功率裝置和運行方法

專利名稱：功率裝置和運行方法
技術領域：
本公開的主題大體涉及電功率裝置的領域，并且更具體而言，涉及運行化學計量式排氣再循環渦輪系統的方法。
背景技術：
多種類型的燃氣輪機系統是已知的，并且在功率裝置中用來發電。典型地，燃氣輪·機系統包括用于壓縮空氣流的渦輪壓縮機以及結合壓縮空氣與燃料且點燃混合物而產生排氣的渦輪燃燒器。然后排氣可通過渦輪而膨脹，從而致使渦輪旋轉，渦輪又可通過渦輪軸而連接到渦輪發電機上，以產生功率。燃氣輪機傳統上在燃燒過程內使用過剩的空氣，以控制渦輪溫度和管理不合需要的排放。這常常會弓I起具有大量過剩的氧的排氣流。因此，存在對這樣的功率裝置組件的需要，S卩，其使用可在沒有具有大量過剩的氧的排氣流的情況下運行的燃氣輪機系統。另外，該功率裝置組件提供用以通過處理排氣來進一步減少排放和/或回收二氧化碳流、氮流和水流的選擇將是合乎需要的。

發明內容
在一方面，提供一種功率裝置組件。該功率裝置組件包括用于將環境空氣壓縮成壓縮環境氣體流的至少一個主要空氣壓縮機；氧化劑單元，其接收來自至少一個主要空氣壓縮機的壓縮環境氣體流的至少第一部分，并且構造成將壓縮富氧氣體流輸送到至少一個燃氣輪機機組；以及至少一個燃氣輪機機組。各個燃氣輪機機組包括流體地連接到氧化劑單元上的渦輪燃燒器，其用于混合壓縮富氧氣體流與再循環流的至少第一部分和燃料流而形成可燃混合物，以及用于燃燒可燃混合物，并且形成再循環氣體流。燃氣輪機機組進一步包括連接到渦輪燃燒器和渦輪軸上的渦輪，其中，渦輪布置成由來自渦輪燃燒器的再循環氣體流驅動。該機組進一步包括渦輪壓縮機，渦輪壓縮機流體地連接到渦輪燃燒器上，并且連接到渦輪軸上，并且布置成由渦輪軸驅動。該機組還包括用于使來自渦輪的再循環氣體流再循環到渦輪壓縮機的再循環環路。該機組進一步包括再循環氣體流抽取路徑，再循環氣體流抽取路徑用于從至少一個燃氣輪機機組中抽取再循環氣體流的至少第二部分，并且將再循環氣體流的至少第二部分輸送到氣體分離系統。氣體分離系統將再循環氣體流的至少第二部分分離成氮部分和二氧化碳部分。在另一方面，提供一種運行功率裝置的方法。該方法包括用至少一個主要空氣壓縮機來壓縮環境空氣，以形成壓縮環境氣體流。將壓縮環境氣體流的至少第一部分輸送到氧化劑單元，其中，氧化劑單元構造成將壓縮富氧氣體流輸送到至少一個燃氣輪機機組。壓縮富氧氣體流與再循環氣體流的至少第一部分和燃料流混合而形成可燃混合物，并且混合物在渦輪燃燒器中燃燒而產生再循環氣體流。該方法進一步包括使用再循環氣體流來驅動連接到渦輪軸上的渦輪，以及使用渦輪軸來驅動流體地連接到渦輪燃燒器上的渦輪壓縮機。該方法還包括使用再循環環路來使來自渦輪的再循環氣體流再循環到渦輪壓縮機，以及使用再循環氣體流抽取路徑來從至少一個燃氣輪機機組中抽取再循環氣體流的至少第二部分。該方法進一步包括使用氣體分離系統來將再循環的低氧含量氣體流的至少第二部分分離成氮部分和二氧化碳部分。將在以下描述中部分地闡述另外的方面，而且根據描述，另外的方面將部分地是顯而易見的，或者可通過實踐下面描述的方面來學習另外的方面。借助于所附權利要求中特別指出的元件和組合，將實現和獲得下面描述的優點。要理解的是，前面的一般描述和以下詳細描述兩者都只是示例性和說明性的，而不是約束性的。


當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面與優點將變得更好理解，其中不必按比例繪制構件，以及其中，對應的參考標號在所有圖中均指示對應 的部件，其中
圖I是根據本發明的實施例的示例性功率裝置組件10的概略圖。圖2是根據本發明的實施例的示例性功率裝置組件100的概略圖。部件列表
10示例性功率裝置組件
12主要空氣壓縮機
20渦輪發電機
22渦輪軸
23增壓壓縮機
24壓縮富氧氣體流
26壓縮環境氣體流的第一部分
28燃料流
30渦輪壓縮機
31次級流徑
32渦輪燃燒器
34渦輪
36熱回收蒸汽發生器 38節氣門
40再循環氣體流冷卻器
42吹送器
45抽取閥
50再循環氣體流
52再循環環路
60氮分離單元
62氧化劑單元
63再循環氣體流抽取路徑
64 一氧化碳催化器
65氣體分離系統
66水冷凝單元68 二氧化碳分離單元 70氮存儲單元 90空氣分離單元 92次級壓縮機 94氧壓縮機
100示例性功率裝置組件。
具體實施例方式在以下描述中，給出了許多具體細節，以提供實施例的詳盡理解。可在沒有具體細節中的一個或多個的情況下實踐實施例，或者可用其它方法、構件、材料等來實踐實施例。 在其它情況下，沒有詳細地顯示或描述眾所周知的結構、材料或運行，以避免使實施例的各方面不清楚。這個說明書中對“一個實施例”或“實施例”或“多個實施例”的參照意味著結合實施例來描述的特定的特征、結構或特性包括在至少一個實施例中。因而，在這個說明書的各處出現短語“在一個實施例中”或“在實施例中”未必都指同一實施例。另外，特定的特征、結構或特性可按任何適當的方式結合在一個或多個實施例中。目前在功率發生行業中的要求已經需要開發可構造成消耗空氣工作流體中的基本所有氧來產生實質上無氧的排氣流的燃氣輪機組件。這種排氣流可較容易地適于使用NOx催化劑來減少排放。另外，由于氧的濃度低的原因，這種排氣流可較好地適于進行燃燒后的碳捕捉方案。另外，在很大程度上無氧的排氣流可較容易地適于增強的油回收應用。可通過燃燒系統中的化學計量式燃燒來實現燃氣輪機的基本無氧的排氣。也就是說，含氧的新鮮空氣供應可與燃料流相配，使得燃燒過程以近燃燒化學計量學的方式運行。下面示出了甲烷和氧的化學計量式燃燒反應
CH4 ..丨-2 O2 -- CO2 .+. 2 H2O
化學計量式燃燒會引起對于燃氣輪機發動機中采用的材料和冷卻技術而言可能太高的氣體溫度。為了降低那些高溫，燃氣輪機排氣產物的一部分可再循環回到燃燒系統，以稀釋燃燒溫度。理想地，這個稀釋氣體也應當在較大程度上是無氧的，以便不將額外的氧引入到系統中且從而減少化學計量式燃燒的優點。使用化學計量式燃燒和再循環排氣的燃氣輪機應用被稱為化學計量式排氣再循環(SEGR)。SEGR系統可使用直接饋送到燃燒過程中的高壓空氣的供應來為燃燒提供氧。這個空氣可由輔助壓縮機供應。在實踐中，輔助壓縮機以SEGR燃氣輪機所需的壓力和流率提供空氣的能力在系統所經歷的負載和環境溫度的所有運行范圍上將不是都相配的。輔助壓縮機可允許壓縮機時常提供比燃氣輪機需要的更多的空氣。另外，輔助壓縮機可設計有始終提供比燃氣輪機需要的更多的空氣的能力。在一些情形中，將輔助壓縮機所壓縮的一些空氣排到大氣中可能是必要的。如下面詳細論述的那樣，通過使用SEGR循環，本發明的實施例可用來最大程度地減少燃氣輪機功率裝置系統中的排放，SEGR循環可使得能夠進行基本化學計量式燃燒反應來產生功率。SEGR燃氣輪機可構造成以便提供低氧含量的排氣。這個低氧含量的排氣可用于減少NOx的催化劑，以提供也可沒有NOx污染物的排氣流。
