專利名稱：動(dòng)力裝置和操作方法
動(dòng)力裝置和操作方法
背景技術(shù)：
本公開的主題內(nèi)容一般涉及電力裝置領(lǐng)域，并且更具體地涉及操作化學(xué)計(jì)量廢氣再循環(huán)渦輪系統(tǒng)的方法。各種類型的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)是已知的，且在發(fā)電廠中用于發(fā)電。通常情況下，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)包括用于壓縮氣流的渦輪壓縮機(jī)和渦輪燃燒室，其使壓縮空氣與燃料結(jié)合并點(diǎn)燃該混合物以產(chǎn)生廢氣。廢氣然后可通過渦輪膨脹，從而使渦輪旋轉(zhuǎn)，其進(jìn)而可經(jīng)由渦輪軸被連接到渦輪發(fā)電機(jī)，用于發(fā)電。燃?xì)鉁u輪傳統(tǒng)上在燃燒過程中使用過量的空氣來控制渦輪溫度及管理不需要的排放物。這通常導(dǎo)致產(chǎn)生帶有大量的過量氧氣的廢氣流。因此，存在對(duì)使用燃?xì)鉂欇喯到y(tǒng)的動(dòng)力裝置布置(power plant arrangement)的需求，所述燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)可在沒有帶有大量的過量氧氣的廢氣流情況下運(yùn)行。此外，對(duì)于動(dòng)力裝置布置來說提供這樣的選擇將是合乎需要的，所述選擇通過廢氣處理進(jìn)一步減少排放物和/或回收二氧化碳、氮和水流。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種用于減少從動(dòng)力裝置生產(chǎn)電力的方法。大氣被至少一個(gè)主空氣壓縮機(jī)壓縮成為壓縮大氣流。壓縮大氣流的至少第一部分被以第一壓縮大氣流速輸送到渦輪燃燒室，其流體連接到至少一個(gè)主空氣壓縮機(jī)上。具有第一燃料流流速的燃料流被輸送到渦輪燃燒室，用于與壓縮大氣流的至少第一部分和與廢氣流的至少第一部分混合以形成可燃混合物?？扇蓟旌衔镌跍u輪燃燒室內(nèi)以基本化學(xué)計(jì)量燃燒，形成驅(qū)動(dòng)通過渦輪軸連接到渦輪壓縮機(jī)上的渦輪的廢氣流，且在第一負(fù)載下操作動(dòng)力裝置。廢氣流的至少第一部分利用再循環(huán)回路從渦輪到渦輪壓縮機(jī)再循環(huán)。廢氣流的至少第二部分被輸送到排氣路徑。燃料流流速被減少到低于第一燃料流流速的第二燃料流流速。第一壓縮大氣流速率也被減少到低于第一壓縮大氣流速率的第二壓縮大氣流速率，其中基本化學(xué)計(jì)量燃燒被維持以及動(dòng)力裝置在低于第一負(fù)載的第二負(fù)載下操作。燃料流速率進(jìn)一步減少到低于第二燃料流流速的第三燃料流流速，其中實(shí)現(xiàn)于稀薄燃燒且動(dòng)力裝置在低于第二負(fù)載的第三負(fù)載下操作。其它方面將在下面的說明書中部分闡述，并且從說明書中將部分地顯而易見的，或者可以通過下面描述的方面的實(shí)踐學(xué)到。下面描述的優(yōu)點(diǎn)將通過所附的權(quán)利要求中特別指出的要素和組合而被實(shí)現(xiàn)和獲得。應(yīng)該理解的是，前面的概要描述和下面的詳細(xì)描述僅僅是示例性的和解釋性的，并不是限制性的。


本發(fā)明的這些和其它的特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，當(dāng)參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，其中部件不一定是按比例的，并且其中對(duì)應(yīng)的參考數(shù)字在整個(gè)附圖中表示對(duì)應(yīng)的部分圖I圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)示例性動(dòng)力裝置布置10。
圖2圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)示例性動(dòng)力裝置布置100，其中排氣路徑39的一系列的尾氣催化劑被以簡化形式示出。圖3圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的另一示例性動(dòng)力裝置布置200。圖4圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)示例性動(dòng)力裝置布置300，其中排氣路徑39和從屬排氣路徑79的兩個(gè)系列的尾氣催化劑被以簡化形式示出。圖5圖解說明描繪了基于動(dòng)力裝置負(fù)載的NOj^P CO排放物的濃度。圖5所示的一條額外的線描繪了燃料與空氣的理論當(dāng)量比，并說明基于動(dòng)力裝置的負(fù)載該當(dāng)量比如何改變。
具體實(shí)施例方式在以下的描述中，給出了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)實(shí)施方案的透徹理解。實(shí)施方案可在不需要一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)的情況下或用其它方法、部件、材料等實(shí)施。在其它的情況 中，公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作沒有被詳細(xì)示出或描述，以避免遮蔽實(shí)施方案的方面。在整個(gè)本說明書中對(duì)“ 一個(gè)實(shí)施方案”，“實(shí)施方案”或“多個(gè)實(shí)施方案”的提及意味著與實(shí)施方案關(guān)聯(lián)描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少一個(gè)實(shí)施方案中。因此，短語“在一個(gè)實(shí)施方案中”或“在實(shí)施方案中”在整個(gè)說明書中的各個(gè)地方的出現(xiàn)不一定都指的是同一實(shí)施方案。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適的方式被組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中。發(fā)電行業(yè)最近的需求需要燃?xì)鉁u輪布置的發(fā)展，所述布置可被配置成消耗在空氣工作流體中幾乎所有的氧氣以產(chǎn)生基本不含氧氣的廢氣流。這樣的廢氣流可被更容易地適用于使用NOx催化劑的排放物的減少。此外，由于低氧氣濃度，這樣的廢氣流可更好地被適用于燃燒后的碳捕獲解決方案。此外，基本不含氧氣的廢氣流可被更容易地適用于提高的油回收應(yīng)用。來自燃?xì)鉁u輪的基本無氧的廢氣流可通過在燃燒系統(tǒng)中化學(xué)計(jì)量燃燒而完成。即，含氧氣的新鮮空氣的供應(yīng)可與燃料流相匹配，使得燃燒過程基本化學(xué)計(jì)量地操作。甲烷和氧氣的化學(xué)計(jì)量燃燒反應(yīng)如下所示CH4+202 — C02+2H20化學(xué)計(jì)量燃燒可能導(dǎo)致對(duì)于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的材料和冷卻技術(shù)來說過于高的氣體溫度。為了減少這些高溫，燃?xì)鉁u輪排氣產(chǎn)物的一部分可以再循環(huán)回至燃燒系統(tǒng)以稀釋燃燒溫度。理想地，該稀釋氣體也應(yīng)該基本不含氧氣，以便不引入額外的氧氣進(jìn)入系統(tǒng)，從而減少化學(xué)計(jì)量燃燒的優(yōu)點(diǎn)。使用化學(xué)計(jì)量燃燒和再循環(huán)廢氣的燃?xì)鉁u輪應(yīng)用被稱為為化學(xué)計(jì)量廢氣再循環(huán)(SEGR)。SEGR系統(tǒng)可使用直接送入燃燒過程的高壓空氣的供給以提供氧氣用于燃燒。該空氣可由輔助壓縮機(jī)供給。實(shí)際上，輔助壓縮機(jī)提供SEGR燃?xì)鉁u輪所需的壓力和流速的空氣的能力，將不會(huì)在系統(tǒng)所經(jīng)歷的負(fù)載和環(huán)境溫度的所有工作范圍內(nèi)相匹配。輔助壓縮機(jī)可允許壓縮機(jī)偶爾提供比燃?xì)鉁u輪所需要的更多的空氣。此外，輔助壓縮機(jī)可被設(shè)計(jì)成帶有始終提供比燃?xì)鉁u輪需要的更多的空氣的能力。