估计具有排气再循环的燃气涡轮的燃烧当量比的系统和方法技术方案

一种系统包括排气再循环(EGR)燃气涡轮系统，该EGR燃气涡轮系统包括被配置为接收并燃烧燃料和氧化剂的燃烧器以及由来自燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮以及由来自燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮。EGR燃气涡轮系统进一步包括流体地耦连到涡轮和燃烧器的排气再循环部，其中该排气再循环部被配置为吸入来自涡轮的排气并且将排气的至少一部分再循环到燃烧器作为稀释剂。该EGR燃气涡轮系统还包括控制系统，该控制系统包括一个或多个处理器，所述处理器被配置为接收表示排气的排气流量成分的第一信号并且接收表示稀释剂的稀释剂流量成分的第二信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】估计具有排气再循环的燃气涡轮的燃烧当量比的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2014年12月31日申请的题为“SYSTEMSANDMETHODSOFESTIMATINGACOMBUSTIONEQUIVALENCERATIOINAGASTURBINEWITHEXHAUSTGASRECIRCULATION”的美国临时专利申请62/098,600的优先权和权益，该申请通过引用整体合并于此以用于各种目的。
本文公开的主题涉及燃气涡轮系统，并且更具体地涉及燃气涡轮驱动的发电设施(powerplants)。
技术介绍
燃气涡轮发动机的应用非常广泛，例如发电、航空器以及各种机械装置。燃气涡轮发动机通常在燃烧器部中燃烧燃料和氧化剂(例如，空气)以生成热燃烧产物，然后该产物驱动涡轮部中的一个或多个涡轮级。进而，涡轮部驱动压缩机部的一个或多个压缩机级，从而将氧化剂连同燃料一起从进气口压缩到燃烧器部中。此外，在燃烧器部内燃料和氧化剂混合，然后燃烧以产生热燃烧产物。根据燃烧的情况，这些燃烧产物可以包括未燃烧的燃料、残留的氧化剂以及各种排放物(例如，氮氧化物)。另外，燃气涡轮发动机一般消耗大量作为氧化剂的空气，并输出相当大量的排气到大气中。换句话说，排气一般作为燃气涡轮运转的副产品被浪费。
技术实现思路
与原始要求保护的专利技术范围相称的某些实施例被总结如下。这些实施例不意图限制要求保护的专利技术的范围，但是这些实施例仅意图提供本专利技术的可能形式的简要概括。实际上，本专利技术可包括可类似于或异于下面阐述的实施例的多种形式。在一个实施例中，提供一种系统。该系统包括排气再循环(EGR)燃气涡轮系统。该EGR燃气涡轮系统包括被配置为接收并燃烧燃料和氧化剂的燃烧器以及由来自燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮以及由来自燃烧器的燃烧产物驱动的涡轮。该EGR燃气涡轮系统进一步包括流体耦连到涡轮和燃烧器的排气再循环部，其中该排气再循环部被配置为吸入来自涡轮的排气并且将排气的至少一部分再循环到燃烧器作为稀释剂。该EGR燃气涡轮系统还包括控制系统，该控制系统包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为接收表示排气的排气流量成分的第一信号并且接收表示稀释剂的稀释剂流量成分的第二信号。所述一个或多个处理器进一步被配置为至少部分基于第一信号和第二信号导出燃烧当量比ΦCOMB并且至少部分基于该燃烧当量比ΦCOMB控制EGR燃气涡轮系统。在另一个实施例中，一种方法包括在排气再循环(EGR)燃气涡轮系统的燃烧器中燃烧燃料和氧化剂，该EGR燃气涡轮系统产生电功率并且将电功率的一部分提供给电网，以及通过由燃烧器提供的燃烧流体驱动燃气涡轮，其中该燃气涡轮产生转动功率和排气。该方法进一步包括将排气再循环到燃烧器中作为稀释剂以及感测排气的排气流量成分。该方法还包括感测稀释剂的稀释剂流量成分以及至少部分基于所感测的排气流量成分和所感测的稀释剂流量成分导出燃烧当量比ΦCOMB。该方法还包括至少部分基于燃烧当量比ΦCOMB通过一个或多个处理器控制EGR燃气涡轮系统的一个或多个参数。在另一个实施例中，一种非暂态计算机可读介质存储可由一个或多个处理器执行的指令。所述指令包括当被一个或多个处理器执行时促使一个或多个处理器在排气再循环(EGR)燃气涡轮系统的燃烧器中燃烧燃料和氧化剂的指令，其中该EGR燃气涡轮系统产生电功率并且将电功率的一部分提供给电网，以及当被一个或多个处理器执行时促使一个或多个处理器通过由燃烧器提供的燃烧流体驱动燃气涡轮的指令，其中该燃气涡轮产生转动功率和排气。