Системы и способы управления потоком выхлопного газа в газотурбинных системах с рециркуляцией выхлопного газа

Системы и способы управления потоком выхлопного газа в газотурбинных системах с рециркуляцией выхлопного газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Объект изобретения, раскрытый здесь, относится к газотурбинным двигателям и, в частности, к газотурбинным системам с рециркуляцией выхлопного газа (EGR).

Газотурбинные двигатели используются в широком множестве применений, таких как генерация мощности, авиация и различное машинное оборудование. Газотурбинные двигатели в общем сжигают топливо с окислителем (например, воздухом) в секции камеры сгорания для генерации горячих продуктов сгорания, которые далее приводят в движение одну или более ступеней турбины секции турбины. Ступени турбины при приведении в движение горячими продуктами сгорания передают мощность вращения валу. Вращающийся вал в свою очередь приводит в движение одну или более ступеней компрессора секции компрессора и также может приводить в движение электрический генератор для производства электрической энергии. Газотурбинные двигатели могут включать в себя множество средств управления для улучшения производительности и эффективности, при этом также уменьшая загрязнения в выхлопном газе. К сожалению, средства управления становятся сложными для газотурбинных систем с рециркуляцией выхлопного газа. В связи с этим может быть необходимо улучшение средств управления для газотурбинных двигателей с рециркуляцией выхлопного газа.

Краткое описание изобретения

Определенные варианты выполнения, сопоставимые по объему охраны с первоначально заявленным объектом изобретения, обобщены ниже. Эти варианты выполнения не предназначены для ограничения объема охраны заявленного изобретения, а точнее эти варианты выполнения предназначены только для обеспечения краткой сущности возможных форм изобретения. Более того, настоящее раскрытие может охватывать множество форм, которые могут быть подобными или отличными от вариантов выполнения, изложенных ниже.

В одном варианте выполнения газотурбинная система с рециркуляцией выхлопного газа (EGR) включает в себя компрессор выхлопного газа, расположенный вдоль тракта EGR и выполненный с возможностью сжатия рециркулированного выхлопного газа для производства разбавителя выхлопного газа. Компрессор выхлопного газа включает в себя секцию впуска, имеющую элемент управления потоком, выполненный с возможностью модуляции потока рециркулированного выхлопного газа в компрессор выхлопного газа на основе положения элемента управления потоком. Дополнительно положение элемента управления потоком способно изменяться от положения максимального открытия до положения минимального открытия. Система включает в себя рециркуляционный нагнетатель, расположенный вдоль тракта EGR и по потоку перед компрессором выхлопного газа, причем рециркуляционный нагнетатель выполнен с возможностью обеспечения потока рециркулированного выхлопного газа к секции впуска, и причем поток рециркулированного выхлопного газа изменяется от минимального выхода нагнетателя до максимального выхода нагнетателя. Система также включает в себя контроллер, соединенный с элементом управления потоком и с рециркуляционным нагнетателем, причем контроллер выполнен с возможностью управления положением элемента управления потоком на основе измеряемого или моделируемого параметра газотурбинной системы с EGR. Дополнительно контроллер выполнен с возможностью управления одним или более эксплуатационными параметрами рециркуляционного нагнетателя для управления потоком рециркулированного выхлопного газа к секции впуска на основе положения элемента управления потоком.

В другом варианте выполнения способ управления газотурбинной системой с рециркуляцией выхлопного газа (EGR) включает в себя этап, на котором регулируют угол множества впускных направляющих лопаток компрессора выхлопного газа газотурбинной системы с EGR, причем множество впускных направляющих лопаток имеет первый диапазон движения, ограниченный минимальным углом и максимальным углом, и причем угол регулируют на основе одного или более отслеживаемых или моделируемых параметров газотурбинной системы с EGR. Способ дополнительно включает в себя этап, на котором регулируют шаг множества лопаток нагнетателя рециркуляционного нагнетателя, расположенного по потоку перед компрессором выхлопного газа, причем множество лопаток нагнетателя имеет второй диапазон движения, ограниченный минимальным шагом и максимальным шагом, и шаг множества лопаток нагнетателя регулируют на основе по меньшей мере угла множества впускных направляющих лопаток.

