用于控制利用排氣再循環操作燃氣渦輪機的燃燒過程的系統和方法與流程

本申請要求在2014年1月21日提交的題為“SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE COMBUSTION PROCESS IN A GAS TURBINE OPERATING WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION(用于控制利用排氣再循環操作燃氣渦輪機的燃燒過程的系統和方法)”的美國臨時專利申請No.61/929,868以及在2015年1月19日提交的題為“SYSTEMAND METHOD FOR CONTROLLING THE COMBUSTION PROCESS IN A GAS TURBINE OPERATING WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION(用于控制利用排氣再循環操作燃氣渦輪機的燃燒過程的系統和方法)”的美國非臨時專利申請No.14/599,739的優先權和權益，所述專利申請的全部內容通過引用并入本文以用于所有目的。

技術領域

本文公開的主題涉及利用排氣再循環的燃氣渦輪發動機。

背景技術：

燃氣渦輪發動機應用領域廣泛，例如發電、飛行器以及各種機械設備。燃氣渦輪發動機通常在燃燒室部利用氧化劑(例如，空氣)燃燒燃料以生成熱燃燒產物，然后驅動渦輪機部中的一個或更多個渦輪機級。進而，渦輪機部驅動壓縮機部中的一個或更多個壓縮機級，從而將氧化劑連同燃料從入口壓縮到燃燒室部中。再者，燃料與氧化劑在燃燒室部中混合，并接著燃燒以產生熱燃燒產物。燃燒產物可被再循環回到燃燒室部。一般來講，燃燒產物的性質，諸如在燃燒產物(例如，氮氧化物(NO_x)和二氧化碳(CO₂))中的特定氣體的相對水平會受用在燃燒過程中的燃料與氧化劑的比的影響。遺憾的是，燃料與氧化劑或再循環燃燒產物與氧化劑的特定比會降低在燃燒室部內的燃燒的穩定性。

技術實現要素：

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

在第一實施例中，系統包含被配置成控制至一個或更多個燃燒室的燃料流的燃料控制系統和被配置成控制至一個或更多個燃燒室的每個燃燒室的氧化劑流的氧化劑控制系統，其中，氧化劑流被配置成與一個或更多個燃燒室內的燃料流至少部分反應以形成排氣流。該系統也包含排氣系統，該排氣系統被配置成將排氣流的再循環流引導至一個或更多個燃燒室的每個燃燒室；以及聯接至燃料控制系統、氧化劑控制系統和排氣系統的控制器。控制器被配置成獨立地控制燃料與氧化劑的比(FOR)和排氣與氧化劑的比(EGOR)。FOR為燃料流除以氧化劑流，以及EGOR為再循環流除以氧化劑流。

在第二實施例中，系統包含燃燒室、渦輪機和渦輪機旁通閥。燃燒室包含：被配置成接收氧化劑流的氧化劑入口；多個燃料噴嘴，其中，多個燃料噴嘴中的每個燃料噴嘴被配置成接收燃料流；以及第一燃料微調(trim)閥，其被配置成控制至多個燃料噴嘴的至少一個燃料噴嘴的燃料流。第一燃料微調閥至少部分基于燃料與氧化劑的比(FOR)來控制。燃燒室也包含：再循環入口，其被配置成從再循環系統接收再循環流，其中，至少氧化劑流和燃料流被配置成在燃燒室內燃燒并形成排氣流；以及一個或更多個抽取端口，其被配置成將再循環流的第一部分抽取到抽取歧管。渦輪機被配置成接收排氣流和來自燃燒室和排氣流的再循環流的第二部分以驅動負載，并將排氣流的第二部分引導到再循環系統。渦輪機旁通閥被配置成將來自再循環流的第一部分的旁通流抽取到抽取歧管，其中，渦輪機旁通閥被配置成至少部分基于排氣與氧化劑的比(EGOR)將旁通流引導到再循環系統，其中，再循環流包括排氣流的第二部分和旁通流，以及渦輪機旁通閥獨立于第一燃料微調閥來控制。

在第三實施例中，操作排氣再循環(EGR)燃氣渦輪發動機的方法包含：至少部分基于所需的當量比和在EGR燃氣渦輪發動機上的負載控制至燃燒室的燃料與氧化劑的比(FOR)；在燃燒室中燃燒燃料和氧化劑以形成排氣；將排氣的再循環部分再循環到燃燒室；并且至少部分基于對應于FOR的可操作性限制控制排氣與氧化劑的比(EGOR)。

附圖說明

當參照附圖閱讀下列具體實施方式時，本發明的這些和其它特征、方面和優點將變得更加容易理解，其中，在整個附圖中，相同符號表示相同部件，其中：

圖1為具有聯接到碳氫化合物生產系統的基于渦輪機的服務系統的系統的實施例的示意圖；

圖2為圖1的系統的實施例的示意圖，該圖進一步示出控制系統和組合循環系統；

圖3為圖1和圖2的系統的實施例的示意圖，其進一步示出燃氣渦輪發動機、排氣供應系統和排氣處理系統的細節；

圖4為用于運行圖1至圖3的系統的過程的實施例的流程圖；

圖5為圖1至圖3的系統的實施例的示意圖，該圖進一步示出控制系統、用于燃料和氧化劑流的感測系統和具有渦輪機旁通閥的排氣抽取系統；

圖6為在操作圖5的系統的實施例期間當量比和燃燒室可操作性的曲線圖；

圖7為圖5的系統的燃料控制系統的實施例的示意圖；以及

圖8A和圖8B為用于獨立地控制燃料與氧化劑的比和排氣與氧化劑的比的過程的實施例的流程圖。

具體實施方式

本發明的一個或更多個具體實施例將在下面描述。在提供這些實施例的簡要描述的工作中，實際實施方式的所有特征可能不在本說明書中進行描述。應當明白，在作為任何工程或設計項目的任何此類實際實施方式的開發中，必須做出眾多與實施方式相關的決定以實現開發者的指定目標，諸如符合在不同實施方式中彼此不同的系統相關和商業相關約束。而且，應當明白，此類開發工作可能是復雜和費時的，然而，對本領域的普通技術人員來說，承擔具有本公開益處的設計、裝配和制造仍然是例行工作。

因此，在示例實施例能夠進行各種更改和替換形式時，其實施例借助于附圖中的示例示出并將在本文中詳細描述。不過，應當理解，本發明并不旨在將示例實施例限制在所公開的特定形式，而是相反，示例實施例旨在覆蓋落入本發明的范圍內的所有更改、等效物和替代。

本文所使用術語僅用于描述某些實施例，并不旨在限制示例實施例。如本文所用，單數形式“一個(a、an)”、“該(the)”旨在也包含復數形式，除非上下文明確指出。術語“包括(comprises/comprising)”和/或“包含(includes/including)”當用于本文時指定所陳述的特征、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多個其它特征、整數、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或添加。

雖然術語第一、第二、主要、次要等可以在本文中被用于描述各個元件，但是這些元件不應受這些術語限制。這些術語僅用于將一個要素與另一個要素區分開。例如但不限于，在沒有偏離示例實施例的范圍的情況下，第一元件可以被稱為第二元件，以及同樣，第二元件可以被稱為第一元件。正如本文所使用的，術語“和/或”包含一個或更多個關聯列出項目的任何一個和全部組合。

僅為了方便讀者，特定術語可以被用于本文中，但是不應被視為本發明的范圍的限制。例如，詞組像“上面”、“下面”、“左側”、“右側”、“前面”、“后面”、“頂部”、“底部”、“水平的”、“垂直的”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”等；僅描述在附圖中示出的構形。實際上，本發明的實施例的(一個或更多個)元件可以在任何方向取向，且因此，所述術語應當被理解為涵蓋此類變化，除非以其他方式指出。

如下面所詳細論述的，所公開的實施例主要涉及具有排氣再循環(EGR)的燃氣渦輪機系統，且特別地，涉及使用EGR的燃氣渦輪機系統的化學計量操作。例如，燃氣渦輪機系統可被配置成沿排氣再循環路徑再循環排氣，連同至少一些再循環排氣一起化學計量燃燒燃料和氧化劑，并收集排氣用于各種目標系統。排氣再循環連同化學計量燃燒可幫助增加排氣中二氧化碳(CO₂)的濃度水平，該排氣然后能夠被后處理以分離和提純CO₂和氮氣(N₂)以用于各種目標系統。燃氣渦輪機系統也可采用沿排氣再循環路徑的各種排氣處理(例如，熱回收、催化反應等)，從而增加CO₂的濃度水平、減少其它排放(例如，一氧化碳、氮氧化物以及未燃燒碳氫化合物)的濃度水平并增加能量回收(例如，用熱回收單元)。此外，燃氣渦輪發動機可被配置成與一個或更多個擴散火焰(例如，使用擴散燃料噴嘴)、預混火焰(例如，使用預混合燃料噴嘴)或它們的任何組合來燃燒燃料和氧化劑。在某些實施例中，擴散火焰可幫助將化學計量燃燒穩定性和操作保持在特定限度內，這繼而有助于增加CO₂的產量。例如，與用預混合火焰運行的燃氣渦輪機系統相比，用擴散火焰運行的燃氣渦輪機系統可使更大量的EGR可行。EGR的增加量繼而幫助增加CO₂產量。可能的目標系統包含管道、儲罐、固碳(carbon sequestration)系統，以及碳氫化合物生產系統，諸如提高原油采收率(EOR)系統。

本文所述的系統和方法可獨立地控制提供給燃氣渦輪機系統的一個或更多個燃燒室的混合物的燃料與氧化劑的比(FOR)和混合物的排氣與氧化劑的比(EGOR)。在燃氣渦輪機系統的啟動序列期間，在穩定狀態操作(例如，驅動負載、向排氣抽取系統供應排氣流以用于提高原油采收率)期間，或在燃氣渦輪機系統的停機期間，或它們的任何組合，FOR和EGOR可被獨立控制。在一些實施例中，FOR至少部分基于在燃氣渦輪機系統上的負載和/或燃氣渦輪機系統的運行速度來控制，以及EGOR至少部分基于燃氣渦輪機系統的燃燒室的可操作性限制來控制。燃燒室的可操作性限制可對應于用于FOR和EGOR的一組值，其中，低于可操作性限制的FOR和EGOR的值可描述在燃燒室內的燃燒，該燃燒可以不良火焰井噴、閃回、自動點火或諧波振動或它們的任何組合的減少的可能性被保持。

通過調節至燃燒室的氧化劑流和/或燃料流，FOR可被控制。例如，FOR可基于前饋控制和/或反饋控制來控制。在某些實施例中，前饋控制可基于燃料和氧化劑的組成、至燃氣渦輪機系統的燃料和/或氧化劑的當前流率以及所需的化學計量燃料空氣比。在一些實施例中，反饋控制可基于所測得的再循環排氣的組成。控制系統(例如，具有處理器、存儲器和存儲在該存儲器上并由該處理器可執行以執行控制功能的指令的工業控制器)可利用前饋控制、反饋控制或它們的任何組合來控制至燃氣渦輪機系統的燃料流和/或氧化劑流。FOR可被控制以驅動負載、啟動燃氣渦輪機系統和/或實現所需的排氣的組成，諸如在排氣中實現更高水平的二氧化碳(CO₂)。通過調節至每個燃燒室的相對燃料和/或氧化劑流，控制系統可單獨控制至燃氣渦輪機系統的一個或更多個燃燒室的FOR。在一些實施例中，控制系統相對于至第二組(例如，外)燃料噴嘴的燃料流差別(differentially)控制至燃燒室的第一組(例如，中心)燃料噴嘴的燃料流。

通過調節與氧化劑流和燃料流混合的排氣流(例如，再循環排氣)，EGOR可被控制。排氣流可被供應給燃燒室以冷卻燃燒氣體、稀釋氧化劑或減少排氣流中的殘留氧化劑和/或燃料的量或它們的任何組合。控制系統控制排氣以調節EGOR，以便保持與燃料流穩定反應的充足氧化劑流。供應給燃燒室的排氣流的一部分可被抽取到抽取歧管以用于傳送到排氣供應系統(例如，提高原油采收率、儲罐、管道)和/或再循環到排氣壓縮機。控制系統可控制渦輪機旁通閥以控制繞過渦輪機部并從抽取歧管流向排氣壓縮機以用于再循環到燃燒室的排氣的旁通部分。控制系統可控制渦輪機旁通閥以調節被抽取到抽取歧管的排氣的量。在一些實施例中，對渦輪機旁通閥的調節可不減少從抽取歧管供應到排氣供應系統的排氣。因此，通過控制與燃燒氣體混合的排氣的量，控制系統可控制EGOR。另外或另選地，控制系統可控制至排氣壓縮機的入口導向葉片，從而調節從渦輪機部再循環到排氣壓縮機的排氣的量。控制系統可控制經由控制入口導向葉片供應給燃燒室的排氣，并且該控制系統可控制經由控制渦輪機旁通閥從燃燒室抽取的排氣。

圖1為具有與基于渦輪機的服務系統14相關聯的碳氫化合物生產系統12的系統10的實施例的示意圖。如下面進一步詳細論述的，基于渦輪機的服務系統14的各個實施例被配置成向碳氫化合物生產系統12提供各種服務，諸如電力、機械功率和流體(例如，排氣)，以促進油和/或氣生產或回收。在所示出的實施例中，碳氫化合物生產系統12包含油/氣抽取系統16和聯接到地下儲層20(例如，油、氣或碳氫化合物儲層)的提高原油采收率(EOR)系統18。油/氣抽取系統16包含各種地面設備22，諸如聯接到油/氣井26的采油樹或生產樹24。而且，井26可包含一個或更多個管件28，其延伸通過地球32中的鉆孔30至地下儲層20。樹24包含一個或更多個閥、扼流圈、隔離套、防噴器以及各種流量控制裝置，其調節壓力并控制到地下儲層20和來自該地下儲層20的流量。雖然樹24通常被用于控制從地下儲層20流出的生產流體(例如，油或氣)的流量，EOR系統18可通過將一種或更多種流體噴射到地下儲層20中以增加油或氣的生產。

