被处理的水64,诸如用于在其他应用中使用的脱盐水。脱盐水在水可用率低的区域中可以 是特别有用的。关于排气60，EG处理系统54的实施例可以被配置为通过EGR系统58将排气60 穿过或者不穿过HRSG 56对排气60再循环。
[0045] 在所图示说明的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52具有排气再循环路径110,该排 气再循环路径110从系统52的排气出口延伸到系统52的排气进口。沿路径110,排气60穿过 在所图示说明的实施例中包括HRSG 56和EGR系统58的EG处理系统54AGR处理系统58可以 包括沿路径110串联和/或并联布置的一个或多更个管道、阀、鼓风机、气体处理系统(例如， 过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化单元、热交换器、热回收单元(诸如热回收 蒸汽发生器）、除湿单元、催化剂单元、化学品注入单元，或其任何组合）。换句话说，沿系统 52的排气出口和排气进口之间的排气再循环路径110，EGR系统58可以包括任何流量控制部 件、压力控制部件、温度控制部件、湿度控制部件和气体组成控制部件。因此，在具有沿路径 110的HRSG 56的实施例中，HRSG 56可以被认为是EGR系统58的部件。然而，在某些实施例 中，HRSG 56可以沿与排气再循环路径110无关的排气路径进行设置。无论HRSG 56是沿与 EGR系统58的单独路径还是沿与EGR系统58的共同路径，HRSG 56和EGR系统58吸入排气60， 并且输出再循环的排气66、用于EG供应系统78(例如，用于碳氢化合物生产系统12和/或其 他系统84)的排气42,或者排气的另一个输出。再者，SEGR燃气涡轮机系统52吸入排气66、氧 化剂68和燃料70,将排气66、氧化剂68和燃料70混合，以及按化学计量地燃烧排气66、氧化 剂68和燃料70(例如，预混和/或扩散火焰），以产生基本上没有氧和没有燃料的排气60,用 于分配到EG处理系统54、碳氢化合物生产系统12或其他系统84。
[0046] 如上面参考图1所指出的，碳氢化合物生产系统12可以包括各种仪器以促进通过 油/气井26从地下储层20回收或生产油/气48。例如，碳氢化合物生产系统12可以包括具有 流体注入系统34的EOR系统18。在所图示说明的实施例中，流体注入系统34包括排气注入 EOR系统112和蒸汽注入EOR系统114。虽然流体注入系统34可以从各种源接收流体，但所图 示说明的实施例可以从基于涡轮机的服务系统14接收排气42和蒸汽62。由基于涡轮机的服 务系统14产生的排气42和/或蒸汽62还可以被传送到碳氢化合物生产系统12,用于在其他 油/气系统116中使用。
[0047]可以由控制系统100控制排气42和/或蒸汽62的数量、质量和流量。控制系统100可 以完全专用于基于涡轮机的服务系统14,或者控制系统100还可以可选地为碳氢化合物生 产系统12和/或其他系统 84提供控制（或至少一些数据以便于控制）。在所图示说明的实施 例中，控制系统100包括具有处理器120、存储器122、蒸汽涡轮机控制124、SEGR燃气涡轮机 系统控制126和机械装置控制128的控制器118。处理器120可以包括单个处理器或两个或更 多个冗余处理器，诸如用于控制基于涡轮机的服务系统14的三重冗余处理器。存储器122可 以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。例如，存储器122可以包括一个或更多个硬件 驱动器、闪存、只读存储器、随机存取存储器，或其任何组合。控制124、126和128可以包括软 件和/或硬件控制。例如，控制124、126和128可以包括存储在存储器122上且由处理器120可 执行的各种指令或代码。控制124被配置为控制蒸汽涡轮机104的操作，SEGR燃气涡轮机系 统控制126被配置为控制系统52,并且机械装置控制128被配置为控制机械装置106。因此， 控制器118(例如，控制124、126和128)可以被配置为协调基于涡轮机的服务系统14的各种 子系统以将合适的排气42的流提供给碳氢化合物生产系统12。
[0048] 在控制系统100的某些实施例中，在图中图示说明的或本文描述的每个要素（例 如，系统、子系统和部件)包括(例如，直接在这样的要素的内部、上游或下游)一个或更多个 工业控制特征件，诸如传感器和控制设备，所述一个或更多个工业控制特征件通过工业控 制网络与控制器118-起彼此通信耦接。例如，与每个要素相关联的控制设备可以包括专用 设备控制器(例如，包括处理器、存储器和控制指令）、一个或更多个致动器、阀、开关和工业 控制仪器，所述专用设备控制器(例如，包括处理器、存储器和控制指令）、一个或更多个致 动器、阀、开关和工业控制仪器使得能够基于传感器反馈130、来自控制器118的控制信号、 来自用户的控制信号或其任何组合进行控制。因此，可以用存储的和/或由控制器118、与每 个要素相关联的专用设备控制器，或其组合可执行的控制指令实施本文描述的控制功能中 的任一个。
[0049] 为了便于这样的控制功能，控制系统100包括分布在整个系统10的一个或更多个 传感器，以获得用于在各种控制(如控制124、126和128)的执行中使用的传感器反馈130。例 如，可以从分布在整个SEGR燃气涡轮机系统52、机械装置106、EG处理系统54、蒸汽涡轮机 104、碳氢化合物生产系统12,或者在整个基于涡轮机的服务系统14或碳氢化合物生产系统 12的任何其他部件的传感器获得传感器反馈130。例如，传感器反馈130可以包括温度反馈、 压力反馈、流率反馈、火焰温度反馈、燃烧动力学反馈、吸入氧化剂组成反馈、吸入燃料组成 反馈、排气组成反馈、机械功率72的输出电平、电功率74的输出电平、排气42和60的输出数 量、水64的输出数量或质量或其任何组合。例如，传感器反馈130可以包括排气42、60的组合 物，以促进在SEGR燃气涡轮机系统52中按化学计量的燃烧。例如，传感器反馈130可以包括 来自沿氧化剂68的氧化剂供应路径的一个或更多个吸入氧化剂传感器、沿燃料70的燃料供 应路径的一个或更多个吸入燃料传感器以及沿排气再循环路径110设置的且/或在SEGR燃 气涡轮机系统52内设置的一个或更多个排气排放传感器的反馈。吸入氧化剂传感器、吸入 燃料传感器和排气排放传感器可以包括温度传感器、压力传感器、流率传感器和组成传感 器。排放传感器可以包括用于氮氧化物的传感器(例如，NO x传感器）、碳氧化物的传感器(例 如，CO传感器和CO2传感器）、硫氧化物的传感器(例如，SO x传感器）、氢的传感器(例如，H2传 感器）、氧的传感器(例如，O2传感器）、未燃尽碳氢化合物的传感器(例如，HC传感器），或未 完全燃烧的其他产物的传感器，或其任何组合的传感器。
[0050] 使用该反馈130,控制系统100可以调节(例如，提高、降低或保持)进入到SEGR燃气 涡轮机系统52的排气66、氧化剂68和/或燃料70的吸入流量（以及其他操作参数），以保持当 量比在合适的范围内，例如，在大约0.95到大约1.05之间，在大约0.95到大约1.0之间，在大 约1.0到大约1.05之间，或基本上处于1.0。例如，控制系统100可以分析反馈130以监测排气 排放(例如，氮氧化物的浓度水平、诸如CO和CO 2的碳氧化物、硫氧化物、氢、氧、未燃尽碳氢 化合物和未完全燃烧的其他产物），和/或者确定当量比，并且然后控制一个或更多个部件 以调节排气排放(例如，排气42中的浓度水平)和/或者当量比。被控制的部件可以包括参考 图所图示说明和描述的部件中的任一个，包括但不局限于:沿用于氧化剂68、燃料70和排气 66的供应路径的阀;氧化剂压缩机、燃料栗或EG处理系统54中的任何部件;SEGR燃气涡轮机 系统52的任何部件，或其任何组合。被控制的部件可以调节（例如，提高、降低或保持）在 SEGR燃气涡轮机系统52内燃烧的氧化剂68、燃料70和排气66的流率、温度、压力或百分比 (例如，当量比）。被控制的部件还可以包括一个或更多个气体处理系统，诸如催化剂单元 (例如，氧化催化剂单元）、催化剂供应单元(例如，氧化燃料、热、电等）、气体净化和/或分离 单元(例如，基于溶剂的分离器、吸收器、闪蒸罐等)和过滤单元。气体处理系统可以帮助减 少沿排气再循环路径110、通气路径(例如，排气到大气中）或到EG供应系统78的抽排路径的 各种排气排放。
[0051 ]在某些实施例中，控制系统100可以分析反馈130,并且控制一个或更多个部件保 持排放水平（例如，排气42、排气60、排气95中的浓度水平)或将排放水平(例如，排气42、排 气60、排气95中的浓度水平)减少到目标范围，诸如按体积计小于大约百万分之10、百万分 之20、百万分之30、百万分之40、百万分之50、百万分之100、百万分之200、百万分之300、百 万分之400、百万分之500、百万分之1000、百万分之2000、百万分之3000、百万分之4000、百 万分之5000或百万分之10000 (ppmv)。对于每个排气排放，例如，氮氧化物、一氧化碳、硫氧 化物、氢、氧、未燃尽碳氢化合物和未完全燃烧的其他产物的浓度水平，这些目标范围可以 是相同的或是不同的。例如，根据当量比，控制系统1 〇〇可以选择性地将氧化剂(例如，氧）的 排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约10ppmv、20ppmv、30ppmv、40ppmv、50ppmv、 60ppmv、70ppmv、80ppmv、90ppmv、IOOppmv、250ppmv、500ppmv、750ppmv或1000 ppmv的目标范 围内；将一氧化碳（CO)的排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约20ppmv、50ppmv、 100ppmv、200ppmv、500ppmv、1000ppmv、2500ppmv或5000ppmv的目标范围内；以及将氮氧化 合物（例如，NO x)的排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约50ppmv、IOOppmv、200ppmv、 300ppmv、400ppmv或500ppmv的目标范围内。在用基本上按化学计量的当量比操作的某些实 施例中，控制系统100可以选择性地将氧化剂(例如，氧）的排气排放(例如，浓度水平)控制 在小于大约 I Oppmv、20ppmv、30ppmv、40ppmv、50ppmv、60ppmv、70ppmv、80ppmv、90ppmv 或 IOOppmv的目标范围内；以及将一氧化碳(CO)的排气排放(例如，浓度水平)控制在小于大约 500ppmv、100(^口111￥、200(^口111￥、300(^口111￥、400(^口111￥或500(^口111￥的目标范围内。在用贫燃料 当量比（例如，在大约0.95到1.0之间）操作的某些实施例中，控制系统100可以选择性地将 氧化剂（例如，氧）的排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约5OOppmv、600ppmv、 700ppmv、800ppmv、900ppmv、1000 ppmv、I IOOppmv、1200ppmv、1300ppmv、HOOppmv或 1500ppmv的目标范围内；将一氧化碳(CO)的排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约 IOppmv、20ppmv、30ppmv、40ppmv、50ppmv、60ppmv、70ppmv、80ppmv、90ppmv、IOOppmv、 150ppmv或200ppmv的目标范围内；以及将氮氧化合物(例如，NO x)的排气排放(例如，浓度水 平）控制在小于大约50ppmv、IOOppmv、150ppmv、200ppmv、250ppmv、300ppmv、350ppmv或 400ppmv的目标范围内。上述目标范围仅是示例，并且不旨在限制所公开的实施例的范围。 [0052] 控制系统100还可以被耦接到本地接口 132和远程接口 134。例如，本地接口 132可 以包括在基于涡轮机的服务系统14和/或碳氢化合物生产系统12处设置在现场的计算机工 作站。相比之下，远程接口 134可以包括自基于涡轮机的服务系统14和/或碳氢化合物生产 系统12设置在场外的计算机工作站，诸如，通过互联网连接。这些接口 132和接口 134便于基 于涡轮机的服务系统14的监测和控制，诸如通过传感器反馈130的一个或更多个图形显示、 操作参数，等等。
[0053] 再者，如上面所指出的，控制器118包括各种控制124、控制126和控制128,以便于 基于涡轮机的服务系统14的控制。蒸汽涡轮机控制124可以接收传感器反馈130,并且输出 控制命令以便于蒸汽涡轮机104的操作。例如，蒸汽涡轮机控制124可以从HRSG 56、机械装 置106、沿蒸汽62的路径的温度和压力传感器、沿水108的路径的温度和压力传感器，以及指 示机械功率72和电功率74的各种传感器接收传感器反馈130。同样地，SEGR燃气涡轮机系统 控制126可以从沿SEGR燃气涡轮机系统52、机械装置106、EG处理系统54或其任何组合设置 的一个或更多个传感器接收传感器反馈130。例如，可以从设置在SEGR燃气涡轮机系统52内 部或外部的温度传感器、压力传感器、间隙传感器、振动传感器、火焰传感器、燃料组成传感 器、排气组成传感器或其任何组合获得传感器反馈130。最后，机械装置128可以从与机械功 率72和电功率74相关联的各种传感器，以及设置在机械装置106内的传感器接收传感器反 馈130。这些控制124、控制126和控制128中的每个使用传感器反馈130以改进基于涡轮机的 服务系统14的操作。
[0054]在所图示说明的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统控制126可以执行指令以控制EG 处理系统54、EG供应系统78、碳氢化合物生产系统12和/或其他系统84中的排气42、排气60、 排气95的数量和质量。例如，SEGR燃气涡轮机系统控制126可以保持排气60中的氧化剂(例 如，氧)和/或未燃尽燃料的水平低于适用于排气注入EOR系统112的阈值。在某些实施例中， 阈值水平按体积计可以小于排气42、排气60的氧化剂（例如，氧）和/或未燃尽燃料的1 %、 2%、3%、4%或5%;或者排气42、排气60中的氧化剂(例如，氧)和/或未燃尽燃料的(和其他 排气排放）的阈值水平按体积计可以小于大约百万分之10、百万分之20、百万分之30、百万 分之40、百万分之50、百万分之60、百万分之70、百万分之80、百万分之90、百万分之100、百 万分之200、百万分之300、百万分之400、百万分之500、百万分之1000、百万分之2000、百万 分之3000、百万分之4000或百万分之5000(ppmv)。通过进一步的示例，为了实现这些低水平 的氧化剂(例如，氧）和/或未燃尽燃料，SEGR燃气涡轮机系统控制126可以保持用于在SEGR 燃气涡轮机系统52中燃烧的当量比在大约0.95到大约1.05之间。SEGR燃气涡轮机系统控制 126还可以控制EG抽排系统80和EG处理系统82以保持排气42、排气60、排气95的温度、压力、 流率和气体组成在排气注入EOR系统112、管路86、储存罐88和碳隔离系统90的合适的范围 内。如上面所讨论的，EG处理系统82可以被控制以净化和/或分离排气42为一个或更多个气 流95，诸如富含⑶ 2、缺乏N2的流96，中间浓度CO2、N2的流97，以及缺乏⑶ 2、富含N2的流98。除 了控制排气42、排气60和排气95,控制124、控制126和控制128可以执行一个或更多个指令 以保持机械功率72在合适的功率范围内，或者保持电功率74在合适的频率和功率范围内。 [0055]图3是系统10的实施例的图示，进一步图示说明了与碳氢化合物生产系统12和/或 其他系统84连用的SEGR燃气涡轮机系统52的细节。在所图示说明的实施例中，SEGR燃气涡 轮机系统52包括耦接到EG处理系统54的燃气涡轮机发动机150。所图示说明的燃气涡轮机 发动机150包括压缩机部分152、燃烧器部分154和膨胀器部分或祸轮机部分156。压缩机部 分152包括一个或更多个排气压缩机或压缩机级158,诸如以串联布置设置的1到20级旋转 式压缩机叶片。同样地，燃烧器部分154包括一个或更多个燃烧器160,诸如围绕SEGR燃气涡 轮机系统52的旋转轴线162圆周分布的1到20个燃烧器160。更进一步地，每个燃烧器160可 以包括被配置为注入排气66、氧化剂68和/或燃料70的一个或更多个燃料喷嘴164。例如，每 个燃烧器160的头端部分166可以容纳1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个燃料喷嘴164,所 述燃料喷嘴164可以将排气66、氧化剂68和/或燃料70的流或混合物注入到燃烧器160的燃 烧部分168 (例如，燃烧室）中。
[0056]燃料喷嘴164可以包括预混燃料喷嘴164(例如，被配置为预混氧化剂68和燃料70， 用于生成氧化剂/燃料预混火焰)和/或扩散燃料喷嘴164(例如，被配置为注入分离的氧化 剂68和燃料70流，用于生成氧化剂/燃料扩散火焰)的任何组合。预混燃料喷嘴164的实施例 可以包括回旋叶片、混合室或其他特征件以注入到燃烧室168并且在燃烧室168中燃烧之 前，在喷嘴164内内部混合氧化剂68和燃料70。预混燃料喷嘴164还可以接收至少一些部分 混合的氧化剂68和燃料70。在某些实施例中，每个扩散燃料喷嘴164可以隔离氧化剂68和燃 料70的流动直到注入的点，同时还隔离一种或更多种稀释液(例如，排气66、蒸汽、氮气或另 一种惰性气体）的流动直到注入的点。在另一些实施例中，每个扩散燃料喷嘴164可以隔离 氧化剂68和燃料70的流动直到注入的点，同时在注入的点之前部分地混合一种或更多种稀 释液(例如，排气66、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)与氧化剂68和/或燃料70。另外，一种或 更多种稀释液(例如，排气66、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)可以在燃烧区域处或者在燃烧 区域的下游被注入到燃烧器(例如，进入燃烧的热产物中），从而有助于减少燃烧的热产物 的温度，并且减少NO x(例如，NO和NO2)的排放。不管燃料喷嘴164的类型，SEGR燃气涡轮机系 统52可以被控制以提供氧化剂68和燃料70的基本上按化学计量的燃烧。
[0057]在使用扩散燃料喷嘴164的扩散燃烧实施例中，燃料70和氧化剂68-般不会从扩 散火焰的上游混合，而是燃料70和氧化剂68直接在火焰表面处混合和反应，和/或者火焰表 面存在于燃料70和氧化剂68之间混合位置处。特别地，燃料70和氧化剂68分别接近火焰表 面(或扩散边界/扩散界面），并且然后沿火焰表面(或扩散边界/界面)扩散(例如，经由分子 和粘性扩散）以生成扩散火焰。值得注意的是，燃料70和氧化剂68可以是基本上处于沿该火 焰表面(或扩散边界/界面）的化学计量比，这可以导致沿该火焰表面更高的火焰温度（例 如，峰值火焰温度）。与贫燃料或富燃料的燃料/氧化剂比相比，按化学计量的燃料/氧化剂 比一般导致更高的火焰温度(例如，峰值火焰温度）。因此，因为燃料70和氧化剂68的扩散有 助于保持沿火焰表面的化学计量比（和更高的温度），所以扩散火焰基本上可以比预混火焰 更稳定。虽然更高的火焰温度还能够导致更高的排气排放，诸如NO x排放，但所公开的实施 例使用一种或更多种稀释液以帮助控制温度和排放，同时还避免燃料70和氧化剂68的任何 预混。例如，所公开的实施例可以引入一种或更多种稀释液与燃料70和氧化剂68分离（例 如，在燃烧的点之后和/或在扩散火焰的下游），从而帮助降低温度且减少由扩散火焰产生 的排放(例如，NO x排放）。
[0058]在操作中，如所图示说明的，压缩机部分152从EG处理系统54接收和压缩排气66， 并且将压缩的排气170输出到燃烧器部分154中的每个燃烧器160。在燃料60、氧化剂68和排 气170在每个燃烧器160内燃烧后，燃烧172的额外排气或产物（即，燃烧气体)被传送到涡轮 机部分156中。类似于压缩机部分152,涡轮机部分156包括一个或更多个涡轮机或涡轮机级 174,所述一个或更多个涡轮机或涡轮机级174可以包括一系列旋转式涡轮机叶片。然后，由 在燃烧器部分154中生成的燃烧172的产物驱动这些涡轮机叶片，从而驱动耦接到机械装置 106的轴176的旋转。再者，机械装置106可以包括耦接到SEGR燃气涡轮机系统52的任一端的 各种仪器，诸如耦接到涡轮机部分156的机械装置106、178和/或耦接到压缩机部分152的机 械装置106、180。在某些实施例中，机械装置106、机械装置178、机械装置180可以包括耦接 到SEGR燃气涡轮机系统52的一个或更多个发电机、用于氧化剂68的氧化剂压缩机、用于燃 料70的燃料栗、齿轮箱或额外的驱动器(例如，蒸汽涡轮机104、电动马达等）。参考表1下面 进一步详细讨论了非限制性示例。如所图示说明的，祸轮机部分156输出排气60以沿从涡轮 机部分156的排气出口 182到进入到压缩机部分152中的排气入口 184的排气再循环路径110 再循环。沿排气再循环路径110,如上面详细讨论的，排气60穿过EG处理系统54(例如，HRSG 56和/或EGR系统58)。
[0059] 再者，燃烧器部分154中的每个燃烧器160接收、混合，并且按化学计量燃烧压缩的 排气170、氧化剂68和燃料70,以产生燃烧172的额外的排气或产物，以驱动涡轮机部分156。 在某些实施例中，由氧化剂压缩系统186压缩氧化剂68,所述氧化剂压缩系统186诸如具有 一个或更多个氧化剂压缩机(MOC)的主氧化剂压缩(MOC)系统（例如，主空气压缩(MAC)系 统）。氧化剂压缩系统186包括耦接到驱动器190的氧化剂压缩机188。例如，驱动器190可以 包 括电动马达、内燃发动机或其任何组合。在某些实施例中，驱动器190可以是涡轮机发动 机，诸如燃气涡轮机发动机150。因此，氧化剂压缩系统186可以是机械装置106的组成部分。 换句话说，可以由燃气涡轮机发动机150的轴176供应的机械功率72直接或间接驱动压缩机 188。在这样的实施例中，因为压缩机188依赖于从涡轮机发动机150输出的功率，所以可以 不包括驱动器190。然而，在采用的某些实施例中，采用不止一个氧化剂压缩机，可以由驱动 器190驱动第一氧化剂压缩机(例如，低压(LP)氧化剂压缩机），而轴176驱动第二氧化剂压 缩机(例如，高压(HP)氧化剂压缩机），或反之亦然。例如，在另一个实施例中，由驱动器190 驱动HP M0C，并且由轴176驱动LP氧化剂压缩机。在所图示说明的实施例中，氧化剂压缩系 统186与机械装置106分尚。在这些实施例的每个中，压缩系统186压缩氧化剂68,并且将氧 化剂68提供给燃料喷嘴164和燃烧器160。因此，机械装置106、机械装置178、机械装置180中 的一些或全部可以被配置为提高压缩系统186(例如，压缩机188和/或额外的压缩机）的操 作效率。