在一些實施例中，可從至少一個燃氣輪機機組中抽取再循環氣體流50的一部分，并且將其分離成氮部分和二氧化碳部分。另外，最大程度地提高SEGR功率裝置中的二氧化碳和氮產物的純度可為目標。在一些特定實施例中，本技術可包括使用SEGR循環來提供低氧含量的二氧化碳流和氮流來用于增強的油回收應用。功率裝置組件
現在轉到附圖，并且首先參照圖1，示出了示例性功率裝置組件10。在一些實施例中，功率裝置組件10可包括用 于將環境空氣壓縮成壓縮環境氣體流26的至少第一部分的主要空氣壓縮機12。在一些實施例中，首先可將壓縮環境氣體流26的至少第一部分輸送到氮分離單元60，氮分離單元60可構造成從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中分離氮。壓縮環境氣體流26的至少第一部分可傳送通過氮分離單元60，并且可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中分離和移除壓縮環境氣體流26中的氮的至少一部分。可使用可在市場上獲得的任何適當的氮分離單元。可將從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中移除的氮從氮分離單元60輸送到氮存儲單元70，其中，氮存儲單元70可流體地連接到氮分離單元60的輸出上，并且可構造成接收和存儲氮。然后可將壓縮環境氣體流26的至少第一部分從氮分離單元60輸送到氧化劑單元62。另外，功率裝置組件10的至少一個燃氣輪機機組可包括可流體地連接到氧化劑單元62上的渦輪燃燒器32。渦輪燃燒器32可構造成接收來自氧化劑單元62的壓縮富氧氣體流24、來自渦輪壓縮機30的再循環氣體流50的至少第一部分，以及燃料流28，以形成可燃混合物，以及燃燒該可燃混合物而產生再循環氣體流50。在一些實施例中，氧化劑單元62可輸送壓縮富氧氣體流24，該壓縮富氧氣體流24具有大約25體積％至大約50體積％的氧、大約30體積％至大約50體積％的氧或者大約40體積％至大約50體積％的氧的量的氧濃度。如本文所用，用語“再循環氣體流”指的是通過在渦輪燃燒器32中燃燒可燃混合物且使其流過再循環環路52而產生的氣體流。如本文所用，用語“燃氣輪機機組”指的是功率裝置組件的、除了主要空氣壓縮機12之外的所有列出的構件。在包括多個主要空氣壓縮機的實施例中，用語“燃氣輪機機組”指的是功率裝置組件的、除了多個主要空氣壓縮機之外的所有列出的構件。在示例性功率裝置組件10的一些實施例中，可通過再循環環路52將再循環氣體流50從渦輪燃燒器32引導到熱回收蒸汽發生器36，以產生蒸汽。蒸汽輪機可構造成使用來自熱回收蒸汽發生器36的蒸汽來產生額外的電，并且蒸汽輪機可連接到蒸汽發生器上。在一些實施例中，蒸汽輪機可布置成連接到渦輪軸22上。然后可將再循環氣體流50引導回到通往再循環氣體流冷卻器40的再循環環路52中。在另外的其它實施例中，再循環環路52可不包含熱回收蒸汽發生器36，并且可改為在再循環氣體流50從渦輪34離開之后將再循環氣體流50直接引入到再循環氣體流冷卻器40中。在另外的其它實施例中，再循環環路52可不包括再循環氣體流冷卻器40。在功率裝置組件10的一些實施例中，再循環氣體流冷卻器40可在渦輪34的下游的任何位置結合到再循環環路52中。再循環氣體流冷卻器40可構造成將再循環氣體流50的溫度降低到適于通過再循環環路52向下游輸送到渦輪壓縮機30中的溫度。在一些實施例中，適當的溫度可為低于大約66°C、低于大約49°C或低于大約45°C。
另外，示例性功率裝置組件10的至少一個燃氣輪機機組可包括位于渦輪燃燒器
32的下游的渦輪34。渦輪34可構造成使接收自渦輪燃燒器32的再循環氣體流50膨脹，并且可用來通過渦輪軸22驅動外部負載(諸如渦輪發電機20)，以產生電。如圖I所示出的那樣，渦輪34所產生的功率可通過渦輪軸22來驅動渦輪壓縮機30。在其它實施例中，主要空氣壓縮機12也可由渦輪軸22驅動。在一些實施例中，功率裝置組件10的至少一個燃氣輪機機組可包括再循環氣體流抽取路徑63，以從至少一個燃氣輪機機組中抽取再循環氣體流50的至少第二部分，以及將再循環氣體流50的至少第二部分輸送到氣體分離系統65。在一些實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可由抽取閥45調控。氣體分離系統65可用來將再循環氣體流50的至少第二部分分離成氮部分和二氧化碳部分。在功率裝置組件10的一些實施例中，氣體分離系統65可包括一氧化碳催化器64，一氧化碳催化器64可流體地連接到氣體分離系統65的輸入上，并且可構造成接收再循·環氣體流50的至少第二部分。一氧化碳催化器64可用來將再循環氣體流50的第二部分中的氧和一氧化碳轉化成二氧化碳，并且可產生排氣流。可使用可在市場上獲得的任何適當的一氧化碳催化器。可將排氣流從一氧化碳催化器64的輸出引導到水冷凝單元66。水冷凝單元66然后可從排氣流中移除水作為純化水，并且可進一步將排氣流輸送到二氧化碳分離單元68。可收集純化水。二氧化碳分離單元68可從排氣中分離二氧化碳，并且將其余排氣流(其主要包括氮)輸送到氮存儲單元70。可使用可在市場上獲得的任何適當的二氧化碳分離單元。在示例性功率裝置組件10的一些實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可與渦輪壓縮機30的輸出處于流體連通。在其它實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可附連到再循環環路52的任何點上。在一些實施例中，燃氣輪機機組可進一步包括次級流徑31，次級流徑31將再循環氣體流50的至少第三部分作為次級流從渦輪壓縮機30輸送到渦輪34。次級流可用來冷卻和密封渦輪34，包括渦輪34的單獨的構件，諸如渦輪護罩、渦輪噴嘴、渦輪葉片尖部、渦輪軸承支承外殼等等。在冷卻和密封渦輪34和任何單獨的渦輪構件之后，可將次級流在渦輪34的輸出附近引導到再循環環路52中。如圖I所示出的那樣，在一些實施例中，渦輪軸22可為“冷端驅動”構造，這表示渦輪軸22可在渦輪機組的壓縮機端處連接到渦輪發電機20上。在其它實施例中，渦輪軸22可為“熱端驅動”構造，這表示渦輪軸22可在渦輪機組的渦輪端處連接到渦輪發電機20上。在示例性功率裝置組件10的一些實施例中，增壓壓縮機23可結合在主要空氣壓縮機12下游且與主要空氣壓縮機12流體地連接，并且結合在渦輪燃燒器32上游且與渦輪燃燒器32流體地連接。在壓縮富氧氣體流24被輸送到渦輪燃燒器32中之前，增壓壓縮機23可對其進行進一步的壓縮。在功率裝置組件10的一些實施例中，吹送器42可流體地連接到再循環環路52上。在一些實施例中，吹送器42可在再循環環路52中位于再循環氣體流冷卻器40的上游或下游。吹送器42可構造成在再循環氣體流50通過再循環環路52被輸送到渦輪壓縮機30中之前提高再循環氣體流50的壓力。
