CN107548433B - 用于具有排气再循环的燃气涡轮发动机中高体积氧化剂流的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了具有燃气涡轮发动机(150)的系统。燃气涡轮发动机包括涡轮和耦接到涡轮的燃烧器(160)。燃烧器包括燃烧室(168)、在燃烧室上游的一个或多个燃料喷嘴(164)以及具有端盖总成(155)的顶盖端。端盖总成包括配置为接收氧化剂流(300)的氧化剂入口、中心氧化剂通道(157)以及至少一个燃料供应通道。中心氧化剂通道与氧化剂入口流体连通，并且中心氧化剂通道被配置为将氧化剂流输送到一个或多个燃料喷嘴。至少一个燃料供应通道被配置为接收燃料流(70)并且将燃料流输送到一个或多个燃料喷嘴内。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年2月04日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR HIGHVOLUMETRIC OXIDANT FLOW IN GAS TURBINE ENGINE WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION”的美国临时专利申请62/112,129的优先权和权益，上述申请通过引用整体合并于此以用于各种目的。
技术领域
本文公开的主题涉及燃气涡轮，并且更具体地涉及带有排气再循环的燃气涡轮。
背景技术
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)以生成热燃烧气体，然后该气体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气体。氧化剂(例如，空气)可以被用于冷却燃烧器部的组件。遗憾地是，用于冷却的氧化剂(例如，空气)的使用可能使燃烧区域中的和/或燃烧气体中的氧化剂浓度控制复杂化。
发明内容
与原始要求保护的发明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发明的范围，但是这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包括可类似于或异于下面阐述的实施例的多种形式。
在第一实施例中，提供了具有燃气涡轮发动机的系统。燃气涡轮发动机包括涡轮和耦接到涡轮的燃烧器。燃烧器包括燃烧室、在燃烧室上游的一个或多个燃料喷嘴和具有端盖总成的顶盖端。端盖总成包括配置为接收氧化剂流的氧化剂入口、中心氧化剂通道和至少一个燃料供应通道。中心氧化剂通道与氧化剂入口流体连通，并且中心氧化剂通道被配置为将氧化剂流输送至一个或多个燃料喷嘴。至少一个燃料供应通道被配置为接收燃料流并且将燃料流输送到一个或多个燃料喷嘴内。
在第二实施例中，提供了包括端盖总成的系统。该端盖总成被配置为安装于涡轮燃烧器的顶盖端。端盖总成包括氧化剂入口、中心氧化剂通道以及至少一个燃料供应通道。氧化剂入口被配置为接收氧化剂流。中心氧化剂通道与氧化剂入口流体连通，并且被配置为将氧化剂流输送至一个或多个燃料喷嘴。至少一个燃料供应通道被配置为接收燃料流，其中至少一个燃料供应通道被配置为将燃料流输送到一个或多个燃料喷嘴内。
在第三实施例中，提供了一种方法。该方法包括将氧化剂流接收到燃气涡轮发动机的涡轮燃烧器的端盖总成的氧化剂入口内。该方法还包括将氧化剂流从氧化剂入口输送通过端盖总成中的中心氧化剂通道并且将氧化剂流从中心氧化剂通道分配到多个燃料喷嘴内。
附图说明
当参照附图阅读下列具体实施方式时，本发明的这些和其他特征、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是图3的燃气涡轮发动机的燃烧器部的实施例的示意图，其示出了具有中心氧化剂通道、挡板总成、扩展壳体系统和燃料供应系统的端盖总成；
图6是图5的端盖总成的实施例的示意图，其示出了压缩的氧化剂通过中心氧化剂通道被提供给图3的燃气涡轮发动机；
图7是图6的中心氧化剂通道的实施例的示意图，其中中心氧化剂通道包括配置为将氧化剂输送至挡板总成的流动调节器；
图8是图6的中心氧化剂通道的实施例的示意图，其被配置为将氧化剂输送至挡板总成；
图9是图6的扩展壳体系统的实施例的示意图，其中该扩展壳体系统包括凸缘、外膨胀壁、内膨胀壁和弹性空间；以及
图10是图5的端盖总成的实施例的横截面视图，其示出了具有多个燃料供应通道的燃料供应系统。
具体实施方式
本发明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，本发明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，本发明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发明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发明的范围的限制。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，本发明的实施例的一个或多个元件可以被取向在任何方向中，并且因此，所述术语应当被理解为包含这类变化，除非指出不同情况。
如下面所详细讨论的，所公开的实施例总体涉及带有排气再循环(EGR)的燃气涡轮系统，并且尤其是涉及使用EGR的燃气涡轮系统的化学计量运转。例如，燃气涡轮系统可以被配置为沿着排气再循环路径再循环排气，使燃料和氧化剂与至少一些再循环排气一起以化学计量燃烧，以及收集排气用于各个目标系统中。排气的再循环与化学计量燃烧一起可以帮助增加排气中的二氧化碳(CO2)的浓度水平，该排气然后可以被后处理以分离和净化CO2和氮气(N2)以用于各个目标系统中。燃气涡轮系统还可以采用沿着排气再循环路径的各种排气处理(例如热回收、催化剂反应等)，从而增加CO2的浓度水平，减少其他排放物(例如一氧化碳、氮氧化物以及未燃烧烃类)的浓度水平，并增加能量回收(例如用热回收单元)。另外，燃气涡轮发动机可以被配置为使用扩散火焰(例如，使用扩散燃料喷嘴)、预混火焰(例如，使用预混燃料喷嘴)或其任意组合中的一个或多个来燃烧燃料和氧化剂。在某些实施例中，扩散火焰可以帮助将稳定性和运转维持在化学计量燃烧的某些限制内，其进而帮助增加CO2的生成。例如，当与使用预混火焰运转的燃气涡轮系统相比，使用扩散火焰运转的燃气涡轮系统可以实现更大量的EGR。进而，增加的EGR的量帮助增加CO2的生成。可能的目标系统包括管线、存储罐、碳封存系统和烃类生产系统，诸如强化油回收(EOR)系统。
公开的实施例总体涉及耦接到燃气涡轮发动机的顶盖端的端盖总成。特别地，端盖总成可以被配置为将氧化剂和燃料输送通过燃气涡轮发动机的顶盖端部分并且输送到一个或多个燃料喷嘴内。在某些实施例中，氧化剂可以是包含压缩空气、氧气、富氧空气、减氧空气、氧气-氮气混合物或其任何组合的压缩氧化剂。一个或多个燃料喷嘴被容纳在燃气涡轮发动机的顶盖端部分内并且可以被配置为接收氧化剂、燃料、在一些情况下接收排气，并且可以将排气、氧化剂和/或燃料的注流或混合物注入到燃烧器的燃烧部(例如，燃烧室)内。一个或多个燃料喷嘴可以包括预混燃料喷嘴(例如，其被配置为预混氧化剂和燃料以便生成氧化剂/燃料预混火焰)和/或扩散燃料喷嘴(例如，其被配置为注入氧化剂和燃料的独立流以便生成氧化剂/燃料扩散火焰)。
在某些实施例中，端盖总成包括中心氧化剂通道、挡板总成、扩展壳体系统和燃料供应系统。特别地，端盖总成可以被配置为轴向地接收和输送一定范围的体积流量(例如，氧化剂的高体积流量和/或氧化剂的低体积流量)通过燃烧器的顶盖端部分。例如，在某些实施例中，端盖总成的中心氧化剂通道可以被配置为接收由燃烧器利用的氧化剂供应以在燃烧器的操作期间支持燃烧过程。特别地，由燃烧过程利用的氧化剂供应可以被轴向地输送通过端盖总成的中心氧化剂通道。在该实施例中，端盖总成的的中心氧化剂通道可以被配置为在燃烧器的顶盖端部分的单个位置处(例如，在中心氧化剂通道处)接收氧化剂的高体积质量流量，例如在燃烧器的操作期间足以支持燃烧过程的氧化剂体积流量。在某些实施例中，端盖总成的中心氧化剂通道可以被配置为接收通过顶盖端部分的氧化剂的低体积流量，诸如被用以运转燃烧器的燃烧过程的氧化剂供应的任何部分。
应当注意在某些实施例中，中心氧化剂通道被配置为在高温下接收和输送氧化剂供应的一定范围的体积流量。例如，中心氧化剂通道可以被配置为在单一位置处在不引起主要热应力的高温下接收氧化剂的高体积质量流量。在某些实施例中，中心氧化剂通道可以包括隔热罩和/或流动调节器以允许中心氧化剂通道在较高温度下接收和输送氧化剂的高体积质量流量。以此方式，中心氧化剂通道可以提供在燃烧器的操作期间足以维持燃烧过程的氧化剂的高体积流量并且也保护端盖总成的各种组件免于伴随高温流体的高体积流量出现的热应变和/或热变形。事实上，在某些实施例中，中心氧化剂通道的隔热罩和/或流动调节器可以被配置为将中心氧化剂通道与端盖总成的各种组件充分热隔绝，从而允许中心氧化剂通道接收和输送一定范围的体积流量。因此，公开的实施例总体公开了一种端盖总成，其被配置为在燃烧器的顶盖端部分内的单一中心位置(例如，中心氧化剂通道)处接收氧化剂供应，而不是通过遍及燃烧器的顶盖端部分的各个位置来接收。另外，该端盖总成可以被配置为在高温下单一中心位置(例如中心氧化剂通道)处接收一定范围的氧化剂体积流量。
在某些实施例中，在端盖总成处的中心氧化剂通道处接收的氧化剂供应可以被输送到端盖总成的挡板总成。特别地，挡板总成可以包括多个氧化剂孔口，所述氧化剂孔口被配置为输送和引导氧化剂供应通过端盖总成并进入一个或多个燃料喷嘴的每个中。另外，在某些实施例中，端盖总成包括燃料供应系统。燃料供应系统包括外燃料喷嘴供应入口、中心燃料喷嘴供应入口、一个或多个燃料供应通道和多个燃料喷嘴。特别地，燃料供应系统可以配置为输送燃料通过燃烧器的顶盖端部分并输送至多个喷嘴的每个。具体地，燃料供应系统可以配置为输送燃料通过端盖总成(诸如从外燃料供应入口和中心燃料供应入口)、通过燃料供应通道的每个并且到多个燃料喷嘴的每个内。
在某些实施例中，端盖总成包括扩展壳体系统(例如，外壳)，该扩展壳体系统被配置为限定容纳中心氧化剂通道、挡板总成和燃料供应系统的空间的体积。特别地，扩展壳体系统包括凸缘(例如，环状凸缘)、外膨胀壁(例如，环状壁)、内膨胀壁(例如，环状壁)和弹性空间。在某些实施例中，凸缘可以配置为将端盖总成耦接并固定至燃气涡轮发动机的压缩机部的一部分。另外，在某些实施例中，端盖总成的外膨胀壁可以被布置为增加端盖总成内的空间体积以容纳端盖总成的组件。特别地，在某些实施例中，在燃烧器的操作期间，端盖总成的外膨胀壁和内膨胀壁可以被配置以便为端盖总成的组件提供弹性(例如，热膨胀和热收缩)。具体地，在燃烧器的操作期间，端盖总成可以被配置为接收具有变化温度和压力的流体(例如，彼此接近的热流体和冷流体)，同时提供适应由温度梯度引起的热膨胀和热收缩的弹性。例如，端盖可以将处于高温的氧化剂(例如，由压缩引起)供应至中心氧化剂通道，同时端盖可以进给处于低温(例如，环境温度)的燃料。因此，公开的实施例提供了一种壳体系统，其被配置为响应于端盖总成的组件之间的热应变和/或温度梯度而屈伸或膨胀。另外，公开的实施例总体上提供了内部隔热罩或热隔离凹槽，其被配置为充分地热隔绝或隔离端盖总成的某些组件。
图1是具有与基于涡轮的服务系统14关联的烃类生产系统12的系统10的实施例的示意图。如下面进一步详细讨论的，基于涡轮的服务系统14的各种实施例被配置为向烃类生产系统12提供各种服务，例如电功率、机械功和流体(例如排气)以促进油和/或气的生产或回收。在图示的实施例中，烃类生产系统12包括油/气抽取系统16和强化油回收(EOR)系统18，二者耦连到地下储层20(例如油、气或烃类储层)。油/气抽取系统16包括各种地面设备22，例如耦连到油/气井26的圣诞树或生产树24。此外，井26可以包括通过地球32中的钻孔30延伸到地下储层20的一个或多个管件28。树24包括一个或多个阀门、扼流圈、隔离套筒、封井器/防喷器以及各种流量控制装置，其调节压力并且控制到地下储层20和来自地下储层20的流量。虽然树24通常被用于控制从地下储层20流出的生产流体(例如油或气)的流动，但是EOR系统18可以通过将一种或多种流体喷射到地下储层20来增加油或气的生产。
因此，EOR系统18可以包括流体喷射系统34，该流体喷射系统34具有通过地球32中的孔38延伸到地下储层20的一个或多个管件36。例如，EOR系统18可以将一种或多种流体40例如气体、蒸汽、水、化学物质或其任何组合输送到流体喷射系统34中。例如，如下面所进一步详细讨论的，EOR系统18可以被耦连到基于涡轮的服务系统14，使得系统14将排气42(例如，基本没有氧气或完全没有氧气)输送到EOR系统18以用作喷射流体40。流体喷射系统34通过一个或多个管件36将流体40(例如排气42)输送到地下储层20中，如箭头44所示。喷射流体40通过与油/气井26的管件28间隔开一偏移距离46的管件36进入地下储层20。因此，喷射流体40使布置在地下储层20中的油/气48移位，并驱动油/气48向上通过烃类生产系统12的一个或多个管件28，如箭头50所示。如下面所进一步详细讨论的，喷射流体40可以包括源自基于涡轮的服务系统14的排气42，该基于涡轮的服务系统能够根据需要由烃类生产系统12在现场生成排气42。换句话说，基于涡轮的服务系统14可以同时生成供烃类生产系统12使用的一种或多种服务(例如电功率、机械功、蒸汽、水(例如淡化水)以及排气(例如基本没有氧气))，从而降低或消除这类服务对外部源的依赖。
