JP2016527439A - 排気ガス再循環を備えたガスタービンエンジンにおける燃焼及びエミッションを制御するシステム及び方法 - Google Patents

排気ガス再循環を備えたガスタービンエンジンにおける燃焼及びエミッションを制御するシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

１つの実施形態において、システムは、燃焼チャンバの周りに配置された燃焼器ライナーと、燃焼チャンバを通る燃焼ガスの流れの下流方向に対して燃焼チャンバの上流のヘッド端部と、通路を定めるように燃焼器ライナーに関してオフセットして配置された流れスリーブと、通路内の障壁とを有するタービン燃焼器を含む。ヘッド端部は、酸化剤流れ及び第１の燃料流れを燃焼チャンバに向けるように構成される。通路は、ガス流れをヘッド端部に向け、かつ酸化剤流れの一部をタービン燃焼器のタービン端部に向けるように構成される。ガス流れは、実質的に不活性ガスを含む。障壁は、タービン端部に向けた酸化剤流れの部分を遮断し、かつ通路内のヘッド端部に向けたガス流れを遮断するように構成される。【選択図】図５

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１３年７月３１日出願の「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ ＡＮＤ ＥＭＩＳＳＩＯＮＳ ＩＮ ＧＡＳ ＴＵＲＢＩＮＥ ＥＮＧＩＮＥ ＷＩＴＨ ＥＸＨＡＵＳＴ ＧＡＳ ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」という名称の米国仮特許出願第６１／８６０，２１４号に対して優先権及び利益を主張し、この特許出願は、これにより全ての目的に対してその全体が引用により組み込まれる。
本明細書で開示される主題は、ガスタービンシに関し、より具体的には、排気ガス再循環を備えたガスタービンに関する。
ガスタービンエンジンは、発電、航空機、及び種々の機械装置など、幅広い種類の用途で使用されている。ガスタービンエンジンは、一般に、燃焼器セクションにおいて酸化剤（例えば、空気）と共に燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生し、これによりタービンセクションの１又は２以上のタービン段を駆動する。次いで、タービンセクションは、圧縮機セクションの１又は２以上の圧縮機段を駆動し、それによって燃料と共に燃焼器セクションの中に吸入するために酸化剤を圧縮する。この場合も同様に、燃料及び酸化剤は燃焼器セクション中で混合され、次いで、燃焼して高温の燃焼ガスを生成する。残念ながら、燃焼器セクションの特定の構成要素は、構成要素の寿命を短縮する可能性がある高温に曝される。更に、構成要素又は酸化剤を有する燃焼ガスの冷却は、排気ガス中の酸化剤の濃度を増加させる場合がある。
最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある特定の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然ながら、本発明は、以下に記載した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
１つの実施形態において、システムは、燃焼チャンバの周りに配置された燃焼器ライナーと、燃焼チャンバを通る燃焼ガスの流れの下流方向に対して燃焼チャンバの上流側のヘッド端部と、通路を定めるように燃焼器ライナーに関してオフセットして配置された流れスリーブと、通路内の障壁とを有するタービン燃焼器を含む。ヘッド端部は、酸化剤流れ及び第１の燃料流れを燃焼チャンバに向けるように構成される。通路は、ガス流れをヘッド端部に向けてかつ酸化剤流れの一部をタービン燃焼器のタービン端部に向けるように構成される。ガス流れは、実質的に不活性ガスを含む。障壁は、通路内でタービン端部に向けた酸化剤流れのその部分を遮断し、かつヘッド端部に向けたガス流れを遮断するように構成される。
別の実施形態において、システムは、燃焼チャンバの周りに配置された燃焼器ライナーと、通路を定めるように燃焼器ライナーに関してオフセットして配置された流れスリーブとを有するタービン燃焼器を含む。通路は、酸化剤を第１の方向に向けて燃焼チャンバ内で第１の燃料と反応して燃焼ガスを生成するように構成された酸化剤セクションを含む。通路はまた、不活性ガスを第１の方向と実質的に反対の第２の方向に向けるように構成された冷却セクションを含む。不活性ガスは、燃焼チャンバ内で燃焼器ライナー及び燃焼ガスを冷却するように構成される。通路はまた、酸化剤セクションと冷却セクションの間に障壁セクションを含む。障壁セクションは、酸化剤セクション内の酸化剤を冷却セクション内の不活性ガスから実質的に分離するように構成される。
別の実施形態において、方法は、酸化剤及び燃料をタービン燃焼器のヘッド端部から燃焼チャンバの中に注入する段階と、実質的に化学量論的燃焼をもたらすように燃焼チャンバ内で酸化剤及び燃料を燃焼させる段階と、燃焼チャンバを排気ガス流れで冷却する段階とを含む。排気ガス流れは、燃焼チャンバの周りに配置された通路に沿ってヘッド端部に向けてタービン燃焼器のタービン端部から上流側に向けられる。本方法はまた、障壁で通路内の排気ガス流れを遮断する段階を含む。障壁は、動的障壁、物理的障壁、又はこれらのいずれかの組合せを含む。
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。
炭化水素生成システムに結合されたタービンベースのサービスシステムを有するシステムの実施形態の図である。 制御システム及び複合サイクルシステムを更に示す図１のシステムの実施形態の図である。 ガスタービンエンジン、排気ガス供給システム、及び排気ガス処理システムの詳細を更に示す図１及び２のシステムの実施形態の図である。 図１〜図３のシステムを作動させるプロセスの実施形態のフローチャートである。 排気ガス再循環を備えたガスタービンエンジンの燃焼器セクション及び流れスリーブ内の障壁セクションの実施形態の概略図である。 障壁セクション内に動的障壁を備えた図５のガスタービンエンジンの燃焼器セクションの実施形態の概略図である。 障壁セクション内に物理的障壁を備えた図５のガスタービンエンジンの燃焼器セクションの実施形態の概略図である。 図７の線８−８に沿ったタービン燃焼器の実施形態の断面図である。 図７の線８−８に沿ったタービン燃焼器の実施形態の断面図である。
本発明の１又は２以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行う取り組みの一環として、本明細書では、実際の実施構成の全ての特徴については説明しない場合がある。技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及び／又はビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある特定の目標を達成するために多数の実装時固有の決定が行われる点は理解されたい。その上、このような取り組みは、複雑で多大な時間を必要とする場合があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
詳細な例示的実施形態が、本明細書で説明されている。しかし、本明細書で開示された特定の構造及び機能の詳細は、例示的実施形態を説明する目的のための代表的なものに過ぎない。しかし、本発明の実施形態は、多くの代替の形態で具現化することができ、本明細書に記載された実施形態のみに限定されると解釈すべきではない。
従って、例示的実施形態は、種々の修正及び代替の形態のもので可能であるが、これらの実施形態は、実施例として図に示され、本明細書で更に詳細に説明される。しかし、例示的実施形態を開示された特定の形態に限定することを意図するものでなく、それとは反対に、例示的実施形態は、本発明の範囲内に入る全ての修正物、均等物、及び代替形態を包含する点は理解されたい。
本明細書で用いる専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、例示的実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、複数形ではない記載は、そうでないとする明確な指示がない限り、複数形も含むことが意図される。用語「備える」、「有する」、及び／又は「含む」は、本明細書で用いられるとき、特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ又は２つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。
用語第１、第２、１次、２次、その他を本明細書で使用して、種々の要素を説明することができるが、これらの要素をこれらの用語に限定すべきではない。これらの用語は、１つの要素を別の要素と識別するために使用されるに過ぎない。例えば、限定ではないが、例示的実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素は第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する上記に挙げた品目のうちの１又は２以上のいずれか及び全ての組合せを含む。
特定の専門用語は、読者の利便性のみのために本明細書で使用することができ、本発明の範囲を限定すると取るべきではない。例えば、「上側」、「下側」、「左側」、「右側」、「前部」、「後部」、「上部」、「底部」、「水平」、「垂直」、「上流」、「下流」、「前方」、及び「後方」などの単語は、図に示す構成を説明するに過ぎない。当然ながら、本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、いずれかの方向に向けることができ、従って、専門用語は、具体的に別段の定めをした場合を除き、このような変形形態を包含すると理解されたい。
以下で詳細に検討されるように、開示される実施形態は、全体的に、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を備えたガスタービンシステムに関し、より詳細には、ＥＧＲを用いたガスタービンシステムの量論的作動に関する。例えば、ガスタービンシステムは、排気ガス再循環経路に沿って排気ガスを再循環させ、再循環された排気ガスの少なくとも一部と共に燃料及び酸化剤を量論的に燃焼させて、様々な目標システムにおいて使用するために排気ガスを取り込むよう構成することができる。量論的燃焼と共に排気ガスを再循環することによって、排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度レベルを上昇させるのに役立ち、種々の目標システムで使用するためにＣＯ2及び窒素（Ｎ2）を分離及び精製するよう後処理することができる。ガスタービンシステムはまた、排気ガス再循環経路に沿って種々の排気ガスプロセス（例えば、熱回収、触媒反応、その他）を利用し、これによりＣＯ2の濃度レベルを上昇させ、他のエミッション（例えば、一酸化炭素、窒素酸化物、及び未燃炭化水素）の濃度レベルを低下させ、エネルギー回収（例えば、熱回収ユニットを用いて）を向上させることができる。更に、ガスタービンエンジンは、１又は２以上の拡散火炎（例えば、拡散燃料ノズルを用いる）、予混合火炎（タービン予混合燃料ノズルを用いる）、又はこれらのいずれかの組合せを用いて燃料及び酸化剤を燃焼させるように構成することができる。特定の実施形態において、拡散火炎は、次いで、ＣＯ2の生成を増加させるのを助ける量論的燃焼に対して一定の限界内に安定性及び作動を維持するのを助けることができる。例えば、拡散火炎によって作動するガスタービンシステムは、予混合火炎によって作動するガスタービンシステムと比べてより大量のＥＧＲを可能にすることができる。次いで、ＥＧＲの増量は、ＣＯ2を増加させるのを助ける。実施可能な目標システムは、パイプライン、貯蔵タンク、炭素隔離システム、及び原油二次回収（ＥＯＲ）システムなどの炭化水素生成システムを含む。
以下で説明するような量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンシステムのいくつかの実施形態は、酸化剤及び燃料を燃焼器のヘッド端部部分から燃焼チャンバの中に供給し、不活性ガス（例えば、排気ガス）を燃焼器の反対のタービン端部部分にある燃焼器に別々に供給して燃焼チャンバ内の燃焼器ライナー及び燃焼ガスを冷却することができる。燃焼器ライナーに沿った通路内の障壁（例えば、物理的障壁、部分的な物理的障壁、動的障壁）は、燃焼チャンバの外側の酸化剤及び不活性ガスを分離することができる。いくつかの実施形態において、燃焼器は、酸化剤及び１又は２以上の燃料を燃焼チャンバの中に注入するように差動的に供給されて制御された燃料ノズルのセットを有することができる。酸化剤及び不活性ガスは、通路を通って反対方向に流れることができる。酸化剤及び不活性ガスは、燃焼チャンバ内で火炎（例えば、燃焼反応）の上流側で混合されなくてもよい。いくつかの実施形態において、酸化剤は、火炎ゾーンの近くで濃縮されて燃焼効率を向上させ、それによって当量比に影響を与える。当量比を約１．０（例えば、約０．９５〜１．０５）に調節することで、ＳＥＧＲガスタービンシステムの排気ガス内の酸化剤、燃料、及び／又は他の成分（例えば、窒素酸化物、水）の濃度を低下させることができる。しかし、燃焼温度はまた、１．０又はそれに近い当量比（例えば、実質的に量論的燃焼）を用いてより高くすることができる。より高い燃焼温度は、窒素酸化物（ＮＯｘ）エミッションのようなより多くのエミッションを作り出す場合がある。不活性ガス（例えば、排気ガス）は、燃焼器及び／又は燃焼ガスのためのヒートシンクとすることができる。換言すると、不活性ガス（例えば、排気ガス）は、燃焼ガスの温度を低下させるのを助け、それによって、燃焼ガスの中により多くの酸化剤（例えば、酸素）を導入することなくＮＯｘエミッションを低減することができる。いくつかの実施形態において、当量比を約１．０に調節することで、原油二次回収システムにおいて利用することができる二酸化炭素の濃度を増加させることができ、一方、希釈剤としての排気ガスの使用は、燃焼ガス中のＮＯｘ、酸素、及び燃料を低レベルに維持する。排気ガス又は排気ガスから抽出された二酸化炭素は、原油二次回収のために流体注入システムによって利用することができる。
図１は、タービンベースのサービスシステム１４に関連する炭化水素生成システム１２を有するシステム１０の実施形態の図である。以下でより詳細に検討するように、タービンベースのサービスシステム１４の種々の実施形態は、電力、機械出力、及び流体（例えば、排気ガス）などの種々のサービスを炭化水素生成システム１２に提供し、オイル及び／又はガスの生成又は取り出しを促進するよう構成される。図示の実施形態において、炭化水素生成システム１２は、オイル／ガス抽出システム１６及び原油二次回収（ＥＯＲ）システム１８を含み、これらは、地下リザーバ２０（例えば、オイル、ガス、又は炭化水素リザーバ）に結合される。オイル／ガス抽出システム１６は、オイル／ガス井戸２６に結合された様々な坑外設備（クリスマスツリー又は生成ツリー２４など）を含む。更に、井戸２６は、地中３２にある掘削ボア３０を通って地下リザーバ２０まで延びる１又は２以上の管体２８を含むことができる。ツリー２４は、地下リザーバ２０との間で圧力を調節し流れを制御する、１又は２以上のバルブ、チョーク、分離スリーブ、噴出防止装置、及び種々の流れ制御装置を含む。ツリー２４は、一般に、地下リザーバ２０の外への生産流体（例えば、オイル又はガス）の流れを制御するのに使用されるが、ＥＯＲシステム１８は、１又は２以上の流体を地下リザーバ２０内に注入することによりオイル又はガスの生産を増大させることができる。
従って、ＥＯＲシステム１８は、地中３２にあるボア３８を通って地下リザーバ２０内に延びる１又は２以上の管体３６を有する流体注入システム３４を含むことができる。例えば、ＥＯＲシステム１８は、１又は２以上の流体４０（ガス、蒸気、水、化学物質、又はこれらの何らかの組合せ）を流体注入システム３４に送ることができる。例えば、以下でより詳細に検討するように、ＥＯＲシステム１８は、タービンベースのサービスシステム１４に結合され、その結果、システム１４は、排気ガス４２（例えば、実質的に又は完全に酸素を伴わない）をＥＯＲシステム１８に送り、注入流体４０として用いることができるようになる。流体注入システム３４は、矢印４４で示されるように、流体４０（例えば、排気ガス４２）を１又は２以上の管体３６を通って地下リザーバ２０に送る。注入流体４０は、オイル／ガス井戸２６の管体２８からオフセット距離４６だけ離れた管体３６を通って地下リザーバ２０に流入する。従って、注入流体４０は、地下リザーバ２０内に配置されたオイル／ガス４８を移動させ、矢印５０で示されるように、オイル／ガス４８を炭化水素生成システム１２の１又は２以上の管体２８を通って上方に送り出す。以下でより詳細に検討するように、注入流体４０は、炭化水素生成システム１２によって必要に応じて施設内で排気ガス４２を発生させることができるタービンベースのサービスシステム１４から生じた排気ガス４２を含むことができる。換言すると、タービンベースのシステム１４は、１又は２以上のサービス（例えば、電力、機械出力、蒸気、水（例えば、脱塩水）と、炭化水素生成システム１２が使用する排気ガス（例えば、実質的に酸素を伴わない）とを同時に発生させ、これによりこのようなサービスの外部供給源への依存を低減又は排除することができる。
