JP2017524095A - 排気再循環ガスタービンシステム内の腐食抑制システム及び方法 - Google Patents

排気再循環ガスタービンシステム内の腐食抑制システム及び方法 Download PDF

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Abstract

実施形態において、方法は、排気ガスをガスタービンシステムのタービンから排気再循環経路を通じてガスタービンシステムの排気ガス圧縮機まで流す段階と、命令を用いてプログラムされた非一時的媒体と命令を実行するように構成された１又は２以上のプロセッサとを含むコントローラを使用して排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスの水分流れパラメータを評価する段階と、評価に基づいて排気再循環経路内の排気ガスの冷却、排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスの加熱、又は両方を調節する段階とを含む。対応するガスタービンシステムも提供する。【選択図】図５

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、全ての目的に対してその全体が引用によって本明細書に組み込まれている２０１４年６月３０日出願の「ＥＲＯＳＩＯＮ ＳＵＰＰＲＥＳＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＩＮ ＡＮ ＥＸＨＵＡＳＴ ＧＡＳ ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ ＧＡＳ ＴＵＲＢＩＮＥ ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６２／０１８，９９４号に対する優先権及びその利益を主張するものである。
本明細書に開示する主題は、ガスタービンエンジンに関する。
ガスタービンエンジンは、発電、航空機、及び様々な機械装置のような広範な用途に使用されている。ガスタービンエンジンは、一般的に、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生成物を発生させ、これは、次に、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。タービン段は、高温燃焼生成物によって駆動される時に、トルクを生成してシャフトを駆動する。回転シャフトは、次に、圧縮機セクションの１又は２以上の圧縮機段を駆動し、同じく発電機を駆動して電気エネルギを生成することができる。
圧縮機セクションは、一例として、ガスタービンシステムの回転可能シャフトに取り付けられたホイールを含むことができる。ホイールは、ホイールと共に回転する時に作動流体に作用してこれを圧縮するエーロフォイルに取り付けることができる。これらのエーロフォイルは、作動流体の圧縮から発生する圧力及び熱、並びに圧縮中に生じる水凝縮のような様々な機械的及び環境ストレスを受ける場合がある。エーロフォイルの作動寿命は、少なくとも部分的にはこれらの機械的及び環境ストレスに耐えるそれらの能力に依存すると考えられる。
元来の特許請求する主題に応じたある一定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求する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。当然のことながら、本発明の開示は、以下に記載する実施形態と同様の実施形態、又は実施形態とは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。
一実施形態において、ガスタービンシステムは、排気再循環経路を通じてタービン膨張器に流体的に連結された入口セクションと、入口セクションに連結され、入口セクションを通って流れる排気ガスに閉じ込められた水分に関連する第１のフィードバックを発生するように構成された少なくとも１つの非侵入型測定デバイスを含む検出システムと、検出システムに通信的に連結されたコントローラであって、コントローラが、排気ガスが排気ガス圧縮機を通って流れる時に排気ガス内の水分の凝縮の１又は２以上の表示に対する第１のフィードバックを評価し、かつ１又は２以上の表示が第１の予め決められた凝縮範囲外の水分凝縮を示す場合に取るべき第１の是正アクションに対するユーザ知覚可能表示を提供し、又は１又は２以上の表示が第２の予め決められた凝縮範囲外の水分凝縮を示す場合に第２の是正アクションを行うように構成されるように、１又は２以上のセットの命令を用いてプログラムされた非一時的媒体及び１又は２以上のセットの命令を実行するように構成された１又は２以上の処理デバイスを含む上記コントローラとを含む排気ガス圧縮機を含む。
別の実施形態において、方法は、排気ガスをガスタービンシステムのタービンから排気再循環経路を通じてガスタービンシステムの排気ガス圧縮機まで流す段階と、命令を用いてプログラムされた非一時的媒体と命令を実行するように構成された１又は２以上のプロセッサとを含むコントローラを使用して、排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスの水分流れパラメータを評価する段階と、評価に基づいて排気再循環経路内の排気ガスの冷却、排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスの加熱、又は両方を調節する段階とを含む。
別の実施形態において、ガスタービンシステムは、タービン出口から排気ガス圧縮機まで延びる排気再循環経路と、排気再循環経路に沿って位置決めされ、かつ排気再循環経路内の排気ガスを冷却するように構成された排気ガス冷却システムと、排気ガス冷却システムの下流及び排気ガス圧縮機の入口ガイドベーンの上流に位置決めされ、排気ガス内の水の液滴サイズ及び密度を測定するように構成された水滴サイズ及び流束測定システムと、排気ガス冷却システムと水滴サイズ及び流束測定システムの間に位置決めされ、排気ガスを加熱するように構成された直接接触式加熱システムと、水滴サイズ及び流束測定システム、排気ガス冷却システム、及び直接接触式加熱システムに通信的に連結されたコントローラであって、コントローラが、排気ガス内の水の液滴サイズ及び密度をモニタし、少なくとも部分的に排気ガス内の水のモニタされた液滴サイズ及び密度に基づいて、排気ガス冷却システムによって排気ガスの冷却を調節し、直接接触式加熱システムによって排気ガスの加熱を調節し、又は両方を行うように構成されるように、コントローラのプロセッサによって実行可能である命令を用いてプログラムされた非一時的媒体を含む上記コントローラとを含む。
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、図面全体を通して同じ文字が同じ部分を表す添付の図面を参照して以下の詳細説明を読むとより良く理解されることになるであろう。
炭化水素生成システムに連結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１〜３のシステムを作動させるための工程の実施形態のフローチャートである。 圧縮前に排気ガスの凝縮条件を調節するように構成された排気ガス水分制御システムの詳細を更に示す図１〜３のシステムの実施形態の図である。 入口セクション内の排気ガスを加熱するためにシステムの様々な構成要素を圧縮機の入口セクションに流体的に連結することができる方式を更に示す図５のタービンベースのサービスシステムの実施形態の図である。 図５及び６の排気ガス水分制御システムを作動する工程の実施形態のフローチャートである。 図５のコントローラが液滴サイズ測定値の関数として水滴サイズを制御するように作動することができる方式を示す制御スキームの実施形態の工程図である。