在图示的实施例中，基于涡轮的服务系统14包括化学计量排气再循环(SEGR)燃气涡轮系统52和排气(EG)处理系统54。燃气涡轮系统52可以被配置为以化学计量燃烧运转模式(例如化学计量控制模式)和非化学计量燃烧运转模式(例如非化学计量控制模式)如稀燃料控制模式或富燃料控制模式运转。在化学计量控制模式中，燃烧通常以燃料和氧化剂的大致化学计量比发生，从而产生大致化学计量燃烧。特别地，化学计量燃烧通常包括在燃烧反应中消耗几乎全部的燃料和氧化剂，使得燃烧产物基本没有或完全没有未燃烧燃料和氧化剂。化学计量燃烧的一个量度是当量比或phi(Φ)，其是实际燃料/氧化剂比相对于化学计量燃料/氧化剂比的比。大于1.0的当量比导致燃料和氧化剂的富燃料燃烧，而小于1.0的当量比导致燃料和氧化剂的稀燃料燃烧。相反，1.0的当量比导致既不是富燃料又不是稀燃料的燃烧，从而在燃烧反应中基本消耗所有的燃料和氧化剂。在本公开实施例的背景下，术语化学计量或基本化学计量可以指大约0.95到大约1.05的当量比。然而，本公开的实施例也可以包括1.0加上或减去0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或更多的当量比。再者，在基于涡轮的服务系统14中的燃料和氧化剂的化学计量燃烧可以导致基本没有剩余未燃烧燃料或氧化剂的燃烧产物或排气(例如42)。例如，排气42可以具有小于1％、2％、3％、4％或5％体积百分比的氧化剂(例如氧气)、未燃烧燃料或烃类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如SOx)、氢气和其他未完全燃烧产物。通过进一步的示例，排气42可以具有小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000每百万份体积(ppmv)的氧化剂(例如氧气)、未燃烧燃料或烃类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如SOx)、氢气和未完全燃烧的其他产物。然而，本公开实施例还可以在排气42中产生其他范围的残留燃料、氧化剂和其他排放物水平。如本文所使用的，术语排放物、排放物水平和排放物目标可以指某些燃烧产物(例如NOx、CO、SOx、O2、N2、H2、HC等)的浓度水平，所述燃烧产物可以存在于再循环气体流、排出的气体流(例如排放到大气中)以及用在各种目标系统(例如烃类生产系统12)中的气体流。
虽然不同实施例中的SEGR燃气涡轮系统52和EG处理系统54可以包括各种组件，但图示的EG处理系统54包括热回收蒸汽发生器(HRSG)56和排气再循环(EGR)系统58，二者接收并处理源自SEGR燃气涡轮系统52的排气60。HRSG 56可以包括一个或多个热交换器、冷凝器和各种热回收设备，它们一起用于将热量从排气60传递至水流，由此产生蒸汽62。蒸汽62可以被用在一个或多个蒸汽涡轮、EOR系统18或烃类生产系统12的任何其他部分中。例如，HRSG 56可以生成低压、中压和/或高压蒸汽62，其可以被选择性应用于低压、中压和高压蒸汽涡轮级或EOR系统18的不同应用。除了蒸汽62之外，经处理的水64例如淡化水也可以由HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一部分或SEGR燃气涡轮系统52生成。经处理的水64(例如淡化水)在例如内陆或沙漠地区等水短缺区域可能是特别有用的。经处理的水64可以至少部分由于驱动SEGR燃气涡轮系统52内的燃料燃烧的大体积空气而生成。虽然蒸汽62和水64的现场生成在许多应用(包括烃类生产系统12)中可以是特别有利的，但排气42、60的现场生成对EOR系统18来说可以是特别有利的，这是由于所述排气从SEGR燃气涡轮系统52获得低氧含量、高压和热。因此，HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的另一部分可以将排气66输出或再循环到SEGR燃气涡轮系统52中，同时还将排气42输送到EOR系统18以供烃类生产系统12使用。同样，可以从SEGR燃气涡轮系统52直接抽取排气42(即无需经过EG处理系统54)，以用于烃类生产系统12的EOR系统18中。
排气再循环由EGR处理系统54的EGR系统58来处理。例如，EGR系统58包括一个或多个导管、阀门、鼓风机、排气处理系统(例如过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化单元、热交换器、热回收单元、湿气去除单元、催化剂单元、化学喷射单元或其任何组合)以及沿着从SEGR燃气涡轮系统52的输出端(例如释放的排气60)到输入端(例如进入的排气66)的排气再循环路径来再循环排气的控件。在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮系统52将排气66吸入到具有一个或多个压缩机的压缩机部，从而压缩排气66以便与氧化剂68的进气和一种或多种燃料70一起在燃烧器部中使用。氧化剂68可以包括环境空气、纯氧、富氧空气、减氧空气、氧-氮混合物或有利于燃料70燃烧的任何合适的氧化剂。燃料70可以包括一种或多种气体燃料、液体燃料或其任何组合。例如，燃料70可以包括天然气、液化天然气(LNG)、合成气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、煤油、柴油燃料、乙醇、甲醇、生物燃料或其任何组合。
SEGR燃气涡轮系统52在燃烧器部中混合并燃烧排气66、氧化剂68和燃料70，从而生成驱动涡轮部中的一个或多个涡轮级的热燃烧气体或排气60。在某些实施例中，燃烧器部中的每个燃烧器包括一个或多个预混燃料喷嘴、一个或多个扩散燃料喷嘴或其任何组合。例如，每个预混燃料喷嘴可以被配置为在燃料喷嘴内和/或部分地在该燃料喷嘴的上游内部混合氧化剂68和燃料70，从而将氧化剂-燃料混合物从燃料喷嘴喷射到用于预混合燃烧(例如，预混火焰)的燃烧区中。通过进一步的示例，每个扩散燃料喷嘴可以被配置为隔离燃料喷嘴内的氧化剂68与燃料70的流动，从而将氧化剂68和燃料70分离地从燃料喷嘴喷射到用于扩散燃烧(例如扩散火焰)的燃烧区中。特别地，由扩散燃料喷嘴提供的扩散燃烧延迟了氧化剂68与燃料70的混合，直到初始燃烧点即火焰区域。在采用扩散燃料喷嘴的实施例中，扩散火焰可以提供增加的火焰稳定性，这是因为扩散火焰通常在氧化剂68与燃料70的分离的流之间的化学计量点处(即在氧化剂68与燃料70混合时)形成。在某些实施例中，一种或多种稀释剂(例如排气60、蒸汽、氮或其他惰性气体)可以在扩散燃料喷嘴或预混燃料喷嘴中与氧化剂68、燃料70或两者预混合。此外，一个或多个稀释剂(例如排气60、蒸汽、氮或其他惰性气体)可以在每个燃烧器内的燃烧点处或其下游被喷射到燃烧器中。使用这些稀释剂可以帮助调和火焰(例如预混火焰或扩散火焰)，从而帮助减少NOx排放物，例如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。不管火焰的类型如何，燃烧均产生热燃烧气体或排气60以驱动一个或多个涡轮级。在每个涡轮级均由排气60驱动时，SEGR燃气涡轮系统52产生机械功72和/或电功率74(例如，经由发电机)。系统52还输出排气60，并且可以进一步输出水64。再者，水64可以是经处理的水，例如淡化水，这在各种现场应用或非现场应用中可能是有用的。
排气抽取还通过使用一个或多个抽取点76的SEGR燃气涡轮系统52而被提供。例如，图示的实施例包括具有排气(EG)抽取系统80和排气(EG)处理系统82的排气(EG)供给系统78，排气(EG)抽取系统80和排气(EG)处理系统82从抽取点76接收排气42，处理排气42，并接着向各个目标系统供给或分配排气42。所述目标系统可以包括EOR系统18和/或其他系统，例如管线86、储罐88或碳封存系统90。EG抽取系统80可以包括一个或多个导管、阀门、控件和流动分离装置，这有利于将排气42与氧化剂68、燃料70和其他污染物隔离，同时也控制所抽取的排气42的温度、压力和流速。EG处置系统82可以包括一个或多个热交换器(例如热回收单元，如热回收蒸汽发生器、冷凝器、冷却器或加热器)、催化剂系统(例如氧化催化剂系统)、微粒和/或水去除系统(例如气体脱水单元、惯性分离器、聚结过滤器、不可透水性过滤器以及其他过滤器)、化学喷射系统、基于溶剂的处理系统(例如吸收剂、闪蒸罐等)、碳收集系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统、排气压缩机或其任何组合。EG处置系统82的这些子系统使得能够控制温度、压力、流速、湿气含量(例如水去除量)、微粒含量(例如微粒去除量)以及气体成分(例如CO2、N2等的百分比)。
基于目标系统，所抽取的排气42通过EG处置系统82的一个或多个子系统进行处理。例如，EG处置系统82可以引导全部或部分排气42通过碳采集系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的处理系统，所述EG处置系统82被控制以分离和净化含碳气体(例如二氧化碳)92和/或氮气(N2)94以在各种目标系统中使用。例如，EG处置系统82的实施例可以执行气体分离和净化以产生排气42的多个不同流95，例如第一流96、第二流97和第三流98。第一流96可以具有富二氧化碳和/或稀氮气的第一成分(例如富CO2稀N2流)。第二流97可以具有含有中等浓度水平的二氧化碳和/或氮气的第二成分(例如中等浓度CO2、N2流)。第三流98可以具有稀二氧化碳和/或富氮气的第三成分(例如稀CO2富N2流)。每个流95(例如96、97和98)可以包括气体脱水单元、过滤器、气体压缩机或其任何组合，以便促进将流95输送到目标系统。在某些实施例中，富CO2稀N2流96可以具有大于大约70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％体积百分比的CO2纯度或浓度水平，以及小于大约1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％或30％体积百分比的N2纯度或浓度水平。相反，稀CO2富N2流98可以具有小于大约1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％或30％体积百分比的CO2纯度或浓度水平，以及大于大约70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％体积百分比的N2纯度或浓度水平。中等浓度CO2、N2流97可以具有在大约30％到70％、35％到65％、40％到60％或45％到55％体积百分比之间的CO2纯度或浓度水平和/或N2纯度或浓度水平。虽然前述范围仅是非限制性示例，但富CO2稀N2流96和稀CO2富N2流98可以特别适用于EOR系统18和其他系统84。然而，这些富、稀或中等浓度CO2流95中的任意流可以单独地或以各种组合形式用于EOR系统18和其他系统84。例如，EOR系统18和其他系统84(例如管线86、储罐88以及碳封存系统90)中的每一个可以接收一个或多个富CO2稀N2流96、一个或多个稀CO2富N2流98，一个或多个中等浓度CO2，N2流97以及一个或多个未处理排气42流(即绕过EG处置系统82)。
EG抽取系统80在沿着压缩机部、燃烧器部和/或涡轮部的一个或多个抽取点76处抽取排气42，使得排气42可以以合适温度和压力用在EOR系统18和其他系统84中。EG抽取系统80和/或EG处置系统82还可以使流向EG处理系统54和流出EG处理系统54的流体(例如排气42)循环。例如，穿过EG处理系统54的一部分排气42可以被EG抽取系统80抽取以用于EOR系统18和其他系统84。在某些实施例中，EG供应系统78和EG处理系统54可以是彼此独立的或集成在一起，并因此可以使用独立的或共用的子系统。例如，EG处置系统82可以被EG供给系统78和EG处理系统54两者使用。从EG处理系统54抽取的排气42可以经历多个气体处置级，例如在EG处理系统54的一个或多个气体处置级，之后是EG处置系统82中的一个或多个附加气体处置级。
在每个抽取点76处，由于EG处理系统54中的基本化学计量燃烧和/或气体处置，所抽取的排气42可以基本没有氧化剂68和燃料70(例如未燃烧的燃料或烃类)。此外，基于目标系统，所抽取的排气42可以在EG供给系统78的EG处置系统82中经受进一步处置，从而进一步降低任何残留氧化剂68、燃料70或其他不期望的燃烧产物。例如，在EG处置系统82中进行处置之前或之后，所抽取的排气42可以具有小于1％、2％、3％、4％或5％体积百分比的氧化剂(例如氧气)、未燃烧燃料或烃类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如SOx)、氢气和其他不完全燃烧产物。通过进一步的示例，在EG处置系统82中进行处置之前或之后，所抽取的排气42可以具有小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000每百万份体积(ppmv)的氧化剂(例如氧气)、未燃烧燃料或烃类(例如HC)、氮氧化物(例如NOx)、一氧化碳(CO)、硫氧化物(例如SOx)、氢气和不完全燃烧的其他产物。因此，排气42特别适用于EOR系统18。