因此，EOR系統18可包含流體噴射系統34，其具有一個或更多個管件36，該一個或更多個管件36延伸通過地球32中的孔38至地下儲層20。例如，EOR系統18可以將一種或更多種流體40例如氣體、蒸汽、水、化學物或其任何組合傳送到流體噴射系統34中。例如，如下面所進一步詳細論述的，EOR系統18可被聯接到基于渦輪機的服務系統14，使得系統14將排氣42(例如，基本沒有或完全沒有氧)傳送到EOR系統18以用作噴射流體40。流體噴射系統34將流體40(例如，排氣42)傳送通過一個或更多個管件36到地下儲層20中，如箭頭44所指示的。噴射流體40通過與油/氣井26的管件28距離偏移距離46的管件36進入地下儲層20。因此，噴射流體40置換沉積在地下儲層20中的油/氣48，并通過碳氫化合物生產系統12的一個或更多個管件28驅動油/氣48上升，如箭頭50所指示的。如下面所進一步詳細論述的，噴射流體40可包括源自基于渦輪機的服務系統14的排氣42，該基于渦輪機的服務系統14能夠生成在碳氫化合物生產系統12所需的現場排氣42。換句話說，基于渦輪機的系統14可同時生成供碳氫化合物生產系統12使用的一種或更多種服務(例如，電力、機械功率、蒸汽、水(例如，淡化水)以及排氣(例如，基本沒有氧))，從而減少或消除此類服務對外部源的依賴。

在所示出的實施例中，基于渦輪機的服務系統14包含化學計量排氣再循環(SEGR)燃氣渦輪機系統52和排氣(EG)處理系統54。燃氣渦輪機系統52可被配置成以化學計量燃燒運行模式(例如，化學計量控制模式)和非化學計量燃燒運行模式(例如，非化學計量控制模式)諸如貧燃料控制模式或富燃料控制模式來運行。在化學計量控制模式中，燃燒通常以燃料和氧化劑的大致化學計量比發生，從而產生大致化學計量燃燒。具體地，化學計量燃燒通常包括在燃燒反應中基本消耗全部的燃料和氧化劑，使得燃燒產物基本沒有或完全沒有未燃燒燃料和氧化劑。化學計量燃燒的一個量度是當量比，或phi(φ)，其是實際燃料/氧化劑比相對于化學計量燃料/氧化劑比的比。大于1.0的當量比產生燃料和氧化劑的富燃料燃燒，反之，小于1.0的當量比產生燃料和氧化劑的貧燃料燃燒。相反，1.0的當量比產生既不是富燃料又不是貧燃料的燃燒，從而使得燃燒反應基本消耗所有的燃料和氧化劑。在本公開實施例的背景下，術語化學計量或基本化學計量可指的是約0.95到約1.05的當量比。不過，所公開的實施例也可包含1.0加上或減去0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的當量比。再者，在基于渦輪機的服務系統14中的燃料和氧化劑的化學計量燃燒可產生基本沒有未燃燒燃料或氧化劑剩下的燃燒產物或排氣(例如，42)。例如，排氣42可具有小于1、2、3、4或5體積百分比的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳氫化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NO_x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOx)、氫和其它未完全燃燒產物。通過進一步示例，排氣42可以具有小于約每百萬份體積的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳氫化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NO_x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SO_x)、氫和其它未完全燃燒產物的量。不過，所公開實施例也可在排氣42中產生其它范圍的殘留燃料、氧化劑和其它排放水平。如本文所使用的，術語排放、排放水平和排放目標可指的是特定燃燒產物(例如，NO_x、CO、SO_x、O₂、N₂、H₂、HC等)的濃度水平，其可以存在于再循環氣體流、排出的氣體流(例如，排放到大氣中)以及用于各種目標系統(例如，碳氫化合物生產系統12)中的氣體流中。

雖然不同實施例中的SEGR燃氣渦輪機系統52和EG處理系統54可包含各種部件，所示出的EG處理系統54包括接收和處理源自SEGR燃氣渦輪機系統52的排氣60的熱回收蒸汽發生器(HRSG)56以及排氣再循環(EGR)系統58。HRSG 56可以包括一個或更多個熱交換器、冷凝器和各種熱回收設備，所述設備集中起將排氣60的熱傳遞給水流從而生成蒸汽62的作用。蒸汽62可被用在一個或更多個蒸汽渦輪機、EOR系統18或油氣生產系統12的任何其他部分中。例如，HRSG 56可以生成低壓、中壓和/或高壓蒸汽62，其可以被選擇性應用于低壓、中壓和高壓蒸汽渦輪機級或EOR系統18的不同應用。除了蒸汽62之外，處理水64(例如，淡化水)可以通過HRSG 56、EGR系統58和/或EG處理系統54的其他部分或SEGR燃氣渦輪機系統52生成。處理水64(例如，淡化水)在例如內陸或沙漠地區的水短缺區域會是特別有用的。處理水64可以至少部分由于驅動SEGR燃氣渦輪機系統52內燃料燃燒的大體積空氣生成。雖然蒸汽62和水64的現場生成可能在許多應用中是特別有益的(包含碳氫化合物生產系統12)，排氣42、60的現場生成對EOR系統18可能是特別有益的，這是由于來源于SEGR燃氣渦輪機系統52的其低氧含量、高壓和熱量。因此，HRSG 56、EGR系統58和/或EG處理系統54的另一部分可輸出排氣66或將排氣66再循環到SEGR燃氣渦輪機系統52中，同時還將排氣42傳送到EOR系統18以與碳氫化合物生產系統12一起使用。同樣，排氣42可從SEGR燃氣渦輪機系統52直接抽取(即，沒有經過EG處理系統54)，以用于碳氫化合物生產系統12的EOR系統18。

排氣再循環通過EG處理系統54的EGR系統58來處理。例如，EGR系統58包含一個或更多個管道、閥、鼓風機、排氣處理系統(例如，過濾器、微粒去除單元、氣體分離單元、氣體凈化單元、熱交換器、熱回收單元、水分去除單元、催化劑單元、化學品噴射單元或它們的任何組合)以及控制裝置，以將排氣沿排氣再循環路徑從SEGR燃氣渦輪機系統52的輸出端(例如，排放的排氣60)再循環到輸入端(例如，進氣排氣66)。在所示出的實施例中，SEGR燃氣渦輪機系統52將排氣66吸入到具有一個或更多個壓縮機的壓縮機部，從而將排氣66壓縮連同氧化劑68和一個或更多個燃料70的吸氣供燃燒室部使用。氧化劑68可包括環境空氣、純氧、富氧空氣、氧減少空氣、氧-氮混合物或促進燃料70燃燒的任何合適氧化劑。燃料70可包括一種或更多種氣體燃料、液體燃料或它們的任何組合。例如，燃料70可包括天然氣、液化天然氣(LNG)、合成氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、石腦油、煤油、柴油、乙醇、甲醇、生物燃料或它們的任何組合。

SEGR燃氣渦輪機系統52在燃燒室部中混合并燃燒排氣66、氧化劑68和燃料70，從而生成熱燃燒氣體或排氣60，以驅動渦輪機部中的一個或更多個渦輪機級。在某些實施例中，在燃燒室部中的每個燃燒室包含一個或更多個預混合燃料噴嘴、一個或更多個擴散燃料噴嘴或它們的任何組合。例如，每個預混合燃料噴嘴可被配置成混合在燃料噴嘴內和/或部分在該燃料噴嘴上游的氧化劑68和燃料70，從而將氧化劑燃料混合物從燃料噴嘴噴射到用于預混合燃燒(例如，預混合火焰)的燃燒區中。通過進一步示例，每個擴散燃料噴嘴可被配置成將燃料噴嘴內的氧化劑68流與燃料70流隔離，從而將來自燃料噴嘴的氧化劑68和燃料70分別噴射到用于擴散燃燒(例如，擴散火焰)的燃燒區中。具體地，通過擴散燃料噴嘴提供的擴散燃燒延遲氧化劑68與燃料70的混合，直到初始燃燒點，即火焰區域。在采用擴散燃料噴嘴的實施例中，擴散火焰可提供增加的火焰穩定性，因為擴散火焰通常在氧化劑68與燃料70的單獨流之間的化學計量點(即，在氧化劑68與燃料70在混合時)形成。在某些實施例中，一種或更多種稀釋劑(例如，排氣60、蒸汽、氮或另一惰性氣體)可在擴散燃料噴嘴或預混合燃料噴嘴中與氧化劑68、燃料70或兩者預混合。此外，一種或更多種稀釋劑(例如，排氣60、蒸汽、氮或另一惰性氣體)可在每個燃燃燒室內的燃燒點處或在其下游被噴射到燃燒室中。使用這些稀釋劑可幫助調劑火焰(例如，預混合火焰或擴散火焰)，從而幫助減少NO_x(諸如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂))排放。與火焰的類型無關，燃燒產生熱燃燒氣體或排氣60，以驅動一個或更多個渦輪機級。在每個渦輪機級被排氣60驅動時，SEGR燃氣渦輪機系統52生成機械功率72和/或電力74(例如，經由發電機)。系統52也輸出排氣60，并且可進一步輸出水64。再者，水64可為處理水，諸如淡化水，這在各種現場或非現場應用中是有用的。

排氣抽取也由使用一個或更多個抽取點76的SEGR燃氣渦輪機系統52提供。例如，所示出的實施例包含具有排氣(EG)抽取系統80和排氣(EG)處理系統82的排氣(EG)供應系統78，其從抽取點76接收排氣42、處理排氣42并接著向各個目標系統供應或分配排氣42。目標系統可包含EOR系統18和/或其它系統，諸如管道86、儲罐88或固碳系統90。EG抽取系統80可包含一個或更多個管道、閥、控制裝置和流分離件，這促進排氣42與氧化劑68、燃料70以及其它雜質的隔離，同時也控制被抽取排氣42的溫度、壓力和流率。EG處理系統82可包含一個或更多個熱交換器(例如，熱回收單元，諸如熱回收蒸汽發生器、冷凝器、冷卻器或加熱器)、催化劑系統(例如，氧化催化劑系統)、微粒和/或水去除系統(例如，氣體脫水單元、慣性分離器、聚結過濾器、不透水過濾器以及其它過濾器)、化學品噴射系統、溶劑型處理系統(例如，吸收劑、閃蒸罐等)、碳收集系統、氣體分離系統、氣體凈化系統和/或溶劑型處理系統、排氣壓縮機或它們的任何組合。EG處理系統82的這些子系統能夠控制溫度、壓力、流率、水分含量(例如，水去除量)、微粒含量(例如，微粒去除量)以及氣體成分(例如，CO₂、N₂等的百分比)。

根據目標系統，被抽取排氣42通過EG處理系統82的一個或更多個子系統進行處理。例如，EG處理系統82可引導全部或部分排氣42通過碳收集系統、氣體分離系統、氣體凈化系統和/或溶劑型處理系統，其被控制以分離和凈化含碳氣體(例如，二氧化碳)92和/或氮氣(N₂)94以供各種目標系統使用。例如，EG處理系統82的實施例可執行氣體分離和凈化以產生排氣42的多個不同流95，諸如第一流96、第二流97和第三流98。第一流96可具有富二氧化碳和/或貧氮氣(例如，富CO₂貧N₂流)的第一成分。第二流97可具有含有在中間濃度水平的二氧化碳和/或氮氣(例如，中間濃度CO₂、N₂流)的第二成分。第三流98可具有貧二氧化碳和/或富氮氣(例如，貧CO₂富N₂流)的第三成分。每個流95(例如，96、97和98)可包含氣體脫水單元、過濾器、氣體壓縮機或它們的任何組合，以促進流95輸送到目標系統。在某些實施例中，富CO₂貧N₂流96可具有大于約70、75、80、85、90、95、96、97、98或99體積百分比的CO₂純度或濃度水平，以及小于約1、2、3、4、5、10、15、20、25或30體積百分比的N₂純度或濃度水平。相反，貧CO₂富N₂流98可具有小于約1、2、3、4、5、10、15、20、25或30體積百分比的CO₂純度或濃度水平，以及大于約70、75、80、85、90、95、96、97、98或99體積百分比的N₂純度或濃度水平。中間濃度的CO₂、N₂流97可具有在約30到70、35到65、40到60或45到55體積百分比之間的CO₂純度或濃度水平和/或N₂純度或濃度水平。不過前述范圍僅僅是非限制性示例，富CO₂貧N₂流96和貧CO₂富N₂流98可能特別適合與EOR系統18和其它系統84一起使用。不過，這些富、貧或中間濃度CO₂流95中的任何一個可單獨或以各種組合與EOR系統18和其它系統84一起使用。例如，EOR系統18和其它系統84(例如，管道86、儲罐88、以及固碳系統90)中的每個可以接收一個或更多個富CO₂貧N₂流96、一個或更多個貧CO₂富N₂流98、一個或更多個中間濃度CO₂、N₂流97、以及一個或更多個未處理的排氣42流(即，繞過EG處理系統82)。

EG抽取系統80沿壓縮機部、燃燒室部和/或渦輪機部在一個或更多個抽取點76處抽取排氣42，使得排氣42可以以合適溫度和壓力用在EOR系統18和其它系統84中。EG抽取系統80和/或EG處理系統82還可以循環流體流(例如，排氣42)向EG處理系統54和從EG處理系統54循環流體流。例如，經過EG處理系統54的排氣42的一部分可以被EG抽取系統80抽取以用于EOR系統18和其它系統84中。在某些實施例中，EG供應系統78和EG處理系統54可彼此獨立或集成在一起，并因此可使用單獨或共同的子系統。例如，EG處理系統82可被EG供應系統78和EG處理系統54兩者使用。從EG處理系統54抽取的排氣42可經歷多級氣體處理，諸如在EG處理系統54中的一個或更多個氣體處理級，接著是EG處理系統82中的一個或更多個氣體處理附加級。