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施時固有の決定が行われる点は理解されたい。その上、このような努力は、複雑で多大な時間を必要とする場合があるが、それにも関わらず、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を本明細書に開示する。しかし、本明細書に開示する特定の構造及び機能の詳細は、単に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、多くの代わりの形態に具現化することができ、本明細書に説明する実施形態だけに限定されるように解釈すべきではない。
従って、例示的実施形態は、様々な修正及び代わりの形態のもので可能であるが、その実施形態は、図に例として示されており、本明細書で詳細に説明する。しかし、例示的実施形態は、開示する特定の形態に限定するように考えられておらず、それとは反対に例示的実施形態は、本発明の範囲に含まれる全ての修正物、均等物、及び代替物を包含することは理解しなければならない。
本明細書に使用する専門用語は、単に特定の実施形態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ように考えられていない。本明細書に使用される場合に、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、そうでないとする異なる指示がない限り、複数形も含むことを意図している。用語「備える」、「備えている」、「含む」、及び／又は「含んでいる」は、本明細書に使用する時に、言及する特徴、整数、段階、作動、要素、及び／又は構成要素を指定するが、１又は２以上の他の特徴、整数、段階、作動、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除しない。
用語第１、第２、１次、２次などは、本明細書では様々な要素を説明するのに使用する場合があるが、それらの要素は、それらの用語によって限定すべきではない。それらの用語は、１つの要素を別の要素と区別するのに使用されるに過ぎない。例えば、以下に限定されるものではないが、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。本明細書に使用される場合に、用語「及び／又は」は、関連の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、本明細書では読者の便宜のためにのみ使用される場合があり、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」、「右」、「前」、「後」、「上部」、「底部」、「水平」、「垂直」、「上流」、「下流」、「前側」、及び「後側」などの表現は、単に図に示す構成を説明するに過ぎない。当然のことながら、本発明の実施形態の１又は複数の要素は、あらゆる方向に向けることができ、従って、専門用語は、具体的にそれ以外を指定した場合を除きそのような変形を包含することを理解しなければならない。
以下で議論されるように、開示する実施形態は、全体的に、排気再循環（ＥＧＲ）を有するガスタービンシステムに関し、システムが低エミッションを有するようにＥＧＲを使用するガスタービンシステムの作動に関する。例えば、ガスタービンシステムは、排気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、かつ様々なターゲット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。燃料及び／又は酸化剤の流れの制御に加えて、量論的燃焼と共に排気ガスを再循環することにより、排気ガス中のＣＯ2の濃度レベルを上昇させるのを補助し、様々なターゲットシステムに使用するために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、排気再循環経路に沿って様々な排気ガス処理（例えば、熱回収、触媒反応、その他）を利用し、それによって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、エネルギ回収を改善することができる（例えば、熱回収ユニットを使用して）。
開示する実施形態はまた、排気ガスの加熱及び冷却の均衡を取って凝縮条件を達成することによる再循環された排気ガス内の水分の制御に関する。図５〜８に関連して以下に説明する制御システム及びスキームは、例えば、排気ガスの露点を抑制するために、再循環された排気ガス内の水分に関連する１又は２以上の検出されたパラメータを使用することができる。一例として、排気ガスの比湿を低下させるために排気ガスを冷却することができ、その後に、排気ガスは、排気ガスの相対湿度を低下させるために加熱され、それによって水分凝縮を軽減することができる。水分凝縮を制御することで、以下に説明するシステム及び方法は、そうでなければ水滴との相互作用によって有害に行われるかもしれない圧縮機構成要素の連続作動を可能にすることができる。
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）に連結される。オイル／ガス抽出システム１６は、オイル／ガス井戸２６に連結されたクリスマスツリー又は生産ツリー２４のような様々な坑外設備２２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に連結され、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）処理システム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、量論的燃焼作動モード（例えば、量論的制御モード）及び非量論的燃焼作動モード（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加工システム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加工システム５４は、熱回収蒸気発電機（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を受け入れて処理する。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮機、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加工システム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加工システム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加工システム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加工システム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、又はその組合せ）、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、酸素低減空気、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個別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が混合される時に）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／又は電力７４（例えば、発電機を通じて）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を受け入れ、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、熱回収蒸気発電機などの熱回収ユニット、凝縮機、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、これらのあらゆる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）９４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、又はそ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小さい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小さい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）を受け入れることができる。