[0060] 可以以一个或更多个串联布置、并联布置，或者串联和并联布置的任何组合沿轴 176的线和/或平行于轴176的线设置由要素编号106A、106B、106C、106D、106E和106F表示的 机械装置106的各种部件。例如，机械装置106、机械装置178、机械装置180 (例如，106A到 106F)可以包括以：一个或更多个齿轮箱(例如，平行轴、行星齿轮箱）、一个或更多个压缩机 (例如，氧化剂压缩机、增压器压缩机(诸如EG增压器压缩机））、一个或更多个发电单元(例 如，发电机）、一个或更多个驱动器(例如，蒸汽涡轮机发动机、电动马达）、热交换单元(例 如，直接或间接热交换器）、离合器，或其任何组合的任何顺序的任何串联和/或并联布置。 压缩机可以包括轴向压缩机、径向或离心式压缩机，或其任何组合，每个具有一个或更多个 压缩级。关于热交换器，直接热交换器可以包括喷雾冷却器(例如，喷雾中间冷却器），该喷 雾冷却器(例如，喷雾中间冷却器)将液体喷雾注入到气流(例如，氧化剂流）中用于直接冷 却气流。间接热交换器可以包括分离第一流和第二流的至少一个壁（例如，壳管式热交换 器），诸如与冷却剂流(例如，水、空气、制冷剂，或任何其他液体或气体冷却剂)分离的液体 流(例如，氧化剂流），其中冷却剂流从液体流传递热量而无任何直接接触。间接热交换器的 示例包括中间冷却器热交换器和热回收单元，诸如热回收蒸汽发生器。热交换器还可以包 括加热器。如下面进一步详细讨论的，这些机械装置部件中的每个可以被用于如由表1中阐 述的非限制性示例表示的各种组合中。
[0061] -般来说，机械装置106、机械装置178、机械装置180可以被配置为例如通过调节 系统186中的一个或更多个氧化剂压缩机的操作速度、通过冷却和/或剩余功率的提取促进 氧化剂68的压缩，提高压缩系统186的效率。所公开的实施例旨在包括以串联和并联布置的 机械装置106、机械装置178、机械装置180中的上述部件中的任何和所有的排列，其中一个、 不止一个、全部或没有部件从轴176获得功率。如下面所图示说明的，表1描绘了靠近压缩机 和涡轮机部分152、156设置和/或耦接到压缩机和涡轮机部分152、156的机械装置106、机械 装置178、机械装置180的布置的一些非限制性示例。
[0064] 表1
[0065] 如上面表1中所图示说明的，冷却单元被表示为CLR，离合器被表示为CLU，驱动器 被表示为DRV，齿轮箱被表示为GBX，发电机被表示为GEN，加热单元被表示为HTR，主氧化剂 压缩机单元被表示为M0C，具有低压和高压变量的主氧化剂压缩机单元分别被表示为LP MOC和HP MOC，并且蒸汽发生器单元被表示为STGN。虽然表1以朝向压缩机部分152或涡轮机 部分156的顺序图示说明了机械装置106、机械装置178、机械装置180,但表1还旨在覆盖机 械装置106、机械装置178、机械装置180的相反的顺序。在表1中，包括两个或更多个部件的 任何单元格旨在覆盖部件的并联布置。表1不旨在排除机械装置106、机械装置178、机械装 置180的任何未图示说明的排列。机械装置106、机械装置178、机械装置180的这些部件可以 实现发送到燃气涡轮机发动机150的氧化剂68的温度、压力和流率的反馈控制。如下面进一 步详细讨论的，可以在具体选择以便于压缩的排气170隔离和抽排而无任何降低排气170的 质量的氧化剂68或燃料70的位置处，将氧化剂68和燃料70提供给燃气涡轮机发动机150。
[0066] 如图3中所图示说明的，EG供应系统78被设置在燃气涡轮机发动机150和目标系统 (例如，碳氢化合物生产系统12和其他系统84)之间。特别地，EG供应系统78,例如，EG抽排系 统(EGES)80,可以沿压缩机部分152、燃烧器部分154、和/或涡轮机部分156在一个或更多个 抽排点76处被耦接到燃气涡轮机发动机150。例如，抽排点76可以位于相邻压缩机级之间， 诸如压缩机级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10级间抽排点76。这些级间抽排点76中的每个提 供抽排的排气42的不同温度和压力。类似地，抽排点76可以位于相邻涡轮机级之间，诸如涡 轮机级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10级间抽排点76。这些级间抽排点76中的每个提供抽排 的排气42的不同温度和压力。通过进一步的示例，抽排点76可以位于整个燃烧器部分154的 多个位置处，这可以提供不同的温度、压力、流率和气体组成。这些抽排点76中的每个可以 包括可以用于选择性地控制到EG供应系统78的抽排的排气42流动的EG抽排管道、一个或更 多个阀、传感器和控制。
[0067]由EG供应系统78分配的抽排的排气42具有适用于目标系统（例如，碳氢化合物生 产系统12和其他系统84)的受控的组合物。例如，在这些抽排点76的每个处，排气170可以基 本上与氧化剂68和燃料70的注入点（或流动）隔离。换句话说，EG供应系统78可以被专门设 计用于从燃气涡轮机发动机150抽排排气170而无任何添加的氧化剂68或燃料70。更进一步 地，鉴于在每个燃烧器160中按化学计量的燃烧，抽排的排气42可以基本上没有氧和燃料。 EG供应系统78可以将抽排的排气42直接或间接地传送到碳氢化合物生产系统12和/或其他 系统84,用于在各种过程中使用，诸如强化油回收、碳隔离、储存或运输到场外的位置。然 而，在某些实施例中，EG供应系统78包括EG处理系统(EGTS)82，用于在排气42用于目标系统 之前，进一步处理排气42。例如，EG处理系统82可以净化和/或分离排气42为一个或更多个 流95,诸如富含⑶ 2、缺乏N2的流96,中间浓度的CO2J2的流97,缺乏C0 2、富含N2的流98。这些 被处理的排气流95可以被单独或者以任何组合用于碳氢化合物生产系统12和其他系统84 (例如，管路86、储存罐88和碳隔离系统90)。
[0068]类似于在EG供应系统78中执行的排气处理，EG处理系统54可以包括多个排气(EG) 处理部件192,诸如由要素编号194、196、198、200、202、204、206、208和210所指示的。可以以 一个或更多个串联布置、并联布置，或串联和并联布置的任何组合沿排气再循环路径110设 置这些EG处理部件192(例如，194到210)。例如，EG处理部件192(例如，194到210)可以包括 以：一个或更多个热交换器(例如，热回收单元诸如热回收蒸汽发生器、冷凝器、冷却器或加 热器）、催化剂系统(例如，氧化催化剂系统）、微粒去除系统和/或除水系统(例如，惯性分离 器、凝聚过滤器、水不可渗透的过滤器和其他过滤器）、化学品注入系统、基于溶剂的处理系 统（例如，吸收器、闪蒸罐等）、碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的 处理系统或其任何组合的任何顺序的任何串联和/或并联布置。在某些实施例中，催化剂系 统可以包括氧化催化剂、一氧化碳还原催化剂、氮氧化物还原催化剂、氧化铝、氧化锆、氧化 硅、氧化钛、氧化铂、氧化钯、氧化钴、混合金属氧化物或其组合。所公开的实施例旨在包括 以串联和并联布置的上述部件192的任何和所有的排列。如下面所图示说明的，表2描绘了 沿排气再循环路径110的部件192的布置的一些非限制性示例。
[0069]
[0071] 表2
[0072] 如上面表2中所图示说明的，由CU表示催化剂单元，由OCU表示氧化催化剂单元，由 BB表示增压器鼓风机，由HX表示热交换器，由HRU表示热回收单元，由HRSG表示热回收蒸汽 发生器，由COND表示冷凝器，由ST表示蒸汽涡轮机，由PRU表示微粒去除单元，由MRU表示除 湿单元，由FIL表示过滤器，由CFIL表示凝聚过滤器，由WFIL表示水不可渗透的过滤器，由 INER表示惯性分离器，并且由DIL表示稀释液供应系统(例如，蒸汽、氮气或其他惰性气体）。 虽然表2图示说明了从涡轮机部分156的排气出口 182朝向压缩机部分152的排气进口 184的 顺序的部件192,但表2还旨在覆盖所图示说明的部件192的相反的顺序。在表2中，包括两个 或更多个部件的任何单元格旨在覆盖具有部件的集成单元、部件的并行布置或其任何组 合。更进一步地，在表2的情况下，HRU、HRSG和⑶ND是HE的示例；HRSG是HRU的示例；C0ND、 WFIL和CFIL是WRU的示例；INER、FIL、WFIL和CFIL是PRU的示例；并且WFIL和CFIL是FIL的示 例。再者，表2不旨在排除部件192的任何未图示说明的排列。在某些实施例中，所图示说明 的部件192(例如，194到210)可以部分地或完全地集成在HRSG 56、EGR系统58或其任何组合 内。这些EG处理部件192可以实现温度、压力、流率和气体组成的反馈控制，同时还从排气60 除湿和去除微粒。更进一步地，可以在一个或更多个抽排点76处抽排被处理的排气60,用于 在EG供应系统78中使用，和/或者被再循环到压缩机部分152的排气进口 184。
[0073]当被处理的、再循环的排气66穿过压缩机部分152，SEGR燃气涡轮机系统52可以沿 一个或更多个线路212(例如，抽气管道或旁路管道)放掉压缩的排气的一部分。每个线路 212可以将排气传送到一个或更多个热交换器214(例如，冷却单元）中，从而冷却排气用于 再循环回到SEGR燃气涡轮机系统52中。例如，在穿过热交换器214之后，冷却的排气的一部 分可以沿线路212被传送到涡轮机部分156,用于涡轮机机壳、涡轮机罩、轴承和其他部件的 冷却和/或密封。在这样的实施例中，为了冷却和/或密封的目的，SEGR燃气涡轮机系统52不 会将任何氧化剂68(或其他潜在污染物)传送通过涡轮机部分156,并且因此冷却的排气的 任何泄漏将不会污染流经且驱动涡轮机部分156的涡轮机级的燃烧的热产物(例如，工作排 气）。通过进一步的示例，在穿过热交换器214之后，冷却的排气的一部分可以沿线路216(例 如，返回管道)被传送到压缩机部分152的上游压缩机级，从而提高由压缩机部分152的压缩 的效率。在这样的实施例中，热交换器214可以经配置作为压缩机部分152的级间冷却单元。 以这种方式，冷却的排气有助于增加 SEGR燃气涡轮机系统52的操作效率，同时有助于保持 排气的纯度(例如，基本上没有氧化剂和燃料）。
[0074]图4是图1至图3中图示说明的系统10的操作过程220的实施例的流程图。在某些实 施例中，过程220可以是计算机实施的过程，其访问存储在存储器122上的一个或更多个指 令，并且执行图2中所示的控制器118的处理器120上的指令。例如，在过程220中的每个步骤 可以包括由参考图2描述的控制系统100的控制器118可执行的指令。
[0075]过程220可以通过初始化图1到图3的SEGR燃气涡轮机系统52的开启模式开始，如 由方框222所指示的。例如，开启模式可以涉及逐渐上升SEGR燃气涡轮机系统52以保持热梯 度、振动和(例如，在旋转和固定零件之间的）间隙在可接受的阈值内。例如，在开启模式222 期间，过程220可以开始将压缩的氧化剂68提供给燃烧器160和燃烧器部分154的燃料喷嘴 164,如由方框224所指示的。在某些实施例中，压缩的氧化剂可以包括压缩的空气、氧、富氧 空气、氧气减少的空气、氧氮混合物，或其任何组合。例如，氧化剂68可以由图3中所图示说 明的氧化剂压缩系统186进行压缩。在开启模式222期间，过程220还可以开始将燃料提供给 燃烧器160和燃料喷嘴164,如由方框226所指示的。在开启模式222期间，过程220还可以开 始将排气(如果是可用的）提供给燃烧器160和燃料喷嘴164,如由方框228所指示的。例如， 燃料喷嘴164可以产生一个或更多个扩散火焰、预混火焰，或者扩散火焰和预混火焰的组 合。在开启模式222期间，由燃气祸轮机发动机156生成的排气60在数量和/或质量上可以是 不充分或不稳定的。因此，在开启模式期间，过程220可以从一个或更多个储存单元(例如， 储存罐88)、管路86、其他SEGR燃气涡轮机系统52或其他排气源提供排气66。
[0076]然后，过程220可以在燃烧器160中燃烧压缩的氧化剂、燃料和排气的混合物以产 生热燃烧气体172,如由方框230所指示的。特别地，过程220可以由图2的控制系统100控制 以促进燃烧器部分154的燃烧器160中的混合物的按化学计量的燃烧(例如，按化学计量的 扩散燃烧、预混燃烧，或两者）。然而，在开启模式222期间，保持混合物的按化学计量的燃烧 可以是特别困难的（并且因此，低水平的氧化剂和未燃尽燃料可以存在于热燃烧气体172 中）。因此，与在下面进一步详细讨论的稳态模式期间的相比，在开启模式222中，热燃烧气 体172可以具有更大量的残留氧化剂68和/或燃料70。由于这个原因，在开启模式期间，过程 220可以执行一个或更多个控制指令以减少或消除热燃烧气体172中残留的氧化剂68和/或 燃料70。
[0077]然后，过程220用热燃烧气体172驱动涡轮机部分156,如由方框232所指示的。例 如，热燃烧气体172可以驱动设置在涡轮机部分156内的一个或更多个涡轮机级174。涡轮机 部分156的下游，过程220可以处理来自最终涡轮机级174的排气60，如由方框234所指示的。 例如，排气处理234可以包括过滤、任何残留的氧化剂68和/或燃料70的催化反应、化学处 理、用HRSG56热回收，等等。过程220还可以将排气60中的至少一些再循环回到SEGR燃气涡 轮机系统52的压缩机部分152,如由方框236所指示的。例如，排气再循环236可以涉及穿过 如图1至图3中所图示说明的具有EG处理系统54的排气再循环路径110的通道。
[0078]进而，再循环的排气66可以在压缩机部分152中被压缩，如由方框238所指示的。例 如，SEGR燃气涡轮机系统52可以在压缩机部分152的一个或更多个压缩机级158中顺序地压 缩再循环的排气66。随后，压缩的排气170可以被提供给燃烧器160和燃料喷嘴164,如由方 框228所指示的。然后，步骤230、232、234、236和238可以重复，直到过程220最终过渡到稳态 模式，如由方框240所指示的。在过渡240后，过程220可以继续执行步骤224到步骤238,但还 可以开始经由EG供应系统78抽排排气42,如由方框242所指示的。例如，可以沿如图3中所指 示的压缩机部分152、燃烧器部分154和涡轮机部分156从一个或更多个抽排点76抽排排气 42。进而，过程220可以从EG供应系统78将抽排的排气42提供给碳氢化合物生产系统12,如 由方框244所指示的。然后，碳氢化合物生产系统12可以将排气42注入到地层32,用于增强 油回收，如由方框246所指示的。例如，可以由图1至图3中所图示说明的EOR系统18的排气注 入EOR系统112使用抽排的排气42。
[0079] 如上所阐述的，本实施例包括系统和方法，通过该系统和方法，许多感觉流可以被 动地从燃气涡轮机系统(例如，SEGR系统52)的一部分中的气流进行抽排，并且被引导通过 很多抽排通道用于分析。进一步地，如上所阐述的，本方法可以在任何情况下都是有用的， 所述情况涉及在压差下操作或提供压差的一件仪器(例如，旋转式机械)附近的气流的被动 采样。考虑到上述，图5是图2的SEGR燃气涡轮机系统52的实施例的图示。如图5中所图示说 明的，SEGR燃气涡轮机系统52包括如上所阐述的耦接在一起的压缩机部分184、许多燃烧器 160和涡轮机部分156。方向键也包括在图5中，该方向键图示说明了相对于燃气涡轮机发动 机150的旋转轴线定义的轴向方向250、径向方向252和圆周方向254。
[0080] 图5中所图示说明的SEGR燃气涡轮机系统52包括排气部分260,该排气部分260耦 接到涡轮机部分156并且接收离开涡轮机部分156的最终级的排气流。进一步地，所图示说 明的SEGR燃气涡轮机系统52包括一般将排气流传送通过循环鼓风机262的排气再循环路径 110,在排气流被返回到压缩机部分184的进口之前，循环鼓风机262可以调节通过排气再循 环路径110的排气的流率。可以理解，在某些实施例中，可以沿排气再循环路径110设置上面 讨论的任何数量的其他排气处理元件。
[0081 ]另外，图5中所图示说明的SEGR燃气涡轮机系统52包括三组气流抽排系统（例如， 排气采样系统），即，耦接到压缩机部分184的气流抽排系统264、耦接到排气部分260的气流 抽排系统266和在循环鼓风机262附近的气流抽排系统268。进一步地，每个气流抽排系统包 括许多抽排通道270,并且每个抽排路径包括至少一个传感器272。每个抽排通道270被布置 以从在相对下游、高压区域的气流抽排感觉流，并且将感觉流返回到在相对上游、低压区域 的气流(如由在每个抽排通道270上所图示说明的方向指示符所指示的）。应当理解，上述压 差能够使抽排通道270为被动的，意思是在每个抽排通道270的抽排点和返回点之间的压差 可以驱动感觉流通过抽排通道270而不用执行额外的工作（例如，使用鼓风机单元、风扇或 其他活动机构）。进一步地，应当理解，如下面更详细讨论的，每个抽排通道270的尺寸可以 控制通过抽排通道270的感觉流的流率。另外，当排气部分260、压缩机部分184和循环鼓风 机262被提供作为用于气流抽排系统的合适的位置的示例时，值得注意的是，在 另一些实施 例中，气流抽排系统可以被设置在提供适当的压差（例如，包括燃烧器160、排气流动路径 110、压缩机部分184、涡轮机部分156、排气部分260、循环鼓风机262或其任何组合W^SEGR 燃气涡轮机系统52的任何两点之间。另外，在某些实施例中，气流抽排系统可以包括一个或 更多个抽排通道270,所述一个或更多个抽排通道270适当定位以从EGR流动路径(例如，抽 排流动路径110)的更高压部分抽排流动流的一部分，并且在已经执行一个或更多个测量之 后，将抽排的流动流的一部分抽排到大气(例如，通过通气竖管）。
[0082]图5中所图示说明的SEGR燃气涡轮机系统52的每个传感器272被耦接到相应的抽 排路径270(例如，抽排管道），使得传感器272可以测量穿过相应的抽排路径270的感觉流的 一个或更多个属性。在某些实施例中，传感器272可以包括例如温度传感器、流量传感器、压 力传感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽 燃料传感器或其任何组合。特别地，在某些实施例中，传感器272可以包括宽带λ传感器和/ 或通用排气氧(UEGO)传感器，该宽带λ传感器和/或通用排气氧(UEGO)传感器类似于在机动 车辆中使用的氧传感器。
[0083]更进一步地，如图5中所图示说明的，每个传感器272可以被通信地耦接到（例如， 上面所阐述的控制系统100的）控制器/监测器274,该控制器/监测器274可以从传感器272 接收输入，以至少部分地基于接收的输入确定和/或控制SEGR燃气涡轮机系统52的一个或 更多个参数。例如，在某些实施例中，控制器/监测器274可以是Mark*VIe?控制器，或是 3500Enc 〇re资产状态监测器(两者都可以从纽约州斯克内克塔迪市的通用电气公司获得）、 或另一个合适的监测器或控制器。另外，应当理解，在某些实施例中，控制器/监测器274可 以被耦接到SEGR燃气涡轮机系统52的其他部件(例如，压缩机部分184、燃烧器160等），以控 制或监测SEGR燃气涡轮机系统52的操作。例如，在某些实施例中，控制器/监测器274可以利 用来自传感器272的输入以确定关于气流的组成的信息，诸如基于由对应于传感器272的相 应的感觉流的测量的传感器272提供的输入确定气流中的氧、一氧化碳、氢、燃料、氮氧化物 和/或水蒸汽的水平。更进一步地，在某些实施例中，至少部分地基于确定的气流的组成，控 制器274可以调节SEGR燃气涡轮机系统52的参数，诸如调节燃料混合物、燃料流率、氧化剂 吸入率、燃料-氧化剂比、排气再循环率、燃烧的当量比（Φ )(例如，在0.95和1.05之间，或接 近1.0,以提供基本上按化学计量的燃烧)或类似的参数。
[0084]为了更好地图示说明气流抽排系统的一个示例，图6图示说明了图5的排气部分 260的横截面视图，其包括沿线6-6(例如，沿径向方向252)截取的气流抽排系统266。因此， 如图6中所图示说明的，抽排通道270每个径向地252延伸穿过排气部分260的外壳282。这些 抽排通道270可以被刚性地安装到外壳282以防止在操作期间运动。进一步地，在穿过外壳 282之后，每个所图示说明的抽排通道270延伸到被设置在排气部分260的外壳282和内部部 分286(例如，内壳)之间的排气流动路径284中。如所图示说明的，排气流动路径284可以以 共轴或同心布置被设置在外壳282和内部部分286之间。应当理解，在某些实施例中，内壳 286可以提供用于冷却剂气体的流动285的路径。在SEGR燃气涡轮机系统52的操作期间，可 以沿在排气部分260的外壳282和内壳286之间的排气流动路径284(例如，沿轴向方向250) 引导离开涡轮机部分156的最终级的热排气。
[0085]更进一步地，如上所阐述的，在排气部分260的操作期间，气流抽排系统266-般可 以从穿过排气部分260的排气流动路径284的气流抽排感觉流288。例如，如图6中所图示说 明的，气流抽排系统266包括以径向方向252取向且围绕轴线250周向间隔254并且延伸到排 气流动路径284的部分中且与排气流动路径284的部分流体连通的16个抽排通道270。在某 些实施例中，相对于外壳282,抽排通道270可以是齐平的、朝向轴线250凸出、凹陷远离轴线 250,或其组合。应当理解，在某些实施例中，可以使用任何数量的抽排通道270,诸如在一个 或更多个轴向位置、圆周位置和/或径向位置处的1到1〇〇、2到50、3到40、4到30、5到15或任 何其他适当数量的抽排通道。更进一步地，在另一些实施例中，抽排通道可以不是关于轴线 250均匀地分布的，如图6中所图示说明的，而可以是交错或集中在排气部分260的特定部分 (例如，在顶部、底部或在排气部分260的侧面处）。
[0086]另外，应当理解，抽排通道270的大小、形状和位置可以调节由如图6中所图示说明 的气流抽排系统266抽排的感觉流288的流动。例如，每个抽排通道270可以具有特定的直径 290,该特定的直径290可以调节或计量每单位时间穿过抽排通道270的排气流的特定体积。 另外，穿过排气部分260的排气流动路径284的排气流可能不是完全均匀的，并且同样地，排 气流的流率、温度、组成等等在排气流动路径284内的不同位置处可以变化。
[0087] 因此，如图6中所图示说明的，抽排通道270还可以被定位以从排气部分260的外壳 282的壁延伸特定的距离292(例如，径向偏移），使得穿过排气流动路径284的特定区域的排 气流可以被抽排用于感觉流288。应当理解，在某些实施例中，距离292可以更大，并且抽排 通道270可以更深地延伸进入排气流动路径284。更进一步地，在某些实施例中，抽排通道 270中的每个可以延伸不同的距离292进入到排气流动路径284,使得每个抽排通道270能够 对不同区域的排气流采样。另外，在某些实施例中，抽排通道270中的每个包括圆柱形管道、 圆锥形管道、矩形管道，或其任何组合，以提供特定的感觉流流动。进一步地，到每个抽排通 道270的每个入口的形状还可以具有适用于支持感觉流288进入且穿过抽排通道270的特定 形状(例如，圆柱形、圆锥形、有锯齿状的、或另一个形状)和/或间距。
[0088] 与由气流抽排系统266抽排的较大气流相比，感觉流288可以是相对小的。例如，在 某些实施例中，排气的流率（例如，通过排气部分260的排气流动路径284)可以是在大约 1800碌每秒（lbs/s)和2000碌每秒（lbs/s)之间（例如，在大约800千克每秒和900千克每秒 之间），而每个感觉流288可以具有在大约0.01 lbs/s和Ilbs/s之间（例如，在大约0.1千克每 秒和1千克每秒之间）的流率。通过进一步的示例，在某些实施例中，每个感觉流288可以具 有流率，所述流率表示小于或大约被采样的气流的流率的0.0001 %、〇.0005%、0.001%、 0.005%、0.01%、0.05%、0.1%或1%。
