JP2009138749A - 排気ガス再循環システムを制御するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム１０７を制御するための方法及びシステムが提供される。
【解決手段】本方法及びシステムは、有害成分について排気ストリーム１７０を連続的にモニタする１つ又は複数の装置を組み込むことができる。本方法及びシステムは、排気ストリーム１７０内の有害成分の濃度に基づいて、ＥＧＲシステム１０７の構成部品を制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス再循環システムに関し、より具体的には、排気ガス再循環システムを制御するための方法及びシステムに関する。

窒素酸化物（以下においては、ＮＯｘ）、二酸化炭素（以下においては、ＣＯ₂）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）エミッションの環境に対する長期にわたる影響についての関心が益々大きくなってきている。ガスタービンのようなターボ機械が放出する可能性があるエミッションの許容可能レベルは、厳しく規制されている。ターボ機械のオペレータは、放出されるＮＯｘ、ＣＯ₂及びＳＯｘのレベルを低下させる方法を切望している。

排気ストリーム内には、大量の凝縮可能な蒸気が存在する。これらの蒸気には通常、水、酸、アルデヒド、炭化水素、硫黄酸化物及び塩素化合物のような多様な成分が含まれる。これらの成分は、未処理のまま放置されてガスタービンへの流入が許された場合には、内部構成部品の腐食及び汚損を加速することになる。

排気ガス再循環（ＥＧＲ）は一般的に、放出排気の一部分をターボ機械の吸入部分を通して再循環させることを含む。排気は次に、燃焼に先立って流入空気流と混合される。ＥＧＲプロセスは、濃縮ＣＯ₂の除去及び隔離を可能にし、かつＮＯｘ及びＳＯｘエミッションレベルもまた低下させる。

現在公知のＥＧＲシステムには、幾つかの懸案事項が存在する。排気ガス内の不純物及び水分により、単純な再循環ループを利用してＳＯｘエミッションのようなエミッションの発生の低減が妨げられる。タービンの汚損、腐食、及びターボ機械の内部構成部品の磨耗が加速されることで、ターボ機械の吸入部分に排気ガスが直接導入されることになる。その結果、分流された排気ガスは、吸入空気との配合される前に処理すべきである。

上記の理由により、ＥＧＲシステムを制御するための方法及びシステムに対する必要性が存在する。本方法及びシステムは、ＥＧＲシステムが再循環される排気ガス流内のエミッションのレベル及び／又は濃度を低下できるようにすべきである。

本発明の一実施形態によれば、ターボ機械１０５によって生成される排気ストリーム１７０内の成分を低減する方法であって、本方法は、少なくとも１つのＥＧＲ流れ調整装置と、成分低減システム１４５と、少なくとも１つの流量制御装置とを含み、排気ストリーム１７０内の成分を第１の濃度から第２の濃度に低減し、更に排気ストリーム１７０をターボ機械１０５の吸入セクション１１０に再循環させる少なくとも１つの排気ガス再循環ＥＧＲシステム１０７を設けるステップと、少なくとも１つの流量制御装置を調節するステップと、成分低減システム１４５を利用して排気ストリーム１７０内の成分を低減するステップと、排気ストリーム１７０内の成分が成分範囲内にあるか否かを判定するステップと、成分が成分範囲内にある場合に、少なくとも１つの流量制御装置を調節して排気ストリーム１７０が吸入セクション１１０に入ることができるようにするステップと、を含む。

本方法は更に、少なくとも１つの初期化許容条件を満たしているどうかを判定するステップを含むことができる。少なくとも１つの初期化許容条件は、ＥＧＲシステム１０７の予熱状態、ＥＧＲシステム構成部品の作動即応性、ＥＧＲシステム１０７の少なくとも１つの故障条件の状態、及びこれらの組合せの内の少なくとも１つを含むことができる。

本方法は更に、少なくとも１つの作動許容条件を満たしているか否かを判定するステップを含むことができる。少なくとも１つの作動許容条件は、ＥＧＲ分率、少なくとも１つの成分の濃度範囲、成分低減システム１４５が作動範囲内で作動していること、ＥＧＲシステム１０７の少なくとも１つの故障条件の状態、燃焼ダイナミックスマージン、圧縮機失速マージン、及びこれらの組合せの内の少なくとも１つを含む。

本方法は、ＥＧＲシステム１０７の作動を中断することを可能にする。

本方法は更に、排気ストリーム１７０内のＳＯｘ濃度の測定値を受け取るステップを含み、該測定値は、成分低減システム１４５の動作を調節するのに使用される。

本方法は更に、成分低減システム１４５で使用される冷却流体のｐＨ範囲を受け取るステップを含み、該ｐＨ範囲は、排気ストリーム１７０内のＳＯｘ濃度を判定するのに使用され、またこのｐＨ範囲は、成分低減システム１４５の動作を調節するのに使用される。

成分低減システム１４５を利用するステップは、少なくとも１つの成分フィードバック装置１７５を利用することを含み、少なくとも１つの成分フィードバック装置１７５は、排気ストリーム１７０内の少なくとも１つの成分に関するデータを提供する。