涡轮系统52的EGR运转具体使得能够在多个位置76处抽取排气。例如，系统52的压缩机部可以用于压缩没有任何氧化剂68的排气66(即只压缩排气66)，使得可以在吸入氧化剂68和燃料70之前从压缩机部和/或燃烧器部抽取基本无氧的排气42。抽取点76可以被设置在相邻压缩机级之间的级间端口处、在沿着压缩机排放罩壳的端口处、在沿着燃烧器部中的每个燃烧器的端口处或其任何组合。在某些实施例中，排气66可以不与氧化剂68和燃料70混合，直到其达到燃烧器部中的每个燃烧器的盖端部分和/或燃料喷嘴。此外，一个或多个流动隔离器(例如壁、分隔器、挡板等)可以用于将氧化剂68和燃料70与抽取点76隔离开。通过这些流动隔离器，抽取点76可以直接沿着燃烧器部中每个燃烧器的壁布置。
一旦排气66、氧化剂68和燃料70流过所述盖端部分(例如通过燃料喷嘴)进入每个燃烧器的燃烧部分(例如燃烧室)中，则SEGR燃气涡轮系统52被控制以提供排气66、氧化剂68和燃料70的基本化学计量的燃烧。例如，系统52可以保持大约0.95到大约1.05的当量比。结果，在每个燃烧器中的排气66、氧化剂68和燃料70的混合物的燃烧产物基本没有氧气和未燃烧燃料。因此，可以从SEGR燃气涡轮系统52的涡轮部抽取该燃烧产物(或排气)以用作被输送到EOR系统18的排气42。沿着涡轮部，抽取点76可以被设置在任何涡轮级处，例如相邻涡轮级之间的级间端口。因此，使用任何前述抽取点76，基于涡轮的服务系统14可以生成、抽取和传送排气42到烃类生产系统12(例如EOR系统18)，以用于从地下储层20生产油/气48。
图2是图1的系统10的实施例的示意图，其示出被耦连到基于涡轮的服务系统14和烃类生产系统12的控制系统100。在图示的实施例中，基于涡轮的服务系统14包括组合循环系统102，该组合循环系统102包括作为顶部循环的SEGR燃气涡轮系统52、作为底部循环的蒸汽涡轮104以及从排气60回收热量以生成用于驱动蒸汽涡轮104的蒸汽62的HRSG 56。再者，SEGR燃气涡轮系统52接收、混合并且按化学计量燃烧排气66、氧化剂68和燃料70(例如，预混火焰和/或扩散火焰)，从而产生排气60、机械功72、电功率74和/或水64。例如，SEGR燃气涡轮系统52可以驱动一个或多个负载或机器106，例如发电机、氧化剂压缩机(例如主空气压缩机)、齿轮箱、泵、烃类生产系统12的设备或其任何组合。在一些实施例中，机器106可以包括其他驱动器，例如与SEGR燃气涡轮系统52串联的电动马达或蒸汽涡轮(例如蒸汽涡轮104)。因此，由SEGR燃气涡轮系统52(以及任何附加驱动器)驱动的机器106的输出可以包括机械功72和电功率74。机械功72和/或电功率74可以现场用于对烃类生产系统12提供动力，电功率74可以被分配到电网，或其任何组合。机器106的输出还可以包括压缩流体，例如吸入到SEGR燃气涡轮系统52的燃烧部中的压缩氧化剂68(例如空气或氧气)。这些输出中的每一个(例如排气60、机械功72、电功率74和/或水64)可以被认为是基于涡轮的服务系统14的服务。
SEGR燃气涡轮系统52产生可能基本无氧的排气42、60，并且将这种排气42、60输送到EG处理系统54和/或EG供给系统78。EG供给系统78可以处置并传送排气42(例如流95)至烃类生产系统12和/或其他系统84。如上面所讨论的，EG处理系统54可以包括HRSG 56和EGR系统58。HRSG 56可以包括一个或多个热交换器、冷凝器和各种热回收设备，所述热回收设备可以被用于回收来自排气60的热量或将该热量传递给水108以生成用于驱动蒸汽涡轮104的蒸汽62。类似于SEGR燃气涡轮系统52，蒸汽涡轮104可以驱动一个或多个负载或机器106，由此生成机械功72和电功率74。在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮系统52和蒸汽涡轮104被串联布置以驱动相同的机器106。然而，在其他实施例中，SEGR燃气涡轮系统52和蒸汽涡轮104可以分离地驱动不同的机器106，以便独立生成机械功72和/或电功率74。在蒸汽涡轮104由来自HRSG 56的蒸汽62驱动时，蒸汽62的温度和压力逐渐降低。因此，蒸汽涡轮104将使用的蒸汽62和/或水108再循环回到HRSG 56中，以用于经由自排气60回收的热量生成额外的蒸汽。除了生成蒸汽之外，HRSG 56、EGR系统58和/或EG处理系统54的其他部分可以产生水64、用于烃类生产系统12的排气42以及用作SEGR燃气涡轮系统52的输入的排气66。例如，水64可以是经处理的水64，例如用于其他应用的淡化水。淡化水在低可用水量地区是特别有用的。关于排气60，EG处理系统54的实施例可以被配置为通过EGR系统58再循环排气60，其中排气60可以经过或不经过HRSG 56。
在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮系统52具有排气再循环路径110，该排气再循环路径从系统52的排气出口延伸到排气入口。沿着路径110，排气60穿过EG处理系统54，在图示的实施例中，EG处理系统54包括HRSG 56和EGR系统58。EGR系统58可以包括沿着路径110串联和/或并联排列的一个或多个导管、阀门、鼓风机、气体处理系统(例如过滤器、微粒去除单元、气体分离单元、气体净化单元、热交换器、热回收单元如热回收蒸汽发生器、湿气去除单元、催化剂单元、化学喷射单元或其任何组合)。换句话说，EGR系统58可以包括沿着在系统52的排气出口与排气入口之间的排气再循环路径110的任何流量控制组件、压力控制组件、温度控制组件、湿气控制组件和气体成分控制组件。因此，在具有沿着路径110的HRSG56的实施例中，HRSG 56可以被认为是EGR系统58的组件。然而，在某些实施例中，HRSG 56可以沿着独立于排气再循环路径110的排气路径而布置。无论HRSG 56是沿着分离路径还是与EGR系统58共用的路径，HRSG 56和EGR系统58都吸入排气60并输出再循环排气66、用于EG供给系统78(例如用于烃类生产系统12和/或其他系统84)的排气42或者排气的其他输出。再者，SEGR燃气涡轮系统52吸入、混合并按化学计量燃烧排气66、氧化剂68和燃料70(例如预混火焰和/或扩散火焰)，以产生用于分配到EG处理系统54、烃类生产系统12或其他系统84的基本无氧且无燃料的排气60。
如上面参照图1所述，烃类生产系统12可以包括用于促进通过油/气井26从地下储层20回收或生产油/气48的各种设备。例如，烃类生产系统12可以包括具有流体喷射系统34的EOR系统18。在图示的实施例中，流体喷射系统34包括排气喷射EOR系统112和蒸汽喷射EOR系统114。虽然流体喷射系统34可以从各种来源接收流体，但图示的实施例可以从基于涡轮的服务系统14接收排气42和蒸汽62。由基于涡轮的服务系统14产生的排气42和/或蒸汽62还可以被输送到烃类生产系统12以用于其他油/气系统116中。
排气42和/或蒸汽62的数量、质量和流量可以由控制系统100来控制。控制系统100可以完全专用于基于涡轮的服务系统14，或者控制系统100也可以可选地提供对烃类生产系统12和/或其他系统84的控制(或便于控制的至少一些数据)。在图示的实施例中，控制系统100包括控制器118，该控制器118具有处理器120、存储器122、蒸汽涡轮控件124、SEGR燃气涡轮系统控件126和机器控件128。处理器120可以包括单个处理器或者两个或更多个冗余处理器，例如用于控制基于涡轮的服务系统14的三重冗余处理器。存储器122可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。例如，存储器122可以包括一个或多个硬盘驱动器、闪存、只读存储器、随机存取存储器或其任何组合。控件124、126和128可以包括软件和/或硬件控件。例如，控件124、126和128可以包括存储在存储器122中并可由处理器120执行的各种指令或代码。控件124被配置为控制蒸汽涡轮104的运转，SEGR燃气涡轮系统控件126被配置为控制系统52，并且机器控件128被配置为控制机器106。因此，控制器118(例如控件124、126和128)可以被配置为协同基于涡轮的服务系统14的各个子系统，以向烃类生产系统12提供合适的排气流42。
在控制系统100的某些实施例中，在附图中示出或在本文描述的每个元件(例如系统、子系统和组件)包括(例如直接在这类元件内、在这类元件上游或下游)一个或多个工业控制特征件，例如传感器和控制装置，所述工业控制特征件基于工业控制网络与控制器118一起彼此通信地耦合。例如，与每个元件关联的控制装置可以包括专用装置控制器(例如，包括处理器、存储器和控制指令)、一个或多个致动器、阀门、开关和工业控制设备，其使得能够基于传感器反馈130、来自控制器118的控制信号、来自用户的控制信号或其任何组合进行控制。因此，本文描述的任何控制功能可以通过控制指令来实施，所述控制指令存储在控制器118、与每个元件关联的专用装置控制器或其组合中和/或可由控制器118、与每个元件关联的专用装置控制器或其组合执行。
为了促进这类控制功能，控制系统100包括遍布系统10分布的一个或多个传感器，以获得用于执行各种控件例如控件124、126和128的传感器反馈130。例如，传感器反馈130可以从传感器获得，所述传感器遍布SEGR燃气涡轮系统52、机器106、EG处理系统54、蒸汽涡轮104、烃类生产系统12分布，或遍布基于涡轮的服务系统14或烃类生产系统12的任何其他组件分布。例如，传感器反馈130可以包括温度反馈、压力反馈、流速反馈、火焰温度反馈、燃烧动力学反馈、吸入氧化剂成分反馈、吸入燃料成分反馈、排气成分反馈、机械功72的输出水平、电功率74的输出水平、排气42、60的输出数量、水64的输出数量或质量或其任何组合。例如，传感器反馈130可以包括排气42、60的成分，以促进在SEGR燃气涡轮系统52中的化学计量燃烧。例如，传感器反馈130可以包括来自沿着氧化剂68的氧化剂供给路径的一个或多个吸入氧化剂传感器、沿着燃料70的燃料供给路径的一个或多个吸入燃料传感器以及沿着排气再循环路径110和/或在SEGR燃气涡轮系统52内布置的一个或多个排气排放物传感器的反馈。吸入氧化剂传感器、吸入燃料传感器和排气排放物传感器可以包括温度传感器、压力传感器、流速传感器和成分传感器。排放物传感器可以包括用于氮氧化物(例如NOx传感器)、碳氧化物(例如CO传感器和CO2传感器)、硫氧化物(例如SOx传感器)、氢(例如H2传感器)、氧(例如O2传感器)、未燃烧烃类(例如HC传感器)或其他不完全燃烧产物或其任何组合的传感器。
使用这种反馈130，控制系统100可以调整(例如增加、减少或保持)排气66、氧化剂68和/或燃料70进入SEGR燃气涡轮系统52(除了其他操作参数以外)的进气流量，以保持当量比在合适范围内，例如在大约0.95到大约1.05之间、在大约0.95到大约1.0之间、在大约1.0到大约1.05之间或大致为1.0。例如，控制系统100可以分析反馈130以监测排气排放物(例如，氮氧化物、碳氧化物如CO和CO2、硫氧化物、氢气、氧气、未燃烧烃类和其他不完全燃烧产物的浓度水平)和/或确定当量比，并且然后控制一个或多个组件以调整排气排放物(例如排气42的浓度水平)和/或当量比。受控组件可以包括参照附图示出和描述的任何组件，包括但不限于：沿着氧化剂68、燃料70和排气66的供给路径的阀门；氧化剂压缩机、燃料泵或EG处理系统54中的任何组件；SEGR燃气涡轮系统52的任何组件或其任何组合。受控组件可以调整(例如增加、减少或保持)在SEGR燃气涡轮系统52内燃烧的氧化剂68、燃料70和排气66的流速、温度、压力或百分比(例如当量比)。受控组件还可以包括一个或多个气体处置系统，例如催化剂单元(例如氧化催化剂单元)、用于催化剂单元的供给(例如氧化燃料、热量、电力等)、气体净化和/或分离单元(例如基于溶剂的分离器、吸收器、闪蒸罐等)以及过滤单元。气体处置系统可以帮助减少沿着排气再循环路径110、排气孔路径(例如排放到大气中)或至EG供给系统78的抽取路径的各种排气排放物。
在某些实施例中，控制系统100可以分析反馈130并控制一个或多个组件以保持或降低排放物水平(例如，排气42、60、95的浓度水平)至目标范围，例如小于大约10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000、5000或10000每百万份体积(ppmv)。例如，针对每种排气排放物例如氮氧化物、一氧化碳、硫氧化物、氢气、氧气、未燃烧烃类和其他不完全燃烧产物的浓度水平，这些目标范围可以是相同或不同的。例如，根据当量比，控制系统100可以将氧化剂(例如氧气)的排气排放物(例如浓度水平)选择性地控制在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、250、500、750或1000ppmv的目标范围内；将一氧化碳(CO)的排气排放物选择性地控制在小于大约20、50、100、200、500、1000、2500或5000ppmv的目标范围内；并且将氮氧化物(NOx)的排气排放物选择性地控制在小于大约50、100、200、300、400或500ppmv的目标范围内。在以大致化学计量当量比运转的某些实施例中，控制系统100可以将氧化剂(例如氧气)的排气排放物(例如浓度水平)选择性地控制在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90或100ppmv的目标范围内；并且将一氧化碳(CO)的排气排放物选择性地控制在小于大约500、1000、2000、3000、4000或5000ppmv的目标范围内。在以稀燃料当量比(例如在大约0.95到1.0之间)运转的某些实施例中，控制系统100可以将氧化剂(例如氧气)的排气排放物(例如浓度水平)选择性地控制在小于大约500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500ppmv的目标范围内；将一氧化碳(CO)的排气排放物选择性地控制在小于大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150或200ppmv的目标范围内；并且将氮氧化物(例如NOx)的排气排放物选择性地控制在小于大约50、100、150、200、250、300、350或400ppmv的目标范围内。前述目标范围仅仅是示例，并不旨在限制所公开实施例的范围。