在某些情況下，排放某些被輔助壓縮機(jī)壓縮的空氣到大氣中可能是必要的。如下詳細(xì)討論的，本發(fā)明的實(shí)施方案可以用于通過使用SEGR循環(huán)使燃?xì)鉁u輪動(dòng)力裝置系統(tǒng)中的排放物最少化，所述SEGR循環(huán)可能使動(dòng)力生產(chǎn)的基本化學(xué)計(jì)量燃燒反應(yīng)成為可能。SEGR燃?xì)鉁u輪可被配置以提供低氧含量的廢氣。該低氧含量的廢氣可與NOx還原催化劑一起用于提供廢氣流，其也可能是沒有NOx污染物的。如下詳細(xì)討論的，包含一系列尾氣催化劑的排氣路徑39可被用于在降低的負(fù)載下控制排放物下降到接近于零。在一些特定的實(shí)施方案中，本發(fā)明技術(shù)包括使用SEGR循環(huán)以提供低氧含量的二氧化碳和氮?dú)饬?，其可用于提高的油回收?yīng)用。動(dòng)力裝置布置現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，首先參看圖1，一個(gè)示例性動(dòng)力裝置布置10被示出。該示例性動(dòng)力裝置布置10包括主空氣壓縮機(jī)12用于將大氣壓縮成壓縮大氣流26的至少第一部分。在一些實(shí)施方案中，流入渦輪燃燒室32的壓縮大氣流26的至少第一部分，可被空氣噴射閥調(diào)·節(jié)從而以壓縮大氣流速率輸送壓縮大氣流26的至少第一部分。渦輪燃燒室32可被配置成接收來自主空氣壓縮機(jī)12的壓縮大氣流26的至少第一部分、來自渦輪壓縮機(jī)30的廢氣流50的至少第一部分以及燃料流28，以形成可燃混合物并燃燒可燃混合物以產(chǎn)生廢氣流50。燃料流28可通過氣體控制閥被調(diào)節(jié)至輸送第一燃料流流速。此外，動(dòng)力裝置布置10可包括位于渦輪燃燒室32下游的渦輪34。渦輪34可被配置為使廢氣膨脹以通過渦輪軸22驅(qū)動(dòng)諸如渦輪發(fā)電機(jī)20等外部負(fù)載以產(chǎn)生電力。在圖示的實(shí)施方案中，至少一個(gè)主空氣壓縮機(jī)12和渦輪壓縮機(jī)30可經(jīng)由渦輪軸22被渦輪34所產(chǎn)生的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。可燃混合物可基本化學(xué)計(jì)量燃燒，從而形成廢氣流50，以及驅(qū)動(dòng)通過渦輪軸22連接到渦輪壓縮機(jī)30的渦輪34。在這些條件下，動(dòng)力裝置可在第一負(fù)載下操作。如此處所用的，術(shù)語“基本化學(xué)計(jì)量燃燒”意指燃燒反應(yīng)涉及在燃燒系統(tǒng)中燃料和氧氣的基本化學(xué)計(jì)量燃燒。也就是說，燃燒反應(yīng)后的氧含量可低于約5% (體積)，低于約2% (體積)，或低于約1% (體積)。如此處所用的，術(shù)語“第一負(fù)載”代表可由連接到動(dòng)力裝置的渦輪發(fā)電機(jī)20產(chǎn)生的最高電力負(fù)載或最大量的電能。在一些實(shí)施方案中，第一負(fù)載可為約100%的負(fù)載。如圖I所示，在一些實(shí)施方案中，渦輪軸22可以是“冷端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著渦輪軸22可在渦輪組件的壓縮機(jī)端連接到發(fā)電機(jī)20上。在其它實(shí)施方案中，渦輪軸22可以是“熱端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著渦輪軸22可在渦輪組件的渦輪端處連接到發(fā)電機(jī)20。如此處所用的，術(shù)語“燃?xì)鉁u輪組件”指的是除了主空氣壓縮機(jī)12以外的動(dòng)力裝置布置的所有列出的部件。對(duì)于包括多個(gè)主空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力裝置布置來說，術(shù)語“燃?xì)鉁u輪組件”指的是除了多個(gè)主空氣壓縮機(jī)之外的動(dòng)力裝置布置的所有列出的部件。在一些實(shí)施方案中，渦輪輸出35可輸送廢氣流50到再循環(huán)回路52上或到排氣路徑39上，或兩者。在一些實(shí)施方案中，廢氣流50可以約2 I的比例，約3 2的比例，或約I : I的比例被輸送到再循環(huán)回路52以及排氣路徑39上。再循環(huán)回路52將渦輪34流體連接到渦輪壓縮機(jī)30上。排氣路徑39可以被流體連接到渦輪34和排氣口 38上，并且可用于使用一系列的尾氣催化劑凈化廢氣，然后將其排到大氣。在一些實(shí)施方案中，廢氣流50可通過再循環(huán)回路52從渦輪34被導(dǎo)向到熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)36上用于產(chǎn)生蒸汽。蒸汽渦輪可被配置成使用熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)36的蒸汽產(chǎn)生額外電力，并且蒸汽渦輪可被連接到蒸汽發(fā)電機(jī)上。在一些實(shí)施方案中，蒸汽渦輪可被布置為連接到渦輪軸22上。廢氣流50然后可被導(dǎo)向回到再循環(huán)回路52中，再到再循環(huán)氣流冷卻器40。在其它實(shí)施方案中，再循環(huán)回路52可不包含熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)36，且廢氣流50可改為在從渦輪34離開時(shí)被直接引入到再循環(huán)氣流冷卻器40。在一些實(shí)施方案中，再循環(huán)回路52可不包括再循環(huán)氣流冷卻器40。再循環(huán)氣流冷卻器40可在渦輪34下游任何位置并入到再循環(huán)回路52中。再循環(huán)氣流冷卻器40可被配置為降低廢氣流50的溫度到對(duì)于通過再循環(huán)回路52下游輸送進(jìn)入渦輪壓縮機(jī)30合適的溫度。在一些實(shí)施方案中，合適溫度可低于約66°C，低于約49°C，或低于約45 °C。在實(shí)施方案中，燃?xì)鉁u輪組件還可以包括二次流路徑31，其可從渦輪壓縮機(jī)30輸送作為二次流的至少一部分的廢氣流50到渦輪34。二次流可用于冷卻和密封渦輪34，包括但不限于渦輪34的單個(gè)部件，如渦輪護(hù)罩、渦輪噴嘴、渦輪葉片尖端、渦輪軸承支承殼體等。在冷卻和密封渦輪34以及任何單個(gè)渦輪部件后，二次流可被導(dǎo)向進(jìn)入靠近渦輪34的 輸出的再循環(huán)回路52。在一些實(shí)施方案中，示例性動(dòng)力裝置布置10可包括氣流提取流44用于從燃?xì)鉁u輪組件提取至少一部分的廢氣流50，并輸送至少一部分廢氣流50到氣體分離系統(tǒng)46中并產(chǎn)生提取流48。在一些實(shí)施方案中，氣流提取流44可與渦輪壓縮機(jī)30的輸出流體連通。在其它實(shí)施方案中，氣流提取流44可以附著在再循環(huán)回路52的任何點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，氣體分離系統(tǒng)46可以是碳捕獲和封存系統(tǒng)(CCS)。在一些實(shí)施方案中，增壓壓縮機(jī)24可摻入主空氣壓縮機(jī)12的下游并與之流體連接，并且摻入渦輪燃燒室32的上游且與之流體連接。增壓壓縮機(jī)24可進(jìn)一步壓縮被壓縮大氣流26的至少第一部分，然后將其輸送到渦輪燃燒室32。在其它實(shí)施方案中，鼓風(fēng)機(jī)可被流體地連接到再循環(huán)氣流冷卻器40的上游或下游的再循環(huán)回路52。渦輪鼓風(fēng)機(jī)可被配置成增加廢氣流50的壓力，然后將廢氣流50通過再循環(huán)回路52輸送進(jìn)入渦輪壓縮機(jī)30。在一些實(shí)施方案中，主空氣壓縮機(jī)12可進(jìn)一步包括可調(diào)節(jié)的入口導(dǎo)流葉片，以控制進(jìn)入主空氣壓縮機(jī)12的氣流。在一些實(shí)施方案中，渦輪壓縮機(jī)30可以進(jìn)一步包括可調(diào)節(jié)的入口導(dǎo)流葉片，以控制進(jìn)入渦輪壓縮機(jī)30的氣流。在實(shí)施方案中，廢氣流50的至少一部分可被輸送到排氣路徑39。