成分低減システム１４５を利用するステップは更に、成分低減システム１４５内で利用される流体の注入速度を決定することを含み、該注入速度は、排気ストリーム１７０内の成分の濃度によって決定される。

好ましい実施形態の以下の詳細な説明では、本発明の特定の実施形態を示す添付図面を参照する。異なる構造及び動作を有する他の実施形態も、本発明の技術的範囲から逸脱するものではない。

本明細書では、特定の用語は、専ら読者の便宜のために使用しており、本発明の技術的範囲に対する限定として解釈すべきではない。例えば、「上方」、「下方」、「左側」、「右側」、「前部」、「後部」、「頂部」、「底部」、「水平」、「垂直」、「上流」、「下流」、「前方」、「後方」等々のような用語は、図に示す構成を単に記述しているに過ぎない。実際には、本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、あらゆる方向に配向することができ、従ってこれらの用語は、特に断わらない限り、そのような様々な形態を含むものと理解されたい。

本発明は、ＳＯｘ、ＮＯ_X、濃縮ＣＯ₂、及び他の有害な成分の濃度を低下させるシステムを制御する技術的効果を有し、これらの全ては、排気（以下、「排気ストリーム」又は同様の名称）の一部分中に存在することができる。次いで、この排気の部分は、ユニットの信頼性及び可用性に影響を及ぼすことなく、ターボ機械に再流入する前に吸入空気と混合することができる。

本発明は、限定ではないが、高出力ガスタービン、航空機転用ガスタービン、又は同様のもの（以下、「ガスタービン」と呼ぶ）のような、ガス状流体を発生する様々なターボ機械に適用することができる。本発明の一実施形態は、単一のガスタービンにも複数のガスタービンにも適用することができる。本発明の一実施形態は、単サイクル又は複合サイクル構成で作動するガスタービンに適用することができる。

ＥＧＲシステムは、ターボ機械が、限定ではないが、スピニングリザーブ、部分負荷、ベース負荷、又はこれらの組合せのようなモードで作動している間に機能することができる。

次に、幾つかの図を通して様々な参照符号が同様の要素を表わす図を参照すると、図１は、その中で本発明の実施形態が作動する環境を示す概略図である。図１は、それに限定されないが、ターボ機械１０５と、ＥＧＲシステム１０７と、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１５５と、排気筒１６５とを有する発電プラントサイトのようなサイト１００を示している。それに代えて、本発明は、ＨＲＳＧ１５５を有しないサイト１００と統合することができる。

ＥＧＲシステム１０７は、複数の要素を含む。これら要素の構成及びシーケンスは、排気ストリーム１７０の組成及びＥＧＲシステム１０７の構成部品で使用する冷却流体の種類によって決めることができる。更に、ＥＧＲシステム１０７の別の実施形態は、下記で説明する構成部品と比較して付加的な又はより少ない構成部品を含むことができる。従って、図１とは異なる様々な配置及び／又は構成を本発明の実施形態と統合することができる。

図１に示すように、ＥＧＲシステム１０７は、混合ステーション１１５、吸入調節装置１２０、バイパス調節装置１２５、バイパス排気筒１３０、少なくとも１つのＥＧＲ流れ調整装置１３５、下流側温度調整装置１４０、成分低減システム１４５、上流側温度調整装置１５０、少なくとも１つの排気調節装置１６０、及び少なくとも１つの成分フィードバック装置１７５を含む。

一般的に、ＥＧＲシステム１０７で使用するプロセスは、排気ストリーム１７０を冷却すること、排気ストリーム１７０内の前述の成分を低減しかつ除去すること、次に排気筒１６５を通して吸入セクション１１０から流れる排気ストリーム１７０を吸入空気と混合して吸入流体を形成することを含むことができる。ＥＧＲシステム１０７が作動している間、少なくとも１つの成分フィードバック装置１７５は、排気ストリーム１７０を連続的にモニタして、少なくとも１つの成分の濃度を求めることができる。少なくとも１つの成分フィードバック装置１７５は、混合ステーション１１５に隣接して位置付けることができる。ここで処理された排気ストリーム１７０は、ターボ機械１０５の吸入セクション１１０に流入する。ＥＧＲシステム１０７は、前記の成分を凝縮して除去することができる飽和温度まで、排気ストリーム１７０の温度を低下させることができる。或いは、ＥＧＲシステム１０７はまた、排気ストリーム１７０の温度を低下させ、排気ストリーム１７０にスクラビング処理（又はこれと同様の処理）を使用して前記の成分を除去することができる。

明らかなように、本発明は、方法、システム、又はコンピュータプログラム製品として具現化することができる。従って、本発明は、完全ハードウェア実施形態、完全ソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード、他を含む）、又はソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態をとることができ、本明細書ではこれら全ては、全体として「回路」、「モジュール」、又は「システム」と呼ぶ。更に本発明は、媒体内に具現化されたコンピュータ使用可能プログラムコードを有するコンピュータ使用可能記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。