В другом варианте выполнения энергонезависимая считываемая компьютером среда хранит инструкции, выполняемые процессором электронного устройства. Инструкции включают в себя инструкции по регулировке угла множества впускных направляющих лопаток секции компрессора газотурбинной системы на основе одного или более моделируемых или измеряемых параметров газотурбинной системы, причем угол изменяется от минимального угла до максимального угла. Инструкции также включают в себя инструкции по регулировке шага множества лопаток нагнетателя нагнетателя, соединенного по текучей среде с впуском секции компрессора, причем шаг изменяется от минимального шага до максимального шага, причем шаг регулируется на основе угла множества впускных направляющих лопаток относительно минимального угла.

Краткое описание чертежей

Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятны при прочтении следующего далее подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые части на всех чертежах, на которых:

Фиг. 1 - изображение варианта выполнения системы, имеющей систему ресурсов на основе турбины, соединенную с системой производства углеводородов;

Фиг. 2 - изображение варианта выполнения системы с Фиг. 1, дополнительно иллюстрирующее систему управления и систему комбинированного цикла;

Фиг. 3 - изображение варианта выполнения системы с Фиг. 1 и 2, дополнительно иллюстрирующее детали газотурбинного двигателя, системы подачи выхлопного газа и системы переработки выхлопного газа;

Фиг. 4 - блок-схема варианта выполнения процесса эксплуатации системы с Фиг. 1-3;

Фиг. 5 - изображение варианта выполнения системы управления для управления газотурбинной системой со стехиометрической рециркуляцией выхлопного газа (SEGR) с Фиг. 1-3, иллюстрирующее компоненты участка рециркуляции выхлопного газа газотурбинной системы с SEGR;

Фиг. 6 - график, иллюстрирующий температуру выхлопа рециркуляционной газовой турбины (RGT) для варианта выполнения газотурбинной системы с SEGR с Фиг. 5 в зависимости времени при независимом изменении угла впускной направляющей лопатки (IGV) и лопатки нагнетателя (BV);

Фиг. 7 - график, иллюстрирующий вариант выполнения стратегии управления, ориентированной на эффективность, для использования при определении пригодного угла IGV и пригодного шага BV при увеличении нагрузки газотурбинной системы с SEGR;

Фиг. 8 - график, иллюстрирующий вариант выполнения стратегии управления, ориентированной на оперативность, для использования при определении пригодного угла IGV и пригодного шага BV при увеличении нагрузки газотурбинной системы с SEGR;

Фиг. 9 - изображение, иллюстрирующее примерные ограничения и входные данные, которые контроллер может использовать для определения пригодного угла IGV и пригодного шага BV при управлении эксплуатацией газотурбинной системы с SEGR в соответствии с вариантом выполнения настоящего подхода; и

Фиг. 10 - набор графиков, иллюстрирующих температуру выхлопа или воспламенения, угол IGV и шаг BV газотурбинной системы с SEGR во время эксплуатации в соответствии с вариантом выполнения настоящего подхода.

Подробное описание изобретения

Один или более конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения будут описаны ниже. При попытке обеспечения краткого описания этих вариантов выполнения все признаки фактического варианта выполнения могут быть не описаны в описании. Следует принимать во внимание, что при разработке любого такого фактического варианта выполнения, как и в инженерном проекте или проекте разработки, выполняются многочисленные решения для конкретного варианта выполнения для достижения конкретных целей, таких как соблюдение относящихся к системе и/или относящихся к деловой активности ограничений, которые могут изменяться от одного варианта выполнения к другому. Более того, следует принимать во внимание, что такая попытка может быть сложной и трудоемкой, но будет тем не менее представлять собой обычное предприятие разработки, изготовления и производства для специалиста в области техники, имеющего преимущество этого раскрытия.

Подробные примерные варианты выполнения раскрыты здесь. Однако конкретные конструктивные и функциональные детали, раскрытые здесь, являются всего лишь характерными для целей описания примерных вариантов выполнения. Варианты выполнения настоящего изобретения могут, однако, быть выполнены во многих альтернативных формах и не должны подразумеваться как ограниченные только вариантами выполнения, изложенными здесь.