廢氣流50的該至少一部分可通過排氣路徑39導(dǎo)向，排氣路徑39位于熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)36內(nèi)。該尾氣催化劑系列可位于排氣路徑39內(nèi)且可位于渦輪34的下游和排氣口 38的上游。排氣路徑39可進(jìn)一步包括第一一氧化碳催化劑23、N0X催化劑25、空氣噴射點(diǎn)27以及第二一氧化碳催化劑29。可以使用任何合適的市售的一氧化碳催化劑和NOjJt化劑。在“被凈化”的廢氣流50通過排氣口 38排放到大氣之前，廢氣流50可通過排氣路徑39被導(dǎo)向到第一一氧化碳催化劑23、NOx催化劑25以及第二一氧化碳催化劑29。空氣噴射點(diǎn)27可供給額外的氧氣到第二一氧化碳催化劑29，以便廢氣流50中有足夠的氧氣從而使用第二一氧化碳催化劑29產(chǎn)生二氧化碳。在一些實(shí)施方案中，空氣噴射點(diǎn)27可以使用主空氣壓縮機(jī)12供給的空氣。在其它實(shí)施方案中，空氣噴射點(diǎn)27可以使用另一來源供給的空氣，所述來源包括但不限于壓縮空氣氣缸。該尾氣催化劑系列可被配置為凈化廢氣流50，當(dāng)其離開渦輪34并被排放到大氣時(shí)。如此處所用的，術(shù)語“凈化”意指廢氣流50中的一氧化碳和NOx的濃度可相對(duì)于繼從渦輪34中排放之后的廢氣流50中的一氧化碳和NOx濃度而言降低。在一些實(shí)施方案中，被凈化的廢氣流50可以具有低于約IOppm,低于約5ppm,或低于約Ippm的一氧化碳含量。在一些實(shí)施方案中，被凈化的廢氣可具有低于約IOppm,低于約5ppm,或低于約Ippm的
NOx含量。圖2圖解說明了一個(gè)示例性的動(dòng)力裝置布置100，其描述了包含在圖I所示的熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)36內(nèi)的排氣路徑39。在該實(shí)施方案中，來自渦輪34的廢氣流50可作為廢氣流50的至少一部分被輸送到排氣路徑39。廢氣流50的該至少一部分可流經(jīng)第一一氧化碳催化劑23然后可流經(jīng)NOx催化劑25。在離開NOx催化劑25后，在廢氣流50的該至少一部分進(jìn)入第二一氧化碳催化劑29之前，廢氣流50的該至少一部分可與空氣在空氣噴射點(diǎn)27 混合。最后，該被凈化的廢氣流50的至少一部分可通過排氣口 38離開排氣路徑39。如此處所用的，術(shù)語“從屬的”與術(shù)語“次要的”、“輔助性的”、或“額外的”同義。在下面的實(shí)施方案中，術(shù)語“從屬的”指的是兩個(gè)燃?xì)鉁u輪組件中的第二個(gè)，但也可意指與主燃?xì)鉁u輪組件一起運(yùn)作的任何額外的燃?xì)鉁u輪組件，如下面實(shí)施方案中的第二燃?xì)鉁u輪組件。此外，術(shù)語“主系列(master train) ”與主燃?xì)鉁u輪組件同義，而術(shù)語“從屬系列”與從屬燃?xì)鉁u輪組件同義。如圖3所示，在一些實(shí)施方案中，主空氣壓縮機(jī)12可以輸送壓縮大氣到從屬渦輪燃燒室72,其可通過互聯(lián)導(dǎo)管(inter-train conduit) 8被流體地連接到主空氣壓縮機(jī)12上。流經(jīng)互聯(lián)導(dǎo)管8的壓縮大氣流可產(chǎn)生壓縮大氣流66的至少第二部分。在一些實(shí)施方案中，壓縮大氣流66的至少第二部分向從屬渦輪燃燒室72的流動(dòng)，可通過從屬空氣噴射閥調(diào)節(jié)至以從屬壓縮大氣流速率輸送壓縮大氣流66的至少第二部分。從屬渦輪燃燒室72可被配置成接收來自主空氣壓縮機(jī)12的該壓縮大氣流66的至少第二部分、來自從屬渦輪壓縮機(jī)70的從屬廢氣流90以及從屬燃料流68，以形成從屬可燃混合物，并燃燒該從屬可燃混合物以產(chǎn)生從屬廢氣流90。在一些實(shí)施方案中，從屬燃料流68可通過從屬氣體控制閥調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)從屬燃料流速率。此外，示例性的動(dòng)力裝置布置200可包括位于從屬渦輪燃燒室72下游的從屬渦輪74。從屬渦輪74可被配置為使從屬廢氣流90膨脹，并可通過從屬渦輪軸62驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載如從屬渦輪發(fā)電機(jī)60，從而產(chǎn)生電力。從屬可燃混合物可被基本化學(xué)計(jì)量燃燒，從而形成廢氣流50，并通過渦輪軸22驅(qū)動(dòng)連接到渦輪壓縮機(jī)30上的渦輪34。在這些條件下，動(dòng)力裝置可在第一從屬負(fù)載下操作。如此處所用的，術(shù)語“基本化學(xué)計(jì)量燃燒”意指燃燒反應(yīng)涉及從屬燃燒系統(tǒng)中燃料和氧氣的基本化學(xué)計(jì)量燃燒。也就是說，從屬燃燒反應(yīng)后的氧含量可低于約5% (體積)，低于約2 % (體積)，或低于約I % (體積)。如此處所用的，術(shù)語“第一從屬負(fù)載”代表可被連接到動(dòng)力裝置的從屬渦輪發(fā)電機(jī)60產(chǎn)生的最高的電力負(fù)載或最大量的電能。在一些實(shí)施方案中，第一從屬負(fù)載可為約100%的負(fù)載。如圖3所示，在一些實(shí)施方案中，從屬渦輪軸62可為“冷端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著從屬渦輪軸62可在渦輪組件的壓縮機(jī)端連接到從屬發(fā)電機(jī)60上。在其它實(shí)施方案中，從屬渦輪軸62可以是“熱端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著從屬渦輪軸62可在渦輪組件的渦輪端處連接到從屬發(fā)電機(jī)60上。在實(shí)施方案中，從屬渦輪輸出75可以輸送廢氣流90到從屬再循環(huán)回路92，或到從屬排氣路徑79，或兩者。在一些實(shí)施方案中，從屬廢氣流90可以約2 I的比例、約3 2的比例或約I : I的比例被輸送到從屬再循環(huán)回路92以及從屬排氣路徑79上。從屬再循環(huán)回路92可將從屬渦輪74流體地連接到從屬渦輪壓縮機(jī)70上。從屬排氣路徑79可流體地連接到從屬渦輪74和從屬排氣口 78上，并且可用于使用一系列的從屬尾氣催化劑凈化從屬廢氣流90，然后將其排到大氣。在一些實(shí)施方案中，從屬廢氣流90可以通過從屬再循環(huán)回路92從從屬渦輪74被導(dǎo)向到從屬熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)76上用于產(chǎn)生蒸汽。從屬蒸汽渦輪還可以被配置為使用從屬熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)76的蒸汽產(chǎn)生額外電力，并且從屬蒸汽渦輪可被連接到從屬蒸汽發(fā)電機(jī)上。從屬廢氣流90然后可被導(dǎo)向回到從屬再循環(huán)回路92中，再到從屬再循環(huán)氣流冷卻器80。在其它實(shí)施方案中，從屬再循環(huán)回路92可能不包含從屬熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)76，且從屬廢氣流90可改為在離開從屬渦輪74時(shí)被直接引入到從屬再循環(huán)氣流冷卻器80。在其它實(shí)施方案中，從屬再循環(huán)回路92可不包括從屬再循環(huán)氣流冷卻器80。 從屬再循環(huán)氣流冷卻器80可在從屬渦輪74下游的任何位置并入到從屬再循環(huán)回路92中。該從屬再循環(huán)氣流冷卻器80可被配置為降低從屬廢氣流90的溫度到對(duì)于通過從屬再循環(huán)回路92下游輸送進(jìn)入從屬渦輪壓縮機(jī)70合適的溫度。在一些實(shí)施方案中，合適溫度可低于約66 °C，低于約49 °C，或低于約45 °C。在一些實(shí)施方案中，燃?xì)鉁u輪組件還可以包括從屬二次流路徑71，其可從從屬渦輪壓縮機(jī)70輸送作為從屬二次流的至少一部分的從屬廢氣流90到從屬渦輪74。從屬二次流可用于冷卻和密封從屬為輪74，包括從屬渦輪74的單個(gè)部件,如渦輪護(hù)罩、渦輪噴嘴、渦輪葉片尖端、渦輪軸承支承殼體等。在冷卻和密封從屬渦輪74以及任何單個(gè)渦輪部件后，從屬二次流可被導(dǎo)向進(jìn)入靠近從屬渦輪74的輸出的從屬再循環(huán)回路92。