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加工システム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加工システム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加工システム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加工システム５４両方によって用いることができる。ＥＧ加工システム５４から抽出される排気ガス４２は、ＥＧ加工システム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加工システム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、又はそ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、燃焼室）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、各燃焼器内の排気ガス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に連結された制御システム１００を示す図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、これは、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を受け入れて混合し、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、又はそのあらゆる組合せなどの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及び電力７４を含むことができる。機械出力７２及び／又は電力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、電力７４は、送電網又はそのあらゆる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に圧縮酸化剤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、排気ガス４２、６０は、ＥＧ加工システム５４及び／又はＥＧ供給システム７８に送られる。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に送出することができる。上記で検討したように、ＥＧ加工システム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、凝縮機、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から熱を回収し又は水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を個別に駆動し、機械出力７２及び／又は電力７４を独立に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からの熱回収を通じ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加工システム５４の別の部分は、水６４、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、及び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、水の利便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加工システム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を再循環させ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加工システム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、熱回収蒸気発電機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、又はそのあらゆる組合せ）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を有する実施形態において、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、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、又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加工システム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入れることができるが、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を受け入れることができる。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、又は制御システム１００は、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又はトリプル冗長プロセッサのような２又は３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、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、又はそのあらゆる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又は本明細書で説明される各要素（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通じて互いに通信可能に連結される。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、又はそのあらゆる組合せに基づいて制御を可能にする。従って、本明細書で説明す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、又はそ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を達成するためにシステム１０全体にわたって分配された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加工システム５４、蒸気タービン１０４、炭化水素生成システム１２、又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分配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、燃焼動力学フィードバック、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、又はそのあらゆる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、又はそのあらゆる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、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に維持するように、（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の吸入流を調節（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／又は当量比を調節することができる。