あらゆる好適なコンピュータ読取り可能媒体を利用することができる。コンピュータ使用可能又はコンピュータ読取り可能媒体とは、限定ではないが、例えば電子、磁気、光学、電磁、赤外線、又は半導体形のシステム、装置、デバイス、又は伝播媒体とすることができる。コンピュータ読取り可能媒体のより具体的な実施例（非網羅的リスト）には、１つ又はそれ以上のワイヤを有する電気的接続部、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能・プログラム可能読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶装置、インターネット又はイントラネットをサポートする媒体のような伝送媒体、或いは磁気記憶装置が含まれることになる。例えば紙又は他の媒体を光学的にスキャンすることにより、プログラムを電子的に取り込み、次いで必要に応じて適切な方法でコンパイルし、解釈し、又は他の方法で処理し、その後コンピュータメモリ内に記憶させることができるときには、コンピュータ使用可能又はコンピュータ読取り可能媒体は、プログラムをプリントする紙又は他の好適な媒体であってもよい点に留意されたい。本明細書の文脈に照らして、コンピュータ使用可能又はコンピュータ読取り可能媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって又はこれらと関連して使用するためのプログラムを収容、記憶、通信、伝播、又は移送することができるあらゆる媒体とすることができる。

本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ７（商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋又は同様のもののようなオブジェクト指向プログラミング言語で記述することができる。しかしながら、本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードはまた、「Ｃ」プログラミング言語又は同様の言語のような従来の手続き形プログラミング言語で記述することもできる。プログラムコードは、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして全体的にユーザコンピュータ上で、部分的にユーザコンピュータ上で、部分的にユーザコンピュータ上で且つ部分的にリモートコンピュータ上で、或いは全体的にリモートコンピュータ上で実行することができる。後者の場合には、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介してユーザコンピュータに接続することができ、或いは外部コンピュータに対して接続することができる（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して）。

以下では、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照しながら本発明を説明する。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート図及び／又はブロック図のブロックの組合せは、コンピュータプログラム命令によって実行することができる点は理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されてマシンを形成し、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実施する手段をもたらすようにすることができる。

これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ読み取り可能メモリ内に記憶させることができ、該命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置に命令して特定の方式で機能させることができ、コンピュータ読み取り可能メモリ内に記憶された命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実行する命令手段を含む製品をもたらすようにする。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置上にロードして、一連の動作ステップをコンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置上で実行させてコンピュータに実装されるプロセスを生成し、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又はそれ以上のブロックで指定された機能／動作を実行するステップを提供するようにする。

本発明は、これらの全てが排気（以下、「排気ストリーム」又は同様のもの）の一部分に存在することができるＳＯｘ、ＮＯ_X、濃縮ＣＯ₂の濃度を低下させる技術的効果を有する制御システムを含むことができる。この制御システムは、少なくとも１つの成分フィードバック装置１７５から濃度及び／又は少なくとも１つの成分の濃度に関するデータを受け取ることができる。このデータの一部に基づいて、制御システムは、成分低減システム１４５の動作を調節することができる。この調節は、限定ではないが、例えば、スクラバ再循環速度、溶剤注入速度、及びガス温度の調節を含むことができる。

制御システムは、ターボ機械１０５の作動要件及び周囲条件を全体的な制御原理に統合することができる。制御システムは、ＥＧＲプロセスの各段における排気ストリーム１７０の温度を管理することもできる。これにより、ＥＧＲシステム１０７が効率的に作動できるようにすることができる。

本発明の制御システムは、自動的及び／又は連続的にターボ機械１０５をモニタしてＥＧＲシステム１０７が作動すべきか否かを判断するように構成することができる。或いは、制御システムは、ＥＧＲシステム１０７の作動を開始させるユーザの動作を必要とするように構成することもできる。本発明の制御システムの一実施形態は、スタンドアロンシステムとして機能することができる。或いは、制御システムは、タービン制御装置又はプラント制御装置のようなより広範なシステム内にモジュール又は同様のものとして統合することもできる。

次に、ＥＧＲシステム１０７を利用して本発明の一実施形態に従ってエミッションを低減する方法２００の１つの実施例を示すフローチャートである図２を参照する。本発明の一実施形態においては、ＥＧＲシステム１０７は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）又は同様のものと統合することができる。ＧＵＩにより、オペレータは以下に説明する方法２００を進むことができるようになる。ＧＵＩはまた、ＥＧＲシステム１０７の状態に関する少なくとも１つの通知を提供することもできる。

方法２００のステップ２０５において、ターボ機械１０５は排気を発生する。ターボ機械１０５の形式及び／又は動作に応じて、発生される排気は、約１０，０００Ｌｂ／ｈｒから約５０，０００，０００Ｌｂ／ｈｒの流量と約１００°Ｆから約１，１００°Ｆの温度を有することができる。

ステップ２１０において、方法２００は、少なくとも１つの初期化許容条件を満たしているか否かを判定することができる。本発明の一実施形態は、ＥＧＲシステム１０７が排気ストリーム１７０の処理を始める前に、少なくとも１つの初期化許容条件を満たすことを必要とすることができる。一般的に、初期化許容条件は、ターボ機械１０５及びＥＧＲシステム１０７が排気ストリーム１７０を処理する準備が整っていることを確認する許容条件と見なすことができる。本発明の一実施形態においては、ユーザは、少なくとも１つの初期化許容条件を定めることができる。