在一些實(shí)施方案中，動(dòng)力裝置布置200的從屬燃?xì)鉁u輪組件可包括從屬氣流提取流84，用于從從屬燃?xì)鉁u輪組件提取至少一部分的從屬廢氣流90，并輸送該至少一部分從屬廢氣流90到從屬氣體分離系統(tǒng)86中以產(chǎn)生從屬提取流88。在一些實(shí)施方案中，從屬再循環(huán)氣流提取流84可與從屬渦輪壓縮機(jī)70的輸出流體連通。在其它實(shí)施方案中，從屬再循環(huán)氣流提取流84可以附著在從屬再循環(huán)回路92的任何點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，從屬氣體分離系統(tǒng)86可以是從屬碳捕獲和封存系統(tǒng)(CCS)。在一些實(shí)施方案中，從屬增壓壓縮機(jī)64可摻入到主空氣壓縮機(jī)12的下游并與之流體連接，并且摻入到從屬渦輪燃燒室72的上游并與之流體連接。從屬增壓壓縮機(jī)64可進(jìn)一步壓縮被壓縮大氣流66的至少第二部分，然后將其輸送到從屬渦輪燃燒室72。在其它實(shí)施方案中，從屬鼓風(fēng)機(jī)可被流體地連接到從屬再循環(huán)氣流冷卻器80的上游或下游的從屬再循環(huán)回路92。從屬鼓風(fēng)機(jī)可被配置成增加從屬廢氣流90的壓力，然后將從屬廢氣流90通過從屬再循環(huán)回路92輸送進(jìn)入從屬渦輪壓縮機(jī)70。在一些實(shí)施方案中，從屬渦輪壓縮機(jī)70還可以包括可調(diào)節(jié)的入口導(dǎo)流葉片以控制進(jìn)入從屬渦輪壓縮機(jī)70的空氣流。在一些實(shí)施方案中，至少一部分的從屬廢氣流90可輸送到從屬排氣路徑79。如圖4所述，該從屬尾氣催化劑系列可位于從屬排氣路徑79，其被包含在從屬熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)76內(nèi)。從屬排氣路徑79還可以包括第一從屬一氧化碳催化劑63、從屬NOx催化劑65、從屬空氣噴射點(diǎn)67以及第二從屬一氧化碳催化劑69?？梢允褂萌魏魏线m的市售的一氧化碳催化劑和NOjJS化劑。在通過從屬排氣口 78將從屬廢氣排放到大氣之前，從屬廢氣流90可通過從屬排氣路徑79被導(dǎo)向到第一從屬一氧化碳催化劑63、從屬NOx催化劑65以及第二從屬一氧化碳催化劑69。從屬空氣噴射點(diǎn)67可供給額外的氧氣到第二從屬一氧化碳催化劑69，以便從屬廢氣流90中可存在足夠的氧氣以利用第二從屬一氧化碳催化劑69產(chǎn)生二氧化碳。在一些實(shí)施方案中，從屬空氣噴射點(diǎn)67可以使用主空氣壓縮機(jī)12供給的空氣。在其它實(shí)施方案中，從屬空氣噴射點(diǎn)67可以使用另一來源供給的空氣，所述來源包括但不限于一個(gè)壓縮空氣氣缸。該從屬尾氣催化劑系列可被配置為凈化從屬廢氣流90，當(dāng)其離開從屬渦輪74并被排放到大氣中時(shí)。在一些實(shí)施方案中，被凈化的從屬廢氣流90可具有低 于約IOppm,低于約5ppm,或低于約Ippm的一氧化碳含量。在一些實(shí)施方案中，被凈化的從屬廢氣流90可具有低于約IOppm,低于約5ppm,或低于約Ippm的NOx含量。在一些實(shí)施方案中,動(dòng)力裝置布置包括一個(gè)燃?xì)鉁u輪組件。在其它實(shí)施方案中,動(dòng)力裝置布置包括由互聯(lián)導(dǎo)管8流體連接的兩個(gè)或更多個(gè)燃?xì)鉁u輪組件。如此處所用的，術(shù)語“互聯(lián)導(dǎo)管”可以指兩個(gè)或更多個(gè)燃?xì)鉁u輪組件與一個(gè)或多個(gè)主空氣壓縮機(jī)之間的流體連接。在其它實(shí)施方案中，動(dòng)力裝置布置包括三個(gè)或更多個(gè)燃?xì)鉁u輪組件以及一個(gè)或多個(gè)額外的主空氣壓縮機(jī)，其中該額外的主空氣壓縮機(jī)彼此之間呈流體連接并且與燃?xì)鉁u輪組件呈流體連接。在其它實(shí)施方案中，動(dòng)力裝置布置被配置用于基本化學(xué)計(jì)量燃燒。在其它實(shí)施方案中，動(dòng)力裝置布置被配置用于基本零排放物動(dòng)力生產(chǎn)。在一些實(shí)施方案中，燃料流28和/或從屬燃料流68可包括有機(jī)氣體，包括但不限于甲烷、丙烷和/或丁烷。在其它實(shí)施方案中，燃料流28和/或從屬燃料流68可包括有機(jī)液體，包括但不限于甲醇和/或乙醇。在其它實(shí)施方案中，燃料流28和/或從屬燃料流68可包括從固體含碳材料如煤獲得的燃料源。減少電力輸出的方法現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，在基本負(fù)載(100%負(fù)載)，動(dòng)力裝置的燃?xì)鉁u輪可以燃料與氧的當(dāng)量比為約I. O或在基本化學(xué)計(jì)量反應(yīng)條件下操作。燃料和氧的混合物可用一定量的再循環(huán)廢氣流50稀釋，以降低渦輪燃燒室32內(nèi)的火焰溫度。在渦輪燃燒室的火焰區(qū)存在的再循環(huán)廢氣流50的量可以是渦輪燃燒室32幾何形狀和整體系統(tǒng)壓力平衡的函數(shù)。在一些實(shí)施方案中，渦輪燃燒室32火焰區(qū)的空氣量可通過調(diào)節(jié)主空氣壓縮機(jī)12而控制，以及由控制系統(tǒng)控制。在一些實(shí)施方案中，渦輪燃燒室32火焰區(qū)的燃料量可通過使用氣體控制閥調(diào)節(jié)燃料流28而控制。由于燃?xì)鉁u輪上的負(fù)載被減少到低于基本負(fù)載，被引入到渦輪燃燒室32的燃料和空氣量被減少，而再循環(huán)廢氣流50的量以較慢的速度變化。這可導(dǎo)致相對(duì)于在渦輪燃燒室32中存在的氧氣量增加再循環(huán)廢氣流50的量。隨著再循環(huán)廢氣流50的相對(duì)量增加，燃燒過程可能變得不穩(wěn)定，可存在燃燒過程可能不再化學(xué)計(jì)量地進(jìn)行的點(diǎn)。這可在約50%的負(fù)載時(shí)發(fā)生，如圖5所示。在約50%的負(fù)載，當(dāng)燃燒過程可能不再是化學(xué)計(jì)量時(shí)，燃料量可進(jìn)一步減少，而空氣量可以較慢的速率減少，導(dǎo)致氧過量，從而產(chǎn)生稀薄但穩(wěn)定的燃燒反應(yīng)。在稀薄燃燒中，產(chǎn)生的CO量可迅速減少，而NOx量可更慢地降低，因此，NOx催化劑可能不再有效地還原NOx。如圖5所示，這可導(dǎo)致，在約20%負(fù)載和約50%負(fù)載之間的操作區(qū)域，其中產(chǎn)生和排放的NOx的量對(duì)于法規(guī)要求來說可能太高，因此導(dǎo)致其中動(dòng)力裝置不能合規(guī)地運(yùn)作的區(qū)域。由于燃料流減少，且在稀薄燃燒中溫度降低，NOx的形成可能進(jìn)一步減少到發(fā)動(dòng)機(jī)可能再次排放物達(dá)標(biāo)而不需要NOx催化劑運(yùn)作的位置。如圖5所描繪的，該區(qū)域可處于低于約20%的負(fù)載。在這個(gè)水平附近，CO的形成高，但CO氧化催化劑可能仍然運(yùn)行且消耗CO，從而保持可接受的排放物水平。由于燃料流被進(jìn)一步減少，動(dòng)力裝置的燃?xì)鉁u輪可達(dá)到全速無負(fù)載操作，如圖5所示(約0%負(fù)載)。在全速無負(fù)載操作中，保持排放物達(dá)標(biāo)是可能的，由于CO催化劑的有效性和低燃燒溫度所致，其中產(chǎn)生少量的NOx排放物。最后，可通過從電網(wǎng)脫開動(dòng)力裝置并進(jìn)一步降低燃?xì)鉁u輪的速度到“待機(jī)”工作點(diǎn)，來進(jìn)一步減少燃料流。再參照?qǐng)D1，在操作中以及在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種用于減少動(dòng)力裝置布置 10的電力輸出的方法，其中將大氣用主空氣壓縮機(jī)12壓縮，以形成壓縮的大氣流。壓縮的大氣流26的至少第一部分可被輸送到燃?xì)鉁u輪組件。該壓縮的大氣流26的至少第一部分可被直接輸送到渦輪燃燒室32，具有第一壓縮大氣流速。然后該壓縮的大氣流26的至少第一部分可與具有燃料流速率的燃料流28，以及廢氣流50的至少第一部分混合，以形成可燃混合物。可燃混合物可在渦輪燃燒室32中燃燒產(chǎn)生廢氣流50。從屬可燃混合物可基本化學(xué)計(jì)量燃燒，從而形成廢氣流50并驅(qū)動(dòng)經(jīng)由渦輪軸22連接到渦輪壓縮機(jī)30上的渦輪34。