在一些實施例中，再循環氣體流冷卻器40和吹送器42可構造成使來自再循環氣體流50的水冷凝。在另外的其它實施例中，可將從再循環氣體流50中冷凝的水從再循環環路52輸送到收集自水冷凝單元66的純化水。在示例性功率裝置組件10的一些實施例中，主要空氣壓縮機12可進一步包括用以控制進入到主要空氣壓縮機12中的空氣流的可調入口導葉。另外，渦輪壓縮機30可進一步包括用以控制進入到渦輪壓縮機30中的空氣流的可調入口導葉。在示例性功率裝置組件10的一些實施例中，示例性功率裝置組件10可包括連接到再循環環路52上的節氣門38。可打開節氣門38，以將再循環氣體流50的一部分排到大氣中。在一些實施例中，以及如圖2中描繪的示例性功率裝置組件100那樣，功率裝置組件可包括用于將環境空氣壓縮成壓縮環境氣體流26的主要空氣壓縮機12。在一些實施例 中，可將壓縮環境氣體流26的至少第一部分輸送到空氣分離單元90，空氣分離單元90可構造成從壓縮環境空氣中分離氮和氧兩者。壓縮環境氣體流26的至少第一部分可傳送通過空氣分離單元90，并且可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中分離和移除壓縮環境氣體流26的至少第一部分中的氮的至少一部分，并且可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中分離和移除壓縮環境氣體流26的至少第一部分中的氧的至少一部分。可使用可在市場上獲得的典型地使用低溫技術的任何適當的空氣分離單元。可將可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中移除的氮從空氣分離單元90輸送到氮存儲單元70，其中，氮存儲單元70可流體地連接到空氣分離單元90的輸出上，并且可構造成接收和存儲氮。在示例性功率裝置組件100的一些實施例中，可將可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中移除的氧從空氣分離單元90輸送到氧化劑單元62。在一些實施例中,可使用氧壓縮機94來進一步壓縮氧，氧壓縮機94可流體地連接到空氣分離單元90的輸出和氧化劑單元62的輸入上。在示例性功率裝置組件100的實施例中，可將壓縮環境氣體流26的至少第二部分輸送到氧化劑單元62。在一些實施例中，可使用次級壓縮機92來進一步壓縮壓縮環境氣體流26的至少第二部分，次級壓縮機92可流體地連接到主要空氣壓縮機12的輸出和氧化劑單元62的輸入上。在示例性功率裝置組件100的實施例中，氧化劑單元62可構造成接收來自空氣分離單元90的氧和來自主要空氣壓縮機12的壓縮環境氣體流26的至少第二部分兩者，并且可混合這兩種氣體流，以產生壓縮富氧氣體流24，壓縮富氧氣體流24現在相對于壓縮環境空氣的氧濃度具有提高的氧濃度。在一些實施例中，壓縮富氧氣體流24可具有大約25體積％至大約50體積％的氧、大約30體積％至大約50體積％的氧或大約40體積％至大約50體積％的氧的量的氧濃度。另外，示例性功率裝置組件100的至少一個燃氣輪機機組可包括可流體地連接到氧化劑單元62上的渦輪燃燒器32。渦輪燃燒器32可構造成接收來自氧化劑單元62的壓縮富氧氣體流24、來自渦輪壓縮機30的再循環氣體流50的至少第一部分，以及燃料流28，以形成可燃混合物，并且燃燒可燃混合物而產生再循環氣體流50。另外，示例性功率裝置組件100的至少一個燃氣輪機機組可包括可位于渦輪燃燒器32的下游的渦輪34。渦輪34可構造成使排氣膨脹，并且可用來通過渦輪軸22驅動外部負載(諸如渦輪發電機20)，以產生電。在示出的實施例100中，渦輪34所產生的功率可通過渦輪軸22來驅動渦輪壓縮機30。在一些實施例中，主要空氣壓縮機12也可由渦輪軸22驅動。在一些實施例中，示例性功率裝置組件100的至少一個燃氣輪機機組可構造成使得可通過再循環環路52將再循環氣體流50從渦輪燃燒器32引導到熱回收蒸汽發生器36，以產生蒸汽。蒸汽輪機可構造成使用來自熱回收蒸汽發生器36的蒸汽來產生額外的電，并且蒸汽輪機可連接到蒸汽發生器上。在一些實施例中，蒸汽輪機可布置成連接到渦輪軸22上。然后可將再循環氣體流50引導回到通往再循環氣體流冷卻器40的再循環環路52中。在另外的其它實施例中，再循環環路52可不包含熱回收蒸汽發生器36，并且可改為在再循環氣體流50從渦輪34離開之后將再循環氣體流50直接引入到再循環氣體流冷卻器40中。在一些實施例中，再循環環路52可不包括再循環氣體流冷卻器40。 在示例性功率裝置組件100的至少一個燃氣輪機機組的一些實施例中，再循環氣體流冷卻器40可在渦輪34的下游的任何位置結合到再循環環路52中。再循環氣體流冷卻器40可構造成將再循環氣體流50的溫度降低到適于通過再循環環路52向下游輸送到渦輪壓縮機30中的溫度。在一些實施例中，適當的溫度可為低于大約66°C、低于大約49°C或者低于大約45 °C。在一些實施例中，示例性功率裝置組件100的至少一個燃氣輪機機組可包括再循環氣體流抽取路徑63，以從至少一個燃氣輪機機組中抽取再循環氣體流50的至少第二部分，并且至少一個燃氣輪機機組可將再循環氣體流50的至少第二部分輸送到氣體分離系統65。在一些實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可由抽取閥45調控。氣體分離系統65可用來將再循環氣體流50的至少第二部分分離成氮部分和二氧化碳部分。在示例性功率裝置組件100的一些實施例中，氣體分離系統65可包括一氧化碳催化器64，一氧化碳催化器64可流體地連接到氣體分離系統65的輸入上，并且可構造成接收再循環氣體流50的至少第二部分。