Система и способ для сжатия окислителя в газотурбинной системе на основе стехиометрической рециркуляции выхлопного газа

Система и способ для сжатия окислителя в газотурбинной системе на основе стехиометрической рециркуляции выхлопного газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка притязает на приоритет непредварительной заявки на патент (США) номер 14/066579, озаглавленной "SYSTEM AND METHOD FOR OXIDANT COMPRESSION IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM", поданной 29 октября 2013 года, предварительной заявки на патент (США) номер 61/747192, озаглавленной "SYSTEM AND METHOD FOR OXIDANT COMPRESSION IN A STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM", поданной 28 декабря 2012 года, предварительной заявки на патент (США) номер 61/722118, озаглавленной "SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSION COMBUSTION IN THE STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM", поданной 2 ноября 2012 года, предварительной заявки на патент (США) номер 61/722115, озаглавленной "SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSION COMBUSTION WITH FUEL-DILUENT MIXING IN THE STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM", поданной 2 ноября 2012 года, предварительной заявки на патент (США) номер 61/722114, озаглавленной "SYSTEM AND METHOD FOR DIFFUSION COMBUSTION WITH OXIDANT-DILUENT MIXING IN THE STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM", поданной 2 ноября 2012 года, и предварительной заявки на патент (США) номер 61/722111, озаглавленной "SYSTEM AND METHOD FOR LOAD CONTROL WITH DIFFUSION COMBUSTION IN THE STOICHIOMETRIC EXHAUST GAS RECIRCULATION GAS TURBINE SYSTEM", поданной 2 ноября 2012 года, все из которых настоящим полностью содержатся в данном документе по ссылке.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Предмет изобретения, раскрытый в данном документе, относится к газотурбинным двигателям.

[0003] Газотурбинные двигатели используются в широком спектре вариантов применения, таких как выработка электроэнергии, авиационная промышленность и различное машинное оборудование. Газотурбинный двигатель, в общем, обеспечивает сгорание топлива с окислителем (например, воздухом) в секции камеры сгорания, чтобы формировать горячие продукты сгорания, которые затем приводят в действие одну или более ступеней турбины секции турбины. В свою очередь, секция турбины приводит в действие одну или более ступеней компрессора секции компрессора, за счет этого сжимая окислитель для впуска в секцию камеры сгорания вместе с топливом. С другой стороны, топливо и окислитель смешиваются в секции камеры сгорания и затем сгорают, чтобы производить горячие продукты сгорания. Газотурбинные двигатели, в общем, включают в себя компрессор, который сжимает окислитель, вместе с одним или более разбавляющими газами. К сожалению, управление потоком окислителя и разбавляющего газа в секцию камеры сгорания таким способом может оказывать влияние на различные требования по выбросам выхлопного газа и по электропитанию. Кроме того, газотурбинные двигатели типично потребляют огромный объем воздуха в качестве окислителя и выводят значительное количество выхлопного газа в атмосферу. Другими словами, выхлопной газ типично отрабатывается в качестве побочного продукта работы газовой турбины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Ниже обобщаются конкретные варианты осуществления, согласованные по объему с первоначально заявленным изобретением. Эти варианты осуществления не имеют намерение ограничивать объем заявленного изобретения, а вместо этого эти варианты осуществления имеют намерение предоставлять только краткий обзор возможных форм изобретения. Фактически, изобретение может охватывать множество форм, которые могут быть аналогичными или отличающимися от вариантов осуществления, изложенных ниже.

[0005] В первом варианте осуществления, система включает в себя газотурбинную систему, которая включает в себя камеру сгорания турбины; турбину, приводимую в действие посредством продуктов сгорания из камеры сгорания турбины; и компрессор выхлопного газа, приводимый в действие посредством турбины, при этом компрессор выхлопного газа выполнен с возможностью сжатия и подачи выхлопного газа в камеру сгорания турбины; и систему рециркуляции выхлопного газа (EGR), при этом EGR-система выполнена с возможностью рециркуляции выхлопного газа по каналу рециркуляции выхлопного газа из турбины в компрессор выхлопного газа. Система также включает в себя систему сжатия основного окислителя, выполненную с возможностью подачи сжатого окислителя в газотурбинную систему, и система сжатия основного окислителя включает в себя: первый компрессор окислителя; и первый редуктор, выполненный с возможностью предоставления возможности первому компрессору окислителя работать на первой частоте вращения, отличающейся от первой рабочей частоты вращения газотурбинной системы.