少なくとも１つの初期化許容条件は、ＥＧＲシステム１０７の予熱状態、ＥＧＲシステム１０７の構成部品の作動即応性、ＥＧＲシステム１０７の少なくとも１つの故障条件の状態、及びこれらの組合せの内の少なくとも１つを含むことができる。少なくとも１つの初期化許容条件を満たしている場合には、方法２００は、ステップ２１５へ進むことができ、満たしていない場合には、方法２００は、少なくとも１つの初期化許容条件を満たすまでステップ２０５に戻ることができる。

ステップ２１５において、方法２００は、ＥＧＲシステム１０７が初期化されて排気ストリーム１７０を処理する準備が整った旨の通知をユーザに提供することができる。本発明の実施形態においては、ＧＵＩは、ポップアップウインドウ、アラーム、又は他の同様の方法として通知を提供することができる。

ステップ２２０において、本方法２００は、少なくとも１つの流量制御装置を調節することができる。流量制御装置は、排気ストリーム１７０がＥＧＲシステム１０７の特定部分を通って流れることを可能にするＥＧＲシステム１０７の構成要素とみなすことができる。少なくとも１つの流量制御装置は、ダンパ又は同様のものの形態を有することができる。

少なくとも１つの流量制御装置は、吸入調節装置１２０、バイパス調節装置１２５、及び排気調節装置１６０として図１に示されている。排気調節装置１６０は、ターボ機械１０５により発生された全排気の一部分をＥＧＲシステム１０７に分流することができ、分流部分は排気ストリーム１７０になる。排気調節装置１６０が開いて、全排気流量の最大３５％までを排気ストリーム１７０に分流可能にすることができる。

ステップ２２０において、方法２００は、バイパス調節装置１２５を移動させて、排気ストリーム１７０がバイパス排気筒１３０に流れることができるようにする。方法２００はまた、排気調節装置１６０を移動させて、ＥＧＲシステム１０７が排気ストリーム１７０を受けることができるようにすることができる。

次にステップ２２５を参照すると、ここで方法２００は、ＥＧＲシステム１０７内における排気ストリーム１７０の流量を調節することができる。方法２００は、少なくとも１つのＥＧＲ流れ調整装置１３５を利用して排気ストリーム１７０の流量を調節することができる。ＥＧＲ流れ調整装置１３５は、全排気流量の最大３５％までを排気ストリーム１７０に分配することができる。ＥＧＲシステム１０７の効率は、排気ストリーム１７０の流量が増大した場合に改善することができる。少なくとも１つのＥＧＲ流れ調整装置１３５は、排気ストリーム１７０がＥＧＲシステム１０７の圧力低下を克服し、少なくとも１つの排気ストリーム１７０がＥＧＲシステム１０７全体を流れることができるようにする。少なくとも１つのＥＧＲ流れ調整装置１３５は、排気ストリーム１７０の流量を増大させることができる、ファン、ブロア、又は他の同様の装置の形態を有することができる。

制御システムは、複数の圧力トランスミッタ又は同様のものと統合することができる。このトランスミッタは、ＥＧＲシステム１０７全体にわたって配置することができ、ＥＧＲシステム１０７内の圧力低下を判定することができる。制御システムは、圧力低下に関するデータを受け取ることができる。次いで制御システムは、必要に応じて、ＥＧＲ流れ調整装置１３５の速度を調節し、圧力低下を克服することができる。

ステップ２３０において、方法２００は、排気成分を低減することができる。上述のように、排気ストリーム１７０は、一般に、ターボ機械１０５に有害な可能性のある複数の成分を含む。これらの成分には、ＳＯｘ、ＮＯ_X、ＣＯ₂、水、塩化物イオン、酸、アルデヒド、炭化水素、又はこれらの組合せの内の少なくとも１つが含まれる。

方法２００は、少なくとも１つの温度調整装置及び成分低減システム（ＣＲＳ）１４５を利用して、成分濃度を第１の濃度から成分量が実質的により少ないものとすることができる第２の濃度まで低減することができる。

温度調整装置１４０、１５０は、排気ストリーム１７０の温度を飽和温度付近まで低減させることができる。これにより、吸入質量流量を増大させることで、ターボ機械１０５が安定したガスタービン出力を維持できるようにすることができる。排気ストリーム１７０を冷却すると。通常、一般的には圧縮機（図示せず）を含む吸入セクション１１０に流入する単位容積当りの排気の質量流量が増大することになる。排気ストリーム１７０の冷却は、ターボ機械１０５のより高い出力を発生させ、吸入流体のより高い平均吸入温度によって起こる可能性のある性能低下を生じないようにすることができる。

冷却プロセスはまた、排気筒１６５における濃縮ＣＯ₂成分の隔離及び除去を可能にすることができる。温度調整装置１４０、１５０は、排気ストリーム１７０を約３５°Ｆから約１００°Ｆの範囲に低下させることができる。