Соответственно, при том, что примерные варианты выполнения способны к различным преобразованиям и альтернативным формам, их варианты выполнения проиллюстрированы путем примера на фигурах и будут здесь описаны подробно. Следует понимать, однако, что отсутствует намерение ограничивать примерные варианты выполнения особыми раскрытыми формами, а, наоборот, примерные варианты выполнения должны охватывать все преобразования, эквиваленты и альтернативы, находящиеся в пределах объема охраны настоящего изобретения.

Терминология, используемая здесь, предназначена для описания только особых вариантов выполнения и не предназначена быть ограничивающей примерные варианты выполнения. Как используется здесь, формы единственного числа предназначены для включения в себя также форм множественного числа, если контекст ясно не указывает иначе. Выражения «содержит», «содержащий», «включает в себя» и/или «включающий в себя» при использовании здесь уточняют наличие изложенных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного или более других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.

Несмотря на то, что выражения «первый», «второй», «основной», «вспомогательный» и т.д. могут использоваться здесь для описания различных элементов, эти элементы не должны ограничиваться этими выражениями. Эти выражения используются только для отличия одного элемента от другого. Например, но не ограничиваясь этим, первый элемент может быть назван вторым элементом и, подобным образом, второй элемент может быть назван первым элементом без отклонения от объема охраны примерных вариантов выполнения. Как используется здесь, выражение «и/или» включает в себя любые и все совокупности одного или более связанных перечисленных элементов.

Определенная терминология может использоваться здесь только для удобства читателя, и ее не следует принимать в качестве ограничения объема охраны изобретения. Например, слова, такие как «высший», «низший», «левый», «правый», «передний», «задний», «верхний», «нижний», «горизонтальный», «вертикальный», «ближний», «дальний», «впереди», «сзади» и т.п.; всего лишь описывают конфигурацию, показанную на Фиг. Более того, элемент или элементы варианта выполнения настоящего изобретения могут быть ориентированы в любом направлении, и терминологию в связи с этим следует понимать как охватывающую такие изменения, если не определено иначе.

Как рассмотрено подробно ниже, раскрытые варианты выполнения относятся в общем к газотурбинным системам с рециркуляцией выхлопного газа (EGR) и особенно стехиометрической эксплуатации газотурбинных систем, использующих EGR. Например, газотурбинные системы могут быть выполнены с возможностью рециркуляции выхлопного газа по тракту рециркуляции выхлопа, стехиометрического сжигания топлива и окислителя вместе с по меньшей мере некоторой частью рециркулированного выхлопного газа и улавливания выхлопного газа для использования в различных целевых системах. В дополнение к управлению потоком топлива и/или окислителя, рециркуляция выхлопного газа вместе со стехиометрическим сгоранием может содействовать увеличению уровня концентрации CO₂ в выхлопном газе, который может далее подвергаться последующей обработке для сепарации и очистки CO₂ и азота (N₂) для использования в различных целевых системах. Газотурбинные системы также могут применять различную переработку выхлопного газа (например, утилизацию тепла, реакции с катализатором и т.д.) по тракту рециркуляции выхлопа, тем самым увеличивая уровень концентрации CO₂, уменьшая уровни концентрации других выбросов (например, монооксида углерода, оксидов азота и несгоревших углеводородов) и увеличивая утилизацию энергии (например, с блоками утилизации тепла).

Более того, некоторые преимущества могут быть реализованы с использованием рециркулированного выхлопного газа внутри газотурбинной системы с EGR в соответствии с настоящим раскрытием, включающие в себя увеличенное время эксплуатации для различных компонентов, более широкие эксплуатационные диапазоны для различных компонентов за счет увеличенных охлаждающих способностей и т.д. Такие варианты выполнения описаны более подробно ниже, причем сначала представлены общие компоненты газотурбинной системы с EGR, сопровождаемые конкретными примерами образа, которым рециркулированный выхлопной газ может использоваться внутри газотурбинной системы с EGR.

Раскрытые варианты выполнения относятся к управлению параметрами газотурбинной системы с EGR (например, температурой выхлопного газа или температурой воспламенения) путем управления потоком выхлопного газа по тракту рециркуляции выхлопа. В частности настоящие варианты выполнения обеспечивают системы и способы управления эксплуатационными параметрами газотурбинной системы с EGR путем управления потоком выхлопного газа через рециркуляционный нагнетатель и в секцию рециркуляционного компрессора, расположенную вдоль тракта рециркуляции выхлопа. Более того, как изложено подробно ниже, раскрытые в настоящее время системы управления и способы могут обеспечивать регулировку параметров газотурбинной системы с EGR (например, температуры выхлопа или воспламенения) оперативным и эффективным образом. Например, с помощью улучшения управления газотурбинной системой с EGR настоящий подход может содействовать обеспечению поддержания системой стехиометрического или близкого к стехиометрическому сгорания, ограничения температуры сгорания (например, для ограничения производства NO_X во время сгорания) и/или улучшения качества выхлопного газа для последующих применений.