[0006] Во втором варианте осуществления, система включает в себя газотурбинную систему, имеющую: камеру сгорания турбины; турбину, приводимую в действие посредством продуктов сгорания из камеры сгорания турбины; и компрессор выхлопного газа, приводимый в действие посредством турбины, при этом компрессор выхлопного газа выполнен с возможностью сжатия и подачи выхлопного газа в камеру сгорания турбины. Газотурбинная система также включает в себя систему рециркуляции выхлопного газа (EGR), при этом EGR-система выполнена с возможностью рециркуляции выхлопного газа по каналу рециркуляции выхлопного газа из турбины в компрессор выхлопного газа. Система также включает в себя систему сжатия основного окислителя, выполненную с возможностью подачи сжатого окислителя в газотурбинную систему, и система сжатия основного окислителя имеет первый компрессор окислителя; и второй компрессор окислителя, при этом первый и второй компрессоры окислителя приводятся в действие посредством газотурбинной системы.

[0007] В третьем варианте осуществления, система включает в себя газотурбинную систему, имеющую: камеру сгорания турбины; турбину, приводимую в действие посредством продуктов сгорания из камеры сгорания турбины; и компрессор выхлопного газа, приводимый в действие посредством турбины, при этом компрессор выхлопного газа выполнен с возможностью сжатия и подачи выхлопного газа в камеру сгорания турбины; и систему рециркуляции выхлопного газа (EGR), при этом EGR-система выполнена с возможностью рециркуляции выхлопного газа по каналу рециркуляции выхлопного газа из турбины в компрессор выхлопного газа. Система также включает в себя систему сжатия основного окислителя, выполненную с возможностью подачи сжатого окислителя в газотурбинную систему, и система сжатия основного окислителя содержит один или более компрессоров окислителя; парогенератор-рекуператор (HRSG), соединенный с газотурбинной системой, при этом HRSG выполнен с возможностью генерирования пара посредством переноса тепла из выхлопного газа в подаваемую воду, и канал рециркуляции выхлопного газа EGR-системы проходит через HRSG; и паровую турбину, расположенную вдоль линии валов газотурбинной системы и, по меньшей мере, частично приводимую в действие посредством пара из HRSG, при этом паровая турбина выполнена с возможностью возвращения конденсата в качестве, по меньшей мере, части подаваемой воды в HRSG.

[0008] В четвертом варианте осуществления, система включает в себя: газотурбинную систему, имеющую: камеру сгорания турбины; турбину, приводимую в действие посредством продуктов сгорания из камеры сгорания турбины; и компрессор выхлопного газа, приводимый в действие посредством турбины, при этом компрессор выхлопного газа выполнен с возможностью сжатия и подачи выхлопного газа в камеру сгорания турбины; и систему рециркуляции выхлопного газа (EGR), при этом EGR-система выполнена с возможностью рециркуляции выхлопного газа по каналу рециркуляции выхлопного газа из турбины в компрессор выхлопного газа. Система также включает в себя систему сжатия основного окислителя, содержащую один или более компрессоров окислителя, при этом один или более компрессоров окислителя являются отдельными от компрессора выхлопного газа, и один или более компрессоров окислителя выполнены с возможностью подачи всего сжатого окислителя, используемого камерой сгорания турбины при формировании продуктов сгорания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения должны становиться более понятными после прочтения нижеприведенного подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные номера ссылок представляют аналогичные части на всех чертежах, на которых:

[0010] Фиг.1 является схемой варианта осуществления системы, имеющей систему предоставления услуг на основе турбин, соединенную с системой добычи углеводородов;