図１において温度調整装置は、下流側温度調整装置１４０及び上流側温度調整装置１５０として示されている。温度調整装置１４０、１５０は、熱交換器又は排気ストリーム１７０の温度を調節可能な他の装置の形態をとることができる。

ＣＲＳ１４５は、少なくとも１つの構成部品を利用して、排気ストリーム１７０からパーティキュレート及び／又は他のエミッションを除去することができる。ＣＲＳ１４５はまた、排気ストリーム１７０の温度を低下させ、上記冷却プロセス中に排気ストリーム１７０を凝縮することでパーティキュレートの除去を可能にすることができる。

ＣＲＳ１４５は、熱交換器、スクラバ、デミスタ、試薬注入器、噴霧塔、吸収容器、蒸発ガス調整塔、湿式電気集塵装置、混合ステーション、又はこれらの組合せの内の少なくとも１つを含むことができる。

図１に示すように、ＥＧＲシステム１０７の一実施形態は、少なくとも１つの上流側温度調整装置１５０及び少なくとも１つの下流側温度調整装置１４０を含むことができ、この両装置は、熱交換器の形態を有することができる。少なくとも１つの上流側温度調整装置１５０及び少なくとも１つの下流側温度調整装置１４０は、成分低減システム１４５と統合することができる。

本発明の制御システムは、少なくとも１つの温度熱電対及び／又は少なくとも１つの湿度センサを含み、又はこれらと統合することができ、これらを全体として用いて、排気ストリーム１７０の露点を判定することができる。排気ストリーム１７０の露点温度を判定した後、制御システムは、適正温度にて適正量の冷却流体を熱交換器１４０、１５０を通じて送給することができる。これにより、成分の凝縮可能部分を凝縮させて、排気ストリーム１７０から除去することを可能にすることができる。

スクラバは、一般に、産業排気ストリームからパーティキュレート及び／又は他のエミッションを除去することができる空気汚染制御装置と見なされる。スクラバは、ガス流から望ましくない汚染物質を「洗浄する」ための液体を含む、「スクラビング（洗浄）プロセス」又は同様のものを用いることができる。スクラバは、スクラバ流体を受け入れ、後でこれを吐出することができ、上述のように、このスクラバ流体は、排気ストリーム１７０の温度を下げるために必要な熱伝達を可能にするタイプのものとすることができる。スクラバ流体は、一般に、排気ストリーム１７０内の有害成分の一部を吸収する。スクラバ流体は、淡水、海水、又はこれらの組合せであってよい。スクラビング効率を高めるために、スクラバ流体にアルカリ性試薬を添加することができる。

本発明の一実施形態において、スクラバ流体の注入速度は、排気ストリーム１７０に流入する成分の濃度の関数とすることができる。一般に、排気ストリーム１７０に流入する成分の濃度は、燃焼システムに入る燃料の特性及び燃焼効率の関数とすることができる。限定ではないが、ＳＯｘ、Ｈ₂Ｓ、塩素化合物のような成分の濃度は、スクラバの下流側及び上流側に位置することができるガスモニタ装置によって排気ストリーム１７０内でモニタすることができる。成分の濃度を測定し、スクラバの効率を求めることによって、制御システムは、スクラビング流体の注入速度を調節することができる。

本発明の別の実施形態においては、制御システムは、スクラビング流体の注入速度及び／又は熱交換器１４０、１５０によって利用される冷却流体の流量を求める際には、ＥＧＲシステム１０７の質量流量を利用することができる。

ＣＲＳ１４５は、ＳＯｘエミッションを第１の濃度から第２の濃度に低減することができる。本発明の一実施形態は、排気ストリーム１７０内のＳＯｘ成分の最大９０％までを除去することができる。

例えば、限定ではないが、ＳＯｘエミッション低減は、重量比で約１０ｐｐｂから約１００ｐｐｂの範囲の第１の濃度と、重量比で約０．１ｐｐｂから約２０ｐｐｂの範囲の第２の濃度を含むことができる。

次にステップ２３５を参照すると、ここで方法２００は、上記の成分が許容可能範囲まで低減されたか否かを判定することができる。本発明は、様々なセンサ、熱電対、及び他の同様の装置を利用して、排気ストリーム１７０内に残留する成分の濃度を判定することができる。

本発明の一実施形態は、排気ストリーム１７０内のＳＯｘ濃度の直接的な測定値を可能にする装置を利用することができる。この直接的な測定値は、方法２００によって受けられ、ＣＲＳ１４５の動作を調節するのに使用することができる。例えば、限定ではないが、ＳＯｘ濃度が許容可能範囲内にないことを直接的な測定値が表している場合には、方法２００は、ＣＲＳ１４５によって実行される処理を調節して、ＳＯｘ濃度を範囲内にすることができる。

本発明の別の実施形態は、ＣＲＳ１４５で使用される冷却流体のｐＨ範囲を提供する装置を利用することができる。ｐＨ範囲を用いて、排気ストリーム１７０内のＳＯｘ濃度を判定することができる。方法２００によって受けられたｐＨ範囲は、ＣＲＳ１４５の動作を調節するのに使用することができる。例えば、限定ではないが、ＳＯｘ濃度が許容可能範囲内にないことをｐＨ範囲が表している場合には、方法２００は、ＣＲＳ１４５の動作を調節してＳＯｘ濃度を範囲内にすることができる。