С учетом вышеупомянутого, Фиг. 1 представляет собой изображение варианта выполнения системы 10, имеющей систему 12 производства углеводородов, связанную с системой 14 ресурсов на основе турбины. Как рассмотрено более подробно ниже, различные варианты выполнения системы 14 ресурсов на основе турбины выполнены с возможностью обеспечения различных ресурсов, таких как электрическая мощность, механическая мощность и текучие среды (например, выхлопной газ) к системе 12 производства углеводородов для обеспечения производства или извлечения нефти и/или газа. В проиллюстрированном варианте выполнения система 12 производства углеводородов включает в себя систему 16 отбора нефти/газа и систему 18 улучшенной нефтеотдачи (EOR), которые соединены с подземным резервуаром 20 (например, резервуаром нефти, газа или углеводородов). Система 16 отбора нефти/газа включает в себя множество поверхностного оборудования 22, такого как фонтанная арматура или эксплуатационная арматура 24, соединенные с нефтяной/газовой скважиной 26. Более того, скважина 26 может включать в себя одну или более труб 28, продолжающихся через пробуренное отверстие 30 в земле 32 до подземного резервуара 20. Арматура 24 включает в себя один или более клапанов, заслонок, изоляционных втулок, противовыбросовых превенторов и различных устройств управления потоком, которые регулируют давления и управляют потоками к и из подземного резервуара 20. Несмотря на то, что арматура 24 в общем используется для управления потоком добываемой текучей среды (например, нефти или газа) из подземного резервуара 20, система 18 EOR может увеличивать производство нефти или газа путем впрыска одной или более текучих сред в подземный резервуар 20.

Соответственно система 18 EOR может включать в себя систему 34 впрыска текучей среды, которая имеет одну или более труб 36, продолжающихся через отверстие 38 в земле 32 до подземного резервуара 20. Например, система 18 EOR может направлять одну или более текучих сред 40, таких как газ, пар, вода, химические вещества или их любую совокупность, в систему 34 впрыска текучей среды. Например, как рассмотрено более подробно ниже, система 18 EOR может быть соединена с системой 14 ресурсов на основе турбины так, что система 14 направляет выхлопной газ 42 (например, по существу или полностью не содержащий кислород) к системе 18 EOR для использования в качестве впрыскиваемой текучей среды 40. Система 34 впрыска текучей среды направляет текучую среду 40 (например, выхлопной газ 42) через одну или более труб 36 в подземный резервуар 20, как обозначено стрелками 44. Впрыскиваемая текучая среда 40 поступает в подземный резервуар 20 через трубу 36 на расстоянии 46 смещения в сторону от трубы 28 нефтяной/газовой скважины 26. Соответственно впрыскиваемая текучая среда 40 вытесняет нефть/газ 48, расположенные в подземном резервуаре 20, и приводит в движение нефть/газ 48 вверх через одну или более труб 28 системы 12 производства углеводородов, как обозначено стрелками 50. Как рассмотрено более подробно ниже, впрыскиваемая текучая среда 40 может включать в себя выхлопной газ 42, поступающий из системы 14 ресурсов на основе турбины, которая способна генерировать выхлопной газ 42 на месте, как необходимо системе 12 производства углеводородов. Другими словами, система 14 на основе турбины может одновременно генерировать один или более ресурсов (например, электрическую мощность, механическую мощность, пар, воду (например, опресненную воду) и выхлопной газ (например, по существу не содержащий кислород)) для использования системой 12 производства углеводородов, тем самым уменьшая или исключая зависимость от внешних источников таких ресурсов.