一氧化碳催化器64可用來將再循環氣體流50的至少第二部分中的氧和一氧化碳轉化成二氧化碳，并且可產生排氣流。可使用可在市場上獲得的任何適當的一氧化碳催化器。可將排氣流從一氧化碳催化器64的輸出引導到水冷凝單元66。水冷凝單元66然后可從排氣流中移除純化水，并且可進一步將排氣流輸送到二氧化碳分離單元68。可收集純化水。二氧化碳分離單元68可從排氣中分離二氧化碳，并且可將其余排氣流(其主要包括氮)輸送到氮存儲單元70。可使用可在市場上獲得的任何適當的二氧化碳分離單元。在示例性功率裝置組件100的一些實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可與渦輪壓縮機30的輸出處于流體連通。在其它實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可附連到再循環環路52的任何點上。如圖2所示出的那樣，在一些實施例中，渦輪軸22可為“冷端驅動”構造，這表示渦輪軸22可在渦輪機組的壓縮機端處連接到渦輪發電機20上。在其它實施例中，渦輪軸22可為“熱端驅動”構造，這表示渦輪軸22可在渦輪機組的渦輪端處連接到渦輪發電機20上。在實施例中，燃氣輪機機組可進一步包括次級流徑31，次級流徑31將再循環氣體流50的至少第三部分作為次級流從渦輪壓縮機30輸送到渦輪34。次級流可用來冷卻和密封渦輪34，包括渦輪34的單獨的構件，諸如渦輪護罩、渦輪噴嘴、渦輪葉片尖部、渦輪軸承支承外殼等等。在冷卻和密封渦輪34和任何單獨的渦輪構件之后，可將次級流在渦輪34的輸出附近引導到再循環環路52中。在示例性功率裝置組件100的一些實施例中，增壓壓縮機23可結合在主要空氣壓縮機12下游且與主要空氣壓縮機12流體地連接，并且結合在渦輪燃燒器32上游且與渦輪燃燒器32流體地連接。在壓縮富氧氣體流24被輸送到渦輪燃燒器32中之前，增壓壓縮機23可對其進行進一步的壓縮。·在示例性功率裝置組件100的另外的其它實施例中，吹送器42可流體地連接到再循環環路52上。在一些實施例中，吹送器42可在再循環環路52中位于再循環氣體流冷卻器40的上游或下游。吹送器42可構造成在再循環氣體流50通過再循環環路52被輸送到渦輪壓縮機30中之前提高再循環氣體流50的壓力。在一些實施例中，再循環氣體流冷卻器40和吹送器42可構造成使來自再循環氣體流50的水冷凝。在另外的其它實施例中，可將從再循環氣體流50冷凝的水從再循環環路52輸送到收集自冷凝單元66的純化水。在示例性功率裝置組件100的一些實施例中，主要空氣壓縮機12可進一步包括用以控制進入到主要空氣壓縮機12中的空氣流的可調入口導葉。另外，渦輪壓縮機30可進一步包括用以控制進入到渦輪壓縮機30中的空氣流的可調入口導葉。在示例性功率裝置組件100的一些實施例中，功率裝置組件10可包括連接到再循環環路52上的節氣門38。可打開節氣門38，以將再循環氣體流50的一部分排到大氣中。在一些實施例中，功率裝置組件可構造成輸送壓縮氮來用于增強的油回收。在其它實施例中，功率裝置組件可構造成輸送壓縮二氧化碳來用于增強的油回收。在另外的其它實施例中，功率裝置組件可構造成輸送水。在另外的其它實施例中，功率裝置組件可構造成輸送前述的任何組合。在一些實施例中，功率裝置組件可包括一個燃氣輪機機組。在其它實施例中，功率裝置組件可包括通過系間管道而流體地連接的兩個或更多個燃氣輪機機組。如本文所用，用語“系間(inter-train)管道”可指兩個或更多個燃氣輪機機組和一個或多個主要空氣壓縮機之間的任何流體連接。在另外的其它實施例中，功率裝置組件可包括三個或更多個燃氣輪機機組和一個或多個額外的主要空氣壓縮機，其中，額外的主要空氣壓縮機與彼此流體地連接以及與燃氣輪機機組流體地連接。在另外的其它實施例中，功率裝置組件可構造成有基本化學計量式燃燒。在另外的其它實施例中，功率裝置組件可構造成有基本零排放的功率發生。在一些實施例中，燃料流28可包括有機氣體，包括(但不限于)甲烷、丙烷和/或丁烷。在另外的其它實施例中，燃料流28可包括有機液體，包括(但不限于)甲醇和/或乙醇。在另外的其它實施例中，燃料流28可包括從固體含碳材料(諸如煤)中獲得的燃料源。運行方法
在一些實施例中，提供了用于運行示例性功率裝置組件10的方法，其中，可使用主要空氣壓縮機12來壓縮環境空氣，以形成壓縮環境氣體流26的至少第一部分。在一些實施例中，首先可將壓縮環境氣體流26的至少第一部分輸送到氮分離單元60，氮分離單元60可構造成從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中分離氮。壓縮環境氣體流26的至少第一部分可傳送通過氮分離單元60，并且可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中分離和移除壓縮環境氣體流26的至少第一部分中的氮的至少一部分。可使用可在市場上獲得的任何適當的氮分離單元。可將可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中移除的氮從氮分離單元60輸送到氮存儲單元70，其中，氮存儲單元70可流體地連接到氮分離單元60的輸出上，并且可構造成接收和存儲氮。在移除了至少一些氮之后，然后可將壓縮環境氣體流26的至少一部分從氮分離單元60輸送到氧化劑單元62。在一些實施例中，可調節氮分離單元60，使得可在輸送到氧化劑單元62之前從壓
縮環境氣體流26的至少第一部分中選擇性地移除特定量的氮。在一些實施例中，氧化劑單元62可包含移除了特定量的氮而產生壓縮富氧氣體流24的壓縮環境氣體流26的至少第一部分，該壓縮富氧氣體流24具有大約25體積％至大約50體積％的氧、大約30體積％至大約50體積％的氧或大約40體積％至大約50體積％的氧的量的氧濃度。如本文所用，用語“移除了特定量的氮的壓縮環境氣體流26的至少第一部分”等價于用語“壓縮富氧氣體流 24。”