[0011] Фиг.2 является схемой варианта осуществления системы по фиг.1, дополнительно иллюстрирующей систему управления и систему с комбинированным циклом;

[0012] Фиг.3 является схемой варианта осуществления системы по фиг.1 и 2, дополнительно иллюстрирующей подробности газотурбинного двигателя, системы подачи выхлопного газа и системы обработки выхлопного газа;

[0013] Фиг.4 является блок-схемой последовательности операций способа для варианта осуществления процесса для работы системы по фиг.1-3;

[0014] Фиг.5 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, имеющей компрессор основного окислителя, непрямо приводимый в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор;

[0015] Фиг.6 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, имеющей компрессор основного окислителя, прямо приводимый в действие посредством SEGR GT-системы, и компрессор основного окислителя приводит в действие электрический генератор;

[0016] Фиг.7 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, имеющей компрессор основного окислителя, непрямо приводимый в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор и редуктор;

[0017] Фиг.8 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, разделенное на компрессоры низкого давления и высокого давления, приводимые в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор;

[0018] Фиг.9 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, разделенное на компрессоры низкого давления и высокого давления, приводимые в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор, причем компрессор низкого давления представляет собой осевой поточный компрессор, а компрессор высокого давления представляет собой центробежный компрессор;

[0019] Фиг.10 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, разделенное на компрессоры низкого давления и высокого давления, приводимые в действие посредством SEGR GT-системы, причем компрессор низкого давления прямо приводится в действие посредством SEGR GT-системы, а компрессор высокого давления приводится в действие через компрессор низкого давления, генератор и редуктор;

[0020] Фиг.11 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, разделенное на компрессоры низкого давления и высокого давления, приводимые в действие посредством SEGR GT-системы, причем компрессор низкого давления приводится в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор, а компрессор высокого давления приводится в действие через компрессор низкого давления и редуктор;

[0021] Фиг.12 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, аналогичной варианту осуществления по фиг.11, причем компрессор высокого давления представляет собой центробежный компрессор;

[0022] Фиг.13 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, выполняемое посредством компрессоров основного окислителя, работающих параллельно и приводимых в действие последовательно посредством SEGR GT-системы через электрический генератор и редуктор;

[0023] Фиг.14 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, выполняемое посредством компрессоров основного окислителя, работающих параллельно, причем один компрессор приводится в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор и редуктор, а другой компрессор окислителя приводится в действие посредством дополнительного привода и дополнительного редуктора;

[0024] Фиг.15 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, выполняемое посредством компрессора низкого и высокого давления, работающего в последовательной конфигурации сжатия, и компрессор низкого давления приводится в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор, а компрессор низкого давления приводится в действие посредством дополнительного привода через редуктор;

[0025] Фиг.16 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, аналогичной варианту осуществления по фиг.15, причем компрессор высокого давления представляет собой центробежный компрессор;

[0026] Фиг.17 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, выполняемое посредством компрессора низкого и высокого давления, работающего в последовательной конфигурации сжатия, и компрессор высокого давления приводится в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор и редуктор, а компрессор низкого давления приводится в действие посредством дополнительного привода через дополнительный редуктор;

[0027] Фиг.18 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, разделенное на компрессоры низкого давления и высокого давления, приводимые в действие посредством SEGR GT-системы, причем компрессор низкого давления приводится в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор, а компрессор высокого давления приводится в действие через компрессор низкого давления и редуктор, и распылительный промежуточный охладитель размещается вдоль протока для сжатого окислителя низкого давления между компрессорами низкого и высокого давления;

[0028] Фиг.19 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, разделенное на компрессоры низкого давления и высокого давления, приводимые в действие посредством SEGR GT-системы, причем компрессор низкого давления приводится в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор, а компрессор высокого давления приводится в действие через компрессор низкого давления и редуктор, и охладитель размещается вдоль протока для сжатого окислителя низкого давления между компрессорами низкого и высокого давления;