[0089] 图7和图8是分别图示说明沿线7-7截取的如图6所图示说明的气流抽排系统266的 抽排通道270的两个示例实施例的图示。图7和图8都图示说明了如先前所讨论的延伸通过 排气部分26的外壳282的抽排通道270。进一步地，随后，图7和图8的抽排通道270以向下倾 斜角度300(例如，相对于轴向方向250)延伸以与环形歧管302交会。如下面更详细讨论的， 在某些实施例中，向下倾斜角度300可以大于大约1° (例如，大于或等于2°、5°、10°、15°、 20°、25°、30°、35°、40°或45° )，使得抽排通道270-般当它接近歧管302时向下倾斜(例如， 径向朝向轴线250)，例如，以允许冷凝物泄出。在另一些实施例中，角度300可以是0°或小于 〇°。如下面详细讨论的，在某些实施例中，抽排通道270中的每个可以被耦接到公用歧管，诸 如环形歧管302。同样地，当感觉流288可以在一个方向上移动通过抽排通道270时，一旦感 觉流288到达环形歧管，感觉流288可以在环形歧管302内（例如，在向内或向外的径向方向 252、在顺时针或/或逆时针圆周方向254,或其组合）自由移动。
[0090] 另外，所图示说明的图7和图8的实施例二者都包括控制器/监测器274,即，如上所 阐述的，该控制器/监测器274被耦接到SEGR燃气涡轮机系统52的传感器。如所图示说明的， 控制器/监测器274被耦接到朝向内部部分286延伸穿过排气部分260的外壳282的传感器 304(例如，温度传感器、压力传感器、流率传感器或另一个合适的传感器）。在某些实施例 中，传感器304可以是测量穿过排气部分260的气流的温度的温度传感器或另一个合适的传 感器。应当理解，在另一些实施例中，传感器304可以不存在。另外，所图示说明的图7和图8 的实施例二者都包括也被耦接到控制器/监测器274的一个或更多个传感器272(例如，温度 传感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽燃 料传感器，或其任何组合），这些在下面详细讨论。
[0091] 转到图7,除了上面所描述的特征之外，所图示说明的实施例包括被设置在至少一 个传感器272 (例如，λ或UEGO传感器272)的相对侧上(例如，相对于感觉流288的流动，在上 游侧和下游侧上）的第一隔离阀306和第二隔离阀308。在一些实施例中，任何数量的传感器 272(例如，1、2、3、4、5或更多）可以被设置在隔离阀306和隔离阀308之间。应当理解，隔离阀 306和隔离阀308-般能够被关闭以限制或阻止在排气部分260的操作期间感觉流288的流 动通过抽排通道270。即，第一隔离阀306和第二隔离阀308可以（例如，基于来自控制器274 的输入手动或自动地)被关闭，例如，使得传感器272和/或抽排通道270的部分可以被去除、 替换或保持，而不干扰SEGR燃气涡轮机系统52的操作。另外，在某些实施例中，其他阀(诸如 泄放阀或放气阀）可以被设置在隔离阀306和隔离阀308之间以实现"双阻挡和泄放"阀布 置。
[0092]相比之下，如图8中所图示说明的，在某些实施例中，气流抽排系统266可以不包括 隔离阀（例如，图7的隔离阀306和隔离阀308)。在图8的实施例中，三个传感器(例如，传感器 272Α、272Β和272C)被耦接到抽排通道270,但不通过隔离阀与抽排通道的剩余部分隔离。应 当理解，虽然在图8中图示说明了三个传感器，但在另一些实施例中，2、4、5、6、7、8、9、10、 11、12或任何其他适合数量的传感器272可以被耦接到抽排通道270以分析感觉流288。进一 步地，在某些实施例中，这些传感器272可以包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、氧 传感器(例如，λ传感器或UEGO传感器）、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、 氢传感器、未燃尽燃料传感器，或其任何组合。另外，应当理解，控制器/监测器274可以利用 由传感器272(例如，传感器272A-C)收集的测量，以确定如何调节SEGR燃气涡轮机系统52的 参数(例如，燃料混合物、燃料流率、氧化剂吸入率、燃料氧化剂比、排气再循环率，或燃烧的 当量比，和/或另一个合适的参数）。
[0093] 图9和图10是分别图示说明耦接到SEGR燃气涡轮机系统52的排气部分260的气流 抽排系统266的实施例的图示。图9和图10的实施例包括彼此共同的几个特征。例如，图9和 图10的实施例二者都包括从内部部分286延伸穿过排气部分260的外壳282且朝环形歧管 302在轴向方向250上延伸的许多抽排通道270,所述抽排通道270被图示说明为环绕排气部 分260的外壳282。更进一步地，如上所提到的，抽排通道270可以包括特定的向下倾斜角度 (例如，图7和图8中所图示说明的向下倾斜角度300)，所述特定的向下倾斜角度可以促进冷 凝物朝环形歧管302的排水。因此，环形歧管302可以包括在环形歧管302的底部附近或被设 置在气流抽排系统266中的另一个合适的低点处的泄水特征件310,以使能够从环形歧管 302去除冷凝物。在某些实施例中，泄水特征件可以包括一个或更多个泄水管、排水止回阀、 过滤器、收集罐，或其组合。更进一步地，应当理解，在某些实施例中，环形歧管302可以被定 位在抽排通道270的上游(相对于通过SEGR燃气涡轮机系统52的排气部分266的排气流的方 向319)而不会使本方法的效果无效。
[0094] 进一步地，图9和图10的实施例二者都图示说明了沿每个抽排通道270设置在隔离 阀306和隔离阀308之间的传感器272。如上所阐述的，虽然沿每个抽排路径270仅图示说明 了一个传感器272，但在某些实施例中，可以沿每个抽排通道270设置任何数量的传感器272 (例如，温度传感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感 器、未燃尽燃料传感器，或其任何组合）。进一步地，虽然在图9和图10中未图示说明，但传感 器270和传感器304中的每个可以被通信耦接到控制器/监测器274,如上面所讨论的。
[0095] 图9中图示说明的气流抽排系统266的实施例是具有内部返回通道320的气流抽排 系统266的示例。在图9的实施例中，通过抽排通道270从穿过排气部分260的内部部分286的 排气流抽排许多感觉流。感觉流可以朝向环形歧管302在轴向方向250上穿过抽排通道270， 如由箭头322所图示说明的。一旦传送到歧管302,组合的感觉流可以被引导朝向内部返回 通道320,如由箭头324所图示说明的。内部返回通道320-般将环形歧管302耦接到排气部 分260的内部部分286的上游区域321。特别地，参考排气流的下游方向319,上游区域321相 对于内部部分286的下游区域323是上游，其中下游区域323是由抽排通道270抽排感觉流的 区域。进一步地，内部返回通道320中，正如其名称所暗示的，可以至少部分地被设置在排气 部分260的外壳282和内部部分286的内部。应当理解，利用如图9中所图示说明的内部返回 通道320可以提供益处。例如，内部返回通道320可以在排气部分260周边的周围提供很少障 碍物或没有障碍物，从而允许其他仪器、设备或通道的空间。进一步地，与其他返回通道选 项相比，内部返回通道320可以损失更少的排气热到周围环境。在另一些实施例中，可以利 用多个返回通道以将感觉流返回到排气流的上游部分。
[0096]图10中图示说明的气流抽排系统266的实施例是具有外部返回通道330的气流抽 排系统266的示例。在图10的实施例中，由抽排通道270从穿过排气部分260的内部部分286 的排气流抽排许多感觉流。感觉流可以朝向环形歧管302在轴向方向250上穿过抽排通道 270,如由箭头322所图示说明的。一旦传送到歧管302,组合的感觉流可以被引导朝向内部 返回通道330,如由箭头332所图示说明的。所图示说明的外部返回通道330-般将环形歧管 302耦接到上游区域321。进一步地，上游区域321 -般是下游区域323的上游(相对于排气流 的方向319)，其中由抽排通道270抽排感觉流。对于图10中所图示说明的实施例，外部返回 通道330将环形歧管302耦接到涡轮机部分156的一部分，正好在涡轮机部分156的最终级的 下游。在另一些实施例中，相对于由抽排通道270抽排感觉流的内部部分286的区域，外部返 回通道270可以替代地将环形歧管302耦接到排气部分260的内部部分286的上游区域。 [0097]另外，图10中所图示说明的气流抽排系统266包括沿外部返回通道330设置在隔离 阀334和隔离阀336之间的许多传感器338。在某些实施例中，隔离阀334和隔离阀336可以不 存在。在某些实施例中，可以沿外部返回通道330设置任何数量的传感器338(例如，温度传 感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽燃料 传感器，或其任何组合），以执行离开歧管302的组合的感觉流的一个或更多个测量。应当理 解，在某些实施例中，由外部返回通道330的传感器338提供的测量可以补充由每个抽排通 道270的传感器272执行的测量，使得可以在由特定的抽排通道270抽排的排气的性质与由 所有的抽排通道270抽排的混合或平均排气的性质之间作比较。进一步地，虽然图10中未图 示说明，但传感器338中的每个可以被通信耦接到控制器/监测器274,如图上面讨论的传感 器272。
[0098]应当理解，虽然图10中所图示说明的外部返回通道330被图示说明为设置在排气 部分260的下面，但在另一些实施例中，外部返回通道330可以被设置在排气部分260的上面 而不会使本方法的效果无效。进一步地，如图10中所图示说明的外部返回通道330可以部分 地或全部地设置在排气部分260的外壳28 2的外部。应当理解，利用如图10中所图示说明的 外部返回通道330可以提供益处。例如，当安装气流抽排系统266时，外部返回通道330可以 涉及对排气部分260较少的修改。进一步地，与内部返回通道320相比，外部返回通道330可 以更容易接近用于维护或维修，如上面所讨论的。
[0099] 本方法的技术效果包括基于压差能够实现从气流被动地抽排感觉流。本实施例能 够使多个感觉流经由许多抽排路径从气流被抽排，其中抽排路径的尺寸可以调节感觉流， 以使感觉流是总排气流的一小部分(例如，小于大约1%)。进一步地，每个抽排路径可以包 括能够对每个感觉流执行测量的一个或更多个传感器(例如，温度传感器、压力传感器、流 量传感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽 燃料传感器，或其任何组合），使得控制器/监测器可以至少部分地基于测量确定气流的参 数。另外，所公开的实施例可以包括其他特征件，诸如隔离阀、泄水件、内部或外部返回路 径，等等，其可以提供如在气流抽排系统的维护和维修方面的额外的益处。
[0100] 附加描述
[0101] 如上所阐述的，本实施例提供了用于使用被处理的排气用于温度控制、压力控制、 湿度控制、净化、间隙控制，和/或基于涡轮机的服务系统的各种部件的密封的系统和方法。 应当注意的是，可以以任何适合的组合利用上面所描述的特征件中的任一个或组合。事实 上，目前想到了这样的组合的所有的排列。以示例的方式，提供以下条款作为本公开的进一 步描述：
[0102] 实施例1. 一种系统，其包括:燃气涡轮机发动机，所述燃气涡轮机发动机包括:燃 烧器部分，该燃烧器部分具有被配置为燃烧燃料且产生排气的一个或更多个燃烧器;涡轮 机部分，所述涡轮机部 分包括被设置在所述燃烧器的下游且被配置为由所述排气驱动的一 个或更多个涡轮机级;排气部分，所述排气部分被设置在所述一个或更多个涡轮机级的下 游，其中所述排气部分包括被配置为从所述涡轮机部分接收所述排气的排气通道；以及气 流抽排系统，所述气流抽排系统被耦接到所述排气部分，并且包括被设置在所述排气部分 周围的多个抽排通道，其中每个抽排路径被配置为从所述排气通道的下游部分接收所述排 气的一部分，其中所述气流抽排系统被配置为经由一个或更多个返回通道被动地将所述排 气的所述一部分传送到所述排气通道的上游部分。
[0103] 实施例2.任一先前实施例的所述系统，其中所述多个抽排通道中的每个包括一个 或更多个传感器。
[0104] 实施例3.任一先前实施例的所述系统，其中所述一个或更多个传感器包括氧传感 器、一氧化碳传感器、氮氧化物(NOx)传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽燃料传感器， 或其组合。
[0105]实施例4.任一先前实施例的所述系统，其中所述多个抽排通道中的每个包括被设 置在所述一个或更多个传感器的上游的第一阀和被设置在所述一个或更多个传感器的下 游的第二阀。
[0106] 实施例5.任一先前实施例的所述系统，包括耦接到所述一个或更多个传感器的控 制器，其中至少部分地基于所述一个或更多个传感器的相应输出，所述控制器被配置为控 制所述燃气涡轮机发动机的操作。
[0107] 实施例6.任一先前实施例的所述系统，其中所述控制器被配置为控制所述燃气涡 轮机发动机以大体提供按化学计量的燃烧。
[0108] 实施例7.任一先前实施例的所述系统，其中所述多个抽排通道围绕所述排气部分 的圆周均匀地间隔开。
[0109] 实施例8.任一先前实施例的所述系统，其中所述气流抽排系统包括围绕所述排气 部分设置且耦接到所述多个抽排通道中的每个的环形歧管。
[0110] 实施例9.任一先前实施例的所述系统，其中所述环形歧管、所述多个抽排通道和 所述一个或更多个返回通道被配置为允许冷凝物积聚，并且从所述气流抽排系统中的低点 被泄出。
[0111] 实施例10.任一先前实施例的所述系统，其中所述一个或更多个返回通道包括大 体被设置在所述排气部分的一部分内的一个或更多个内部返回通道。
[0112] 实施例11.任一先前实施例的所述系统，其中所述一个或更多个返回通道包括大 体被设置在所述排气部分的外面的一个或更多个外部返回通道。
[0113] 实施例12.任一先前实施例的所述系统，包括压缩机部分，所述压缩机部分被配置 为压缩排气且将排气传送到所述燃烧器部分。
[0114] 实施例13.任一先前实施例的所述系统，包括排气再循环回路，所述排气再循环回 路被耦接到所述排气部分并且被耦接到所述压缩机部分，其中所述排气再循环回路被配置 为从所述排气部分接收所述排气，并且将所述排气提供给所述压缩机部分。
[0115] 实施例14.任一先前实施例的所述系统，其中在氧化剂和所述排气存在的情况下， 所述一个或更多个燃烧器被配置为燃烧所述燃料。
[0116]实施例15.任一先前实施例的所述系统，其中在所述氧化剂和所述排气存在的情 况下，所述一个或更多个燃烧器被配置为按化学计量燃烧所述燃料。
[0117]实施例16.任一先前实施例的所述系统，包括排气抽排系统，所述排气抽排系统被 配置为抽排所述排气且将所述排气提供给碳氢化合物系统。
[0118] 实施例17. -种方法，其包括:在燃气涡轮机系统的燃烧器中燃烧燃料与氧化剂以 生成排气；用来自所述燃烧器的所述排气驱动所述燃气涡轮机系统的涡轮机;通过所述燃 气涡轮机系统的排气部分中的排气通道，提供来自所述涡轮机的所述排气;经由一个或更 多个抽排通道，从所述排气通道的下游部分被动地抽排所述排气的一部分;使用耦接到所 述一个或更多个抽排通道的一个或更多个传感器在所述排气的所述一部分上执行一个或 更多个测量；以及经由一个或更多个返回通道，被动地将所述排气的所述一部分传送到所 述排气通道的上游部分。
[0119] 实施例18.任一先前实施例的所述方法，包括基于所述一个或更多个测量确定所 述排气的所述一部分的一个或更多个属性。
[0120] 实施例19.任一先前实施例的所述方法，其中所述一个或更多个属性包括氧含量、 水蒸汽含量、氮氧化物(NOx)含量、一氧化碳含量、氢含量、未燃尽燃料含量，或其组合。
[0121] 实施例20.任一先前实施例的所述方法，包括至少部分地基于所述排气的所述一 部分的所述一个或更多个属性，调节所述燃气涡轮机系统的一个或更多个参数。
[0122] 实施例21.任一先前实施例的所述方法，其中调节所述燃气涡轮机系统的所述一 个或更多个参数包括调节燃料混合物、燃料流率、氧化剂吸入率、燃料氧化剂比、排气再循 环率，或燃烧的当量比中的一个或更多个。
[0123] 实施例22.任一先前实施例的所述方法，其中所述一个或更多个测量包括温度测 量、流率测量、压力测量、组成测量，或其组合。
[0124] 实施例23 .任一先前实施例的所述方法，其中所述一个或更多个测量包括氧含量 测量。
[0125] 实施例24.任一先前实施例的所述方法，其中所述一个或更多个测量包括一氧化 碳含量测量、氮氧化物(NOx)含量测量、水蒸汽含量测量、或氢含量测量。
[0126] 实施例25.任一先前实施例的所述方法，其中燃烧所述燃料包括按化学计量燃烧 所述燃料与所述氧化剂和排气。
[0127] 实施例26.任一先前实施例的所述方法，包括压缩所述排气，并且将所述压缩的排 气提供给所述燃烧器。
[0128] 实施例27.任一先前实施例的所述方法，包括在经由所述一个或更多个返回通道 将所述排气传送到所述排气通道的所述上游部分之前，被动地将所述排气的所述一部分从 所述一个或更多个抽排通道传送到环形歧管。
[0129] 实施例28.任一先前实施例的所述方法，包括经由泄水特征件从所述环形歧管排 出冷凝物。
[0130] 实施例29 . -种系统，其包括:通过旋转式机械的气流路径，其中所述气流路径包 括高压下游区域和低压上游区域;抽排通道，所述抽排通道被配置为被动地从所述气流路 径的所述高压下游区域抽排气流的一部分;传感器，所述传感器被耦接到所述抽排通道，其 中所述传感器被配置为测量穿过所述抽排通道的所述气流的所述一部分的参数；以及返回 通道，所述返回通道被耦接到所述抽排通道，其中所述返回通道被配置为被动地将所述气 流的所述一部分从所述抽排通道传送到所述气流路径的所述低压上游区域。
[0131] 实施例30.任一先前实施例的所述系统，其中所述气流的所述一部分小于大约所 述气流的I %。
[0132] 实施例31.任一先前实施例的所述系统，其中所述气流的所述一部分的流率至少 部分地基于抽排通道的直径、所述高压下游区域中的所述抽排通道的位置、所述返回通道 的直径和所述低压上游区域中的返回通道的位置。
[0133] 实施例32.任一先前实施例的所述系统，其中所述旋转式机械包括排气部分、压缩 机部分或燃气涡轮机系统的循环鼓风机。
[0134] 实施例33.任一先前实施例的所述系统，其中所述燃气涡轮机系统包括排气再循 环(EGR)燃气涡轮机系统。
[0135] 实施例34.任一先前实施例的所述系统，其中所述传感器包括宽带λ传感器。
[0136] 实施例35.任一先前实施例的所述系统，其中所述传感器包括通用排气氧(UEGO) 传感器。
[0137] 实施例36.任一先前实施例的所述系统，其中所述气流的所述一部分的所述参数 包括化学组成、温度，或其组合。
[0138] 实施例37.任一先前实施例的所述系统，其中所述抽排通道包括被设置在所述传 感器的上游的第一隔离阀和被设置在所述传感器的下游的第二隔离阀，其中当第一隔离阀 和所述第二隔离阀被关闭时，所述第一隔离阀和所述第二隔离阀被配置为阻止所述气流的 所述一部分经过所述传感器，以使在所述系统操作时能够更换所述传感器。
[0139] 实施例38.任一先前实施例的所述系统，包括耦接到所述抽排通道和所述返回通 道的歧管，其中所述歧管被配置为从所述抽排通道接收所述气流的所述一部分，并且将所 述气流的所述一部分提供给所述返回通道。
[0140] 实施例39.任一先前实施例的所述系统，其中所述歧管包括围绕所述旋转式机械 设置的环形歧管。
[0141] 实施例40.任一先前实施例的所述系统，其中所述歧管包括从所述歧管去除冷凝 物的泄水件。
[0142] 实施例41.任一先前实施例的所述系统，其中所述返回通道是大体被设置在所述 旋转式机械的一部分里面的内部返回通道。
[0143] 实施例42.任一先前实施例的所述系统，所述返回通道是大体被设置在所述旋转 式机械的一部分外面的外部返回通道。
[0144] 实施例43. -种系统，其包括:多个抽排通道，所述多个抽排通道被配置为被动地 从气流路径的下游区域抽排气流的一部分;多个传感器，所述多个传感器被分别耦接到所 述多个抽排通道，其中所述多个传感器被配置为测量穿过所述多个抽排通道的所述气流的 所述一部分的一个或更多个参数;歧管，所述歧管被耦接到所述多个抽排通道，其中所述歧 管被配置为从所述多个抽排通道接收所述气流的所述一部分；以及返回通道，所述返回通 道被耦接到所述歧管，其中所述返回通道被配置为被动地将所述气流的所述一部分提供给 所述气流路径的上游区域。
[0145] 实施例44.任一先前实施例的所述系统，包括:被分别设置在所述多个传感器的上 游和下游的多个隔离阀，其中当所述多个隔离阀被关闭时，所述多个隔离阀被配置为阻止 所述气流的所述一部分穿过所述多个抽排通道。
[0146] 实施例45.任一先前实施例的所述系统，其中所述歧管包括环形歧管。
[0147] 实施例46.任一先前实施例的所述系统，其中所述歧管包括从所述歧管去除冷凝 物的泄水件。
[0148] 实施例47.任一先前实施例的所述系统，其中所述多个抽排通道被设置为向下倾 斜角度，以允许冷凝物朝向所述歧管泄出。
[0149] 实施例48.任一先前实施例的所述系统，包括:被配置为沿所述气流路径提供所述 气流的燃气涡轮机系统。
[0150]实施例49.任一先前实施例的所述系统，其中所述燃气涡轮机系统包括排气再循 环(EGR)燃气涡轮机系统。
[0151]实施例50.任一先前实施例的所述系统，其中所述燃气涡轮机系统是按化学计量 的排气再循环(SEGR)燃气涡轮机系统。
[0152]虽然本文仅图示说明和描述本发明的某些特征，但本领域中的技术人员将想到很 多修改和改变。因此，应当理解，随附权利要求书旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有 这样的修改和改变。
【主权项】