可將壓縮富氧氣體流24從氧化劑單元62輸送到示例性功率裝置組件10的至少一個燃氣輪機機組，其中，至少一個燃氣輪機機組可包括可流體地連接到氧化劑單元62上的渦輪燃燒器32。渦輪燃燒器32可構造成接收和混合來自氧化劑單元62的壓縮富氧氣體流24、來自渦輪壓縮機30的再循環氣體流50的至少第一部分，以及燃料流28，以形成可燃混合物，以及燃燒該可燃混合物而產生再循環氣體流50。在一些實施例中，氧化劑單元62可輸送壓縮富氧氣體流24，該壓縮富氧氣體流24具有大約25體積％至大約50體積％的氧、大約30體積％至大約50體積％的氧或大約40體積％至大約50體積％的氧的量的氧濃度。另外，運行示例性功率裝置組件10的方法可包括使用再循環氣體流50來驅動渦輪34，從而致使渦輪34旋轉。如本文所用，用語“使用再循環氣體流來驅動”表示再循環氣體流50在從渦輪燃燒器32離開之后以及在進入到渦輪34中之后膨脹，從而致使渦輪34旋轉。在一些實施例中，渦輪34的旋轉可使渦輪軸22旋轉，而且也使渦輪壓縮機30旋轉。渦輪軸22可在渦輪發電機20中旋轉，使得渦輪軸22的旋轉可使渦輪發電機20產生電。在一些實施例中，渦輪壓縮機30可流體地連接到渦輪燃燒器32上，使得渦輪壓縮機30可壓縮再循環氣體流50的至少第一部分，并且可將其輸送到渦輪燃燒器32。在用以運行示例性功率裝置組件10的方法的一些實施例中，可通過再循環環路52將再循環氣體流50從渦輪燃燒器32引導到熱回收蒸汽發生器36，以產生蒸汽。蒸汽輪機可構造成使用來自熱回收蒸汽發生器36的蒸汽來產生額外的電，并且蒸汽輪機可連接到蒸汽發生器上。在一些實施例中，蒸汽輪機可布置成連接到渦輪軸22上。然后可將再循環氣體流50引導回到通往再循環氣體流冷卻器40的再循環環路52中。在另外的其它實施例中，再循環環路52可不包含熱回收蒸汽發生器36，并且可改為在再循環氣體流50從渦輪34離開之后將再循環氣體流50直接引入到再循環氣體流冷卻器40中。在其它實施例中，再循環環路52可不包括再循環氣體流冷卻器40。 在一些實施例中，使用再循環環路52，可使再循環氣體流50直接從渦輪34的輸出再循環到渦輪壓縮機30的輸入。在其它實施例中，在將再循環氣體流50輸送到渦輪壓縮機30之前，可使用再循環氣體流冷卻器40來將再循環氣體流50冷卻到適當的溫度。再循環氣體流冷卻器40可在渦輪34的下游的任何位置結合到再循環環路52中。在一些實施例中，適當的溫度可為低于大約66°C、低于大約49°C或低于大約45°C。用于運行示例性功率裝置組件10的方法可進一步包括使用再循環氣體流抽取路徑63來從至少一個燃氣輪機機組中抽取再循環氣體流50的至少第二部分，并且將再循環氣體流50的至少第二部分輸送到氣體分離系統65。在一些實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可由抽取閥45調控。氣體分離系統65可用來將再循環氣體流50的至少第二部分分離成氮部分和二氧化碳部分。在功率裝置組件10的一些實施例中，氣體分離系統65可包括一氧化碳催化器64，一氧化碳催化器64可流體地連接到氣體分離系統65的輸入上，并且可構造成接收再循環氣體流50的至少第二部分。一氧化碳催化器64可用來將再循環氣體流50的至少第二部分中的氧和一氧化碳轉化成二氧化碳，以及產生排氣流。可使用可在市場上獲得的任何適當的一氧化碳催化器。可將排氣流從一氧化碳催化器64的輸出引導到水冷凝單元66。 水冷凝單元66然后可從排氣流中移除純化水，并且將排氣流進一步輸送到二氧化碳分離單元68。可收集純化水。二氧化碳分離單元68可從排氣流中分離二氧化碳，并且將其余排氣流(其主要包括氮)輸送到氮存儲單元70。可使用可在市場上獲得的任何適當的二氧化碳分離單元。在用于運行示例性功率裝置組件10的方法的實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可與渦輪壓縮機30的輸出處于流體連通。在其它實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可附連到再循環環路52的任何點上。如圖I所示出的那樣，在一些實施例中，渦輪軸22可為“冷端驅動”構造，這表示渦輪軸22可在渦輪機組的壓縮機端處連接到渦輪發電機20上。在其它實施例中，渦輪軸22可為“熱端驅動”構造，這表示渦輪軸22可在渦輪機組的渦輪端處連接到渦輪發電機20上。在一些實施例中，燃氣輪機機組可進一步包括次級流徑31，次級流徑31可將再循環氣體流50的至少第三部分作為次級流從渦輪壓縮機30輸送到渦輪34。次級流可用來冷卻和密封渦輪34，包括渦輪34的單獨的構件，諸如渦輪護罩、渦輪噴嘴、渦輪葉片尖部、渦輪軸承支承外殼等等。在冷卻和密封渦輪34和任何單獨的渦輪構件之后，可將次級流在渦輪34的輸出附近引導到再循環環路52。在用于運行示例性功率裝置組件10的方法的一些實施例中，增壓壓縮機23可結合在主要空氣壓縮機12下游且與主要空氣壓縮機12流體地連接，并且結合在渦輪燃燒器32上游且與渦輪燃燒器32流體地連接。在壓縮富氧氣體流24被輸送到渦輪燃燒器32中之前，增壓壓縮機23可對其進行進一步的壓縮。在用于運行功率裝置組件10方法的另外的其它實施例中，吹送器42可在再循環氣體流冷卻器40的上游或下游流體地連接到再循環環路52上。吹送器42可構造成在通過再循環環路52將再循環氣體流50輸送到渦輪壓縮機30中之前提高再循環氣體流50的壓力。在一些實施例中，再循環氣體流冷卻器40和吹送器42可構造成使來自再循環氣體流50的水冷凝。在另外的其它實施例中，可將從再循環氣體流50冷凝的水從再循環環路52輸送到收集自冷凝單元66的純化水。在用于運行示例性功率裝置組件10的方法的一些實施例中，主要空氣壓縮機12可進一步包括用以控制進入到主要空氣壓縮機12中的空氣流的可調入口導葉。另外，渦輪壓縮機30可進一步包括用以控制進入到渦輪壓縮機30中的空氣流的可調入口導葉。在用于運行功率裝置組件10的方法的一些實施例中，功率裝置組件10可包括連接到再循環環路52上的節氣門38。可打開節氣門38，以將再循環氣體流50的一部分排到大氣中。在其它示例性實施例中，提供用于運行圖2的示例性功率裝置組件100的方法，其中，可使用主要空氣壓縮機12來壓縮環境空氣，以形成壓縮環境氣體流26的至少第一部分。在一些實施例中，可將壓縮環境氣體流26的至少第一部分輸送到空氣分離單元90，空氣分離單元90可構造成從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中分離氮和氧兩者。壓縮環境氣體流26的至少第一部分可傳送通過空氣分離單元90，并且可從壓縮環境氣體流26的·至少第一部分中分離和移除壓縮環境氣體流26的至少第一部分中的氮的至少一部分，并且可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中分離和移除壓縮環境氣體流26的至少第一部分中的氧的至少一部分。