在這些條件下，動(dòng)力裝置可以在第一從屬負(fù)載下操作。如此處所用的，術(shù)語“基本化學(xué)計(jì)量燃燒”意指燃燒反應(yīng)涉及燃燒系統(tǒng)中燃料和氧氣的基本化學(xué)計(jì)量燃燒。也就是說，燃燒反應(yīng)后的氧含量可低于約5% (體積)，低于約2%(體積)，或低于約1% (體積)。如此處所用的，術(shù)語“第一負(fù)載”代表可由連接到動(dòng)力裝置的渦輪發(fā)電機(jī)20產(chǎn)生的最高的電力負(fù)載或最大量的電能。在一些實(shí)施方案中，第一負(fù)載可為約100%的負(fù)載。在本實(shí)施方案中，渦輪34可使用廢氣流50驅(qū)動(dòng)，從而使渦輪34旋轉(zhuǎn)。如此處所用的，術(shù)語“使用廢氣流驅(qū)動(dòng)”意指廢氣流50在離開渦輪燃燒室32和進(jìn)入渦輪34時(shí)膨脹，從而使渦輪34旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方案中，渦輪34的旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致渦輪軸22以及渦輪壓縮機(jī)30旋轉(zhuǎn)。渦輪軸22可在渦輪發(fā)電機(jī)20中旋轉(zhuǎn)，渦輪軸22的這種旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致渦輪發(fā)電機(jī)20發(fā)電。在一些實(shí)施方案中，渦輪壓縮機(jī)30可被流體地連接到渦輪燃燒室32。如圖I所示，在一些實(shí)施方案中，渦輪軸22可以是“冷端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著渦輪軸22可在渦輪組件的壓縮機(jī)端連接到渦輪發(fā)電機(jī)20。在其它實(shí)施方案中，渦輪軸22可以是“熱端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著渦輪軸22可在渦輪組件的渦輪端連接到渦輪發(fā)電機(jī)20上。在一些實(shí)施方案中，渦輪輸出35可以輸送廢氣流50的至少第一部分到再循環(huán)回路52上，并輸送廢氣流50的至少第二部分到排氣路徑39上。在一些實(shí)施方案中，廢氣流50可以約2 I的比例，約3 2的比例，或約I : I的比例輸送到再循環(huán)回路52和排氣路徑39上。再循環(huán)回路52將渦輪34與渦輪壓縮機(jī)30流體連接。排氣路徑39流體地連接到渦輪34和排氣口 38上，并且可用于在廢氣流50離開渦輪34排到大氣之前使用一系列的尾氣催化劑凈化廢氣流50。然后可以降低進(jìn)入渦輪燃燒室32的燃料流流速到低于第一燃料流流速的第二燃料流流速。此外，也可以降低進(jìn)入渦輪燃燒室32的壓縮大氣流速率到低于第一壓縮大氣流速率的第二壓縮大氣流速率。在這些條件下，保持基本化學(xué)計(jì)量燃燒，并且動(dòng)力裝置可以在低于第一負(fù)載的第二負(fù)載下工作。在一些實(shí)施方案中，第二負(fù)載可以是約90 %的最大負(fù)載，約80%的最大負(fù)載，約70%的最大負(fù)載，約60%的最大負(fù)載，或約50%的最大負(fù)載。隨后，進(jìn)入渦輪燃燒室32的燃料流流速可被降低到低于第二燃料流流速的第三燃料流流速。在這些條件下，實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，意味著不再有化學(xué)計(jì)量燃燒，因?yàn)樵谌紵抑杏邢鄬?duì)于燃料量的過量空氣。在一些實(shí)施方案中，動(dòng)力裝置因此可以在低于第二負(fù)載的第三負(fù)載下工作。在一些實(shí)施方案中，第三負(fù)載可低于約50%的最大負(fù)載，低于約40%的最大負(fù)載，低于約30%的最大負(fù)載，或低于約20%的最大負(fù)載。在一些實(shí)施方案中，燃料流速率可進(jìn)一步被降低到低于第三燃料流流速的第四燃料流流速。在這些條件下，維持稀薄燃燒且動(dòng)力裝置在全速無負(fù)載下工作。如此處所用的，術(shù)語“無負(fù)載”意味著動(dòng)力裝置在約0%的最大負(fù)載下工作。在一些實(shí)施方案中,動(dòng)力裝置可與電網(wǎng)斷開以實(shí)現(xiàn)無負(fù)載工作。在一些實(shí)施方案中，燃料流流速可以進(jìn)一步被降低到低于第四燃料流流速的第五燃料流流速。在這些條件下，維持稀薄燃燒且動(dòng)力裝置在低于全速的速度和無負(fù)載下操作?！ぴ谶@類情況下，動(dòng)力裝置維持在合適的溫度，使得迅速恢復(fù)到負(fù)載操作是可能的。如此處所用的，“迅速恢復(fù)到負(fù)載操作”意味著動(dòng)力裝置可以比動(dòng)力裝置在大氣溫度下所保持的速度更快的速度加速到負(fù)載操作。在一些實(shí)施方案中，燃?xì)鉁u輪組件還可以包括二次流路徑31，其將廢氣流50的至少第三部分作為二次流從渦輪壓縮機(jī)30輸送到渦輪34。二次流可用于冷卻和密封渦輪34，包括渦輪34的單個(gè)部件，如渦輪護(hù)罩、渦輪噴嘴、渦輪葉片尖端、渦輪軸承支承殼體等。在冷卻和密封渦輪34以及任何單個(gè)渦輪部件后，二次流可被導(dǎo)向進(jìn)入靠近渦輪34的輸出的再循環(huán)回路52。在一些實(shí)施方案中，在使用再循環(huán)氣流冷卻器40輸送到渦輪壓縮機(jī)30之前，廢氣流50可被冷卻到合適的溫度。再循環(huán)氣流冷卻器40可在渦輪34下游任何地方摻入到再循環(huán)回路52。在一些實(shí)施方案中，合適的溫度可低于約66°C，低于約49 °C，或低于約45 °C。在一些實(shí)施方案中，廢氣流50可以從渦輪燃燒室32通過再循環(huán)回路52被導(dǎo)向到熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)36用于產(chǎn)生蒸汽。蒸汽渦輪可被配置成使用熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)36的蒸汽產(chǎn)生額外的電力，并且蒸汽渦輪可以被連接到蒸汽發(fā)電機(jī)上。在一些實(shí)施方案中，蒸汽渦輪可以被布置為連接到渦輪軸22上。廢氣流50然后可被導(dǎo)向回到再循環(huán)回路52中，再到再循環(huán)氣流冷卻器40。在其它實(shí)施方案中，再循環(huán)回路52可不包含熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)36，且廢氣流50可改為在離開渦輪34時(shí)被直接引入到再循環(huán)氣流冷卻器40。在一些實(shí)施方案中，再循環(huán)回路52可不包括再循環(huán)氣流冷卻器40。在一些實(shí)施方案中，動(dòng)力裝置布置10可包括氣流提取流44用于從燃?xì)鉁u輪組件提取至少一部分的廢氣流50，并輸送該至少一部分廢氣流50到氣體分離系統(tǒng)46中并產(chǎn)生提取流48。在一些實(shí)施方案中，氣流提取流44可與渦輪壓縮機(jī)30的輸出呈流體連通。在其它實(shí)施方案中，氣流提取流44可以附著在再循環(huán)回路52的任何點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，氣體分離系統(tǒng)46可以是碳捕獲和封存系統(tǒng)(CCS)。在一些實(shí)施方案中，該壓縮大氣流26的至少第一部分可通過增壓壓縮機(jī)24進(jìn)一步壓縮。增壓壓縮機(jī)24可摻入到主空氣壓縮機(jī)12的下游并與之流體連接，并且摻入到渦輪燃燒室32的上游且與之流體連接。在其它實(shí)施方案中，鼓風(fēng)機(jī)可被流體地連接到再循環(huán)氣流冷卻器40下游的再循環(huán)回路52。鼓風(fēng)機(jī)可被配置成增加廢氣流50的壓力，然后將廢氣流50通過再循環(huán)回路52輸送進(jìn)入渦輪壓縮機(jī)30。在一些實(shí)施方案中，主空氣壓縮機(jī)12可進(jìn)一步包括可調(diào)節(jié)的入口導(dǎo)流葉片以控制進(jìn)入主空氣壓縮機(jī)12的空氣流。