在每個抽取點76處，由于在EG處理系統54中的基本上化學計量燃燒和/或氣體處理，被抽取排氣42可基本不含氧化劑68和燃料70(例如，未燃燒的燃料或碳氫化合物)。而且，根據目標系統，被抽取排氣42可在EG供應系統78的EG處理系統82中經受進一步處理，從而進一步降低任何殘留氧化劑68、燃料70或其它不良燃燒產物。例如，在EG處理系統82中的處理之前或之后，被抽取排氣42可具有小于1、2、3、4或5體積百分比的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳氫化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SOx)、氫和其它未完全燃燒產物。通過進一步示例，在EG處理系統82中的處理之前或之后，被抽取排氣42可以具有小于約每百萬份體積的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳氫化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NO_x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SO_x)、氫和其他未完全燃燒產物。因此，排氣42特別適合與EOR系統18一起使用。

渦輪機系統52的EGR運行具體使能在多個位置76處的排氣抽取。例如，系統52的壓縮機部可被用于壓縮沒有任何氧化劑68的排氣66(即，只壓縮排氣66)，使得基本上無氧排氣42可在輸入氧化劑68和燃料70之前從壓縮機部和/或燃燒室部抽取。抽取點76可被定位在毗鄰壓縮機級之間的級間端口處、在沿壓縮機排氣套管的端口處、在沿燃燒室部中的每個燃燒室的端口處或它們的任何組合。在某些實施例中，排氣66可不與氧化劑68和燃料70混合，直到其到達燃燒室部中的每個燃燒室的蓋端部和/或燃料噴嘴。而且，一個或更多個流動隔板(例如，壁、分隔器、擋板等)可被用于將氧化劑68和燃料70與抽取點76隔離。通過這些流動隔板，抽取點76可沿燃燒室部中每個燃燒室的壁直接布置。

一旦排氣66、氧化劑68和燃料70流過該蓋端部(例如，通過燃料噴嘴)進入每個燃燒室的燃燒部分(例如，燃燒腔室)中，SEGR燃氣渦輪機系統52被控制提供排氣66、氧化劑68和燃料70的大致化學計量燃燒。例如，系統52可保持約0.95到約1.05的當量比。結果，在每個燃燒室中的排氣66、氧化劑68和燃料70的混合物的燃燒產物基本是沒有氧和未燃燒燃料。因此，燃燒產物(或排氣)可從SEGR燃氣渦輪機系統52的渦輪機部被抽取以用作被傳送到EOR系統18的排氣42。沿渦輪機部，抽取點76可被設置在任何渦輪機級處，例如毗鄰渦輪機級之間的級間端口處。因此，通過使用任何前述抽取點76，基于渦輪機的服務系統14可生成排氣42、抽取排氣42并輸送排氣42到碳氫化合物生產系統12(例如，EOR系統18)以用于地下儲層20的油/氣48生產。

圖2為圖1系統10的實施例的示意圖，該圖示出被聯接到基于渦輪機的服務系統14和碳氫化合物生產系統12的控制系統100。在所示出的實施例中，基于渦輪機的服務系統14包含組合循環系統102，該組合循環系統102包含作為頂循環(topping cycle)的SEGR燃氣渦輪機系統52、作為底循環(bottoming cycle)的蒸汽渦輪機104、和HRSG 56以從排氣60回收熱量以生成用于驅動蒸汽渦輪機104的蒸汽62。再者，SEGR燃氣渦輪機系統52接收、混合并化學計量燃燒排氣66、氧化劑68和燃料70(例如，預混合火焰和/或擴散火焰)，從而產生排氣60、機械功率72、電力74和/或水64。例如，SEGR燃氣渦輪機系統52可驅動一個或更多個負載或機器106，諸如發電機、氧化劑壓縮機(例如，主空氣壓縮機)、齒輪箱、泵、碳氫化合物生產系統12的設備或它們的任何組合。在一些實施例中，機器106可包含其它驅動件，諸如與SEGR燃氣渦輪機系統52串聯的電動馬達或蒸汽渦輪機(例如，蒸汽渦輪機104)。因此，由SEGR燃氣渦輪機系統52(以及任何附加驅動件)驅動的機器106的輸出可包含機械功率72和電力74。機械功率72和/或電力74可用于向碳氫化合物生產系統12現場提供動力，電力74可被分配到電網或它們的任何組合。機器106的輸出還可包含壓縮流體，諸如用于吸入到SEGR燃氣渦輪機系統52的燃燒部中的壓縮氧化劑68(例如，空氣或氧)。這些輸出中的每個(例如，排氣60、機械功率72、電力74和/或水64)可被認為是基于渦輪機的服務系統14的服務。

SEGR燃氣渦輪機系統52產生可基本不含氧的排氣42、60，并且將這種排氣42、60傳送到EG處理系統54和/或EG供應系統78。EG供應系統78可處理排氣42(例如，流95)并將其輸送到碳氫化合物生產系統12和/或其它系統84。如上所討論的，EG處理系統54可包含HRSG 56和EGR系統58。HRSG 56可包含一個或更多個熱交換器、冷凝器和各種熱回收設備，該熱回收設備可被用于回收排氣60的熱量或將該熱量傳遞給水108以生成用于驅動蒸汽渦輪機104的蒸汽62。類似于SEGR燃氣渦輪機系統52，蒸汽渦輪機104可驅動一個或更多個負載或機器106，從而生成機械功率72和電力74。在所示出的實施例中，SEGR燃氣渦輪機系統52和蒸汽渦輪機104被串聯布置以驅動相同的機器106。不過，在另一些實施例中，SEGR燃氣渦輪機系統52和蒸汽渦輪機104可單獨驅動不同的機器106，以獨立生成機械功率72和/或電力74。在蒸汽渦輪機104被來自HRSG 56的蒸汽62驅動時，蒸汽62的溫度和壓力逐漸減小。因此，蒸汽渦輪機104將使用過的蒸汽62和/或水108再循環回到HRSG 56中，以用于經由排氣60的熱回收生成另外的蒸汽。除了蒸汽生成之外，HRSG 56、EGR系統58和/或EG處理系統54的另一個部分可產生水64、與碳氫化合物生產系統12一起使用的排氣42、以及用作至SEGR燃氣渦輪機系統52的輸入的排氣66。例如，水64可為處理水64，諸如用于其它應用中的淡化水。淡化水在低可用水量的地區是特別有用的。關于排氣60，EG處理系統54的實施例可被配置成通過EGR系統58再循環排氣60，排氣60可經過或不經過HRSG 56。

在所示出的實施例中，SEGR燃氣渦輪機系統52具有排氣再循環路徑110，該排氣再循環路徑110從系統52的排氣出口延伸到排氣入口。沿著路徑110，排氣60經過EG處理系統54，在所示出的實施例中，EG處理系統54包含HRSG 56和EGR系統58。EGR系統58可包含沿路徑110串聯和/或并聯布置的一個或更多個管道、閥、鼓風機、氣體處理系統(例如，過濾器、微粒去除單元、氣體分離單元、氣體凈化單元、熱交換器、諸如熱回收蒸汽發生器的熱回收單元、水分去除單元、催化劑單元、化學品噴射單元或它們的任何組合)。換句話說，EGR系統58可包含沿在系統52的排氣出口與排氣入口之間的排氣再循環路徑110的任何流量控制部件、壓力控制部件、溫度控制部件、水分控制部件和氣體成分控制部件。因此，在具有沿路徑110的HRSG 56的實施例中，HRSG 56可被認為是EGR系統58的部件。不過，在某些實施例中，HRSG 56可沿獨立于排氣再循環路徑110的排氣路徑設置。不管HRSG 56是否沿著單獨路徑或與EGR系統58共用的路徑，HRSG 56和EGR系統58吸入排氣60并輸出再循環排氣66、與EG供應系統78(例如，用于碳氫化合物生產系統12和/或其它系統84)一起使用的排氣42、或另一種排氣輸出。再者，SEGR燃氣渦輪機系統52吸入、混合和化學計量燃燒排氣66、氧化劑68和燃料70(例如，預混合火焰和/或擴散火焰)，以產生用于分配到EG處理系統54、碳氫化合物生產系統12或其它系統84的基本不含氧和不含燃料的排氣60。

如上面參照圖1所指出的，碳氫化合物生產系統12可包含各種設備，以促進通過油/氣井26從地下儲層20回收或生產油/氣48。例如，碳氫化合物生產系統12可包含具有流體噴射系統34的EOR系統18。在所示出的實施例中，流體噴射系統34包含排氣噴射ECR系統112和蒸汽噴射EOR系統114。雖然流體噴射系統34可從各種源接收流體，但是所示出的實施例可從基于渦輪機的服務系統14接收排氣42和蒸汽62。由基于渦輪機的服務系統14產生的排氣42和/或蒸汽62也可被傳送到碳氫化合物生產系統12以用于其它油/氣系統116。

排氣42和/或蒸汽62的數量、質量和流量可通過控制系統100來控制。控制系統100可完全專用于基于渦輪機的服務系統14，或控制系統100也可以可選提供用于控制碳氫化合物生產系統12和/或其它系統84的控制裝置(或促進控制的至少某些數據)。在所示出的實施例中，控制系統100包含控制器118，其具有處理器120、存儲器122、蒸汽渦輪機控制裝置124、SEGR氣體輪機系統控制裝置126和機器控制裝置128。處理器120可包含單一處理器或兩個或更多個冗余處理器，諸如用于控制基于渦輪機的服務系統14的三重冗余處理器。存儲器122可包含易失性和/或非易失性存儲器。例如，存儲器122可包含一個或更多個硬盤驅動器、閃存、只讀存儲器、隨機存取存儲器或它們的任何組合。控制裝置124、126和128可包含軟件和/或硬件控制裝置。例如，控制裝置124、126和128可包含存儲在存儲器122中并可由處理器120執行的各種指令或代碼。控制裝置124被配置成控制蒸汽渦輪機104的運行，SEGR燃氣渦輪機系統控制裝置126被配置成控制系統52，以及機器控制裝置128被配置成控制機器106。因此，控制器118(例如，控制裝置124、126和128)可被配置成協調基于渦輪機的服務系統14的各種子系統，以向碳氫化合物生產系統12提供合適的排氣42的流。

在控制系統100的某些實施例中，在附圖中示出或在本文中描述的每個元件(例如，系統、子系統和部件)包含(例如，直接在這類元件內、在這類元件上游或下游)一個或更多個工業控制特征件，諸如傳感器和控制裝置，該工業控制特征件在工業控制網絡上連同控制器118一起是彼此通信聯接的。例如，與每個元件相關聯的控制裝置可包含專用裝置控制器(例如，包含處理器、存儲器和控制指令)、一個或更多個致動器、閥、開關和工業控制設備，其基于傳感器反饋130、來自控制器118的控制信號、來自用戶的控制信號或它們的任何組合進行控制。因此，本文描述的任何控制功能可用控制指令實現，該控制指令由控制器118、與每個元件關聯的專用裝置控制器或它們的組合存儲和/或執行。

為了促進此類控制功能，控制系統100包含在整個系統10中分布的一個或更多個傳感器，以獲得用于執行各種控制裝置，例如控制裝置124、126和128的傳感器反饋130。例如，傳感器反饋130可從傳感器獲得，該傳感器分布在整個SEGR燃氣渦輪機系統52、機器106、EG處理系統54、蒸汽渦輪機104、碳氫化合物生產系統12中，或分布在整個基于渦輪機的服務系統14或碳氫化合物生產系統12的任何其它部件中。例如，傳感器反饋130可包含溫度反饋、壓力反饋、流率反饋、火焰溫度反饋、燃燒動力學反饋、吸入氧化劑成分反饋、吸入燃料成分反饋、排氣成分反饋、機械功率72的輸出水平、電力74的輸出水平、排氣42、60的輸出量、水64的輸出量或質量或它們的任何組合。例如，傳感器反饋130可包含排氣42、60的組成，以促進在SEGR燃氣渦輪機系統52中的化學計量燃燒。例如，傳感器反饋130可包含來自沿氧化劑68的氧化劑供應路徑的一個或更多個吸入氧化劑傳感器、沿燃料70的燃料供應路徑的一個或更多個吸入燃料傳感器和沿排氣再循環路徑110和/或在SEGR燃氣渦輪機系統52內布置的一個或更多個排氣排放傳感器的反饋。吸入氧化劑傳感器、吸入燃料傳感器和排氣排放傳感器可包含溫度傳感器、壓力傳感器、流率傳感器和組成傳感器。排放傳感器可包含用于氮氧化物的傳感器(例如，NO_x傳感器)、用于碳氧化物的傳感器(例如，CO傳感器和CO₂傳感器)、用于硫氧化物的傳感器(例如，SO_x傳感器)、用于氫的傳感器(例如，H₂傳感器)、用于氧的傳感器(例如，O₂傳感器)、用于未燃燒碳氫化合物的傳感器(例如，HC傳感器)、或用于未完全燃燒的其它產物的傳感器，或它們的任何組合。

通過使用這種反饋130，控制系統100可調節(例如，增加、減少或保持)排氣66、氧化劑68和/或燃料70至SEGR燃氣渦輪機系統52(除了其它運行參數以外)的進氣流量，以將當量比保持在合適范圍內，例如在約0.95到約1.05之間、在約0.95到約1.0之間、在約1.0到約1.05之間或大致在1.0。例如，控制系統100可分析反饋130以監測排氣排放(例如，氮氧化物、諸如CO和CO₂的碳氧化物、硫氧化物、氫、氧、未燃燒碳氫化合物和未完全燃燒的其它產物的濃度水平)和/或確定當量比，并接著控制一個或更多個部件以調節排氣排放(例如，排氣42的濃度水平)和/或當量比。受控部件可包含參照附圖示出和描述的任何部件，其包含但不限于，沿氧化劑68、燃料70和排氣66的供應路徑的閥；氧化劑壓縮機、燃料泵或在EG處理系統54中的任何部件；SEGR燃氣渦輪機系統52的任何部件；或它們的任何組合。受控部件可調節(例如，增加、減少或保持)在SEGR燃氣渦輪機系統52內燃燒的氧化劑68、燃料70和排氣66的流率、溫度、壓力或百分比(例如，當量比)。受控部件也可包含一個或更多個氣體處理系統，諸如催化劑單元(例如，氧化催化劑單元)、催化劑單元供應裝置(例如，氧化燃料、熱量、電力等)、氣體凈化和/或分離單元(例如，溶劑型分離器、吸收器、閃蒸罐等)以及過濾單元。氣體處理系統可幫助減少沿排氣再循環路徑110、通風口路徑(例如，排放到大氣中)或到EG供應系統78的抽取路徑的各種排氣排放。