可使用可在市場上獲得的典型地使用低溫技術的任何適當的空氣分離單元。可將可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中移除的氮從空氣分離單元90輸送到氮存儲單元70，其中，氮存儲單元70可流體地連接到空氣分離單元90的輸出上，并且可構造成接收和存儲氮。在用于運行示例性功率裝置組件100的方法的一些實施例中，可將可從壓縮環境氣體流26的至少第一部分中移除的氧從空氣分離單元90輸送到氧化劑單元62。在一些實施例中，可使用氧壓縮機94來進一步壓縮氧，氧壓縮機94可流體地連接到空氣分離單元90的輸出和氧化劑單元62的輸入上。在用于運行示例性功率裝置組件100的方法的一些實施例中，可將壓縮環境氣體流26的至少第二部分輸送到氧化劑單元62。在一些實施例中，可使用次級壓縮機92來進一步壓縮壓縮環境氣體流26的至少第二部分，次級壓縮機92可流體地連接到主要空氣壓縮機12的輸出和氧化劑單兀62的輸入上。在用于運行功率裝置組件100的方法的一些實施例中，氧化劑單元62可構造成接收來自空氣分離單元90的氧和來自主要空氣壓縮機12的壓縮環境氣體流26的至少第二部分兩者，并且可混合這兩種氣體流，以產生壓縮富氧氣體流24，壓縮富氧氣體流24可相對于壓縮環境空氣的氧濃度具有提高的氧濃度。在一些實施例中，可選擇性地調節接收自空氣分離單元90的氧與接收自主要空氣壓縮機12的壓縮環境氣體流26的比，使得可選擇性地控制壓縮富氧氣體流24的氧含量，以產生具有特定的氧含量的壓縮富氧氣體流24。在一些實施例中，壓縮富氧氣體流24可具有大約25體積％至大約50體積％的氧、大約30體積％至大約50體積％的氧或大約40體積％至大約50體積％的氧的量的氧濃度。如本文所用，用語“氧含量”等價于用語“氧濃度。”
另外，可將壓縮富氧氣體流24從氧化劑單元62輸送到示例性功率裝置組件100的至少一個燃氣輪機機組，其中，至少一個燃氣輪機機組可包括可流體地連接到氧化劑單元62上的渦輪燃燒器32。渦輪燃燒器32可構造成接收和混合來自氧化劑單元62的壓縮富氧氣體流24、來自渦輪壓縮機30的再循環氣體流50的至少第一部分，以及燃料流28，以形成可燃混合物，以及燃燒該可燃混合物而產生再循環氣體流50。另外，運行示例性功率裝置組件100的方法可包括使用再循環氣體流50來驅動渦輪34，從而致使渦輪34旋轉。如本文所用，用語“使用再循環氣體流來驅動”表示再循環氣體流50在從渦輪燃燒器32離開之后以及在進入到渦輪34中之后膨脹，從而致使渦輪34旋轉。如圖2所示出的那樣，在一些實施例中，渦輪34的旋轉可使渦輪軸22旋轉，而且還可使渦輪壓縮機30旋轉。渦輪軸22可在渦輪發電機20中旋轉，使得渦輪軸22的旋轉可使渦輪發電機20產生電。在一些實施例中，渦輪壓縮機30可流體地連接到渦輪燃燒器32上，使得渦輪壓縮機30可壓縮再循環氣體流50的至少第一部分，并且將其輸送到渦輪燃燒器32。在用以運行示例性功率裝置組件100的方法的一些實施例中，可通過再循環環路 52將再循環氣體流50從渦輪燃燒器32引導到熱回收蒸汽發生器36，以產生蒸汽。蒸汽輪機可構造成使用來自熱回收蒸汽發生器36的蒸汽來產生額外的電，并且蒸汽輪機可連接到蒸汽發生器上。在一些實施例中，蒸汽輪機可布置成連接到渦輪軸22上。然后可將再循環氣體流50引導回到通往再循環氣體流冷卻器40的再循環環路52中。在另外的其它實施例中，再循環環路52可不包含熱回收蒸汽發生器36，并且可改為在再循環氣體流50從渦輪34離開之后將再循環氣體流50直接引入到再循環氣體流冷卻器40中。在其它實施例中，再循環環路52可不包括再循環氣體流冷卻器40。在一些實施例中，使用再循環環路52，可使再循環氣體流50從渦輪34的輸出直接再循環到渦輪壓縮機30的輸入。在其它實施例中，在將再循環氣體流50輸送到渦輪壓縮機30之前，可使用再循環氣體流冷卻器40來將再循環氣體流50冷卻到適當的溫度。再循環氣體流冷卻器40可在渦輪34的下游的任何位置結合到再循環環路52中。在一些實施例中，適當的溫度可為低于大約66°C、低于大約49°C或低于大約45°C。用于運行示例性功率裝置組件100的方法可進一步包括使用再循環氣體流抽取路徑63來從至少一個燃氣輪機機組中抽取再循環氣體流50的至少第二部分，并且將再循環氣體流50的至少第二部分輸送到氣體分離系統65。在一些實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可由抽取閥45調控。 氣體分離系統65可用來將再循環氣體流50的至少第二部分分離成氮部分和二氧化碳部分。在示例性功率裝置組件10的一些實施例中，氣體分離系統65可包括一氧化碳催化器64，一氧化碳催化器64可流體地連接到氣體分離系統65的輸入上，并且構造成接收再循環氣體流50的至少第二部分。一氧化碳催化器64可用來將再循環氣體流50的至少第二部分中的氧和一氧化碳轉化成二氧化碳，并且可產生排氣流。可使用可在市場上獲得的任何適當的一氧化碳催化器。可將排氣流從一氧化碳催化器64的輸出引導到水冷凝單元66。水冷凝單元66然后可從排氣流中移除純化水，并且將排氣流進一步輸送到二氧化碳分離單元68。可收集純化水。二氧化碳分離單元68可從排氣流中分離二氧化碳，并且將其余排氣流(其主要包括氮)輸送到氮存儲單元70。可使用可在市場上獲得的任何適當的二氧化碳分離單元。如圖2所示出的那樣，在用于運行示例性功率裝置組件100的方法的一些實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可與渦輪壓縮機30的輸出處于流體連通。在其它實施例中，再循環氣體流抽取路徑63可附連到再循環環路52的任何點上。如圖2所示出的那樣，在一些實施例中，渦輪軸22可為“冷端驅動”構造，這表示渦輪軸22可在渦輪機組的壓縮機端處連接到渦輪發電機20上。在其它實施例中，渦輪軸22可為“熱端驅動”構造，這表示渦輪軸22可在渦輪機組的渦輪端處連接到渦輪發電機20上。在一些實施例中，燃氣輪機機組可進一步包括次級流徑31，次級流徑31可將再循環氣體流50的至少第三部分作為次級流從渦輪壓縮機30輸送到渦輪34。次級流可用來冷卻和密封渦輪34，包括渦輪34的單獨的構件，諸如渦輪護罩、渦輪噴嘴、渦輪葉片尖部、渦輪軸承支承外殼等等。在冷卻和密封渦輪34和任何單獨的渦輪構件之后，可將次級流在渦輪34的輸出附近引導到再循環環路52。