排気成分が範囲内である場合、方法２００は、ステップ２４０に進むことができ、そうでない場合には、排気成分が範囲内になるまでステップ２３５に戻ることができる。

ステップ２４０において、方法２００は、少なくとも１つの流量制御装置を調節して、排気ストリーム１７０がターボ機械１０５に再流入するのを可能にすることができる。成分が許容可能範囲まで低減されたことを方法２００が判定した後、上記の流量制御装置を調節することができる。この場合、バイパス調節装置１２５は、閉鎖位置に向けて調節することができ、吸入調節装置１２０は、排気ストリーム１７０が混合ステーション１１５に向けて流れることができるように調節することができる。混合ステーション１１５は、排気ストリーム１７０を受けて、これを吸入空気（図示せず）と混合し、吸入流体を形成することができる。吸入調節装置１２０、ＥＧＲ流れ調整装置１３５、及び混合ステーション１１５は、ＥＧＲ分率を決定することができる。ＥＧＲ分率は、吸入セクション１１０に流入する吸入流体中の排気ストリーム１７０の一部分（パーセンテージ等）と見なすことができる。次に吸入流体は、ターボ機械１０５の吸入セクション１１０に入ることができる。

本発明の一実施形態は、少なくとも１つの大気条件装置を含むことができ、この大気条件装置は、周囲温度及び湿度に関するデータを受け取ることができる。制御システムは、このデータを利用して、混合ステーション１１５に入る排気ストリーム１７０の温度を制御することができる。これにより、排気ストリーム１７０の温度を吸入空気の温度に近づけることが可能になる。このことで、排気ストリーム１７０が吸入空気よりも高い温度を有する可能性を低減することができ、結果として、ターボ機械１０５の効率の低下を招く可能性がある。

ステップ２４５において、方法２００は、ＥＧＲシステム１０７の動作を中断させることができる。図２に示すように、ＥＧＲシステム１０７の動作は、ＥＧＲシステム１０７がステップ２１５で初期化された後に中断することができる。本発明の一実施形態では、ユーザが、ＥＧＲシステム１０７の動作を手動的に中断できるようにすることができる。或いは、方法２００は、ＥＧＲシステム１０７の動作を自動的に中断可能にするシステムと統合してもよい。ＥＧＲシステム１０７の動作が中断された場合、方法２００は、ステップ２０５に戻ることができ、そうでない場合、次のステップに進む。

ステップ２５０において、方法２００は、ＥＧＲシステム１０７の作動中に、少なくとも１つの作動許容条件が維持されているか否かを判定することができる。ステップ２５０は、ＥＧＲシステム１０７の動作を連続的にモニタすることができる。

作動許容条件は、ＥＧＲ分率、少なくとも１つの成分の濃度範囲、成分低減システム１４５が作動範囲内で作動していること、ＥＧＲシステム１０７の少なくとも１つの故障条件の状態、燃焼ダイナミックスマージン、圧縮機失速マージン、及びこれらの組合せの内の少なくとも１つを含むことができる。

本発明の一実施形態において、ＧＵＩは、作動許容条件が維持されていない場合にユーザに通知することができる。本発明の別の実施形態において、方法２００は、作動許容条件が維持されていない場合に自動的にステップ２０５に戻ることができる。

図３は、本発明の実施形態による、ＥＧＲシステムを利用してエミッションを低減する例示的なシステム３００のブロック図である。方法２００の要素は、システム３００において具現化し、システム３００によって実行することができる。システム３００は、１つ又はそれ以上のユーザ又はクライアント通信装置３０２或いは同様のシステム又は装置（図３には２つが図示されている）を含むことができる。各通信装置３０２は、限定ではないが、例えば、電子メッセージを送受信することができるコンピュータシステム、パーソナルデジタルアシスタント、携帯電話、又は同様の装置とすることができる。

通信装置３０２は、システムメモリ３０４又はローカルファイルシステムを含むことができる。システムメモリ３０４は、限定ではないが、例えば読出し専用メモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。ＲＯＭは、基本入出力システム（ＢＩＯＳ）を含むことができる。ＢＩＯＳは、通信装置３０２の要素又は構成部品間で情報を伝達するのに役立つ基本ル−チンを含むことができる。システムメモリ３０４は、通信装置３０２の動作全体を制御するオペレーティングシステム３０６を含むことができる。システムメモリ３０４はまた、ブラウザ３０８又はウェブブラウザを含むことができる。システムメモリ３０４はまた、図２に示す方法２００の要素と同様のものか又は該要素を含むことができるエミッション低減用ＥＧＲシステムを利用するためのデータ構造３１０又はコンピュータ実行可能コードを含むことができる。

システムメモリ３０４は更に、ＥＧＲシステムを利用してエミッションを低減するために図２の方法２００と共に使用できるテンプレートキャッシュメモリ３１２を含むことができる。