在某些實施例中，控制系統100可分析反饋130并控制一個或更多個部件以保持或減少排放水平(例如，排氣42、60、95的濃度水平)到目標范圍，諸如小于每百萬份體積約10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000、5000或10000份(ppmv)。對于排氣排放中的每種，例如氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、氫、氧、未燃燒碳氫化合物和未完全燃燒的其它產物的濃度水平，這些目標范圍可為相同或不同的。例如，根據當量比，控制系統100可將氧化劑(例如，氧)的排氣排放(例如，濃度水平)選擇性控制在小于約10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、250、500、750或1000ppmv的目標范圍內；將一氧化碳(CO)選擇性控制在小于約20、50、100、200、500、1000、2500或5000ppmv的目標范圍內；以及將氮氧化物(NOX)選擇性控制在小于約50、100、200、300、400或500ppmv的目標范圍內。在以大致化學計量當量比運行的某些實施例中，控制系統100可將氧化劑(例如，氧)的排氣排放(例如，濃度水平)選擇性控制在小于約10、20、30、40、50、60、70、80、90或100ppmv的目標范圍內；以及將一氧化碳(CO)選擇性控制在小于約500、1000、2000、3000、4000或5000ppmv的目標范圍內。在以貧燃料當量比(例如，在大約0.95到1.0之間)運行的某些實施例中，控制系統100可將氧化劑(例如，氧)的排氣排放(例如，濃度水平)選擇性控制在小于約500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500ppmv的目標范圍內；將一氧化碳(CO)選擇性控制在小于約10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150或200ppmv的目標范圍內；以及將氮氧化物(例如，NO_x)選擇性控制在小于約50、100、150、200、250、300、350或400ppmv的目標范圍內。前述目標范圍僅僅是示例，并不旨在限制本公開實施例的范圍。

控制系統100還可被聯接到本地接口132和遠程接口134。例如，本地接口132可包含現場設置在基于渦輪機的服務系統14和/或碳氫化合物生產系統12處的計算機工作站。相反，遠程接口134可包含不在基于渦輪機的服務系統14和碳氫化合物生產系統12現場設置的計算機工作站，諸如通過互聯網連接的計算機工作站。這些接口132和134諸如通過傳感器反饋130的一個或更多個圖形顯示、運行參數等等促進基于渦輪機的服務系統14的監測和控制。

再者，如上所指出的，控制器118包含各種控制裝置124、126和128，以促進控制基于渦輪機的服務系統14。蒸汽渦輪機控制裝置124可接收傳感器反饋130并輸出控制命令以促使蒸汽渦輪機104運行。例如，蒸汽渦輪機控制裝置124可從HRSG 56、機器106、沿蒸汽62路徑的溫度和壓力傳感器、沿水108路徑的溫度和壓力傳感器以及指示機械功率72和電力74的各個傳感器接收傳感器反饋130。同樣，SEGR燃氣渦輪機系統控制裝置126可從沿SEGR燃氣渦輪機系統52、機器106、EG處理系統54或它們的任何組合設置的一個或更多個傳感器接收傳感器反饋130。例如，傳感器反饋130可從設置在SEGR燃氣渦輪機系統52內部或外部的溫度傳感器、壓力傳感器、間隙傳感器、振動傳感器、火焰傳感器、燃料組成傳感器、排氣組成傳感器或它們的任何組合獲得。最終，機器控制裝置128可以從與機械功率72和電力74關聯的各個傳感器以及布置在機器106內的傳感器接收傳感器反饋130。這些控制裝置124、126和128中的每個控制裝置使用傳感器反饋130改善基于渦輪機的服務系統14的運行。

在所示出的實施例中，SEGR燃氣渦輪機系統控制裝置126可執行指令以控制在EG處理系統54、EG供應系統78、碳氫化合物生產系統12和/或其它系統84中的排氣42、60、95的數量和質量。例如，SEGR燃氣渦輪機系統控制裝置126可將排氣60中的氧化劑(例如，氧)和/或未燃燒燃料的水平保持在低于適合于與排氣噴射EOR系統112一起使用的閾值。在某些實施例中，閾值水平可為小于排氣42、60中的氧化劑(例如，氧)和/或未燃燒燃料的1、2、3、4或5體積百分比；或氧化劑(例如，氧)和/或未燃燒燃料(和其它排氣排放)的閾值水平可小于排氣42、60中的約每百萬份體積的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份(ppmv)。通過進一步示例，為了實現這些低水平的氧化劑(例如，氧)和/或未燃燒燃料，SEGR燃氣渦輪機系統控制裝置126可將在SEGR燃氣渦輪機系統52中燃燒的當量比保持在約0.95和約1.05之間。SEGR燃氣渦輪機系統控制裝置126還可控制EG抽取系統80和EG處理系統82，以將排氣42、60、95的溫度、壓力、流率和氣體組成保持在適合用于排氣噴射EOR系統112、管道86、儲罐88和固碳系統90的范圍內。如上所述，EG處理系統82可被控制將排氣42凈化和/或分離為一種或更多種氣體流95，諸如富CO₂貧N₂流96，中間濃度CO₂、N₂流97，以及貧CO₂富N₂流98。除了用于排氣42、60和95的控制裝置以外，控制裝置124、126和128可執行一個或更多個指令以將機械功率72保持在合適動力范圍內，或將電力74保持在合適頻率和電力范圍內。

圖3為系統10的實施例的示意圖，其進一步示出與碳氫化合物生產系統12和/或其它系統84一起使用的SEGR燃氣渦輪機系統52的細節。在所示出的實施例中，SEGR燃氣渦輪機系統52包含聯接到EG處理系統54的燃氣渦輪發動機150。所示出的燃氣渦輪發動機150包括壓縮機部152、燃燒室部154以及膨脹器部或渦輪機部156。壓縮機部152包含一個或更多個排氣壓縮機或壓縮機級158，諸如以串聯布置設置的1到20級旋轉壓縮機葉片。同樣，燃燒室部154包含一個或更多個燃燒室160，諸如圍繞SEGR燃氣渦輪機系統52的旋轉軸線162周向分布的1到20個燃燒室160。而且，每個燃燒室160可包含一個或更多個燃料噴嘴164，其被配置成噴射排氣66、氧化劑68和/或燃料70。例如，每個燃燒室160的蓋端部166可容納1、2、3、4、5、6個或更多個燃料噴嘴164，其可將排氣66、氧化劑68和/或燃料70的流或混合物噴射到燃燒室160的燃燒部分168(例如，燃燒腔室)中。

燃料噴嘴164可包含預混合燃料噴嘴164(例如，其被配置成預混合氧化劑68和燃料70以用于生成氧化劑/燃料預混火焰)和/或擴散燃料噴嘴164(例如，其被配置成噴射氧化劑68和燃料70的單獨的流以用于生成氧化劑/燃料擴散火焰)的任何組合。預混合燃料噴嘴164的實施例可包含旋流葉片、混合腔室、或其它特征件，以在噴射到燃燒腔室168中和在燃燒腔室168中燃燒之前，使該氧化劑68和燃料70在噴嘴164內內部混合。預混合燃料噴嘴164還可接收至少一些部分混合的氧化劑68和燃料70。在某些實施例中，每個擴散燃料噴嘴164可隔離氧化劑68與燃料70的流直到噴射點，同時還隔離一種或更多種稀釋劑(例如，排氣66、蒸汽、氮或另一種惰性氣體)的流直到噴射點。在另一些實施例中，每個擴散燃料噴嘴164可隔離氧化劑68與燃料70的流直到噴射點，同時在噴射點之前，部分地混合一種或更多種稀釋劑(例如，排氣66、蒸汽、氮或另一種惰性氣體)與氧化劑68和/或燃料70。此外，一種或更多種稀釋劑(例如，排氣66、蒸汽、氮或另一種惰性氣體)可被噴射到在燃燒區處或其下游的燃燒室中(例如，噴射到燃燒的熱產物中)，從而幫助減小燃燒的熱產物的溫度并減少NO_x(例如，NO和NO₂)的排放。不管燃料噴嘴164的類型，SEGR燃氣渦輪機系統52可被控制以提供氧化劑68和燃料70的大致化學計量燃燒。

在使用擴散燃料噴嘴164的擴散燃燒實施例中，燃料70和氧化劑68通常不在擴散火焰的上游混合，而是燃料70和氧化劑68在火焰表面處直接混合和反應，和/或火焰表面存在于燃料70與氧化劑68之間的混合的位置處。具體地，燃料70和氧化劑68單獨接近火焰表面(或擴散邊界/界面)，并接著沿火焰表面(或擴散邊界/界面)擴散(例如，經由分子和粘性擴散)以生成擴散火焰。值的注意的是，燃料70和氧化劑68沿該火焰表面(或擴散邊界/界面)可以是大致化學計量比的，這可沿該火焰表面產生更大的火焰溫度(例如，峰值火焰溫度)。與貧燃料或富燃料的燃料/氧化劑比相比，該化學計量燃料/氧化劑比通常產生更大的火焰溫度(例如，峰值火焰溫度)。因此，擴散火焰可基本上比預混火焰更加穩定，因為燃料70和氧化劑68的擴散幫助保持沿火焰表面的化學計量比(和更大溫度)。雖然更大的火焰溫度也能夠導致更大的排氣排放，諸如NOx排放，但是所公開的實施例使用一種或更多種稀釋劑幫助控制溫度和排放，同時還避免燃料70和氧化劑68的任何預混合。例如，所公開的實施例可引入一種或更多種稀釋劑與燃料70和氧化劑68分隔開(例如，在燃燒點之后和/或擴散火焰的下游)，從而幫助降低溫度和減少由擴散火焰產生的排放(例如，NO_x排放)。

如圖所示，在運行時，壓縮機部152接收并壓縮來自EG處理系統54的排氣66，并將壓縮后的排氣170輸出到燃燒室部154中的每個燃燒室160。在燃料60、氧化劑68和排氣170在每個燃燒室160內燃燒時，附加排氣或燃燒產物172(即，燃燒氣體)被傳送到渦輪機部156。類似于壓縮機部152，渦輪機部156包含一個或更多個渦輪機或渦輪機級174，其可包含一系列轉動渦輪機葉片。這些渦輪機葉片接著被在燃燒室部154中所生成的燃燒產物172驅動，從而驅動聯接到機器106的軸176的轉動。再者，機器106可包含聯接到SEGR燃氣渦輪機系統52的任一端的各種設備，諸如聯接到渦輪機部156的機器106、178和/或聯接到壓縮機部152的機器106、180。在某些實施例中，機器106、178、180可包含一個或更多個發電機、用于氧化劑68的氧化劑壓縮機、用于燃料70的燃料泵、齒輪箱或聯接到SEGR燃氣渦輪機系統52的附加驅動件(例如，蒸汽渦輪機104、電動馬達等)。非限制性示例在下面參照表格1進一步詳細論述。如圖所示，渦輪機部156輸出排氣60以沿排氣再循環路徑110從渦輪機部156的排氣出口182再循環到排氣入口184進入壓縮機部152。如上面所詳細論述的，沿著排氣再循環路徑110，排氣60經過EG處理系統54(例如，HRSG 56和/或EGR系統58)。

再者，在燃燒室部154中的每個燃燒室160接收、混合并化學計量燃燒壓縮的排氣170、氧化劑68和燃料70，以產生附加排氣或燃燒產物172以驅動渦輪機部156。在某些實施例中，氧化劑68被氧化劑壓縮系統186(諸如，具有一個或更多個氧化劑壓縮機(MOC)的主氧化劑壓縮(MOC)系統(例如，主空氣壓縮(MAC)系統))壓縮。氧化劑壓縮系統186包含聯接到驅動件190的氧化劑壓縮機188。例如，驅動件190可包含電動馬達、燃燒發動機或它們的任何組合。在某些實施例中，驅動件190可為渦輪發動機，諸如燃氣渦輪發動機150。因此，氧化劑壓縮系統186可為機器106的一體部分。換句話說，壓縮機188可由被燃氣渦輪發動機150的軸176供應的機械功率72直接或間接驅動。在此實施例中，驅動件190可被排除，因為壓縮機188依賴渦輪發動機150的功率輸出。不過，在采用不止一個氧化劑壓縮機的某些實施例中，第一氧化劑壓縮機(例如，低壓(LP)氧化劑壓縮機)可被驅動件190驅動，而軸176驅動第二氧化劑壓縮機(例如，高壓(HP)氧化劑壓縮機)，或反之亦然。例如，在另一實施例中，HP MOC被驅動件190驅動，以及LP氧化劑壓縮機被軸176驅動。在所示出的實施例中，氧化劑壓縮系統186與機器106分隔開。在這些實施例中的每個實施例中，壓縮系統186壓縮氧化劑68并將該氧化劑供應給燃料噴嘴164和燃燒室160。因此，機器106、178、180中的一些或全部可被配置成增加壓縮系統186(例如，壓縮機188和/或附加壓縮機)的運行效率。

由元件編號106A、106B、106C、106D、106E和106F所指示的機器106的各個部件可在一個或更多個串聯布置、并聯布置或串聯與并聯布置的任何組合中沿軸176的線和/或平行于軸176的線設置。例如，機器106、178、180(例如，106A到106F)可包含下列設備以任何次序的任何串聯和/或并聯布置，該設備包括：一個或更多個齒輪箱(例如，平行軸、行星齒輪箱)、一個或更多個壓縮機(例如，氧化劑壓縮機、增壓壓縮機，諸如EG增壓壓縮機)、一個或更多個發電單元(例如，發電機)、一個或更多個驅動件(例如，蒸汽渦輪發動機、電動馬達)、熱交換單元(例如，直接或間接熱交換器)、離合器或它們的任何組合。壓縮機可包含軸向壓縮機、徑向或離心壓縮機或它們的任何組合，每種壓縮機具有一個或更多個壓縮級。關于熱交換器，直接熱交換器可包含噴淋(spray)冷卻器(例如，噴淋中間冷卻器)，其將液體噴淋噴射到氣體流中(例如，氧化劑流)以用于直接冷卻氣體流。間接熱交換器可包含將第一流和第二流分隔開的至少一個壁(例如，管殼式熱交換器)，諸如與冷卻劑流(例如，水、空氣、致冷劑或任何其它液態或氣態冷卻劑)分隔開的流體流(例如，氧化劑流)，其中，冷卻劑流與流體流沒有任何直接接觸地傳遞流體流的熱。間接熱交換器的示例包含中間冷卻器、熱交換器和熱回收單元，諸如熱回收蒸汽發生器。熱交換器也可包含加熱器。如下面進一步詳細論述的，這些機器部件中的每個可被用在如在表格1中列出的非限制性示例所指示的各種組合中。