[0029] Фиг.20 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, выполняющей сжатие окислителя, разделенное на компрессоры низкого давления и высокого давления, приводимые в действие посредством SEGR GT-системы, причем компрессор низкого давления приводится в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор, а компрессор высокого давления приводится в действие через компрессор низкого давления и редуктор, и парогенератор и подогреватель подаваемой воды размещаются вдоль протока для сжатого окислителя низкого давления между компрессорами низкого и высокого давления;

[0030] Фиг.21 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, имеющей компрессор основного окислителя, приводимый в действие посредством SEGR GT-системы через паровую турбину и электрический генератор;

[0031] Фиг.22 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, имеющей компрессор основного окислителя, приводимый в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор и паровую турбину;

[0032] Фиг.23 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, имеющей компрессор основного окислителя, частично приводимый в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор, и компрессор основного окислителя также частично приводится в действие посредством паровой турбины;

[0033] Фиг.24 является схемой варианта осуществления системы сжатия окислителя по фиг.3, имеющей компрессор основного окислителя, частично приводимый в действие посредством SEGR GT-системы через электрический генератор, и компрессор основного окислителя также частично приводится в действие посредством паровой турбины через муфту.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0034] Ниже описываются один или более конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. С целью предоставления точного описания этих вариантов осуществления, все признаки фактической реализации могут не описываться в подробном описании. Следует принимать во внимание, что при работе в ходе таких фактических реализаций, как и в любом инженерном или расчетном проекте, должно приниматься множество конкретных для реализации решений с тем, чтобы достигать конкретных целей разработчиков, таких как совместимость с системно-ориентированными и бизнес-ориентированными ограничениями, которые могут варьироваться между реализациями. Кроме того, следует принимать во внимание, что такие опытно-конструкторские работы могут быть комплексными и длительными, однако должны быть стандартной процедурой расчета, изготовления и производства для специалистов в данной области техники с использованием преимущества этого раскрытия сущности.

[0035] При представлении элементов различных вариантов осуществления изобретения артикли "a", "an", "the" и "упомянутый" предназначены для того, чтобы означать, что предусмотрен один или более элементов. Термины "содержащий", "включающий в себя" и "имеющий" предназначены для того, чтобы быть включающими, и означают то, что могут быть дополнительные элементы, отличные от перечисленных элементов.

[0036] Как подробно пояснено ниже, раскрытые варианты осуществления, в общем, относятся к газотурбинным системам с рециркуляцией выхлопного газа (EGR) и, в частности, к стехиометрическому режиму работы газотурбинных систем с использованием EGR. Например, газотурбинные системы могут быть выполнены с возможностью рециркуляции выхлопного газа по каналу рециркуляции выхлопного газа, обеспечивать стехиометрическое сгорание топлива и окислителя вместе, по меньшей мере, с частью рециркуляционного выхлопного газа и улавливать выхлопной газ для использования в различных целевых системах. Рециркуляция выхлопного газа вместе со стехиометрическим сгоранием может помогать увеличивать уровень концентрации углекислого газа (CO₂) в выхлопном газе, который затем может доочищаться для того, чтобы отделять и очищать CO₂ и азот (N₂) для использования в различных целевых системах. Газотурбинные системы также могут использовать различную обработку выхлопного газа (например, рекуперацию тепла, каталитические реакции и т.д.) вдоль канала рециркуляции выхлопного газа, за счет этого повышая уровень концентрации CO₂, уменьшая уровни концентрации других выбросов (например, моноксида углерода, оксидов азота и несгоревших углеводородов) и увеличивая рекуперацию энергии (например, с помощью установок для рекуперации тепла).

[0037] Кроме того, газотурбинные двигатели могут быть выполнены с возможностью использовать отдельную систему сжатия основного окислителя для сжатия окислителя, вместо или помимо использования компрессора газовой турбины для такого сжатия. Использование отдельной системы сжатия основного окислителя позволяет управляемо и надежно производить окислитель при требуемых расходах, температурах, давлениях и т.п., что, в свою очередь, помогает повышать эффективность сгорания и работы различных компонентов системы на основе турбин. Системы на основе турбин, в свою очередь, позволяют надежно и управляемо производить выхлопной газ, имеющий различные требуемые параметры (например, состав, расход, давление, температура) для дополнительного использования в последующем технологическом процессе. Возможные целевые системы включают в себя трубопроводы, резервуары для хранения, системы секвестрации углерода и системы добычи углеводородов, такие как системы добычи нефти вторичным методом (EOR).