在用于運行示例性功率裝置組件100的方法的一些實施例中，增壓壓縮機23可結合在主要空氣壓縮機12下游且與主要空氣壓縮機12流體地連接，并且結合在渦輪燃燒器32上游且與渦輪燃燒器32流體地連接。在壓縮富氧氣體流24被輸送到渦輪燃燒器32中之前，增壓壓縮機23可對其進行進一步的壓縮。在用于運行示例性功率裝置組件100的方法的另外的其它實施例中，吹送器42可在再循環氣體流冷卻器40的上游或下游流體地連接到再循環環路52上。吹送器42可構造成在再循環氣體流50通過再循環環路52而被輸送到渦輪壓縮機30中之前提高再循環氣體流50的壓力。在一些實施例中，再循環氣體流冷卻器40和吹送器42可構造成使來自再循環氣體流50的水冷凝。在另外的其它實施例中，可將來自再循環氣體流50的冷凝水從再循環環路52輸送到收集自冷凝單元66的純化水。在用于運行示例性功率裝置組件100的方法的一些實施例中，主要空氣壓縮機12可進一步包括用以控制進入到主要空氣壓縮機12中的空氣流的可調入口導葉。另外，渦輪壓縮機30可進一步包括用以控制進入到渦輪壓縮機30中的空氣流的可調入口導葉。在用于運行示例性功率裝置組件100的方法的一些實施例中，功率裝置組件10可包括連接到再循環環路52上的節氣門38。可打開節氣門38，以將再循環氣體流50的一部分排到大氣中。大體上，可將可從氧化劑單元62輸送到渦輪燃燒器32的壓縮富氧氣體流24中的氧的濃度作為系統參數來加以控制。可基于成本和/或效率，針對給定的功率裝置構造來優化氧濃度。氧濃度對功率裝置的燃燒效率和排放以及燃燒硬件和渦輪硬件的耐用性有直接影響。另外，再循環氣體流50的化學成分直接由壓縮富氧氣體流24中的氧濃度確定。典型地，壓縮富氧氣體流24中濃度較高的氧會使再循環氣體流50中的二氧化碳的濃度較高。因而，例如，可基于期望的碳捕捉需要來改變壓縮富氧氣體流24中的氧濃度。在一些實施例中，功率裝置組件可運行來輸送壓縮氮來用于增強的油回收。在其它實施例中，功率裝置組件可運行來輸送壓縮二氧化碳來用于增強的油回收。在另外的其它實施例中，功率裝置組件可運行來輸送水。在另外的其它實施例中，功率裝置組件可運行來輸送前述的任何組合。在一些實施例中，一種方法包括運行包括一個燃氣輪機機組的功率裝置組件。在其它實施例中，該方法包括運行包括通過系間管道而流體地連接的兩個或更多個燃氣輪機機組的功率裝置組件。在另外的其它實施例中，該方法包括運行包括三個或更多個燃氣輪機機組和一個或多個額外的主要空氣壓縮機的功率裝置組件，其中，額外的主要空氣壓縮機與彼此流體地連接以及與燃氣輪機機組流體地連接。在另外的其它實施例中，該方法包括運行構造成有基本化學計量式燃燒的功率裝置組件。在另外的其它實施例中，該方法包括運行構造成有基本零排放的功率發生的功率裝置組件。在一些實施例中，燃料流28可包括有機氣體，包括(但不限于)甲烷、丙烷和/或丁烷。在另外的其它實施例中，燃料流28可包括有機液體，包括(但不限于)甲醇和/或乙醇。在另外的其它實施例中，燃料流28可包括從固體含碳材料(諸如煤)中獲得的燃料源。其它構造和運行方法由包括下者的美國專利申請提供 Daniel Snook、Lisaffichmann> Sam Draper 和 Noemie Dion Ouellet 的 “Power Plant and Method of Use (功率裝置和使用方法)”(2011 年 8 月 25 日提交)、Daniel Snook、Lisa Wichmann、SamDraper、Noemie Dion Ouellet 和 Scott Rittenhouse 的 “Power Plant and Method of0peration(功率裝置和運行方法)”(2011年8月25日提交)、Daniel Snook、LisaWichmann、Sam Draper、Noemie Dion Ouellet 和 Scott Rittenhouse 的 “Power PlantStart-Up Method(功率裝置啟動方法)”(2011 年 8 月 25 日提交)、Daniel Snook、LisaWichmann、Sam Draper 和 Noemie Dion Ouellet 的“Power Plant and Control Method(功率裝置和控制方法)” (2011 年 8 月 25 日提交)、Daniel Snook、Lisa Wichmann、SamDraper、Noemie Dion Ouellet 和 Scott Rittenhouse 的 “Power Plant and Method ofOperation(功率裝置和運行方法)”(2011年8月25日提交)、Sam Draper和Kenneth Kohl的“Power Plant and Method of Operation (功率裝置和運行方法)”(2011 年 8 月 25 日提交)、Sam Draper 的“Power Plant and Method of Operation (功率裝置和運行方法)”(2011 年8 月 25 日提交)、Sam Draper 的“Power Plant and Method of Operation (功率裝置和運行方法)”(2011 年 8 月 25 日提交)、Lisa Wichmann 的“Power Plant and Methodof Operation (功率裝置和運行方法)”(2Oll年8月25日提交)，以及Karl Dean Minto的“Power Plant and Control Method(功率裝置和控制方法)” (2011年8月25日提交)，它們的公開通過引用而結合在本文中。應當顯而易見的是，前述僅涉及本發明的優選實施例，并且可在本文中作出許多修改和改良，而不偏離所附權利要求及其等效方案所限定的本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種功率裝置組件，包括 用于將環境空氣壓縮成壓縮環境氣體流(26)的至少一個主要空氣壓縮機(12)； 氧化劑單元(62)，其用于接收來自所述至少一個主要空氣壓縮機(12)的所述壓縮環境氣體流(26)的至少第一部分，并且構造成將壓縮富氧氣體流(24)輸送到至少一個燃氣輪機機組；以及 所述至少一個燃氣輪機機組，其包括渦輪燃燒器(32)，其流體地連接到所述氧化劑單元￠2)上，以混合所述壓縮富氧氣體流(24)與再循環氣體流(50)的至少第一部分和燃料流(28)而形成可燃混合物，以及燃燒所述可燃混合物且形成所述再循環氣體流(50)；渦輪(34)，其連接到所述渦輪燃燒器(32)上，并且布置成由來自所述渦輪燃燒器(32)的所述再循環氣體流(50)驅動；渦輪壓縮機(30)，其流體地連接到所述渦輪燃燒器(32)上，并且連接到渦輪軸(22)上，并且布置成由所述渦輪軸(22)驅動；再循環環路(52)，其用于使來自所述渦輪(34)的所述再循環氣體流(50)再循環到所述渦輪壓縮機(30)；再循環氣體流抽取路徑(63)，其用于從所述至少一個燃氣輪機機組中抽取所述再循環氣體流(50)的第二部分；以及氣體分離系統(65)，其用于接收來自所述再循環氣體流抽取路徑￠3)的所述再循環氣體流(50)的所述第二部分，以及將所述再循環氣體流(50)的所述第二部分分離成氮部分和二氧化碳部分。