通常，機器106、178、180可被配置成通過例如調節在系統186中的一個或更多個氧化劑壓縮機的運行速度、通過冷卻和/或抽取過剩電力促進氧化劑68的壓縮來增加壓縮系統186的效率。本公開的實施例旨在包含在機器106、178、180中以串聯和并聯布置的前述部件的任何和全部排列，其中，所述部件中的一個、不止一個、全部部件或沒有任何部件從軸176獲得動力。如下面所示，表格1示出靠近壓縮機和渦輪機部152、156設置和/或聯接到該壓縮機和該渦輪機部的機器106、178、180的布置的一些非限制性示例。

表格1

如上面表格1所示，冷卻單元被表示為CLR，離合器被表示為CLU，驅動件被表示為DRV，齒輪箱被表示為GBX，發電機被表示為GEN，加熱單元被表示為HTR，主氧化劑壓縮機單元被表示為MOC，其中，低壓和高壓變量被分別表示為LP MOC和HP MOC，以及蒸汽發生器單元被表示為STGN。雖然表格1示出機器106、178、180依次朝著壓縮機部152或渦輪機部156，但是表格1也旨在覆蓋機器106、178、180的相反次序。在表格1中，包含兩個或更多個部件的任何單元旨在覆蓋所述部件的并聯布置。表格1并不旨在排除機器106、178、180的任何未示出的排列。機器106、178、180的這些部件可使能發送到燃氣渦輪發動機150的氧化劑68的溫度、壓力和流率的反饋控制。如下面所進一步詳細論述的，氧化劑68和燃料70可被供應給處于被具體選擇以促進壓縮排氣170隔離和抽取而氧化劑68或燃料70未將排氣170的質量降低的位置處的燃氣渦輪機150。

如圖3所示，EG供應系統78被設置在燃氣渦輪發動機150與目標系統(例如，碳氫化合物生產系統12和其它系統84)之間。具體地，EG供應系統78(例如EG抽取系統(EGES)80)可被聯接到在沿壓縮機部152、燃燒室部154和/或渦輪機部156的一個或更多個抽取點76處的燃氣渦輪發動機150。例如，抽取點76可被定位在毗鄰的壓縮機級之間，諸如在壓縮機級之間的2、3、4、5、6、7、8、9或10個級間抽取點76。這些級間抽取點76中的每個提供被抽取排氣42的不同溫度和壓力。同樣，抽取點76可被定位在毗鄰的渦輪機級之間，諸如在渦輪機級之間的2、3、4、5、6、7、8、9或10個級間抽取點76。這些級間抽取點76中的每個提供被抽取排氣42的不同溫度和壓力。通過進一步示例，抽取點76可被定位在整個燃燒室部154的多個位置，其可提供不同溫度、壓力、流率和氣體組成。這些抽取點76中的每個可包含EG抽取導管、一個或更多個閥、傳感器以及控制裝置，其可被用于選擇性控制被抽取排氣42到EG供應系統78的流。

通過EG供應系統78分配的被抽取排氣42具有適合于目標系統(例如，碳氫化合物生產系統12和其它系統84)的受控組分。例如，在這些抽取點76中的每個處，排氣170可與氧化劑68和燃料70的噴射點(或流)基本隔離。換句話說，EG供應系統78可被具體設計成從燃氣渦輪發動機150抽取排氣170而沒有任何添加的氧化劑68或燃料70。而且，鑒于在每個燃燒室160的化學計量燃燒，被抽取排氣42可以是基本上不含氧和燃料。EG供應系統78可將被抽取排氣42直接或間接傳送到碳氫化合物生產系統12和/或其它系統84以用于各種處理，諸如提高原油采收率、固碳、存儲或運輸到非現場位置。不過，在某些實施例中，EG供應系統78包含在與目標系統一起使用之前，用于進一步處理排氣42的EG處理系統(EGTS)82。例如，EG處理系統82可將排氣42凈化和/或分離為一種或更多種流95，例如富CO₂貧N₂流96，中間濃度CO₂、N₂流97，以及貧CO₂富N₂流98。這些處理后的排氣流95可被單獨使用，或與碳氫化合物生產系統12和其它系統84(例如，管道86、儲罐88以及固碳系統90)的任何組合一起使用。

類似于在EG供應系統78中執行的排氣處理，EG處理系統54可包含多個排氣(EG)處理部件192，例如通過元件編號194、196、198、200、202、204、206、208和210所指示的。這些EG處理部件192(例如，194到210)可以以一個或更多個串聯布置、并聯布置或串聯和平行布置的任何組合沿排氣再循環路徑110設置。例如，EG處理部件192(例如，194到210)可包含下列設備以任何次序的任何串聯和/或平行布置，所述設備包括：一個或更多個熱交換器(例如，熱回收單元，諸如熱回收蒸汽發生器、冷凝器、冷卻器或加熱器)、催化劑系統(例如，氧化催化劑系統)、微粒和/或水去除系統(例如，慣性分離器、聚結過濾器、不透水過濾器以及其它過濾器)、化學品噴射系統、溶劑型處理系統(例如，吸收劑、閃蒸罐等)、碳收集系統、氣體分離系統、氣體凈化系統和/或溶劑型處理系統，或它們的任何組合。在某些實施例中，催化劑系統可包含氧化催化劑、一氧化碳還原催化劑、氮氧化物還原催化劑、氧化鋁、氧化鋯、硅氧化物、鈦氧化物、氧化鉑、氧化鈀、氧化鈷或混合金屬氧化物，或它們的組合。所公開實施例旨在包含在串聯和并聯布置中的前述部件192的任何和全部排列。如下面所述，表格2示出沿排氣再循環路徑110的部件192的布置的一些非限制性示例。

表格2

如上面表格2所示，催化劑單元被表示為CU，氧化催化劑單元被表示為OCU，增壓鼓風機被表示為BB，熱交換器被表示為HX，熱回收單元被表示為HRU，熱回收蒸汽發生器被表示為HRSG，冷凝器被表示為COND，蒸汽渦輪機被表示為ST，微粒去除單元被表示為PRU，水分去除單元被表示為MRU，過濾器被表示為FIL，凝聚過濾器被表示為CFIL，不透水過濾器被表示為WFIL，慣性分離器被表示為INER，以及稀釋劑供應系統(例如，蒸汽、氮或另一惰性氣體)被表示為DIL。雖然表格2示出按順序從渦輪機部156的排氣出口182朝壓縮機部152的排氣入口184的部件192，但是表格2也旨在覆蓋所示出部件192的相反順序。在表格2中，包含兩個或更多個部件的任何單元旨在覆蓋帶有所述部件、所述部件并聯布置或它們的任何組合的集成單元。而且，在表格2的背景下，HRU、HRSG和COND為HE的示例；HRSG為HRU的示例；COND、WFIL和CFIL為WRU的示例；INER、FIL、WFIL和CFIL為PRU的示例；以及WFIL和CFIL為FIL的示例。再者，表格2并不旨在排除部件192的任何未示出的排列。在某些實施例中，所示出的部件192(例如，194到210)可以被部分或完全集成在HRSG 56、EGR系統58或它們的任何組合內。這些EG處理部件192可使能溫度、壓力、流率和氣體成分的反饋控制，同時也從排氣60去除水分和微粒。而且，被處理排氣60可在一個或更多個抽取點76處被抽取以用于EG供應系統78和/或被再循環到壓縮機部152的排氣入口184。

在被處理時，再循環排氣66經過壓縮機部152，SEGR燃氣渦輪機系統52可沿一個或更多個管道212(例如，放氣導管或旁通導管)排出被壓縮排氣的一部分。每個管道212可將排氣傳送到一個或更多個熱交換器214(例如，冷卻單元)中，從而冷卻再循環回到SEGR燃氣渦輪機系統52中的排氣。例如，在經過熱交換器214后，被冷卻排氣的一部分可被傳送到沿管道212的渦輪機部156，以用于冷卻和/或密封輪機套管、渦輪機外罩、軸承和其它部件。在此實施例中，SEGR燃氣渦輪機系統52不傳送任何氧化劑68(或其它潛在污染物)通過渦輪機部156以用于冷卻和/或密封目的，并因此，被冷卻排氣的任何泄漏將不污染流過渦輪機部156的渦輪機級并驅動該渦輪機級的熱燃燒產物(例如，工作排氣)。通過進一步示例，在經過熱交換器214之后，被冷卻排氣的一部分可沿管道216(例如，返回導管)被傳送到壓縮機部152的上游壓縮機級，從而提高通過壓縮機部152壓縮的效率。在此實施例中，熱交換器214可被配置為壓縮機部152的級間冷卻單元。以此方式，被冷卻排氣幫助增加SEGR燃氣渦輪機系統52的運行效率，同時幫助保持排氣的純度(例如，基本不含氧化劑和燃料)。

圖4為在圖1至圖3中示出的系統10的操作過程220的實施例的流程圖。在某些實施例中，過程220可為計算機實施的過程，該過程存取存儲在存儲器122上的一個或更多個指令，并執行在圖2中示出的控制器118的處理器120上的指令。例如，在過程220中的每個步驟可包含參照圖2所述的控制系統100的控制器118可執行的指令。

過程220可通過初始化圖1至圖3的SEGR燃氣渦輪機系統52的啟動模式開始，如塊222所指示的。例如，該啟動模式可包括SEGR燃氣渦輪機系統52的逐步傾斜上升，以保持在可接受閾值內的熱梯度、振動和間隙(例如，在旋轉與靜止部件之間)。例如，在啟動模式222期間，過程220可開始向燃燒室部154的燃燒室160和燃料噴嘴164供應壓縮后的氧化劑68，如塊224所指示的。在某些實施例中，壓縮后的氧化劑可包含壓縮空氣、氧、富氧空氣、氧減少空氣、氧氮混合物或它們的任何組合。例如，氧化劑68可被在圖3中示出的氧化劑壓縮系統186壓縮。在啟動模式222期間，過程220也可開始向燃燒室160和燃料噴嘴164供應燃料，如塊226所指示的。在啟動模式222期間，過程220也可開始向燃燒室160和燃料噴嘴164供應(可用)排氣，如塊228所指示的。例如，燃料噴嘴164可產生一種或更多種擴散火焰、預混合火焰或擴散火焰與預混合火焰的組合。在啟動模式222期間，通過燃氣渦輪發動機156生成的排氣60在數量和/或質量上可能是不足或不穩定的。因此，在啟動模式期間，過程220可從一個或更多個存儲單元(例如，儲罐88)、管道86、其它SEGR燃氣渦輪機系統52或其它排氣源供應排氣66。

接著，過程220可在燃燒室160中燃燒壓縮后的氧化劑、燃料和排氣的混合物以產生熱燃燒氣體172，如塊230所指示的通過一個或更多個擴散火焰、預混合火焰或擴散火焰和預混合火焰的組合。具體地，過程220可通過圖2的控制系統100進行控制，以促進在燃燒室部154的燃燒室160中的混合物的化學計量燃燒(例如，化學計量擴散燃燒、預混合燃燒或兩者)。不過，在啟動模式222期間，保持混合物的化學計量燃燒可能是特別困難的(并因此，熱燃燒氣體172中可能存在低水平的氧化劑和未燃燒燃料)。因此，在啟動模式222中，熱燃燒氣體172可能比在穩定狀態模式期間具有更大量的殘留氧化劑68和/或燃料70，如在下面所進一步詳細論述的。為此，過程220可在啟動模式期間，執行一個或更多個控制指令以減少或消除在熱燃燒氣體172中的殘留氧化劑68和/或燃料70。

接著，過程220用熱燃燒氣體172驅動渦輪機部156，如塊232所指示的。例如，熱燃燒氣體172可驅動被設置在渦輪機部156內的一個或更多個渦輪機級174。在渦輪機部156的下游，過程220可處理來自最后渦輪機級174的排氣60，如塊234所指示的。例如，排氣處理234可包含對任何殘留氧化劑68和/或燃料70的過濾、催化反應、利用HRSG 56的化學處理、熱回收等等。過程220也可將排氣60的至少一些再循環回到SEGR燃氣渦輪機系統52的壓縮機部152，如塊236所指示的。例如，排氣再循環236可包括經過具有EG處理系統54的排氣再循環路徑110的通道，如圖1至圖3所示。

再循環排氣66可繼而在壓縮機部152中被壓縮，如塊238所指示的。例如，SEGR燃氣渦輪機系統52可在壓縮機部152的一個或更多個壓縮機級158中相繼壓縮再循環排氣66。壓縮后的排氣170隨后可被供應給燃燒室160和燃料噴嘴164，如塊228所指示的。接著可重復步驟230、232、234、236和238，直到過程220最終轉變到穩態模式，如塊240所指示的。在轉變240之后，過程220可繼續執行步驟224到238，但是也可開始經由EG供應系統78抽取排氣42，如塊242所指示的。例如，排氣42可從沿壓縮機部152、燃燒室部154和渦輪機部156的一個或更多個抽取點76抽取，如圖3所示。過程220可繼而從EG供應系統78向碳氫化合物生產系統12供應被抽取排氣42，如塊244所指示的。碳氫化合物生產系統12接著可將排氣42噴射到地球32中以用于提高原油采收率，如塊246所指示的。例如，被抽取排氣42可被如圖1至圖3所示的EOR系統18的排氣噴射EOR系統112使用。