控制系统100还可以被耦连到本地接口132和远程接口134。例如，本地接口132可以包括现场布置在基于涡轮的服务系统14和/或烃类生产系统12处的计算机工作站。相反，远程接口134可以包括相对于基于涡轮的服务系统14和烃类生产系统12非现场布置的计算机工作站，例如通过互联网连接的计算机工作站。这些接口132和134例如通过传感器反馈130的一个或多个图形显示、运转参数等等来促进基于涡轮的服务系统14的监测和控制。
再者，如上所述，控制器118包括各种控件124、126和128，以促进基于涡轮的服务系统14的控制。蒸汽涡轮控件124可以接收传感器反馈130并输出促进蒸汽涡轮104运转的控制命令。例如，蒸汽涡轮控件124可以从HRSG 56、机器106、沿着蒸汽62的路径的温度和压力传感器、沿着水108的路径的温度和压力传感器以及指示机械功72和电功率74的各种传感器接收传感器反馈130。同样，SEGR燃气涡轮系统控件126可以从沿着SEGR燃气涡轮系统52、机器106、EG处理系统54或其任何组合布置的一个或多个传感器接收传感器反馈130。例如，传感器反馈130可以从布置在SEGR燃气涡轮系统52内部或外部的温度传感器、压力传感器、间隙传感器、振动传感器、火焰传感器、燃料成分传感器、排气成分传感器或其任何组合获得。最终，机器控件128可以从与机械功72和电功率74关联的各种传感器以及布置在机器106内的传感器接收传感器反馈130。这些控件124、126和128中的每个控件使用传感器反馈130来改善基于涡轮的服务系统14的运转。
在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮系统控件126可以执行指令以控制在EG处理系统54、EG供给系统78、烃类生产系统12和/或其他系统84中的排气42、60、95的数量和质量。例如，SEGR燃气涡轮系统控件126可以将排气60中的氧化剂(例如氧气)和/或未燃烧燃料的水平保持为低于适合用于排气喷射EOR系统112的阈值。在某些实施例中，氧化剂(例如氧气)和/或未燃烧燃料的阈值水平可以小于排气42、60体积的1％、2％、3％、4％或5％；或者氧化剂(例如氧气)和/或未燃烧燃料(和其他排气排放物)的阈值水平可以是小于排气42、60的大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、1000、2000、3000、4000或5000每百万份体积(ppmv)。通过进一步示例，为了实现氧化剂(例如氧气)和/或未燃烧燃料的这些低水平，SEGR燃气涡轮系统控件126可以将SEGR燃气涡轮系统52中的燃烧当量比保持在大约0.95与大约1.05之间。SEGR燃气涡轮系统控件126还可以控制EG抽取系统80和EG处置系统82以将排气42、60、95的温度、压力、流速和气体成分保持在适合用于排气喷射EOR系统112、管线86、储罐88和碳封存系统90的范围内。如上面所讨论的，EG处置系统82可以被控制以将排气42净化和/或分离成一种或多种气体流95，例如富CO2稀N2流96、中等浓度CO2、N2流97以及稀CO2富N2流98。除了控制排气42、60和95以外，控件124、126和128还可以执行一个或多个指令以将机械功72保持在合适的功率范围内，或将电功率74保持在合适的频率和功率范围内。
图3是系统10的实施例的示意图，其进一步说明了用于烃类生产系统12和/或其他系统84的SEGR燃气涡轮系统52的细节。在图示的实施例中，SEGR燃气涡轮系统52包括耦连到EG处理系统54的燃气涡轮发动机150。图示的燃气涡轮发动机150包括压缩机部152、燃烧器部154以及膨胀器部或涡轮部156。压缩机部152包括一个或多个排气压缩机或压缩机级158，例如以串联布置设置的1到20级可转动压缩机叶片。同样，燃烧器部154包括一个或多个燃烧器160，例如围绕SEGR燃气涡轮系统52的可转动轴162圆周分布的1到20个燃烧器160。而且，每个燃烧器160可以包括一个或多个燃料喷嘴164，其被配置为喷射排气66、氧化剂68和/或燃料70。例如，每个燃烧器160的盖端部166可以容纳1、2、3、4、5、6个或更多燃料喷嘴164，其可以将排气66、氧化剂68和/或燃料70的流或混合物喷射到燃烧器160的燃烧部168(例如燃烧室)中。
燃料喷嘴164可以包括预混燃料喷嘴164(例如，其被配置为预混合氧化剂68和燃料70以便生成氧化剂/燃料预混火焰)和/或扩散燃料喷嘴164(例如，其被配置为喷射氧化剂68和燃料70的分离流以便生成氧化剂/燃料扩散火焰)的任何组合。预混燃料喷嘴164的实施例可以包括旋流叶片、混合室或其他特征件，该旋流叶片、混合室或其他特征件在氧化剂68和燃料70喷射到燃烧器168中并在其中燃烧之前将氧化剂68和燃料70内部混合在喷嘴164内。预混燃料喷嘴164还可以接收至少一些部分混合的氧化剂68和燃料70。在某些实施例中，每个扩散燃料喷嘴164可以隔离氧化剂68与燃料70的流直到喷射点，同时也隔离一种或多种稀释剂(例如排气66、蒸汽、氮气或其他惰性气体)的流直到喷射点。在其他实施例中，每个扩散燃料喷嘴164可以隔离氧化剂68与燃料70的流直到喷射点，同时在喷射点之前部分混合一种或多种稀释剂(例如排气66、蒸汽、氮气或其他惰性气体)与氧化剂68和/或燃料70。此外，一种或多种稀释剂(例如排气66、蒸汽、氮气或其他惰性气体)可以在燃烧区域处或燃烧区域下游被喷射到燃烧器中(例如喷射到燃烧的热产物中)，从而帮助降低燃烧的热产物的温度并且减少NOx(例如NO和NO2)的排放。不管燃料喷嘴164的类型如何，SEGR燃气涡轮系统52都可以被控制以提供氧化剂68和燃料70的大致化学计量燃烧。
在使用扩散燃料喷嘴164的扩散燃烧实施例中，燃料70和氧化剂68通常不在扩散火焰的上游混合，而是燃料70和氧化剂68直接在火焰表面混合和反应，和/或火焰表面存在于燃料70与氧化剂68之间的混合位置处。特别地，燃料70和氧化剂68分离地靠近火焰表面(或扩散边界/界面)，并且然后沿着火焰表面(或扩散边界/界面)扩散(例如经由分子扩散和粘性扩散)以生成扩散火焰。值得注意的是，燃料70和氧化剂68可以沿着该火焰表面(或扩散边界/界面)处于大致化学计量比，这可以导致沿着这个火焰表面的更大的火焰温度(例如峰值火焰温度)。与稀燃料或富燃料的燃料/氧化剂比相比，该化学计量燃料/氧化剂比通常产生更大的火焰温度(例如峰值火焰温度)。结果，扩散火焰可以基本上比预混火焰更稳定，这是因为燃料70和氧化剂68的扩散有助于保持沿着火焰表面的化学计量比(以及更大的温度)。虽然更大的火焰温度也可以导致更大的排气排放物例如NOx排放物，但所公开的实施例使用一种或多种稀释剂来帮助控制温度和排放物，同时仍然避免燃料70和氧化剂68的任何预混合。例如，所公开的实施例可以引入(例如在燃烧点之后和/或扩散火焰的下游)与燃料70和氧化剂68分离的一种或多种稀释剂，从而帮助降低温度和减少由扩散火焰产生的排放物(例如NOx排放物)。
如图所示，在运转中，压缩机部152接收并压缩来自EG处理系统54的排气66，并将压缩后的排气170输出到燃烧器部154中的每个燃烧器160。在燃料60、氧化剂68和排气170在每个燃烧器160内燃烧后，附加排气或燃烧产物172(即燃烧气体)被输送到涡轮部156中。类似于压缩机部152，涡轮部156包括一个或多个涡轮或涡轮级174，其可以包括一系列可转动涡轮叶片。然后这些涡轮叶片由在燃烧器部154中生成的燃烧产物172驱动，由此驱动耦连到机器106的轴176的转动。再者，机器106可以包括耦连到SEGR燃气涡轮系统52的任一端的各种设备，例如耦连到涡轮部156的机器106、178和/或耦连到压缩机部152的机器106、180。在某些实施例中，机器106、178、180可以包括一个或多个发电机、用于氧化剂68的氧化剂压缩机、用于燃料70的燃料泵、齿轮箱或耦连到SEGR燃气涡轮系统52的附加驱动器(例如蒸汽涡轮104、电动马达等)。非限制性示例在下面参照表格1进一步详细讨论。如图所示，涡轮部156输出排气60以沿着从涡轮部156的排气出口182到进入压缩机部152的排气入口184的排气再循环路径110再循环。如上面所详细讨论的，沿着排气再循环路径110，排气60穿过EG处理系统54(例如HRSG 56和/或EGR系统58)。
再者，燃烧器部154中的每个燃烧器160接收、混合并化学计量燃烧所压缩的排气170、氧化剂68和燃料70，以产生驱动涡轮部156的附加排气或燃烧产物172。在某些实施例中，氧化剂68被氧化剂压缩系统186例如具有一个或多个氧化剂压缩机(MOC)的主氧化剂压缩(MOC)系统(例如，主空气压缩(MAC)系统)压缩。氧化剂压缩系统186包括耦连到驱动器190的氧化剂压缩机188。例如，驱动器190可以包括电动马达、燃烧发动机或其任何组合。在某些实施例中，驱动器190可以是涡轮发动机，例如燃气涡轮发动机150。因此，氧化剂压缩系统186可以是机器106的集成部分。换句话说，压缩机188可以被由燃气涡轮发动机150的轴176供给的机械功72直接或间接驱动。在这类实施例中，驱动器190可以被排除，这是因为压缩机188依赖来自涡轮发动机150的功率输出。然而，在采用多于一个氧化剂压缩机的某些实施例中，第一氧化剂压缩机(例如低压(LP)氧化剂压缩机)可以由驱动器190驱动，而轴176驱动第二氧化剂压缩机(例如高压(HP)氧化剂压缩机)，或反之亦然。例如，在另一个实施例中，HP MOC由驱动器190驱动，并且LP氧化剂压缩机由轴176驱动。在图示的实施例中，氧化剂压缩系统186与机器106是分离的。在这些实施例中的每个实施例中，压缩系统186压缩氧化剂68并将氧化剂68供应给燃料喷嘴164和燃烧器160。因此，机器106、178、180中的一些或全部可以被配置为增加压缩系统186(例如压缩机188和/或额外的压缩机)的运转效率。
由元件编号106A、106B、106C、106D、106E和106F所指示的机器106的各个组件可以沿着轴176的线路和/或平行于轴176的线路以一个或多个串联布置、并联布置或串联与并联布置的任何组合设置。例如，机器106、178、180(例如106A至106F)可以包括下列设备以任何次序的任何串联和/或并联布置：一个或多个齿轮箱(例如平行轴、行星齿轮箱)、一个或多个压缩机(例如氧化剂压缩机、增压器压缩机如EG增压器压缩机)、一个或多个发电单元(例如发电机)、一个或多个驱动器(例如蒸汽涡轮发动机、电动马达)、热交换单元(例如直接或间接热交换器)、离合器或其任何组合。所述压缩机可以包括轴向压缩机、径向或离心压缩机或其任何组合，每种压缩机具有一个或多个压缩级。关于热交换器，直接热交换器可以包括喷淋冷却器(例如喷淋中间冷却器)，其将液体喷淋物喷射到气流(例如氧化剂流)中以便直接冷却气流。间接热交换器可以包括将第一流与第二流分离的至少一个壁(例如管壳式热交换器)，例如与冷却剂流(例如水、空气、致冷剂或任何其他液态或气体冷却剂)分离的流体流(例如氧化剂流)，其中冷却剂流在与流体流没有任何直接接触的情况下传递来自流体流的热量。间接热交换器的示例包括中间冷却器热交换器和热回收单元，例如热回收蒸汽发生器。热交换器还可以包括加热器。如下面进一步详细讨论的，这些机器组件中的每个组件可以被用在如表格1中阐述的非限制性示例所指示的各种组合中。
通常，机器106、178、180可以被配置为通过例如调整系统186中的一个或多个氧化剂压缩机的运转速度、通过冷却促进氧化剂68的压缩和/或抽取过剩功率，来增加压缩系统186的效率。所公开的实施例旨在包括在机器106、178、180中具有串联和并联布置的前述组件的任何和全部排列组合，其中所述组件中的一个、多于一个、全部组件或没有任何组件从轴176获得功率。如下面所示，表格1示出靠近压缩机和涡轮部152、156设置和/或耦连到压缩机和涡轮部152、156的机器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，冷却单元被表示为CLR，离合器被表示为CLU，驱动器被表示为DRV，齿轮箱被表示为GBX，发电机被表示为GEN，加热单元被表示为HTR，主氧化剂压缩机单元被表示为MOC，其中低压和高压变体被分别表示为LP MOC和HP MOC，并且蒸汽发生器单元被表示为STGN。虽然表格1示出了依次朝向压缩机部152或涡轮部156的机器106、178、180，但表格1也旨在覆盖机器106、178、180的相反次序。在表格1中，包括两个或更多个组件的任何单元旨在覆盖所述组件的并联布置。表格1并不旨在排除机器106、178、180的任何未示出的排列组合。机器106、178、180的这些组件可以使得能够对发送到燃气涡轮发动机150的氧化剂68的温度、压力和流速进行反馈控制。如下面所进一步详细讨论的，氧化剂68和燃料70可以在特别选择的位置处被供应给燃气涡轮发动机150以促进隔离和抽取压缩的排气170，而没有使排气170的质量劣化的任何氧化剂68或燃料70。