在一些實(shí)施方案中，渦輪壓縮機(jī)30可進(jìn)一步包括可調(diào)節(jié)的入口導(dǎo)流葉片以控制進(jìn)入渦輪壓縮機(jī)30的空氣流。在一些實(shí)施方案中，廢氣流50的至少第二部分可被輸送到位于熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)36內(nèi)的排氣路徑39。該尾氣催化劑系列位于排氣路徑39內(nèi)，且位于渦輪34的下游和排氣口 38的上游。排氣路徑39可進(jìn)一步包括第一一氧化碳催化劑23、NOx催化劑25、空氣噴射點(diǎn)27以及第二一氧化碳催化劑29?？梢允褂萌魏魏线m的市售的一氧化碳催化劑和 NOx催化劑。廢氣流50通過排氣路徑39被導(dǎo)向到第一一氧化碳催化劑23、NOx催化劑25以及到第二一氧化碳催化劑29，然后廢氣流50通過排氣口 38排放到大氣中?？諝鈬娚潼c(diǎn)27供給額外的氧氣到第二一氧化碳催化劑29，以便足夠的氧氣存在于廢氣流50中以使用第二一氧化碳催化劑29產(chǎn)生一氧化碳。在一些實(shí)施方案中，空氣噴射點(diǎn)27可以使用主空氣壓縮機(jī)12供給的空氣。在其它實(shí)施方案中，空氣噴射點(diǎn)27可以使用另一來源供給的空氣，所述來源包括但不限于壓縮空氣氣缸。該尾氣催化劑系列被配置為當(dāng)廢氣流50離開渦輪34并被排放到大氣中時(shí)凈化廢氣流50。在一些實(shí)施方案中，被凈化的廢氣流50可具有低于約lOppm，低于約5ppm，或低于約Ippm的一氧化碳含量。在一些實(shí)施方案中，被凈化的廢氣流50可具有低于約IOppm,低于約5ppm,或低于約Ippm的NOx含量。如圖3所示，提供了一種用于減少動(dòng)力裝置布置200的電力輸出的方法。用于減少主系列的電力輸出的方法已經(jīng)在上文中描述?，F(xiàn)在描述用于減少從屬系列的電力輸出的方法，其中大氣使用主空氣壓縮機(jī)12壓縮，以形成壓縮的大氣流。壓縮的大氣流66的至少第二部分可被輸送到從屬系列。該壓縮的大氣流66的至少第二部分可直接輸送到從屬渦輪燃燒室72，具有第三壓縮的大氣流速率。該壓縮的大氣流66的至少第二部分然后可與具有從屬燃料流流速的從屬燃料流68，以及從屬廢氣流90的至少第一部分混合，以形成從屬可燃混合物。從屬可燃混合物可在從屬渦輪燃燒室72中燃燒，以產(chǎn)生從屬廢氣流90。從屬可燃混合物可基本化學(xué)計(jì)量燃燒，從而形成從屬廢氣流90并驅(qū)動(dòng)通過從屬渦輪軸62連接到從屬渦輪壓縮機(jī)70上的從屬渦輪74。在這些條件下，從屬系列可以在第一從屬負(fù)載下操作。如此處所用的，術(shù)語“基本化學(xué)計(jì)量燃燒”意指從屬燃燒反應(yīng)涉及從屬燃燒系統(tǒng)中燃料和氧氣的基本化學(xué)計(jì)量燃燒。也就是說，從屬燃燒反應(yīng)后的氧含量可低于約5% (體積)，低于約2% (體積)，或低于約1% (體積)。如此處所用的，術(shù)語“第一從屬負(fù)載”代表可由被連接到從屬系列上的從屬渦輪發(fā)電機(jī)60產(chǎn)生的最高的電力負(fù)載或最大量的電能。在一些實(shí)施方案中，第一從屬負(fù)載可能是約100%的負(fù)載。在本實(shí)施方案中，從屬渦輪74可使用從屬廢氣流90驅(qū)動(dòng),從而使從屬渦輪74旋轉(zhuǎn)。如此處所用的，術(shù)語“使用從屬廢氣流驅(qū)動(dòng)”意指從屬廢氣流90在從從屬渦輪燃燒室72離開和進(jìn)入從屬渦輪74時(shí)膨脹，從而使從屬渦輪74旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方案中，從屬渦輪74的旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致從屬渦輪軸62以及從屬渦輪壓縮機(jī)70旋轉(zhuǎn)。從屬渦輪軸62可在從屬渦輪發(fā)電機(jī)60中旋轉(zhuǎn)，從屬渦輪軸62的這種旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致從屬渦輪發(fā)電機(jī)60發(fā)電。在這個(gè)實(shí)施方案中，從屬渦輪壓縮機(jī)70可被流體地連接到從屬渦輪燃燒室72。如圖3所示，在一些實(shí)施方案中，從屬渦輪軸62可能是“冷端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著從屬渦輪軸 62可在從屬渦輪組件的壓縮機(jī)端連接到從屬渦輪發(fā)電機(jī)60上。在其它實(shí)施方案中，從屬渦輪軸62可以是“熱端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著從屬渦輪軸62可在從屬渦輪組件的渦輪端處連接到從屬渦輪發(fā)電機(jī)60上。在一些實(shí)施方案中，從屬潤輪輸出75可輸送從屬廢氣流90的至少第一部分到從屬再循環(huán)回路92，以及輸送從屬廢氣流90的至少第二部分到從屬排氣路徑79。在一些實(shí)施方案中，從屬廢氣流90可以約2 I的比例，約3 2的比例，或約I : I的比例被輸送到從屬再循環(huán)回路92和從屬排氣路徑79上。從屬再循環(huán)回路92將從屬渦輪74與從屬渦輪壓縮機(jī)70流體連接。從屬排氣路徑79流體地連接到從屬渦輪74和從屬排氣口 78上，并且可用于在從屬廢氣流90離開從屬渦輪74排放到大氣中之前，使用一系列的從屬尾氣催化劑凈化從屬廢氣流90。然后，可以降低進(jìn)入到從屬渦輪燃燒室72的從屬燃料流流速到低于第一從屬燃料流流速的第二從屬燃料流流速。此外，進(jìn)入到從屬渦輪燃燒室72的從屬壓縮大氣流速率也可以降低到低于第三壓縮大氣流速率的第四壓縮大氣流速率。在這些條件下，維持基本化學(xué)計(jì)量燃燒且從屬系列可以在低于第一從屬負(fù)載的第二從屬負(fù)載下工作。在一些實(shí)施方案中，第二從屬負(fù)載可能是約90%的最大負(fù)載，約80%的最大負(fù)載，約70%的最大負(fù)載，約60%的最大負(fù)載，或約50%的最大負(fù)載。隨后，進(jìn)入從屬渦輪燃燒室72的從屬燃料流流速可被降低到低于第二從屬燃料流流速的第三從屬燃料流流速。在這些條件下，實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，意味著不再有化學(xué)計(jì)量燃燒，因?yàn)樵趶膶偃紵抑杏邢鄬?duì)于燃料量的過量空氣。在一些實(shí)施方案中，從屬系列因此可以在低于第二從屬負(fù)載的第三從屬負(fù)載下工作。在一些實(shí)施方案中，第三從屬負(fù)載可以為大約低于約50%的最大負(fù)載,低于約40%的最大負(fù)載,低于約30%的最大負(fù)載,或低于約20%的最大負(fù)載。在一些實(shí)施方案中，從屬燃料流流速還可以被降低到低于第三從屬燃料流流速的第四從屬燃料流流速。在這些條件下，稀薄燃燒被保持并且從屬系列在全速無負(fù)載下操作。如此處所用的，術(shù)語“無負(fù)載”意指從屬系列在約0%的最大負(fù)載下操作。在一些實(shí)施方案中，從屬系列可從電網(wǎng)斷開以達(dá)到無負(fù)載操作。在一些實(shí)施方案中，從屬燃料流流速還可以被降低到低于第四從屬燃料流流速的第五從屬燃料流流速。在這些條件下，稀薄燃燒被保持，從屬系列在低于全速的速度和無負(fù)載下操作。在這些情況下，從屬系列維持在合適的溫度，使得迅速恢復(fù)到負(fù)載操作是可能的。如此處所用的，“迅速恢復(fù)到負(fù)載操作”意味著，從屬系列可被以比從屬系列在大氣溫度下所保持的速度更快的速度加速到負(fù)載操作。在一些實(shí)施方案中，從屬系列還包括從屬二次流路徑71，其將從屬廢氣流90的至少第三部分作為從屬二次流從從屬渦輪壓縮機(jī)70輸送到從屬渦輪74上。從屬二次流可用于冷卻和密封從屬渦輪74，包括從屬渦輪74的單個(gè)部件，如渦輪護(hù)罩、渦輪噴嘴、渦輪葉片尖端、渦輪軸承支承殼體等。在冷卻和密封從屬渦輪74以及任何單個(gè)渦輪部件后，從屬二次流可被導(dǎo)向進(jìn)入靠近從屬渦輪74的輸出的從屬再循環(huán)回路92。在一些實(shí)施方案中，從屬廢氣流90可在輸送到從屬潤輪壓縮機(jī)70之前使用從屬再循環(huán)氣流冷卻器80冷卻到合適的溫度。該從屬再循環(huán)氣流冷卻器80可在從屬渦輪74下游任何地方摻入從屬再循環(huán)回路92中。