在SEGR燃氣渦輪機系統52的一些實施例中，用于一個或更多個燃燒室160的燃料與氧化劑的比(FOR)獨立于用于一個或更多個燃燒室160的排氣與氧化劑的比(EGOR)的控制進行控制。圖5示出SEGR燃氣渦輪機系統52的實施例，其中，為清楚起見示出一個燃燒室160，然而，SEGR燃氣渦輪機系統52可包含多個(例如，2、3、4、8、12、16或更多個)燃燒室160。燃燒室160經由氧化劑控制系統262在燃燒室160的蓋端部166處接收氧化劑流260。如下面所論述的，燃料控制系統264控制至燃燒室160的一個或更多個燃料噴嘴164的燃料流266。應明白，氧化劑控制系統262可包含工業控制器，其具有處理器、存儲器和存儲在存儲器中并可由處理器可執行的指令，以經由閥和/或致動器執行控制功能以控制至每個燃燒室160的一個或更多個燃料噴嘴164的氧化劑流260。同樣，燃料控制系統264可包含工業控制器，其具有處理器、存儲器和存儲在存儲器中并可由處理器可執行的指令，以經由如下面所論述的閥和/或致動器執行控制功能以控制至每個燃燒室160的一個或更多個燃料噴嘴164的燃料流266。通過控制氧化劑流260和/或燃料流266，控制器118可控制燃燒室160的FOR。在穩態運行期間，控制器118可控制FOR近似為化學計量燃料與氧化劑的比(FOR_ST)，從而將當量比控制為約1.0、在約0.90至1.10之間或在約0.95至1.05之間。

控制器118可經由控制線路268被聯接到氧化劑控制系統262和燃料控制系統264，以及控制器118可經由信號線路273被聯接到氧化劑感測系統270和/或燃料感測系統272。氧化劑感測系統270可包含工業控制器，其具有處理器、存儲器和存儲在該存儲器中并可由該處理器可執行的指令，以經由一個或更多個傳感器或測量裝置執行感測功能來監測氧化劑流260。同樣，燃料感測系統272可包含工業控制器，其具有處理器、存儲器和存儲在該存儲器中并可由該處理器可執行的指令，以經由一個或更多個傳感器或測量裝置執行感測功能來監測燃料流266。氧化劑感測系統270和燃料感測系統272中的每個可包含一個或更多個傳感器或測量裝置，用于測量相應流的組成、流率、溫度和/或壓力。例如，氧化劑感測系統270的一個或更多個傳感器可包含但不限于基于氧化鋯的、基于電化學的、基于紅外的、基于超聲波的和基于激光的氧傳感器。氧化劑感測系統270和/或燃料感測系統272的流率傳感器或測量裝置可單獨包含一個或更多個任何合適類型的流分析裝置，該流分析裝置包含但不限于熱式質量流量計、科里奧利質量流量計、質量流量控制器、旋轉活塞流量計、齒輪流量計、文丘里流量計、孔板流量計、道爾管流量計、皮托管流量計、多孔壓力探頭流量計、錐式流量計、光流量計、電磁流量計或超聲波流量計。氧化劑感測系統270和/或燃料感測系統272的溫度傳感器或測量裝置可單獨包含一個或更多個任何合適類型的溫度分析裝置，該溫度分析裝置包含但不限于熱電偶、熱敏電阻、電阻式溫度檢測器或它們的任何組合。一個或更多個燃燒產物傳感器274可感測從渦輪機部156傳送到排氣處理系統54的排氣60的組成、流率、溫度和/或壓力。另外或另選地，一個或更多個燃燒產物傳感器274可感測從一個或更多個燃燒室160傳送到渦輪機部156的燃燒氣體172的組成、流率、溫度和/或壓力。一個或更多個燃燒產物傳感器274可包含但不限于λ傳感器。例如，燃燒產物傳感器274可包含但不限于基于氧化鋯的、基于電化學的、基于紅外的、基于超聲波的和基于激光的氧傳感器。

控制器118可至少部分基于來自氧化劑感測系統270、燃料感測系統272、燃燒產物傳感器274或它們的任何組合的傳感器反饋來控制氧化劑流260和燃料流266。在一些實施例中，基于燃料70和氧化劑68的組成、燃料和/或氧化劑的當前流率和用于預期運行負載和/或運行速度的預期FOR，控制器118利用前饋控制。另外或另選地，基于由燃燒產物傳感器274所確定的燃燒氣體172的組成和/或由傳感器278確定的排氣60的再循環流276的組成，控制器118利用反饋控制。例如，本文所述的公開實施例可結合在2012年12月28日提交的題為“GAS TURBINE COMBUSTOR CONTROL SYSTEM(燃氣渦輪機燃燒室控制系統)”的美國申請No.61/747,194中闡述的任何和全部實施例使用，該美國申請的全部內容通過引用并入本文。

氧化劑流260被供應給燃燒室160的蓋端部166，以及燃料流266在蓋端部166處被供應給燃燒室160的一個或更多個燃料噴嘴164。一個或更多個燃料噴嘴164可為預混合燃料噴嘴、擴散燃料噴嘴或它們的任何組合。再循環流276或排氣60可在蓋端部166處被供應給再循環入口277或燃燒室160的燃燒室部分168。再循環流276可包含來自燃燒室部152的壓縮排氣170。在一些實施例中，再循環流276在蓋端部166中與氧化劑流260和燃料流266混合，從而稀釋混合物中的氧化劑濃度。該再循環流276可增加在燃燒室160內的再循環流276內的殘留氧化劑和/或殘留燃料的燃燒。另外或另選地，再循環流276在流套280內在燃燒室160附近流動以冷卻燃燒室內襯282。此外，再循環流276可增加可被抽取的在再循環流276內的二氧化碳的量或比，諸如以用于固碳、制冷系統或其它目標系統。在流套280內的再循環流276可如虛箭頭所示進入燃燒室160，經過稀釋孔以與燃燒室部168內的燃燒產物172混合并冷卻該燃燒產物。在一些實施例中，用再循環流276冷卻燃燒產物172減少NO_X排放。再循環流276可流向蓋端部166以與氧化劑68和燃料70混合，如上所述。

來自燃料流266和氧化劑流260以及再循環流276的一部分的燃燒的燃燒產物172被引導到SEGR燃氣渦輪機52的渦輪機部156，該渦輪機部可經由軸176驅動機器106和/或壓縮機部152。離開渦輪機部156的排氣60流向排氣處理系統54，該排氣處理系統將排氣60再循環到壓縮機部152。如上所述，排氣處理系統54可諸如經由HRSG 56從排氣60抽取熱量。排氣處理系統54將冷卻后的排氣60引導到壓縮機部152以用于壓縮和再循環到一個或更多個燃燒室160。在一些實施例中，控制器118被聯接到一組或更多組入口導向葉片284，以控制從壓縮機部152到一個或更多個燃燒室160的再循環流276的壓力和/或流率。

如本文所論述，供應給一個或更多個燃燒室160的再循環流276包含經由一個或更多個抽取端口287被抽取到抽取歧管286的第一部分288，以及在一個或更多個燃燒室160中與氧化劑68和燃料70混合的第二部分。與氧化劑68和燃料70混合的第二部分作為燃燒氣體172流向渦輪機部156。從抽取歧管286，再循環流276的第一部分288可被劃分為第三部分289和旁通流292。抽取歧管286被聯接到一個或更多個燃燒室160。抽取歧管286可流體聯接到一個或更多個排氣供應系統78，該排氣供應系統78接收再循環流276的第三部分289。如上面關于圖1至圖4所述，一個或更多個排氣供應系統78可在提高原油采收率系統18中利用第三部分289(例如，排氣42)和/或可向管道86、儲罐88或向固碳系統90供應第三部分289。作為第三部分289供應給一個或更多個排氣供應系統78的再循環流276的量可至少部分基于EOR系統18或其它系統84的排氣需求而改變。例如，第三部分289的流率可為固定或可變流率。在一些實施例中，在與氧化劑流260和/或燃料流266混合之前，第一部分288從在燃燒室160附近的流套280抽取。再循環流276可相對于燃燒氣體172流在流套280內上游流動。再循環流276的第一部分280可具有小于約每百萬份體積的10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000份(ppmv)的氧化劑(例如，氧)、未燃燒燃料或碳氫化合物(例如，HC)、氮氧化物(例如，NO_x)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如，SO_x)、氫和其它未完全燃燒產物。例如，第一部分288可具有小于約10、20、30、40、50、75或100ppmv的氧化劑濃度。在一些實施例中，第一部分288可包含燃燒氣體流172的部分。

通過調節供應給燃燒室160的再循環流276和/或通過調節從燃燒室160抽取的再循環流276的第一部分288，控制器118可控制用于燃燒室160的EGOR。通過調節(例如，打開、閉合)入口導向葉片284和/或調節(例如，增加、減少)被再循環到壓縮機部152的來自排氣處理系統54的排氣60的量，控制器118可調節供應給燃燒室160的再循環流276。打開入口導向葉片284可增加在再循環流276內的氧化劑68，從而減小EGOR，以及閉合入口導向葉片284可減少在再循環流276內的氧化劑68，從而增加EGOR。增加來自排氣處理系統54的排氣60的量(例如，經由打開閥)可增加在再循環流276內的排氣60，從而增加EGOR，以及減少來自排氣處理系統54的排氣60的量(例如，經由閉合閥)可減少在再循環流276內的排氣60，從而減小EGOR。在一些實施例中，通過控制從燃燒室160抽取的第一部分288，控制器118可控制EGOR，從而控制與氧化劑流260和/或燃料流266混合的在燃燒室160中的再循環流276的其余部分。通過調節渦輪機旁通閥290，控制器118可調節(例如，增加、減少)從燃燒室160抽取的再循環流276的第一部分288。渦輪機旁通閥290被流體聯接在抽取歧管286和在渦輪機部256下游的排氣流60之間。控制器118控制渦輪機旁通閥290以調節(例如，增加、減少)繞過渦輪機部156并接合排氣流60的第一部分288的旁通流292。在第三部分289的流率基本上被保持的情況下，閉合渦輪機旁通閥290以減少旁通流292可增加在一個或更多個燃燒室160中的EGOR，因為在與氧化劑68混合之前，更少的再循環流276被抽取。同樣，打開渦輪機旁通閥290以增加旁通流292同時保持第三部分289的流率可減小在一個或更多個燃燒室160中的EGOR，因為更多的再循環流276從一個或更多個燃燒室160被抽取。應明白，對第三部分289的流率的調節可具有比用于渦輪機旁通閥290的響應時間(例如，少于5、4、3、2或1秒)更長的響應時間。控制器118可經由抽取歧管286、排氣供應系統78或在抽取歧管286和排氣供應系統78之間的控制閥(例如，球閥、蝶形閥)控制第三部分289的流率。

由控制器118控制的一個或更多個渦輪機旁通閥290可被布置以控制(例如，增加、減少)圍繞渦輪機部156的一個或更多個旁通流292。在一些實施例中，一個抽取歧管286可從一個或更多個燃燒室160的每個燃燒室接收再循環流276的第一部分288，以及對應的渦輪機旁通閥290可被流體聯接到一個抽取歧管286。在另一些實施例中，多個抽取歧管286可從一個或更多個燃燒室160接收再循環流276的第一部分288。例如，第一抽取歧管286可向提高原油采收率系統18供應其第三部分289，以及第二抽取歧管286可向固碳系統90供應其相應第三部分289。多個抽取歧管286中的一個或更多個可被聯接到渦輪機旁通閥290，以及每個渦輪機旁通閥290可控制接合來自渦輪機部156的排氣流60的相應旁通流292。

旁通流292可作為再循環流276與來自渦輪機部156的排氣60的至少一些被再循環。在一些實施例中，旁通流292可與在排氣處理系統54的下游的排氣60合并。旁通流292可處于和排氣60不同的壓力和/或溫度。例如，旁通流292可處于比排氣60更高的壓力，因為渦輪機部256不膨脹旁通流292。旁通流292可處于比排氣60更低的溫度，因為排氣60可包含在燃燒室160內反應的比旁通流292的燃燒產物更近的燃燒產物。因此，旁通流292的再循環可減少由壓縮機部152執行的工作，以將再循環流276引導到一個或更多個燃燒室160。在一些實施例中，渦輪機旁通閥290允許控制器118控制(例如，增加、減少)EGOR，同時利用SEGR燃氣渦輪機系統52內的旁通流292以用于以后的再循環和/或抽取。

控制器118可控制入口導向葉片284和/或渦輪機旁通閥290以將EGOR控制(例如，增加、減少)到預期值并保持在運行余量內的燃燒室穩定性。對入口導向葉片284的調節可能是相對緩慢的(例如，在3秒和5秒之間)，相比對渦輪機旁通閥290的調節，這可能不太適合響應EGOR的快速變化。旁通流292可被控制器118經由渦輪機旁通閥290更快速地調節。實際上，對旁通流292的調節可比對入口導向葉片284的調節更快速地解決EGOR的各種變化。在一些實施例中，旁通流傳感器293可測量通過渦輪機旁通閥290的旁通流292的溫度、壓力、流率和/或組成。

在一些實施例中，控制器118可諸如經由渦輪機旁通閥290一起調節(例如，增加、減少)用于一個或更多個燃燒室160的整體(bulk)EGOR，而控制器118可單獨調節(例如，增加、減少)一個或更多個燃燒室160的FOR(例如，罐對罐調節)。控制器118可至少部分基于由燃燒產物傳感器274測量的燃燒氣體172的組成、氧化劑流260的流率、燃料流266的流率、再循環流276的第一部分288的流率、旁通流292的流率或第三部分289的流率或它們的任何組合來控制(例如，增加、減少)EGOR，如上面所論述。在一些實施例中，抽取流傳感器294可測量從一個或更多個燃燒室160抽取的第一部分288的溫度、壓力、流率和/或組成。