如图3所示，EG供给系统78被设置在燃气涡轮发动机150与目标系统(例如烃类生产系统12和其他系统84)之间。特别地，EG供给系统78(例如EG抽取系统(EGES)80)可以在沿着压缩机部152、燃烧器部154和/或涡轮部156的一个或多个抽取点76处被耦连到燃气涡轮发动机150。例如，抽取点76可以被设置在相邻压缩机级之间，例如在压缩机级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10个级间抽取点76。这些级间抽取点76中的每个抽取点提供被抽取的排气42的不同温度和压力。类似地，抽取点76可以被设置在相邻涡轮级之间，例如在涡轮级之间的2、3、4、5、6、7、8、9或10个级间抽取点76。这些级间抽取点76中的每个抽取点提供了被抽取的排气42的不同温度和压力。通过进一步的示例，抽取点76可以被设置在遍布燃烧器部154的多个位置处，其可以提供不同温度、压力、流速和气体成分。这些抽取点76中的每个抽取点可以包括EG抽取导管、一个或多个阀门、传感器以及控件，其可以被用于选择性地控制所抽取的排气42到EG供给系统78的流动。
通过EG供给系统78分配的被抽取的排气42具有适用于目标系统(例如烃类生产系统12和其他系统84)的受控成分。例如，在这些抽取点76中的每个抽取点处，排气170可以与氧化剂68和燃料70的喷射点(或流)充分隔离。换句话说，EG供给系统78可以被特别设计为在没有任何添加的氧化剂68或燃料70的情况下从燃气涡轮发动机150抽取排气170。此外，鉴于在每个燃烧器160中的化学计量燃烧，所抽取的排气42可以是基本没有氧气和燃料的。EG供给系统78可以将所抽取的排气42直接或间接输送到烃类生产系统12和/或其他系统84以用于各种处理，例如强化油回收、碳封存、存储或运输到非现场位置。然而，在某些实施例中，EG供给系统78包括在使用目标系统之前用于进一步处置排气42的EG处置系统(EGTS)82。例如，EG处置系统82可以将排气42净化和/或分离为一种或多种流95，例如富CO2稀N2流96、中等浓度CO2、N2流97以及稀CO2富N2流98。这些经处置的排气流95可以被单独地或以任何组合方式用于烃类生产系统12和其他系统84(例如管线86、储罐88和碳封存系统90)。
类似于在EG供给系统78中执行的排气处置，EG处理系统54可以包括多个排气(EG)处置组件192，例如由元件编号194、196、198、200、202、204、206、208和210所指示的那些组件。这些EG处置组件192(例如194至210)可以沿着排气再循环路径110以一个或多个串联布置、并联布置或串联与并联布置的任何组合设置。例如，EG处置组件192(例如194至210)可以包括下列组件以任何次序的任何串联和/或并联布置：一个或多个热交换器(例如热回收单元例如热回收蒸汽发生器、冷凝器、冷却器或加热器)、催化剂系统(例如氧化催化剂系统)、微粒和/或水去除系统(例如惯性分离器、聚结过滤器、不透水过滤器以及其他过滤器)、化学喷射系统、基于溶剂的处置系统(例如吸收剂、闪蒸罐等)、碳收集系统、气体分离系统、气体净化系统和/或基于溶剂的处置系统或其任何组合。在某些实施例中，催化剂系统可以包括氧化催化剂、一氧化碳还原催化剂、氮氧化物还原催化剂、氧化铝、氧化锆、硅氧化物、钛氧化物、氧化铂、氧化钯、氧化钴或混合金属氧化物或其组合。所公开的实施例旨在包括前述组件192以串联和并联布置的任何和全部排列组合。如下面所示，表格2描述了沿着排气再循环路径110的组件192的布置的一些非限制性示例。
表格2
如上面表格2所示，催化剂单元被表示为CU，氧化催化剂单元被表示为OCU，增压器鼓风机被表示为BB，热交换器被表示为HX，热回收单元被表示为HRU，热回收蒸汽发生器被表示为HRSG，冷凝器被表示为COND，蒸汽涡轮被表示为ST，微粒去除单元被表示为PRU，湿气去除单元被表示为MRU，过滤器被表示为FIL，凝聚过滤器被表示为CFIL，不透水过滤器被表示为WFIL，惯性分离器被表示为INER，并且稀释剂供给系统(例如蒸汽、氮气或其他惰性气体)被表示为DIL。虽然表格2以从涡轮部156的排气出口182朝向压缩机部152的排气入口184的顺序示出组件192，但表格2也旨在覆盖所示出组件192的相反顺序。在表格2中，包括两个或更多个组件的任何单元旨在覆盖与所述组件的集成单元、所述组件的并联布置或其任何组合。此外，在表格2的背景下，HRU、HRSG和COND是HE的示例；HRSG是HRU的示例；COND、WFIL和CFIL是WRU的示例；INER、FIL、WFIL和CFIL是PRU的示例；并且WFIL和CFIL是FIL的示例。再者，表格2并不旨在排除组件192的任何未示出的排列组合。在某些实施例中，所示出的组件192(例如194至210)可以被部分或完全集成在HRSG 56、EGR系统58或其任何组合内。这些EG处置组件192可以使能实现温度、压力、流速和气体成分的反馈控制，同时也从排气60中去除湿气和微粒。此外，经处置的排气60可以在一个或多个抽取点76处被抽取以便在EG供给系统78中使用和/或被再循环到压缩机部152的排气入口184。
当经处置的再循环排气66穿过压缩机部152时，SEGR燃气涡轮系统52可以沿着一个或多个管线212(例如泄放导管或旁通导管)泄放一部分压缩的排气。每个管线212可以将排气输送到一个或多个热交换器214(例如冷却单元)，从而冷却排气以便将其再循环回到SEGR燃气涡轮系统52中。例如，在穿过热交换器214后，一部分被冷却的排气可以沿着管线212被输送到涡轮部156，以便冷却和/或密封涡轮壳体、涡轮外罩、轴承和其他组件。在这类实施例中，SEGR燃气涡轮系统52不输送任何氧化剂68(或其他潜在的污染物)通过涡轮部156以用于冷却和/或密封目的，并且因此，冷却的排气的任何泄漏将不会污染流过并驱动涡轮部156的涡轮级的热燃烧产物(例如工作排气)。通过进一步的示例，在穿过热交换器214之后，一部分冷却的排气可以沿着管线216(例如返回导管)被输送到压缩机部152的上游压缩机级，从而提高压缩机部152的压缩效率。在这类实施例中，热交换器214可以被配置为压缩机部152的级间冷却单元。以此方式，冷却的排气帮助增加SEGR燃气涡轮系统52的运转效率，同时帮助保持排气的纯度(例如基本没有氧化剂和燃料)。
图4是在图1-图3中示出的系统10的运转过程220的实施例的流程图。在某些实施例中，过程220可以是计算机实施的过程，其存取存储在存储器122上的一个或多个指令，并且在图2中示出的控制器118的处理器120上执行所述指令。例如，过程220中的每个步骤可以包括通过参照图2所描述的控制系统100的控制器118可执行的指令。
过程220可以开始于启动图1-3的SEGR燃气涡轮系统52的起动模式，如块222所指示的。例如，所述起动模式可以包括SEGR燃气涡轮系统52的逐步倾斜上升，以保持热梯度、振动和间隙(例如在旋转部件与静止部件之间)在可接受的阈值内。例如，在起动模式222期间，过程220可以开始供应经压缩的氧化剂68到燃烧器部154的燃烧器160和燃料喷嘴164，如块224所指示的。在某些实施例中，经压缩的氧化剂可以包括压缩空气、氧气、富氧空气、减氧空气、氧气-氮气混合物或其任何组合。例如，氧化剂68可以被图3中示出的氧化剂压缩系统186压缩。在起动模式222期间，过程220也可以开始向燃烧器160和燃料喷嘴164供应燃料，如块226所指示的。在起动模式222期间，过程220也可以开始供应排气(如果可用)到燃烧器160和燃料喷嘴164，如块228所指示的。例如，燃料喷嘴164可以产生一种或多种扩散火焰、预混火焰或扩散火焰与预混火焰的组合。在起动模式222期间，由燃气涡轮发动机156生成的排气60在数量和/或质量上可以是不足或不稳定的。因此，在起动模式期间，过程220可以从一个或多个存储单元(例如储罐88)、管线86、其他SEGR燃气涡轮系统52或其他排气源供应排气66。
然后，过程220可以通过一个或多个扩散火焰、预混火焰或扩散火焰与预混火焰的组合在燃烧器160中燃烧经压缩的氧化剂、燃料和排气的混合物以产生热燃烧气体172，如块230所指示的。特别地，过程220可以由图2的控制系统100来控制，以促进燃烧器部154的燃烧器160中的混合物的化学计量燃烧(例如化学计量扩散燃烧、预混燃烧或两者)。然而，在起动模式222期间，可能特别难以保持混合物的化学计量燃烧(并且因此，热燃烧气体172中可能存在低水平的氧化剂和未燃烧燃料)。结果，在起动模式222期间，热燃烧气体172可能比在如下面所进一步详细讨论的稳定状态模式期间具有更大量的残留氧化剂68和/或燃料70。由于这个原因，过程220可以在起动模式期间执行一个或多个控制指令以减少或消除热燃烧气体172中的残留氧化剂68和/或燃料70。
然后，过程220用热燃烧气体172驱动涡轮部156，如块232所指示的。例如，热燃烧气体172可以驱动被设置在涡轮部156内的一个或多个涡轮级174。在涡轮部156的下游，过程220可以处置来自最终涡轮级174的排气60，如块234所指示的。例如，排气处置234可以包括任何残留氧化剂68和/或燃料70的过滤、催化剂反应、化学处理、用HRSG 56进行热回收等。过程220还可以将至少一些排气60再循环回到SEGR燃气涡轮系统52的压缩机部152，如块236所指示的。例如，排气再循环236可以包括穿过具有EG处理系统54的排气再循环路径110，如图1-3所示。
进而，再循环排气66可以在压缩机部152中被压缩，如块238所指示的。例如，SEGR燃气涡轮系统52可以在压缩机部152的一个或多个压缩机级158中顺序压缩再循环排气66。结果，经压缩的排气170可以被供应给燃烧器160和燃料喷嘴164，如块228所指示的。然后可以重复步骤230、232、234、236和238，直到过程220最终过渡到稳态模式，如块240所指示的。在过渡240后，过程220可以继续执行步骤224至238，但是也可以开始经由EG供给系统78抽取排气42，如块242所指示的。例如，排气42可以从沿着压缩机部152、燃烧器部154和涡轮部156的一个或多个抽取点76被抽取，如图3所示。进而，过程220可以从EG供给系统78向烃类生产系统12供应所抽取的排气42，如块244所指示的。烃类生产系统12然后可以将排气42喷射到大地32中以用于强化油回收，如块246所指示的。例如，所抽取的排气42可以被如图1-3所示的EOR系统18的排气喷射EOR系统112使用。在SEGR燃气涡轮系统52的一些实施例中，排气42被再循环并被用于冷却燃气涡轮发动机150的燃烧器部154。
图5是燃烧器部154的示意图，其包括在图6-10中详细示出的各种特征。特别地，示出的实施例描绘了端盖总成155，其具有一个或多个氧化剂供应通道(例如，中心氧化剂通道157)、挡板总成159、扩展壳体系统161和燃料供应系统163。图5中与之前附图中所示的元件相同的元件被标以相同的附图标记。燃烧器160的轴向方向由箭头294指示，径向方向由箭头296指示，并且周向方向由箭头298指示。
如图5所示，压缩的氧化剂300可以被提供到燃烧器160的顶盖端(head end)部分302处的中心氧化剂通道157。燃料70被提供到涡轮燃烧器160的顶盖端部分302中的一个或多个燃料喷嘴164。如上所述，氧化剂300和燃料70可以在被注入燃烧器160之前经由一个或多个预混燃料喷嘴混合，可以经由一个或多个扩散燃料喷嘴独立地喷射到燃烧室160内，或两者的任意组合。因此，燃料喷嘴164可以是扩散燃料喷嘴、预混燃料喷嘴或其任意组合。压缩的氧化剂300可包括空气、氧气、富氧空气、减氧空气或氧气氮气混合物。在一些实施例中，压缩的氧化剂300可以具有小于大约10％、5％或1％体积百分比的排气42的浓度。
如上所讨论的，SEGR燃气涡轮系统52可以使一部分排气42(例如，压缩的排气170)再循环通过压缩机部152和至少一部分燃烧器部154(例如，一个或多个燃烧器160)。在下面所讨论的一些实施例中，相对惰性气体304(例如，氮气、二氧化碳和/或排气42、170)不会循环通过燃烧器160的顶盖端部分302。来自压缩机部152的惰性气体304(例如，排气170)可以被供应到燃烧器160的涡轮端部分310，而不是供应到顶盖端部分302，从而有助于保持氧化剂300与惰性气体304之间的隔离。在一些实施例中，惰性气体304(例如，排气170)可以具有小于大约10％、5％或1％体积百分比的氧化剂300(例如，氧气(O2))。一种或多种燃料70可以被供应到燃料喷嘴164。例如，燃料70可以包括但不限于气体燃料(例如，天然气、工艺气体、甲烷、氢气、一氧化碳)、液体燃料(例如，轻馏分、煤油、加热油)或它们的任意组合。