図示の実施形態において、タービンベースのサービスシステム１４は、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンシステム５２及び排気ガス（ＥＧ）プロセスシステム５４を含む。ガスタービンシステム５２は、燃料希薄制御モード又は燃料リッチ制御モードのような、量論的燃焼運転モード（例えば、量論的制御モード）及び非量論的燃焼運転モード（例えば、非量論的制御モード）で作動するよう構成することができる。量論的制御モードにおいては、燃焼は、全体的に、燃料及び酸化剤の実質的に化学量論比で生じ、これにより実質的に量論的燃焼を生じることになる。特に、量論的燃焼は、一般に、燃焼生成物が実質的に又は完全に未燃燃料及び酸化剤を含まないように、燃焼反応において燃料及び酸化剤の実質的に全てを消費することを伴う。量論的燃焼の１つの尺度は、当量比すなわちファイ（Φ）であり、量論的燃料／酸化剤比に対する実際の燃料／酸化剤比の割合である。１．０よりも大きい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料リッチ燃焼をもたらし、他方、１．０よりも小さい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料希薄燃焼をもたらす。対照的に、当量比１．０は、燃料リッチでもなく燃料希薄でもない燃焼をもたらし、従って、燃焼反応において燃料及び酸化剤の全てを実質的に消費する。開示する実施形態の文脈において、用語「量論的」又は「実質的に量論」とは、約０．９５〜約１．０５の当量比を指すことができる。しかし、開示する実施形態はまた、当量比１．０±０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、又はそれ以上を含むことができる。この場合も同様に、タービンベースのサービスシステム１４における燃料及び酸化剤の量論的燃焼は、残存する未燃燃料又は酸化剤が実質的に存在しない燃焼生成物又は排気ガス（例えば、４２）をもたらすことができる。例えば、排気ガス４２は、１、２、３、４、又は５容積パーセント未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。別の実施例によれば、排気ガス４２は、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯX）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。しかし、開示する実施形態はまた、排気ガス４２中の他の範囲の残留燃料、酸化剤、及び他のエミッションレベルを生成する。本明細書で使用される場合、用語「エミッション」、「エミッションレベル」、及び「エミッション目標」は、特定の燃焼生成物（例えば、ＮＯｘ、ＣＯ、ＳＯｘ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＨＣｓ、その他）の濃度レベルを指すことができ、これらは、再循環されたガスストリーム、放出されたガスストリーム（例えば、大気中に排気された）、及び種々の目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２）において使用されるガスストリーム中に存在することができる。
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及びＥＧプロセスシステム５４は、異なる実施形態において様々な構成要素を含むことができるが、図示のＥＧプロセスシステム５４は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）５６及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム５８を含み、これらは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２から生じた排気ガス６０を受け取って処理する。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮器、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらは全体として、排気ガス６０からの熱を水ストリームに伝達して蒸気６２を発生させるよう機能する。蒸気６２は、１又は２以上の蒸気タービン、ＥＯＲシステム１８、又は炭化水素生成システム１２の他のいずれかの部分において用いることができる。例えば、ＨＲＳＧ５６は、低圧、中圧、及び／又は高圧の蒸気６２を生成することができ、これらは、低圧、中圧、及び高圧蒸気タービン段又はＥＯＲシステム１８の異なる用途に選択的に適用することができる。蒸気６２に加えて、脱塩水のような処理水６４は、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧプロセスシステム５４又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２の別の部分によって生成することができる。処理水６４（例えば、脱塩水）は、内陸又は砂漠地帯などの水不足の領域において特に有用とすることができる。処理水６４は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２内で燃料の燃焼を生じる大量の空気によって少なくとも部分的に生成することができる。蒸気６２及び水６４の施設内での生成は、多くの用途（炭化水素生成システム１２を含む）で有益であるが、排気ガス４２、６０の施設内での生成は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２から生成される低酸素含有、高圧及び熱に起因して、ＥＯＲシステム１８に特に有益とすることができる。従って、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧプロセスシステム５４の別の部分は、排気ガス６６をＳＥＧＲガスタービンシステム５２に出力又は再循環できると同時に、排気ガス４２を炭化水素生成システム１２と共に使用するためにＥＯＲシステム１８に送ることができる。同様に、排気ガス４２は、炭化水素生成システム１２のＥＯＲシステム１８にて使用するためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２から直接（すなわち、ＥＧプロセスシステム５４を通過することなく）抽出することができる。
排気ガス再循環は、ＥＧプロセスシステム５４のＥＧＲシステム５８により処理される。例えば、ＥＧＲシステム５８は、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、排気ガスプロセスシステム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はこれらの組合せ）、及び制御部を含み、排気ガス再循環経路に沿ってＳＥＧＲガスタービンシステム５２の出力（例えば、排気された排気ガス６０）から入力（例えば、吸入された排気ガス６６）まで排気ガスを再循環するようにする。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の圧縮機を有する圧縮機セクションに排気ガス６６を吸入させ、これにより排気ガス６６を圧縮して、酸化剤６８及び１又は２以上の燃料７０の吸入と共に燃焼器セクションにおいて使用する。酸化剤６８は、周囲空気、純酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又は燃料７０の燃焼を促進する何らかの好適な酸化剤を含むことができる。燃料７０は、１又は２以上のガス燃料、液体燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。例えば、燃料７０は、天然ガス、液化天然ガス（ＬＮＧ）、シンガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、ケロシン、ディーゼル燃料、エタノール、メタノール、バイオ燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、燃焼器セクションにおいて排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を混合して燃焼させ、これによりタービンセクションにおいて１又は２以上のタービン段を駆動する高温の燃焼ガス又は排気ガス６０を発生する。特定の実施形態において、燃焼器セクションにおける各燃焼器は、１又は２以上の予混合燃料ノズル、１又は２以上の拡散燃料ノズル、又は何らかのこれらの組合せを含む。例えば、各予混合燃料ノズルは、燃料ノズルの内部で、及び／又は燃料ノズルの部分的に上流側で酸化剤６８と燃料７０を混合し、これにより予混合燃焼（例えば、予混合火炎）のため酸化剤−燃料混合気を燃料ノズルから燃焼ゾーンに注入するよう構成することができる。別の実施例によれば、各拡散燃料ノズルは、酸化剤６８及び燃料７０の流れを燃料ノズル内で分離し、これにより拡散燃焼（例えば、拡散火炎）のため酸化剤６８及び燃料７０を燃料ノズルから燃焼ゾーンに別個に注入するよう構成することができる。特に、拡散燃料ノズルによって提供される拡散燃焼は、初期燃焼のポイントすなわち火炎領域まで酸化剤６８及び燃料７０の混合を遅延させる。拡散燃料ノズルを利用する実施形態において、拡散火炎は、一般に酸化剤６８及び燃料７０の別個のストリームの間（すなわち、酸化剤６８及び燃料７０が混合されるときに）の化学量論ポイントにて形成されるので、火炎安定性を向上させることができる。特定の実施形態において、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、拡散燃料ノズル又は予混合燃料ノズルのいずれかにおいて酸化剤６８、燃料７０、又は両方と予混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、各燃焼器内での燃焼ポイントにて又はその下流側にて燃焼器内に注入することができる。これらの希釈剤を使用することにより、火炎（例えば、予混合火炎又は拡散火炎）の調質を助け、これにより一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ2）などのＮＯｘエミッションの低減を助けることができる。火炎のタイプに関係なく、燃焼は、高温の燃焼ガス又は排気ガス６０を生成して、１又は２以上のタービン段を駆動する。各タービン段が排気ガス６０によって駆動されると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、機械出力７２及び／又は電気出力７４（例えば、発電機を介して）を発生する。システム５２はまた、排気ガス６０を出力し、更に水６４を出力することができる。この場合も同様に、水６４は、脱塩水などの処理水とすることができ、これは、設備内又は設備外での様々な用途で有用とすることができる。
排気ガスの抽出はまた、１又は２以上の抽出ポイント７６を用いてＳＥＧＲガスタービンシステム５２により提供される。例えば、図示の実施形態は、抽出ポイント７６から排気ガス４２を受け取り、該排気ガス４２を処理して、次いで、種々の目標システムに排気ガス４２を供給又は分配する排気ガス（ＥＧ）抽出システム８０及び排気ガス（ＥＧ）処理システム８２を有する排気ガス（ＥＧ）供給システム７８を含む。目標システムは、ＥＯＲシステム１８、及び／又はパイプライン８６、貯蔵タンク８８、又は炭素隔離システム９０などの他のシステムを含むことができる。ＥＧ抽出システム８０は、１又は２以上の導管、バルブ、制御部、及び流れ分離装置を含むことができ、これらは、排気ガス４２を酸化剤６８、燃料７０、及び他の汚染物質から隔離すると同時に、抽出した排気ガス４２の温度、圧力、及び流量を制御するのを可能にする。ＥＧ処理システム８２は、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、凝縮器、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、ガス脱水ユニット、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、排気ガス圧縮機、これらのいずれかの組合せを含むことができる。ＥＧ処理システム８２のこれらのサブシステムにより、温度、圧力、流量、水分含有量（例えば、水分除去量）、粒子状物質含有量（例えば、粒子状物質除去量）、及びガス組成（例えば、ＣＯ2、Ｎ2、その他の割合）の制御が可能となる。
抽出した排気ガス４２は、目標システムに応じて、ＥＧ処理システム８２の１又は２以上のサブシステムにより処理される。例えば、ＥＧ処理システム８２は、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システムを通じて排気ガス４２の一部又は全てを向けることができ、種々の目標システムで使用するために炭素含有ガス（例えば、二酸化炭素）９２及び／又は窒素（Ｎ2）を分離及び精製するよう制御される。例えば、ＥＧ処理システム８２の実施形態は、ガス分離及び精製を実施し、第１のストリーム９６、第２のストリーム９７、及び第３のストリーム９８のような排気ガス４２の複数の異なるストリーム９５を生成することができる。第１のストリーム９６は、二酸化炭素リッチ及び／又は窒素希薄（例えば、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム）である第１の組成を有することができる。第２のストリーム９７は、二酸化炭素及び／又は窒素の中間濃度レベル（例えば、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム）である第２の組成を有することができる。第３のストリーム９８は、二酸化炭素希薄及び／又は窒素リッチ（例えば、ＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム）である第３の組成を有することができる。各ストリーム９５（例えば、９６、９７、及び９８）は、目標システムへのストリーム９５の送出を促進するために、ガス脱水ユニット、フィルタ、ガス圧縮機、又はこれらの組合せを含むことができる。特定の実施形態において、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６は、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＣＯ2純度又は濃度レベルと、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも低いＮ2純度又は濃度レベルとを有することができる。対照的に、ＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８は、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも低いＣＯ2純度又は濃度レベルと、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＮ2純度又は濃度レベルとを有することができる。中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７は、約３０〜７０、３５〜６５、４０〜６０、又は４５〜５５容積パーセントのＣＯ2純度又は濃度レベル及び／又はＮ2純度又は濃度レベルを有することができる。上述の範囲は、単に非限定的な実施例に過ぎず、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８は、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４と共に使用するのに特に好適とすることができる。しかし、これらのリッチ、希薄、又は中間の濃度のＣＯ2ストリーム９５のいずれかは、単独で、又は様々な組合せでＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４と共に使用することができる。例えば、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４（例えば、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０）は各々、１又は２以上のＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、１又は２以上のＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８、１又は２以上の中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及び１又は２以上の未処理排気ガス４２ストリーム（すなわち、ＥＧ処理システム８２をバイパスした）を受け取ることができる。
ＥＧ抽出システム８０は、圧縮機セクション、燃焼器セクション、及び／又はタービンセクションに沿った１又は２以上の抽出ポイント７６にて排気ガス４２を抽出し、排気ガス４２が、好適な温度及び圧力でＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４において使用できるようにする。ＥＧ抽出システム８０及び／又はＥＧ処理システム８２はまた、ＥＧプロセスシステム５４との間で流体流れ（例えば、排気ガス４２）を循環させることができる。例えば、ＥＧプロセスシステム５４を通過する排気ガス４２の一部は、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４で使用するためにＥＧ抽出システム８０によって抽出することができる。特定の実施形態において、ＥＧ供給システム７８及びＥＧプロセスシステム５４は、独立しているか、又は互いに一体化することができ、従って、独立したサブシステム又は共通のサブシステムを用いることができる。例えば、ＥＧ処理システム８２は、ＥＧ供給システム７８及びＥＧプロセスシステム５４両方によって用いることができる。ＥＧプロセスシステム５４から抽出される排気ガス４２は、ＥＧプロセスシステム５４における１又は２以上のガス処理段及びその後に続くＥＧ処理システム８２における１又は２以上の追加のガス処理段のような、複数のガス処理段を受けることができる。
各抽出ポイント７６において、抽出した排気ガス４２は、ＥＧプロセスシステム５４において実質的に量論的燃焼及び／又はガス処理に起因して、実質的に酸化剤６８及び燃料７０（例えば、未燃燃料又は炭化水素）が存在しない場合がある。更に、目標システムに応じて、抽出した排気ガス４２は、ＥＧ供給システム７８のＥＧ処理システム８２において更なる処理を受け、これにより何らかの残留する酸化剤６８、燃料７０、又は他の望ましくない燃焼生成物を更に低減することができる。例えば、ＥＧ処理システム８２の処理の前又は後で、抽出した排気ガス４２は、１、２、３、４、又は５容積パーセントよりも少ない酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。別の実施例によれば、ＥＧ処理システム８２の処理の前又は後で、抽出した排気ガス４２は、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）よりも少ない酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。従って、排気ガス４２は、ＥＯＲシステム１８と共に使用するのに特に好適である。