在一些實(shí)施方案中，合適的溫度可低于約66°C,低于約49 °C，或低于約45 °C。在一些實(shí)施方案中，從屬廢氣流90可以從從屬渦輪燃燒室72通過從屬再循環(huán)回路92被導(dǎo)向到從屬熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)76用于蒸汽的產(chǎn)生。從屬蒸汽渦輪可被配置為使用從屬熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)76的蒸汽產(chǎn)生額外的電力，并且從屬蒸汽渦輪可被連接到從屬蒸汽發(fā)電機(jī)。在一些實(shí)施方案中，從屬蒸汽渦輪可被布置為連接到從屬渦輪軸62上。從屬廢氣流90然后可被導(dǎo)向回到從屬再循環(huán)回路92，再到從屬再循環(huán)氣流冷卻器80。在其它實(shí)施方案中，從屬再循環(huán)回路92可不包含從屬熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)76，以及從屬廢氣流90可改為在從從屬渦輪74離開時(shí)被直接引入到從屬再循環(huán)氣流冷卻器80。在一些實(shí)施方案中，從 屬再循環(huán)回路92可不包括從屬再循環(huán)氣流冷卻器80。在一些實(shí)施方案中，動(dòng)力裝置布置200可包括從屬氣流提取流84，用于從從屬系列中提取至少一部分的從屬廢氣流90，并輸送該至少一部分從屬廢氣流90到從屬氣體分離系統(tǒng)86中以產(chǎn)生從屬提取流88。在一些實(shí)施方案中，從屬氣流提取流84可與從屬渦輪壓縮機(jī)70的輸出呈流體連通。在其它實(shí)施方案中，從屬氣流提取流84可以附著在從屬再循環(huán)回路92的任何點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，從屬氣體分離系統(tǒng)86可以是碳捕獲和封存系統(tǒng)(CCS)。在一些實(shí)施方案中，該壓縮大氣流66的至少第二部分可進(jìn)一步被從屬增壓壓縮機(jī)64壓縮。從屬增壓壓縮機(jī)64可摻入到主空氣壓縮機(jī)12的下游并與之流體連接，并且摻入到從屬渦輪燃燒室72的上游且與之流體連接。在其它實(shí)施方案中，從屬鼓風(fēng)機(jī)可被流體地連接到從屬再循環(huán)氣流冷卻器80的上游或下游的從屬再循環(huán)回路92。從屬鼓風(fēng)機(jī)可被配置成增加從屬廢氣流90的壓力，然后通過從屬再循環(huán)回路92將從屬廢氣流90輸送進(jìn)入從屬渦輪壓縮機(jī)70。在一些實(shí)施方案中，從屬渦輪壓縮機(jī)70可進(jìn)一步包括可調(diào)節(jié)的入口導(dǎo)流葉片，以控制進(jìn)入從屬渦輪壓縮機(jī)7的空氣流。在一些其它實(shí)施方案中，從屬廢氣流90的至少第二部分可被輸送到位于從屬熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)76內(nèi)的從屬排氣路徑79。該從屬尾氣催化劑系列位于從屬排氣路徑79內(nèi)且位于從屬渦輪74的下游和從屬排氣口 78的上游。從屬排氣路徑79還包括第一從屬一氧化碳催化劑63、從屬NOx催化劑65、從屬空氣噴射點(diǎn)67以及第二從屬一氧化碳催化劑69?？梢允褂萌魏魏线m的市售的一氧化碳催化劑和NOjJt化劑。在從屬廢氣流90通過從屬排氣口 78排放到大氣之前，從屬廢氣流90通過從屬排氣路徑79被導(dǎo)向到第一從屬一氧化碳催化劑63、從屬NOx催化劑65以及第二從屬一氧化碳催化劑69。從屬空氣噴射點(diǎn)67供給額外的氧氣到第二從屬一氧化碳催化劑69，以便從屬廢氣流90中有足夠的氧氣以使用第二從屬一氧化碳催化劑69產(chǎn)生一氧化碳。在一些實(shí)施方案中，從屬空氣噴射點(diǎn)67可使用主空氣壓縮機(jī)12供給的空氣。在其它實(shí)施方案中，從屬空氣噴射點(diǎn)67可使用另一來源供給的空氣，所述來源包括但不限于壓縮空氣氣缸。該從屬尾氣催化劑系列可被配置為凈化從屬廢氣流90，當(dāng)其離開從屬渦輪74并被排放到大氣中時(shí)。在一些實(shí)施方案中，被凈化的從屬廢氣流90可具有低于約IOppm,低于約5ppm,或低于約Ippm的一氧化碳含量。在一些實(shí)施方案中，被凈化的從屬廢氣流90可具有低于約IOppm,低于約5ppm,或低于約Ippm的NOx含量。如圖3所示，在一些實(shí)施方案中，從屬渦輪軸62可能是“冷端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著從屬渦輪軸62可在渦輪組件的壓縮機(jī)端連接到從屬渦輪發(fā)電機(jī)60上。在其它實(shí)施方案中，從屬渦輪軸62可以是“熱端驅(qū)動(dòng)”配置，意味著從屬渦輪軸62可在渦輪組件的渦輪端處連接到從屬渦輪發(fā)電機(jī)60上。如圖4所描繪的，該從屬尾氣催化劑系列可以位于從屬排氣路徑79內(nèi)且可位于從屬渦輪74的下游和從屬排氣口 78的上游。從屬排氣路徑還可包括第一從屬一氧化碳催化·劑63、從屬NOx催化劑65、從屬空氣噴射點(diǎn)67以及第二從屬一氧化碳催化劑69?？梢允褂萌魏魏线m的市售的一氧化碳催化劑和NOjJt化劑。在從屬廢氣通過從屬排氣口 78排放到大氣之前，從屬調(diào)節(jié)(turndown)廢氣流77可通過從屬調(diào)節(jié)路徑79被導(dǎo)向到第一從屬一氧化碳催化劑63、從屬NOx催化劑65以及第二從屬一氧化碳催化劑69。從屬空氣噴射點(diǎn)67可供給額外的氧氣到第二從屬一氧化碳催化劑69，以便從屬廢氣流90中有足夠的氧氣從而使用第二從屬一氧化碳催化劑69產(chǎn)生一氧化碳。在一些實(shí)施方案中，從屬空氣噴射點(diǎn)67可以使用主空氣壓縮機(jī)12供給的空氣。在其它實(shí)施方案中，從屬空氣噴射點(diǎn)67可以使用另一來源供給的空氣，所述來源包括但不限于壓縮空氣氣缸。該從屬尾氣催化劑系列可被配置為凈化從屬廢氣流90，當(dāng)其離開從屬渦輪74并被排放到大氣中時(shí)。在一些實(shí)施方案中，該方法包括操作動(dòng)力裝置布置，其包括一個(gè)燃?xì)鉁u輪組件。在其它實(shí)施方案中，該方法包括操作動(dòng)力裝置布置，其包括通過互聯(lián)導(dǎo)管8流體連接的兩個(gè)或更多個(gè)燃?xì)鉁u輪組件。在其它實(shí)施方案中，該方法包括操作動(dòng)力裝置布置，其包括三個(gè)或更多個(gè)燃?xì)鉁u輪組件以及一個(gè)或多個(gè)額外的主空氣壓縮機(jī)，其中額外的主空氣壓縮機(jī)彼此之間呈流體連接并且與燃?xì)鉁u輪組件呈流體連接。在其它實(shí)施方案中，該方法包括操作動(dòng)力裝置布置，其針對(duì)基本化學(xué)計(jì)量燃燒進(jìn)行配置。在其它實(shí)施方案中，該方法包括操作動(dòng)力裝置布置，其針對(duì)基本零排放物動(dòng)力生產(chǎn)進(jìn)行配置。其它配置和操作方法由美國專利申請(qǐng)?zhí)峁?，所述申?qǐng)包括Daniel Snook、Lisaffichmann>Sam Draper、Noemie Dion Ouellet和 Scott Rittenhouse 的“動(dòng)力裝置和操作方法(Power Plant and Method of Operation) ”(2011 年8 月 25 日提交)，DanielSnook、Lisa Wichmann>Sam Draper、Noemie Dion Ouellet 和 Scott Rittenhouse 的“動(dòng)力裝置和操作方法” (2011 年 8 月 25 日提交)，Daniel Snook、Lisa Wichmann> Sam Draper、NoemieDion Ouellet 和 Scott Rittenhouse 的“動(dòng)力裝置啟動(dòng)方法(Power Plant Start-UpMethod) ” (2011 年 8 月 25 日提交),Daniel Snook、LisaWichmann、Sam Draper 和 NoemieDion Ouellet 的“動(dòng)力裝置和控制方法(PowerPlant and Control Method) ”(2011 年 8月25日提交)，Predrag Popovic的“動(dòng)力裝置和操作方法”(2011年8月25日提交)，SamDraper和Kenneth Kohl的“動(dòng)力裝置和操作方法” (2011年8月25日提交)，Sam Draper的“動(dòng)力裝置和操作方法” (2011年8月25日提交)，Daniel Snook、Lisa Wichmann> SamDraper 和 Noemie Dion Ouellet 的“動(dòng)力裝置和使用方法(Power Plant and Method ofUse) ” (2011年8月25日提交)，Lisa Wichmann的“動(dòng)力裝置和操作方法”(2011年8月25日提交)，以及Karl Dean Minto的“動(dòng)力裝置和控制方法”(2011年8月25日提交)，其公開內(nèi)容在此納入?yún)⒖?。?yīng)該顯而易見的是，上述僅涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，在本文中可作出許多變化和修改而不會(huì)背離由隨附權(quán)利要求及其等同內(nèi)容所限定的本發(fā)明的精神和范圍。部件列表