压缩机部152供应惰性气体304(例如，氮气、二氧化碳、压缩的排气170)到压缩机排放壳体305，该压缩机排放壳体305封闭燃烧器部154的燃烧器160的至少一部分(例如，燃烧室168)。惰性气体304可以相对于氧化剂300是充分惰性的(例如，不起反应的)。燃烧室168被顶盖端部分302的燃烧器盖306和沿燃烧器160的轴向轴线294的燃烧器衬套308(例如，内壁)部分地封闭。燃烧器衬套308围绕燃烧室168在周向方向298上延伸。燃烧器160的涡轮端部分310将来自下游方向312的氧化剂300和燃料70燃烧后的燃烧气体172导向到涡轮部156。在一些实施例中，离开燃烧器160的燃烧气体172可以基本上不含氧化剂300和燃料70，且浓度小于氧化剂300和燃料70的约10％、5％、3％、2％或1％体积百分比。流量套筒314(例如，中间壁)形成围绕燃烧器衬套308的通道316，该通道使流体(例如，诸如排气170的惰性气体304)能够沿燃烧室168的外侧流动。通道316围绕燃烧器衬套308在周向方向298上延伸，并且流量套筒314围绕通道316在周向方向298上延伸。在一些实施例中，惰性气体304是燃烧室168的主要冷却介质和/或燃烧气体172的散热器。
在一些实施例中，端盖总成155可以被配置为在一个或多个氧化剂通道(例如，中心氧化剂通道157)处接收压缩的氧化剂300，并且输送压缩的氧化剂300通过燃烧器160的顶盖端部分302。例如，端盖总成155可以包括1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多个氧化剂通道157以共同地供应大于或等于用于在燃烧器160中燃烧的氧化剂的50％、60％、70％、80％、90％或100％。在示出的实施例中，端盖总成155包括中心氧化剂通道157，其可以以端盖总成155的中心轴301为中心，大体上与中心轴301重合，或者大体在偏离端盖总成155的周界的中心区域中。如上所述，中心氧化剂通道157可以被配置为在相对于燃烧器160的轴向方向294上接收氧化剂300的一定范围的体积流量(例如，高体积流量至低体积流量，诸如大于、小于或等于10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％)。例如，在某些实施例中，中心氧化剂通道157可以被配置为接收氧化剂300的高体积供应，该高体积供应被配置为完全维持燃烧器160的燃烧过程。作为进一步的示例，在某些实施例中，中心氧化剂通道157可以被配置为接收氧化剂300的低体积供应，诸如由燃烧过程利用的氧化剂300的任何一部分。另外，应当注意，在某些实施例中，燃烧器160的顶盖端部分302可以接收氧化剂300的单一流道或单股氧化剂300，使得提供到燃烧器160的所有氧化剂300都被输送通过中心氧化剂通道157。在某些实施例中，中心氧化剂通道157被配置为将氧化剂300直接输送至一个或多个燃料喷嘴164。在示出的实施例中，如参考图7和图8进一步描述的，中心氧化剂通道157将氧化剂300输送到挡板总成159内。另外，如参考图6进一步描述的，示出的实施例可以被配置为将氧化剂300输送到一个或多个燃料喷嘴164的每个内。
在某些实施例中，挡板总成159具有一个或多个壁(例如，337、339)、一个或多个叶片(例如，346)以及一个或多个孔口(例如，348)，所述壁、叶片和孔口被布置以引导、分配并且通常输送部分氧化剂300到在燃烧器160的顶盖端部分302下游围绕流量套筒314布置的氧化剂部318内、输送到不同的燃料喷嘴164内以及输送到燃烧室168内。具体地，氧化剂部318可以被配置为接收来自端盖总成155的压缩的氧化剂300的一部分。例如，端盖总成155可以被配置为将来自端盖总成155的挡板总成159的氧化剂300的一部分在下游方向312上输送到氧化剂部318内。在某些实施例中，多个混合孔330可以引导氧化剂300的该部分从氧化剂部318到燃烧室168内以混合(例如，均匀混合)氧化剂300与来自燃料喷嘴164的燃料70，以稳定来自一个或多个燃料喷嘴164的火焰(例如，分散火焰和/或预混火焰)，和/或在燃烧室168内使火焰成形。在一些实施例中，燃烧器衬套308在顶盖端部分302附近可以具有一排或多排混合孔330。例如，燃烧器衬套308可以具有围绕燃烧器衬套308的大约1至1000排、1至500排、1至100排、1至10排或任意其他数量的成排的混合孔330，其中每排可以包括大约1至1000个或更多个孔330。在一些实施例中，混合孔330关于燃烧器衬套308对称地间隔开。在一些实施例中，混合孔330的位置、形状和/或尺寸可以至少部分基于与燃烧器盖306的间距而不同。混合孔330的的形状可以包括但不限于圆形、狭槽形或V字形(chevrons)或它们的任意组合。混合孔330可以朝向燃烧室168内的火焰引导流体(例如，氧化剂300、惰性气体304)，以影响燃烧的当量比。流体(例如，氧化剂300、惰性气体304)通过混合孔330的流速、速度和/或方向可以影响燃烧室168中的火焰的各种参数。例如，流体的流速和速度可以通过在燃烧室168中使火焰成形来影响氧化剂300和燃料70的混合。在一些实施例中，通过与下游方向成角度的混合孔330的流体流动可以沿燃烧器衬套308形成冷却薄膜(例如，薄膜冷却)。
惰性气体304(例如，排气170)在相对于燃烧气体172的上游方向322上从燃烧器160的涡轮端部分310进入通道316的冷却部320。通道316可以朝向顶盖端部分302开放并且开放到排放壳体305。具体地，惰性气体304从压缩机排放壳体305通过入口332进入流量套筒314。惰性气体304通过一个或多个冷却过程冷却燃烧器衬套308。例如，流过入口332的惰性气体304可以通过迎着衬套308冲击冷却来冷却与入口350相对的燃烧器衬套308。流过通道316的冷却部320的惰性气体304可以通过对流冷却和/或薄膜冷却来冷却衬套308。惰性气体304可以通过流过燃烧器衬套308的混合孔330和/或稀释孔334来冷却内表面。在一些实施例中，燃烧器衬套308可以在混合孔330的下游(例如，箭头312)具有一排或多排稀释孔334。例如，燃烧器衬套308可以具有围绕燃烧器衬套308的大约1至1000排、1至500排、1至100排、1至10排或任意其他数量排的稀释孔334。在一些实施例中，稀释孔334关于燃烧器衬套308对称地间隔开。如上面针对混合孔330所讨论的，稀释孔334可以包括至少部分基于与燃烧器盖306的间距而变化的位置、形状和/或尺寸。
在一些实施例中，抽取套筒326围绕流量套筒314和燃烧器部154的至少一部分周向地298延伸。抽取套筒326与流量套筒314流体连通，由此使流量套筒314中的一些惰性气体304(例如，压缩的排气170)能够被提取到排气抽取系统80。惰性气体304(例如，排气170)可以被泄放到抽取套筒326内以控制通道316内的惰性气体304的流速。如上面一些实施例所述，气体304(例如，排气170)可以通过SEGR燃气涡轮系统52再循环并且可以被流体注入系统36利用以用于强化油回收。
图6是图5的端盖总成155的实施例的示意图，其示出了压缩的氧化剂300通过中心氧化剂通道157被提供到燃烧器160。如上所述，中心氧化剂通道157可以被配置为在相对于燃烧器160的轴向方向294上接收氧化剂300的一定范围的体积流量(例如，10％至100％)。具体地，燃烧器160的顶盖端部分302可以接收氧化剂300的单一流道或单股氧化剂300，使得提供到燃烧器160的所有氧化剂300都被输送通过中心氧化剂通道157。中心氧化剂通道157可以是环状供应流道，诸如套管、流道、管道、钻孔、流体通道或它们的任意组合。中心氧化剂通道157可以相对于端盖总成155同心或共轴布置，例如，相对于中心轴线301居中或基本上居中。另外，中心氧化剂通道157可以包括配置为接收压缩的氧化剂300的氧化剂入口336。氧化剂入口336可以与中心氧化剂通道157流体连通。在某些实施例中，端盖总成155的氧化剂入口336可以被配置为接收氧化剂300的单一流道或单股氧化剂300，使得提供到燃烧器160的所有氧化剂300都被输送通过中心氧化剂流道157。此外，氧化剂入口336可以被配置为接收氧化剂300在轴向方向294上的供应，使得氧化剂300在轴向方向194上被输送到端盖总成155内。应当注意的是，在某些实施例中，多个氧化剂入口336和相关的氧化剂通道157(例如，2个、3个、4个、5个、6个或更多个)可以被布置在端盖总成155的顶盖端部分302处，使得端盖总成155将独立的氧化剂流输送到不同的燃料喷嘴164、氧化剂部318、燃烧室168或它们的任意组合。
在某些实施例中，中心氧化剂通道157可以被配置为接收氧化剂300的宽范围的体积流量或质量流量(例如，10％至100％)。例如，在燃烧过程期间燃烧器160利用大量氧化剂300的情况下，中心氧化剂通道157可以有利于在氧化剂入口336处接收氧化剂300的充足供应。事实上，中心氧化剂通道157可以被配置为处理通过单一氧化剂入口336的氧化剂300的高体积流量，诸如足以维持燃烧器160内的燃烧过程的高体积流量。应当注意，在某些实施例中，多个氧化剂入口336(例如，2个、3个、4个、5个、6个或更多个)可以被布置在端盖总成155的顶盖端部分302处，使得每个氧化剂入口336被配置为在轴向上接收氧化剂300并使得每个氧化剂入口336与中心氧化剂通道157流体连通。
在某些实施例中，端盖总成155的中心氧化剂通道157被配置为将氧化剂300的供应从中心氧化剂通道157输送到挡板总成159内。具体地，如参考图7和图8进一步描述的，中心氧化剂通道157可以与挡板总成159流体连通。挡板总成159可以被配置为将氧化剂300从中心氧化剂通道157接收并分配到一个或多个燃料喷嘴164的每个内、氧化剂部318内和/或燃烧室168内。具体地，挡板总成159可以包括限定挡板流道340的挡板主体338(例如，中空柱形主体、杯形主体或环形壁)。例如，挡板总成159的挡板主体338可以包括围绕中心轴线301和挡板流道340延伸的侧壁337以及在侧壁337的轴向端部处的下游端壁339。这些壁337和339中的每一个可以包括一个或多个孔口348以帮助分配来自挡板流道340的氧化剂流。挡板流道340可以是环状供应流道，诸如套筒、管道、钻孔、流体通道或它们的任意组合。挡板主体338可以被配置为限定挡板流道340的容积的柱状壳(或围绕中心轴线301延伸的任意壳结构或壁)。例如，挡板总成159可以是关于中心氧化剂通道157和/或端盖总成155同心或共轴的，例如，相对于中心轴线301居中或基本上居中。在某些实施例中，如参考图9进一步描述的，挡板流道340可以包括一个或多个通路342，这些通路允许燃料供应系统163的组件在沿着轴向方向294的下游方向312上从顶盖端部分302延伸穿过挡板总成159。
在某些实施例中，挡板总成159可以包括配置为引导从中心氧化剂通路157接收的氧化剂300的多个流引导件、面板或叶片346。具体地，叶片346可以被布置且配置为将氧化剂300的流从挡板流道340引导(例如，导向和/或转弯)进入多个氧化剂孔口348。多个氧化剂孔口348可以被设置穿过挡板主体338的侧壁337和/或端壁339，并且可以被配置为引导氧化剂300的一部分进入一个或多个燃料喷嘴164和/或到一个或多个燃料喷嘴164周围。在一些实施例中，挡板总成159可以具有靠近燃料喷嘴164的一排或多排氧化剂孔口348。例如，挡板总成159可以具有围绕挡板主体338的大约1至1000排、1至500排、1至100排、1至10排或任意其他数量的成排的氧化剂孔口348，其中每排可以包括大约1至1000个或更多个孔口348。在一些实施例中，氧化剂孔口348关于挡板主体338对称地和/或均匀地间隔开。在一些实施例中，氧化剂孔口348的位置、形状和/或尺寸可以至少部分基于与氧化剂孔口164的间距而不同。因此，氧化剂孔口348帮助在燃料喷嘴164之间分配氧化剂，同时燃料喷嘴164还接收来自燃料供应系统163的燃料。
在某些实施例中，燃料供应系统163包括外燃料喷嘴供应入口350、中心燃料喷嘴供应入口352和一个或多个燃料供应通道354。外燃料喷嘴供应入口350可以被配置为接收燃料70并将燃料70输送到一个或多个供应室356。每个供应室356可以与单个外燃料喷嘴358关联。另外，中心燃料喷嘴供应入口352可以被配置为接收燃料70并经由中心燃料供应通道362将燃料70直接输送至中心燃料喷嘴360。如上所述，燃料供应通道354(包括中心燃料供应通道362)可以经由通路342被输送通过挡板总成159。以此方式，燃料供应通道354可以为燃料70提供通过燃烧器160的顶盖端部分302并通过端盖总成155的流动路径。具体地，燃料70被从燃料供应源输送通过入口(例如，外燃料喷嘴供应入口350、中心燃料喷嘴供应入口352)并且在注入到燃烧室168内之前被输送到燃料喷嘴164内。在某些实施例中，燃料喷嘴164包括设置在燃料供应通道354、362的下游端处的燃料尖端364。尖端354可以包括从其中延伸穿过的多个通道，以允许燃料70流经尖端364并流到燃烧室168内。
在某些实施例中，流经尖端364的燃料70可以被配置为与从挡板总成159中的多个氧化剂孔口348输送到每一个燃料喷嘴164的氧化剂300混合。具体地，挡板总成159可以与每个燃料喷嘴164流体连通，由此将氧化剂300的一部分输送通过氧化剂孔口348并且输送到设置在每个燃料喷嘴164上的多个氧化剂端口366内。以此方式，燃料喷嘴164可以被配置为在将混合物注入到燃烧室168内之前混合氧化剂300和燃料70。如上面关于图5所述，在某些实施例中，一部分氧化剂300被从挡板总成159输送到氧化剂部318内，该氧化剂部318被设置在燃烧器160的顶盖端部分302下游处的流量套筒314周围。具体地，氧化剂部318可以被配置为从挡板总成159中的多个氧化剂孔口348接收压缩的氧化剂300的一部分。在这些情况下，多个混合孔330可以引导来自氧化剂部318的该部分氧化剂300并将其引导至燃烧室168内以混合(例如，均匀混合)氧化剂300和来自燃料喷嘴164的燃料70。