タービンシステム５２のＥＧＲ作動は、具体的には、複数の位置７６での排気ガス抽出を可能にする。例えば、システム５２の圧縮機セクションを用いて、どのような酸化剤６８もなしで排気ガス６６を圧縮する（すなわち、排気ガス６６の圧縮のみ）ことができ、その結果、酸化剤６８及び燃料７０の流入前に圧縮機セクション及び／又は燃焼器セクションから実質的に酸素を含まない排気ガス４２を抽出することができるようになる。抽出ポイント７６は、隣接する圧縮機段の間の段間ポートにて、圧縮機排気ケーシングに沿ったポートにて、燃焼器セクションにおける各燃焼器に沿ったポートにて、又はこれらの組合せに位置付けることができる。特定の実施形態において、排気ガス６６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器のヘッド端部部分及び／又は燃料ノズルに達するまでは、酸化剤６８及び燃料７０と混合しないようにすることができる。更に、１又は２以上の流れ分離器（例えば、壁、仕切り、バッフル、又は同様のもの）を用いて、酸化剤６８及び燃料７０を抽出ポイント７６から隔離することができる。これらの流れ分離器を用いると、抽出ポイント７６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器の壁に沿って直接配置することができる。
排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０がヘッド端部部分を通って（例えば、燃料ノズルを通って）各燃焼器の燃焼部（例えば、燃焼チャンバ）に流入すると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０の実質的に量論的な燃焼をもたらすよう制御される。例えば、システム５２は、約０．９５〜約１．０５の当量比を維持することができる。結果として、各燃焼器における排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０の混合気の燃焼生成物は、実質的に酸素及び未燃燃料を含まない。従って、燃焼生成物（又は排気ガス）は、ＥＯＲシステム１８に送られる排気ガス４２として使用するためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２のタービンセクションから抽出することができる。タービンセクションに沿って、抽出ポイント７６は、隣接するタービン段の間の段間ポートなどのいずれかのタービン段に位置付けることができる。従って、上述の抽出ポイント７６のいずれかを用いて、タービンベースのサービスシステム１４は、排気ガス４２を生成及び抽出し、炭化水素生成システム１２（例えば、ＥＯＲシステム１８）に送出して、地下リザーバ２０からのオイル／ガス４８の生成に用いることができる。
図２は、タービンベースのサービスシステム１４及び炭化水素生成システム１２に結合された制御システム１００を示した、図１のシステム１０の実施形態の図である。図示の実施形態において、タービンベースのサービスシステム１４は、複合サイクルシステム１０２を含み、該複合サイクルシステム１０２は、トッピングサイクルとしてＳＥＧＲガスタービンシステム５２と、ボトミングサイクルとして蒸気タービン１０４と、排気ガス６０から熱を回収して蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生させるＨＲＳＧ５６とを含む。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を受け取って混合し、量論的燃焼（例えば、予混合及び／又は拡散火炎）をして、これにより排気ガス６０機械出力７２電気出力７４、及び／又は水６４を生成する。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、発電機、酸化剤圧縮機（例えば、主空気圧縮機）、ギアボックス、ポンプ、炭化水素生成システム１２の設備、又はこれらの組合せなどの１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動することができる。一部の実施形態において、機械装置１０６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と縦一列に配列された、発電機又は蒸気タービン（例えば、蒸気タービン１０４）などの他の駆動装置を含むことができる。従って、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２（及び何らかの追加の駆動装置）によって駆動される機械装置１０６の出力は、機械出力７２及び電気出力７４を含むことができる。機械出力７２及び／又は電気出力７４は、炭化水素生成システム１２に動力を供給するために施設内で用いることができ、電気出力７４は、送電網又はこれらの組合せに配電することができる。機械装置１０６の出力はまた、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の燃焼セクションに吸入するため、圧縮酸化剤６８（例えば、空気又は酸素）などの圧縮流体を含むことができる。これらの出力（例えば、排気ガス６０、機械出力７２、電気出力７４、及び／又は水６４）の各々は、タービンベースのサービスシステム１４の１つのサービスとみなすことができる。
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、実質的に酸素を伴わない場合がある排気ガス４２、６０を生成し、該排気ガス４２、６０をＥＧプロセスシステム５４及び／又はＥＧ供給システム７８に送る。ＥＧ供給システム７８は、排気ガス４２（例えば、ストリーム９５）を処理して炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４に送給することができる。上記で検討したように、ＥＧプロセスシステム５４は、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８を含むことができる。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮器、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらを用いて排気ガス６０から熱を回収して水１０８に伝達し、蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と同様に、蒸気タービン１０４は、１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動し、これにより機械出力７２及び電気出力７４を生成することができる。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、縦一列の形態で配列されて、同じ機械装置１０６を駆動する。しかし、他の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、異なる機械装置１０６を別個に駆動し、機械出力７２及び／又は電気出力７４を独立して生成することができる。蒸気タービン１０４がＨＲＳＧ５６からの蒸気６２により駆動されると、蒸気６２の温度及び圧力が漸次的に低下する。従って、蒸気タービン１０４は、使用した蒸気６２及び／又は水１０８をＨＲＳＧ５６に戻すよう再循環し、排気ガス６０からの熱回収を介して追加の蒸気を発生させる。蒸気発生に加えて、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧプロセスシステム５４の別の部分は、水６４、及び炭化水素生成システム１２と共に用いるための排気ガス４２、並びにＳＥＧＲガスタービンシステム５２への入力として使用する排気ガス６６を生成することができる。例えば、水６４は、他の用途で使用するための脱塩水のような処理水６４とすることができる。脱塩水は、水の利用性が低い領域で特に有用とすることができる。排気ガス６０に関しては、ＥＧプロセスシステム５４の実施形態は、排気ガス６０をＨＲＳＧ５６に通過させるかどうかに関係なく、ＥＧＲシステム５８を通じて排気ガス６０を再循環するよう構成することができる。
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、システム５２の排気出口から排気入口まで延びる排気ガス再循環経路１１０を有する。排気ガス６０は、経路１１０に沿って、図示の実施形態においてＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８を含むＥＧプロセスシステム５４を通過する。ＥＧＲシステム５８は、経路１１０に沿って直列及び／又は並列配列で、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はこれらの組合せ）を含むことができる。換言すると、ＥＧＲシステム５８は、システム５２の排気ガス出口と排気ガス入口との間の排気ガス再循環経路１１０に沿って、いずれかの流れ制御構成要素、圧力制御構成要素、温度制御構成要素、湿度制御構成要素、及びガス組成制御構成要素を含むことができる。従って、経路１１０に沿ってＨＲＳＧ５６を備えた実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、ＥＧＲシステム５８の１つの構成要素とみなすことができる。しかし、特定の実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、排気ガス再循環経路１１０とは独立して排気ガス経路に沿って配置することができる。ＨＲＳＧ５６がＥＧＲシステム５８と別個の経路に沿っているか、又は共通の経路に沿っているかに関係なく、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８は、排気ガス６０を吸入して、再循環される排気ガス６０か、又はＥＧ供給システム７８（例えば、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４のため）と共に使用するための排気ガス４２か、或いは別の出力の排気ガスを出力する。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０（例えば、予混合火炎及び／又は拡散火炎）を吸入して混合し、量論的燃焼して、ＥＧプロセスシステム５４、炭化水素生成システム１２、又は他のシステム８４に分配するために実質的に酸素及び燃料を含まない排気ガス６０を生成する。
図１を参照しながら上述したように、炭化水素生成システム１２は、地下リザーバ２０からオイル／ガス井戸２６を通るオイル／ガス４８の回収又は生成を促進する様々な設備を含むことができる。例えば、炭化水素生成システム１２は、流体注入システム３４を有するＥＯＲシステム１８を含むことができる。図示の実施形態において、流体注入システム３４は、排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２及び蒸気注入ＥＯＲシステム１１４を含む。流体注入システム３４は、様々な供給源から流体を受け取ることができるが、図示の実施形態は、タービンベースのサービスシステム１４から排気ガス４２及び蒸気６２を受け取ることができる。タービンベースのサービスシステム１４により生成される排気ガス４２及び／又は蒸気６２はまた、他のオイル／ガスシステム１１６で使用するため炭化水素生成システム１２に送ることができる。
排気ガス４２及び蒸気６２の量、品質、及び流れは、制御システム１００により制御することができる。制御システム１００は、タービンベースのサービスシステム１４に完全に専用とすることができ、或いはまた、任意選択的に、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４の制御を行うことができる。図示の実施形態において、制御システム１００は、プロセッサ１２０、メモリ１２２、蒸気タービン制御部１２４、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６、及び機械制御部１２８を有するコントローラ１１８を含む。プロセッサ１２０は、タービンベースのサービスシステム１４を制御するために単一のプロセッサか、又はトリプル冗長プロセッサのような２又はそれ以上の冗長プロセッサを含むことができる。メモリ１２２は、揮発性及び／又は不揮発性メモリを含むことができる。例えば、メモリ１２２は、１又は２以上のハードドライブ、フラッシュメモリ、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、又はこれらの組合せを含むことができる。制御部１２４、１２６、及び１２８は、ソフトウェア及び／又はハードウェア制御部を含むことができる。例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８は、メモリ１２２上に格納されてプロセッサ１２０により実行可能な種々の命令又はコードを含むことができる。制御部１２４は、蒸気タービン１０４の作動を制御するよう構成され、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、システム５２を制御するよう構成され、機械制御部１２８は、機械装置１０６を制御するよう構成される。従って、コントローラ１１８（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）は、タービンベースのサービスシステム１４の種々のサブシステムを協働させて、炭化水素生成システム１２に排気ガス４２の好適なストリームを提供するよう構成することができる。
制御システム１００の特定の実施形態において、図面において示され且つ本明細書で記載される各要素（例えば、システム、サブシステム、及び構成要素）は、（例えば、このような要素の直接内部に、上流側に、又は下流側に）センサ及び制御デバイスのような１又は２以上の工業用制御特徴要素を含み、これらは、コントローラ１１８と共に工業用制御ネットワークを介して互いに通信可能に結合される。例えば、各要素に関連する制御デバイスは、専用のデバイスコントローラ（例えば、プロセッサ、メモリ、及び制御命令を含む）、１又は２以上のアクチュエータ、バルブ、スイッチ、及び工業用制御機器を含むことができ、これらは、センサフィードバック１３０、コントローラ１１８からの制御信号、ユーザからの制御信号、又はこれらの組合せに基づいて制御を可能にする。従って、本明細書で記載される制御機能の何れも、コントローラ１１８、 各要素に関連する専用のデバイスコントローラ、又はこれらの組合せにより格納され及び／又は実行可能な制御命令を用いて実施することができる。
このような制御機能を可能にするために、制御システム１００は、種々の制御部（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）の実行の際に使用するセンサフィードバック１３０を得るために、システム１０全体にわたって配置された１又は２以上のセンサを含む。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧプロセスシステム５４、蒸気タービン１０４、炭化水素生成システム１２、或いは、タービンベースのサービスシステム１４又は炭化水素生成システム１２にわたる他のいずれかの構成要素にわたって配置されたセンサから取得することができる。例えば、センサフィードバック１３０は、温度フィードバック、圧力フィードバック、流量フィードバック、火炎温度フィードバック、燃焼ダイナミックスフィードバック、吸入酸化剤組成フィードバック、吸入燃料組成フィードバック、排気ガス組成フィードバック、機械出力７２の出力レベル、電気出力７４の出力レベル、排気ガス４２、６０の出力量、水６４の出力量又は品質、或いはこれらの組合せを含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２において量論的燃焼を可能にする排気ガス４２、６０の組成を含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、酸化剤６８の酸化剤供給経路に沿った１又は２以上の吸入酸化剤センサ、燃料７０の燃料供給経路に沿った１又は２以上の吸入燃料センサ、及び排気ガス再循環経路１１０に沿って配置され及び／又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２内部に配置された１又は２以上の排気エミッションセンサからのフィードバックを含むことができる。吸入酸化剤センサ、吸入燃料センサ、及び排気エミッションセンサは、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、及び組成センサを含むことができる。エミッションセンサは、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘセンサ）、炭素酸化物（例えば、ＣＯセンサ及びＣＯ2センサ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘセンサ）、水素（例えば、Ｈ2センサ）、酸素（例えば、Ｏ2センサ）、未燃炭化水素（例えば、ＨＣセンサ）、又は他の不完全燃焼生成物、或いはこれらの組合せに対するセンサを含むことができる。