В проиллюстрированном варианте выполнения система 14 ресурсов на основе турбины включает в себя газотурбинную систему 52 со стехиометрической рециркуляцией выхлопного газа (SEGR) и систему 54 переработки выхлопного газа (EG). Газотурбинная система 52 может быть выполнена с возможностью эксплуатации в режиме эксплуатации стехиометрического сгорания (например, стехиометрическом режиме управления) и режиме эксплуатации нестехиометрического сгорания (например, нестехиометрическом режиме управления), таком как режим управления с недостатком топлива или режим управления с избытком топлива. В стехиометрическом режиме управления сгорание в общем возникает в по существу стехиометрическом отношении топлива и окислителя, тем самым приводя к по существу стехиометрическому сгоранию. В частности стехиометрическое сгорание в общем включает в себя потребление по существу всего топлива и окислителя в реакции сгорания так, что продукты сгорания по существу или полностью не содержат несгоревшее топливо и окислитель. Одна мера стехиометрического сгорания представляет собой отношение эквивалентности или фи (φ), которое представляет собой отношение фактического отношения топлива/окислителя относительно стехиометрического отношения топлива/окислителя. Отношение эквивалентности больше 1,0 приводит к сгоранию с избытком топлива топлива и окислителя, тогда как отношение эквивалентности менее 1,0 приводит к сгоранию с недостатком топлива топлива и окислителя. В отличие от этого, отношение эквивалентности, равное 1,0, приводит к сгоранию, которое не имеет ни избытка, ни недостатка топлива, тем самым по существу потребляя все топливо и окислитель в реакции сгорания. В контексте раскрытых вариантов выполнения выражение «стехиометрический» или «по существу стехиометрический» может относиться к отношению эквивалентности приблизительно 0,95 - приблизительно 1,05. Однако раскрытые варианты выполнения также могут включать в себя отношение эквивалентности, равное 1,0 плюс или минус 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05 или более. Снова стехиометрическое сгорание топлива и окислителя в системе 14 ресурсов на основе турбины может приводить к продуктам сгорания или выхлопному газу (например, 42) по существу без остающегося несгоревшего топлива или окислителя. Например, выхлопной газ 42 может иметь менее 1, 2, 3, 4 или 5 процентов по объему окислителя (например, кислорода), несгоревшего топлива или углеводородов (например, HCs), оксидов азота (например, NO_X), монооксида углерода (CO), оксидов серы (например, SO_X), водорода и других продуктов неполного сгорания. В качестве дополнительного примера выхлопной газ 42 может иметь менее приблизительно 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 1000, 2000, 3000, 4000 или 5000 миллионных долей по объему окислителя (например, кислорода), несгоревшего топлива или углеводородов (например, HCs), оксидов азота (например, NO_X), монооксида углерода (CO), оксидов серы (например, SO_X), водорода и других продуктов неполного сгорания. Однако раскрытые варианты выполнения также могут производить другие диапазоны уровней остаточного топлива, окислителя и других выбросов в выхлопном газе 42. Как используется здесь, выражения «выбросы», «уровни выбросов» и «нормы по выбросам» могут относиться к уровням концентрации определенных продуктов сгорания (например, NO_X, CO, SO_X, O₂, N₂, H₂, HCs и т.д.), которые могут быть представлены в рециркулированных струях газа, отходящих струях газа (например, выпускаемых в атмосферу) и струях газа, используемых в различных целевых системах (например, системе 12 производства углеводородов).