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加工システム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；又はそのあらゆる組合せを含む図面を参照して例示かつ説明し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）を調節（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、大気中に排気される）、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）未満のような目標範囲にエミッションレベル（例えば、排気ガス４２、６０、９５の濃度レベル）を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か又は異なる可能性がある。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、かつ一酸化炭素（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未満の目標範囲内に、かつ窒素酸化物（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、単に例示に過ぎず、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に連結することができる。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などを通じて、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を受け入れ、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を受け入れることができる。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加工システム５４、又はそのあらゆる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を受け入れることができる。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、又はそのあらゆる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を受け入れることができる。これらの制御部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加工システム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と共に用い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、又は、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）の閾値レベルは、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に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、又は電力７４を好適な周波数及び出力範囲内に維持するように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の詳細を更に示すシステム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加工システム５４に連結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分配された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を注入するように構成された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、燃料ノズル１６４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１６８（例えば、燃焼室）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る）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る）のいずれかの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、燃焼室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を内部で混合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を受け入れることができる。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、高温燃焼生成物内）に注入され、これにより高温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提供する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。詳細には、燃料７０及び酸化剤６８は、火炎表面（又は拡散境界／界面）に個別に接近し、次いで、火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って拡散し（例えば、分子及び粘性拡散を通じて）、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のいずれかの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のを助けることができる。例えば、開示する実施形態は、燃料７０及び酸化剤６８とは個別に（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加工システム５４からの排気ガス６６を受け入れて圧縮し、圧縮排気ガス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含むことができる１又は２以上のタービン又はタービン段１７４を含む。次いで、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に連結されたシャフト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に連結された機械装置１０６、１７８及び／又は圧縮機セクション１５２に連結された機械装置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連結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に連結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加工システム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、圧縮排気ガス１７０、酸化剤６８、及び燃料７０を受け入れて混合して、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に連結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、又はそのあらゆる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、又は、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。
