[发明专利]用于控制化学计量EGR系统的抽取压力和温度的方法和系统

说明书

本申请涉及与其对应美国专利申请同时于2012年4月12日提交的、通过引用完全被合并于本文中并且成为其一部分的如下美国专利申请。这些美国专利申请的申请号分别为13/444956；13/444927；13/444918；13/444929；13/444948；13/444986；以及13/445008。

技术领域

本申请总体上涉及一种联合循环电厂；并且更特别地涉及一种用于操作包含有化学计量废气再循环（stoichiometric exhaust gas recirculation,S-EGR）的涡轮机械的系统和方法。

背景技术

在空气摄入涡轮机械中，压缩空气和燃料混合并且燃烧以产生被引导到涡轮机部段的高能流体（在下文中被称为“工作流体”）。工作流体与涡轮机叶片相互作用以生成传递到负载的机械能。特别地，涡轮机叶片旋转联接到负载（例如发电机）的轴。轴旋转在电联接到外部电路的线圈中感生电流。在涡轮机械是联合循环电厂的一部分的情况下，离开涡轮机部段的高能流体被引导到热回收蒸汽发生器（HRSG），在所述热回收蒸汽发生器处来自工作流体的热被传递到水以用于蒸汽生成。

燃烧过程产生不期望的排放物和/或污染物，例如一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）。由于环境和/或法规的原因减小这些污染物是必要的。废气再循环（exhaust gas recirculation,EGR）过程有助于减小这些污染物。

S-EGR是EGR的一种形式，其中燃烧过程消耗所供应的氧化剂。氧化剂例如可以包括空气或氧源。在S-EGR系统中，仅仅足够的氧化剂在摩尔的基础上被供应到燃烧系统以获得完全燃烧。S-EGR过程可以被配置成产生废气流，所述废气流包括较高浓度的理想气体并且是大致无氧的。该理想气体包括但不限于：二氧化碳（CO2）、氮（N2）或氩。重要地，期望有S-EGR系统和方法，其可以生成具有较高浓度的理想气体的废气流，然后所述废气流可以在第三方过程中被供应和使用。

发明内容

下面总结了在范围上与原始要求保护的发明一致的某些实施例。这些实施例不旨在限制所要求保护的发明的范围，而是这些实施例旨在仅仅提供本发明的可能形式的概述。实际上，本发明可以包含可以类似于或不同于下面所述的实施例的各种形式。

根据本发明的第一实施例，一种系统包括：氧化剂压缩器，氧化剂压缩器包括入口和出口；压缩器，压缩器包括压缩器入口和压缩器出口；其中压缩器独立于氧化剂压缩器操作；至少一个燃烧系统，至少一个燃烧系统可操作地生成工作流体并且包括头端和排出端，其中头端流体地连接到：空气流管道，压缩器出口，并且其中至少一个燃烧系统连接到第一燃料供应；初级涡轮机部段，初级涡轮机部段可操作地连接到压缩器，其中涡轮机部段包括接收来自至少一个燃烧系统的工作流体的入口、和排出工作流体的出口；废气再循环（EGR）系统，废气再循环系统流体地连接在废气部段的排出部和压缩器入口之间，其中压缩器入口摄入离开废气部段的工作流体；其中EGR系统包括用于调节工作流体的物理性质的控制装置；以及抽取部，抽取部去除工作流体的一部分；其中控制装置和压缩器以确定流动通过抽取部的工作流体的压力的方式联合地操作。

根据本发明的第二实施例，一种方法包括：操作氧化剂压缩器以压缩摄入氧化剂；操作压缩器以压缩工作流体，其中氧化剂压缩器的操作独立于压缩器的操作；将源自氧化剂压缩器的经压缩的氧化剂和源自压缩器的经压缩的工作流体传到初级燃烧系统；将燃料输送到初级燃烧系统，初级燃烧系统可操作地燃烧燃料、经压缩的氧化剂和经压缩的工作流体的混合物；产生工作流体；将来自初级燃烧系统的工作流体传到初级涡轮机部段；操作EGR系统以使离开废气部段的工作流体再循环，从而流动到压缩器的入口中；其中EGR系统包括用于调节工作流体的物理性质的控制装置；提取工作流体的一部分；其中工作流体是几乎无氧的，并且初级燃烧系统以大致化学计量方式操作；以及以确定流动通过抽取部的工作流体的压力的方式操作控制装置和压缩器；其中该方法产生大致无氧的理想气体流。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时本发明的这些和其它特征、方面和优点可以变得更好理解，其中在附图中相似的附图标记始终表示相似的元件/部件：

图1是在闭合循环模式下操作的标准燃气涡轮机的简化示意图，示出本发明的第一实施例；

图2是在闭合循环模式下操作的再热式燃气涡轮机的简化示意图，示出本发明的第二实施例；