所述指令还包括当被一个或多个处理器执行时促使一个或多个处理器将排气再循环到燃烧器中作为稀释剂的指令，以及当被一个或多个处理器执行时促使一个或多个处理器感测排气的排气流量成分的指令。所述指令还包括当被一个或多个处理器执行时促使一个或多个处理器感测稀释剂的稀释剂流量成分的指令，以及当被一个或多个处理器执行时促使一个或多个处理器至少部分基于所感测的排气流量成分和所感测的稀释剂流量成分导出燃烧当量比ΦCOMB的指令。所述指令还包括当被一个或多个处理器执行时促使一个或多个处理器至少部分基于燃烧当量比ΦCOMB控制EGR燃气涡轮系统的一个或多个参数的指令。附图说明当参照附图阅读下列具体实施方式时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更加容易理解，其中在整个附图中相同的符号表示相同的部件，其中：图1是具有耦连到烃类生产系统的基于涡轮的服务系统的系统的实施例的示意图；图2是图1的系统的实施例的示意图，其进一步示出控制系统和组合循环系统；图3是图1和图2的系统的实施例的示意图，其进一步示出燃气涡轮发动机、排气供给系统和排气处理系统的细节；图4是用于运转图1-3的系统的过程的实施例的流程图；图5是根据本方法的实施例示出燃气涡轮系统(诸如，在基于模型的控制(MBS)下的超低排放技术(ULET)发电设施)的实施例的一些部分的概括图；以及图6是适用于更精确地控制图5所示的ULET发电设施的化学计量燃烧的过程的流程图。具体实施方式本专利技术的一个或多个具体实施例将在下面描述。为了努力提供这些实施例的简要描述，实际实施方式的所有特征可能没有在本说明书中描述。应认识到，在任何此类实际实施方式的开发中(例如在工程或设计项目中)，需要做出众多与实施方式相关的决定以实现具体目标，例如符合在不同实施方式中可能不同的系统相关约束和/或商业相关约束。而且，应认识到，这种努力可能是复杂和费时的，但是对受益于本公开的本领域普通技术人员来说承担设计、装配和制造仍然是例行工作。本文公开了详细的示例性实施例。但是，本文公开的具体结构和功能细节仅仅代表描述示例性实施例的目的。然而，本专利技术的实施例可以体现为许多可替代的形式，并且不应被视为仅限于本文阐述的实施例。因此，虽然示例性实施例能够具有各种修改和替换形式，但其实施例通过附图中的示例的方式示出并将在本文详细描述。然而，应当理解的是，本专利技术并不意图将示例性实施例局限于所公开的特定形式，而是相反，示例性实施例旨在覆盖落入本专利技术的范围内的所有修改、等价物和替代实施例。本文所使用的术语仅用于描述某些实施例，并不是意图限制示例性实施例。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”也意图包括复数形式，除非上下文中明确指出不同含意。当用于本文时，术语“包括”和/或“包含”指定存在所陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。虽然术语第一、第二、主要、辅助等可以在本文中被用于描述各个元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如但不限于，第一元件可以被称为第二元件，以及同样，第二元件可以被称为第一元件，而不背离示例性实施例的范围。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个关联列出项目中的任意一个、全部及其组合。本文可以使用某些术语，这仅为了方便读者而不被视为对本专利技术的范围的限制。例如，诸如“上面”、“下面”、“左侧”、“右侧”、“前面”、“后面”、“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”、“上游”、“下游”、“前部”、“后部”等词组仅描述在附图中示出的配置。