要素番号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、あらゆる順序で、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ブースター圧縮機のようなブースター圧縮機）、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、又はそのあらゆる組合せのいずれかの直列及び／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、又はそのあらゆる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、ガス流を直接冷却するためにガス流（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−アンド−チューブ熱交換器）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、及び熱回収蒸気発電機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節し、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り、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いずれか及び全ての並び換えを含むことを意図しており、構成要素の１、１よりも多く、又は全てがシャフト１７６から出力を引き出しており、又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／又は連結された機械装置１０６、１７８、１８０の配列の幾つかの非限定的な例を示している。
（表１）
Figure 2017524095
表１において上に示すように、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、蒸気発電機ユニットは、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に向けて機械装置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３以上の構成要素を含むいずれのセルも、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に送られる酸化剤６８の温度、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、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なしで、圧縮排気ガス１７０の分離及び抽出を可能にするように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。詳細には、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に連結することができる。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に対して抽出排気ガス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の追加もなしに排気ガス１７０をガスタービンエンジン１５０から抽出するように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、種々の工程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の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加工システム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、あらゆる順序で、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発電機などの熱回収ユニット、凝縮機、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、又はそのあらゆる組合せのいずれかの直列及び／又は並列配列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、又はそのあらゆる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のいずれかの及び全ての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例を示している。
（表２）
Figure 2017524095
表２において上に示すように、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、ブースターブロアは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、熱回収蒸気発電機はＨＲＳＧで表され、凝縮機は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に向けて構成要素１９２を順次的に示しているが、表２はまた、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３以上の構成要素を含むいずれのセルも、構成要素を有する一体的ユニット、構成要素の並列配列、又はそのあらゆる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、又はそのあらゆる組合せに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）に沿って圧縮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てそれを駆動する高温燃焼生成物（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の作動工程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、工程２２０は、コンピュータに実装された工程とすることができ、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、工程２２０の各段階は、図２を参照して説明した制御システム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。
