[发明专利]与具有排气再循环的燃气涡轮发动机相关的系统和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请与随此同时提交的2012年4月12日提交的美国申请号13/444956、2012年4月12日提交的美国申请号13/444927、2012年4月12日提交的美国申请号13/444906、2012年4月12日提交的美国申请号13/444918、2012年4月12日提交的美国申请号13/444929、2012年4月12日提交的美国申请号13/444948、2012年4月12日提交的美国申请号13/444986和2012年4月12日提交的美国申请号13/445008相关，这些申请通过引用全文并入本申请并构成本申请的一部分。

技术领域

本申请大体上涉及燃气涡轮发动机和与其有关的系统。更具体而言，但不以限制的方式，本申请涉及用于实现在化学计量点的操作并在具有排气再循环的各类燃气涡轮系统内提取具有期望特性的工作流体的方法、系统和/或设备。

背景技术

氧化剂-燃料比是内燃发动机中存在的氧化剂(通常为空气)与燃料的质量比。如本领域普通技术人员将理解的，如果提供仅足够的氧化剂以完全燃烧所有燃料，则实现1的化学计量比(其在文中可称为“在化学计量点操作”或“化学计量点操作”)。在燃气涡轮系统中，将理解，由于若干原因而可能希望在化学计量点燃烧，包括降低排放水平以及性能调整原因。此外，根据定义，化学计量点操作可用于提供基本无氧气和未消耗燃料的排气(在包括排气再循环的系统的情形中，其可大体称为“工作流体”)。更具体而言，当在化学计量点操作时，流经再循环回路或环路的某些区段的工作流体可由显著高水平的二氧化碳和氮气组成，其在被供给到空气分离单元中时可产生这些气体的基本纯净流。

如本领域普通技术人员将理解的，以此方式产生二氧化碳和氮气的气流具有经济价值。例如，二氧化碳的隔离由于与该气体的排放相关的当前环境担忧而具有潜在价值。此外，二氧化碳和氮气的纯净气流在许多工业应用中有用。此外，可将二氧化碳喷射到地下以用于增强油回收。因此，提供可凭其实现化学计量点操作的高效方法的新颖功率设备系统构型和/或控制方法将是有用和有价值的。如果新颖的系统和方法提供了有效途径，通过该有效途径使用再热和排气再循环的现有功率设施可经由相对较小、成本经济的改造而实现改善的操作，则这将是尤其真实的。给定在下文提供的对若干示例性实施例的描述，本发明的系统和方法的其它优点对本领域普通技术人员而言将变得显而易见。

发明内容

本申请因此描述了一种控制包括工作流体和再循环环路的功率设施的方法，其中该功率设施包括可操作地连接到涡轮上的燃烧器，该方法包括以下步骤：使工作流体的至少一部分再循环通过再循环环路；控制功率设施使得燃烧器至少以优选的化学计量比定期操作；以及在燃烧器以优选的化学计量比操作的时间期间从位于再循环环路上的第一提取点和第二提取点中的至少一个提取工作流体。

本申请还描述了一种构造成包括工作流体绕其再循环的再循环环路的功率设施，该再循环环路包括构造成从相邻的上游构件接收工作流体的输出流并向相邻的下游构件提供工作流体的输入流的多个构件，其中该再循环环路包括：再循环压缩机；位于再循环压缩机的下游的燃烧器；位于燃烧器的下游的涡轮；以及构造成将来自涡轮的工作流体的输出流引导至再循环压缩机的再循环管道。该功率设施可包括：用于从再循环环路上的第一提取点提取工作流体的第一提取装置；用于从再循环环路上的第二提取点提取工作流体的第二提取装置；用于控制功率设施使得燃烧室至少以优选的化学计量比定期操作的装置；以及用于在燃烧器以优选的化学计量比操作的时间期间从第一提取装置和第二提取装置中的至少一个提取工作流体的装置。

在一方面，选择性地仅从所述第一提取点、仅从所述第二提取点或从所述第一和第二提取点两者提取所述工作流体包括以下步骤：当在所述第一提取点处的工作流体的特性在相对于用于所述特性的优选值的预定范围内时，仅从所述第一提取点进行提取；当所述第二提取点处的工作流体的特性落入相对于用于所述特性的优选值的预定范围内时，仅从所述第二提取点进行提取；当用于所述特性的优选值在介于所述第一提取点处的工作流体的特性与所述第二提取点处的工作流体的特性之间的预定范围内时，从所述第一和第二提取点两者进行提取。