图7是图6的中心氧化剂通道157的一个实施例沿线7-7截取的示意图，其中中心氧化剂通道157包括隔热罩367(例如，环状隔热罩)和流动调节器368(例如，环状流动调节器)。隔热罩367可以包括配置为阻止或抑制来自流过中心氧化剂通道157和端盖总成155的氧化剂的热传递的套筒、涂层或材料层。例如，隔热罩367可以可移除地耦接(例如，通过螺纹、螺栓或紧固耦接)、固定地耦接(例如，通过焊接耦接)或涂覆到中心氧化剂通道157的内表面369上。流动调节器368可以直接或间接地耦接到端盖总成155。例如，流动调节器368可以可移除地耦接(例如，通过螺纹、螺栓或紧固耦接)或固定地耦接(例如，通过焊接耦接)到端盖总成155和/或中心氧化剂通道157中的隔热罩367。在示出的实施例中，流动调节器368包括由外壁371以共轴或同心布置(例如，共轴环状壁)环绕的内壁370。流动调节器368还包括多个氧化剂端口或开口372，多个氧化剂端口或开口372被配置为帮助调节和分配(例如，均匀分配)来自中心氧化剂通道157的氧化剂流到挡板总成159内。开口372可以被设置在内壁370、外壁371和/或轴向端壁373上。在某些实施例中，轴向端壁373可以覆盖流动调节器368的一端的0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。外壁371可以是平行于轴线301延伸的环状壁或中空柱形壁，然而，内壁370可以在朝向流动调节器368的端部的氧化剂流的下游方向上可以逐渐地发散(例如，成曲线或渐缩)以远离轴线301。例如，内壁370可以包括第一壁部分374(例如，直的环状或中空柱形壁)和紧随其后的第二壁部分375(例如，发散的环状壁、漏斗形壁、锥形壁或抛物线形壁)。第二壁部分375朝着外壁371逐渐地向外发散(例如，渐缩或成曲线)以远离轴线301和第一壁部分370。在示出的实施例中，内壁370的第二壁部分375在流动调节器368的下游端处与外壁371相交。
在某些实施例中，流动调节器368可以被配置为当压缩的氧化剂300被输送到中心氧化剂通道157内、穿过氧化剂开口372并输送到挡板总成159时将压缩的氧化剂300的大规模流结构(例如，漩涡)分解成较小规模流结构。此外，流动调节器368可以被配置为以向挡板总成159提供更均匀的氧化剂流分布的方式为氧化剂提供引导或流道，由此也提高了进入每个单独的燃料喷嘴164的氧化剂流的均匀性。例如，进入的氧化剂流可以在第一或中心氧化剂流与第二或外氧化剂流之间分裂，其中第一或中心氧化剂流流过流动调节器368的内壁370，并且所述第二或外氧化剂流在内壁370与外壁371之间(例如，在环状通道376内)流过。随着第一流穿过流动调节器368，内壁370的横截面从第一壁部分374到第二壁部分375(例如，发散段)逐渐增加，由此帮助扩散、膨胀和分配氧化剂流。穿过流量控制器368的第一流也可以穿过内壁370(例如，第一壁部分374和/或第二壁部分375)、端壁373或它们的组合中的开口372，由此进一步帮助调节和分配氧化剂流。随着第二流穿过流动调节器368(例如，在环状通道376内)，内壁370朝着外壁371转向(例如，渐缩、成曲线或弯曲)而远离轴线301，由此逐渐引导氧化剂流在远离轴线301的径向向外方向上转向通过外壁371中的开口372。以此方式，流动调节器368引导通道376中的第二流在挡板总成159内的径向方向上穿透得更远。流动调节器368的内壁370、外壁371和开口372共同促进氧化剂流的分配和调节，由此提供氧化剂流在燃料喷嘴164、氧化剂部318和燃烧室168中的改进的分配。
多个氧化剂开口372可以引导来自流动调节器368的氧化剂300并且将其引导到挡板总成159内。在一些实施例中，流动调节器368的内壁370、外壁371和/或端壁373可以具有靠近挡板总成159的一排或多排氧化剂开口372。例如，流动调节器368的内壁370、外壁371和/或端壁373可以具有大约1至1000排、1至500排、1至100排、1至10排或任意其他数量的成排的氧化剂开口372，其中每排可以包括大约1至1000个或更多个开口372。在一些实施例中，氧化剂开口372关于轴线301对称地间隔开。在一些实施例中，氧化剂开口372的位置、形状和/或尺寸可以至少部分地基于与挡板总成159的间距而不同。
在某些实施例中，中心氧化剂通道157可以包括或不包括隔热罩367，该隔热罩367被配置为使端盖总成155的部件(例如，燃料供应系统163)热避开与压缩的氧化剂300相关联的高温。例如，隔热罩367可以是环状罩，该环状罩被设置在中心氧化剂通道157的内表面369上并且被配置为将中心氧化剂通道157与端盖总成155的部件充分热隔绝。也就是说，隔热罩367可以作为热屏障以阻挡提供给端盖总成155的氧化剂300的高温与提供给端盖总成155的燃料70的较低温度热接触。在某些实施例中，隔热罩367可以是施加于中心氧化剂通道157的内表面369的隔热涂料。
在某些实施例中，除了隔热罩367之外，端盖总成155还可以包括围绕中心氧化剂通道157同心设置的热凹槽378。具体地，热凹槽378可以额外地被配置为在向中心氧化剂通道157提供的氧化剂300的高温与向一个或多个供应室356提供的燃料70的较低温度之间提供热隔离，以避免氧化剂300的高温与燃料70的较低温度热接触。特别地，热凹槽378可以部分地延伸到端盖总成155内，使得围绕中心氧化剂通道157创建深入到端盖总成155内的深度377的热屏障。
图8是图6的中心氧化剂通道157的一个实施例的示例图，其被配置为将氧化剂300输送到挡板总成159。具体地，在中心氧化剂通道157的图示实施例中，中心氧化剂通道157可以包括不带内壁370的图7的流动调节器368。因此，在图8的实施例中，氧化剂流不被分成与共轴的内壁370和外壁371相关联的第一流和第二流。相反，所有氧化剂流都穿过流动调节器368的外壁371，然后通过外壁371和/或端壁373中的开口372离开流动调节器。在某些实施例中，端壁373可以完全开放至外壁371的全直径，并且因此在端壁373处可以仅存在单一开口372。在其他实施例中，端壁373可以包括与外壁371中的开口372相比具有相等、较小或较大的直径的多个开口。随着图8中氧化剂流穿过流动调节器368，氧化剂流被调节并且分配以在径向向外的方向上穿过外壁372中的开口372并且在轴向方向上穿过端壁373中的一个或多个开口372。以此方式，流动调节器368可以被配置为帮助在整个挡板总成159中分配氧化剂300，以便改善对燃料喷嘴164、氧化剂部318和燃烧室168的分配。
图9是图6的扩展壳体系统161的一个实施例的示意图，其中该扩展壳体系统161包括凸缘380(例如，环状凸缘)、外膨胀壁382(例如，环状壁)、内膨胀壁384(例如，环状壁)和弹性空间386(例如，环状空间)。在某些实施例中，扩展壳体系统161还可以包括挡板壁388。特别地，扩展壳体系统161包括配置为容纳端盖总成155的部件(诸如中心氧化剂通道157、挡板总成159和燃料供应系统163)的空间390的体积。另外，在某些实施例中，扩展壳体系统161可以被配置以在燃烧器160的操作期间为端盖总成155的部件提供可挠性(例如，提供回弹性以经历热膨胀和热收缩)。例如，在燃烧器160的操作期间，端盖总成155可以被配置为接收具有变化的温度和压力的流体(例如，氧化剂300、燃料70)，同时还被环境温度包围(例如，在端盖总成155外面)。例如，氧化剂300可以在高温下被提供到中心氧化剂通道300，燃料70可以在较低温度下被提供到外燃料喷嘴供应入口350或中心燃料喷嘴供应入口352，并且围绕端盖总成155的环境空气与氧化剂300相比也可以处于相对低的温度。因此，在燃烧器160的操作期间，由流体(例如，氧化剂300、燃料70)造成的温度梯度可能引起端盖总成155内的热膨胀。在某些实施例中，扩展壳体系统161的特征件可以被配置为响应于端盖总成155的部件之间的热应变和/或温度梯度而屈伸或膨胀。另外，扩展壳体系统161的特征件可以配置为在应变和/或温度梯度被最小化时撤回。以此方式，随着端盖总成155的部件进行调节以适应由吸入的流体造成的温度梯度和/或热应变，扩展壳体系统161可以为这些部件提供一些可挠性。
在某些实施例中，外膨胀壁382和内膨胀壁384可以被配置为膨胀到弹性空间386内以适应端盖总成155的部件的可能的热膨胀。例如，端盖总成155可以被配置为接收一个或多个供应室356内的较低温度的燃料70，并且可以通过一个或多个燃料供应通道354将燃料70输送到燃料喷嘴164。另外，端盖总成155可以被配置为接收中心氧化剂通道157内的较高温度的氧化剂300，并且可以输送氧化剂300通过挡板总成159并输送到燃烧室158。在某些实施例中，氧化剂300的一些部分可以从挡板总成159中的多个氧化剂孔口348被输送到端盖总成155的弹性空间386内。事实上，端盖总成155的部件(例如，一个或多个供应室356、一个或多个燃料供应通道354、挡板系统159)可以响应于端盖总成155内的燃料70与氧化剂300之间的温度梯度而热膨胀。
因此，在某些实施例中，外膨胀壁382、内膨胀壁384和挡板壁388可以被配置为膨胀到弹性空间386内以适应端盖总成155的部件的可能的热膨胀。在某些实施例中，壁382、384和388的尺度可以针对热膨胀提供一些弹性。例如，壁382、384和388的每一个可以是薄的延长壁(例如，薄的环状壁)，使得例如轴向高度390大于厚度或径向宽度392。例如，在某些实施例中，壁382的高度390相对于宽度392的比率(例如，高度/宽度)可以大于大约5、10、15或20。通过进一步的示例，在某些实施例中，与端盖总成155的周围结构相比，壁382、384和388的厚度或径向宽度392可以相对较薄。因此，壁382、384和388相对于周围结构的相对较薄的厚度392可以导致壁382、384和388倾向于屈伸(例如，热膨胀或热收缩)而周围结构大致保持稳定。特别地，薄壁382、384和388有利于这些壁热膨胀到弹性空间386内，其充当开放的缓冲区域以在壁382、384和386之间没有任何接触的情况下使能屈伸。另外，应当注意外膨胀壁382的高度390可以额外地被配置以增加端盖总成155内的空间390的体积，由此有利于容纳端盖总成155的部件(例如，中心氧化剂通道157、挡板总成159和燃料供应系统163等)。
在某些实施例中，扩展壳体系统161可以包括凸缘380，该凸缘380被配置为将端盖总成155耦接且固定到燃气涡轮发动机150的压缩机部152的部分394。凸缘380可以是有利于将端盖总成155耦接到压缩机部152的突出特征。特别地，一个或多个附连特征件396可以利于该附连或耦接。附连特征件396可以包括螺纹紧固件、螺栓、卡环、支撑结构、焊接点等。另外，可以经由粘结、经由焊接、经由紧固件或经由任意其他适合的安装来实现附连或耦接。应当注意，端盖总成155内的部件也可以利用附连特征件396(例如，螺纹紧固件，诸如螺栓)固定或耦接到端盖总成155内的其他部件。例如，中心氧化剂通道157可以利用上述附连特征件396或技术之一来与挡板总成159固定或耦接。
图10是图5的端盖总成155的一个实施例沿图6的线10-10截取的横截面，其示出了燃料供应系统163。特别地，燃料供应系统163包括外燃料喷嘴供应入口350、中心燃料喷嘴供应入口352、一个或多个燃料供应通道354以及一个或多个供应室356。示出的实施例描述了燃料70被从燃料供应源输送到外燃料喷嘴供应入口350和中心燃料喷嘴供应入口352。具体地，中心燃料喷嘴供应入口352可以被配置为接收燃料70并经由中心燃料供应通道362将燃料直接输送到中心燃料喷嘴360。另外，外燃料喷嘴供应入口350可以被配置为接收燃料70并将燃料70输送到一个或多个供应室356，其中每个供应室356与单个外燃料喷嘴358相关联。
特别地，外燃料喷嘴供应入口350可以被配置为通过集成到端盖总成155内(例如，与端盖总成155一体形成)的燃料歧管400将燃料70输送到一个或多个供应室356。在某些实施例中，燃料歧管400可以被耦接到一个或多个供应室356中的每一个。另外，燃料歧管400可以包括为了供应室356进一步远离外燃料喷嘴供应入口350而尺寸减小的可变横截面。例如，在示出的燃料歧管中，因为第二供应室408进一步远离第一供应室404，所以燃料歧管400的靠近第一供应室404的第一横截面402大于靠近第二供应室408的第二横截面306。应当注意，燃料歧管400的可变横截面可以被配置为保持供应到每个供应室356的燃料70的恒定燃料流动速度410。因此，为了供应室356进一步远离外燃料喷嘴供应入口350而减小燃料歧管400的横截面将会增加提供到进一步远离的燃料室356的燃料70的燃料流动速度410。
本方法的技术效果包括端盖总成155，其被配置为输送氧化剂300和燃料70通过燃气涡轮发动机150的顶盖端部分302并输送到一个或多个燃料喷嘴164内。端盖总成155包括中心氧化剂通道157、挡板总成159、扩展壳体系统161以及燃料供应系统163。端盖总成155可以被配置为轴向接收和输送穿过燃烧器160的顶盖端部分302的一定范围的氧化剂体积流量(例如，氧化剂的高体积流量和/或氧化剂的低体积流量)。具体地，端盖总成155可以被配置为接收燃烧器160的顶盖端部分302内的单一中心位置(例如，中心氧化剂通道157)处的氧化剂300的体积范围，而不是穿过燃烧器160的整个顶盖端部分302的各个位置处的氧化剂300的体积范围。挡板总成159可以包括多个氧化剂孔口348，这些氧化剂孔口348被配置为输送并引导氧化剂300的供应穿过端盖总成155并进入一个或多个燃料喷嘴164中的每一个。燃料供应系统163包括外燃料喷嘴供应入口350、中央燃料喷嘴供应入口352、一个或多个燃料供应通道354以及多个燃料喷嘴164。特别地，燃料供应系统163可以被配置为将燃料70输送通过燃烧器160的顶盖端部分302并且进入多个喷嘴164中的每一个。在某些实施例中，一个或多个燃料供应通道354被配置为延伸穿过端盖总成155的挡板总成159。