このフィードバック１３０を用いて、制御システム１００は、当量比を好適な範囲内、例えば、例えば、約０．９５〜約１．０５、約０．９５〜約１．０、約１．０〜約１．０５、又は実質的に１．０に維持するよう、（他の作動パラメータの中でも特に）ＳＥＧＲガスタービンシステム５２への排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０の吸入流を調整（例えば、増大、減少、又は維持）することができる。例えば、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、ＣＯ及びＣＯ2などの炭素酸化物、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）を監視し及び／又は当量比を決定し、次いで、１又は２以上の構成要素を制御して、排気エミッション（例えば、排気ガス４２の濃度レベル）及び／又は当量比を調整することができる。制御される構成要素は、限定ではないが、酸化剤６８、燃料７０、及び排気ガス６６のための供給経路に沿ったバルブ；ＥＧプロセスシステム５４における酸化剤圧縮機、燃料ポンプ、又はいずれかの構成要素；ＳＥＧＲガスタービンシステム５２のいずれかの構成要素；又はこれらの組合せを含む、例示され図面を参照して説明された構成要素のいずれかを含むことができる。制御される構成要素は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２内で燃焼をする酸化剤６８、燃料７０、及び排気ガス６６の流量、温度、圧力、又はパーセンテージ（例えば、当量比）を調整（例えば、増大、減少、又は維持）することができる。制御される構成要素はまた、触媒ユニット（例えば、酸化触媒ユニット）、触媒ユニットのための供給源（例えば、酸化燃料、熱、電気、その他）、ガス精製及び／又は分離ユニット（例えば、溶剤ベース分離器、吸収器、フラッシュタンク、その他）、及び濾過ユニットなど、１又は２以上のガス処理システムを含むことができる。ガス処理システムは、排気ガス再循環経路１１０、通気経路（例えば、大気中に排気された）、又はＥＧ供給システム７８への抽出経路に沿った種々の排気エミッションの低減を助けることができる。
特定の実施形態において、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、約１０、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、又は１００００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満のように、エミッションレベル（例えば、排気ガス４２の濃度レベル、６０、９５）を目標範囲に維持又は低減するよう１又は２以上の構成要素を制御することができる。これらの目標範囲は、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、一酸化炭素、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）の各々に対して同じ又は異なることができる。例えば、当量比に応じて、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２５０、５００、７５０、又は１０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２５００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約５０、１００、２００、３００、４００、又は５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。実質的に量論的当量比で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は１００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、及び一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。燃料希薄当量比（例えば、約０．９５〜１．０）で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、又は１５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、又は２００ｐｐｍｖの目標範囲内に、及び窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）の排気エミッションを約５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、又は４００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。上述の目標範囲は、単に実施例に過ぎず、開示する実施形態の範囲を限定するものではない。
制御システム１００はまた、ローカルインタフェース１３２及びリモートインタフェース１３４に結合することができる。例えば、ローカルインタフェース１３２は、タービンベースのサービスシステム１４及び／又は炭化水素生成システム１２にて施設内に配置されたコンピュータワークステーションを含むことができる。対照的に、リモートインタフェース１３４は、インターネット接続を通じてなど、タービンベースのサービスシステム１４及び炭化水素生成システム１２の施設外に配置されたコンピュータワークステーションを含むことができる。これらのインタフェース１３２及び１３４は、センサフィードバック１３０、作動パラメータ及びその他の１又は２以上のグラフィック表示を通じてなど、タービンベースのサービスシステム１４の監視及び制御を可能にする。
この場合も同様に、上述のように、コントローラ１１８は、タービンベースのサービスシステム１４の制御を可能にする様々な制御部１２４、１２６、及び１２８を含む。蒸気タービン制御部１２４は、センサフィードバック１３０を受け取り、蒸気タービン１０４の作動を可能にする制御コマンドを出力することができる。例えば、蒸気タービン制御部１２４は、ＨＲＳＧ５６、機械装置１０６、蒸気６２の経路に沿った温度及び圧力センサ、水１０８の経路に沿った温度及び圧力センサ、及び機械出力７２及び電気出力７４を示す種々のセンサからセンサフィードバック１３０を受け取ることができる。同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧプロセスシステム５４、又はこれらの組合せに沿って配置された１又は２以上のセンサからセンサフィードバック１３０を受け取ることができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の内部又は外部に配置された、温度センサ、圧力センサ、クリアランスセンサ、振動センサ、火炎センサ、燃料組成センサ、排気ガス組成センサ、又はこれらの組合せから得ることができる。最後に、機械制御部１２８は、機械出力７２及び電気出力７４に関連する種々のセンサ並びに機械装置１０６内に配置されたセンサからセンサフィードバック１３０を受け取ることができる。これら制御部１２４、１２６、及び１２８の各々は、センサフィードバック１３０を用いて、タービンベースのサービスシステム１４の作動を改善する。
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＥＧプロセスシステム５４、ＥＧ供給システム７８、炭化水素生成システム１２、及び／又は他のシステム８４における排気ガス４２、６０、９５の量及び品質を制御する命令を実行することができる。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、排気ガス６０中の酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料のレベルを排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２と共に使用するのに好適な閾値未満に維持することができる。特定の実施形態において、この閾値レベルは、排気ガス４２、６０の容積で酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料が１、２、３、４、又は５パーセント未満とすることができ、或いは、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料（及び他の排気エミッション）の閾値レベルが、排気ガス４２、６０中に約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満とすることができる。別の実施例によれば、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料のこれらの低いレベルを達成するために、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２における燃焼において約０．９５〜約１．０５の当量比を維持することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６はまた、排気ガス４２、６０、９５の温度、圧力、流量、及びガス組成を排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０に好適な範囲内に維持するよう、ＥＧ抽出システム８０及びＥＧ処理システム８２を制御することができる。上記で検討したように、ＥＧ処理システム８２は、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８のような１又は２以上のガスストリーム９５内への排気ガス４２を精製及び／又は分離するよう制御することができる。排気ガス４２、６０、及び９５の制御に加えて、制御部１２４、１２６、及び１２８は、機械出力７２を好適な出力範囲内に維持し、又は電気出力７４を好適な周波数及び出力範囲内に維持するよう１又は２以上の命令を実行することができる。
図３は、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４と共に使用するためのＳＥＧＲガスタービンシステム５２の詳細を更に例示した、システム１０の実施形態の図である。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、ＥＧプロセスシステム５４に結合されたガスタービンエンジン１５０を含む。図示のガスタービンエンジン１５０は、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及び膨張器セクション又はタービンセクション１５６を含む。圧縮機セクション１５２は、直列配列で配置された回転圧縮機ブレードの１〜２０段のような１又は２以上の排気ガス圧縮機又は圧縮機段１５８を含む。同様に、燃焼器セクション１５４は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の回転軸線１６２の周りで円周方向に配置された１〜２０の燃焼器１６０のような１又は２以上の燃焼器１６０を含む。更に、各燃焼器１６０は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０を注入するよう構成された１又は２以上の燃料ノズル１６４を含むことができる。例えば、各燃焼器１６０のヘッド端部部分１６６は、１、２、３、４、５、６、又はそれ以上の燃料ノズル１６４を収容することができ、該燃料ノズルは、排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０のストリーム又は混合気を燃焼器１６０の燃焼部分１６８（例えば、燃焼チャンバ）に注入することができる。
燃料ノズル１６４は、予混合燃料ノズル１６４（例えば、酸化剤／燃料予混合火炎の生成のため酸化剤６８及び燃料７０を予混合するよう構成された）及び／又は拡散燃料ノズル１６４（例えば、酸化剤／燃料拡散火炎の生成のため酸化剤６８及び燃料７０の別個の流れを注入するよう構成された）のあらゆる組合せを含むことができる。予混合燃料ノズル１６４の実施形態は、燃焼チャンバ１６８における注入及び燃焼の前に、ノズル１６４内で酸化剤６８及び燃料７０を内部で混同するためのスワールベーン、混合チャンバ、又は他の特徴要素を含むことができる。予混合燃料ノズル１６４はまた、少なくとも一部が部分的に混合された酸化剤６８及び燃料７０を受け取ることができる。特定の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離すると同時に、注入ポイントまで１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）の流れも隔離することができる。他の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離するが、注入ポイントの前に１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）を酸化剤６８及び／又は燃料７０と部分的に混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、燃焼ゾーンにて又はその下流側で燃焼器内（例えば、高温の燃焼生成物内）に注入され、これにより高温の燃焼生成物の温度を低下させ、ＮＯｘ（例えば、ＮＯ及びＮＯ2）のエミッションを低減するのを助けることができる。燃料ノズル１６４のタイプに関係なく、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、酸化剤６８及び燃料７０の実質的に量論的燃焼をもたらすよう制御することができる。
拡散燃料ノズル１６４を用いた拡散燃焼の実施形態において、燃料７０及び酸化剤６８は一般に、拡散火炎の上流側では混合せず、むしろ、燃料７０及び酸化剤６８は、火炎表面にて直接混合及び反応し、及び／又は火炎表面が燃料７０及び酸化剤６８間の混合位置に存在する。特に、燃料７０及び酸化剤６８は、火炎表面（又は拡散境界／界面）に別個に接近し、次いで、火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って拡散（例えば、分子及び粘性拡散を介して）し、拡散火炎を発生する。燃料７０及び酸化剤６８は、この火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って実質的に量論比にあるものとすることができる点は注目すべきであり、その結果、この火炎表面に沿ってより高い火炎温度（例えば、ピーク火炎温度）を生じることができる。量論的燃料／酸化剤比は一般に、燃料希薄又は燃料リッチの燃料／酸化剤比と比べて、高い火炎温度（例えば、ピーク火炎温度）をもたらす。結果として、拡散火炎は、予混合火炎よりも実質的により安定することができ、これは、燃料７０及び酸化剤６８の拡散が、火炎表面に沿った量論比（及びより高温）を維持するのを助けることに起因する。火炎温度がより高いほど、ＮＯｘエミッションのような排気エミッションをより多く生じる可能性があるが、開示の実施形態では、１又は２以上の希釈剤を用いて、燃料７０及び酸化剤６８のあらゆる予混合を依然として回避しながら、温度及びエミッションを制御することができる。例えば、開示する実施形態は、燃料７０及び酸化剤６８とは別個に（例えば、燃焼ポイントの後及び／又は拡散火炎から下流側で）１又は２以上の希釈剤を導入することができ、これにより、温度を低下させ、拡散火炎により生じたエミッションを低減するのを助けることができる。
作動時には、図示のように、圧縮機セクション１５２は、ＥＧプロセスシステム５４からの排気ガス６６を受け取って圧縮し、次いで、圧縮した排気ガス１７０を燃焼器セクション１５４における燃焼器１６０の各々に出力する。各燃焼器１６０内で燃料７０、酸化剤６８、及び排気ガス１７０が燃焼すると、追加の排気ガス又は燃焼生成物１７２（すなわち、燃焼ガス）がタービンセクション１５６に送られる。圧縮機セクション１５２と同様に、タービンセクション１５６は、一連の回転タービンブレードを有することができる１又は２以上のタービン又はタービン段１７４を含む。ここで、これらのタービンブレードは、燃焼器セクション１５４において発生した燃焼生成物１７２により駆動され、これにより機械装置１０６に結合されたシャフト１７６の回転を駆動する。この場合も同様に、機械装置１０６は、タービンセクション１５６に結合された機械装置１０６、１７８及び／又は圧縮機セクション１５２に結合された機械装置１０６、１８０など、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２のいずれかの端部に結合された様々な機器を含むことができる。特定の実施形態において、機械装置１０６、１７８、１８０は、１又は２以上の発電機、酸化剤６８用の酸化剤圧縮機、燃料７０用の燃料ポンプ、ギアボックス、又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２ に結合された追加の駆動装置（例えば、蒸気タービン１０４、電気モータ、その他）を含むことができる。以下では、表１を参照しながら、非限定的な実施例を更に詳細に検討する。図示のように、タービンセクション１５６は、排気ガス６０を出力して、排気ガス再循環経路１１０に沿ってタービンセクション１５６の排気ガス出口１８２から排気ガス入口１８４に再循環して圧縮機セクション１５２内に入る。排気ガス再循環経路１１０に沿って、排気ガス６０は、上記で詳細に検討したようにＥＧプロセスシステム５４（例えば、ＨＲＳＧ５６及び／又はＥＧＲシステム５８）を通過する。
この場合も同様に、燃焼器セクション１５４における各燃焼器１６０は、加圧排気ガス１７０、酸化剤６８、及び燃料７０を受け取って混合して、量論的に燃焼し、追加の排気ガス又は燃焼生成物１７２を生成して、タービンセクション１５６を駆動する。特定の実施形態において、酸化剤６８は、１又は２以上の酸化剤圧縮機（ＭＯＣ）を有する主酸化剤圧縮（ＭＯＣ）システム（例えば、主空気圧縮（ＭＡＣ）システム）のような酸化剤圧縮システム１８６により圧縮される。酸化剤圧縮システム１８６は、駆動装置１９０に結合された酸化剤圧縮機１８８を含む。例えば、駆動装置１９０は、電気モータ、燃焼エンジン、又はこれらの組合せを含むことができる。特定の実施形態において、駆動装置１９０は、ガスタービンエンジン１５０のようなタービンエンジンとすることができる。従って、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６の一体化部分とすることができる。換言すると、圧縮機１８８は、ガスタービンエンジン１５０のシャフト１７６により供給される機械出力７２によって直接的又は間接的に駆動することができる。このような実施形態においては、圧縮機１８８は、タービンエンジン１５０からの出力に依存するので、駆動装置１９０は除外してもよい。しかし、１つよりも多い酸化剤圧縮機を利用する特定の実施形態において、第１の酸化剤圧縮機（例えば、低圧（ＬＰ）酸化剤圧縮機）は、駆動装置１９０により駆動することができるが、シャフト１７６は、第２の酸化剤圧縮機（例えば、高圧（ＨＰ）酸化剤圧縮機）を駆動し、或いは、その逆もまた可能である。例えば、別の実施形態において、ＨＰ ＭＯＣは、駆動装置１９０により駆動され、ＬＰ酸化剤圧縮機は、シャフト１７６により駆動される。図示の実施形態において、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６から分離されている。これらの実施形態の各々において、圧縮システム１８６は、酸化剤６８を圧縮して燃料ノズル１６４及び燃焼器１６０に供給する。従って、機械装置１０６、１７８、１８０の一部又は全ては、圧縮システム１８６（例えば、圧縮機１８８及び／又は追加の圧縮機）の作動効率を向上させるように構成することができる。