1. 一种系统，其包括： 燃气涡轮机发动机，所述燃气涡轮机发动机包括： 燃烧器部分，所述燃烧器部分具有被配置为燃烧燃料且产生排气的一个或更多个燃烧 器； 涡轮机部分，所述涡轮机部分包括被设置在所述燃烧器的下游且被配置为由所述排气 驱动的一个或更多个涡轮机级； 排气部分，所述排气部分被设置在所述一个或更多个涡轮机级的下游，其中所述排气 部分包括被配置为从所述涡轮机部分接收所述排气的排气通道;和 气流抽排系统，所述气流抽排系统被耦接到所述排气部分并且包括被设置在所述排气 部分周围的多个抽排通道，其中每个抽排路径被配置为从所述排气通道的下游部分接收所 述排气的一部分，其中所述气流抽排系统被配置为经由一个或更多个返回通道被动地将所 述排气的所述一部分传送到所述排气通道的上游部分。2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述多个抽排通道中的每个包括一个或更多个传 感器。3. 根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或更多个传感器包括氧传感器、一氧化碳 传感器、氮氧化物传感器即N0X传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽燃料传感器，或其 组合。4. 根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或更多个传感器包括宽带λ传感器。5. 根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或更多个传感器包括通用排气氧传感器， 即UEG0传感器。6. 根据权利要求2所述的系统，包括耦接到所述一个或更多个传感器的控制器，其中至 少部分地基于所述一个或更多个传感器的相应输出，所述控制器被配置为控制所述燃气涡 轮机发动机的操作。7. 根据权利要求1所述的系统，其中所述气流抽排系统包括环形歧管，所述环形歧管围 绕所述排气部分设置且被耦接到所述多个抽排通道中的每个抽排通道，并且其中所述环形 歧管、所述多个抽排通道和所述一个或更多个返回通道被配置为允许冷凝物积聚并且从所 述气流抽排系统中的低点被泄出。8. 根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或更多个返回通道包括大体被设置在所 述排气部分的一部分内的一个或更多个内部返回通道。9. 根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或更多个返回通道包括大体被设置在所 述排气部分的外面的一个或更多个外部返回通道。10. 根据权利要求1所述的系统，包括： 压缩机部分，所述压缩机部分被配置为压缩所述排气且将所述排气传送到所述燃烧器 部分;和 排气再循环回路，所述排气再循环回路被耦接到所述排气部分并且被耦接到所述压缩 机部分，其中所述排气再循环回路被配置为从所述排气部分接收所述排气并且将所述排气 提供给所述压缩机部分。11. 一种方法，其包括： 在燃气涡轮机系统的燃烧器中燃烧燃料与氧化剂以生成排气； 用来自所述燃烧器的所述排气驱动所述燃气涡轮机系统的涡轮机； 通过所述燃气涡轮机系统的排气部分中的排气通道，提供来自所述涡轮机的所述排 气； 经由一个或更多个抽排通道，从所述排气通道的下游部分被动地抽排所述排气的一部 分； 使用被耦接到所述一个或更多个抽排通道的一个或更多个传感器，在所述排气的所述 一部分上执行一个或更多个测量；以及 经由一个或更多个返回通道，被动地将所述排气的所述一部分传送到所述排气通道的 上游部分。12. 根据权利要求11所述的方法，包括基于所述一个或更多个测量确定所述排气的所 述一部分的一个或更多个属性。13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或更多个属性包括氧含量、水蒸汽含 量、氮氧化物含量即N0X含量、一氧化碳含量、氢含量、未燃尽燃料含量，或其组合。14. 根据权利要求12所述的方法，包括至少部分地基于所述排气的所述一部分的所述 一个或更多个属性，调节所述燃气涡轮机系统的一个或更多个参数，其中调节所述燃气涡 轮机系统的所述一个或更多个参数包括调节燃料混合物、燃料流率、氧化剂吸入率、燃料氧 化剂比、排气再循环率，或燃烧的当量比中的一个或更多个。15. 根据权利要求11所述的方法，其中被动地抽排所述排气的所述一部分包括打开与 所述一个或更多个抽排通道中的每个相关联的一个或更多个阀，以允许所述排气的所述一 部分穿过所述一个或更多个抽排通道。16. 根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或更多个测量包括温度测量、流率测 量、压力测量、组成测量，或其组合。17. 根据权利要求11所述的方法，其中燃烧所述燃料包括按化学计量燃烧所述燃料与 所述氧化剂和排气。18. 根据权利要求11所述的方法，包括在经由所述一个或更多个返回通道将所述排气 传送到所述排气通道的所述上游部分之前，被动地将所述排气的所述一部分从所述一个或 更多个抽排通道传送到环形歧管。19. 一种系统，其包括： 通过旋转式机械的气流路径，其中所述气流路径包括高压下游区域和低压上游区域； 抽排通道，所述抽排通道被配置为从所述气流路径的所述高压下游区域被动地抽排气 流的一部分； 传感器，所述传感器被耦接到所述抽排通道，其中所述传感器被配置为测量穿过所述 抽排通道的所述气流的所述一部分的参数;和 返回通道，所述返回通道被耦接到所述抽排通道，其中所述返回通道被配置为被动地 将所述气流的所述一部分从所述抽排通道传送到所述气流路径的所述低压上游区域。20. 根据权利要求19所述的系统，其中所述气流的所述一部分小于所述气流的大约 1%〇21. 根据权利要求19所述的系统，其中所述气流的所述一部分的流率至少部分地基于 所述抽排通道的直径、所述高压下游区域中的所述抽排通道的位置、所述返回通道的直径 和所述低压上游区域中的所述返回通道的位置。22. 根据权利要求19所述的系统，其中所述旋转式机械包括排气部分、压缩机部分或燃 气涡轮机系统的循环鼓风机。23. 根据权利要求19所述的系统，其中所述抽排通道包括被设置在所述传感器的上游 的第一隔离阀和被设置在所述传感器的下游的第二隔离阀，其中当所述第一隔离阀和所述 第二隔离阀被关闭时，所述第一隔离阀和所述第二隔离阀被配置为阻止所述气流的所述一 部分经过所述传感器，以使在所述系统操作时能够更换所述传感器。24. 根据权利要求19所述的系统，包括被耦接到所述抽排通道和所述返回通道的歧管， 其中所述歧管被配置为从所述抽排通道接收所述气流的所述一部分，并且将所述气流的所 述一部分提供给所述返回通道。25. 根据权利要求19所述的系统，包括被耦接到所述返回通道的多个返回通道传感器， 其中所述多个返回通道传感器被配置为测量穿过所述返回通道的所述气流的所述一部分 的参数。
【专利摘要】一种系统，其包括多个抽排通道，所述多个抽排通道被配置为被动地从气流路径的下游区域抽排气流的一部分。所述系统包括多个传感器，所述多个传感器被分别耦接到所述多个抽排通道，其中所述多个传感器被配置为测量穿过所述多个抽排通道的所述气流的所述一部分的一个或更多个参数。所述系统还包括歧管，所述歧管被耦接到所述多个抽排通道，其中所述歧管被配置为从所述多个抽排通道接收所述气流的所述一部分。所述系统进一步包括返回通道，所述返回通道被耦接到所述歧管，其中所述返回通道被配置为被动地将所述气流的所述一部分提供给所述气流路径的上游区域。
【IPC分类】F01D17/02, F02C9/28, F02C3/34
【公开号】CN105492728
【申请号】CN201480045024
【发明人】K·D·明托, D·F·比尔德尔
【申请人】埃克森美孚上游研究公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年6月24日
【公告号】EP3014076A1, US20150000294, WO2014210081A1
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年6月28日提交的题为"SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORING GAS TURBINE SYSTEMS HAVING EXHAUST GAS RECIRCULATION(用于监测具有排气再循环的 燃气涡轮机系统的系统和方法)"的美国临时专利申请号61/841，235，以及2014年6月23日 提交的题为 "SYSTEMS AND METHODS FOR MONITORING GAS TURBINE SYSTEMS HAVING EXHAUST GAS RECIRCULATI0N(用于监测具有排气再循环的燃气涡轮机系统的系统和方 法)"的美国非临时专利申请号14/312,665的优先权和权益，所有这些专利以其全部内容通 过引用被并入本文，用于所有目的。
技术领域
[0003] 本文所公开的主题涉及燃气涡轮机系统，诸如排气再循环(EGR)燃气涡轮机系统。
【背景技术】
[0004] 燃气涡轮机发动机被用于各种应用中，诸如发电、飞行器和各种机械装置。燃气涡 轮机发动机一般在燃烧器部分中燃烧燃料与氧化剂(例如，空气）以生成热燃烧产物，然后， 该热燃烧产物驱动涡轮机部分的一个或更多个涡轮机级。当由热燃烧产物驱动涡轮机级 时，涡轮机级生成转矩以驱动轴。进而，旋转轴驱动压缩机部分的一个或更多个压缩机级， 并且还能够驱动燃气涡轮机发动机的发电机以产生电能。在操作期间，可能期望测量特定 的气流的一个或更多个属性以提高燃气涡轮机发动机的控制。更进一步地，可能期望提高 测量数据的采集以提高效率，并且减少燃气涡轮机发动机中的损失。
【发明内容】
[0005] 与最初要求保护的主题的范围相当的某些实施例在下面予以概述。这些实施例不 旨在限制所要求保护的发明的范围，相反地这些实施例仅意在提供本发明的可能形式的简 要概述。事实上，本公开可以包含可以类似于或不同于下面阐述的实施例的各种形式。
[0006] 在实施例中，一种系统包括燃气涡轮机发动机，所述燃气涡轮机发动机具有燃烧 器部分，所述燃烧器部分带有被配置为燃烧燃料并且产生排气的一个或更多个燃烧器。所 述系统包括涡轮机部分，所述涡轮机部分包括被设置在所述燃烧器的下游且被配置为由所 述排气驱动的一个或更多个涡轮机级。所述系统还包括排气部分，所述排气部分被设置在 所述一个或更多个涡轮机级的下游，其中所述排气部分具有被配置为从所述涡轮机部分接 收所述排气的排气通道。所述系统进一步包括气流抽排系统，所述气流抽排系统被耦接到 所述排气部分并且具有被设置在所述排气部分周围的多个抽排通道，其中每个抽排路径被 配置为从所述排气通道的下游部分接收排气的一部分。进一步地，所述气流抽排系统被配 置为经由一个或更多个返回通道被动地将排气的所述部分传送到所述排气通道的上游部 分。
[0007] 在另一个实施例中，一种方法包括在燃气涡轮机系统的燃烧器中燃烧燃料与氧化 剂以生成排气。所述方法包括用来自所述燃烧器的所述排气驱动所述燃气涡轮机系统的涡 轮机，以及通过所述燃气涡轮机系统的排气部分中的排气通道提供来自所述涡轮机的所述 排气。所述方法还包括经由一个或更多个抽排通道从所述排气通道的下游部分被动地抽排 所述排气的一部分。所述方法还包括使用耦接到所述多个抽排通道的一个或更多个传感器 在所述排气的所述部分上执行一个或更多个测量。所述方法进一步包括经由一个或更多个 返回通道，被动地将所述排气的所述部分传送到所述排气通道的上游部分。
[0008] 在另一个实施例中，一种系统包括通过旋转式机械的气流路径，其中所述气流路 径具有高压下游区域和低压上游区域。所述系统包括抽排通道，所述抽排通道被配置为被 动地从所述气流路径的所述高压下游区域抽排气流的一部分。所述系统包括传感器，所述 传感器被耦接到所述抽排通道并且被配置为测量穿过所述抽排通道的所述气流的所述部 分的参数。所述系统进一步包括返回通道，所述返回通道被耦接到所述抽排通道，其中所述 返回通道被配置为被动地将所述气流的所述部分从所述抽排通道传送到所述气流路径的 所述低压上游区域。
[0009] 在另一个实施例中，一种系统包括多个抽排通道，所述多个抽排通道被配置为被 动地从气流路径的下游区域抽排气流的一部分。所述系统包括多个传感器，所述多个传感 器被分别地耦接到所述多个抽排通道，其中所述多个传感器被配置为测量穿过所述多个抽 排通道的所述气流的所述部分的一个或更多个参数。所述系统还包括歧管，所述歧管被耦 接到所述多个抽排通道，其中所述歧管被配置为从所述多个抽排通道接收所述气流的所述 部分。所述系统进一步包括返回通道，所述返回通道被耦接到所述歧管，其中所述返回通道 被配置为被动地将所述气流的所述部分提供给所述气流路径的上游区域。
【附图说明】
[0010] 当参考附图阅读以下详细的描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变 得更好理解，其中在全部附图中相同的符号代表相同的部件，其中：
[0011] 图1是具有被耦接到碳氢化合物生产系统的基于涡轮机的服务系统的系统的实施 例的图示；
[0012] 图2是图1的系统的实施例的图示，进一步图示说明控制系统和组合的循环系统；
[0013] 图3是图1和图2的系统的实施例的图示，进一步图示说明燃气涡轮机发动机、排气 供应系统和排气处理系统的细节；
[0014] 图4是用于操作图1至图3系统的过程的实施例的流程图；
[0015] 图5是图2的系统的实施例的图示，进一步图示说明监测/控制系统和排气再循环 系统；
[0016] 图6是沿线6-6截取的图5的系统的排气部分的实施例的横截面视图；
[0017]图7是沿线7-7截取的图6的系统的排气抽排通道的实施例的横截面视图；
[0018]图8是沿线7-7截取的图6的系统的排气抽排通道的替代实施例的横截面视图；
[0019] 图9是具有内部返回通道的图5的系统的排气部分的实施例的图示；以及
[0020] 图10是具有外部返回通道的图5的系统的排气部分的实施例的图示。
【具体实施方式】
[0021]将在下面描述本发明的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描 述，实际实施方式的所有特征不可能都在本说明书中描述。应当理解，在任何这种实际实施 方式的开发中，如在工程或设计项目中，应当进行大量【具体实施方式】的决定以达到具体目 标，诸如符合系统相关和/或商业相关的约束，该约束可以从一个实施方式变化到另一实施 方式。此外，应当理解，这种努力可以是复杂的和耗时的，但对于那些受益于本公开的普通 技术人员仍然是设计、制作和制造的常规任务。
[0022]本文公开了详细的示例实施例。然而，为了描述示例实施例的目的，本文公开的具 体结构和功能细节仅是代表性的。然而，本发明的实施例可以以许多替换性的形式来实现， 并且不应被解释为仅限于本文阐述的实施例。
[0023] 因此，虽然示例实施例能够有各种修改和替换形式，但其实施例在图中以示例的 方式被图示说明，并且本文将详细描述其实施例。然而，应当理解，本发明不旨在将示例实 施例限制于所公开的特定形式，但相反，示例实施例将覆盖落在本发明的范围内的所有的 修改、等同物和替换。
[0024] 本文使用的术语仅用于描述特定的实施例，并且不旨在限制示例实施例。如本文 所使用的，单数形式"一/一个"以及"该/所述"也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地指 出。当在本文中使用时，术语"包括"、"包括的"、"包含"和/或"包含的"指定所述特征、整数、 步骤、操作、要素、和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、要 素、部件和/或其集合的存在或添加。
[0025] 虽然本文可以使用术语第一、第二、首先、其次等描述各种要素，但这些要素不应 受这些术语的限制。这些术语仅被用于区分一个要素与另一个要素。例如但不限制于，在不 脱离示例实施例的范围的情况下，第一要素可以被称为第二要素，并且类似地，第二要素可 以被称为第一要素。如本文所使用的，术语"和/或"包括列出的一个或者更多个相关项目中 的任一个和全部的组合。
[0026] 某些术语可以在本文中使用仅为了方便读者，并且不被视为对本发明的范围的限 制。例如，诸如"上"、"下"、"左"、"右"、"前"、"后"、"顶"、"底"、"水平"、"竖直"、"上游"、"下 游"、"前部"、"尾部"等的词只描述图中所示的配置。事实上，本发明的实施例的一个要素或 更多个要素可以以任何方向进行取向，并且因此，术语应被理解为涵盖这些变化，除非另外 规定。
[0027] 如下面所详细讨论的，所公开的实施例一般涉及具有排气再循环(EGR)的燃气涡 轮机系统，并且特别地，涉及使用EGR按化学计量操作燃气涡轮机系统。例如，燃气涡轮机系 统可以被配置为沿排气再循环路径使排气再循环，按化学计量燃烧燃料和氧化剂以及再循 环的排气中的至少一些，并且捕获用于在各种目标系统中使用的排气。除了控制燃料和/或 氧化剂的流动之外，排气的再循环与按化学计量的燃烧一起可以帮助增加排气中CO 2的浓 度水平，然后该排气能够被后处理以分离和净化在各种目标系统中使用的CO2和氮气(N 2)。 燃气涡轮机系统还可以采用沿排气再循环路径的各种排气处理(例如，热回收、催化剂反应 等），从而增加 CO2的浓度水平、减少其他排放物(例如，一氧化碳、氮氧化物和未燃尽碳氢化 合物)的浓度水平，并且增加能量回收(例如，用热回收单元）。
[0028] 事实上，通过利用根据本公开的EGR燃气涡轮机系统内的再循环的排气可以实现 很多益处，包括增加各种部件的操作时间、由于增强的冷却能力引起的各种部件更广泛的 操作范围，等。随着首先介绍EGR燃气涡轮机系统的一般部件，接下来是通过在EGR燃气涡轮 机系统内可以利用再循环的排气的方式的具体示例，下面进一步详细描述了这样的实施 例。
[0029] 如下面详细讨论的，所公开的实施例一般涉及燃气涡轮机系统，包括具有EGR的燃 气涡轮机系统，诸如按化学计量的排气再循环(SEGR)燃气涡轮机系统。如上面所阐释的，可 能期望测量燃气涡轮机系统中特定的气流的一个或更多个属性(例如，温度、化学组成等）。 例如，可能期望确定穿过燃气涡轮机发动机的排气部分的气流的化学组成。因此，本实施例 包括系统和方法，通过该系统和方法，气流的小部分(本文被称为感觉流)可以被动地从气 流进行抽排，并且被引导通过很多抽排通道。如下面详细讨论的，抽排通道中的每一个可以 包括一个或更多个传感器以分析该感觉流，例如，以确定气流的化学组成。通过分析这些感 觉流，控制器可能够确定SEGR燃气涡轮机系统的操作的方面。例如，在某些实施例中，控制 器可以确定排气流的感觉流富含氧化剂、未燃尽燃料和/或水蒸汽，并且响应于修改被采样 的气流的组成，可以调节SEGR燃气涡轮机系统的参数，使得它包括大体更少的氧化剂、未燃 尽燃料和/或水蒸汽，从而提供在下面讨论的各种下游过程中使用的纯净的排气。通过进一 步的示例，在某些实施例中，控制器可以确定感觉流的组成，并且可以修改SEGR燃气涡轮机 系统的参数，以保持按化学计量的或近似按化学计量的燃烧(例如，以如下面所讨论的〇. 95 到1.05的目标当量比）。
[0030] 进一步地，本实施例能够被动抽排感觉流，其中感觉流可以从气流的下游、较高压 区域进行抽排，由每个抽排通道内的一个或更多个传感器进行分析，并且继而随后被重新 引回到气流的上游、较低压区域。因此，虽然可以在下面在燃气涡轮机系统以及更特别的 SEGR燃气涡轮机系统的背景下讨论本方法，但应当理解，本方法可以在任意数量的情况下 都是有用的，所述情况包含在压差下操作或提供压差的一件仪器(例如，排气部分、压缩机 部分、鼓风机、或任何其他适合的旋转式机械)附近的气流的被动采样。
[0031 ]考虑到上述情况，图1是具有与基于涡轮机的服务系统14相关联的碳氢化合物生 产系统12的系统10的实施例的图示。如下面进一步详细讨论的，基于涡轮机的服务系统14 的各种实施例被配置为将各种服务(诸如电功率、机械功率和流体(例如，排气））提供给碳 氢化合物生产系统12,以便于油和/或气的生产或检索。在所图示说明的实施例中，碳氢化 合物生产系统12包括耦接到地下储层20(例如，油、气或碳氢化合物储层)的油/气抽排系统 16和增强的油回收(EOR)系统18。油/气抽排系统16包括耦接到油/气井26的各种表面仪器 22,诸如采油树或生产树24。更进一步地，井26可以包括延伸穿过地层32中的钻孔30到地下 储层20的一个或更多个管件28。树24包括调节压力并且控制流动到地下储层20以及从地下 储层20流出的一个或更多个阀、扼流圈、隔离套、防喷器和各种流量控制设备。虽然树24- 般被用于控制生产流体(例如，油或气)从地下储层20流出，但EOR系统18可以通过将一种或 更多种流体注入到地下储层20来增加油或气的产量。
[0032]因此，EOR系统18可以包括流体注入系统34,流体注入系统34具有延伸通过地层32 中的孔38到地下储层20的一个或更多个管件36。例如，EOR系统18可以将一种或更多种流体 40(诸如气体、蒸汽、7K、化学品或其任何组合)传送到流体注入系统34中。例如，如下面进一 步详细讨论的，EOR系统18可以被耦接到基于涡轮机的服务系统14,使得系统14将排气42 (例如，基本上或完全没有氧)传送到EOR系统18,以作为注入流体40使用。流体注入系统34 通过一个或更多个管件36将流体40(例如，排气42)传送到地下储层20中，如由箭头44所指 示的。注入流体40通过管件36在远离油/气井26的管件28的偏移距离46处进入地下储层20。 因此，注入流体40取代设置在地下储层20中的油/气48,并且通过碳氢化合物生产系统12的 一个或更多个管件28向上驱动油/气48,如由箭头50所指示的。如下面进一步详细讨论的， 注入流体40可以包括源自基于涡轮机的服务系统14的排气42,基于涡轮机的服务系统14能 够按照碳氢化合物生产系统12所需在现场生成排气42。换句话说，基于涡轮机的系统14可 以同时生成由碳氢化合物生产系统12使用的一个或更多个服务(例如，电功率、机械功率、 蒸汽、水(例如，脱盐水)和排气(例如，基本上没有氧）），从而减少或消除对这种服务的外部 来源的依赖。
[0033]在所图示说明的实施例中，基于涡轮机的服务系统14包括按化学计量的排气再循 环(SEGR)燃气涡轮机系统52和排气(EG)处理系统54。燃气涡轮机系统52可以被配置为以按 化学计量的燃烧操作模式(例如，按化学计量的控制模式)和非按化学计量的燃烧操作模式 (例如，非按化学计量的控制模式）（诸如，贫燃料控制模式或富燃料控制模式)进行操作。在 按化学计量的控制模式中，一般基本上以燃料和氧化剂的化学计量比发生燃烧，从而导致 基本上按化学计量的燃烧。特别地，按化学计量的燃烧一般涉及在燃烧反应中基本上燃烧 所有的燃料和氧化剂，使得燃烧的产物基本上或全部没有未燃尽燃料和氧化剂。按化学计 量的燃烧的一个测量是当量比或Φ，其是实际燃料/氧化剂比相对于按化学计量的燃料/氧 化剂比的比。大于1.0的当量比导致燃料和氧化剂的富燃料燃烧，而小于1.0的当量比导致 燃料和氧化剂的贫燃料燃烧。相比之下，1.0的当量比导致燃烧既不是富燃料燃烧也不是贫 燃料燃烧，从而在燃烧反应中基本上消耗所有的燃料和氧化剂。在所公开的实施例的上下 文中，术语"按化学计量的"或"基本上按化学计量的"可以指大约0.95到大约1.05的当量 比。然而，所公开的实施例还可以包括1.0加或减0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的当量 比。再者，在基于涡轮机的服务系统14中的燃料和氧化剂的按化学计量的燃烧可以导致燃 烧的产物或排气(例如，42)基本上不具有未燃尽燃料或残留的氧化剂。例如，排气42按体积 计可以具有小于氧化剂(例如，氧）、未燃尽燃料或碳氢化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如， NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOx)、氢气和其他未完全燃烧的产物的1 %、2 %、3 %、 4%或5%的体积。通过进一步的示例，排气42按体积计可以具有小于大约氧化剂（例如， 氧）、未燃尽燃料或碳氢化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NO x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物 (例如，SOx)、氢气和其他未完全燃烧的产物的百万分之10、百万分之20、百万分之30、百万 分之40、百万分之50、百万分之60、百万分之70、百万分之80、百万分之90、百万分之100、百 万分之200、百万分之300、百万分之400、百万分之500、百万分之1000、百万分之2000、百万 分之3000、百万分之4000或百万分之5000(ppmv)。然而，所公开的实施例还可以产生其他范 围的残留燃料、氧化剂以及排气42中的其他排放水平。如本文所使用的，术语"排放"、"排放 水平"和"排放目标"可以指某些燃烧产物(例如，NO x、CO、SOx、O2、N2、H2、HC等）的浓度水平，所 述某些燃烧产物可以存在于再循环的气流、排泄的气流(例如，排出到大气中）和在各种目 标系统(例如，碳氢化合物生产系统12)中使用的气流中。