通信装置３０２はまた、該通信装置３０２の他の構成部品の動作を制御するプロセッサ又は処理装置３１４を含むことができる。オペレーティングシステム３０６、ブラウザ３０８、及びデータ構造３１０は、処理装置３１４上で作動することができる。処理装置３１４は、システムバス３１６によって通信装置３０２のメモリシステム３０４及び他の構成部品に結合することができる。

通信装置３０２はまた、複数の入力装置、出力装置、又は組み合わせ入出力装置（Ｉ／Ｏ）３１８を含むことができる。各入出力装置３１８は、入出力インターフェース（図３には図示せず）によってシステムバス３１６に結合することができる。入力装置及び出力装置又は組み合わせＩ／Ｏ装置３１８により、ユーザが通信装置３０２を動作させ且つこれとインターフェース接続することが可能になり、また、ブラウザ３０８及びデータ構造３１０の動作を制御して、エミッション低減用にＥＧＲシステム１０７を利用するためのソフトウェアにアクセスし、当該ソフトウェアを動作及び制御することが可能になる。Ｉ／Ｏ装置３１８には、本明細書で説明された動作を行わせるためのキーボード、コンピュータポインティングデバイス、又は同様の装置を含むことができる。

Ｉ／Ｏ装置３１８はまた、限定ではないが、例えばディスクドライブ、光学、機械、磁気、又は赤外線入出力装置、モデム、又は同様のものを含むことができる。Ｉ／Ｏ装置３１８を使用して、記憶媒体３２０にアクセスすることができる。媒体３２０は、通信装置３０２のようなシステムによって又は該システムと接続して使用するためのコンピュータ読取り可能又はコンピュータ実行可能命令もしくは他の情報を収容、記憶、通信、又は移送することができる。

通信装置３０２はまた、ディスプレイ又はモニタ３２２のような他の装置を含むか、又はこの他の装置に接続することができる。モニタ３２２により、ユーザは通信装置３０２とインターフェース接続可能にすることができる。

通信装置３０２はまた、ハードドライブ３２４を含むことができる。ハードドライブ３２４は、ハードドライブインターフェース（図３には図示せず）によってシステムバス３１６に結合することができる。ハードドライブ３２４はまた、ローカルファイルシステム又はシステムメモリ３０４の一部を形成することができる。プログラム、ソフトウェア及びデータは、通信装置３０２を動作させるためにシステムメモリ３０４及びハードドライブ３２４間で伝達しかつ交換することができる。

通信装置３０２は、少なくとも１つのユニットコントローラ３２６と通信することができ、ネットワーク３２８を介して他のサーバ又は通信装置３０２と同様の他の通信装置にアクセスすることができる。システムバス３１６は、ネットワークインターフェース３３０によってネットワーク３２８に結合することができる。ネットワークインターフェース３３０は、ネットワーク３２８に結合するためのモデム、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（商標）カード、ルータ、ゲートウエイ、又は同様のものとすることができる。結合は、有線接続又は無線接続とすることができる。ネットワーク３２８は、インターネット、プライベートネットワーク、イントラネット、又は同様のものとすることができる。

少なくとも１つのユニットコントローラ３２６はまた、システムメモリ３３２を含むことができ、該システムメモリ３３２は、ファイルシステム、ＲＯＭ、ＲＡＭ、又は同様のものを含むことができる。システムメモリ３３２は、通信装置３０２においてオペレーティングシステム３０６と同様のオペレーティングシステム３３４を含むことができる。システムメモリ３３２はまた、エミッション低減用のＥＧＲシステムを利用するためのデータ構造３３６を含むことができる。データ構造３３６は、エミッション低減用のＥＧＲシステムを利用するための方法２００に関して説明したのと同様の動作を含むことができる。サーバシステムメモリ３３２はまた、他のファイル３３８、アプリケーション、モジュール、及び同様のものを含むことができる。

少なくとも１つのユニットコントローラ３２６はまた、少なくとも１つのユニットコントローラ３２６において他の装置の動作を制御するためのプロセッサ３４２又は処理装置を含むことができる。少なくとも１つのユニットコントローラ３２６はまた、Ｉ／Ｏ装置３４４を含むことができる。Ｉ／Ｏ装置３４４は、通信装置３０２のＩ／Ｏ装置３１８と同様のものとすることができる。少なくとも１つのユニットコントローラ３２６は更に、Ｉ／Ｏ装置３４４と共に少なくとも１つのユニットコントローラ３２６に対してインターフェースを提供する、モニタ又は同様のもののような他の装置３４６を含むことができる。少なくとも１つのユニットコントローラ３２６はまた、ハードディスクドライブ３４８を含むことができる。システムバス３５０は、少なくとも１つのユニットコントローラ３２６の異なる構成部品を接続することができる。ネットワークインターフェース３５２は、システムバス３５０を介して少なくとも１つのユニットコントローラ３２６をネットワーク３２８に結合することができる。