工程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段階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に、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中に、工程２２０は、ブロック２２４で示されるように、加圧酸化剤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、加圧酸化剤は、圧縮空気、酸素、酸素富化空気、酸素低減空気、酸素−窒素混合気、又はそのあらゆる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。工程２２０はまた、ブロック２２６で示されるように、始動モード２２２中に、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中に、工程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（利用可能な時）を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中に、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、始動モード中に、工程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、工程２２０は、ブロック２３０で示されるように、燃焼器１６０において加圧酸化剤、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。詳細には、工程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）を可能にするように、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中に、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（かつ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／又は燃料７０を有する可能性がある。このために、工程２２０は、始動モード中に高温燃焼ガス１７２中の残留酸化剤６８及び／又は燃料７０を低減又は排除するよう１又はそれ以上の制御命令を実行することができる。
次いで、工程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、工程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、排気ガス処理段階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。工程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させることができる。例えば、排気ガスの再循環段階２３６は、図１〜３に示すように、ＥＧ加工システム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、ブロック２３８で示されるように、圧縮機セクション１５２において再循環された排気ガス６６を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において再循環された排気ガス６６を順次的に圧縮することができる。続いて、圧縮排気ガス１７０は、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に供給することができる。次いで、ブロック２４０で示されるように、工程２２０が最終的に定常状態モードに移行するまで、段階２３０、２３２、２３４、２３６、及び２３８を繰り返すことができる。移行２４０時に、工程２２０は、引き続き段階２２４〜２３８を実施することができるが、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、燃焼器セクション１５４、及び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から抽出することができる。次いで、工程２２０は、ブロック２４４で示されるように、抽出した排気ガス４２をＥＧ供給システム７８から炭化水素生成システム１２に供給することができる。次に、炭化水素生成システム１２は、ブロック２４６で示されるように、原油二次回収のために排気ガス４２を地中３２に注入することができる。例えば、抽出した排気ガス４２は、図１〜３に示されるＥＯＲシステム１８の排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２によって用いることができる。
上述のように、圧縮機セクション１５２は、排気再循環経路１１０から再循環された排気ガス６６を受け入れ、ガスタービンエンジン１５０の他のセクション（例えば、燃焼器セクション１６０）内に使用するために再循環された排気ガス６６を圧縮する。排気ガス６６が圧縮機セクション１５２を通じて進む時に、排気ガス６６に関連付けられた水分は、圧縮機の様々な特徴要素と相互作用する場合がある。例えば、回転して排気ガス６６に作用し、それを圧縮する圧縮機セクション１５２のエーロフォイルは、排気ガス６６内の水分への反復露出により作動寿命を短縮する場合がある。水分は、例えば、凝縮してエーロフォイルの表面を影響を与える場合がある。この凝縮は、エーロフォイルに対して早期摩耗、浸食、及び／又はストレスを引き起こす場合がある。
一部の実施形態において、エーロフォイルのような特定の圧縮機構成要素は、それらの構成の基本材料に加えてコーティングを含む場合がある。コーティングは、エーロフォイル（又は回転構成要素のような他の圧縮機構成要素）全体、又は水滴との相互作用を受ける場合があるエーロフォイルの一部分のみを覆うことができる。コーティングは、排気ガスから凝縮された水滴と構成要素の間の相互作用の結果としての劣化又は性能の低下に対する追加のレベルの抵抗を与えることができる。更に別の実施形態において、圧縮機構成要素は、それらの堅牢性を高めるために処理する（例えば、陽極酸化処理する）ことができる。本発明の開示に従ってそれらのコーティング（又は基本材料の処理のような他のタイプの材料の処理）を使用するのに加えて又はその代わりに、システム（例えば、排気ガス水分制御システム）は、排気ガスが排気再循環経路１１０を通じて圧縮機セクション１５２の中に進む時に排気ガス水分凝縮に関する／これを示す条件をモニタするように設計することができる。このモニタは、特定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１０の１又は２以上の作動パラメータを調節することによって排気ガス水分凝縮に寄与する条件の制御を可能にすることができる。圧縮機セクション１５２の構成要素への凝縮の影響を軽減するのに加えて又は軽減するのではなく、本発明の実施形態は、能動制御と特定の状況下では排気ガス水分凝縮の軽減とを可能にする。例えば、排気ガス水分凝縮は、圧縮効率を高めるために、及び／又はその影響を防止して圧縮機構成要素の作動寿命を延ばすために、予め決められた（例えば、コンピュータモデル化された）範囲まで制御することができる。
本発明の開示の態様に従って、モニタは、システムによって（例えば、技術者に）与えられるユーザ知覚可能表示を提供することができる。ユーザ知覚可能表示は、警報（例えば、可聴、可視、及び／又は触覚表示）、及び／又はより洗練された表示（例えば、凝縮の可能性、予め決められた範囲に対する測定された凝縮の範囲、水滴サイズ及び流束、又はそのあらゆる組合せを示す数値）をユーザに提供し、ユーザがシステム１４の１又は２以上の作動パラメータの調節を実施することを可能にすることができる。
１又は２以上のユーザ知覚可能表示の提供に加えて（例えば、提供中及び／又は後に）、システムは、１又は２以上の制御アクションを行ってガスタービンシステム１５０（又はタービンベースのサービスシステム１０の他の構成要素又はシステム）の作動パラメータを調節し、排気ガス水分凝縮を制御することができる。例えば、システムは、制御アクションの全て又は部分集合を自動的に行うことができ、又はユーザ知覚可能表示を提供した後（例えば、予め決められた時間遅延の後）で制御アクションの全て又は部分集合を行うことができる。更に別の実施形態において、システムは、ユーザからの入力の受け入れ時に表示を提供して制御アクションを行って排気ガス水分凝縮を制御することができる。