[0038] Фиг.1 является схемой варианта осуществления системы 10, имеющей систему 12 добычи углеводородов, ассоциированную с системой 14 предоставления услуг на основе турбин. Как подробнее пояснено ниже, различные варианты осуществления системы 14 предоставления услуг на основе турбин выполнены с возможностью предоставлять различные услуги, к примеру, электроэнергию, механическую энергию и текучие среды (например, выхлопной газ), в систему 12 добычи углеводородов, чтобы упрощать добычу или извлечение нефти и/или газа. В проиллюстрированном варианте осуществления, система 12 добычи углеводородов включает в себя систему 16 отбора нефти/газа и систему 18 добычи нефти вторичным методом (EOR), которые соединяются с подземным пластовым резервуаром 20 (например, пластовым резервуаром нефти, газа или углеводородов). Система 16 отбора нефти/газа включает в себя множество видов поверхностного оборудования 22, к примеру, фонтанную арматуру 24 или устьевую арматуру, соединенную с нефтегазовой скважиной 26. Кроме того, скважина 26 может включать в себя одну или более труб 28, идущих через буровой ствол 30 в земле 32 в подземный пластовый резервуар 20. Арматура 24 включает в себя один или более клапанов, заслонок, изоляционных втулок, противовыбросовых превенторов и различных устройств регулирования расхода, которые регулируют давления и регулируют расход в/из подземного пластового резервуара 20. Хотя арматура 24, в общем, используется для того, чтобы управлять потоком скважинной текучей среды (например, нефти или газа) из подземного пластового резервуара 20, EOR-система 18 может увеличивать добычу нефти или газа посредством нагнетания одной или более текучих сред в подземный пластовый резервуар 20.

[0039] Соответственно, EOR-система 18 может включать в себя систему 34 нагнетания текучей среды, которая имеет одну или более труб 36, идущих через ствол 38 в земле 32 в подземный пластовый резервуар 20. Например, EOR-система 18 может направлять одну или более текучих сред 40, таких как газ, пар, вода, химикаты либо любую комбинацию вышеозначенного, в систему 34 нагнетания текучей среды. Например, как подробнее пояснено ниже, EOR-система 18 может соединяться с системой 14 предоставления услуг на основе турбин, так что система 14 направляет выхлопной газ 42 (например, практически или полностью не содержащий кислород) в EOR-систему 18 для использования в качестве нагнетаемой текучей среды 40. Система 34 нагнетания текучей среды направляет текучую среду 40 (например, выхлопной газ 42) через одну или более труб 36 в подземный пластовый резервуар 20, как указано посредством стрелок 44. Нагнетаемая текучая среда 40 входит в подземный пластовый резервуар 20 через трубу 36 на большом расстоянии 46 смещения от трубы 28 нефтегазовой скважины 26. Соответственно, нагнетаемая текучая среда 40 смещает нефть/газ 48, расположенный в подземном пластовом резервуаре 20, и поднимает нефть/газ 48 через одну или более труб 28 системы 12 добычи углеводородов, как указано посредством стрелок 50. Как подробнее пояснено ниже, нагнетаемая текучая среда 40 может включать в себя выхлопной газ 42, исходящий из системы 14 предоставления услуг на основе турбин, которая имеет возможность формировать выхлопной газ 42 на месте по мере необходимости посредством системы 12 добычи углеводородов. Другими словами, система на основе турбин 14 может одновременно формировать одну или более услуг (например, электроэнергию, механическую энергию, пар, воду (например, опресненную воду) и выхлопной газ (например, практически не содержащий кислород)) для использования посредством системы 12 добычи углеводородов, за счет этого уменьшая или исключая базирование на внешних источниках таких услуг.