[0034]虽然在不同的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52和EG处理系统54可以包括各种部 件，但所图示说明的EG处理系统54包括热回收蒸汽发生器(HRSG)56和排气再循环(EGR)系 统58,该HRSG 56和EGR系统58接收和处理源自SEGR燃气涡轮机系统52的排气60ARSG 56可 以包括一个或更多个热交换器、冷凝器和各种热回收仪器，所述一个或更多个热交换器、冷 凝器和各种热回收仪器共同起作用以将来自排气60的热量传递到水流，从而生成蒸汽62。 蒸汽62可以被用于一个或更多个蒸汽涡轮机、EOR系统18或碳氢化合物生产系统12中的任 何其他部分中。例如，HRSG 56可以生成低压、中压和/或高压蒸汽62,低压、中压和/或高压 蒸汽62可以选择性地被施加到低、中和高压蒸汽涡轮机级，或EOR系统18的不同应用。除了 蒸汽62之外，可以由HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一个部分或SEGR燃气涡轮 机系统52生成被处理的水64(诸如，脱盐水）。被处理的水64(例如，脱盐水)可以特别地用于 水资源短缺的区域中，诸如内陆或沙漠地区。 至少部分地由于SEGR燃气涡轮机系统52内大 量空气驱动的燃料燃烧可以生成被处理的水64。虽然在很多应用（包括碳氢化合物生产系 统12)中现场生成蒸汽62和水64可以是有益的，但由于现场生成排气42、60的低氧含量、高 压以及由SEGR燃气涡轮机系统52获得的热量，所以现场生成排气42、60可以特别有益于EOR 系统18。因此，HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一个部分可以将排气66输出或 再循环到SEGR燃气涡轮机系统52中，同时还将排气42传送到EOR系统18用于与碳氢化合物 生产系统12-起使用。同样地，排气42可以被直接从SEGR燃气涡轮机系统52(即，不通过EG 处理系统54传送)抽排，用于在碳氢化合物生产系统12的EOR系统18中使用。
[0035]由EG处理系统54的EGR系统58处理排气再循环。例如，EGR系统58包括一个或更多 个管道、阀、鼓风机、排气处理系统(例如，过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化 单元、热交换器、热回收单元、除湿单元、催化剂单元、化学品注入单元，或其任何组合），并 且沿从SEGR燃气涡轮机系统52的输出（例如，放出的排气60)到SEGR燃气涡轮机系统52的输 入(例如，吸入排气66)的排气循环路径控制再循环排气。在所图示说明的实施例中，SEGR燃 气涡轮机系统52将排气66吸入到具有一个或更多个压缩机的压缩机部分，从而随着氧化剂 68和一种或更多种燃料70的吸入对在燃烧器部分中使用的排气66进行压缩。氧化剂68可以 包括环境空气、纯氧、富氧空气、氧气减少的空气、氧氮混合物，或有利于燃料70燃烧的任何 合适的氧化剂。燃料70可以包括一种或更多种气体燃料、液体燃料或其任何组合。例如，燃 料70可以包括天然气、液化天然气(LNG)、合成气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、汽油、煤油、柴油、 乙醇、甲醇、生物燃料，或其任何组合。
[0036] SEGR燃气涡轮机系统52在燃烧器部分中将排气66、氧化剂68和燃料70混合且燃 烧，从而生成热燃烧气体或排气60以驱动涡轮机部分中的一个或更多个涡轮机级。在某些 实施例中，燃烧器部分中的每个燃烧器包括一个更或多个预混燃料喷嘴、一个或更多个扩 散燃料喷嘴，或其任何组合。例如，每个预混燃料喷嘴可以被配置为在该燃料喷嘴内部和/ 或部分地在该燃料喷嘴的上游将氧化剂68和燃料70混合，从而将氧化剂燃料混合物从该燃 料喷嘴喷射到燃烧区域中用于预混燃烧(例如，预混火焰）。通过进一步的示例，每个扩散燃 料喷嘴可以被配置为在该燃料喷嘴内将氧化剂68和燃料70的流动隔离，从而单独地将氧化 剂68和燃料70从该燃料喷嘴喷射到燃烧区域中用于扩散燃烧(例如，扩散火焰）。特别地，由 扩散燃料喷嘴提供的扩散燃烧延迟氧化剂68和燃料70的混合直到初始燃烧点，即，火焰区 域。在采用扩散燃料喷嘴的实施例中，因为扩散火焰一般形成于氧化剂68和燃料70的单独 流之间按化学计量的点处（即，当氧化剂68和燃料70混合时），所以扩散火焰可以提供增加 的火焰稳定性。在某些实施例中，可以在扩散燃料喷嘴或者预混燃料喷嘴中将一种或更多 种稀释液(例如，排气60、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)与氧化剂68、燃料70或两者预混合。 另外，可以在每个燃烧器内的燃烧点处或者在每个燃烧器内的燃烧点的下游将一种或更多 个种稀释液(例如，排气60、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)喷射到燃烧器中。这些稀释液的 使用可以有助于缓和火焰(例如，预混火焰或扩散火焰），从而有助于减少NO x(诸如，一氧化 氮(NO)和二氧化氮(NO2))的排放。无论火焰的类型，燃烧产物使燃烧气体或排气60变热以 驱动一个或更多个涡轮机级。当每个涡轮机级由排气60驱动时，SEGR燃气涡轮机系统52 (例 如，经由发电机)生成机械功率72和/或电功率74。系统52还输出排气60,并且可以进一步输 出水64。再者，水64可以是被处理的水，诸如脱盐水，其在现场或场外的各种应用中可以是 有用的。
[0037]还通过SEGR燃气涡轮机系统52使用一个或更多个抽排点76提供排气抽排。例如， 所图示说明的实施例包括具有排气(EG)抽排系统80和排气(EG)处理系统82的排气(EG)供 应系统78,排气(EG)抽排系统80和排气(EG)处理系统82从抽排点76接收排气42、处理排气 42,并且然后将排气42供应或分配到各种目标系统。目标系统可以包括EOR系统18和/或其 他系统，诸如管路86、储存罐88或碳隔离系统90 AG抽排系统80可以包括一个或更多个管 道、阀、控制件和流分离件，其有利于排气42与氧化剂68、燃料70和其他污染物的隔离，同时 还控制抽排的排气42的温度、压力和流率。EG处理系统82可以包括一个或更多个热交换器 (例如，热回收单元，诸如热回收蒸汽发生器、冷凝器、冷却器或加热器）、催化剂系统(例如， 氧化催化剂系统）、微粒去除系统和/或除水系统(例如，气体脱水单元、惯性分离器、凝聚过 滤器、水不可渗透的过滤器和其他过滤器）、化学品注入系统、基于溶剂的处理系统（例如， 吸收器、闪蒸罐等）、碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统、 排气压缩机、其任何组合。EG处理系统82的这些子系统能够控制温度、压力、流率、含水量 (例如，水去除量）、微粒含量(例如，微粒去除量)和气体组成(例如，CO 2、N2等的百分比）。 [0038]根据目标系统，由EG处理系统82的一个或更多个子系统处理抽排的排气42。例如， EG处理系统82可以将全部排气42或排气42的一部分引导通过碳捕获系统、气体分离系统、 气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统，所述碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统 和/或基于溶剂的处理系统被控制以分离和净化含碳气体(例如，二氧化碳)92和/或氮气 (N 2)94用于在各种目标系统中使用。例如，EG处理系统82的实施例可以执行气体分离和净 化以产生多个不同的排气42的流95,诸如，第一流96、第二流97和第三流98。第一流96可以 具有富含二氧化碳和/或缺乏氮气（例如，富含⑶2、缺乏N 2的流）的第一组成。第二流97可以 具有含有中间浓度水平的二氧化碳和/或氮气(例如，中间浓度C〇2、N2的流）的第二组成。第 三流98可以具有缺乏二氧化碳和/或富含氮气（例如，缺乏⑶ 2、富含N2的流）的第三组成。每 个流95(例如，96、97和98)可以包括气体脱水单元、过滤器、气体压缩机，或其任何组合，以 促进将流95传送到目标系统。在某些实施例中，富含C0 2、缺乏N2的流96可以具有按体积计大 于大约70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98% 或99% 的CO2纯度或浓度水平， 以及按体积计小于大约1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20%、25 %或30 %的N2纯度或浓 度水平。相比之下，缺乏CO2、富含N2的流98可以具有按体积计小于大约1%、2%、3%、4%、 5%、10%、15%、20 %、25 %或30 %的⑶2纯度或浓度水平，以及按体积计大于大约70%、 75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%或99%的吣纯度或浓度水平。中间浓度(：〇2、吣 流97可以具有按体积计在大约30%到70%、35%到65%、40%到60 %或45 %到55%之间的 CO2纯度或浓度水平和/或N2纯度或浓度水平。虽然上述范围仅是非限制性示例，但是富含 C〇2、缺乏N2的流96和缺乏⑶2、富含N2的流98可以特别适用于EOR系统18和其他系统84。然 而，这些富含、缺乏或中间浓度的⑶2流95中的任一个可以被单独或以各种组合与EOR系统 18和其他系统84连用。例如，EOR系统18或其他系统84(例如，管路86、储存罐88和碳隔离系 统90)每个可以接收一个或更多个富含C0 2、缺乏N2的流96,一个或更多个缺乏C02、富含N2的 流98,一个或更多个中间浓度的C0 2、N2的流97,以及一个或更多个未被处理的排气42流（即， 绕过EG处理系统82)。
[0039] EG抽排系统80沿压缩机部分、燃烧器部分和/或涡轮机部分在一个或更多个抽排 点76处抽排排气42,使得在合适的温度和压力下排气42可以被用于EOR系统18和其他系统 84中。EG抽排系统80和/或EG处理系统82还可以使流体(例如，排气42)流动到EG处理系统54 且从EG处理系统54循环流动。例如，可以由EG抽排系统80抽排穿过EG处理系统54的排气42 的一部分用于在EOR系统18和其他系统84中使用。在某些实施例中，EG供应系统78和EG处理 系统54可以是独立的或者彼此集成在一起，并且因此可以使用独立的子系统或共同的子系 统。例如，可以由EG供应系统78和EG处理系统54二者使用EG处理系统82。从EG处理系统54抽 排的排气42可以经过多个气体处理阶段，诸如，EG处理系统54中的一个或更多个气体处理 阶段，接着是在EG处理系统82中的一个或更多个额外气体处理阶段。
[0040] 由于在EG处理系统54中基本上按化学计量的燃烧和/或气体处理，所以在每个抽 排点76处，抽排的排气42可以基本上没有氧化剂68和燃料70(例如，未燃尽燃料或碳氢化合 物）。更进一步地，根据目标系统，抽排的排气42可以经过EG供应系统78的EG处理系统82中 的进一步处理，从而进一步减少任何残留的氧化剂68、燃料70或其他不期望的燃烧产物。例 如，在EG处理系统82中的处理之前，或者在EG处理系统82中的处理之后，抽排的排气42按体 积计可以具有小于氧化剂(例如，氧）、未燃尽燃料或碳氢化合物（例如，HC)、氮氧化物（例 如，NO x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(SOx)、氢气和其他未完全燃烧的产物的1 %、2%、3%、4% 或5%的体积。通过进一步的示例，在EG处理系统82中的处理之前，或者在EG处理系统82中 的处理之后，抽排的排气42按体积计可以具有小于大约氧化剂(例如，氧）、未燃尽燃料或碳 氢化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NO x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOx)、氢气和其 他未完全燃烧的产物的百万分之10、百万分之20、百万分之30、百万分之40、百万分之50、百 万分之60、百万分之70、百万分之80、百万分之90、百万分之100、百万分之200、百万分之 300、百万分之400、百万分之500、百万分之1000、百万分之2000、百万分之3000、百万分之 4000或百万分之5000(ppmv)。因此，排气42特别良好地适用于EOR系统18。
[0041] 涡轮机系统52的EGR操作特别能够在多个位置76处进行排气抽排。例如，系统52的 压缩机部分可以被用于对排气66压缩而没有任何氧化剂68(即，仅压缩排气66)，使得可以 在进入到氧化剂68和燃料70之前从压缩机部分和/或燃烧器部分抽排基本上没有氧的排气 42。抽排点76可以位于相邻压缩机级之间的级间端口处、沿压缩机放出段（discharge casing)的端口处、沿燃烧器部分中的每个燃烧器的端口处，或其任何组合。在某些实施例 中，排气66可以不与氧化剂68和燃料70混合，直到其达到燃烧器部分中每个燃烧器的头端 部分和/或燃料喷嘴。更进一步地，一个或更多个流分离器(例如，壁、分隔件、挡板或类似 件)可以被用于将氧化剂68和燃料70从抽排点76隔离。用这些流分离器，可以直接沿燃烧器 部分中的每个燃烧器的壁设置抽排点76。
[0042] 一旦排气66、氧化剂68和燃料70流动通过头端部分(例如，通过燃料喷嘴)进入到 每个燃烧器的燃烧部分(例如，燃烧室）中，SEGR燃气涡轮机系统52被控制以提供基本上按 化学计量燃烧的排气66、氧化剂68和燃料70。例如，系统52可以保持大约0.95到大约1.05的 当量比。因此，在每个燃烧器中的排气66、氧化剂68和燃料70的混合物的燃烧产物基本上没 有氧和未燃尽燃料。因此，可以从SEGR燃气涡轮机系统52的涡轮机部分抽排燃烧的产物(或 排气）用于作为被传送到EOR系统18的排气42使用。沿涡轮机部分，抽排点76可以位于任何 涡轮机级处，诸如相邻涡轮机级之间的级间端口处。因此，使用上述抽排点76中的任一个， 基于涡轮机的服务系统14可以生成排气42、抽排排气42,并且将排气42传递到碳氢化合物 生产系统12(例如，EOR系统18)，用于在从地下储层20生产油/气48使用。
[0043]图2是图1的系统10的实施例的图示，图示说明了耦接到基于涡轮机的服务系统14 和碳氢化合物生产系统12的控制系统100。在所图示说明的实施例中，基于涡轮机的服务系 统14包括组合的循环系统102,该组合的循环系统102包括作为前置循环的SEGR燃气涡轮机 系统52、作为后置循环的蒸汽涡轮机104,以及HRSG 56,从而从排气60回收热量以产生用于 驱动蒸汽涡轮机104的蒸汽62。再者，SEGR燃气涡轮机系统52接收排气66、氧化剂68和燃料 70，将排气66、氧化剂68和燃料70混合，并且按化学计量燃烧排气66、氧化剂68和燃料70 (例 如，预混和/或扩散火焰），从而产生排气60、机械功率72、电功率74和/或水64。例如，SEGR燃 气涡轮机系统52可以驱动一个或更多个负载或机械装置106,诸如发电机、氧化剂压缩机 (例如，主空气压缩机）、齿轮箱、栗、碳氢化合物生产系统12的仪器，或其任何组合。在一些 实施例中，机械装置106可以包括与SEGR燃气涡轮机系统52串联的其他驱动器，诸如电动马 达或蒸汽涡轮机(例如，蒸汽涡轮机104)。因此，由SEGR燃气涡轮机系统52(和任何额外的驱 动器)驱动的机械装置106的输出可以包括机械功率72和电功率74。机械功率72和/或电功 率74可以现场被使用用于给碳氢化合物生产系统12提供动力，电功率74可以被分配给电 网，或其任何组合。机械装置106的输出还可以包括压缩的流体，诸如压缩的氧化剂68(例 如，空气或氧），用于吸入到SEGR燃气涡轮机系统52的燃烧部分。这些输出（例如，排气60、机 械功率72、电功率74和/或水64)中的每个可以被认为是基于涡轮机的服务系统14的服务。 [0044] SEGR燃气涡轮机系统52产生可以基本上没有氧的排气42、排气60,并且将该排气 42、60传送到EG处理系统54和/或EG供应系统78 AG供应系统78可以处理排气42(例如，流 95)，并且将排气42(例如，流95)传送到碳氢化合物生产系统12和/或其他系统84。如上面所 讨论的，EG处理系统54可以包括HRSG 56和EGR系统58ARSG 56可以包括一个或更多个热交 换器、冷凝器和各种热回收仪器，所述一个或更多个热交换器、冷凝器和各种热回收仪器可 以被用于从排气60回收热量或将来自排气60的热量传递到水108以生成用于驱动蒸汽涡轮 机104的蒸汽62。类似于SEGR燃气涡轮机系统52,蒸汽涡轮机104可以驱动一个或更多个负 载或机械装置106,从而生成机械功率72和电功率74。在所图示说明的实施例中，SEGR燃气 涡轮机系统52和蒸汽涡轮机104被串联布置以驱动相同的机械装置106。然而，在另一些实 施例中，SEGR燃气涡轮机系统52和蒸汽涡轮机104可以单独地驱动不同的机械装置106以独 立地生成机械功率72和/或电功率74。当由来自HRSG 56的蒸汽62驱动蒸汽涡轮机104时，蒸 汽62的温度和压力逐渐降低。因此，蒸汽涡轮机104对使用的蒸汽62和/或水108再循环回到 HRSG 56用于经由来自排气60的热量回收的额外的蒸汽生成。除了蒸汽生成之外，HRSG56、 EGR系统58和/或EG处理系统54的另一个部分可以产生水64、用于碳氢化合物生产系统12的 排气42,以及用于作为进入SEGR燃气涡轮机系统52的输入使用的排气66。例如，水64可以是 被处理的水64,诸如用于在其他应用中使用的脱盐水。脱盐水在水可用率低的区域中可以 是特别有用的。关于排气60，EG处理系统54的实施例可以被配置为通过EGR系统58将排气60 穿过或者不穿过HRSG 56对排气60再循环。
[0045] 在所图示说明的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统52具有排气再循环路径110,该排 气再循环路径110从系统52的排气出口延伸到系统52的排气进口。沿路径110,排气60穿过 在所图示说明的实施例中包括HRSG 56和EGR系统58的EG处理系统54AGR处理系统58可以 包括沿路径110串联和/或并联布置的一个或多更个管道、阀、鼓风机、气体处理系统(例如， 过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化单元、热交换器、热回收单元(诸如热回收 蒸汽发生器）、除湿单元、催化剂单元、化学品注入单元，或其任何组合）。换句话说，沿系统 52的排气出口和排气进口之间的排气再循环路径110，EGR系统58可以包括任何流量控制部 件、压力控制部件、温度控制部件、湿度控制部件和气体组成控制部件。因此，在具有沿路径 110的HRSG 56的实施例中，HRSG 56可以被认为是EGR系统58的部件。然而，在某些实施例 中，HRSG 56可以沿与排气再循环路径110无关的排气路径进行设置。无论HRSG 56是沿与 EGR系统58的单独路径还是沿与EGR系统58的共同路径，HRSG 56和EGR系统58吸入排气60， 并且输出再循环的排气66、用于EG供应系统78(例如，用于碳氢化合物生产系统12和/或其 他系统84)的排气42,或者排气的另一个输出。再者，SEGR燃气涡轮机系统52吸入排气66、氧 化剂68和燃料70,将排气66、氧化剂68和燃料70混合，以及按化学计量地燃烧排气66、氧化 剂68和燃料70(例如，预混和/或扩散火焰），以产生基本上没有氧和没有燃料的排气60,用 于分配到EG处理系统54、碳氢化合物生产系统12或其他系统84。
[0046] 如上面参考图1所指出的，碳氢化合物生产系统12可以包括各种仪器以促进通过 油/气井26从地下储层20回收或生产油/气48。例如，碳氢化合物生产系统12可以包括具有 流体注入系统34的EOR系统18。在所图示说明的实施例中，流体注入系统34包括排气注入 EOR系统112和蒸汽注入EOR系统114。虽然流体注入系统34可以从各种源接收流体，但所图 示说明的实施例可以从基于涡轮机的服务系统14接收排气42和蒸汽62。由基于涡轮机的服 务系统14产生的排气42和/或蒸汽62还可以被传送到碳氢化合物生产系统12,用于在其他 油/气系统116中使用。
[0047]可以由控制系统100控制排气42和/或蒸汽62的数量、质量和流量。控制系统100可 以完全专用于基于涡轮机的服务系统14,或者控制系统100还可以可选地为碳氢化合物生 产系统12和/或其他系统 84提供控制（或至少一些数据以便于控制）。在所图示说明的实施 例中，控制系统100包括具有处理器120、存储器122、蒸汽涡轮机控制124、SEGR燃气涡轮机 系统控制126和机械装置控制128的控制器118。处理器120可以包括单个处理器或两个或更 多个冗余处理器，诸如用于控制基于涡轮机的服务系统14的三重冗余处理器。存储器122可 以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。例如，存储器122可以包括一个或更多个硬件 驱动器、闪存、只读存储器、随机存取存储器，或其任何组合。控制124、126和128可以包括软 件和/或硬件控制。例如，控制124、126和128可以包括存储在存储器122上且由处理器120可 执行的各种指令或代码。控制124被配置为控制蒸汽涡轮机104的操作，SEGR燃气涡轮机系 统控制126被配置为控制系统52,并且机械装置控制128被配置为控制机械装置106。因此， 控制器118(例如，控制124、126和128)可以被配置为协调基于涡轮机的服务系统14的各种 子系统以将合适的排气42的流提供给碳氢化合物生产系统12。
[0048] 在控制系统100的某些实施例中，在图中图示说明的或本文描述的每个要素（例 如，系统、子系统和部件)包括(例如，直接在这样的要素的内部、上游或下游)一个或更多个 工业控制特征件，诸如传感器和控制设备，所述一个或更多个工业控制特征件通过工业控 制网络与控制器118-起彼此通信耦接。例如，与每个要素相关联的控制设备可以包括专用 设备控制器(例如，包括处理器、存储器和控制指令）、一个或更多个致动器、阀、开关和工业 控制仪器，所述专用设备控制器(例如，包括处理器、存储器和控制指令）、一个或更多个致 动器、阀、开关和工业控制仪器使得能够基于传感器反馈130、来自控制器118的控制信号、 来自用户的控制信号或其任何组合进行控制。因此，可以用存储的和/或由控制器118、与每 个要素相关联的专用设备控制器，或其组合可执行的控制指令实施本文描述的控制功能中 的任一个。
[0049] 为了便于这样的控制功能，控制系统100包括分布在整个系统10的一个或更多个 传感器，以获得用于在各种控制(如控制124、126和128)的执行中使用的传感器反馈130。例 如，可以从分布在整个SEGR燃气涡轮机系统52、机械装置106、EG处理系统54、蒸汽涡轮机 104、碳氢化合物生产系统12,或者在整个基于涡轮机的服务系统14或碳氢化合物生产系统 12的任何其他部件的传感器获得传感器反馈130。例如，传感器反馈130可以包括温度反馈、 压力反馈、流率反馈、火焰温度反馈、燃烧动力学反馈、吸入氧化剂组成反馈、吸入燃料组成 反馈、排气组成反馈、机械功率72的输出电平、电功率74的输出电平、排气42和60的输出数 量、水64的输出数量或质量或其任何组合。例如，传感器反馈130可以包括排气42、60的组合 物，以促进在SEGR燃气涡轮机系统52中按化学计量的燃烧。例如，传感器反馈130可以包括 来自沿氧化剂68的氧化剂供应路径的一个或更多个吸入氧化剂传感器、沿燃料70的燃料供 应路径的一个或更多个吸入燃料传感器以及沿排气再循环路径110设置的且/或在SEGR燃 气涡轮机系统52内设置的一个或更多个排气排放传感器的反馈。吸入氧化剂传感器、吸入 燃料传感器和排气排放传感器可以包括温度传感器、压力传感器、流率传感器和组成传感 器。排放传感器可以包括用于氮氧化物的传感器(例如，NO x传感器）、碳氧化物的传感器(例 如，CO传感器和CO2传感器）、硫氧化物的传感器(例如，SO x传感器）、氢的传感器(例如，H2传 感器）、氧的传感器(例如，O2传感器）、未燃尽碳氢化合物的传感器(例如，HC传感器），或未 完全燃烧的其他产物的传感器，或其任何组合的传感器。