8j互聯(lián)導(dǎo)管 10 示例性動(dòng)力裝置布置 12 主空氣壓縮機(jī) 20 渦輪發(fā)電機(jī) 22~渦輪軸
23第氧化碳催化劑
24增壓壓縮機(jī) 25~ NOx催化劑
26壓縮大氣流的第一部分
27空氣噴射點(diǎn)
28燃料流
29第二一氧化碳催化劑
30渦輪壓縮機(jī)
31二次流路徑 32~渦輪燃燒室 34~^
35渦輪輸出
36熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)
38排氣口
39排氣路徑
權(quán)利要求
1.一種用于降低動(dòng)力裝置的電力生產(chǎn)的方法，包括以下步驟 采用至少一個(gè)主空氣壓縮機(jī)(12)將大氣壓縮成壓縮大氣流； 以第一壓縮大氣流速率輸送壓縮大氣流(26)的至少第一部分到渦輪燃燒室(32)，其流體連接到所述至少一個(gè)主空氣壓縮機(jī)(12)； 輸送具有第一燃料流流速的燃料流(28)到渦輪燃燒室(32)用于與所述壓縮大氣流(26)的至少第一部分以及廢氣流(50)的至少第一部分混合，以形成可燃混合物； 在渦輪燃燒室(32)內(nèi)基本化學(xué)計(jì)量燃燒所述可燃混合物，由此形成廢氣流(50)，并驅(qū)動(dòng)通過渦輪軸(22)連接到渦輪壓縮機(jī)(30)的渦輪(34)并在第一負(fù)載下操作動(dòng)力裝置；使用再循環(huán)回路(52)從渦輪(34)到渦輪壓縮機(jī)(30)再循環(huán)廢氣流(50)的至少第一部分； 輸送廢氣流(50)的至少第二部分到排氣路徑(39)； 降低燃料流流速到低于第一燃料流流速的第二燃料流流速，并降低壓縮大氣流速率到低于第一壓縮大氣流速率的第二壓縮大氣流速率，其中基本化學(xué)計(jì)量燃燒被維持且動(dòng)力裝置在低于第一負(fù)載的第二負(fù)載下操作；以及 降低燃料流流速到低于第二燃料流流速的第三燃料流流速，其中實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒并且動(dòng)力裝置在低于第二負(fù)載的第三負(fù)載下操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括通過二次流路徑(31)輸送二次流，其中二次流路徑(31)從渦輪壓縮機(jī)(30)到渦輪(34)輸送廢氣流(50)的至少第三部分用于冷卻和密封渦輪(34)，其后進(jìn)入再循環(huán)回路(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，排氣路徑(39)包括第一一氧化碳催化劑(23)、NOjJt化劑(25)、空氣噴射口(27)以及第二一氧化碳催化劑(29)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括降低燃料流流速到低于第三燃料流流速的第四燃料流流速，其中稀薄燃燒被維持且動(dòng)力裝置在無負(fù)載下操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括降低燃料流流速到低于第四燃料流流速的第五燃料流流速，其中稀薄燃燒被維持且動(dòng)力裝置維持在對(duì)迅速恢復(fù)到負(fù)載操作合適的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括降低從屬動(dòng)力裝置的電力生產(chǎn)，包括以下步驟 以第三壓縮大氣流速率輸送壓縮大氣流￠6)的至少第二部分到從屬渦輪燃燒室(72)，其經(jīng)由互聯(lián)導(dǎo)管(8)流體連接到所述至少一個(gè)主空氣壓縮機(jī)(12)； 輸送具有第一從屬燃料流流速的從屬燃料流(68)到從屬渦輪燃燒室(72)，用于與所述壓縮大氣流￠6)的至少第二部分和從屬廢氣流(90)的至少第一部分混合，以形成從屬可燃混合物； 在從屬渦輪燃燒室(72)內(nèi)基本化學(xué)計(jì)量燃燒所述從屬可燃混合物，從而形成從屬廢氣流(90)并驅(qū)動(dòng)通過從屬渦輪軸(62)連接到從屬渦輪壓縮機(jī)(70)的從屬渦輪(74)，并且在第一從屬負(fù)載下操作從屬動(dòng)力裝置； 使用從屬再循環(huán)回路(92)從從屬渦輪(74)到從屬渦輪壓縮機(jī)(70)再循環(huán)從屬廢氣流(90)的至少第一部分； 輸送從屬廢氣流(90)的至少第二部分到從屬排氣路徑(79)； 降低從屬燃料流流速到低于第一從屬燃料流流速的第二從屬燃料流流速，并降低第三壓縮大氣流速率到低于第三壓縮大氣流速率的第四壓縮大氣流速率，其中實(shí)現(xiàn)基本化學(xué)計(jì)量燃燒且從屬動(dòng)力裝置在低于第一從屬負(fù)載的第二從屬負(fù)載下操作； 降低從屬燃料流流速到低于第二從屬燃料流流速的第三從屬燃料流流速，其中稀薄燃燒被維持，從屬動(dòng)力裝置在低于第二從屬負(fù)載的第三從屬負(fù)載下操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括通過從屬二次流路徑(71)輸送從屬二次流，其中從屬二次流路徑(71)從從屬渦輪壓縮機(jī)(70)到從屬渦輪(74)輸送從屬廢氣流(90)的至少第三部分用于冷卻和密封從屬渦輪(74)，其后進(jìn)入從屬再循環(huán)回路(92)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，從屬排氣路徑(79)包括第一從屬一氧化碳催化劑(63)、從屬NOx催化劑(65)、從屬空氣噴射口 ￠7)以及第二從屬一氧化碳催化劑(69)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括降低從屬燃料流流速到低于第三從屬燃料流流速的第四從屬燃料流流速，其中稀薄燃燒被維持且從屬動(dòng)力裝置在無負(fù)載下操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括降低從屬燃料流流速到低于第四從屬燃料流流速的第五從屬燃料流流速，其中稀薄燃燒被維持且從屬動(dòng)力裝置維持在對(duì)迅速恢復(fù)到負(fù)載操作合適的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及動(dòng)力裝置和操作方法。主空氣壓縮機(jī)(12)以壓縮大氣流速率輸送壓縮大氣流(26)到渦輪燃燒室(32)。具有一定流速的燃料流(28)被輸送到渦輪燃燒室(32)并與壓縮大氣流(26)以及廢氣流(50)混合，并基本化學(xué)計(jì)量燃燒以形成廢氣流(50)并驅(qū)動(dòng)渦輪(34)，從而在第一負(fù)載下操作。廢氣流(50)的一部分從渦輪(34)再循環(huán)到渦輪壓縮機(jī)(30)，并且一部分輸送到排氣路徑(39)。燃料流流速和壓縮大氣流速率被降低，基本化學(xué)計(jì)量燃燒被維持，從而在第二負(fù)載下操作。燃料流流速被進(jìn)一步降低，實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，從而在第三負(fù)載下操作。
文檔編號(hào)F02C3/34GK102953819SQ20121041012
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者S·D·德拉珀 申請(qǐng)人:通用電氣公司