本方法的技术效果还包括扩展壳体系统161，其被配置为容纳中心氧化剂通道157、挡板总成159和燃料供应系统163。该扩展壳体系统包括凸缘380、外膨胀壁382、内膨胀壁384、挡板壁388以及弹性空间386。在某些实施例中，扩展壳体系统161的特征可以被配置为响应于端盖总成155的部件之间的热应变和/或温度梯度而屈伸或膨胀。例如，外膨胀壁382和内膨胀壁384可以被配置为延伸到弹性空间386内以适应端盖总成155的组件的可能的热膨胀。
附加实施例
本发明实施例提供用于控制具有排气再循环的燃气涡轮发动机中的燃烧和排放的系统和方法。需要指出，上述特征的任意一个或其组合可以以任何合适的组合来使用。事实上，目前这类组合的所有排列是可预想的。通过示例的方式，提供以下条款以作为本公开的进一步描述：
实施例1.提供了具有燃气涡轮发动机的系统。该燃气涡轮发动机包括涡轮和耦接到涡轮的燃烧器。该燃烧器包括燃烧室、在燃烧室上游的一个或多个燃料喷嘴以及具有端盖总成的顶盖端。该端盖总成包括配置为接收氧化剂流的氧化剂入口、中心氧化剂通道以及至少一个燃料供应通道。中心氧化剂通道与氧化剂入口流体连通，并且中心氧化剂通道被配置为将氧化剂流输送到一个或多个燃料喷嘴。至少一个燃料供应通道被配置为接收燃料流并将燃料流输送到一个或多个燃料喷嘴内。
实施例2.根据实施例1所述的系统，其中端盖总成包括与中心氧化剂通道流体连通的挡板总成。
实施例3.根据实施例2所述的系统，其中挡板总成包括由挡板壳限定的挡板流道，其中该挡板流道与中心氧化剂通道流体连通。
实施例4.根据实施例3所述的系统，其中挡板壳包括穿过挡板壳的壁设置的多个氧化剂孔口，其中所述多个氧化剂孔口被配置为将氧化剂流分配成多股氧化剂流。
实施例5.根据实施例3所述的系统，其中挡板总成被配置为将多股氧化剂流输送到多个燃料喷嘴内。
实施例6.根据实施例1所述的系统，其中中心氧化剂通道包括流动调节器，该流动调节器包括多个开口、分叉壁或它们的组合。
实施例7.根据实施例1所述的系统，其中中心氧化剂通道包括隔热罩，该隔热罩被配置作为处于第一温度的氧化剂流与处于第二温度的燃料流之间的热屏障，其中第一温度大于第二温度。
实施例8.根据实施例1所述的系统，其中端盖总成包括热凹槽，该热凹槽被配置作为处于第一温度处的氧化剂流与处于第二温度的燃料流之间的热屏障，其中第一温度大于第二温度。
实施例9.根据实施例1所述的系统，其中端盖总成包括扩展壳体系统，该扩展壳体系统包括响应于氧化剂流与燃料流之间的温度梯度而膨胀或收缩的一个或多个膨胀壁。
实施例10.根据实施例9所述的系统，其中一个或多个膨胀壁膨胀和收缩到设置于端盖总成内的弹性空间内。
实施例11.根据实施例1所述的系统，其中涡轮由在燃烧室内燃烧燃料流与氧化剂流而产生的燃烧气体驱动，其中涡轮输出排气，其中燃气涡轮发动机包括由涡轮驱动的排气压缩机，并且其中排气压缩机被配置为压缩排气并将排气输送到燃烧器。
实施例12.根据实施例11所述的系统，其中燃气涡轮发动机是化学计量排气再循环燃气涡轮发动机，即SEGR燃气涡轮发动机。
实施例13.根据实施例11所述的系统，其包括耦接到燃气涡轮发动机的排气抽取系统和耦接到排气抽取系统的烃类生产系统。
实施例14.提供了包括端盖总成的系统。该端盖总成被配置为安装在涡轮燃烧器的顶盖端处。该端盖总成包括氧化剂入口、中心氧化剂通道和至少一个燃料供应通道。氧化剂入口被配置为接收氧化剂流。中心氧化剂通道与氧化剂入口流体连通并且被配置为将氧化剂流输送至一个或多个燃料喷嘴。至少一个燃料供应通道被配置为接收燃料流，其中至少一个燃料供应通道被配置为将燃料流输送到一个或多个燃料喷嘴内。
实施例15.根据实施例14所述的系统，其中端盖总成包括膨胀壁，该膨胀壁被配置为响应于处于第一温度的氧化剂流与处于第二温度的燃料流之间的温度梯度而膨胀或收缩到端盖总成的弹性空间内。
实施例16.根据实施例14所述的系统，其中端盖总成包括与中心氧化剂通道流体连通的挡板总成，并且其中挡板总成包括与中心氧化剂流道流体连通的挡板流道。
实施例17.根据实施例16所述的系统，其中挡板总成包括具有多个氧化剂孔口的挡板壳，所述多个氧化剂孔口是穿过挡板壳的壁设置的。
实施例18.根据实施例14所述的系统，其中中心氧化剂通道包括隔热罩，该隔热罩被配置作为氧化剂流与燃料流之间的热屏障。
实施例19.根据实施例14所述的系统，其中端盖总成包括热凹槽，该热凹槽被配置作为氧化剂流与燃料流之间的热屏障。
实施例20.根据实施例14所述的系统，其包括提供燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括具有端盖总成的燃烧器。该燃气涡轮发动机还包括由在燃烧室内燃烧燃料流与氧化剂流而产生的燃烧气体驱动的涡轮，其中该涡轮输出排气。该燃气涡轮发动机还包括由涡轮驱动的排气压缩机，其中该排气压缩机被配置为压缩排气并将排气输送到燃烧器。
实施例21.根据实施例20所述的系统，其中燃气涡轮发动机是化学计量排气再循环燃气涡轮发动机，即SEGR燃气涡轮发动机。
实施例22.根据实施例21所述的系统，其包括耦接到燃气涡轮发动机的排气抽取系统和耦接到排气抽取系统的烃类生产系统。
实施例23.提供了一种方法。该方法包括接收氧化剂流进入燃气涡轮发动机的涡轮燃烧器的端盖总成的氧化剂入口内。该方法还包括将氧化剂流从氧化剂入口输送通过端盖总成中的中心氧化剂通道并且将来自中心氧化剂通道的氧化剂流分配到多个燃料喷嘴内。
实施例24.根据实施例23所述的方法，其包括通过输送氧化剂流穿过多个氧化剂开口、使氧化剂流转弯或它们的组合来调节中心氧化剂通道中的氧化剂流。
实施例25.根据实施例23所述的方法，其包括使端盖总成的一部分屈伸到弹性空间中以适应热膨胀或热收缩。
撰写的描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使得本领域任何技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法)。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些示例具有与权利要求的文字语言没有不同的结构元件，或者如果这些示例包括与权利要求的文字语言具有非实质性差异的等同结构元件，则此类其他示例意为在权利要求的范围内。
Claims (19)
1.一种用于燃气涡轮发动机中高体积氧化剂流的系统，其包括：
所述燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
涡轮；和
耦接到所述涡轮的燃烧器，其中所述燃烧器包括燃烧室、在所述燃烧室上游的一个或多个燃料喷嘴以及具有端盖总成的顶盖端，其中
所述端盖总成包括：
氧化剂入口，其被配置为接收氧化剂流；
中心氧化剂通道，其与所述氧化剂入口流体连通，其中所述中心氧化剂通道被配置为将所述氧化剂流输送到所述一个或多个燃料喷嘴；
挡板总成，所述挡板总成包括由围绕所述中心氧化剂通道的下游端设置的挡板壳限定的挡板流道，其中所述挡板流道与所述中心氧化剂通道流体连通，所述挡板壳包括穿过所述挡板壳的壁设置的多个氧化剂孔口，所述多个氧化剂孔口被配置为将所述氧化剂流分散成多股氧化剂流，并且所述挡板总成配置为将所述多股氧化剂流中的一股或多股通过所述一个或多个燃料喷嘴中的氧化剂端口输送到所述一个或多个燃料喷嘴中；以及
至少一个燃料供应通道，其被配置为接收燃料流，其中所述至少一个燃料供应通道被配置为将所述燃料流输送到所述一个或多个燃料喷嘴内。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述中心氧化剂通道包括流动调节器，所述流动调节器包括多个开口、分叉壁或其组合。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述中心氧化剂通道包括隔热罩，所述隔热罩被配置作为处于第一温度的所述氧化剂流与处于第二温度的所述燃料流之间的热屏障，其中所述第一温度大于所述第二温度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述端盖总成包括热凹槽，所述热凹槽被配置作为处于第一温度的所述氧化剂流与处于第二温度的所述燃料流之间的热屏障，其中所述第一温度大于所述第二温度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述端盖总成包括扩展壳体系统，所述扩展壳体系统包括响应于所述氧化剂流与所述燃料流之间的温度梯度而膨胀或收缩的一个或多个膨胀壁。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述一个或多个膨胀壁膨胀和收缩到设置于所述端盖总成内的弹性空间中。
7.根据权利要求1所述的系统，
其中所述涡轮由燃烧气体驱动，所述燃烧气体是由于在所述燃烧室内燃烧所述燃料流与所述氧化剂流而产生的，其中所述涡轮输出排气，其中所述燃气涡轮发动机包括由所述涡轮驱动的排气压缩机，其中所述排气压缩机被配置为压缩所述排气并将所述排气输送到所述燃烧器。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述燃气涡轮发动机是化学计量排气再循环燃气涡轮发动机即SEGR燃气涡轮发动机。
9.根据权利要求7所述的系统，其包括耦接到所述燃气涡轮发动机的排气抽取系统和耦接到所述排气抽取系统的烃类生产系统。
10.一种用于燃气涡轮发动机中高体积氧化剂流的系统，其包括：
端盖总成，其被配置为安装在涡轮燃烧器的顶盖端处，其中所述端盖总成包括：
氧化剂入口，其被配置为接收氧化剂流；
与所述氧化剂入口流体连通的中心氧化剂通道，其中所述中心氧化剂通道被配置为将所述氧化剂流输送至一个或多个燃料喷嘴；
挡板总成，所述挡板总成包括由围绕所述中心氧化剂通道的下游端设置的挡板壳限定的挡板流道，其中所述挡板流道与所述中心氧化剂通道流体连通，所述挡板壳包括穿过所述挡板壳的壁设置的多个氧化剂孔口，所述多个氧化剂孔口被配置为将所述氧化剂流分散成多股氧化剂流，并且所述挡板总成配置为将所述多股氧化剂流中的一股或多股通过所述一个或多个燃料喷嘴中的氧化剂端口输送到所述一个或多个燃料喷嘴中；以及
至少一个燃料供应通道，其被配置为接收燃料流，其中所述至少一个燃料供应通道被配置为将所述燃料流输送到所述一个或多个燃料喷嘴内。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述端盖总成包括膨胀壁，所述膨胀壁被配置为响应于处于第一温度的所述氧化剂流与处于第二温度的所述燃料流之间的温度梯度而膨胀或收缩到所述端盖总成的弹性空间中。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述中心氧化剂通道包括隔热罩，所述隔热罩被配置作为所述氧化剂流与所述燃料流之间的热屏障。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述端盖总成包括热凹槽，所述热凹槽被配置作为所述氧化剂流与所述燃料流之间的热屏障。
14.根据权利要求10所述的系统，其包括：
所述燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
具有所述端盖总成的燃烧器；
由燃烧气体驱动的涡轮，所述燃烧气体是由于在所述燃烧室内燃烧所述燃料流与所述氧化剂流而产生的，其中所述涡轮输出排气；以及
由所述涡轮驱动的排气压缩机，其中所述排气压缩机被配置为压缩所述排气并将所述排气输送到所述燃烧器。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述燃气涡轮发动机是化学计量排气再循环燃气涡轮发动机即SEGR燃气涡轮发动机。
16.根据权利要求15所述的系统，其包括耦接到所述燃气涡轮发动机的排气抽取系统和耦接到所述排气抽取系统的烃类生产系统。
17.一种用于燃气涡轮发动机中高体积氧化剂流的方法，其包括：
接收氧化剂流进入所述燃气涡轮发动机的涡轮燃烧器的端盖总成的氧化剂入口内；
将所述氧化剂流从所述氧化剂入口输送通过所述端盖总成中的中心氧化剂通道；
将所述氧化剂流通过所述中心氧化剂通道的下游端输送到由围绕所述中心氧化剂通道的下游端设置的挡板壳限定的挡板总成中；
将所述氧化剂流作为多股氧化剂流通过穿过所述挡板壳设置的多个氧化剂孔口输送；以及
将来自所述多个氧化剂孔口的所述多股氧化剂流中的一股或多股通过一个或多个燃料喷嘴中的氧化剂端口分散到多个燃料喷嘴内。
18.根据权利要求17所述的方法，其包括通过输送所述氧化剂流穿过多个氧化剂开口、使所述氧化剂流转弯或其组合来调节所述中心氧化剂通道中的所述氧化剂流。
19.根据权利要求17所述的方法，其包括使所述端盖总成的一部分屈伸到弹性空间中以适应热膨胀或热收缩。
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