本発明の開示に従って、制御システム１００（又は別のより特定の制御サブシステム）は、モニタされたパラメータを利用することができ、排気再循環経路１１０及び圧縮機セクション１５２を通って流れる排気ガス６０の成分及び／又は温度に影響を与える可能性があるいくつかのサブシステムの作動を調整することができる。図５は、圧縮機セクション１５２の入口条件を調節するために、制御システム１００によって利用される制御特徴要素の配置の例示的実施形態を示している。本明細書に説明するタイプの排気ガス圧縮機との関連に説明しかつそれらに特に有用であるが、本手法の一部又は全てはまた、酸化剤圧縮システム１８６（図３）におけるようなタービンベースのサービスシステム１４の他の部分にも適用することができる。
タービンベースのサービスシステム１４の図示の実施形態は、圧縮機セクション１５２と、圧縮機セクション１５２の入口セクション２６０内の排気ガス６６の特性を調節するために利用されるいくつかの特徴要素とを含む。全体として、それらの構成要素は、本明細書では排気ガス水分制御システム２６２と呼ぶことができる。図示のような排気ガス水分制御システム２６２は、制御システム１００のいずれかのコントローラ（例えば、コントローラ１１８）に対応する場合があるコントローラ２６４を含む。コントローラ２６４は、プロセッサ１２０及びメモリ１２２に関連して上述したのとほぼ同じ構成を有するプロセッサ２６６及びメモリ２６８を含むことができる。当然のことながら、プロセッサ２６４は、一般的に、フィードバックをモニタして本明細書に説明する制御アクションのうちのいずれか１つ又はその組合せを行うために、メモリ２６８に格納された命令を実行することになる。コントローラ２６４はまた、様々なコントローラが全て互いに通信的に接続され及び／又は個別の（例えば、集中）制御システムに通信的に接続された分散制御システムを含むことを意図している。
排気ガス水分制御システム２６２は、排気ガス６６内の水分凝縮の態様を示すフィードバックをコントローラ２６４に与えるように個々に又は全体として構成されたいずれか１つ又はいくつかの様々な感知及び検出特徴要素を含むことができる。それらの感知／検出特徴要素は、一般的に、圧縮機セクション１５２、排気再循環経路１１０、又は排気ガス水分に影響を受けるシステム１４のいずれかの他の区域を通して位置決めされた様々な構成要素を有する検出システムと呼ぶことができる。当然のことながら、システム１４の特定の実施形態は、周囲空気の湿度レベル、及びシステム１４の比較的近くに位置する水域からの水（例えば、海水）の温度などをモニタするように構成された特徴要素を含むことができる。モニタは、侵入型（例えば、排気ガスの流れに沿って配置された測定デバイス）、又は非侵入型（例えば、排気ガスの流れをモニタするがこれに干渉しない測定デバイス）、又は両方の組合せとすることができる。更に、感知／検出特徴要素は、圧縮機セクション１５２の異なる軸線方向位置に置かれた計器の１又は２以上の段を含むことができる。このようにして、１よりも多い測定ポイントは、コントローラ２６４によって使用することができ、これは、以下に説明する制御アクションの一部を行う上でコントローラ２６４によって使用される様々なアルゴリズム、モデル、及び伝達関数を改良するのに使用することができる。
図示の実施形態において、これらの感知／検出特徴要素は、非限定的な例として、排気ガス６６の相対湿度を示すフィードバックを一緒に与えることができる湿球温度計２７０及び乾球温度計２７２を含む露点検出システムのような湿度を検出するのに使用するセンサを含む。圧縮機セクション１５２の入口導管系２７４内に位置決めされているように示されているが、湿球及び乾球温度計２７０、２７２は、入口プレナムにおけるなど圧縮機セクション１５２内の他の位置に位置することができる。当然のことながら、あらゆる数の温度計又は乾湿計などは、圧縮機セクション１５２内のいずれかのポイントで利用され、特定の測定デバイスがモニタしている排気ガスに関連付けられた湿度（例えば、相対湿度、比湿、絶対湿度）を示すフィードバックを与えることができる。更に、湿球及び乾球温度計２７０、２７２は、互いに近くに位置することができ、又は図示のように離間させることができる。例えば、両温度計は、湿球温度計２７０を示しているところに位置することができ、又は両温度計は、乾球温度計２７１を示しているところに位置することができ、又は両方は、入口セクション２６０のどこにでも一緒に位置することができる。
これらの温度センサに加えて又はこれに代えて、排気ガス水分制御システム２６２の検出システムは、入口セクション２６０の環状部分を横切る視線を有する液滴検出システム２７８を含むことができる。図示の実施形態において、液滴検出システム２７８は、入口プレナム２７６に位置決めされる。しかし、液滴検出システム２７８は、これに加えて又はこれに代えて、圧縮機の鐘形口型支柱の背後（例えば、その下流）の領域２８０に位置することができる。当然のことながら、特定の実施形態において、互いに比較して同じか又は異なる構成を有する多段（２つ、３つ、又はそれよりも多く）の液滴検出計装が存在することができる。そのような計装の段は、物理ベースのモデルの追加入力及び精緻化、及び伝達関数などにより、コントローラ２６４が液滴成長特性をより正確に判断することを可能にすることができる。
液滴検出システム２７８は、一般的に、排気ガス６６内の水の液滴サイズ、液滴流束、液滴容積、及び／又は液滴密度を測定するように構成されたいずれかの侵入型又は非侵入型の測定システムを含むことができる。図示のように、液滴検出システム２７８は、入口プレナム２７６（又は他のモニタされるセクション）にわたって光を投影するように構成された光源２８２（例えば、レーザ光源、赤外線光源）と、光を検出するように構成された検出器２８４とを含むことができる。そのようなシステムは、システムが排気ガスの流れを実質的に破壊しないということで非侵入型であると考えられる。便宜上、液滴検出システム２７８は、単にそれらの特徴要素を含むように示されているが、液滴検出システム２７８はまた、様々なコントローラ（例えば、プログラムされた制御回路）、プリズム、電源、安定化特徴要素（例えば、振動を最小にするためのもの）など、並びに排気ガス圧縮機の入口セクション２６０の異なる軸線方向位置に位置決めされた他の冗長計装（例えば、追加の光源及び光検出器）を含むことができる。液滴検出システム２７８は、レーザベースの技術、ドップラーベースの技術、又は類似の技術のいずれか１つ又は組合せを利用して水滴サイズを判断することができる。コントローラ２６４及び液滴検出システム２７８は、双頭矢印によって通信的に連結されているように示されており、コントローラ２６４は、液滴検出システム２７８の作動を制御することができ、かつ水滴サイズ、水滴容積、水滴密度、水滴流束、又はそのあらゆる組合せを示すフィードバックを受け入れることができることを示している。
一部の実施形態において、例えば、排気ガス内の水の圧縮機セクション１５２の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）平面で圧縮が行われるセクションの中にそれが入る時の液滴サイズ、密度、及び流束を判断することが望ましい場合がある。ＩＧＶ平面で排気ガス水分のそれらのパラメータを判断することで、水分が圧縮機構成要素と相互作用する時に水分のより正確な測定を行うことができる（例えば、圧縮機セクション１５２の他の部分と比べて圧縮段へのそのより近い近接性に起因して）。