[0050] 使用该反馈130,控制系统100可以调节(例如，提高、降低或保持)进入到SEGR燃气 涡轮机系统52的排气66、氧化剂68和/或燃料70的吸入流量（以及其他操作参数），以保持当 量比在合适的范围内，例如，在大约0.95到大约1.05之间，在大约0.95到大约1.0之间，在大 约1.0到大约1.05之间，或基本上处于1.0。例如，控制系统100可以分析反馈130以监测排气 排放(例如，氮氧化物的浓度水平、诸如CO和CO 2的碳氧化物、硫氧化物、氢、氧、未燃尽碳氢 化合物和未完全燃烧的其他产物），和/或者确定当量比，并且然后控制一个或更多个部件 以调节排气排放(例如，排气42中的浓度水平)和/或者当量比。被控制的部件可以包括参考 图所图示说明和描述的部件中的任一个，包括但不局限于:沿用于氧化剂68、燃料70和排气 66的供应路径的阀;氧化剂压缩机、燃料栗或EG处理系统54中的任何部件;SEGR燃气涡轮机 系统52的任何部件，或其任何组合。被控制的部件可以调节（例如，提高、降低或保持）在 SEGR燃气涡轮机系统52内燃烧的氧化剂68、燃料70和排气66的流率、温度、压力或百分比 (例如，当量比）。被控制的部件还可以包括一个或更多个气体处理系统，诸如催化剂单元 (例如，氧化催化剂单元）、催化剂供应单元(例如，氧化燃料、热、电等）、气体净化和/或分离 单元(例如，基于溶剂的分离器、吸收器、闪蒸罐等)和过滤单元。气体处理系统可以帮助减 少沿排气再循环路径110、通气路径(例如，排气到大气中）或到EG供应系统78的抽排路径的 各种排气排放。
[0051 ]在某些实施例中，控制系统100可以分析反馈130,并且控制一个或更多个部件保 持排放水平（例如，排气42、排气60、排气95中的浓度水平)或将排放水平(例如，排气42、排 气60、排气95中的浓度水平)减少到目标范围，诸如按体积计小于大约百万分之10、百万分 之20、百万分之30、百万分之40、百万分之50、百万分之100、百万分之200、百万分之300、百 万分之400、百万分之500、百万分之1000、百万分之2000、百万分之3000、百万分之4000、百 万分之5000或百万分之10000 (ppmv)。对于每个排气排放，例如，氮氧化物、一氧化碳、硫氧 化物、氢、氧、未燃尽碳氢化合物和未完全燃烧的其他产物的浓度水平，这些目标范围可以 是相同的或是不同的。例如，根据当量比，控制系统1 〇〇可以选择性地将氧化剂(例如，氧）的 排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约10ppmv、20ppmv、30ppmv、40ppmv、50ppmv、 60ppmv、70ppmv、80ppmv、90ppmv、IOOppmv、250ppmv、500ppmv、750ppmv或1000 ppmv的目标范 围内；将一氧化碳（CO)的排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约20ppmv、50ppmv、 100ppmv、200ppmv、500ppmv、1000ppmv、2500ppmv或5000ppmv的目标范围内；以及将氮氧化 合物（例如，NO x)的排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约50ppmv、IOOppmv、200ppmv、 300ppmv、400ppmv或500ppmv的目标范围内。在用基本上按化学计量的当量比操作的某些实 施例中，控制系统100可以选择性地将氧化剂(例如，氧）的排气排放(例如，浓度水平)控制 在小于大约 I Oppmv、20ppmv、30ppmv、40ppmv、50ppmv、60ppmv、70ppmv、80ppmv、90ppmv 或 IOOppmv的目标范围内；以及将一氧化碳(CO)的排气排放(例如，浓度水平)控制在小于大约 500ppmv、100(^口111￥、200(^口111￥、300(^口111￥、400(^口111￥或500(^口111￥的目标范围内。在用贫燃料 当量比（例如，在大约0.95到1.0之间）操作的某些实施例中，控制系统100可以选择性地将 氧化剂（例如，氧）的排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约5OOppmv、600ppmv、 700ppmv、800ppmv、900ppmv、1000 ppmv、I IOOppmv、1200ppmv、1300ppmv、HOOppmv或 1500ppmv的目标范围内；将一氧化碳(CO)的排气排放（例如，浓度水平）控制在小于大约 IOppmv、20ppmv、30ppmv、40ppmv、50ppmv、60ppmv、70ppmv、80ppmv、90ppmv、IOOppmv、 150ppmv或200ppmv的目标范围内；以及将氮氧化合物(例如，NO x)的排气排放(例如，浓度水 平）控制在小于大约50ppmv、IOOppmv、150ppmv、200ppmv、250ppmv、300ppmv、350ppmv或 400ppmv的目标范围内。上述目标范围仅是示例，并且不旨在限制所公开的实施例的范围。 [0052] 控制系统100还可以被耦接到本地接口 132和远程接口 134。例如，本地接口 132可 以包括在基于涡轮机的服务系统14和/或碳氢化合物生产系统12处设置在现场的计算机工 作站。相比之下，远程接口 134可以包括自基于涡轮机的服务系统14和/或碳氢化合物生产 系统12设置在场外的计算机工作站，诸如，通过互联网连接。这些接口 132和接口 134便于基 于涡轮机的服务系统14的监测和控制，诸如通过传感器反馈130的一个或更多个图形显示、 操作参数，等等。
[0053] 再者，如上面所指出的，控制器118包括各种控制124、控制126和控制128,以便于 基于涡轮机的服务系统14的控制。蒸汽涡轮机控制124可以接收传感器反馈130,并且输出 控制命令以便于蒸汽涡轮机104的操作。例如，蒸汽涡轮机控制124可以从HRSG 56、机械装 置106、沿蒸汽62的路径的温度和压力传感器、沿水108的路径的温度和压力传感器，以及指 示机械功率72和电功率74的各种传感器接收传感器反馈130。同样地，SEGR燃气涡轮机系统 控制126可以从沿SEGR燃气涡轮机系统52、机械装置106、EG处理系统54或其任何组合设置 的一个或更多个传感器接收传感器反馈130。例如，可以从设置在SEGR燃气涡轮机系统52内 部或外部的温度传感器、压力传感器、间隙传感器、振动传感器、火焰传感器、燃料组成传感 器、排气组成传感器或其任何组合获得传感器反馈130。最后，机械装置128可以从与机械功 率72和电功率74相关联的各种传感器，以及设置在机械装置106内的传感器接收传感器反 馈130。这些控制124、控制126和控制128中的每个使用传感器反馈130以改进基于涡轮机的 服务系统14的操作。
[0054]在所图示说明的实施例中，SEGR燃气涡轮机系统控制126可以执行指令以控制EG 处理系统54、EG供应系统78、碳氢化合物生产系统12和/或其他系统84中的排气42、排气60、 排气95的数量和质量。例如，SEGR燃气涡轮机系统控制126可以保持排气60中的氧化剂(例 如，氧)和/或未燃尽燃料的水平低于适用于排气注入EOR系统112的阈值。在某些实施例中， 阈值水平按体积计可以小于排气42、排气60的氧化剂（例如，氧）和/或未燃尽燃料的1 %、 2%、3%、4%或5%;或者排气42、排气60中的氧化剂(例如，氧)和/或未燃尽燃料的(和其他 排气排放）的阈值水平按体积计可以小于大约百万分之10、百万分之20、百万分之30、百万 分之40、百万分之50、百万分之60、百万分之70、百万分之80、百万分之90、百万分之100、百 万分之200、百万分之300、百万分之400、百万分之500、百万分之1000、百万分之2000、百万 分之3000、百万分之4000或百万分之5000(ppmv)。通过进一步的示例，为了实现这些低水平 的氧化剂(例如，氧）和/或未燃尽燃料，SEGR燃气涡轮机系统控制126可以保持用于在SEGR 燃气涡轮机系统52中燃烧的当量比在大约0.95到大约1.05之间。SEGR燃气涡轮机系统控制 126还可以控制EG抽排系统80和EG处理系统82以保持排气42、排气60、排气95的温度、压力、 流率和气体组成在排气注入EOR系统112、管路86、储存罐88和碳隔离系统90的合适的范围 内。如上面所讨论的，EG处理系统82可以被控制以净化和/或分离排气42为一个或更多个气 流95，诸如富含⑶ 2、缺乏N2的流96，中间浓度CO2、N2的流97，以及缺乏⑶ 2、富含N2的流98。除 了控制排气42、排气60和排气95,控制124、控制126和控制128可以执行一个或更多个指令 以保持机械功率72在合适的功率范围内，或者保持电功率74在合适的频率和功率范围内。 [0055]图3是系统10的实施例的图示，进一步图示说明了与碳氢化合物生产系统12和/或 其他系统84连用的SEGR燃气涡轮机系统52的细节。在所图示说明的实施例中，SEGR燃气涡 轮机系统52包括耦接到EG处理系统54的燃气涡轮机发动机150。所图示说明的燃气涡轮机 发动机150包括压缩机部分152、燃烧器部分154和膨胀器部分或祸轮机部分156。压缩机部 分152包括一个或更多个排气压缩机或压缩机级158,诸如以串联布置设置的1到20级旋转 式压缩机叶片。同样地，燃烧器部分154包括一个或更多个燃烧器160,诸如围绕SEGR燃气涡 轮机系统52的旋转轴线162圆周分布的1到20个燃烧器160。更进一步地，每个燃烧器160可 以包括被配置为注入排气66、氧化剂68和/或燃料70的一个或更多个燃料喷嘴164。例如，每 个燃烧器160的头端部分166可以容纳1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个燃料喷嘴164,所 述燃料喷嘴164可以将排气66、氧化剂68和/或燃料70的流或混合物注入到燃烧器160的燃 烧部分168 (例如，燃烧室）中。
[0056]燃料喷嘴164可以包括预混燃料喷嘴164(例如，被配置为预混氧化剂68和燃料70， 用于生成氧化剂/燃料预混火焰)和/或扩散燃料喷嘴164(例如，被配置为注入分离的氧化 剂68和燃料70流，用于生成氧化剂/燃料扩散火焰)的任何组合。预混燃料喷嘴164的实施例 可以包括回旋叶片、混合室或其他特征件以注入到燃烧室168并且在燃烧室168中燃烧之 前，在喷嘴164内内部混合氧化剂68和燃料70。预混燃料喷嘴164还可以接收至少一些部分 混合的氧化剂68和燃料70。在某些实施例中，每个扩散燃料喷嘴164可以隔离氧化剂68和燃 料70的流动直到注入的点，同时还隔离一种或更多种稀释液(例如，排气66、蒸汽、氮气或另 一种惰性气体）的流动直到注入的点。在另一些实施例中，每个扩散燃料喷嘴164可以隔离 氧化剂68和燃料70的流动直到注入的点，同时在注入的点之前部分地混合一种或更多种稀 释液(例如，排气66、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)与氧化剂68和/或燃料70。另外，一种或 更多种稀释液(例如，排气66、蒸汽、氮气或另一种惰性气体)可以在燃烧区域处或者在燃烧 区域的下游被注入到燃烧器(例如，进入燃烧的热产物中），从而有助于减少燃烧的热产物 的温度，并且减少NO x(例如，NO和NO2)的排放。不管燃料喷嘴164的类型，SEGR燃气涡轮机系 统52可以被控制以提供氧化剂68和燃料70的基本上按化学计量的燃烧。
[0057]在使用扩散燃料喷嘴164的扩散燃烧实施例中，燃料70和氧化剂68-般不会从扩 散火焰的上游混合，而是燃料70和氧化剂68直接在火焰表面处混合和反应，和/或者火焰表 面存在于燃料70和氧化剂68之间混合位置处。特别地，燃料70和氧化剂68分别接近火焰表 面(或扩散边界/扩散界面），并且然后沿火焰表面(或扩散边界/界面)扩散(例如，经由分子 和粘性扩散）以生成扩散火焰。值得注意的是，燃料70和氧化剂68可以是基本上处于沿该火 焰表面(或扩散边界/界面）的化学计量比，这可以导致沿该火焰表面更高的火焰温度（例 如，峰值火焰温度）。与贫燃料或富燃料的燃料/氧化剂比相比，按化学计量的燃料/氧化剂 比一般导致更高的火焰温度(例如，峰值火焰温度）。因此，因为燃料70和氧化剂68的扩散有 助于保持沿火焰表面的化学计量比（和更高的温度），所以扩散火焰基本上可以比预混火焰 更稳定。虽然更高的火焰温度还能够导致更高的排气排放，诸如NO x排放，但所公开的实施 例使用一种或更多种稀释液以帮助控制温度和排放，同时还避免燃料70和氧化剂68的任何 预混。例如，所公开的实施例可以引入一种或更多种稀释液与燃料70和氧化剂68分离（例 如，在燃烧的点之后和/或在扩散火焰的下游），从而帮助降低温度且减少由扩散火焰产生 的排放(例如，NO x排放）。
[0058]在操作中，如所图示说明的，压缩机部分152从EG处理系统54接收和压缩排气66， 并且将压缩的排气170输出到燃烧器部分154中的每个燃烧器160。在燃料60、氧化剂68和排 气170在每个燃烧器160内燃烧后，燃烧172的额外排气或产物（即，燃烧气体)被传送到涡轮 机部分156中。类似于压缩机部分152,涡轮机部分156包括一个或更多个涡轮机或涡轮机级 174,所述一个或更多个涡轮机或涡轮机级174可以包括一系列旋转式涡轮机叶片。然后，由 在燃烧器部分154中生成的燃烧172的产物驱动这些涡轮机叶片，从而驱动耦接到机械装置 106的轴176的旋转。再者，机械装置106可以包括耦接到SEGR燃气涡轮机系统52的任一端的 各种仪器，诸如耦接到涡轮机部分156的机械装置106、178和/或耦接到压缩机部分152的机 械装置106、180。在某些实施例中，机械装置106、机械装置178、机械装置180可以包括耦接 到SEGR燃气涡轮机系统52的一个或更多个发电机、用于氧化剂68的氧化剂压缩机、用于燃 料70的燃料栗、齿轮箱或额外的驱动器(例如，蒸汽涡轮机104、电动马达等）。参考表1下面 进一步详细讨论了非限制性示例。如所图示说明的，祸轮机部分156输出排气60以沿从涡轮 机部分156的排气出口 182到进入到压缩机部分152中的排气入口 184的排气再循环路径110 再循环。沿排气再循环路径110,如上面详细讨论的，排气60穿过EG处理系统54(例如，HRSG 56和/或EGR系统58)。
[0059] 再者，燃烧器部分154中的每个燃烧器160接收、混合，并且按化学计量燃烧压缩的 排气170、氧化剂68和燃料70,以产生燃烧172的额外的排气或产物，以驱动涡轮机部分156。 在某些实施例中，由氧化剂压缩系统186压缩氧化剂68,所述氧化剂压缩系统186诸如具有 一个或更多个氧化剂压缩机(MOC)的主氧化剂压缩(MOC)系统（例如，主空气压缩(MAC)系 统）。氧化剂压缩系统186包括耦接到驱动器190的氧化剂压缩机188。例如，驱动器190可以 包 括电动马达、内燃发动机或其任何组合。在某些实施例中，驱动器190可以是涡轮机发动 机，诸如燃气涡轮机发动机150。因此，氧化剂压缩系统186可以是机械装置106的组成部分。 换句话说，可以由燃气涡轮机发动机150的轴176供应的机械功率72直接或间接驱动压缩机 188。在这样的实施例中，因为压缩机188依赖于从涡轮机发动机150输出的功率，所以可以 不包括驱动器190。然而，在采用的某些实施例中，采用不止一个氧化剂压缩机，可以由驱动 器190驱动第一氧化剂压缩机(例如，低压(LP)氧化剂压缩机），而轴176驱动第二氧化剂压 缩机(例如，高压(HP)氧化剂压缩机），或反之亦然。例如，在另一个实施例中，由驱动器190 驱动HP M0C，并且由轴176驱动LP氧化剂压缩机。在所图示说明的实施例中，氧化剂压缩系 统186与机械装置106分尚。在这些实施例的每个中，压缩系统186压缩氧化剂68,并且将氧 化剂68提供给燃料喷嘴164和燃烧器160。因此，机械装置106、机械装置178、机械装置180中 的一些或全部可以被配置为提高压缩系统186(例如，压缩机188和/或额外的压缩机）的操 作效率。
[0060] 可以以一个或更多个串联布置、并联布置，或者串联和并联布置的任何组合沿轴 176的线和/或平行于轴176的线设置由要素编号106A、106B、106C、106D、106E和106F表示的 机械装置106的各种部件。例如，机械装置106、机械装置178、机械装置180 (例如，106A到 106F)可以包括以：一个或更多个齿轮箱(例如，平行轴、行星齿轮箱）、一个或更多个压缩机 (例如，氧化剂压缩机、增压器压缩机(诸如EG增压器压缩机））、一个或更多个发电单元(例 如，发电机）、一个或更多个驱动器(例如，蒸汽涡轮机发动机、电动马达）、热交换单元(例 如，直接或间接热交换器）、离合器，或其任何组合的任何顺序的任何串联和/或并联布置。 压缩机可以包括轴向压缩机、径向或离心式压缩机，或其任何组合，每个具有一个或更多个 压缩级。关于热交换器，直接热交换器可以包括喷雾冷却器(例如，喷雾中间冷却器），该喷 雾冷却器(例如，喷雾中间冷却器)将液体喷雾注入到气流(例如，氧化剂流）中用于直接冷 却气流。间接热交换器可以包括分离第一流和第二流的至少一个壁（例如，壳管式热交换 器），诸如与冷却剂流(例如，水、空气、制冷剂，或任何其他液体或气体冷却剂)分离的液体 流(例如，氧化剂流），其中冷却剂流从液体流传递热量而无任何直接接触。间接热交换器的 示例包括中间冷却器热交换器和热回收单元，诸如热回收蒸汽发生器。热交换器还可以包 括加热器。如下面进一步详细讨论的，这些机械装置部件中的每个可以被用于如由表1中阐 述的非限制性示例表示的各种组合中。
[0061] -般来说，机械装置106、机械装置178、机械装置180可以被配置为例如通过调节 系统186中的一个或更多个氧化剂压缩机的操作速度、通过冷却和/或剩余功率的提取促进 氧化剂68的压缩，提高压缩系统186的效率。所公开的实施例旨在包括以串联和并联布置的 机械装置106、机械装置178、机械装置180中的上述部件中的任何和所有的排列，其中一个、 不止一个、全部或没有部件从轴176获得功率。如下面所图示说明的，表1描绘了靠近压缩机 和涡轮机部分152、156设置和/或耦接到压缩机和涡轮机部分152、156的机械装置106、机械 装置178、机械装置180的布置的一些非限制性示例。
[0064] 表1
[0065] 如上面表1中所图示说明的，冷却单元被表示为CLR，离合器被表示为CLU，驱动器 被表示为DRV，齿轮箱被表示为GBX，发电机被表示为GEN，加热单元被表示为HTR，主氧化剂 压缩机单元被表示为M0C，具有低压和高压变量的主氧化剂压缩机单元分别被表示为LP MOC和HP MOC，并且蒸汽发生器单元被表示为STGN。虽然表1以朝向压缩机部分152或涡轮机 部分156的顺序图示说明了机械装置106、机械装置178、机械装置180,但表1还旨在覆盖机 械装置106、机械装置178、机械装置180的相反的顺序。在表1中，包括两个或更多个部件的 任何单元格旨在覆盖部件的并联布置。表1不旨在排除机械装置106、机械装置178、机械装 置180的任何未图示说明的排列。机械装置106、机械装置178、机械装置180的这些部件可以 实现发送到燃气涡轮机发动机150的氧化剂68的温度、压力和流率的反馈控制。如下面进一 步详细讨论的，可以在具体选择以便于压缩的排气170隔离和抽排而无任何降低排气170的 质量的氧化剂68或燃料70的位置处，将氧化剂68和燃料70提供给燃气涡轮机发动机150。
[0066] 如图3中所图示说明的，EG供应系统78被设置在燃气涡轮机发动机150和目标系统 (例如，碳氢化合物生产系统12和其他系统84)之间。特别地，EG供应系统78,例如，EG抽排系 统(EGES)80,可以沿压缩机部分152、燃烧器部分154、和/或涡轮机部分156在一个或更多个 抽排点76处被耦接到燃气涡轮机发动机150。例如，抽排点76可以位于相邻压缩机级之间， 诸如压缩机级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10级间抽排点76。这些级间抽排点76中的每个提 供抽排的排气42的不同温度和压力。类似地，抽排点76可以位于相邻涡轮机级之间，诸如涡 轮机级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10级间抽排点76。这些级间抽排点76中的每个提供抽排 的排气42的不同温度和压力。通过进一步的示例，抽排点76可以位于整个燃烧器部分154的 多个位置处，这可以提供不同的温度、压力、流率和气体组成。这些抽排点76中的每个可以 包括可以用于选择性地控制到EG供应系统78的抽排的排气42流动的EG抽排管道、一个或更 多个阀、传感器和控制。
[0067]由EG供应系统78分配的抽排的排气42具有适用于目标系统（例如，碳氢化合物生 产系统12和其他系统84)的受控的组合物。例如，在这些抽排点76的每个处，排气170可以基 本上与氧化剂68和燃料70的注入点（或流动）隔离。换句话说，EG供应系统78可以被专门设 计用于从燃气涡轮机发动机150抽排排气170而无任何添加的氧化剂68或燃料70。更进一步 地，鉴于在每个燃烧器160中按化学计量的燃烧，抽排的排气42可以基本上没有氧和燃料。 EG供应系统78可以将抽排的排气42直接或间接地传送到碳氢化合物生产系统12和/或其他 系统84,用于在各种过程中使用，诸如强化油回收、碳隔离、储存或运输到场外的位置。然 而，在某些实施例中，EG供应系统78包括EG处理系统(EGTS)82，用于在排气42用于目标系统 之前，进一步处理排气42。例如，EG处理系统82可以净化和/或分离排气42为一个或更多个 流95,诸如富含⑶ 2、缺乏N2的流96,中间浓度的CO2J2的流97,缺乏C0 2、富含N2的流98。这些 被处理的排气流95可以被单独或者以任何组合用于碳氢化合物生产系统12和其他系统84 (例如，管路86、储存罐88和碳隔离系统90)。
[0068]类似于在EG供应系统78中执行的排气处理，EG处理系统54可以包括多个排气(EG) 处理部件192,诸如由要素编号194、196、198、200、202、204、206、208和210所指示的。可以以 一个或更多个串联布置、并联布置，或串联和并联布置的任何组合沿排气再循环路径110设 置这些EG处理部件192(例如，194到210)。例如，EG处理部件192(例如，194到210)可以包括 以：一个或更多个热交换器(例如，热回收单元诸如热回收蒸汽发生器、冷凝器、冷却器或加 热器）、催化剂系统(例如，氧化催化剂系统）、微粒去除系统和/或除水系统(例如，惯性分离 器、凝聚过滤器、水不可渗透的过滤器和其他过滤器）、化学品注入系统、基于溶剂的处理系 统（例如，吸收器、闪蒸罐等）、碳捕获系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的 处理系统或其任何组合的任何顺序的任何串联和/或并联布置。在某些实施例中，催化剂系 统可以包括氧化催化剂、一氧化碳还原催化剂、氮氧化物还原催化剂、氧化铝、氧化锆、氧化 硅、氧化钛、氧化铂、氧化钯、氧化钴、混合金属氧化物或其组合。所公开的实施例旨在包括 以串联和并联布置的上述部件192的任何和所有的排列。如下面所图示说明的，表2描绘了 沿排气再循环路径110的部件192的布置的一些非限制性示例。