要素符号１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄ、１０６Ｅ、及び１０６Ｆで示される機械装置１０６の様々な構成要素は、１又は２以上の直列配列、並列配列、又は直列配列と並列配列の何らかの組合せで、シャフト１７６の軸線に沿って及び／又はシャフト１７６の軸線に平行に配置することができる。例えば、機械装置１０６、１７８、１８０（例えば、１０６Ａから１０６Ｆ）は、任意の順序で、１又は２以上のギアボックス（例えば、平行シャフト、遊星ギアボックス）、１又は２以上の圧縮機（例えば、酸化剤圧縮機、ＥＧブースタ圧縮機のようなブースタ圧縮機）、１又は２以上の発電ユニット（例えば、発電機）、１又は２以上の駆動装置（例えば、蒸気タービンエンジン、電気モータ）、熱交換ユニット（例えば、直接式又は間接式熱交換器）、クラッチ、又はこれらの組合せの何らかの直列及び／又は並列配列を含むことができる。圧縮機は、軸方向圧縮機、半径方向又は遠心式圧縮機、又はこれらの組合せを含むことができ、各々が１又は２以上の圧縮段を有する。熱交換器に関しては、直接式熱交換器は、ガス流れを直接冷却するためにガス流れ（例えば、酸化剤流れ）に液体噴霧を注入する噴霧冷却器（例えば、噴霧中間冷却器）を含むことができる。間接式熱交換器は、冷却剤流（例えば、水、空気、冷媒、又は他のいずれかの液体又は気体冷却剤）から流体流れ（例えば、酸化剤流れ）を分離するような、第１及び第２の流れを分離する少なくとも１つの壁（例えば、シェル及び管体熱交換器）を含むことができ、ここで冷却剤流は、どのような直接接触もなく流体流れから熱を伝達する。間接式熱交換器の実施例は、中間冷却器熱交換器、及び熱回収蒸気発生器のような熱回収ユニットを含む。熱交換器はまた、ヒーターを含むことができる。以下でより詳細に検討するように、これらの機械構成要素の各々は、表１に記載される非限定的な実施例によって示される様々な組合せで用いることができる。
一般に、機械装置１０６、１７８、１８０は、例えば、システム１８６における１又は２以上の酸化剤圧縮機の作動速度を調整し、冷却を通じて酸化剤６８の圧縮を促進させ、及び／又は余剰出力を抽出することによって、圧縮システム１８６の効率を向上させるよう構成することができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の機械装置１０６、１７８、１８０における上述の構成要素のあらゆる並び換えを含むことを意図しており、構成要素の１つ、２つ以上、又は全てがシャフト１７６から出力を引き出しており、或いは全て引き出していない。以下で示すように、表１は、圧縮機及びタービンセクション１５２、１５６に近接して配置及び／又は結合された機械装置１０６、１７８、１８０の配列の幾つかの非限定的な実施例を示している。
（表１）
Figure 2016527439
表１において上記で示したように、冷却ユニットはＣＬＲで表され、クラッチはＣＬＵで表され、駆動装置はＤＲＶで表され、ギアボックスはＧＢＸで表され、発電機はＧＥＮで表され、加熱ユニットはＨＴＲで表され、主酸化剤圧縮機ユニットはＭＯＣで表され、低圧及び高圧変形形態はそれぞれＬＰ ＭＯＣ及びＨＰ ＭＯＣで表され、蒸気発生器ユニットはＳＴＧＮで表されている。表１は、圧縮機セクション１５２又はタービンセクション１５６に向かって機械装置１０６、１７８、１８０を順次的に示しているが、表１はまた、逆順の機械装置１０６、１７８、１８０も包含することを意図している。表１において、２又はそれ以上の構成要素を含むあらゆる欄（セル）は、構成要素の並列配列を包含することを意図している。表１は、機械装置１０６、１７８、１８０の図示していない何らかの並び換えを排除することを意図するものではない。機械装置１０６、１７８、１８０のこれらの構成要素は、ガスタービンエンジン１５０に送られる温度、圧力、及び流量のフィードバック制御を可能にすることができる。以下でより詳細に検討するように、酸化剤６８及び燃料７０は、加圧排気ガス１７０の品質を劣化させる何らかの酸化剤６８又は燃料７０無しで、排気ガス１７０の分離及び抽出を可能にするよう特別に選択された位置においてガスタービンエンジン１５０に供給することができる。
図３に示すように、ＥＧ供給システム７８は、ガスタービンエンジン１５０と目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４）との間に配置される。特に、ＥＧ供給システム７８（例えば、ＥＧ抽出システム（ＥＧＥＳ）８０）は、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及び／又はタービンセクション１５６に沿った１又は２以上の抽出ポイント７６にてガスタービンエンジン１５０に結合することができる。例えば、抽出ポイント７６は、圧縮機段の間の２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０の段間抽出ポイント７６のように、隣接する圧縮機段の間に配置することができる。これらの段間抽出ポイント７６の各々は、異なる温度及び圧力の抽出排気ガス４２を提供する。同様に、抽出ポイント７６は、タービン段の間の圧縮機段の間の２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０の段間抽出ポイント７６のように、隣接するタービン段の間に配置することができる。これらの段間抽出ポイント７６の各々は、異なる温度及び圧力の抽出排気ガス４２を提供する。別の実施例によれば、抽出ポイント７６は、燃焼器セクション１５４全体にわたって多数の位置に配置することができ、これらは、異なる温度、圧力、流量、及びガス組成を提供することができる。これらの抽出ポイント７６の各々は、ＥＧ抽出導管、１又は２以上のバルブ、センサ、及び制御部を含むことができ、これらは、ＥＧ供給システム７８への抽出排気ガス４２の流れを選択的に制御するのに用いることができる。
ＥＧ供給システム７８によって分配される抽出した排気ガス４２は、目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４）に好適な制御された組成を有する。例えば、これらの抽出ポイント７６の各々において、排気ガス１７０は、酸化剤６８及び燃料７０の注入ポイント（又は流れ）から実質的に隔離することができる。換言すると、ＥＧ供給システム７８は、どのような酸化剤６８又は燃料７０の追加も無しに排気ガス１７０をガスタービンエンジン１５０から抽出するよう特別に設計することができる。更に、燃焼器１６０の各々における量論的燃焼の観点で、抽出した排気ガス４２は、実質的に酸素及び燃料を含まないものとすることができる。ＥＧ供給システム７８は、原油二次回収、炭素隔離、貯蔵、又は施設外の場所への輸送など、種々のプロセスで使用するために抽出した排気ガス４２を炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４に直接的又は間接的に送ることができる。しかし、特定の実施形態において、ＥＧ供給システム７８は、目標システムと共に使用する前に、排気ガス４２を更に処理するためにＥＧ処理システム（ＥＧＴＳ）８２を含む。例えば、ＥＧ処理システム８２は、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８などの１又は２以上のストリーム９５への排気ガス４２を精製及び／又は分離することができる。これらの処理された排気ガスストリーム９５は、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４（例えば、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０）とは個別に又は何らかの組合せで用いることができる。
ＥＧ供給システム７８において実施された排気ガスの処理と同様に、ＥＧプロセスシステム５４は、要素番号１９４、１９６、１９８、２００、２０２、２０４、２０６、２０８、及び２１０により示されるような、複数の排気ガス（ＥＧ）処理構成要素１９２を含むことができる。これらのＥＧ処理構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、１又は２以上の直列配列、並列配列、又は直列配列と並列配列の何らかの組合せで排気ガス再循環経路１１０に沿って配置することができる。例えば、ＥＧ処理構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、任意の順序で、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、凝縮器、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、又はこれらのいずれかの組合せを含むことができる。特定の実施形態において、触媒システムは、酸化触媒、一酸化炭素還元触媒、窒素酸化物還元触媒、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、シリコーン酸化物、チタン酸化物、プラチナ酸化物、パラジウム酸化物、コバルト酸化物、又は混合金属酸化物、或いはこれらの組合せを含むことができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の上述の構成要素１９２のあらゆる並び換えを含むことを意図している。以下に示すように、表２は、排気ガス再循環経路１１０に沿った構成要素１９２の配列の幾つかの非限定的な実施例を示している。
（表２）
Figure 2016527439
表２において上記で示したように、触媒ユニットはＣＵで表され、酸化触媒ユニットはＯＣＵで表され、ブースタブロアはＢＢで表され、熱交換器はＨＸで表され、熱回収ユニットはＨＲＵで表され、熱回収蒸気発生器はＨＲＳＧで表され、凝縮器はＣＯＮＤで表され、蒸気タービンはＳＴで表され、粒子状物質除去ユニットはＰＲＵで表され、除湿ユニットはＭＲＵで表され、フィルタはＦＩＬで表され、凝集フィルタはＣＦＩＬで表され、水不透過性フィルタはＷＦＩＬで表され、慣性力選別装置はＩＮＥＲで表され、希釈剤供給システム（例えば、蒸気、窒素、又は他の不活性ガス）はＤＩＬで表される。表２は、タービンセクション１５６の排気ガス出口１８２から圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に向かって構成要素１９２を順次的に示しているが、図示の構成要素１９２の逆順も包含することを意図している。表２において、２又はそれ以上の構成要素を含むあらゆる欄（セル）は、構成要素を備えた一体的ユニット、構成要素の並列配列、又はこれらの組合せを包含することを意図している。更に、表２において、ＨＲＵ、ＨＲＳＧ、及びＣＯＮＤはＨＥの実施例であり、ＨＲＳＧは、ＨＲＵの実施例であり、ＣＯＮＤ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬはＷＲＵの実施例であり、ＩＮＥＲ、ＦＩＬ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬはＰＲＵの実施例であり、ＷＦＩＬ及びＣＦＩＬは、ＦＩＬの実施例である。この場合も同様に、表２は、構成要素１９２の図示していない何らかの並び換えを排除することを意図するものではない。特定の実施形態において、図示の構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、又はこれらの組合せ内で部分的に又は完全に一体化することができる。これらのＥＧ処理構成要素１９２は、温度、圧力、流量及びガス組成のフィードバック制御を可能にすると同時に、排気ガス６０から水分及び粒子状物質を除去することができる。更に、処理された排気ガス６０は、ＥＧ供給システム７８で使用するために１又は２以上の抽出ポイント７６にて抽出され、及び／又は圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に再循環することができる。
処理された再循環排気ガス６６が圧縮機セクション１５２を通過すると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の管路２１２（例えば、ブリード導管又はバイパス導管）に沿って加圧排気ガスの一部を抜き取ることができる。各管路２１２は、排気ガスを１又は２以上の熱交換器２１４（例えば、冷却ユニット）に送り、これによりＳＥＧＲガスタービンシステム５２への再循環のために排気ガスを冷却することができる。例えば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、タービンケーシング、タービンシュラウド、軸受、及び他の構成要素の冷却及び／又はシールのため管路２１２に沿ってタービンセクション１５６に送ることができる。このような実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、冷却及び／又はシール目的でタービンセクション１５６を通って何らかの酸化剤６８（又は他の可能性のある汚染物質）を送らず、従って、冷却された排気ガスの何らかの漏洩が、タービンセクション１５６のタービン段を流動し駆動する高温の燃焼生成物（例えば、作動排気ガス）を汚染することはない。別の実施例によれば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、管路２１６（例えば、戻り導管）に沿って圧縮機セクション１５２の上流側圧縮機段に送られ、これにより圧縮機セクション１５２による圧縮効率を向上させることができる。このような実施形態において、熱交換器２１４は、圧縮機セクション１５２における段間冷却ユニットとして構成することができる。このようにして、冷却された排気ガスは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の作動効率を向上させるのを助けると同時に、排気ガスの純度（例えば、実質的に酸化剤及び燃料を含まない）を維持するのを助ける。
図４は、図１〜３に示したシステム１０の動作プロセス２２０の実施形態のフローチャートである。特定の実施形態において、プロセス２２０は、コンピュータに実装されたプロセスとすることができ、メモリ１２２上に格納された１又は２以上の命令にアクセスして、図２に示すコントローラ１１８のプロセッサ１２０上で命令を実行する。例えば、プロセス２２０の各ステップは、図２を参照して説明された制御システム１００のコントローラ１１８によって実行可能な命令を含むことができる。
プロセス２２０は、ブロック２２２で示されるように、図１〜３のＳＥＧＲガスタービンシステム５２の始動モードを開始するステップで始まることができる。例えば、始動モードは、熱勾配、振動、及びクリアランス（例えば、回転部品と固定部品間の）を許容可能閾値内に維持するよう、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の漸次的な立ち上がりを含むことができる。例えば、始動モード２２２の間、プロセス２２０は、ブロック２２４で示されるように、加圧された酸化剤６８を燃焼器セクション１５４の燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に供給するのを開始することができる。特定の実施形態において、圧縮された酸化剤は、圧縮空気、酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又はこれらの組合せを含むことができる。例えば、酸化剤６８は、図３に示す酸化剤圧縮システム１８６により圧縮することができる。プロセス２２０はまた、ブロック２２６で示されるように、始動モード２２２の間、燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に燃料を供給するのを開始することができる。始動モード２２２の間、プロセス２２０はまた、ブロック２２８で示されるように、燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に排気ガス（利用可能な）供給するのを開始することができる。例えば、燃料ノズル１６４は、１又は２以上の拡散火炎、予混合火炎、又は拡散火炎と予混合火炎の組合せを生成することができる。始動モード２２２の間、ガスタービンエンジン１５６により生成される排気ガス６０は、量及び／又は品質が不十分又は不安定になる可能性がある。従って、始動モードの間、プロセス２２０は、１又は２以上の貯蔵ユニット（例えば、貯蔵タンク８８）、パイプライン８６、他のＳＥＧＲガスタービンシステム５２、又は他の排気ガス供給源から排気ガス６６を供給することができる。
次いで、プロセス２２０は、１又は２以上の拡散火炎、予混合火炎、又は拡散及び予混合火炎の組合せによってブロック２３０で示されるように、燃焼器１６０において圧縮された酸化剤、燃料、及び排気ガスの混合気を燃焼させて高温燃焼ガス１７２を生成することができる。特に、プロセス２２０は、燃焼器セクション１５４の燃焼器１６０において混合気の量論的燃焼（例えば、量論的拡散燃焼、予混合燃焼、又は両方）を可能にするよう、図２の制御システム１００により制御することができる。しかし、始動モード２２２の間、混合気の量論的燃焼を維持することが特に困難となる可能性がある（及びひいては低レベルの酸化剤及び未燃燃料が高温燃焼ガス１７２中に存在する可能性がある）。結果として、始動モード２２２において、高温燃焼ガス１７２は、以下で更に詳細に検討するように、定常状態モード中よりも多くの量の残留酸化剤６８及び燃料７０を有する可能性がある。このため、プロセス２２０は、始動モードの間に高温燃焼ガス１７２中の残留酸化剤６８及び燃料７０を低減又は排除するよう１又は２以上の制御命令を実行することができる。