Несмотря на то, что газотурбинная система 52 с SEGR и система 54 переработки EG могут включать в себя множество компонентов в различных вариантах выполнения, проиллюстрированная система 54 переработки EG включает в себя теплоутилизационный парогенератор (HRSG) 56 и систему 58 рециркуляции выхлопного газа (EGR), которая принимает и перерабатывает выхлопной газ 60, поступающий из газотурбинной системы 52 с SEGR. HRSG 56 может включать в себя один или более теплообменников, конденсаторов и различное оборудование утилизации тепла, которые совместно функционируют с возможностью передачи тепла от выхлопного газа 60 струе воды, тем самым генерируя пар 62. Пар 62 может использоваться в одной или более паровых турбинах, системе 18 EOR или любом другом участке системы 12 производства углеводородов. Например, HRSG 56 может генерировать пар 62 низкого давления, среднего давления и/или высокого давления, который может выборочно подаваться к ступеням паровой турбины низкого, среднего и высокого давления или другим применениям системы 18 EOR. В дополнение к пару 62, обработанная вода 64, такая как опресненная вода, может генерироваться HRSG 56, системой 58 EGR и/или другим участком системы 54 переработки EG или газотурбинной системы 52 с SEGR. Обработанная вода 64 (например, опресненная вода) может быть особенно полезна в областях с нехватками воды, таких как внутриматериковые или пустынные области. Обработанная вода 64 может генерироваться по меньшей мере частично за счет большого объема воздуха, приводящего в действие сгорание топлива внутри газотурбинной системы 52 с SEGR. Несмотря на то, что генерация на месте пара 62 и воды 64 может быть благоприятна во многих применениях (включающих в себя систему 12 производства углеводородов), генерация на месте выхлопного газа 42, 60 может быть особенно благоприятна для системы 18 EOR за счет ее низкого содержания кислорода, высокого давления и тепла, получаемого от газотурбинной системы 52 с SEGR. Соответственно, HRSG 56, система 58 EGR и/или другой участок системы 54 переработки EG может выводить или рециркулировать выхлопной газ 66 в газотурбинную систему 52 с SEGR, при этом также направляя выхлопной газ 42 к системе 18 EOR для использования с системой 12 производства углеводородов. Подобным образом, выхлопной газ 42 может отбираться непосредственно из газотурбинной системы 52 с SEGR (т.е. без прохождения через систему 54 переработки EG) для использования в системе 18 EOR системы 12 производства углеводородов.

Рециркуляция выхлопного газа осуществляется системой 58 EGR системы 54 переработки EG. Например, система 58 EGR включает в себя один или более каналов, клапанов, нагнетателей, систем обработки выхлопного газа (например, фильтры, блоки удаления частиц, блоки сепарации газа, блоки очистки газа, теплообменники, блоки утилизации тепла, блоки удаления влаги, блоки катализатора, блоки впрыска химических веществ или их любая совокупность) и средств управления для рециркуляции выхлопного газа по тракту циркуляции выхлопного газа от выхода (например, выпускаемого выхлопного газа 60) до входа (например, выхлопного газа 66 на впуске) газотурбинной системы 52 с SEGR. В проиллюстрированном варианте выполнения газотурбинная система 52 с SEGR впускает выхлопной газ 66 в секцию компрессора, имеющую один или более компрессоров, тем самым сжимая выхлопной газ 66 для использования в секции камеры сгорания вместе с впуском окислителя 68 и одного или более топлив 70. Окислитель 68 может включать в себя наружный воздух, чистый кислород, обогащенный кислородом воздух, обедненный кислородом воздух, смеси кислорода и азота или любой пригодный окислитель, который обеспечивает сгорание топлива 70. Топливо 70 может включать в себя одно или более газовых топлив, жидких топлив или их любую совокупность. Например, топливо 70 может включать в себя природный газ, сжиженный природный газ (LNG), сингаз, метан, этан, пропан, бутан, нафту, керосин, дизельное топливо, этанол, метанол, биотопливо или их любую совокупность.