[0040] В проиллюстрированном варианте осуществления, система 14 предоставления услуг на основе турбин включает в себя газотурбинную систему 52 на основе стехиометрической рециркуляции выхлопного газа (SEGR) и систему 54 обработки выхлопного газа (EG). Газотурбинная система 52 может быть выполнена с возможностью работать в режиме работы на основе стехиометрического сгорания (например, в стехиометрическом режиме управления) и в режиме работы на основе нестехиометрического сгорания (например, в нестехиометрическом режиме управления), к примеру, в обедненном топливом режиме управления или обогащенном топливом режиме управления. В стехиометрическом режиме, управления сгорание, в общем, возникает практически при стехиометрическом составе топлива и окислителя, в силу этого приводя практически к стехиометрическому сгоранию. В частности, стехиометрическое сгорание, в общем, заключает в себе потребление практически всего топлива и окислителя в реакции сгорания, так что продукты сгорания практически или полностью не содержат несгоревшее топливо и окислитель. Одним показателем стехиометрического сгорания является соотношение компонентов или phi (ϕ), которое является соотношением фактического состава смеси топлива и окислителя относительно стехиометрического состава смеси топлива и окислителя. Соотношение компонентов, большее 1,0, приводит к обогащенному топливом сгоранию топлива и окислителя, тогда как соотношение компонентов, меньшее 1,0, приводит к обедненному топливом сгоранию топлива и окислителя. Напротив, соотношение компонентов в 1,0 приводит к сгоранию, которое является ни обогащенным топливом, ни обедненным топливом, в силу этого потребляя практически все топливо и окислитель в реакции сгорания. В контексте раскрытых вариантов осуществления, термин "стехиометрический" или "практически стехиометрический" может означать соотношение компонентов приблизительно 0,95-1,05. Тем не менее, раскрытые варианты осуществления также могут включать в себя соотношение компонентов 1,0 плюс или минус 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05 или больше. С другой стороны, стехиометрическое сгорание топлива и окислителя в системе 14 предоставления услуг на основе турбин может приводить к продуктам сгорания или выхлопному газу (например, 42) практически без оставшегося несгоревшего топлива или окислителя. Например, выхлопной газ 42 может иметь меньше 1, 2, 3, 4 или 5 процентов по объему окислителя (например, кислорода), несгоревшего топлива или углеводородов (например, HC), оксидов азота (например, NO_X), моноксида углерода (CO), оксидов серы (например, SO_X), водорода и других продуктов неполного сгорания. В качестве дополнительного примера, выхлопной газ 42 может иметь меньше приблизительно 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 1000, 2000, 3000, 4000 или 5000 частей на миллион по объему (ppmv) окислителя (например, кислорода), несгоревшего топлива или углеводородов (например, HC), оксидов азота (например, NO_X), моноксида углерода (CO), оксидов серы (например, SO_X), водорода и других продуктов неполного сгорания. Тем не менее, раскрытые варианты осуществления также могут производить другие диапазоны остаточного топлива, окислителя и других уровней выбросов в выхлопном газе 42. При использовании в данном документе, термины "выбросы", "уровни выбросов" и "целевые показатели по выбросам" могут означать уровни концентрации определенных продуктов сгорания (например, NO_X, CO, SO_X, O₂, N₂, H₂, HC и т.д.), которые могут присутствовать в потоках рециркуляционного газа, потоках отходящего газа (например, выпускаемого в атмосферу) и потоках газа, используемых в различных целевых системах (например, в системе 12 добычи углеводородов).