次いで、プロセス２２０は、ブロック２３２で示されるように、高温燃焼ガス１７２を用いてタービンセクション１５６を駆動する。例えば、高温燃焼ガス１７２は、タービンセクション１５６内に配置された１又は２以上のタービン段１７４を駆動することができる。タービンセクション１５６の下流側では、プロセス２２０は、ブロック２３４で示されるように、最終タービン段１７４からの排気ガス６０を処理することができる。例えば、排気ガス処理ステップ２３４は、濾過、何らかの残留酸化剤６８及び／又は燃料７０の触媒反応、化学的処理、ＨＲＳＧ５６を用いた熱回収、及びその他を含むことができる。プロセス２２０はまた、ブロック２３６で示されるように、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の圧縮機セクション１５２に排気ガス６０の少なくとも一部を再循環することができる。例えば、排気ガスの再循環ステップ２３６は、図１〜図３に示すように、ＥＧプロセスシステム５４を有する排気ガス再循環経路１１０の通過を含むことができる。
次いで、再循環された排気ガス６６は、ブロック２３８で示されるように、圧縮機セクション１５２において圧縮することができる。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、圧縮機セクション１５２の１又は２以上の圧縮機段１５８において再循環排気ガス６６を順番に圧縮することができる。それに続いて、圧縮された排気ガス１７０は、ブロック２２８で示されるように、燃焼機１６０及び燃料ノズル１６４に供給することができる。段階２３０、２３２、２３４、２３６、及び２３８は、ブロック２４０で示されるように、次に、プロセス２２０が定常モードに最終的に移行するまで繰り返すことができる。移行した時に２４０、プロセス２２０は、段階２２４から２３８を実行し続けることができるが、ブロック２４２で示されるように、ＥＧ供給システム７８を通じて排気ガス４２の抽出を開始することもできる。例えば、排気ガス４２は、図３に示すように圧縮機セクション１５２、燃焼機セクション１５４、タービンセクション１５６に沿って１又は２以上の抽出ポイント７６から抽出することができる。次いで、プロセス２２０は、ブロック２４４で示されるように、ＥＧ供給システム７８から抽出された排気ガス４２を炭化水素生成システム１２に供給することができる。炭化水素生成システム１２は、次に、ブロック２４６で示されるように、オイル回収の強化のために排気ガス４２を地中３２に注入することができる。例えば、抽出された排気ガス４２は、図１−３に示すＥＯＲシステム１８の排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２によって使用することができる。
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２のいくつかの実施形態において、排気ガス４２を再循環して使用し、ガスタービンエンジン１５０の燃焼器セクション１５４を冷却する。図５は、図６〜図９に詳細に示されている種々の特徴を含む燃焼器セクション１５４の概略図である。前の図に示したものと共通の図５の要素は、同じ参照番号で符号が付されている。燃焼器１６０の軸方向は矢印２９４によって示され、半径方向は矢印２９６によって示され、円周方向は矢印２９８によって示されている。図５に示すように、酸化剤圧縮システム１８６は、燃焼器１６０のヘッド端部部分３０２において種々の位置に与えることができる圧縮酸化剤３００を生成する。燃料７０は、タービン燃焼器１６０のヘッド端部部分３０２において１又は２以上の燃料ノズル１６４に与えられる。上記で検討したように、酸化剤３００及び燃料７０は、１又は２以上の予混合燃料ノズルを介して燃焼器１６０の中に注入する前に混合され、１又は２以上の拡散火炎ノズルを介して燃焼チャンバ１６０において混合され、又はこれらのいずれかの組合せとすることができる。従って、燃料ノズル１６４は、拡散燃料ノズル、予混合燃料ノズル、又はこれらのいずれかの組合せとすることができる。圧縮酸化剤３００は、空気、酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、又は酸素窒素混合気を含むことができる。いくつかの実施形態において、圧縮酸化剤３００は、約１０、５、又は１容積パーセントよりも低い排気ガス４２の濃度を有することができる。上記で検討したように、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、圧縮機セクション１５２及び燃焼器セクション１５４の少なくとも一部（例えば、１又は２以上の燃焼器１６０）を通って排気ガス４２（例えば、加圧排気ガス１７０）の一部を再循環することができる。以下で検討する実施形態のいくつかにおいて、排気ガス４２及び／又は比較的不活性なガス３０４は、燃焼器１６０のヘッド端部部分３０２を通って再循環しない。燃焼器セクション１５２からの加圧排気ガス１７０及び／又は比較的不活性なガス３０４は、ヘッド端部部分３０２にではなく燃焼器１６０のタービン端部部分３１０に供給することができ、従って、酸化剤３００と不活性ガス３０４の間の分離を維持することを助けることができる。いくつかの実施形態において、不活性ガス３０４は、約１０、５、又は１容積パーセントよりも低い酸化剤３００（例えば、酸素（Ｏ2））を有することができる。１又は２以上の燃料７０は、燃料ノズル１６４に供給することができる。例えば、燃料７０は、限定するわけではないが、ガス燃料（例えば、天然ガス、プロセスガス、メタン、水素、一酸化炭素）、液体燃料（例えば、軽質留分、ケロシン、灯油）、又はこれらのいずれかの組合せを含むことができる。
圧縮機セクション１５２は、不活性ガス３０４（例えば、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、加圧排気ガス１７０）を圧縮機排出ケーシング３０５に供給し、これは燃焼器セクション１５４（例えば、燃焼チャンバ１６８）の燃焼器１６０の少なくとも一部を封入する。不活性ガス３０４は、酸化剤３００に対して実質的に不活性（例えば、非反応的）にすることができる。燃焼チャンバ１６８は、ヘッド端部部分３０２の燃焼器キャップ３０６及び燃焼器１６０の軸線２９４に沿った燃焼器ライナー３０８（例えば、内壁）によって部分的に封入される。燃焼器ライナー３０８は、燃焼チャンバ１６８の周囲で円周方向２９８に延びる。燃焼器１６０のタービン端部部分３１０は、酸化剤３００及び燃料７０の燃焼からの燃焼ガス１７２を下流方向３１２にタービンセクション１５６まで案内する。いくつかの実施形態において、燃焼器１６０を出る燃焼ガス１７２は、１０、５、３、２、又は１容積パーセントよりも低い酸化剤３００及び燃料７０の濃度で実質的に酸化剤３００及び燃料７０を含まないものとすることができる。流れスリーブ３１４（例えば、中間壁）は、流体（例えば、排気ガス１７０のような不活性ガス３０４）が燃焼チャンバ１６８の外側に沿って流れることを可能にする燃焼器ライナー３０８の周りの通路３１６を形成する。通路３１６は、燃焼器ライナー３０８の周囲で円周方向２９８に延び、流れスリーブ３１４は、通路３１６の周囲で円周方向２９８に延びる。いくつかの実施形態において、不活性ガス３０４は、燃焼チャンバ１６８のための一次冷却媒体及び／又は燃焼ガス１７２のためのヒートシンクである。
通路３１６は、ヘッド端部部分３０２及び排出ケーシング３０５に対して開口することができる。いくつかの実施形態において、圧縮酸化剤３００の一部は、タービンセクション１５６に向かってヘッド端部部分３０２から燃焼ガス１７２に対して下流方向３１２に通路３１６の酸化剤セクション３１８に流入する。不活性ガス３０４（例えば、排気ガス１７０）は、燃焼器１６０のタービン端部部分３１０から燃焼ガス１７２に対して上流方向３２２に通路３１６の冷却セクション３２０に流入する。障壁セクション３２４は、酸化剤セクション３１８を冷却セクション３２０から分離する。以下で詳細に検討するように、障壁セクション３２４は、酸化剤３００及び不活性ガス３０４が通路３１６内で相互作用するのを少なくとも部分的に遮断する物理的障壁を含むことができ、及び／又は障壁セクション３２４は、動的障壁を含むことができる。反対方向の流れ（例えば、下流方向３１２に酸化剤３００、上流方向３２２に不活性ガス３０４）は、いずれかの流れが他のセクション（例えば、酸化剤セクション３１８、冷却セクション３２０）を通過するのを実質的に遮断するように動的障壁において相互作用する。
いくつかの実施形態において、抽出スリーブ３２６は、流れスリーブ３１４及び圧縮機セクション１５４の少なくとも一部の周囲に円周方向２９８に延びる。抽出スリーブ３２６は、流れスリーブ３１４と流体連通状態にあり、それによって、流れスリーブ３１４内の不活性ガス３０４（例えば、加圧排気ガス１７０）の一部を排気ガス抽出システム８０に抽出できるようにする。不活性ガス３０４を抽出スリーブ３２６の中に抜き取り、通路３１６内の不活性ガス３０４の流量を制御することができる。上記いくつかの実施形態において説明したように、加圧排気ガス１７０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２を通って再循環されて原油二次回収のために流体注入システム３６によって利用することができる。
図６は、動的障壁３４０によって通路３１６内で酸化剤３００及び不活性ガス３０４を分離した燃焼器１６０の実施形態の概略図を示す。酸化剤３００及び燃料７０は、ヘッド端部部分３０２及び燃料ノズル１６４に供給される。コントローラ３４２は、ヘッド端部部分３０２への燃料７０及び酸化剤３００の供給を制御する。コントローラ３４２は、燃料ノズル１６４を制御して燃焼チャンバ１６８内の酸化剤３００及び燃料７０の混合及び配分を調節することができる。酸化剤３００の一部３４４は、燃焼器ライナー３０８に沿って通路３１６に供給することができる。混合孔３４６は、酸化剤部分３４４を燃焼チャンバ１６８の中に向け、燃料ノズル１６４からの酸化剤３００及び燃料７０を混合して（例えば、均一に混合して）１又は２以上の燃料ノズル１６４からの火炎３４８（例えば、拡散火炎及び／又は予混合火炎）を安定化させ及び／又は燃焼チャンバ１６８内で火炎３４８を成形することができる。コントローラ３４２は、燃焼器キャップ３０６を通って注入された酸化剤／燃料混合気を調節することができ、コントローラ３４２は、混合孔３４６又は通路３１６を通って供給された酸化剤部分３４４を調節して燃焼チャンバ１６８内の反応の当量比を制御することができる。いくつかの実施形態において、燃焼器ライナー３０８は、ヘッド端部部分３０２の近位に１又は２以上の横列の混合孔３４６を有することができる。例えば、燃焼器ライナー３０８は、燃焼器ライナー３０８の周りに約１〜１０００、１〜５００、１〜１００、１〜１０、又は他のあらゆる数の横列の混合孔３４６を有することができ、各横列は、約１〜１０００又はそれ以上の孔３４６を含むことができる。いくつかの実施形態において、混合孔３４６は、燃焼器ライナー３０８の周りに対称的に間隔を置いて配置される。いくつかの実施形態において、混合孔３４６の位置、形状、及び／又はサイズは、少なくとも部分的に燃焼器キャップ３０６からの間隔に基づいて異なる場合がある。混合孔３４６の形状は、限定するわけではないが、円形、スロット、又はシェブロン、又はこれらのいずれかの組合せを含むことができる。
不活性ガス３０４は、入口３５０を通って圧縮機排出ケーシング３０５から流れてスリーブ３１４に流入する。不活性ガス３０４は、１又は２以上の冷却プロセスにより燃焼器ライナー３０８を冷却する。例えば、入口３５０を流動する不活性ガス３０４は、ライナー３０８に対する衝突冷却によって入口３５０の反対側の燃焼器ライナー３０８を冷却することができる。通路３１６の冷却セクション３２０を流動する不活性ガス３０４は、外面３５２に沿って対流冷却及び／又は膜冷却によってライナー３０８を冷却することができる。不活性ガス３０４は、燃焼器ライナー３０８において混合孔３４６及び／又は希釈孔３５６を流動することによって内面３５４を冷却することができる。いくつかの実施形態において、燃焼器ライナー３０８は、混合孔３４６の下流（例えば、矢印３１２）に１又は２以上の横列の希釈孔３５６を有することができる。例えば、燃焼器ライナー３０８は、燃焼器ライナー３０８の周りに約１〜１０００、１〜５００、１〜１００、１〜１０、又は他のあらゆる数の横列の希釈孔３５６を有することができる。いくつかの実施形態において、希釈孔３５６は、燃焼器ライナー３０８の周りに対称的に間隔を置いて配置される。混合孔３４６と共に上記で検討したように、希釈孔３５６は、少なくとも部分的に燃焼器キャップ３０６からの間隔に基づいて様々な位置、形状、及び／又はサイズを含むことができる。
いくつかの実施形態において、混合孔３４６は、不活性ガス３０４（例えば、排気ガス１７０）を燃焼チャンバ１６８の中に向け、燃料ノズル１６４からの酸化剤３００及び燃料７０と混合して火炎３４８を安定化させ、火炎３４８を消してエミッション（例えば、ＮＯｘエミッション）を低減し、及び／又は燃焼チャンバ１６８内で火炎３４８を成形する。いくつかの実施形態において、酸化剤３００及び燃料７０を混合することで、当量比を約１．０にする助けとなる場合がある。混合孔３４６は、火炎ゾーン３５８に沿って燃焼器ライナー３０８を通って延びる。火炎ゾーン３５８は、燃焼チャンバ１６８内で火炎３４８を少なくとも部分的に取り囲む。従って、混合孔３４６は、流体（例えば、酸化剤３００、不活性ガス３０４）を火炎３４８に向けて、燃焼の当量比に影響を与えることができる。混合孔３４６による流体（例えば、酸化剤３００、不活性ガス３０４）の流量、速度、及び／又は方向は、燃焼チャンバ１６８において火炎３４８の種々のパラメータに影響を与えることができる。例えば、流体の流量及び速度は、火炎３４８を成形することによって酸化剤３００及び燃料７０の混合に影響を与えることができる。いくつかの実施形態において、下流側で角度をなす混合孔３４６を通る流体流れは、燃焼器ライナー３０８に沿って冷却膜（例えば、膜冷却）を形成することができる。
希釈孔３５６は、希釈領域３６０に沿って燃焼器ライナー３０８を通って延びる。希釈領域３６０は、火炎ゾーン３５８とタービン端部部分３１０に接続されたタービンセクション１５６との間にあってよい。希釈孔３５６は、不活性ガス３０４（例えば、排気ガス１７０）を燃焼チャンバ１６８の中に向けて燃焼ガス１７２を冷却し及び／又はタービン端部セクション３１０の近くの反応剤（例えば、酸化剤３００、燃料７０）を希釈することができる。希釈孔３５６を通る不活性ガス３０４の流量、速度、及び／又は方向は、燃焼ガス１７２の種々のパラメータに影響を与えることができる。例えば、不活性ガス３０４の速度の増加は、燃焼ガス１７２を混合して当量比を増加させ、及び／又は未反応酸化剤３００又は燃料７０の希釈を増大させることができる。不活性ガス３０４の流量を増加させることで、燃焼ガス１７２を更に希釈して冷却することができ、ＮＯｘのようなエミッションを低減するのに役立つことができる。いくつかの実施形態において、燃焼ガス１７２及び火炎３４８は、火炎ゾーン３５８において約１８００℃〜２２００℃である。不活性ガス３０４は、タービン端部部分３１０の出口３６２において燃焼ガス１７２を約１７００℃未満まで冷却する。いくつかの実施形態において、不活性ガス３０４は、約１００℃、２５０℃、５００℃、７５０℃、又は１０００℃又はそれ以上の燃焼ガス１７２を希釈領域３６０により冷却することができる。いくつかの実施形態において、希釈孔３５６は、希釈領域３６０内で段階的であり、燃焼ガス１７２から望ましい熱除去、燃焼ガス１７２の望ましい出口温度プロフィール、又は望ましい不活性ガス３０４分布、又はこれらのいずれかの組合せを可能にする。
不活性ガス３０４（例えば、排気ガス１７０）は、通路３１６に流入してヘッド端部部分３０２に向かって上流方向３２２に流れる。いくつかの実施形態において、コントローラ３４２は、流れスリーブ３１４及び／又は抽出スリーブ３２６に沿って１又は２以上のバルブ３６４を制御して通路３１６への不活性ガス３０４の流量を制御することができる。理解できるように、不活性ガス３０４及び酸化剤３００は、不活性ガス３０４及び酸化剤３００が燃焼チャンバ１６８に流入することができるように燃焼ガス１７２の圧力まで加圧することができる。酸化剤部分３４４は、通路３１６に流入してヘッド端部部分３０２からタービン端部部分３１０に向かって下流方向３１２に流れる。いくつかの実施形態において、酸化剤部分３４４及び不活性ガス３０４は、通路３１６内の動的障壁３４４において相互作用する。動的障壁３４０は、対向する酸化剤部分３４４流れ及び不活性ガス３０４流れの相互作用である。動的障壁３４０において、下流側に流れる酸化剤部分３４４は、不活性ガス３０４が動的障壁３４０を越えて上流側に流れるのを実質的に遮断し、上流側に流れる不活性ガス３０４は、酸化剤部分３４４が動的障壁３４０を越えて下流側に流れるのを実質的に遮断する。動的障壁３４０は、通路３１６の障壁セクション内に位置決めされ、通路３１６内で酸化剤部分３４４を不活性ガス３０４から分離する。従って、通路３１６の酸化剤セクション３１８は、不活性ガス３０４を実質的に含まない酸化剤部分３４４を供給し、通路３１６の冷却セクション３２０は、酸化剤部分３４４を実質的に含まない不活性ガス３０４を供給する。通路３１６に沿った動的障壁３４０の位置は、少なくとも部分的に通路３１６内の酸化剤部分３４４及び不活性ガス３０４のパラメータ（例えば、相対的流量、圧力、速度）に基づいて燃焼器１６０の作動中に（例えば、動的に）調節可能とすることができる。動的障壁３４０の位置の調節は、酸化剤セクション３１８及び冷却セクション３２０の相対的長さに影響を与える。
動的障壁３４０は、不活性ガス３０４の圧力が酸化剤部分３４４の圧力又は圧力平衡点にほぼ等しい通路３１６内に位置することができる。例えば、通路３１６内の不活性ガス３０４の圧力がヘッド端部部分３０２において酸化剤３００の圧力にほぼ等しい場合、ヘッド端部部分３０２の近くの第１の位置３６６に動的障壁３４０を位置決めすることができる。ヘッド端部部分３０２の近くに動的障壁３４０を位置決めすることで、混合孔３４６を通って酸化剤部分３４４の流れを減少させ、混合孔３４６を通って不活性ガス３０４の流れを増加させることができる。第１の位置３６６にある動的障壁３４０は、火炎ゾーン３５８において酸化剤３００の濃度を低下させることができる。通路３１６における酸化剤部分３４４の圧力が、圧縮機排出ケーシング３０５における不活性ガス３０４の圧力にほぼ等しい場合、燃焼器１６０のタービン端部部分３１０の近くの第２の位置３６８に動的障壁３４０を位置決めすることができる。タービン端部部分３１０の近くに動的障壁３４０を位置決めすることで、混合孔３４６を通って不活性ガス３０４の流れを減少又は排除し、混合孔３４６を通って酸化剤部分３４４の流れを増加させることができる。第２の位置３６８における動的障壁３４０は、火炎ゾーン３５８において酸化剤３００の濃度を増加させることができる。圧力平衡点、従って、酸化剤部分３４４と不活性ガス３０４との間の通路３１６内の動的障壁３４０の位置は、通路３１６内の酸化剤部分３４４及び不活性ガス３０４の圧力を制御することによって制御することができる。動的障壁３４０を通路３１６内に位置決めして、混合孔３４６及び／又は希釈孔３５６を通る流体の組成を制御することができる。例えば、動的障壁３４０を混合孔３４６に対して位置決めして燃焼チャンバ１６８に供給された酸化剤部分３４４を調節し、それによって燃焼の当量比に影響を与えることができる。動的障壁３４０は、不活性ガス３０４（例えば、排気ガス１７０）による燃焼器ライナー３０８及び燃焼ガス１７２の冷却を制御するように位置決めすることができる。従って、動的障壁３４０の位置は、燃焼器ライナー３０８を通って燃焼チャンバ１６８に流入する流体の組成、酸化剤３００及び燃料７０の混合、火炎３４８の形状、燃焼器ライナー３０８の温度、燃焼ガス１７２の温度、燃焼ガス１７２内のエミッション（例えば、ＮＯｘ）、又はこれらのいずれかの組合せを制御することができる。