2.根據權利要求I所述的功率裝置組件，其特征在于，所述功率裝置組件進一步包括構造成從環境空氣中分離氮的氮分離單元(60)，其中，所述壓縮環境氣體流(26)的所述至少第一部分傳送通過所述氮分離單元(60)，并且在將所述壓縮環境氣體流￠0)的所述至少第一部分輸送到所述氧化劑單元￠2)之前，從所述壓縮環境氣體流￠0)的所述至少第一部分中移除氮。
3.根據權利要求I所述的功率裝置組件，其特征在于，所述功率裝置組件進一步包括構造成從環境空氣中分離氧和氮的空氣分離單元(90)，其中，所述壓縮環境氣體流(26)的所述至少第一部分傳送通過所述空氣分離單元(90)，從所述壓縮環境氣體流的所述至少第一部分中得到氧流，并且將所述氧流輸送到所述氧化劑單元(62)。
4.根據權利要求3所述的功率裝置組件，其特征在于，將所述壓縮環境氣體流(26)的至少第二部分輸送到所述氧化劑單元(62)，并且混合所述第二部分與來自所述空氣分離單元(90)的所述氧流。
5.根據權利要求I所述的功率裝置組件，其特征在于，所述氣體分離系統(65)包括 一氧化碳催化器(64)，其流體地連接到所述氣體分離單元￠5)的輸入上，并且構造成接收所述再循環氣體流(50)的所述第二部分，以將所述再循環氣體流(50)的所述第二部分中的氧和一氧化碳轉化成二氧化碳，并且產生排氣流； 水冷凝單元(66)，其流體地連接到所述一氧化碳催化器￠4)的輸出上，以從所述排氣流中移除水；以及 二氧化碳分離單元(68)，其流體地連接到所述水冷凝單元￠6)的輸出上，以從所述排氣流中分離所述二氧化碳部分，以及產生其余排氣流； 其中，將所述其余排氣流輸送到氮存儲單元(70)。
6.一種用于運行功率裝置的方法，包括 用至少一個主要空氣壓縮機(12)壓縮環境空氣，以形成壓縮環境氣體流(26)； 將所述壓縮環境氣體流(26)的至少第一部分輸送到氧化劑單元(62)，其中，所述氧化劑單元￠2)構造成將壓縮富氧氣體流(24)輸送到至少一個燃氣輪機機組； 混合所述壓縮富氧氣體流(24)與再循環氣體流(50)的至少第一部分和燃料流(28)而形成可燃混合物，并且在渦輪燃燒器(32)中燃燒所述混合物而產生所述再循環氣體流(50)； 使用所述再循環氣體流(50)來驅動渦輪(34)； 驅動流體地連接到所述渦輪燃燒器(32)上的渦輪壓縮機(30)； 使用再循環環路(52)來使來自所述渦輪(34)的所述再循環氣體流(50)再循環到所述渦輪壓縮機(30)； 使用再循環氣體流抽取路徑出3)來從所述至少一個燃氣輪機機組中抽取所述再循環氣體流(50)的第二部分；以及 使用氣體分離系統出5)來將所述再循環氣體流(50)的所述第二部分分離成氮部分和二氧化碳部分。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述壓縮環境氣體流(26)的所述至少第一部分傳送通過氮分離單元(60)，所述氮分離單元(60)構造成從環境空氣中分離氮，并且在將所述壓縮環境氣體流(26)的所述至少第一部分輸送到所述氧化劑單元￠2)之前，從所述壓縮環境氣體流(26)的所述至少第一部分中移除氮，并且流體地連接到所述氮分離單元￠0)上的氮存儲單元(70)構造成接收和存儲來自所述氮分離單元￠0)的氮。
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述壓縮環境氣體流(26)的所述至少第一部分傳送通過空氣分離單元(90)，所述空氣分離單元(90)構造成從環境空氣中分離氧和氮，并且從所述壓縮環境氣體流(26)的所述至少第一部分中得出氧流，并且所述氧流被輸送到所述氧化劑單元(62)。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括將所述壓縮環境氣體流(26)的至少第二部分輸送到所述氧化劑單元(62)，其中，所述壓縮環境氣體流(26)的所述至少第二部分與來自所述空氣分離單元(90)的所述氧流混合。
10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述氣體分離系統(65)包括 一氧化碳催化器(64)，其流體地連接到所述氣體分離系統(65)的輸入上，并且構造成接收所述再循環氣體流(50)的所述第二部分，以將所述再循環氣體流(50)的所述第二部分中的氧和一氧化碳轉化成二氧化碳，以及產生排氣流； 水冷凝單元(66)，其流體地連接到所述一氧化碳催化器￠4)的輸出上，以從所述排氣流中移除水；以及 二氧化碳分離單元(68)，其流體地連接到所述水冷凝單元￠6)的輸出上，以從所述排氣流中分離所述二氧化碳部分，以及產生其余排氣流； 其中，將所述其余排氣流輸送到氮存儲單元(70)。
全文摘要
本發明涉及功率裝置和運行方法。提供一種功率裝置和運行方法。該功率裝置包括至少一個主要空氣壓縮機(12)、構造成將壓縮富氧氣體流(24)輸送到至少一個燃氣輪機機組的氧化劑單元(62)。各個機組包括渦輪燃燒器(32)，渦輪燃燒器(32)用于混合壓縮富氧氣體流(24)與再循環氣體流(50)和燃料流(28)，以燃燒可燃混合物，以及形成再循環氣體流(50)。再循環環路(52)使來自渦輪(34)的再循環氣體流(50)再循環到渦輪壓縮機(30)。再循環氣體流抽取路徑(63)抽取再循環氣體流(50)的一部分，并且將其輸送到氣體分離系統(65)。氣體分離系統(65)將再循環氣體流(50)的第二部分分離成氮部分和二氧化碳部分。
文檔編號F02C3/34GK102953815SQ20121030440
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月24日 優先權日2011年8月25日
發明者P.波波維奇 申請人:通用電氣公司