Газотурбинная система 52 с SEGR смешивает и сжигает выхлопной газ 66, окислитель 68 и топливо 70 в секции камеры сгорания, тем самым генерируя горячие газы сгорания или выхлопной газ 60 для приведения в движение одной или более ступеней турбины в секции турбины. В определенных вариантах выполнения каждая камера сгорания в секции камеры сгорания включает в себя одно или более топливных сопел предварительного смешивания, одно или более диффузионных топливных сопел или их любую совокупность. Например, каждое топливное сопло предварительного смешивания может быть выполнено с возможностью смешивания окислителя 68 и топлива 70 внутри в топливном сопле и/или частично перед топливным соплом, тем самым впрыскивая смесь окислителя и топлива из топливного сопла в зону сгорания для предварительно смешанного сгорания (например, предварительно смешанного пламени). В качестве дополнительного примера каждое диффузионное топливное сопло может быть выполнено с возможностью изоляции потоков окислителя 68 и топлива 70 внутри топливного сопла, тем самым отдельно впрыскивая окислитель 68 и топливо 70 из топливного сопла в зону сгорания для диффузионного сгорания (например, диффузионного пламени). В частности диффузионное сгорание, обеспечиваемое диффузионными топливными соплами, препятствует смешиванию окислителя 68 и топлива 70 до точки первоначального сгорания, т.е. области пламени. В вариантах выполнения, применяющих диффузионные топливные сопла, диффузионное пламя может обеспечивать увеличенную устойчивость пламени, так как диффузионное пламя в общем образуется в точке стехиометрии между отдельными струями окислителя 68 и топлива 70 (т.е. при смешивании окислителя 68 и топлива 70). В определенных вариантах выполнения один или более разбавителей (например, выхлопной газ 60, пар, азот или другой инертный газ) могут предварительно смешиваться с окислителем 68, топливом 70 или обоими в либо диффузионном топливном сопле, либо топливном сопле предварительного смешивания. В дополнение один или более разбавителей (например, выхлопной газ 60, пар, азот или другой инертный газ) могут впрыскиваться в камеру сгорания в или после точки сгорания внутри каждой камеры сгорания. Использование этих разбавителей может содействовать сдерживанию пламени (например, пламени предварительного смешивания или диффузионного пламени), тем самым содействуя уменьшению выбросов NO_X, таких как монооксид азота (NO) и диоксид азота (NO₂). Независимо от типа пламени, сгорание производит горячие газы сгорания или выхлопной газ 60 для приведения в движение одной или более ступеней турбины. Когда каждая ступень турбины приводится в движение выхлопным газом 60, газотурбинная система 52 с SEGR генерирует механическую мощность 72 и/или электрическую мощность 74 (например, с помощью электрического генератора). Система 52 также выводит выхлопной газ 60 и может дополнительно выводить воду 64. Снова вода 64 может представлять собой обработанную воду, такую как опресненная вода, которая может быть полезна во множестве применений на месте или вне места.

Отбор выхлопа также обеспечивается газотурбинной системой 52 с SEGR, использующей одну или более точек 76 отбора. Например, проиллюстрированный вариант выполнения включает в себя систему 78 подачи выхлопного газа (EG), имеющую систему 80 отбора выхлопного газа (EG) и систему 82 обработки выхлопного газа (EG), которые принимают выхлопной газ 42 из точек 76 отбора, обрабатывают выхлопной газ 42 и далее подают или распределяют выхлопной газ 42 к различным целевым системам. Целевые системы могут включать в себя систему 18 EOR и/или другие системы, такие как трубопровод 86, емкость 88 для хранения или система 90 секвестрации углерода. Система 80 отбора EG может включать в себя один или более каналов, клапанов, средств управления и сепараций потока, которые обеспечивают изоляцию выхлопного газа 42 от окислителя 68, топлива 70 и других загрязнений, при этом также управляя температурой, давлением и скоростью потока отобранного выхлопного газа 42. Система 82 обработки EG может включать в себя один или более теплообменников (например, блоки утилизации тепла, такие как теплоутилизационные парогенераторы, конденсаторы, охладители или нагреватели), системы катализатора (например, системы окислительного катализатора), системы удаления частиц и/или воды (например, блоки осушки газа, инерционные сепараторы, коалесцирующие фильтры, водонепроницаемые фильтры и другие фильтры), системы впрыска химических веществ, системы обработки на основе растворителя (например, абсорберы, испарительные емкости и т.д.), системы улавливания углерода, системы сепарации газа, системы очистки газа и/или системы обработки на основе растворителя, компрессоры выхлопного газа, их любую совокупность. Эти подсистемы системы 82 обработки EG обеспечивают управление температурой, давлением, скоростью потока, содержанием влаги (например, количеством удаления воды), содержанием частиц (например, количеством удаления частиц) и композицией газа (например, процентным содержанием CO₂, N₂ и т.д.).