[0041] Хотя газотурбинная SEGR-система 52 и система 54 EG-обработки могут включать в себя множество компонентов в различных вариантах осуществления, проиллюстрированная система 54 EG-обработки включает в себя парогенератор-рекуператор 56 (HRSG) и систему 58 рециркуляции выхлопного газа (EGR), которые принимают и обрабатывают выхлопной газ 60, исходящий из газотурбинной SEGR-системы 52. HRSG 56 может включать в себя один или более теплообменников, конденсаторов и различное оборудование для рекуперации тепла, которые совместно функционируют таким образом, чтобы переносить тепло из выхлопного газа 60 в поток воды, за счет этого формируя пар 62. Пар 62 может использоваться в одной или более паровых турбинах, EOR-системе 18 или любой другой части системы 12 добычи углеводородов. Например, HRSG 56 может генерировать пар 62 низкого давления, среднего давления и/или высокого давления, который может избирательно применяться к ступеням паровой турбины низкого, среднего и высокого давления или различным вариантам применения EOR-системы 18. В дополнение к пару 62, очищенная вода 64, к примеру, опресненная вода, может формироваться посредством HRSG 56, EGR-системы 58 и/или другой части системы 54 EG-обработки или газотурбинной SEGR-системы 52. Очищенная вода 64 (например, опресненная вода) может быть особенно полезной в областях с дефицитом воды, к примеру, в регионах вглубь страны или в глуши. Очищенная вода 64 может формироваться, по меньшей мере, частично вследствие большого объема воздуха, обеспечивающего сгорание топлива в газотурбинной SEGR-системе 52. Хотя генерирование пара 62 и воды 64 на месте может быть полезным во множестве вариантов применения (включающих в себя систему 12 добычи углеводородов), генерирование выхлопного газа 42, 60 на месте может быть особенно полезным для EOR-системы 18 вследствие ее низкого содержания кислорода, высокого давления и тепла, извлекаемого из газотурбинной SEGR-системы 52. Соответственно, HRSG 56, EGR-система 58 и/или другая часть системы 54 EG-обработки могут выводить или обеспечивать рециркуляцию выхлопного газа 66 в газотурбинную SEGR-систему 52 при одновременном направлении выхлопного газа 42 в EOR-систему 18 для использования с системой 12 добычи углеводородов. Аналогично, выхлопной газ 42 может отбираться непосредственно из газотурбинной SEGR-системы 52 (т.е. без прохождения через систему 54 EG-обработки) для использования в EOR-системе 18 системы 12 добычи углеводородов.

[0042] Рециркуляция выхлопного газа обрабатывается посредством EGR-системы 58 системы 54 EG-обработки. Например, EGR-система 58 включает в себя одну или более труб, клапанов, нагнетателей воздуха, систем очистки выхлопного газа (например, фильтров, установок для удаления макрочастиц, установок для разделения газов, установок для подготовки газов, теплообменников, установок для рекуперации тепла, установок для удаления влаги, катализаторных установок, установок для закачки химических реагентов либо любую комбинацию вышеозначенного) и блоков управления для того, чтобы обеспечивать рециркуляцию выхлопного газа вдоль канала циркуляции выхлопного газа из выхода (например, выпускаемого выхлопного газа 60) на вход (например, впускной выхлопной газ 66) газотурбинной SEGR-системы 52. В проиллюстрированном варианте осуществления, газотурбинная SEGR-система 52 впускает выхлопной газ 66 в секцию компрессора, имеющую один или более компрессоров, за счет этого 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 окружающий воздух, чистый кислород, обогащенный кислородом воздух, воздух с уменьшенным содержанием кислорода, кислородно-азотные смеси или любой подходящий окислитель, который упрощает сгорание топлива 70. Топливо 70 может включать в себя одно или более газовых топлив, жидких топлив либо любую комбинацию вышеозначенного. 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 либо любую комбинацию вышеозначенного.