コントローラ３４２は、通路３１６への酸化剤部分３４４の流入を制御し、通路３１６内の不活性ガス３０４（例えば、排気ガス１７０）の流れを制御することによって動的障壁３４０の位置を制御することができる。いくつかの実施形態において、コントローラ３４０は、ヘッド端部部分３０２内の酸化剤部分３４４の圧力を制御し、及び／又は燃料ノズル１６４に供給された酸化剤３００の流量を制御することにより酸化剤部分３４４の流れを制御する。コントローラ３４２は、圧縮機排出ケーシング３０５への排気ガス４２の流入を制御し、圧縮機排出ケーシング３０５内の圧力を制御し、及び／又は抽出スリーブ３２６を通してブリード流れ３７０を制御することによって通路３１６への不活性ガス３０４の流入を制御することができる。抽出スリーブ３２６に接続されたバルブ３６４は、通路３１６を通って不活性ガス３０４の流れを制御することができる。例えば、バルブ３６４を開放することで、冷却セクション３２０を通してブリード流れ３７０を増加させて不活性ガス３０４の流れを減少させ、それによって、動的障壁３４０をタービン端部部分３１０に向けて移動させることができる。バルブ３６４を閉鎖することで、排気ガス抽出システム８０へのブリード流れ３７０を減少させることができ、冷却セクション３２０を通して燃焼チャンバ１６８への不活性ガス３０４の流れを増加させることができる。従って、バルブ３６４を閉鎖することで、動的障壁３４０をヘッド端部部分３０２に向けて移動させることができる。ヘッド端部部分３０２が不活性ガス３０４を実質的に含まない状態を維持しながら、コントローラ３４２は、酸化剤部分３４４及び不活性ガス３０４を制御して通路３１６内の動的障壁３４０を調節することができる。タービン端部部分３１０にある燃焼ガス１７２が酸化剤３００を実質的に含まない状態を維持しながら、コントローラ３４２は、通路内の動的障壁３４０を調節することができる。上記で検討したように、低濃度の燃焼ガス１７２（例えば、約１０、５、又は１容積パーセントよりも低い酸化剤３００）は、加圧排気ガス１７０として燃焼器を通して再循環され、及び／又は原油二次回収のために流体注入システム３６によって利用することができる。
図７は、通路３１６の障壁セクション３２４において物理的障壁４００又は仕切りによって通路３１６内で分離された酸化剤３００及び不活性ガス３０４を有する燃焼器１６０の実施形態の概略図を示す。図６で上述したように、酸化剤３００はヘッド端部部分３０２に流入することができ、不活性ガス３０４は通路３１６に流入することができる。物理的障壁４００は、燃焼器ライナー３０８と流れスリーブ３１４との間に配置され、少なくとも部分的には通路３１６を通る流体流れを遮断する。いくつかの実施形態において、物理的障壁４００は、燃焼器ライナー３０８及び流れスリーブ３１４とは別個の構成要素である。例えば、物理的障壁４００は、燃焼器ライナー３０８の周りの継手（例えば、リング、部分リング、環状壁）とすることができる。物理的障壁４００は、燃焼器ライナー３０８及び流れスリーブ３１４と接続して酸化剤部分３４４と不活性ガス３０４との間の流体連通を少なくとも部分的に遮断するシールを有することができる。いくつかの実施形態において、物理的障壁４００は、燃焼器ライナー３０８又は流れスリーブ３１４に接続され又は一体的に形成される。例えば、物理的障壁４００は、燃焼器ライナー３０８の周り又は流れスリーブ３１４内に円周方向２９８に配置されたフランジとすることができる。
いくつかの実施形態において、物理的障壁４００は、障壁セクション３２４の通路全体を実質的に遮断し、それによって、不活性ガス３０４及び酸化剤部分３４４が通路３１６内で相互作用するのを遮断する。図７に示すように、１又は２以上の部分的な物理的障壁４０２は、通路３１６において酸化剤部分３４４と不活性ガス３０４の間の全ての流体連通を実質的に遮断する物理的障壁４００に加えて通路３１６内に配置することができる。１又は２以上の部分的な物理的障壁４０２は、部分的な物理的障壁４０２を越えて混合孔３４６又は希釈孔３５６を通って燃焼チャンバ１６８に流入する流体（例えば、酸化剤部分３４４、不活性ガス３０４）の圧力、速度、及び／又は流量に影響を与えることができる。例えば、混合孔３４６の間の酸化剤セクション３１８における部分的な物理的障壁４０２は、部分的な物理的障壁４０２の下流側（例えば、矢印３１２）の混合孔３４６を通って酸化剤部分３４４の流量又は圧力を減少させることができる。
いくつかの実施形態において、部分的な物理的障壁４０２は、部分的な物理的障壁４０２にわたる流体連通を制限又は限定する通路又は流れガイドを含む。部分的な物理的障壁４０２は、部分的な物理的障壁４０２の周囲を流れる酸化剤３００又は不活性ガス３０４の速度及び／又は圧力に影響を与えることができる。従って、１又は２以上の部分的な物理的障壁４０２を利用して、上記で検討した動的障壁３４０の位置を制御することができる。例えば、希釈孔３５６の上流側（例えば、矢印３２２）の冷却セクション３２０における部分的な物理的障壁４０２は、動的障壁３４０がヘッド端部部分３０２の近位ではなく望ましい当量比に対して混合孔３４６の近位又は混合孔３４６の中に位置決めされるように不活性ガス３０４の圧力を減少させることができる。いくつかの実施形態において、通路３１６への酸化剤部分３４４及び不活性ガス３０４の流入の制御に加えて部分的な物理的障壁４０２を利用して、動的障壁３４０を形成することができる。
上記で検討したように、コントローラ３４２は、ヘッド端部部分３０２への酸化剤３００の流れを制御することができ、通路３１６及び抽出スリーブ３２６への不活性ガス３０４（例えば、排気ガス１７０）の流入を制御することができる。いくつかの実施形態において、コントローラ３４２は、燃料ノズル１６４の第１のセット４０６に対する第１の燃料４０４の配分を制御し、第２のセット４１０の燃料ノズル１６４への第２の燃料４０８の配分を制御する。各セット４０６、４１０は、１又は２以上の燃料ノズル１６４を含むことができる。例えば、図７に示すように、第１のセット４０６は中心燃料ノズルを含むことができ、第２のセット４１０は周囲燃料ノズル（例えば、約１〜１０のノズル）を含むことができる。いくつかの実施形態において、第１のセット４０６はパイロット燃料ノズルとすることができ、第１の燃料４０４は、第２のセット４１０の周囲燃料ノズルによって注入された第２の燃料４０８よりも高く加熱するバルブを有することができる。理解できるように、第１のセット４０６の燃料ノズルは、ガスタービンエンジン１５０の始動で使用することができ、第１の燃料４０４の流量は、ガスタービンエンジン１５０の作動期間後に減少させることができる。第１のセット４０６は、第２のセット４１０の火炎安定性を改善することができる。いくつかの実施形態において、燃料ノズル１６４の第１のセット４０６の周りの燃焼器キャップ３０６を通って注入された酸化剤３００は、第１のセット４０６の火炎３４８を遮蔽及び／又は安定化させることができる。第１のセット４０６の燃料ノズル１６４から注入された第１の燃料４０４は、燃焼率を調節し、それによって当量比に影響を与えることができる。いくつかの実施形態において、第２のセット４１０の燃料ノズル１６４は、主としてガスタービンエンジン１５０の定常状態作動に利用される第２の燃料４０８を提供する。
第１及び第２の燃料４０４、４０８は、限定するわけではないが、天然ガス、液化天然ガス（ＬＮＧ）、シンガス、一酸化炭素、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、ケロシン、ディーゼル燃料、軽質留分、灯油、エタノール、メタノール、バイオ燃料、又はこれらのいずれかの組合せを含むことができる。いくつかの実施形態において、第１及び第２の燃料４０４、４０８は、同じ燃料であり、コントローラ３４２は、第１及び第２のセット４０６、４１０の燃料ノズルに対する配分を差動的に制御する。２つの燃料４０４、４０８及び２つのセット４０６、４１０の燃料ノズル１６４を上述したが、燃焼器１６０のいくつかの実施形態は、１、２、３、４、５、又はそれ以上の燃料ノズルのセット１６４を有して１、２、３、４、５、又はそれ以上の燃料７０を燃焼チャンバ１６８の中に注入することができることは理解することができる。
いくつかの実施形態において、燃料ノズル（例えば、周囲燃料ノズル）の第２のセット１６４は、燃焼器１６０の中に注入された全燃料の約７０、８０、９０、又は９５パーセント以上を提供することができる。コントローラ３４２は、第２のセット４１０の燃料ノズル１６４を制御してバルク燃焼器の当量比を調節することができ、第１のセット４０６の燃料ノズル１６４（例えば、中心燃料ノズル）を制御して当量比を微調整することができる。例えば、第１のセット４０６の燃料ノズル１６４は、燃焼器１６０の中に注入された全燃料の約３０、２０、１０、又は５パーセントよりも小さいものを提供することができる。第１のセットの４０６の燃料ノズル１６４を通って第１の燃料４０４の流量を制御することで、コントローラ３４２が比較的小さな調節で当量比を調節（例えば、微調整）できるようにする。第１のセット４０６が全燃料の約２０パーセントを提供し、第２のセット４１０が、全燃料の約８０パーセントを提供する実施例として、１０パーセントだけ第１の燃料４０４を調整する（例えば、増加させる、減少させる）ことで、全燃料の約２パーセントだけを燃焼器１６０内で調節する。
図８は、線８−８に沿った図７の燃焼器１６０の実施形態の断面図を示す。いくつかの実施形態において、燃料ノズル１６４は、第１のセット４０６の周囲に円周方向に配置された第２のセットのように円形配置で配置することができる。理解できるように、燃焼器１６０の断面は、実質的に円形に限定されず、燃焼器ライナー３０８、流れスリーブ３１４、及び抽出スリーブ３２６は、他の形状（例えば、矩形、卵形）を有することができる。部分的な物理的障壁４０２は、通路３１６内で燃焼器ライナー３０８と流れスリーブ３１４との間に配置される。いくつかの実施形態において、部分的な物理的障壁４０２の各部分４３０は、通路３１６の周りのポイントにて燃焼器ライナー３０８及び流れスリーブ３１４と接続し、部分的な物理的障壁４０２の周りで制限された流体連通を可能にする開口部４３２（例えば、流れガイド）を有する。いくつかの実施形態において、ライナー開口部４３８は、燃焼器ライナー３０８に沿う場合があり、スリーブ開口部４４０は、流れスリーブ３１４に沿う場合があり、又は内部開口部４４２は、ライナー３０８と流れスリーブ３１４の間の部分的な物理的障壁４０２（例えば、孔、スロット、その他）を通して存在する場合がある。いくつかの実施形態において、部分的な物理的障壁４０２は、燃焼器ライナー３０８又は流れスリーブ３１４の一方と接続し、部分的な物理的障壁４０２の周囲で燃焼器ライナー３０８又は流れスリーブ３１４の他方に沿って流体（例えば、酸化剤部分３４４、不活性ガス３０４）を通過させることができる。
図９は、部分的な物理的障壁４０２が別の形状を有する線８−８に沿った図７の燃焼器１６０の実施形態を示す。燃焼器ライナー３０８又は流れスリーブ３１４からの部分的な物理的障壁４０２の突起４３４は、部分的に燃焼器ライナー３０８を取り囲み、それによって燃焼器ライナー３０８の周りのいくつかのポイントで酸化剤部分３４４又は不活性ガス３０４の流れを部分的に遮断する。開口部４３２は、燃焼器ライナー３０８の周りの他方のポイントで通路３１６にわたって延び、それによって、部分的な物理的障壁４０２の周囲の酸化剤部分３４４又は不活性ガス３０４の実質的に無制限の流れを可能にすることができる。いくつかの実施形態において、１又は２以上の部分的な物理的障壁４０２の突起４３４は、通路３１６内の流体を燃焼器１６０の軸線４３６の周りで望ましい円周方向２９８に向けることができる。従って、１又は２以上の部分的な物理的障壁４０２は、通路３１６を通って酸化剤部分３４４又は不活性ガス３０４の流れに回転成分（例えば、渦）を与えることができる。いくつかの実施形態において、１又は２以上の部分的な物理的障壁４０２は、酸化剤部分３４４又は不活性ガス３０４の圧力、速度、及び／又は流量に影響を与え、動的障壁３４０が通路３１６に沿って望ましい位置で形成できるようにすることができる。部分的な物理的障壁４０２の現在想定される実施形態は、開口部４３２及び突起４３４の他の形状を含み、燃焼器ライナー３０８と流れスリーブ３１４との間で少なくとも部分的に通路３１６を遮断することができる。
上述のＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び燃焼器１６０は、ヘッド端部部分３０２にて燃焼器１６０に酸化剤３００及び燃料７０を供給し、燃焼器ライナー３０８及び燃焼ガス１７２を冷却するためにタービン端部部分３１０において燃焼器１６０に不活性ガス３０４（例えば、加圧排気ガス１７０）を供給することができる。いくつかの実施形態において、不活性ガス３０４は、燃焼ガス１７２を冷却してＮＯｘのようなエミッションを低減することができる。いくつかの実施形態において、燃焼器１６０は、差動的に供給されて制御された燃料ノズルのセット１６４を有することができ、ここで、酸化剤３００及び燃料４０４、４０８は、ヘッド端部部分３０２から下流方向３１２に流入する。不活性ガス３０４（例えば、加圧排気ガス１７０）は、タービン端部部分３１０において通路３１６を通って供給されて燃焼器ライナー３０８及び燃焼ガス１７２を冷却する。不活性ガス３０４は、通路３１６を通る酸化剤部分３４２の実質的に反対方向とすることができる通路３１６を通る上流方向３１２に流入する。酸化剤３００及び不活性ガス３０４は、火炎３４８（例えば、ヘッド端部部分３０２における）の上流（例えば、矢印３２２）で混合しなくてもよい。いくつかの実施形態において、酸化剤３００は、燃料ノズル１６４から流れ、燃焼器キャップ３０６を通って流れ、及び／又は混合孔３４６を通って流れて火炎ゾーン３６０において酸化剤３００の配分及び／又は濃度を改善する。次いで、酸化剤３００の改善された配分は、燃焼効率を向上させるのに役立ち、それによって当量比に影響を与える。例えば、酸化剤３００流れの改善された配分は、実質的に化学量論的燃焼をもたらすのに役立つことができる。不活性ガス３０４は、燃焼器ライナー３０８及び／又は燃焼ガス１７２のためのヒートシンクとすることができる。燃焼ガス１７２の温度を低下させることで、ＮＯｘのようなエミッションを低減することができる。燃焼器ライナー３０８と流れスリーブ３１４の間の通路３１６は、酸化剤部分３４４と不活性ガス３０４の間に１又は２以上の物理的障壁４００及び／又は動的障壁３４０を有することができる。通路３１６内の１又は２以上の物理的障壁４００及び／又は動的障壁３４０の位置は、少なくとも部分的に酸化剤部分３００、不活性ガス３０４、当量比、及び他の要因の流れに基づいて種々の実施形態の間で調節することができる。
燃焼チャンバ１６８内の火炎ゾーン３５８の上流の不活性ガス３０４（例えば、加圧排気ガス１７０）から酸化剤３００を分離することで、燃焼の安定性及び完全性を向上させることができる。燃料ノズル１６４も、当量比を調節するように制御することができる。燃焼器１６０内の望ましいポイントにおいて燃料ノズル１６４を制御し及び／又は不活性ガス３０４から酸化剤３００を隔離することで、当量比に影響を与えることができる。当量比を約１．０（例えば、０．９５〜１．０５）に調節することで、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の排気ガス４２内の酸化剤３００、燃料７０、及び／又は他の成分（例えば、窒素酸化物、水）の濃度を低下させることができる。いくつかの実施形態において、当量比を約１．０に調節することで、原油二次回収システム１８において利用することができる二酸化炭素の濃度を増加させることができる。排気ガス４２又は排気ガス４２から抽出された二酸化炭素は、原油二次回収のために流体注入システム３６によって利用することができる。
この記述した説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、かつ同じくあらゆる当業者がいずれかのデバイス又はシステムを使用していずれかの組み込まれた方法を実行することを含む本発明を実施することを可能にするために実施例を使用している。本発明の特許請求可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、かつ当業者に想起される他の実施例を含む場合がある。そのような他の実施例は、それらが、特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが、特許請求の範囲の文字通りの言語からの差異が実質的でない均等構造を含む場合には、特許請求の範囲内であるように意図している。
追加の実施形態
本発明の実施形態は、排気ガス再循環を備えたガスタービンエンジンにおいて燃焼及びエミッションを制御するためのシステム及び方法を提供する。上記で記載された特徴のいずれか又はその組合せは、適切なあらゆる組合せで利用することができる点に留意されたい。当然ながら、このような組合せの全ての並び換えも本発明において企図される。一例として、以下の条項は、本発明の開示の更なる説明として提供される。
実施形態１．燃焼チャンバの周りに配置された燃焼器ライナーと、燃焼チャンバを通る燃焼ガスの流れの下流方向に対して燃焼チャンバの上流側のヘッド端部とを有するタービン燃焼器を有するシステム。ヘッド端部は、酸化剤流れ及び第１の燃料流れを燃焼チャンバに向けるように構成される。タービン燃焼器はまた、ガス流れをヘッド端部に向けるように構成されて酸化剤流れの一部をタービン燃焼器のタービン端部に向けるように構成された通路を定めるように燃焼器ライナーに関してオフセットして配置された流れスリーブを含む。ガス流れは、実質的に不活性ガスを含む。タービン燃焼器はまた、通路内に障壁を含み、障壁は、タービン端部に向けた酸化剤流れの部分を遮断して通路内のヘッド端部に向けたガス流れを遮断するように構成される。