各図のフローチャート及びステップ図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実施のアーキテクチャ、機能、及び動作を示している。この点に関して、フローチャート又はステップ図における各ステップは、特定の論理機能を実施するための１つ又はそれ以上の実行可能な命令を含むモジュール、セグメント、又はコード部分を表すことができる。幾つかの別の実施形態においては、ステップ内に記載された機能は、図に記載された順序とは異なる順序で行うことができる点に留意されたい。例えば、連続して示す２つのステップは、実際には、実質的に同時に実行することもでき、或いはこれらのステップは、含まれる機能に応じて逆の順序で実行してもよい場合がある。また、ステップ図及び／又はフローチャート図の各ステップ及びステップの組合せは、特定の機能又は動作を行う専用ハードウェアベースのシステム或いは専用ハードウェアとコンピュータ命令との組合せによって実行することができる点に留意されたい。

本明細書で使用する用語は、専ら特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合に、数詞のない表現は、文脈がそうでないことを明示していない限り、複数の形態も同様に含むことを意図している。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「有する」という用語は、そこに述べた形状部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の形状部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではない。

本明細書では特定の実施形態を図示しかつ説明してきたが、図示した特定の実施形態は、同一の目的を達成するために考えられるあらゆる構成と置き換えることができこと、また本発明は他の環境におけるその他の用途も有することを理解されたい。本出願は、本発明のあらゆる改造及び変更を保護することを意図している。提出した特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲を本明細書に記載した特定の実施形態に限定することを決して意図するものではない。

本発明の実施形態が作動する環境を示した概略図。 本発明の一実施形態による、エミッション低減用のＥＧＲシステムを利用する方法の実施例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態による、エミッション低減用のＥＧＲシステムを利用する例示的なシステムのブロック図。

符号の説明

１００ サイト
１０５ ターボ機械
１０７ ＥＧＲシステム
１１０ 吸入セクション
１１５ 混合ステーション
１２０ 吸入調整装置
１２５ バイパス調整装置
１３０ バイパス排気筒
１３５ ＥＧＲ流れ調整装置
１４０ 下流側温度調整装置
１４５ 成分低減システム
１５０ 上流側温度調整装置
１５５ 熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
１６０ 排気ガス調整装置
１６５ 排気筒
１７０ 排気ストリーム
１７５ ＥＧＲ流量装置

Claims (10)

1. ターボ機械（１０５）によって生成される排気ストリーム（１７０）内の成分を低減する方法であって、
   少なくとも１つのＥＧＲ流れ調整装置と、成分低減システム（１４５）と、少なくとも１つの流量制御装置とを含み、前記排気ストリーム（１７０）内の成分を第１の濃度から第２の濃度に低減し、更に前記排気ストリーム（１７０）を前記ターボ機械（１０５）の吸入セクション（１１０）に再循環させる少なくとも１つの排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム（１０７）を設けるステップと、
   前記少なくとも１つの流量制御装置を調節するステップと、
   前記成分低減システム（１４５）を利用して前記排気ストリーム（１７０）内の成分を低減するステップと、
   前記排気ストリーム（１７０）内の成分が成分範囲内にあるか否かを判定するステップと、
   成分が前記成分範囲内にある場合に、前記少なくとも１つの流量制御装置を調節して前記排気ストリーム（１７０）が前記吸入セクション（１１０）に入ることができるようにするステップと、
   を含む方法。
2. 少なくとも１つの初期化許容条件を満たしているか否かを判定するステップを更に含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの初期化許容条件が、ＥＧＲシステム（１０７）の予熱状態、ＥＧＲシステム構成部品の作動即応性、ＥＧＲシステム（１０７）の少なくとも１つの故障条件の状態、及びこれらの組合せの内の少なくとも１つを含む、
   請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも１つの作動許容条件を満たしているか否かを判定するステップを更に含む、
   請求項１に記載の方法。
5. 少なくとも１つの作動許容条件が、ＥＧＲ分率、少なくとも１つの成分の濃度範囲、成分低減システム（１４５）が作動範囲内で作動していること、ＥＧＲシステム（１０７）の少なくとも１つの故障条件の状態、燃焼ダイナミックスマージン、圧縮機失速マージン、及びこれらの組合せの内の少なくとも１つを含む、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記方法により前記ＥＧＲシステム（１０７）の作動を中断できるようになる、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記成分低減システム（１４５）の動作調節に使用するため、前記排気ストリーム（１７０）内のＳＯｘ濃度の測定値を受け取るステップを更に含む、
   請求項１に記載の方法。
8. 前記排気ストリーム（１７０）内のＳＯｘ濃度の判定に使用するため、前記成分低減システム（１４５）で使用される冷却流体のｐＨ範囲を受け取るステップを更に含む、
   請求項１に記載の方法。
9. 前記成分低減システム（１４５）を利用するステップが、少なくとも１つの成分フィードバック装置（１７５）を利用することを含み、前記少なくとも１つの成分フィードバック装置（１７５）が、前記排気ストリーム（１７０）内の少なくとも１つの成分に関するデータを提供する、
   請求項１に記載の方法。
10. 前記成分低減システム（１４５）を利用するステップが、前記成分低減システム（１４５）内で利用される流体の注入速度を決定することを更に含み、前記注入速度が、前記排気ストリーム（１７０）内の成分の濃度によって決定付けられる、
    請求項１に記載の方法。

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