Отобранный выхлопной газ 42 обрабатывается одной или более подсистемами системы 82 обработки EG в зависимости от целевой системы. Например, система 82 обработки EG может направлять весь или часть выхлопного газа 42 через систему улавливания углерода, систему сепарации газа, систему очистки газа и/или систему обработки на основе растворителя, которая управляется с возможностью сепарации и очистки углеродсодержащего газа (например, диоксида углерода) 92 и/или азота (N₂) 94 для использования в различных целевых системах. Например, варианты выполнения системы 82 обработки EG могут выполнять сепарацию и очистку газа для производства множества различных струй 95 выхлопного газа 42, таких как первая струя 96, вторая струя 97 и третья струя 98. Первая струя 96 может иметь первую композицию, которая богата диоксидом углерода и/или бедна азотом (например, струя, богатая CO₂ и бедная N₂). Вторая струя 97 может иметь вторую композицию, которая имеет промежуточные уровни концентрации диоксида углерода и/или азота (например, струя с промежуточной концентрацией CO₂, N₂). Третья струя 98 может иметь третью композицию, которая бедна диоксидом углерода и/или богата азотом (например, струя, бедная CO₂ и богатая N₂). Каждая струя 95 (например, 96, 97 и 98) может включать в себя блок осушки газа, фильтр, газовый компрессор или их любую совокупность для обеспечения доставки струи 95 к целевой системе. В определенных вариантах выполнения струя 96, богатая CO₂ и бедная N₂, может иметь уровень чистоты или концентрации CO₂ более приблизительно 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98 или 99 процентов по объему, и уровень чистоты или концентрации N₂ менее приблизительно 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25 или 30 процентов по объему. В отличие от этого, струя 98, бедная CO₂ и богатая N₂, может иметь уровень чистоты или концентрации CO₂ менее приблизительно 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25 или 30 процентов по объему, и уровень чистоты или концентрации N₂ более приблизительно 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98 или 99 процентов по объему. Струя 97 с промежуточной концентрацией CO₂, N₂ может иметь уровень чистоты или концентрации CO₂ и/или уровень чистоты или концентрации N₂ между приблизительно 30-70, 35-65, 40-60 или 45-55 процентов по объему. Несмотря на то, что упомянутые диапазоны представляют собой всего лишь неограничивающие примеры, струя 96, богатая CO₂ и бедная N₂, и струя 98, бедная CO₂ и богатая N₂, могут быть особенно хорошо пригодными для использования с системой 18 EOR и другими системами 84. Однако любая из этих струй 95, богатой CO₂, бедной CO₂ или с промежуточной концентрацией CO₂, может использоваться отдельно или в различных совокупностях с системой 18 EOR и другими системами 84. Например, каждая из системы 18 EOR и других систем 84 (например, трубопровод 86, емкость 88 для хранения и система 90 секвестрации углерода) может принимать одну или более струй, богатых CO₂ и бедных N₂, одну или более струй 98, бедных CO₂ и богатых N₂, одну или более струй 97 с промежуточной концентрацией CO₂, N₂ и одну или более необработанных струй выхлопного газа 42 (т.е. обходящих систему 82 обработки EG).

Система 80 отбора EG отбирает выхлопной газ 42 в одной или более точек 76 отбора вдоль секции компрессора, секции камеры сгорания и/или секции турбины так, что выхлопной газ 42 может использоваться в системе 18 EOR и других системах 84 с пригодными температурами и давлениями. Система 80 отбора EG и/или система 82 обработки EG также может циркулировать потоки текучей среды (например, выхлопной газ 42) к и от системы 54 переработки EG. Например, часть выхлопного газа 42, проходящего через систему 54 переработки EG, может отбираться системой 80 отбора EG для использования в системе 18 EOR и других системах 84. В определенных вариантах выполнения система 78 подачи EG и система 54 переработки EG могут быть независимыми или за одно целое друг с другом и, таким образом, могут использовать независимые или общие подсистемы. Например, система 82 обработки EG может использоваться и системой 78 подачи EG, и системой 54 переработки EG. Выхлопной газ 42, отобранный из системы 54 переработки EG, может подвергаться множественным этапам обработки газа, таким как одному или более этапам обработки газа в системе 54 переработки EG, сопровождаемым одним или более дополнительными этапами обработки газа в системе 82 обработки EG.

В каждой точке 76 отбора отобранный выхлопной газ 42 может по существу не содержать окислитель 68 и топливо 70 (например, несгоревшее топливо или углеводороды) за счет по существу стехиометрического сгорания и/или обработки газа в системе 54 переработки EG. Более того, в зависимости от целевой системы отобранный выхлопной газ 42 может подвергаться дополнительной обработке в системе 82 обработки EG системы 78 подачи EG, тем самым дополнительно уменьшая любой остаточный окислитель 68, топливо 70 или другие нежелательные продукты сгорания. Например, либо до, либо после обработки в системе 82 обработки EG отобранный выхлопной газ 42 может иметь менее 1, 2, 3, 4 или 5 процентов по объему окислите