実施形態２．酸化剤流れ及び第１の燃料流れが、燃焼チャンバ内で実質的に量論的に燃焼するように構成される実施形態１のシステム。
実施形態３．ヘッド端部が、第１の燃料流れを燃焼チャンバの中に向けるように構成された第１の燃料ノズルと第２の燃料流れを燃焼チャンバの中に向けるように構成された第２の燃料ノズルとを含み、第１の燃料ノズルが、第２の燃料ノズルとは別々に制御されるいずれかの上記実施形態のシステム。
実施形態４．ガス流れが、約５容積パーセントよりも低い酸化剤又は第１の燃料を有する排気ガスを含むいずれかの上記実施形態のシステム。
実施形態５．障壁が、通路を横切って延びて通路を酸化剤セクション及び冷却セクションに分離するように構成された物理的障壁を含むいずれかの上記実施形態のシステム。
実施形態６．障壁が、通路を酸化剤セクション及び冷却セクションに分離するように構成された動的障壁を含むいずれかの上記実施形態のシステム。動的障壁は、酸化剤流れの部分とガス流れとの間に流体インタフェースを含み、動的障壁の一部は、少なくとも部分的に酸化剤流れの部分とガス流れの間の圧力差に基づいて制御される。
実施形態７．障壁が、動的障壁において通路を制限するように構成された複数の流れガイドを含む実施形態６のシステム。
実施形態８．流れスリーブが、ガス流れの一部をブリード通路の中に向けるように構成されたブリード通路に結合されるいずれかの上記実施形態のシステム。
実施形態９．ガス流れが、燃焼器ライナーを冷却するように構成され、ガス流れが、タービン燃焼器内の燃焼ガスの流れを希釈して冷却するように構成されるいずれかの上記実施形態のシステム。
実施形態１０．燃焼器ライナーが、複数の混合孔及び複数の希釈孔を含むいずれかの上記実施形態のシステム。複数の混合孔は、酸化剤流れ及びガス流れのうちの少なくとも一方を燃焼チャンバの中に向けるように構成される。複数の希釈孔は、ガス流れを燃焼チャンバの中に向けるように構成される。
実施形態１１．システムが、タービン燃焼器を有するガスタービンと、タービン燃焼器から燃焼ガスによって駆動されて排気ガスを出力するタービンと、タービンによって駆動される排気ガス圧縮機とを有するガスタービンエンジンを含むいずれかの上記実施形態のシステム。排気ガス圧縮機は、排気ガスを圧縮してタービン燃焼器に送るように構成される。
実施形態１２．ガスタービンエンジンが、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンである実施形態１１のシステム。
実施形態１３．システムが、ガスタービンエンジンに結合された排気ガス抽出システムと排気ガス抽出システムに結合された炭化水素生成システムとを含む実施形態１１又は１２のシステム。
実施形態１４．システムは、燃焼チャンバの周りに配置された燃焼器ライナーと燃焼器ライナーに関してオフセットして通路を定めるように配置された流れスリーブとを有するタービン燃焼器を含む。通路は、酸化剤を第１の方向に向けるように構成された酸化剤セクションを含み、酸化剤は、燃焼チャンバ内で第１の燃料と反応して燃焼ガスを生成するように構成される。通路はまた、不活性ガスを第１の方向と実質的に反対の第２の方向に向けるように構成された冷却セクションを含み、不活性ガスは、燃焼チャンバ内で燃焼器ライナー及び燃焼ガスを冷却するように構成される。通路はまた、酸化剤セクションと冷却セクションの間に障壁セクションを含み、障壁セクションは、酸化剤セクション内の酸化剤を冷却セクション内の不活性ガスから実質的に分離するように構成される。
実施形態１５．システムが、燃焼チャンバ内で酸化剤と第１の燃料の間の比率を制御するように構成されたコントローラを含む実施形態１４のシステム。
実施形態１６．システムが、第１の燃料を燃焼チャンバの中に注入するように構成された第１の燃料ノズルを含む実施形態１５のシステム。コントローラは、燃焼チャンバ内で酸化剤と第１の燃料の間の第１の比率を調節するために第１のノズルを通る１又は２以上の流れを制御するように構成される。
実施形態１７．システムが、第２の燃料を燃焼チャンバの中に注入するように構成された第２の燃料ノズルを含み、コントローラが、燃焼チャンバ内で酸化剤と第２の燃料の間の第２の比率を調節するために第２の燃料ノズルを通る１又は２以上の流れを制御するように構成される実施形態１６のシステム。
実施形態１８．不活性ガスが、約５容積パーセントよりも低い酸化剤又は第１の燃料を有する排気ガスを含む実施形態１４、１５、１６、又は１７のシステム。
実施形態１９．システムが、酸化剤セクションの中への酸化剤の第１の流れ、冷却セクションの中への不活性ガスの第２の流れ、及び第１の流れ、第２の流れ、又はこれらのいずれかの組合せの制御に少なくとも部分的に基づく通路内の障壁セクションの位置を制御するように構成されたコントローラを含む実施形態１４、１５、１６、１７、又は１８のシステム。
実施形態２０．通路が、少なくとも部分的に燃焼器ライナーと流れスリーブとの間を延びる物理的障壁を含む実施形態１４、１５、１６、１７、１８、又は１９のシステム。
実施形態２１．酸化剤セクションが、酸化剤を燃焼チャンバの中に向けて第１の燃料と混合し、燃焼チャンバ内で酸化剤の濃度を増加させ、又は第１の燃料との反応温度を上昇させ、又はこれらのいずれかの組合せを行うように構成された複数の混合孔を含む実施形態１４、１５、１６、１７、１８、１９、又は２０のシステム。
実施形態２２．冷却セクションが、不活性ガスの第１の部分を燃焼チャンバの中に向けて燃焼器ライナーを冷却し、燃焼チャンバ内で燃焼ガスを冷却し、又は燃焼ガスのエミッションを低減し、又はこれらのいずれかの組合せを行うように構成された複数の混合孔を含む実施形態１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、又は２１のシステム。
実施形態２３．冷却セクションが、不活性ガスの第２の部分を燃焼チャンバの中に向けて酸化剤及び第１の燃料と混合し、酸化剤及び第１の燃料の反応を消し、又は燃焼ガスのエミッションを低減し、又はこれらのいずれかの組合せを行うように構成された複数の混合孔を含む実施形態２２のシステム。
実施形態２４．酸化剤及び燃料をタービン燃焼器のヘッド端部から燃焼チャンバの中に注入する段階と、実質的に化学量論的燃焼をもたらすように燃焼チャンバ内で酸化剤及び燃料を燃焼させる段階と、燃焼チャンバを排気ガス流れで冷却する段階とを含む方法。排気ガス流れは、燃焼チャンバの周りに配置された通路に沿ってヘッド端部に向けてタービン燃焼器のタービン端部から上流側に向けられる。本方法はまた、障壁で通路内の排気ガス流れを遮断する段階を含み、障壁は、動的障壁、物理的障壁、又はこれらのいずれかの組合せを含む。
実施形態２５．１又は２以上の燃料ノズルを通って燃焼チャンバの中に注入された酸化剤及び燃料のうちの少なくとも１つの制御に少なくとも部分的に基づいて実質的に化学量論的燃焼をもたらすように当量比を制御する段階を含む請求項２４の方法。
実施形態２６．１又は２以上の燃料ノズルの中心燃料ノズルを通って注入された酸化剤及び燃料の第１の比率を制御し、同時に１又は２以上の燃料ノズルの周囲燃料ノズルを通って注入された酸化剤及び燃料の第２の比率を維持することによって当量比を調節する段階を含む実施形態２５の方法。
実施形態２７．通路の混合孔、通路の希釈孔、又はこれらのいずれかの組合せを通って燃焼チャンバへの排気ガス流れを制御することによって当量比を調節する段階を含む実施形態２５の方法。
実施形態２８．排気ガス流れを用いて燃焼チャンバ内で燃焼ガスを希釈することによって燃焼ガスのエミッションを低減する段階、燃焼ガスを冷却する段階、又はこれらのいずれかの組合せを含む実施形態２４、２５、２６、又は２７の方法。
実施形態２９．燃焼チャンバの冷却を制御するために排気ガス流れの一部を通路から抜き取る段階を含む実施形態２４、２５、２６、２７、又は２８の方法。
実施形態３０．通路内の酸化剤の一部、通路内の排気ガス流れ、又はこれらのいずれかの組合せを制御することによって通路において動的障壁を制御する段階を含み、動的障壁が、酸化剤及び排気ガス流れとのインタフェースを含む実施形態２４、２５、２６、２７、２８、又は２９の方法。

Claims (25)

  1. 燃焼チャンバの周りに配置された燃焼器ライナーと、
    前記燃焼チャンバを通る燃焼ガスの流れの下流方向に対して該燃焼チャンバの上流にあり、酸化剤流れ及び第１の燃料流れを該燃焼チャンバに向けて誘導するように構成されたヘッド端部と、
    通路を定めるように前記燃焼器ライナーに関してオフセットして配置された流れスリーブであって、該通路が、ガス流れを前記ヘッド端部に向けて誘導し、かつ前記酸化剤流れの一部を前記タービン燃焼器のタービン端部に向けて誘導するように構成され、該ガス流れが、実質的に不活性のガスを含む前記流れスリーブと、
    前記通路内にあり、該通路内で前記タービン端部に向けた前記酸化剤流れの前記部分を遮断し、かつ前記ヘッド端部に向けた前記ガス流れを遮断するように構成された障壁と、
    を含むタービン燃焼器、
    を含むことを特徴とするシステム。
  2. 前記ヘッド端部は、前記第１の燃料流れを前記燃焼チャンバの中に向けるように構成された第１の燃料ノズルと、第２の燃料流れを該燃焼チャンバの中に向けるように構成された第２の燃料ノズルとを含み、
    前記第１の燃料ノズルは、前記第２の燃料ノズルとは別々に制御される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記ガス流れは、排気ガスを含み、
    前記排気ガスは、約５容積パーセント未満の前記酸化剤又は前記第１の燃料を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 前記障壁は、前記通路を横切って延びるように構成された物理的障壁を含み、
    前記物理的障壁は、前記通路を酸化剤セクション及び冷却セクションに分離するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 前記障壁は、前記通路を酸化剤セクション及び冷却セクションに分離するように構成された動的障壁を含み、
    前記動的障壁は、前記酸化剤流れの前記部分と前記ガス流れとの間の流体インタフェースを含み、該動的障壁の位置が、該酸化剤流れの該部分と該ガス流れとの間の圧力差に少なくとも部分的に基づいて制御される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  6. 前記障壁は、前記動的障壁で前記通路を制限するように構成された複数の流れガイドを含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
  7. 前記燃焼器ライナーは、複数の混合孔及び複数の希釈孔を含み、
    前記複数の混合孔は、前記酸化剤流れ及び前記ガス流れのうちの少なくとも一方を前記燃焼チャンバの中に向けるように構成され、前記複数の希釈孔は、該ガス流れを該燃焼チャンバの中に向けるように構成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  8. 前記タービン燃焼器と、該タービン燃焼器からの前記燃焼ガスによって駆動され、かつ排気ガスを出力するタービンと、該タービンによって駆動される排気ガス圧縮機とを有するガスタービンエンジンを含み、
    前記排気ガス圧縮機は、前記排気ガスを圧縮して前記タービン燃焼器に送るように構成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  9. 前記ガスタービンエンジンは、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
  10. 前記ガスタービンエンジンに結合された排気ガス抽出システムと、該排気ガス抽出システムに結合された炭化水素生成システムとを含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
  11. 燃焼チャンバの周りに配置された燃焼器ライナーと、
    前記燃焼チャンバ内で第１の燃料と反応して燃焼ガスを生成するように構成された酸化剤を第１の方向に向けるように構成された酸化剤セクション、
    前記燃焼チャンバ内で前記燃焼器ライナー及び前記燃焼ガスを冷却するように構成された不活性ガスを前記第１の方向と実質的に反対の第２の方向に向けるように構成された冷却セクション、及び
    前記酸化剤セクションと前記冷却セクションの間にあり、該酸化剤セクション内の前記酸化剤を該冷却セクション内の前記不活性ガスから実質的に分離するように構成された障壁セクション、
    を含む通路を定めるように、前記燃焼器ライナーに関してオフセットして配置された流れスリーブと、
    を含むタービン燃焼器、
    を含むことを特徴とするシステム。
  12. 前記燃焼チャンバ内の前記酸化剤と前記第１の燃料との間の比率を制御するように構成されたコントローラを含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記第１の燃料を前記燃焼チャンバの中に注入するように構成された第１の燃料ノズルを含み、
    前記コントローラは、前記燃焼チャンバ内の前記酸化剤と前記第１の燃料との間の第１の比率を調節するために前記第１の燃料ノズルを通る１又は２以上の流れを制御するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
  14. 第２の燃料を前記燃焼チャンバの中に注入するように構成された第２の燃料ノズルを含み、
    前記コントローラは、前記燃焼チャンバ内の前記酸化剤と前記第２の燃料との間の第２の比率を調節するために前記第２の燃料ノズルを通る１又は２以上の流れを制御するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記不活性ガスは、排気ガスを含み、
    前記排気ガスは、約５容積パーセント未満の前記酸化剤又は前記第１の燃料を含む、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
  16. 前記酸化剤セクションの中への前記酸化剤の第１の流れと、前記冷却セクションの中への前記不活性ガスの第２の流れと、該第１の流れ、該第２の流れ、又はこれらのいずれかの組合せを制御することに少なくとも部分的に基づく前記通路内の前記障壁セクションの位置とを制御するように構成されたコントローラを含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
  17. 前記通路は、少なくとも部分的に前記燃焼器ライナーと前記流れスリーブの間を延びる物理的障壁を含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
  18. 前記酸化剤セクションは、前記酸化剤を前記燃焼チャンバの中に向けて前記第１の燃料と混合させ、該燃焼チャンバ内の酸化剤の濃度を増加させ、又は該第１の燃料との反応温度を上昇させ、又はこれらのいずれかの組合せを行うように構成された複数の混合孔を含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
  19. 前記冷却セクションは、前記不活性ガスの第１の部分を前記燃焼チャンバの中に向けて前記燃焼器ライナーを冷却し、該燃焼チャンバ内の前記燃焼ガスを冷却し、又は該燃焼ガスのエミッションを低減し、又はこれらのいずれかの組合せを行うように構成された複数の希釈孔を含むことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
  20. 酸化剤及び燃料をタービン燃焼器のヘッド端部から燃焼チャンバの中に注入する段階と、
    実質的に化学量論的燃焼をもたらすように前記燃焼チャンバ内で前記酸化剤及び前記燃料を燃焼させる段階と、
    前記燃焼チャンバの周りに配置された通路に沿って前記ヘッド端部に向けて前記タービン燃焼器のタービン端部から上流に向けられた排気ガス流れを用いて該燃焼チャンバを冷却する段階と、
    動的障壁、物理的障壁、又はこれらのいずれかの組合せを含む障壁を用いて前記通路内の前記排気ガス流れを遮断する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  21. １又は２以上の燃料ノズルを通して前記燃焼チャンバの中に注入された前記酸化剤及び前記燃料のうちの少なくとも一方を制御することに少なくとも部分的に基づいて前記実質的に化学量論的燃焼を与える当量比を制御する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
  22. 前記１又は２以上の燃料ノズルの中心燃料ノズルを通して注入された前記酸化剤及び前記燃料の第１の比率を制御し、同時に該１又は２以上の燃料ノズルの周囲燃料ノズルを通して注入された該酸化剤及び該燃料の第２の比率を維持することによって前記当量比を調節する段階を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  23. 前記通路の混合孔、該通路の希釈孔、又はこれらのいずれかの組合せを通る前記燃焼チャンバの中への前記排気ガス流れを制御することによって前記当量比を調節する段階を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  24. 前記燃焼チャンバを前記冷却する段階を制御するために前記排気ガス流れの一部を前記通路から抜き取る段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
  25. 前記通路内の前記酸化剤の一部、該通路内の前記排気ガス流れ、又はこれらのいずれかの組合せを制御することによって該通路内の前記動的障壁を制御する段階を含み、
    前記動的障壁は、前記酸化剤及び前記排気ガス流れとのインタフェースを含む、
    ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
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