圖6示出用于SEGR燃氣渦輪機系統52的實施例的燃燒室可操作性限制302的曲線圖300。燃燒室可操作性限制302為具有某些燃燒可持續性特性的對應于當量比304和SEGR燃氣渦輪機系統52的燃燒室可操作性值306的曲線。燃燒室可操作性值306可至少部分基于至燃燒室160中的不含燃料的流(例如，排氣66、氧化劑68)的特性。可影響燃燒室可操作性值306的特性可包含但不限于溫度、壓力或氧化劑濃度或它們的任何組合。燃燒室可操作性值與用于一個或更多個燃燒室160中的每個燃燒室的EGOR成比例。繪制在曲線圖300上的操作點308對應于在運行燃燒室160期間的當量比304和燃燒室可操作性306。應明白，低于燃燒室可操作性限制302的操作點308對應于具有再循環流276的燃料流266和氧化劑流260的可持續燃燒。在超出燃燒室可操作性限制302的操作點處的燃燒(如交叉陰影區域310所示)可能具有增加的燃料流266和氧化劑流260的火焰井噴、火焰閃回、自動點火或諧波振動感應或它們的任何組合的可能性和/或發生率。在一些實施例中，在區域310中的操作點308可對應于在燃燒室160中的小于持續燃燒的預期水平的閾值濃度的氧化劑濃度。由于燃氣渦輪機系統的部件配置和幾何形狀、燃氣渦輪機系統的負載、環境狀況等等的差異，燃燒室可操作性限制302和區域310可在燃氣渦輪機系統之間改變。在一些實施例中，燃燒室可操作性限制302被確定以用于每個SEGR燃氣渦輪機系統52和/或用于每個燃燒室160。此外，燃燒室可操作性限制302可至少部分基于通過使用和操作燃氣渦輪機系統所確定的可持續性閾值。即，SEGR燃氣渦輪機系統52的運算子(operator)可至少部分基于不同加權系數，諸如基本負載、排放、燃燒穩定性等等來確定燃燒室可操作性限制302。例如，排放和火焰穩定性取值相對高的第一燃氣渦輪機系統(例如，用于驅動基本恒定的負載和/或用于保持低于預期水平的排放)可具有第一燃燒室可操作性限制302。排放和火焰穩定性取值相對小的第二燃氣渦輪機系統(例如，用于驅動周期性負載)可具有第二燃燒室可操作性限制312。

操作曲線314示出SEGR燃氣渦輪機系統52從啟動點到穩態操作點的多個操作點308的示例。應明白，本文所述的SEGR燃氣渦輪機系統52并不受限于操作曲線314。在一些實施例中，SEGR燃氣渦輪機系統52的每個燃燒室160可具有單獨的操作曲線314，以及每個燃燒室160可具有單獨的燃燒室可操作性限制302。因此，控制器118可調節用于每個燃燒室160的EGOR和/或FOR以在任何時間將操作點308保持在低于相應的燃燒室可操作性限制302。在啟動序列的啟動點316處，當量比304可為貧的(例如，約0.5)，使得實際的氧化劑流大于化學計量氧化劑流。應明白，在啟動序列期間，聯接至燃氣渦輪機系統52的外部驅動器(例如，電動馬達、往復運動發動機)可以低速度(例如，小于20％負載速度)驅動燃氣渦輪機系統52的壓縮機部152和渦輪機部156。在啟動點316處，燃氣渦輪機系統的部件相對于峰值運行溫度可為冷的(例如，約在環境溫度，在約0℃至約45℃之間)。引入到燃燒室160中的燃料和氧化劑在燃燒室160內彼此反應，從而加熱燃氣渦輪機系統的部件并生成排氣66。在第一啟動運行區318期間，在SEGR燃氣渦輪機系統52的運行速度增加時，至燃燒室160的氧化劑流增加，從而減小當量比304。例如，燃燒室部152的增加速度可增加供應給燃燒室160的氧化劑，從而減小當量比。

在第二操作點320處，再循環到燃燒室160的排氣的量會增加。例如，燃氣渦輪機系統的部件會預熱，和/或在燃燒室160內的燃料和氧化劑的燃燒的完整性會增加，從而減少在再循環排氣中的氧化劑濃度。增加的排氣(例如，二氧化碳)和/或減少的氧化劑濃度增加燃燒室的可操作性306。另外或另選地，控制器118可經由閉合渦輪機旁通閥290增加在燃燒室160中的排氣以控制在排氣中的燃燒產物(例如，排放、氧化劑、未燃燒燃料)。在一些實施例中，在第二啟動運行區322中運行時，燃氣渦輪機系統的運行速度可為全運行速度的約40％至60％之間。

在運行曲線314接近燃燒室可操作性限制302(例如，在第三操作點324處)時，控制器118增加FOR和/或減小EGOR以保持燃燒室穩定性。例如，控制器118可打開渦輪機旁通閥290以減小在燃燒室160中的EGOR，從而降低燃燒室可操作性306。另外或另選地，在燃氣渦輪機系統的部件變暖時，控制器118增加至燃燒室160的燃料流。在第三運行區326中，控制器118增加燃氣渦輪機系統的運行速度并增加至燃燒室160的燃料流以準備用于驅動負載或機器106的燃氣渦輪機系統。第四運行區328示出控制器118控制燃氣渦輪機系統上的負載的加載順序，諸如在燃氣渦輪機系統連接到電網時。第五運行區330示出在驅動聯接的機器106時，在以基本穩態的燃燒當量比運行時的SEGR燃氣渦輪機系統52的燃燒室可操作性306和當量比304。應明白，示出用于第五運行區330的當量比304為約1.02的富值，其在約0.90至1.10和在約0.95至1.05之間。在當量比304基本上保持在第五運行區330中時，控制器118可調節排氣再循環和燃燒室可操作性306。如下面所論述的，控制器118可調節(例如，增加、減少)排氣再循環，并從而調節燃燒室可操作性306，以控制在排氣中的殘留燃料、氧化劑和其它排放水平。應明白，在第五運行區330中的操作點可比在第二運行區322或第三運行區326中的操作點具有燃燒室可操作性限制302的更大余量。

如本文所論述的，控制器118可獨立于控制FOR來控制EGOR以將操作點保持在低于燃燒室可操作性限制302。通過經由渦輪機旁通閥290和/或入口導向葉片284調節EGOR值，控制器118可調節燃燒室可操作性306。因為EGOR值與燃燒室可操作性306成比例，因此，通過控制EGOR，控制器118可沿曲線圖300的垂直軸線調節操作點308。通過控制燃料流266和/或氧化劑流260來調節FOR，控制器118可調節當量比304。增加燃料流266和/或減少氧化劑流260致使燃燒室160內的流混合物變得更富，這對應于使操作點308移到右邊。增加氧化劑流260和/或減少燃料流266致使燃燒室160內的流混合物變得更貧，這對應于使操作點308移到左邊。

應明白，對氧化劑流的調節會影響FOR和EGOR。例如，單獨增加氧化劑流260會減小當量比304并降低燃燒室可操作性306。因此，通過單獨地控制燃料流和排氣再循環流，控制器118可獨立地控制FOR和EGOR。如上面所論述，通過控制渦輪機旁通閥290和/或入口導向葉片284，控制器118可控制EGOR和燃燒室可操作性306。而且，控制器118可經由至一個或更多個燃燒室160的燃料控制系統264來控制用于燃燒室160中的一個或更多個的FOR和當量比304。

圖7示出聯接到多個燃料噴嘴164的燃料控制系統264的實施例。在一些實施例中，SEGR燃氣渦輪機系統52可具有一群或更多群(grouping)燃料噴嘴164，其中，每群噴嘴包含一組或更多組燃料噴嘴164。例如，該群燃料噴嘴可為布置在環帶352內和/或以環狀布置的燃燒室罐350，其中，每個燃燒室罐350的燃料噴嘴164供應與氧化劑流260混合并燃燒該氧化劑流的燃料流266。在一些實施例中，再循環流276可單獨地供應給燃燒室罐350。每個燃燒室罐350可具有一個或更多個燃料噴嘴164的第一噴嘴組354和一個或更多個燃料噴嘴164的第二噴嘴組358。每個燃燒室罐350可包含不止兩個噴嘴組。一個或更多個燃料噴嘴164可被布置成同心的一排，使得第一噴嘴組354為接近燃燒室罐350的軸線356布置的一組一個或更多個內燃料噴嘴164，以及第二噴嘴組358為接近燃燒室罐350的周邊360布置的一組一個或更多個外燃料噴嘴164。第一噴嘴組354的替代實施例可包含一個或更多個外燃料噴嘴164或燃料噴嘴164的另一布置，諸如燃料噴嘴164在燃燒室罐350的區段或象限內。即，第一噴嘴組354和第二噴嘴組358可包含但不限于在下面論述的內布置和外布置。

控制器118控制燃料控制系統264，以向一個或更多個燃料噴嘴164中的每個燃料噴嘴供應燃料流。在一些實施例中，控制器118控制聯接至燃料供應364的燃料切斷閥362。應明白，在燃氣渦輪機系統處于操作時，燃料切斷閥362可被打開，以及在燃氣渦輪機系統的關斷期間，該燃料切斷閥362可被閉合。至少部分基于SEGR燃氣渦輪機系統52的速度，速度比控制閥366可向噴嘴歧管(例如，第一噴嘴組歧管378、第二噴嘴組歧管380)以及向一個或更多個燃料噴嘴164提供燃料流的相對總量控制。

在一些實施例中，第一燃料供應368向第一組354燃料噴嘴(例如，內燃料噴嘴)供應第一燃料流，以及第二燃料供應370向第二組358燃料噴嘴(例如，外燃料噴嘴)供應第二燃料流。第二燃料供應370可被聯接到被控制器118控制的相應第二燃料切斷閥372和速度比控制閥374。第一燃料流可具有與第二燃料流不同的加熱值(例如，更高的加熱值)。例如，在啟動序列期間，第一燃料流可作為先導燃料來供應，以及在穩態運行期間，可減少第一燃料流，而可增加具有相對更低加熱值的第二燃料流。

燃燒室罐350中的每個的第一組354燃料噴嘴(例如，內燃料噴嘴)可被聯接到第一噴嘴組歧管378，以及燃燒室罐350中的每個的第二組358燃料噴嘴(例如，外燃料噴嘴)可被聯接到第二噴嘴組歧管380。在一些實施例中，第一組354燃料噴嘴和第二組358燃料噴嘴利用共同的燃料供應(例如，第一燃料供應368)。控制器118可經由分布控制閥381控制在第一噴嘴組歧管378和第二噴嘴組歧管380之間的燃料流的分布(例如，流比)。例如，相比于被引導至第一噴嘴組歧管378的燃料流，控制器118可引導更多的燃料流至第二噴嘴組歧管380，因為第二組358燃料噴嘴(例如，外燃料噴嘴)比第一組354燃料噴嘴(例如，內燃料噴嘴)具有更多的燃料噴嘴164。

第一燃料管路384將每個燃燒室罐350的第一組354燃料噴嘴164聯接到第一噴嘴組歧管378，以及第二燃料管路386將每個燃燒室罐350的第二組358燃料噴嘴164聯接到第二噴嘴組歧管380。例如，第一燃料管路384向第一燃燒室罐388的內(例如，中心)燃料噴嘴164供應燃料，以及第二燃料管路386向第一燃燒室罐388的外(例如，周邊)燃料噴嘴164供應燃料。為清楚說明起見，圖7僅示出供應燃燒室罐390的內燃料噴嘴354的第一燃料管路384，以及僅示出供應燃燒室罐392的第二燃料管路386；然而，燃燒室罐350中的每個燃燒室罐的實施例可包含第一燃料管路384和第二燃料管路386，其被配置成向如圖所示用于第一燃燒室罐388的每個燃料噴嘴164供應燃料。

通過控制(例如，遞增打開或閉合)沿燃料管路布置的微調閥382，控制器118可控制(例如，增加、減少)沿燃料管路(例如，第一燃料管路384和/或第二燃料管路386)的燃料流。即，每個微調閥382可被流體聯接在相應的噴嘴組歧管和該組燃料噴嘴之間。在一些實施例中，微調閥382可沿第一燃料管路384設置以控制(例如，增加、減少)至每個燃燒室罐350的第一組354燃料噴嘴的燃料流。另外或另選地，微調閥382可沿第二燃料管路386設置以控制(例如，增加、減少)至每個燃燒室罐350的第二組358燃料噴嘴的燃料流。因為，相比于第一燃料管路384，第二燃料管路386可向每個燃燒室罐350的更多數量的燃料噴嘴(例如，外燃料噴嘴)供應燃料，因此，沿第二燃料管路386的微調閥382的控制可允許燃燒室罐350的FOR的粗略或整體水平的控制。沿第一燃料管路384的微調閥382的控制(例如，遞增打開或閉合)可允許燃燒室罐350的FOR的精密水平的控制。

控制器118可差別控制微調閥382以向不同燃燒室罐350的噴嘴組供應不同的燃料流。例如，控制器118可增加至第一燃燒室罐388的第一組354和/或第二組358燃料噴嘴164的燃料流，并減少至第二燃燒室罐394的第一組354和/或第二組358燃料噴嘴164的燃料流。控制器118可至少部分基于在SEGR燃氣渦輪機系統52內的相應燃燒室罐350的位置、燃料組成、來自相應燃燒室罐350的燃燒氣體的組成、燃燒室罐350的幾何形狀和或燃料管路或它們的任何組合來差別控制至一組燃料噴嘴的微調閥382。沿第一燃料管路384和/或第二燃料管路386的微調閥382的差別控制允許控制器118控制與每個燃燒室罐350中的氧化劑流混合的燃料流，從而控制用于每個燃燒室罐350的FOR。在一些實施例中，沿燃料管路(例如，第一燃料管路384、第二燃料管路386)的傳感器396可向控制器118提供與通過相應燃料管路的燃料流相關的傳感器反饋。例如，傳感器396可測量沿相應燃料管路的燃料流的壓力、溫度、流率和/或組成。