[0069]
[0071] 表2
[0072] 如上面表2中所图示说明的，由CU表示催化剂单元，由OCU表示氧化催化剂单元，由 BB表示增压器鼓风机，由HX表示热交换器，由HRU表示热回收单元，由HRSG表示热回收蒸汽 发生器，由COND表示冷凝器，由ST表示蒸汽涡轮机，由PRU表示微粒去除单元，由MRU表示除 湿单元，由FIL表示过滤器，由CFIL表示凝聚过滤器，由WFIL表示水不可渗透的过滤器，由 INER表示惯性分离器，并且由DIL表示稀释液供应系统(例如，蒸汽、氮气或其他惰性气体）。 虽然表2图示说明了从涡轮机部分156的排气出口 182朝向压缩机部分152的排气进口 184的 顺序的部件192,但表2还旨在覆盖所图示说明的部件192的相反的顺序。在表2中，包括两个 或更多个部件的任何单元格旨在覆盖具有部件的集成单元、部件的并行布置或其任何组 合。更进一步地，在表2的情况下，HRU、HRSG和⑶ND是HE的示例；HRSG是HRU的示例；C0ND、 WFIL和CFIL是WRU的示例；INER、FIL、WFIL和CFIL是PRU的示例；并且WFIL和CFIL是FIL的示 例。再者，表2不旨在排除部件192的任何未图示说明的排列。在某些实施例中，所图示说明 的部件192(例如，194到210)可以部分地或完全地集成在HRSG 56、EGR系统58或其任何组合 内。这些EG处理部件192可以实现温度、压力、流率和气体组成的反馈控制，同时还从排气60 除湿和去除微粒。更进一步地，可以在一个或更多个抽排点76处抽排被处理的排气60,用于 在EG供应系统78中使用，和/或者被再循环到压缩机部分152的排气进口 184。
[0073]当被处理的、再循环的排气66穿过压缩机部分152，SEGR燃气涡轮机系统52可以沿 一个或更多个线路212(例如，抽气管道或旁路管道)放掉压缩的排气的一部分。每个线路 212可以将排气传送到一个或更多个热交换器214(例如，冷却单元）中，从而冷却排气用于 再循环回到SEGR燃气涡轮机系统52中。例如，在穿过热交换器214之后，冷却的排气的一部 分可以沿线路212被传送到涡轮机部分156,用于涡轮机机壳、涡轮机罩、轴承和其他部件的 冷却和/或密封。在这样的实施例中，为了冷却和/或密封的目的，SEGR燃气涡轮机系统52不 会将任何氧化剂68(或其他潜在污染物)传送通过涡轮机部分156,并且因此冷却的排气的 任何泄漏将不会污染流经且驱动涡轮机部分156的涡轮机级的燃烧的热产物(例如，工作排 气）。通过进一步的示例，在穿过热交换器214之后，冷却的排气的一部分可以沿线路216(例 如，返回管道)被传送到压缩机部分152的上游压缩机级，从而提高由压缩机部分152的压缩 的效率。在这样的实施例中，热交换器214可以经配置作为压缩机部分152的级间冷却单元。 以这种方式，冷却的排气有助于增加 SEGR燃气涡轮机系统52的操作效率，同时有助于保持 排气的纯度(例如，基本上没有氧化剂和燃料）。
[0074]图4是图1至图3中图示说明的系统10的操作过程220的实施例的流程图。在某些实 施例中，过程220可以是计算机实施的过程，其访问存储在存储器122上的一个或更多个指 令，并且执行图2中所示的控制器118的处理器120上的指令。例如，在过程220中的每个步骤 可以包括由参考图2描述的控制系统100的控制器118可执行的指令。
[0075]过程220可以通过初始化图1到图3的SEGR燃气涡轮机系统52的开启模式开始，如 由方框222所指示的。例如，开启模式可以涉及逐渐上升SEGR燃气涡轮机系统52以保持热梯 度、振动和(例如，在旋转和固定零件之间的）间隙在可接受的阈值内。例如，在开启模式222 期间，过程220可以开始将压缩的氧化剂68提供给燃烧器160和燃烧器部分154的燃料喷嘴 164,如由方框224所指示的。在某些实施例中，压缩的氧化剂可以包括压缩的空气、氧、富氧 空气、氧气减少的空气、氧氮混合物，或其任何组合。例如，氧化剂68可以由图3中所图示说 明的氧化剂压缩系统186进行压缩。在开启模式222期间，过程220还可以开始将燃料提供给 燃烧器160和燃料喷嘴164,如由方框226所指示的。在开启模式222期间，过程220还可以开 始将排气(如果是可用的）提供给燃烧器160和燃料喷嘴164,如由方框228所指示的。例如， 燃料喷嘴164可以产生一个或更多个扩散火焰、预混火焰，或者扩散火焰和预混火焰的组 合。在开启模式222期间，由燃气祸轮机发动机156生成的排气60在数量和/或质量上可以是 不充分或不稳定的。因此，在开启模式期间，过程220可以从一个或更多个储存单元(例如， 储存罐88)、管路86、其他SEGR燃气涡轮机系统52或其他排气源提供排气66。
[0076]然后，过程220可以在燃烧器160中燃烧压缩的氧化剂、燃料和排气的混合物以产 生热燃烧气体172,如由方框230所指示的。特别地，过程220可以由图2的控制系统100控制 以促进燃烧器部分154的燃烧器160中的混合物的按化学计量的燃烧(例如，按化学计量的 扩散燃烧、预混燃烧，或两者）。然而，在开启模式222期间，保持混合物的按化学计量的燃烧 可以是特别困难的（并且因此，低水平的氧化剂和未燃尽燃料可以存在于热燃烧气体172 中）。因此，与在下面进一步详细讨论的稳态模式期间的相比，在开启模式222中，热燃烧气 体172可以具有更大量的残留氧化剂68和/或燃料70。由于这个原因，在开启模式期间，过程 220可以执行一个或更多个控制指令以减少或消除热燃烧气体172中残留的氧化剂68和/或 燃料70。
[0077]然后，过程220用热燃烧气体172驱动涡轮机部分156,如由方框232所指示的。例 如，热燃烧气体172可以驱动设置在涡轮机部分156内的一个或更多个涡轮机级174。涡轮机 部分156的下游，过程220可以处理来自最终涡轮机级174的排气60，如由方框234所指示的。 例如，排气处理234可以包括过滤、任何残留的氧化剂68和/或燃料70的催化反应、化学处 理、用HRSG56热回收，等等。过程220还可以将排气60中的至少一些再循环回到SEGR燃气涡 轮机系统52的压缩机部分152,如由方框236所指示的。例如，排气再循环236可以涉及穿过 如图1至图3中所图示说明的具有EG处理系统54的排气再循环路径110的通道。
[0078]进而，再循环的排气66可以在压缩机部分152中被压缩，如由方框238所指示的。例 如，SEGR燃气涡轮机系统52可以在压缩机部分152的一个或更多个压缩机级158中顺序地压 缩再循环的排气66。随后，压缩的排气170可以被提供给燃烧器160和燃料喷嘴164,如由方 框228所指示的。然后，步骤230、232、234、236和238可以重复，直到过程220最终过渡到稳态 模式，如由方框240所指示的。在过渡240后，过程220可以继续执行步骤224到步骤238,但还 可以开始经由EG供应系统78抽排排气42,如由方框242所指示的。例如，可以沿如图3中所指 示的压缩机部分152、燃烧器部分154和涡轮机部分156从一个或更多个抽排点76抽排排气 42。进而，过程220可以从EG供应系统78将抽排的排气42提供给碳氢化合物生产系统12,如 由方框244所指示的。然后，碳氢化合物生产系统12可以将排气42注入到地层32,用于增强 油回收，如由方框246所指示的。例如，可以由图1至图3中所图示说明的EOR系统18的排气注 入EOR系统112使用抽排的排气42。
[0079] 如上所阐述的，本实施例包括系统和方法，通过该系统和方法，许多感觉流可以被 动地从燃气涡轮机系统(例如，SEGR系统52)的一部分中的气流进行抽排，并且被引导通过 很多抽排通道用于分析。进一步地，如上所阐述的，本方法可以在任何情况下都是有用的， 所述情况涉及在压差下操作或提供压差的一件仪器(例如，旋转式机械)附近的气流的被动 采样。考虑到上述，图5是图2的SEGR燃气涡轮机系统52的实施例的图示。如图5中所图示说 明的，SEGR燃气涡轮机系统52包括如上所阐述的耦接在一起的压缩机部分184、许多燃烧器 160和涡轮机部分156。方向键也包括在图5中，该方向键图示说明了相对于燃气涡轮机发动 机150的旋转轴线定义的轴向方向250、径向方向252和圆周方向254。
[0080] 图5中所图示说明的SEGR燃气涡轮机系统52包括排气部分260,该排气部分260耦 接到涡轮机部分156并且接收离开涡轮机部分156的最终级的排气流。进一步地，所图示说 明的SEGR燃气涡轮机系统52包括一般将排气流传送通过循环鼓风机262的排气再循环路径 110,在排气流被返回到压缩机部分184的进口之前，循环鼓风机262可以调节通过排气再循 环路径110的排气的流率。可以理解，在某些实施例中，可以沿排气再循环路径110设置上面 讨论的任何数量的其他排气处理元件。
[0081 ]另外，图5中所图示说明的SEGR燃气涡轮机系统52包括三组气流抽排系统（例如， 排气采样系统），即，耦接到压缩机部分184的气流抽排系统264、耦接到排气部分260的气流 抽排系统266和在循环鼓风机262附近的气流抽排系统268。进一步地，每个气流抽排系统包 括许多抽排通道270,并且每个抽排路径包括至少一个传感器272。每个抽排通道270被布置 以从在相对下游、高压区域的气流抽排感觉流，并且将感觉流返回到在相对上游、低压区域 的气流(如由在每个抽排通道270上所图示说明的方向指示符所指示的）。应当理解，上述压 差能够使抽排通道270为被动的，意思是在每个抽排通道270的抽排点和返回点之间的压差 可以驱动感觉流通过抽排通道270而不用执行额外的工作（例如，使用鼓风机单元、风扇或 其他活动机构）。进一步地，应当理解，如下面更详细讨论的，每个抽排通道270的尺寸可以 控制通过抽排通道270的感觉流的流率。另外，当排气部分260、压缩机部分184和循环鼓风 机262被提供作为用于气流抽排系统的合适的位置的示例时，值得注意的是，在 另一些实施 例中，气流抽排系统可以被设置在提供适当的压差（例如，包括燃烧器160、排气流动路径 110、压缩机部分184、涡轮机部分156、排气部分260、循环鼓风机262或其任何组合W^SEGR 燃气涡轮机系统52的任何两点之间。另外，在某些实施例中，气流抽排系统可以包括一个或 更多个抽排通道270,所述一个或更多个抽排通道270适当定位以从EGR流动路径(例如，抽 排流动路径110)的更高压部分抽排流动流的一部分，并且在已经执行一个或更多个测量之 后，将抽排的流动流的一部分抽排到大气(例如，通过通气竖管）。
[0082]图5中所图示说明的SEGR燃气涡轮机系统52的每个传感器272被耦接到相应的抽 排路径270(例如，抽排管道），使得传感器272可以测量穿过相应的抽排路径270的感觉流的 一个或更多个属性。在某些实施例中，传感器272可以包括例如温度传感器、流量传感器、压 力传感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽 燃料传感器或其任何组合。特别地，在某些实施例中，传感器272可以包括宽带λ传感器和/ 或通用排气氧(UEGO)传感器，该宽带λ传感器和/或通用排气氧(UEGO)传感器类似于在机动 车辆中使用的氧传感器。
[0083]更进一步地，如图5中所图示说明的，每个传感器272可以被通信地耦接到（例如， 上面所阐述的控制系统100的）控制器/监测器274,该控制器/监测器274可以从传感器272 接收输入，以至少部分地基于接收的输入确定和/或控制SEGR燃气涡轮机系统52的一个或 更多个参数。例如，在某些实施例中，控制器/监测器274可以是Mark*VIe?控制器，或是 3500Enc 〇re资产状态监测器(两者都可以从纽约州斯克内克塔迪市的通用电气公司获得）、 或另一个合适的监测器或控制器。另外，应当理解，在某些实施例中，控制器/监测器274可 以被耦接到SEGR燃气涡轮机系统52的其他部件(例如，压缩机部分184、燃烧器160等），以控 制或监测SEGR燃气涡轮机系统52的操作。例如，在某些实施例中，控制器/监测器274可以利 用来自传感器272的输入以确定关于气流的组成的信息，诸如基于由对应于传感器272的相 应的感觉流的测量的传感器272提供的输入确定气流中的氧、一氧化碳、氢、燃料、氮氧化物 和/或水蒸汽的水平。更进一步地，在某些实施例中，至少部分地基于确定的气流的组成，控 制器274可以调节SEGR燃气涡轮机系统52的参数，诸如调节燃料混合物、燃料流率、氧化剂 吸入率、燃料-氧化剂比、排气再循环率、燃烧的当量比（Φ )(例如，在0.95和1.05之间，或接 近1.0,以提供基本上按化学计量的燃烧)或类似的参数。
[0084]为了更好地图示说明气流抽排系统的一个示例，图6图示说明了图5的排气部分 260的横截面视图，其包括沿线6-6(例如，沿径向方向252)截取的气流抽排系统266。因此， 如图6中所图示说明的，抽排通道270每个径向地252延伸穿过排气部分260的外壳282。这些 抽排通道270可以被刚性地安装到外壳282以防止在操作期间运动。进一步地，在穿过外壳 282之后，每个所图示说明的抽排通道270延伸到被设置在排气部分260的外壳282和内部部 分286(例如，内壳)之间的排气流动路径284中。如所图示说明的，排气流动路径284可以以 共轴或同心布置被设置在外壳282和内部部分286之间。应当理解，在某些实施例中，内壳 286可以提供用于冷却剂气体的流动285的路径。在SEGR燃气涡轮机系统52的操作期间，可 以沿在排气部分260的外壳282和内壳286之间的排气流动路径284(例如，沿轴向方向250) 引导离开涡轮机部分156的最终级的热排气。
[0085]更进一步地，如上所阐述的，在排气部分260的操作期间，气流抽排系统266-般可 以从穿过排气部分260的排气流动路径284的气流抽排感觉流288。例如，如图6中所图示说 明的，气流抽排系统266包括以径向方向252取向且围绕轴线250周向间隔254并且延伸到排 气流动路径284的部分中且与排气流动路径284的部分流体连通的16个抽排通道270。在某 些实施例中，相对于外壳282,抽排通道270可以是齐平的、朝向轴线250凸出、凹陷远离轴线 250,或其组合。应当理解，在某些实施例中，可以使用任何数量的抽排通道270,诸如在一个 或更多个轴向位置、圆周位置和/或径向位置处的1到1〇〇、2到50、3到40、4到30、5到15或任 何其他适当数量的抽排通道。更进一步地，在另一些实施例中，抽排通道可以不是关于轴线 250均匀地分布的，如图6中所图示说明的，而可以是交错或集中在排气部分260的特定部分 (例如，在顶部、底部或在排气部分260的侧面处）。
[0086]另外，应当理解，抽排通道270的大小、形状和位置可以调节由如图6中所图示说明 的气流抽排系统266抽排的感觉流288的流动。例如，每个抽排通道270可以具有特定的直径 290,该特定的直径290可以调节或计量每单位时间穿过抽排通道270的排气流的特定体积。 另外，穿过排气部分260的排气流动路径284的排气流可能不是完全均匀的，并且同样地，排 气流的流率、温度、组成等等在排气流动路径284内的不同位置处可以变化。
[0087] 因此，如图6中所图示说明的，抽排通道270还可以被定位以从排气部分260的外壳 282的壁延伸特定的距离292(例如，径向偏移），使得穿过排气流动路径284的特定区域的排 气流可以被抽排用于感觉流288。应当理解，在某些实施例中，距离292可以更大，并且抽排 通道270可以更深地延伸进入排气流动路径284。更进一步地，在某些实施例中，抽排通道 270中的每个可以延伸不同的距离292进入到排气流动路径284,使得每个抽排通道270能够 对不同区域的排气流采样。另外，在某些实施例中，抽排通道270中的每个包括圆柱形管道、 圆锥形管道、矩形管道，或其任何组合，以提供特定的感觉流流动。进一步地，到每个抽排通 道270的每个入口的形状还可以具有适用于支持感觉流288进入且穿过抽排通道270的特定 形状(例如，圆柱形、圆锥形、有锯齿状的、或另一个形状)和/或间距。
[0088] 与由气流抽排系统266抽排的较大气流相比，感觉流288可以是相对小的。例如，在 某些实施例中，排气的流率（例如，通过排气部分260的排气流动路径284)可以是在大约 1800碌每秒（lbs/s)和2000碌每秒（lbs/s)之间（例如，在大约800千克每秒和900千克每秒 之间），而每个感觉流288可以具有在大约0.01 lbs/s和Ilbs/s之间（例如，在大约0.1千克每 秒和1千克每秒之间）的流率。通过进一步的示例，在某些实施例中，每个感觉流288可以具 有流率，所述流率表示小于或大约被采样的气流的流率的0.0001 %、〇.0005%、0.001%、 0.005%、0.01%、0.05%、0.1%或1%。
[0089] 图7和图8是分别图示说明沿线7-7截取的如图6所图示说明的气流抽排系统266的 抽排通道270的两个示例实施例的图示。图7和图8都图示说明了如先前所讨论的延伸通过 排气部分26的外壳282的抽排通道270。进一步地，随后，图7和图8的抽排通道270以向下倾 斜角度300(例如，相对于轴向方向250)延伸以与环形歧管302交会。如下面更详细讨论的， 在某些实施例中，向下倾斜角度300可以大于大约1° (例如，大于或等于2°、5°、10°、15°、 20°、25°、30°、35°、40°或45° )，使得抽排通道270-般当它接近歧管302时向下倾斜(例如， 径向朝向轴线250)，例如，以允许冷凝物泄出。在另一些实施例中，角度300可以是0°或小于 〇°。如下面详细讨论的，在某些实施例中，抽排通道270中的每个可以被耦接到公用歧管，诸 如环形歧管302。同样地，当感觉流288可以在一个方向上移动通过抽排通道270时，一旦感 觉流288到达环形歧管，感觉流288可以在环形歧管302内（例如，在向内或向外的径向方向 252、在顺时针或/或逆时针圆周方向254,或其组合）自由移动。
[0090] 另外，所图示说明的图7和图8的实施例二者都包括控制器/监测器274,即，如上所 阐述的，该控制器/监测器274被耦接到SEGR燃气涡轮机系统52的传感器。如所图示说明的， 控制器/监测器274被耦接到朝向内部部分286延伸穿过排气部分260的外壳282的传感器 304(例如，温度传感器、压力传感器、流率传感器或另一个合适的传感器）。在某些实施例 中，传感器304可以是测量穿过排气部分260的气流的温度的温度传感器或另一个合适的传 感器。应当理解，在另一些实施例中，传感器304可以不存在。另外，所图示说明的图7和图8 的实施例二者都包括也被耦接到控制器/监测器274的一个或更多个传感器272(例如，温度 传感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽燃 料传感器，或其任何组合），这些在下面详细讨论。
[0091] 转到图7,除了上面所描述的特征之外，所图示说明的实施例包括被设置在至少一 个传感器272 (例如，λ或UEGO传感器272)的相对侧上(例如，相对于感觉流288的流动，在上 游侧和下游侧上）的第一隔离阀306和第二隔离阀308。在一些实施例中，任何数量的传感器 272(例如，1、2、3、4、5或更多）可以被设置在隔离阀306和隔离阀308之间。应当理解，隔离阀 306和隔离阀308-般能够被关闭以限制或阻止在排气部分260的操作期间感觉流288的流 动通过抽排通道270。即，第一隔离阀306和第二隔离阀308可以（例如，基于来自控制器274 的输入手动或自动地)被关闭，例如，使得传感器272和/或抽排通道270的部分可以被去除、 替换或保持，而不干扰SEGR燃气涡轮机系统52的操作。另外，在某些实施例中，其他阀(诸如 泄放阀或放气阀）可以被设置在隔离阀306和隔离阀308之间以实现"双阻挡和泄放"阀布 置。
[0092]相比之下，如图8中所图示说明的，在某些实施例中，气流抽排系统266可以不包括 隔离阀（例如，图7的隔离阀306和隔离阀308)。在图8的实施例中，三个传感器(例如，传感器 272Α、272Β和272C)被耦接到抽排通道270,但不通过隔离阀与抽排通道的剩余部分隔离。应 当理解，虽然在图8中图示说明了三个传感器，但在另一些实施例中，2、4、5、6、7、8、9、10、 11、12或任何其他适合数量的传感器272可以被耦接到抽排通道270以分析感觉流288。进一 步地，在某些实施例中，这些传感器272可以包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、氧 传感器(例如，λ传感器或UEGO传感器）、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、 氢传感器、未燃尽燃料传感器，或其任何组合。另外，应当理解，控制器/监测器274可以利用 由传感器272(例如，传感器272A-C)收集的测量，以确定如何调节SEGR燃气涡轮机系统52的 参数(例如，燃料混合物、燃料流率、氧化剂吸入率、燃料氧化剂比、排气再循环率，或燃烧的 当量比，和/或另一个合适的参数）。
[0093] 图9和图10是分别图示说明耦接到SEGR燃气涡轮机系统52的排气部分260的气流 抽排系统266的实施例的图示。图9和图10的实施例包括彼此共同的几个特征。例如，图9和 图10的实施例二者都包括从内部部分286延伸穿过排气部分260的外壳282且朝环形歧管 302在轴向方向250上延伸的许多抽排通道270,所述抽排通道270被图示说明为环绕排气部 分260的外壳282。更进一步地，如上所提到的，抽排通道270可以包括特定的向下倾斜角度 (例如，图7和图8中所图示说明的向下倾斜角度300)，所述特定的向下倾斜角度可以促进冷 凝物朝环形歧管302的排水。因此，环形歧管302可以包括在环形歧管302的底部附近或被设 置在气流抽排系统266中的另一个合适的低点处的泄水特征件310,以使能够从环形歧管 302去除冷凝物。在某些实施例中，泄水特征件可以包括一个或更多个泄水管、排水止回阀、 过滤器、收集罐，或其组合。更进一步地，应当理解，在某些实施例中，环形歧管302可以被定 位在抽排通道270的上游(相对于通过SEGR燃气涡轮机系统52的排气部分266的排气流的方 向319)而不会使本方法的效果无效。
[0094] 进一步地，图9和图10的实施例二者都图示说明了沿每个抽排通道270设置在隔离 阀306和隔离阀308之间的传感器272。如上所阐述的，虽然沿每个抽排路径270仅图示说明 了一个传感器272，但在某些实施例中，可以沿每个抽排通道270设置任何数量的传感器272 (例如，温度传感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感 器、未燃尽燃料传感器，或其任何组合）。进一步地，虽然在图9和图10中未图示说明，但传感 器270和传感器304中的每个可以被通信耦接到控制器/监测器274,如上面所讨论的。