[0043] Газотурбинная SEGR-система 52 смешивает и обеспечивает сгорание выхлопного газа 66, окислителя 68 и топлива 70 в секции камеры сгорания, за счет этого формируя горячие горючие газы или выхлопной газ 60, чтобы приводить в действие одну или более ступеней турбины в секции турбины. В конкретных вариантах осуществления, каждая камера сгорания в секции камеры сгорания включает в себя одну или более топливных форсунок для предварительно перемешанной смеси, одну или более диффузионных топливных форсунок либо любую комбинацию вышеозначенного. Например, каждая топливная форсунка для предварительно перемешанной смеси может быть выполнена с возможностью смешивать окислитель 68 и топливо 70 внутренне в топливной форсунке и/или частично выше топливной форсунки, за счет этого нагнетая смесь окислителя и топлива из топливной форсунки в зону сгорания для сгорания предварительно перемешанной смеси (например, пламени предварительно перемешанной смеси). В качестве дополнительного примера, каждая диффузионная топливная форсунка может быть выполнена с возможностью изолировать потоки окислителя 68 и топлива 70 в топливной форсунке, за счет этого отдельно нагнетая окислитель 68 и топливо 70 из топливной форсунки в зону сгорания для диффузионного сгорания (например, диффузионного пламени). В частности, диффузионное сгорание, предоставленное посредством диффузионных топливных форсунок, задерживает смешивание окислителя 68 и топлива 70 до точки первоначального сгорания, т.е. области пламени. В вариантах осуществления с использованием диффузионных топливных форсунок, диффузионное пламя может предоставлять повышенную устойчивость пламени, поскольку диффузионное пламя, в общем, формируется при стехиометрии между отдельными потоками окислителя 68 и топлива 70 (т.е. по мере того, как смешиваются окислитель 68 и топливо 70). В конкретных вариантах осуществления, один или более разбавителей (например, выхлопной газ 60, пар, азот или другой инертный газ) могут предварительно перемешиваться с окислителем 68, топливом 70 или обоими, в диффузионной топливной форсунке или в топливной форсунке для предварительно перемешанной смеси. Помимо этого, один или более разбавителей (например, выхлопной газ 60, пар, азот или другой инертный газ) могут нагнетаться в камеру сгорания в/ниже точки сгорания в каждой камере сгорания. Использование этих разбавителей может помогать умерять пламя (например, пламя предварительно перемешанной смеси или диффузионное пламя), за счет этого помогая уменьшать выбросы NOx, к примеру, моноксид азота (NO) и диоксид азота (NO₂). Независимо от типа пламени, сгорание производит горячие горючие газы или выхлопной газ 60, чтобы приводить в действие одну или более ступеней турбины. По мере того, как каждая ступень турбины приводится в действие посредством выхлопного газа 60, газотурбинная SEGR-система 52 генерирует механическую энергию 72 и/или электроэнергию 74 (например, через электрический генератор). Система 52 также выводит выхлопной газ 60 и дополнительно может выводить воду 64. С другой стороны, вода 64 может представлять собой очищенную воду, к примеру, опресненную воду, которая может быть полезной во множестве вариантов применения на месте или внешне.

[0044] Отбор выхлопного газа также предоставляется посредством газотурбинной SEGR-системы 52 с использованием одной или более точек 76 отбора. Например, проиллюстрированный вариант осуществления включает в себя систему 78 подачи выхлопного газа (EG), имеющую систему 80 отбора выхлопного газа (EG) и систему 82 очистки выхлопного газа (EG), которые принимают выхлопной газ 42 из точек 76 отбора, очищают выхлопной газ 42 и затем подают или распределяют выхлопной газ 42 в различные целевые системы. Целевые системы могут включать в себя EOR-систему 18 и/или другие системы, такие как трубопровод 86, резервуар 88 для хранения или система 90 секвестрации углерода. Система 80 EG-отбора может включать в себя одну или более труб, клапанов, блоков управления и разделения потока, которые упрощают изоляцию выхлопного газа 42 от окислителя 68, топлива 70 и других загрязнителей, при одновременном управлении температурой, давлением и расходом отобранного выхлопного газа 42. Система 82 EG-очистки может включать в себя один или более теплообменников (например, установок для рекуперации тепла, таких как парогенераторы-рекуператоры, конденсаторы, охладители или подогреватели), каталитических систем (например, систем катализатора окисления), систем удаления макрочастиц и/или воды (например, установок для дегидратации газа, инерционных сепараторов, коалесцирующих фильтров, водонепроницаемых фильтров и других фильтров), систем закачки химических реагентов, систем очистки на основе растворителя (например, амортизаторов, испарительных резервуаров и т.д.), систем улавливания углерода, систем разделения газов, систем подготовки газов и/или систем очистки на основе растворите