事实上，本专利技术的实施例的一个或多个元件可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其包括：排气再循环燃气涡轮系统即EGR燃气涡轮系统，其包括：燃烧器，其被配置为接收并燃烧燃料和氧化剂；涡轮，其由来自所述燃烧器的燃烧产物驱动；排气再循环部，其流体耦连到所述涡轮和所述燃烧器，其中所述排气再循环部被配置为吸入来自所述涡轮的排气并且将所述排气的至少一部分再循环到所述燃烧器作为稀释剂；以及控制系统，其包含一个或多个处理器，所述处理器被配置为：接收表示所述排气的排气流量成分的第一信号；接收表示所述稀释剂的稀释剂流量成分的第二信号；至少部分基于所述第一信号和所述第二信号导出燃烧当量比ΦCOMB；以及至少部分基于所述燃烧当量比ΦCOMB控制所述EGR燃气涡轮系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.31 US 62/098,600;2015.12.29 US 14/982,7331.一种系统，其包括：排气再循环燃气涡轮系统即EGR燃气涡轮系统，其包括：燃烧器，其被配置为接收并燃烧燃料和氧化剂；涡轮，其由来自所述燃烧器的燃烧产物驱动；排气再循环部，其流体耦连到所述涡轮和所述燃烧器，其中所述排气再循环部被配置为吸入来自所述涡轮的排气并且将所述排气的至少一部分再循环到所述燃烧器作为稀释剂；以及控制系统，其包含一个或多个处理器，所述处理器被配置为：接收表示所述排气的排气流量成分的第一信号；接收表示所述稀释剂的稀释剂流量成分的第二信号；至少部分基于所述第一信号和所述第二信号导出燃烧当量比ΦCOMB；以及至少部分基于所述燃烧当量比ΦCOMB控制所述EGR燃气涡轮系统。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个处理器被配置为至少部分基于所述燃烧当量比ΦCOMB控制所述EGR燃气涡轮系统，以将燃烧化学计量维持在大约0.95至1.05之间。3.根据权利要求1所述的系统，其包括第一拉姆达传感器，所述第一拉姆达传感器通信地耦连到所述控制系统并且被配置为传输所述第一信号，其中所述第一拉姆达传感器定位于所述排气再循环部的排气接收部分上。4.根据权利要求1所述的系统，其包括第二拉姆达传感器，所述第二拉姆达传感器通信地耦连到所述控制系统并且被配置为传输所述第二信号，其中所述第二拉姆达传感器设置在所述涡轮的入口上或入口附近。5.根据权利要求4所述的系统，其包括第三拉姆达传感器，所述第三拉姆达传感器通信地耦连到所述控制系统并且被配置为将第三信号传输到所述一个或多个处理器，其中所述第三拉姆达传感器被定位以测量从压缩机抽取的压缩流体的中间级抽取成分，并且其中所述一个或多个处理器被配置为至少部分基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号导出所述燃烧当量比ΦCOMB。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述排气再循环部被配置为向所述燃烧器添加第二稀释剂，并且其中所述第二稀释剂包括水、蒸汽、氮气或惰性气体。7.根据权利要求6所述的系统，其包括拉姆达传感器，所述拉姆达传感器通信地耦连到所述一个或多个处理器并且被配置为传输所述第二信号，其中所述拉姆达传感器被配置为测量所述第二稀释剂的第二稀释剂成分。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述排气再循环部包括排气处理系统即EG处理系统，所述EG处理系统被配置为处理所述排气以提供所述稀释剂。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述EG处理系统包括循环鼓风机和热回收蒸汽发生器系统。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个处理器被配置为通过调制以下各项中的一个或多个来控制所述EGR燃气涡轮系统：入口导流叶片位置、可变定子叶片位置、转速、涡轮入口节流阀位置、排气排放节流阀位置、燃料阀位置或其组合。11.根据权利要求1所述的系统，其包括超低排放技术发电设施即ULET发电设施，并且其中所述EGR燃气涡轮系统是所述ULET发电设施的一部分。12.一种方法，其包括：在排气再循环燃气涡轮系统即EGR燃气涡轮系统的燃烧器中燃烧燃料和氧化剂，所述EGR燃气涡轮系统产生电功率并且将所述电功率的一部分提供给电网；通过由所述燃烧器提供的燃烧流体驱动燃气涡轮，其中所述燃气涡轮产生转动功率和排气；将所述排气再循环到所述燃烧器中作为稀释剂；感测所述排气的排气流量成分；感测所述稀释剂的稀释剂流量成分；至少部分基于所感测的排气流量成分和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·L·沃雷尔，J·C·撒切尔，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US