[0095] 图9中图示说明的气流抽排系统266的实施例是具有内部返回通道320的气流抽排 系统266的示例。在图9的实施例中，通过抽排通道270从穿过排气部分260的内部部分286的 排气流抽排许多感觉流。感觉流可以朝向环形歧管302在轴向方向250上穿过抽排通道270， 如由箭头322所图示说明的。一旦传送到歧管302,组合的感觉流可以被引导朝向内部返回 通道320,如由箭头324所图示说明的。内部返回通道320-般将环形歧管302耦接到排气部 分260的内部部分286的上游区域321。特别地，参考排气流的下游方向319,上游区域321相 对于内部部分286的下游区域323是上游，其中下游区域323是由抽排通道270抽排感觉流的 区域。进一步地，内部返回通道320中，正如其名称所暗示的，可以至少部分地被设置在排气 部分260的外壳282和内部部分286的内部。应当理解，利用如图9中所图示说明的内部返回 通道320可以提供益处。例如，内部返回通道320可以在排气部分260周边的周围提供很少障 碍物或没有障碍物，从而允许其他仪器、设备或通道的空间。进一步地，与其他返回通道选 项相比，内部返回通道320可以损失更少的排气热到周围环境。在另一些实施例中，可以利 用多个返回通道以将感觉流返回到排气流的上游部分。
[0096]图10中图示说明的气流抽排系统266的实施例是具有外部返回通道330的气流抽 排系统266的示例。在图10的实施例中，由抽排通道270从穿过排气部分260的内部部分286 的排气流抽排许多感觉流。感觉流可以朝向环形歧管302在轴向方向250上穿过抽排通道 270,如由箭头322所图示说明的。一旦传送到歧管302,组合的感觉流可以被引导朝向内部 返回通道330,如由箭头332所图示说明的。所图示说明的外部返回通道330-般将环形歧管 302耦接到上游区域321。进一步地，上游区域321 -般是下游区域323的上游(相对于排气流 的方向319)，其中由抽排通道270抽排感觉流。对于图10中所图示说明的实施例，外部返回 通道330将环形歧管302耦接到涡轮机部分156的一部分，正好在涡轮机部分156的最终级的 下游。在另一些实施例中，相对于由抽排通道270抽排感觉流的内部部分286的区域，外部返 回通道270可以替代地将环形歧管302耦接到排气部分260的内部部分286的上游区域。 [0097]另外，图10中所图示说明的气流抽排系统266包括沿外部返回通道330设置在隔离 阀334和隔离阀336之间的许多传感器338。在某些实施例中，隔离阀334和隔离阀336可以不 存在。在某些实施例中，可以沿外部返回通道330设置任何数量的传感器338(例如，温度传 感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽燃料 传感器，或其任何组合），以执行离开歧管302的组合的感觉流的一个或更多个测量。应当理 解，在某些实施例中，由外部返回通道330的传感器338提供的测量可以补充由每个抽排通 道270的传感器272执行的测量，使得可以在由特定的抽排通道270抽排的排气的性质与由 所有的抽排通道270抽排的混合或平均排气的性质之间作比较。进一步地，虽然图10中未图 示说明，但传感器338中的每个可以被通信耦接到控制器/监测器274,如图上面讨论的传感 器272。
[0098]应当理解，虽然图10中所图示说明的外部返回通道330被图示说明为设置在排气 部分260的下面，但在另一些实施例中，外部返回通道330可以被设置在排气部分260的上面 而不会使本方法的效果无效。进一步地，如图10中所图示说明的外部返回通道330可以部分 地或全部地设置在排气部分260的外壳28 2的外部。应当理解，利用如图10中所图示说明的 外部返回通道330可以提供益处。例如，当安装气流抽排系统266时，外部返回通道330可以 涉及对排气部分260较少的修改。进一步地，与内部返回通道320相比，外部返回通道330可 以更容易接近用于维护或维修，如上面所讨论的。
[0099] 本方法的技术效果包括基于压差能够实现从气流被动地抽排感觉流。本实施例能 够使多个感觉流经由许多抽排路径从气流被抽排，其中抽排路径的尺寸可以调节感觉流， 以使感觉流是总排气流的一小部分(例如，小于大约1%)。进一步地，每个抽排路径可以包 括能够对每个感觉流执行测量的一个或更多个传感器(例如，温度传感器、压力传感器、流 量传感器、氧传感器、一氧化碳传感器、氮氧化物传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽 燃料传感器，或其任何组合），使得控制器/监测器可以至少部分地基于测量确定气流的参 数。另外，所公开的实施例可以包括其他特征件，诸如隔离阀、泄水件、内部或外部返回路 径，等等，其可以提供如在气流抽排系统的维护和维修方面的额外的益处。
[0100] 附加描述
[0101] 如上所阐述的，本实施例提供了用于使用被处理的排气用于温度控制、压力控制、 湿度控制、净化、间隙控制，和/或基于涡轮机的服务系统的各种部件的密封的系统和方法。 应当注意的是，可以以任何适合的组合利用上面所描述的特征件中的任一个或组合。事实 上，目前想到了这样的组合的所有的排列。以示例的方式，提供以下条款作为本公开的进一 步描述：
[0102] 实施例1. 一种系统，其包括:燃气涡轮机发动机，所述燃气涡轮机发动机包括:燃 烧器部分，该燃烧器部分具有被配置为燃烧燃料且产生排气的一个或更多个燃烧器;涡轮 机部分，所述涡轮机部 分包括被设置在所述燃烧器的下游且被配置为由所述排气驱动的一 个或更多个涡轮机级;排气部分，所述排气部分被设置在所述一个或更多个涡轮机级的下 游，其中所述排气部分包括被配置为从所述涡轮机部分接收所述排气的排气通道；以及气 流抽排系统，所述气流抽排系统被耦接到所述排气部分，并且包括被设置在所述排气部分 周围的多个抽排通道，其中每个抽排路径被配置为从所述排气通道的下游部分接收所述排 气的一部分，其中所述气流抽排系统被配置为经由一个或更多个返回通道被动地将所述排 气的所述一部分传送到所述排气通道的上游部分。
[0103] 实施例2.任一先前实施例的所述系统，其中所述多个抽排通道中的每个包括一个 或更多个传感器。
[0104] 实施例3.任一先前实施例的所述系统，其中所述一个或更多个传感器包括氧传感 器、一氧化碳传感器、氮氧化物(NOx)传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽燃料传感器， 或其组合。
[0105]实施例4.任一先前实施例的所述系统，其中所述多个抽排通道中的每个包括被设 置在所述一个或更多个传感器的上游的第一阀和被设置在所述一个或更多个传感器的下 游的第二阀。
[0106] 实施例5.任一先前实施例的所述系统，包括耦接到所述一个或更多个传感器的控 制器，其中至少部分地基于所述一个或更多个传感器的相应输出，所述控制器被配置为控 制所述燃气涡轮机发动机的操作。
[0107] 实施例6.任一先前实施例的所述系统，其中所述控制器被配置为控制所述燃气涡 轮机发动机以大体提供按化学计量的燃烧。
[0108] 实施例7.任一先前实施例的所述系统，其中所述多个抽排通道围绕所述排气部分 的圆周均匀地间隔开。
[0109] 实施例8.任一先前实施例的所述系统，其中所述气流抽排系统包括围绕所述排气 部分设置且耦接到所述多个抽排通道中的每个的环形歧管。
[0110] 实施例9.任一先前实施例的所述系统，其中所述环形歧管、所述多个抽排通道和 所述一个或更多个返回通道被配置为允许冷凝物积聚，并且从所述气流抽排系统中的低点 被泄出。
[0111] 实施例10.任一先前实施例的所述系统，其中所述一个或更多个返回通道包括大 体被设置在所述排气部分的一部分内的一个或更多个内部返回通道。
[0112] 实施例11.任一先前实施例的所述系统，其中所述一个或更多个返回通道包括大 体被设置在所述排气部分的外面的一个或更多个外部返回通道。
[0113] 实施例12.任一先前实施例的所述系统，包括压缩机部分，所述压缩机部分被配置 为压缩排气且将排气传送到所述燃烧器部分。
[0114] 实施例13.任一先前实施例的所述系统，包括排气再循环回路，所述排气再循环回 路被耦接到所述排气部分并且被耦接到所述压缩机部分，其中所述排气再循环回路被配置 为从所述排气部分接收所述排气，并且将所述排气提供给所述压缩机部分。
[0115] 实施例14.任一先前实施例的所述系统，其中在氧化剂和所述排气存在的情况下， 所述一个或更多个燃烧器被配置为燃烧所述燃料。
[0116]实施例15.任一先前实施例的所述系统，其中在所述氧化剂和所述排气存在的情 况下，所述一个或更多个燃烧器被配置为按化学计量燃烧所述燃料。
[0117]实施例16.任一先前实施例的所述系统，包括排气抽排系统，所述排气抽排系统被 配置为抽排所述排气且将所述排气提供给碳氢化合物系统。
[0118] 实施例17. -种方法，其包括:在燃气涡轮机系统的燃烧器中燃烧燃料与氧化剂以 生成排气；用来自所述燃烧器的所述排气驱动所述燃气涡轮机系统的涡轮机;通过所述燃 气涡轮机系统的排气部分中的排气通道，提供来自所述涡轮机的所述排气;经由一个或更 多个抽排通道，从所述排气通道的下游部分被动地抽排所述排气的一部分;使用耦接到所 述一个或更多个抽排通道的一个或更多个传感器在所述排气的所述一部分上执行一个或 更多个测量；以及经由一个或更多个返回通道，被动地将所述排气的所述一部分传送到所 述排气通道的上游部分。
[0119] 实施例18.任一先前实施例的所述方法，包括基于所述一个或更多个测量确定所 述排气的所述一部分的一个或更多个属性。
[0120] 实施例19.任一先前实施例的所述方法，其中所述一个或更多个属性包括氧含量、 水蒸汽含量、氮氧化物(NOx)含量、一氧化碳含量、氢含量、未燃尽燃料含量，或其组合。
[0121] 实施例20.任一先前实施例的所述方法，包括至少部分地基于所述排气的所述一 部分的所述一个或更多个属性，调节所述燃气涡轮机系统的一个或更多个参数。
[0122] 实施例21.任一先前实施例的所述方法，其中调节所述燃气涡轮机系统的所述一 个或更多个参数包括调节燃料混合物、燃料流率、氧化剂吸入率、燃料氧化剂比、排气再循 环率，或燃烧的当量比中的一个或更多个。
[0123] 实施例22.任一先前实施例的所述方法，其中所述一个或更多个测量包括温度测 量、流率测量、压力测量、组成测量，或其组合。
[0124] 实施例23 .任一先前实施例的所述方法，其中所述一个或更多个测量包括氧含量 测量。
[0125] 实施例24.任一先前实施例的所述方法，其中所述一个或更多个测量包括一氧化 碳含量测量、氮氧化物(NOx)含量测量、水蒸汽含量测量、或氢含量测量。
[0126] 实施例25.任一先前实施例的所述方法，其中燃烧所述燃料包括按化学计量燃烧 所述燃料与所述氧化剂和排气。
[0127] 实施例26.任一先前实施例的所述方法，包括压缩所述排气，并且将所述压缩的排 气提供给所述燃烧器。
[0128] 实施例27.任一先前实施例的所述方法，包括在经由所述一个或更多个返回通道 将所述排气传送到所述排气通道的所述上游部分之前，被动地将所述排气的所述一部分从 所述一个或更多个抽排通道传送到环形歧管。
[0129] 实施例28.任一先前实施例的所述方法，包括经由泄水特征件从所述环形歧管排 出冷凝物。
[0130] 实施例29 . -种系统，其包括:通过旋转式机械的气流路径，其中所述气流路径包 括高压下游区域和低压上游区域;抽排通道，所述抽排通道被配置为被动地从所述气流路 径的所述高压下游区域抽排气流的一部分;传感器，所述传感器被耦接到所述抽排通道，其 中所述传感器被配置为测量穿过所述抽排通道的所述气流的所述一部分的参数；以及返回 通道，所述返回通道被耦接到所述抽排通道，其中所述返回通道被配置为被动地将所述气 流的所述一部分从所述抽排通道传送到所述气流路径的所述低压上游区域。
[0131] 实施例30.任一先前实施例的所述系统，其中所述气流的所述一部分小于大约所 述气流的I %。
[0132] 实施例31.任一先前实施例的所述系统，其中所述气流的所述一部分的流率至少 部分地基于抽排通道的直径、所述高压下游区域中的所述抽排通道的位置、所述返回通道 的直径和所述低压上游区域中的返回通道的位置。
[0133] 实施例32.任一先前实施例的所述系统，其中所述旋转式机械包括排气部分、压缩 机部分或燃气涡轮机系统的循环鼓风机。
[0134] 实施例33.任一先前实施例的所述系统，其中所述燃气涡轮机系统包括排气再循 环(EGR)燃气涡轮机系统。
[0135] 实施例34.任一先前实施例的所述系统，其中所述传感器包括宽带λ传感器。
[0136] 实施例35.任一先前实施例的所述系统，其中所述传感器包括通用排气氧(UEGO) 传感器。
[0137] 实施例36.任一先前实施例的所述系统，其中所述气流的所述一部分的所述参数 包括化学组成、温度，或其组合。
[0138] 实施例37.任一先前实施例的所述系统，其中所述抽排通道包括被设置在所述传 感器的上游的第一隔离阀和被设置在所述传感器的下游的第二隔离阀，其中当第一隔离阀 和所述第二隔离阀被关闭时，所述第一隔离阀和所述第二隔离阀被配置为阻止所述气流的 所述一部分经过所述传感器，以使在所述系统操作时能够更换所述传感器。
[0139] 实施例38.任一先前实施例的所述系统，包括耦接到所述抽排通道和所述返回通 道的歧管，其中所述歧管被配置为从所述抽排通道接收所述气流的所述一部分，并且将所 述气流的所述一部分提供给所述返回通道。
[0140] 实施例39.任一先前实施例的所述系统，其中所述歧管包括围绕所述旋转式机械 设置的环形歧管。
[0141] 实施例40.任一先前实施例的所述系统，其中所述歧管包括从所述歧管去除冷凝 物的泄水件。
[0142] 实施例41.任一先前实施例的所述系统，其中所述返回通道是大体被设置在所述 旋转式机械的一部分里面的内部返回通道。
[0143] 实施例42.任一先前实施例的所述系统，所述返回通道是大体被设置在所述旋转 式机械的一部分外面的外部返回通道。
[0144] 实施例43. -种系统，其包括:多个抽排通道，所述多个抽排通道被配置为被动地 从气流路径的下游区域抽排气流的一部分;多个传感器，所述多个传感器被分别耦接到所 述多个抽排通道，其中所述多个传感器被配置为测量穿过所述多个抽排通道的所述气流的 所述一部分的一个或更多个参数;歧管，所述歧管被耦接到所述多个抽排通道，其中所述歧 管被配置为从所述多个抽排通道接收所述气流的所述一部分；以及返回通道，所述返回通 道被耦接到所述歧管，其中所述返回通道被配置为被动地将所述气流的所述一部分提供给 所述气流路径的上游区域。
[0145] 实施例44.任一先前实施例的所述系统，包括:被分别设置在所述多个传感器的上 游和下游的多个隔离阀，其中当所述多个隔离阀被关闭时，所述多个隔离阀被配置为阻止 所述气流的所述一部分穿过所述多个抽排通道。
[0146] 实施例45.任一先前实施例的所述系统，其中所述歧管包括环形歧管。
[0147] 实施例46.任一先前实施例的所述系统，其中所述歧管包括从所述歧管去除冷凝 物的泄水件。
[0148] 实施例47.任一先前实施例的所述系统，其中所述多个抽排通道被设置为向下倾 斜角度，以允许冷凝物朝向所述歧管泄出。
[0149] 实施例48.任一先前实施例的所述系统，包括:被配置为沿所述气流路径提供所述 气流的燃气涡轮机系统。
[0150]实施例49.任一先前实施例的所述系统，其中所述燃气涡轮机系统包括排气再循 环(EGR)燃气涡轮机系统。
[0151]实施例50.任一先前实施例的所述系统，其中所述燃气涡轮机系统是按化学计量 的排气再循环(SEGR)燃气涡轮机系统。
[0152]虽然本文仅图示说明和描述本发明的某些特征，但本领域中的技术人员将想到很 多修改和改变。因此，应当理解，随附权利要求书旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有 这样的修改和改变。
【主权项】
1. 一种系统，其包括： 燃气涡轮机发动机，所述燃气涡轮机发动机包括： 燃烧器部分，所述燃烧器部分具有被配置为燃烧燃料且产生排气的一个或更多个燃烧 器； 涡轮机部分，所述涡轮机部分包括被设置在所述燃烧器的下游且被配置为由所述排气 驱动的一个或更多个涡轮机级； 排气部分，所述排气部分被设置在所述一个或更多个涡轮机级的下游，其中所述排气 部分包括被配置为从所述涡轮机部分接收所述排气的排气通道;和 气流抽排系统，所述气流抽排系统被耦接到所述排气部分并且包括被设置在所述排气 部分周围的多个抽排通道，其中每个抽排路径被配置为从所述排气通道的下游部分接收所 述排气的一部分，其中所述气流抽排系统被配置为经由一个或更多个返回通道被动地将所 述排气的所述一部分传送到所述排气通道的上游部分。2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述多个抽排通道中的每个包括一个或更多个传 感器。3. 根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或更多个传感器包括氧传感器、一氧化碳 传感器、氮氧化物传感器即N0X传感器、水蒸汽传感器、氢传感器、未燃尽燃料传感器，或其 组合。4. 根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或更多个传感器包括宽带λ传感器。5. 根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或更多个传感器包括通用排气氧传感器， 即UEG0传感器。6. 根据权利要求2所述的系统，包括耦接到所述一个或更多个传感器的控制器，其中至 少部分地基于所述一个或更多个传感器的相应输出，所述控制器被配置为控制所述燃气涡 轮机发动机的操作。7. 根据权利要求1所述的系统，其中所述气流抽排系统包括环形歧管，所述环形歧管围 绕所述排气部分设置且被耦接到所述多个抽排通道中的每个抽排通道，并且其中所述环形 歧管、所述多个抽排通道和所述一个或更多个返回通道被配置为允许冷凝物积聚并且从所 述气流抽排系统中的低点被泄出。8. 根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或更多个返回通道包括大体被设置在所 述排气部分的一部分内的一个或更多个内部返回通道。9. 根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或更多个返回通道包括大体被设置在所 述排气部分的外面的一个或更多个外部返回通道。10. 根据权利要求1所述的系统，包括： 压缩机部分，所述压缩机部分被配置为压缩所述排气且将所述排气传送到所述燃烧器 部分;和 排气再循环回路，所述排气再循环回路被耦接到所述排气部分并且被耦接到所述压缩 机部分，其中所述排气再循环回路被配置为从所述排气部分接收所述排气并且将所述排气 提供给所述压缩机部分。11. 一种方法，其包括： 在燃气涡轮机系统的燃烧器中燃烧燃料与氧化剂以生成排气； 用来自所述燃烧器的所述排气驱动所述燃气涡轮机系统的涡轮机； 通过所述燃气涡轮机系统的排气部分中的排气通道，提供来自所述涡轮机的所述排 气； 经由一个或更多个抽排通道，从所述排气通道的下游部分被动地抽排所述排气的一部 分； 使用被耦接到所述一个或更多个抽排通道的一个或更多个传感器，在所述排气的所述 一部分上执行一个或更多个测量；以及 经由一个或更多个返回通道，被动地将所述排气的所述一部分传送到所述排气通道的 上游部分。12. 根据权利要求11所述的方法，包括基于所述一个或更多个测量确定所述排气的所 述一部分的一个或更多个属性。13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或更多个属性包括氧含量、水蒸汽含 量、氮氧化物含量即N0X含量、一氧化碳含量、氢含量、未燃尽燃料含量，或其组合。14. 根据权利要求12所述的方法，包括至少部分地基于所述排气的所述一部分的所述 一个或更多个属性，调节所述燃气涡轮机系统的一个或更多个参数，其中调节所述燃气涡 轮机系统的所述一个或更多个参数包括调节燃料混合物、燃料流率、氧化剂吸入率、燃料氧 化剂比、排气再循环率，或燃烧的当量比中的一个或更多个。15. 根据权利要求11所述的方法，其中被动地抽排所述排气的所述一部分包括打开与 所述一个或更多个抽排通道中的每个相关联的一个或更多个阀，以允许所述排气的所述一 部分穿过所述一个或更多个抽排通道。16. 根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或更多个测量包括温度测量、流率测 量、压力测量、组成测量，或其组合。17. 根据权利要求11所述的方法，其中燃烧所述燃料包括按化学计量燃烧所述燃料与 所述氧化剂和排气。18. 根据权利要求11所述的方法，包括在经由所述一个或更多个返回通道将所述排气 传送到所述排气通道的所述上游部分之前，被动地将所述排气的所述一部分从所述一个或 更多个抽排通道传送到环形歧管。19. 一种系统，其包括： 通过旋转式机械的气流路径，其中所述气流路径包括高压下游区域和低压上游区域； 抽排通道，所述抽排通道被配置为从所述气流路径的所述高压下游区域被动地抽排气 流的一部分； 传感器，所述传感器被耦接到所述抽排通道，其中所述传感器被配置为测量穿过所述 抽排通道的所述气流的所述一部分的参数;和 返回通道，所述返回通道被耦接到所述抽排通道，其中所述返回通道被配置为被动地 将所述气流的所述一部分从所述抽排通道传送到所述气流路径的所述低压上游区域。20. 根据权利要求19所述的系统，其中所述气流的所述一部分小于所述气流的大约 1%〇21. 根据权利要求19所述的系统，其中所述气流的所述一部分的流率至少部分地基于 所述抽排通道的直径、所述高压下游区域中的所述抽排通道的位置、所述返回通道的直径 和所述低压上游区域中的所述返回通道的位置。22. 根据权利要求19所述的系统，其中所述旋转式机械包括排气部分、压缩机部分或燃 气涡轮机系统的循环鼓风机。23. 根据权利要求19所述的系统，其中所述抽排通道包括被设置在所述传感器的上游 的第一隔离阀和被设置在所述传感器的下游的第二隔离阀，其中当所述第一隔离阀和所述 第二隔离阀被关闭时，所述第一隔离阀和所述第二隔离阀被配置为阻止所述气流的所述一 部分经过所述传感器，以使在所述系统操作时能够更换所述传感器。24. 根据权利要求19所述的系统，包括被耦接到所述抽排通道和所述返回通道的歧管， 其中所述歧管被配置为从所述抽排通道接收所述气流的所述一部分，并且将所述气流的所 述一部分提供给所述返回通道。25. 根据权利要求19所述的系统，包括被耦接到所述返回通道的多个返回通道传感器， 其中所述多个返回通道传感器被配置为测量穿过所述返回通道的所述气流的所述一部分 的参数。
【专利摘要】一种系统，其包括多个抽排通道，所述多个抽排通道被配置为被动地从气流路径的下游区域抽排气流的一部分。所述系统包括多个传感器，所述多个传感器被分别耦接到所述多个抽排通道，其中所述多个传感器被配置为测量穿过所述多个抽排通道的所述气流的所述一部分的一个或更多个参数。所述系统还包括歧管，所述歧管被耦接到所述多个抽排通道，其中所述歧管被配置为从所述多个抽排通道接收所述气流的所述一部分。所述系统进一步包括返回通道，所述返回通道被耦接到所述歧管，其中所述返回通道被配置为被动地将所述气流的所述一部分提供给所述气流路径的上游区域。
【IPC分类】F01D17/02, F02C9/28, F02C3/34
【公开号】CN105492728
【申请号】CN201480045024
【发明人】K·D·明托, D·F·比尔德尔
【申请人】埃克森美孚上游研究公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年6月24日
【公告号】EP3014076A1, US20150000294, WO2014210081A1
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