圖8A示出用于控制FOR的計算機實施方法420，以及圖8B示出用于控制EGOR的計算機實施方法440，其中，FOR控制方法420獨立于EGOR控制方法440。如上所述，氧化劑控制系統262和燃料控制系統264可均具有工業控制器，其具有處理器、存儲器和存儲在該存儲器中并可由該處理器可執行的指令，以控制(例如，增加、減少)至每個燃燒室160的一個或更多個燃料噴嘴164的氧化劑流260和/或燃料流266。經由氧化劑控制系統262和/或燃料控制系統264的控制，控制器118可實現方法420和440。在FOR控制方法420中，控制器118至少部分基于若干輸入，諸如至相應燃燒室160的一個或更多個燃料噴嘴164的燃料流率、燃料組成、至相應燃燒室的一個或更多個燃料噴嘴的氧化劑流率和相應燃燒室160和/或SEGR燃氣渦輪機系統52的預期當量比來確定(塊422)目標燃料流率。控制器118測量(塊424)燃料流率并測量(塊426)燃料組成以確定燃料流的當前流率和組成。在一些實施例中，燃料流率可至少部分基于來自流感測系統272中的一個或更多個流量計、來自燃料控制系統264的傳感器396、來自微調閥382的位置或來自分布控制閥381的位置或它們的任何組合的反饋。控制器118可經由氧化劑感測系統270測量(塊428)氧化劑流以確定氧化劑流率。控制器118接收(塊430)經由操作員界面的預期的當量比或被配置成操作SEGR燃氣渦輪機系統52的一組指令(例如，代碼、軟件)。在一些實施例中，預期當量比可至少部分基于燃氣渦輪機系統的工況。例如，在啟動序列或無負載狀況期間，燃氣渦輪機系統的預期當量比可小于在以穩態狀況運行以驅動負載時的燃氣渦輪機系統的預期當量比。

控制器118至少部分基于相應燃燒室的當前測得的燃料流率、燃料組成、氧化劑流率和預期當量比來確定(塊422)一個或更多個燃燒室的每個燃燒室的目標燃料流率。控制器118將至燃燒室的一個或更多個燃料噴嘴的燃料流調節(塊432)至目標燃料流率以調節FOR，使得該燃燒室的當前當量比約等于該燃燒室的預期當量比(例如，在約0.90至1.10之間，在約0.95至1.05之間)。即，控制器118可調節燃燒室的一個或更多個燃料噴嘴的FOR，使得當前當量比在預期當量比的約1、2、3、4、5、6、7、8、9或10百分比偏差內。控制器118可經由分布控制閥381和/或微調閥382的控制來控制燃料流率至目標燃料流率。在一些實施例中，控制器118至少部分基于多個燃燒室的整體燃料流率、整體燃料組成、整體氧化劑流率和整體預期當量比來確定(塊422)多個燃燒室的目標燃料流率。控制器118將至多個燃燒室的燃料噴嘴的燃料流調節(塊432)至目標燃料流率以調節FOR，使得該多個燃燒室的當前整體當量比約等于該多個燃燒室的整體預期當量比(例如，在約0.90至1.10之間，在約0.95至1.05之間)。即，控制器118可調節多個燃燒室的燃料噴嘴的FOR，使得當前整體當量比在多個燃燒室的整體預期當量比的約1、2、3、4、5、6、7、8、9或10百分比偏差內。

圖8B示出獨立于FOR控制方法420的用于控制EGOR的計算機實施方法440。控制器118至少部分基于若干輸入，諸如至相應燃燒室160的一個或更多個燃料噴嘴164的氧化劑流率、被抽取第一部分288的流率和用于相應燃燒室160和/或SEGR燃氣渦輪機系統52的預期EGOR來確定(塊442)來自抽取歧管的目標旁通流率。控制器118可經由氧化劑感測系統270測量(塊428)氧化劑流以確定氧化劑流率。控制器118確定(塊444)第一部分288的抽取流率。例如，控制器118可至少部分基于旁通流傳感器293、抽取流傳感器294或排氣供應系統78或它們的任何組合來確定抽取流率。控制器118接收(塊446)經由操作員界面的預期的EGOR或被配置成操作SEGR燃氣渦輪機系統52的一組指令(例如，代碼、軟件)。在一些實施例中，預期EGOR至少部分基于當量比，使得操作點(例如，燃燒室可操作性和當量比之間的關系)低于燃燒室可操作性限制，如上面關于圖6所論述的。在確定目標旁通流率后，控制器118經由渦輪機旁通閥290和/或入口導向葉片284的控制，將旁通流率控制為已確定的目標旁通流率，從而允許控制器118調節(塊448)用于一個或更多個燃燒室的EGOR。

預期當量比和預期EGOR可被確定，使得操作點低于燃燒室可操作性限制。預期FOR可至少部分基于當前EGOR，以及預期EGOR可至少部分基于當前FOR。然而，在FOR和EGOR的預期值可至少部分基于彼此時，用于經由調節燃料流率來調節FOR和用于經由調節渦輪機旁通流來調節EGOR的控制裝置通常是彼此獨立的。例如，調節至燃燒室罐的第一噴嘴組和/或第二噴嘴組的噴嘴流以控制FOR并不影響燃燒室罐的EGOR。同樣，調節旁通流以控制用于一個或更多個燃燒室的EGOR并不影響FOR。氧化劑流可至少部分基于燃氣渦輪機系統的加載來控制，以及控制器相應調節FOR和EGOR以將一個或更多個燃燒室的操作點保持在低于燃燒室可操作性限制。

本書面描述使用示例來公開本發明，包含最佳模式，并且也使得本領域技術人員能夠實踐本發明，包含制作和使用任何裝置或系統并執行任何結合的方法。本發明的可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包含本領域技術人員可以想到的其它示例。如果其它示例具有并無不同于本權利要求文字語言的結構要素，或如果它們包括與權利要求文字語言非實質不同的等同結構要素，則這樣的示例旨在權利要求的范圍內。

附加實施例

本實施例提供利用排氣再循環控制燃氣渦輪發動機燃燒和排放的系統和方法。應注意，上述的任何一個特征或其組合可被用于任何合適的組合中。實際上，目前假設這類組合的所有排列。借助于示例，提供以下條款作為本發明的進一步描述：

實施例1.一種系統，其包括：燃料控制系統，該燃料控制系統被配置成控制至一個或更多個燃燒室的燃料流；氧化劑控制系統，該氧化劑控制系統被配置成控制至一個或更多個燃燒室的每個燃燒室的氧化劑流，其中，氧化劑流被配置成在一個或更多個燃燒室內至少部分與燃料流反應以形成排氣流；排氣系統，該排氣系統被配置成將排氣流的再循環流引導至一個或更多個燃燒室的每個燃燒室；以及聯接到燃料控制系統、氧化劑控制系統和排氣系統的控制器，其中，該控制器被配置成獨立地控制燃料與氧化劑的比(FOR)和排氣與氧化劑的比(EGOR)，該FOR包括燃料流除以氧化劑流，以及該EGOR包括再循環流除以氧化劑流。

實施例2.根據實施例1所述的系統，其中，一個或更多個燃燒室的每個燃燒室包括多個燃料噴嘴，且燃料控制系統包括聯接到多個燃料噴嘴的第一組燃料噴嘴的第一燃料微調閥，其中，燃料控制系統被配置成經由第一燃料微調閥調節至第一組燃料噴嘴的第一燃料流來控制FOR。

實施例3.根據實施例2所述的系統，其中，燃料控制系統包括聯接到多個燃料噴嘴的第二組燃料噴嘴的第二燃料微調閥，其中，燃料控制系統被配置成經由第二燃料微調閥調節至第二組燃料噴嘴的第二燃料流來控制FOR。

實施例4.根據實施例3所述的系統，包括聯接至第一燃料微調閥的第一燃料供應，以及聯接至第二燃料微調閥的第二燃料供應。

實施例5.根據實施例2、3或4所述的系統，其中，第一組燃料噴嘴包括一個或更多個內燃料噴嘴，以及第二組燃料噴嘴包括圍繞一個或更多個內燃料噴嘴設置的多個外燃料噴嘴。

實施例6.根據前述實施例中的任一項所述的系統，其中，控制器被配置成至少部分基于在燃氣渦輪發動機內的一個或更多個燃燒室的布置來差別控制至一個或更多個燃燒室的每個燃燒室的FOR。

實施例7.根據前述實施例中的任一項所述的系統，包括：渦輪機，該渦輪機被配置成從一個或更多個燃燒室接收排氣流；以及排氣抽取系統，該排氣抽取系統被配置成從一個或更多個燃燒室抽取再循環流的第一部分，其中，該排氣抽取系統包括渦輪機旁通閥，該渦輪機旁通閥被配置成調節該第一部分的旁通流以繞過該渦輪機并接合再循環流，其中，該渦輪機旁通閥被聯接到控制器，該控制器被配置成至少部分基于渦輪機旁通閥的控制來控制EGOR，以及該再循環流包括旁通流和通過該渦輪機的排氣流的第二部分。

實施例8.根據實施例7所述的系統，其中，排氣抽取系統被配置成將來自一個或更多個燃燒室的再循環流的第三部分引導到排氣供應系統以用于傳送到碳氫化合物生產系統、管道、儲罐或固碳系統或它們的任何組合。

實施例9.根據前述實施例中的任一項所述的系統，其中，再循環流包括小于約每百萬份體積的100份的氧。

實施例10.根據前述實施例中的任一項所述的系統，其中，控制器被配置成至少部分基于在該系統上的負載來控制至一個或更多個燃燒室的氧化劑流。

實施例11.根據前述實施例中的任一項所述的系統，其中，控制器被配置成至少部分基于一個或更多個燃燒室的預期當量比來控制至一個或更多個燃燒室的燃料流。

實施例12.根據前述實施例中的任一項所述的系統，其中，控制器被配置成至少部分基于在FOR、EGOR和對應于該FOR和EGOR的燃燒室可操作性限制之間的關系來控制再循環流。

實施例13.根據前述實施例中的任一項所述的系統，包括具有一個或更多個燃燒室的燃氣渦輪發動機、由來自一個或更多個燃燒室的排氣流驅動的渦輪機和由該渦輪機驅動的排氣壓縮機，其中，該排氣壓縮機被配置成壓縮排氣流并將該排氣流傳送至一個或更多個燃燒室，以及燃氣渦輪發動機為化學計量排氣再循環(SEGR)燃氣渦輪發動機。

實施例14.一種包括燃燒室的系統，其中，該燃燒室包含氧化劑入口，該氧化劑入口被配置成接收氧化劑流；多個燃料噴嘴，其中，多個燃料噴嘴的每個燃料噴嘴被配置成接收燃料流；第一燃料微調閥，其被配置成控制至多個燃料噴嘴的至少一個燃料噴嘴的燃料流，其中，第一燃料微調閥至少部分基于燃料與氧化劑的比(FOR)來控制；被配置成從再循環系統接收再循環流的再循環入口，其中，至少氧化劑流和燃料流被配置成在燃燒室內燃燒并形成排氣流；以及被配置成抽取至抽取歧管的再循環流的第一部分的一個或更多個抽取端口。該系統也包含渦輪機，該渦輪機被配置成接收排氣流和來自燃燒室和該排氣流的再循環流的第二部分以驅動負載，并將排氣流的第二部分引導到再循環系統；以及渦輪機旁通閥，該渦輪機旁通閥被配置成將來自再循環流的第一部分的旁通流抽取到抽取歧管，其中，渦輪機旁通閥被配置成至少部分基于排氣與氧化劑的比(EGOR)將旁通流引導到再循環系統，其中，再循環流包括排氣流的第二部分和旁通流，以及渦輪機旁通閥獨立于第一燃料微調閥進行控制。

實施例15.根據實施例14所述的系統，其中，多個燃料噴嘴包括第一組一個或更多個內燃料噴嘴和圍繞多個燃料噴嘴的一個或更多個內燃料噴嘴設置的第二組一個或更多個外燃料噴嘴，第一燃料微調閥被配置成控制至一個或更多個內燃料噴嘴的燃料流，以及燃燒室包括第二燃料微調閥，第二燃料微調閥被配置成控制至多個燃料噴嘴的第二組一個或更多個外燃料噴嘴的燃料流。

實施例16.根據實施例15所述的系統，其中，第一燃料微調閥被流體聯接至第一燃料供應，以及第二燃料微調閥被流體聯接至不同于第一燃料供應的第二燃料供應。

實施例17.根據實施例14、15或16所述的系統，包括聯接在燃燒室和渦輪機旁通閥之間的抽取歧管，其中，該抽取歧管被配置成將再循環流的第一部分的第三部分引導到碳氫化合物生產系統、管道、儲罐或固碳系統或它們的任何組合。

實施例18.根據實施例14、15、16或17所述的系統，包括再循環系統，其中，該再循環系統包括具有多個入口導向葉片的排氣壓縮機，以及該入口導向葉片至少部分基于EGOR來控制。

實施例19.一種操作排氣再循環(EGR)燃氣渦輪發動機的方法，包括：至少部分基于所需的當量比和在EGR燃氣渦輪發動機上的負載控制至燃燒室的燃料與氧化劑的比(FOR)；在燃燒室中燃燒燃料和氧化劑以形成排氣；將排氣的再循環部分再循環到燃燒室；并至少部分基于對應于FOR的可操作性限制控制排氣與氧化劑的比(EGOR)。

實施例20.根據實施例19所述的方法，其中，控制FOR包括調節至多個燃料噴嘴的一個或更多個燃料噴嘴的燃料流。

實施例21.根據實施例20所述的方法，其中，控制FOR包括，相對于多個燃料噴嘴的多個外燃料噴嘴，差別調節至多個燃料噴嘴的一個或更多個內燃料噴嘴的燃料流，其中，外燃料噴嘴圍繞內燃料噴嘴設置。

實施例22.根據實施例19、20或21所述的方法，包括：從燃燒室抽取排氣的再循環部分的第一部分，其中，控制EGOR包括調節旁通閥以控制繞過EGR燃氣渦輪發動機的渦輪機的第一部分的旁通部分；并將來自燃燒室的排氣的再循環部分的第二部分傳送到EGR燃氣渦輪發動機的渦輪機，其中，再循環部分包括旁通部分和第二部分。

實施例23.根據實施例19、20、21或22所述的方法，包括：通過調節至EGR燃氣渦輪發動機的排氣壓縮機的一個或更多個入口導向葉片，控制EGOR，其中，排氣壓縮機被配置成將排氣的再循環部分引導到燃燒室。

實施例24.根據實施例19、20、21、22或23所述的方法，包括：在EGR燃氣渦輪發動機的啟動序列期間，獨立地控制FOR或EGOR以使其小于可操作性限制。

實施例25.根據實施例19、20、21、22、23或24所述的方法，包括在穩態運行期間，將FOR比控制為在約0.95至1.05之間的對應當量比。