他方で、圧縮機セクション１５２の入口セクション２６０は、ＩＧＶ平面及び最終的には圧縮段に至るので、入口セクション２６０のプレナムを形成する壁は、より高い圧力、温度、及び圧縮工程から生じる振動に耐えるためにより厚くなる場合がある。少なくともそれらの理由のために、圧縮機セクション１５２のこの領域に液滴検出システム２７８を一体化することは困難な場合がある。これに加えて、この領域に起こる振動も、測定値の中に不確定要素を導入する場合がある。従って、特定の実施形態において、液滴検出システム２７８は、比較的低い振動力（例えば、圧縮機の圧縮段に比べて）を受ける入口セクション２６０の領域に一体化することができる。入口プレナム２７６は、そのような領域に対応することができる。以下でより詳細に議論するようなコントローラ２６４は、１又は２以上の伝達関数を利用して排気ガス圧縮機の上流部分に実施される測定に基づいて排気ガス圧縮機の下流部分に対して液滴特性を判断することができる。上述のように、伝達関数は、様々な液滴特性のより正確な予想をもたらすことができる入口セクション２６０の異なる軸線方向位置に配置される多段の計装の使用から利益を得ることができる。
例示的測定と入口セクション２６０内の排気ガス６６の制御を容易にするためにこれらの測定値を利用する方式とを以下でより詳細に議論する。上述のように、排気ガス水分制御システム２６２はまた、排気ガス６０の温度及び／又は成分を調節するように、具体的には、圧縮機セクション１５２によって最終的に圧縮される排気ガス６６のパラメータを制御するように構成された特徴要素の組合せを包含することができる。この場合も、コントローラ２６４は、これらの構成要素の作動を調整することができる。
図示の実施形態において、例えば、コントローラ２６４は、排気ガス６０の冷却を制御するためにＥＧＲ冷却システム２８６の作動を制御することができる。図示のように、ＥＧＲ冷却システム２８６は、圧縮機セクション１５２の排気ガス吸気口２８８の上流の排気再循環経路１１０に沿って位置決めされる。ＥＧＲ冷却システム２８６は、１又は２以上の直接接触式冷却器、１又は２以上の間接式熱交換器（例えば、シェル−アンド−チューブ）、１又は２以上の乾湿計冷却器、熱電冷凍モジュール、低温冷却器、又は排気再循環経路１１０内の排気ガスを冷却するのに適切ないずれかの他のデバイスを含むことができる。
ＥＧＲ冷却システム２８６が流体冷却媒体を使用する実施形態において、コントローラ２６４は、排気再循環経路１１０内の排気ガス６０の冷却を調節するために、１又は２以上の流れ制御デバイス２９４（例えば、流れ制御バルブ、ポンプ）を通じて冷却媒体供給装置２９２からＥＧＲ冷却システム２８６への及び／又はそれを通る冷却媒体の流れ２９０を制御することができる。排気ガス６０との熱交換を受けた冷却媒体は、冷却媒体供給装置２９２を補充するために冷却媒体帰還部２９６に送ることができる。ＥＧＲ冷却システム２８６が電子的に制御される時のような他の実施形態において、コントローラ２６４は、排気ガス６０の冷却を同様に調節する制御信号を送信することができる。
特定の実施形態により、ＥＧＲ冷却システム２８６の作動は、いくつかのファクタに基づいて調節することができるが、入口セクション２６０内の湿球及び乾球温度計（例えば、温度計２７０及び２７２）によって行う測定及び液滴検出システム２７８によって行う液滴測定に基づく場合がある。一実施形態において、コントローラ２６４は、これらの検出特徴機能によって提供されるフィードバックに基づいて、排気ガス６０の比湿の低下が適切であると判断する場合がある。ＥＧＲ冷却システム２８６による冷却を増大することで、この低下を行うことができる。換言すると、コントローラ２８６は、排気ガス６０の比湿を低下させるためにＥＧＲ冷却システム２８６を利用することができる。排気ガスに関連して、比湿はまた、排気ガスの特定の容積における水蒸気の乾燥ガスに対する比である湿度比と呼ぶことができる。従って、ＥＧＲ冷却システム２８６による冷却の増大により、比湿、従って、排気ガス６０の水分含有量を低下させることができる。更に、ＥＧＲ冷却システム２８６を利用して、排気ガス６６の入口温度（例えば、吸気口２８８において圧縮機セクション１５２が受け入れる時の排気ガス６６の温度）を直接に制御することができる。
このようにして排気ガス６０の冷却は、その比湿の低下を可能にすることができるが、排気ガス６０の冷却は、意中の考慮の組合せで行われることに注意しなければならない。例えば、ＥＧＲ冷却システム２８６を使用する冷却によって排気ガス６０の比湿を可能な限り低下させることが望ましい場合があるが、ＥＧＲ冷却システム２８６が提供することができる冷却の程度に関しては限界がある可能性がある。冷却媒体供給装置２９２の利用可能性、冷却媒体供給装置２９２の温度に限界がある場合があり（例えば、冷却媒体の温度は、より低い閾値に限定される場合がある）、冷却媒体２９２の熱容量には限界がある可能性がある等々である。
本発明の開示に従って、排気ガス６０の冷却は、圧縮機構成要素との水滴相互作用を軽減するようになっている１又は２以上の他の工程で調整することができる。本発明の開示の特定の態様において、排気再循環経路１１０（ＥＧＲ冷却システム２８６によって冷却されている）から圧縮機セクション１５２において受け入れられる排気ガス６６は、ＥＧＲ加熱システム２９８を使用して加熱することができる。ＥＧＲ入口加熱システム２９８は、図示のようにコントローラ２６４に通信的に連結することができ、排気ガス６６と熱交換するように構成されたあらゆる適切なデバイス又はシステムとすることができる。非限定的な例として、ＥＧＲ入口加熱システム２９８は、電気加熱器（例えば、１又は２以上の抵抗コイル）、直接式熱交換器（例えば、加熱流体と直接に接触することによる排気ガス６６の加熱）、間接式熱交換器（例えば、シェル−アンド−チューブ熱交換器）、又はいずれかの他の適切な熱交換器とすることができる。
特定の実施形態において、ＥＧＲ入口加熱システム２９８は、システム１４内に生成される蒸気又は別の加熱されたストリームのような加熱する媒体のストリーム３００を利用することができる。加熱媒体ストリーム３００は、加熱媒体供給装置３０４から入口ＥＧＲ加熱システム２９８を通じて加熱媒体帰還部３０６まで延びる加熱媒体供給経路３０２に沿って流れることができる。加熱媒体帰還部３０６は、加熱媒体ストリーム３００を再生することができ（例えば、再加熱することにより）、又は加熱媒体ストリーム３００を別の工程に使用するためにシステム１４に戻すことができる。
一部の実施形態において、全体的に示されている加熱媒体供給装置３０４は、タービンベースのサービスシステム１４の１又は複数の部分に対応する場合がある。例えば、本明細書で言及し及び／又は図６に関連して以下でより詳細に議論するように、加熱媒体供給装置３０４は、ＥＧ供給システム７８、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲ冷却システム２８６により発生する追加の熱、又は加熱流体を発生するシステム１４のこれら又は同様のセクションのあらゆる組合せとすることができる。これに加えて又はこれに代えて、加熱媒体供給装置３０４は、一部の実施形態において、圧縮機セクション１５２の１又は２以上の圧縮段を含むことができる。
上述の特徴要素のいずれか１つ又は組合せを使用する排気ガスの加熱は、排気ガス６６の相対湿度を低下させるために利用することができる。排気ガス６６との関連において、相対湿度は、その中の水分凝縮の可能性の表示を提供することができる。従って、排気ガス６６を加熱することによって排気ガス６６の相対湿度を低下させる際に、水分凝縮の可能性は、相応に低下しており、それによって圧縮機構成要素との水滴の相互作用を低下させる。
排気ガス６６の加熱は、この目的のために使用する入口ＥＧＲ加熱システム２９８又は他のデバイス又はシステムの特定の構成に応じていくつか方法で制御することができる。例えば、コントローラ２６４は、制御信号を１又は２以上の流れ制御デバイス３０８に送信することによって加熱媒体供給経路３０２に沿って加熱媒体ストリーム３００の流れを制御することができる。１又は２以上の流れ制御デバイス３０８は、１又は２以上の流れ制御バルブ、抽気バルブ、ポンプ、送風機、圧縮機、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。
様々な熱源のうち、圧縮機セクション１５２によって発生する圧縮及び加熱排気ガスは、排気ガス６６の相対湿度を低下させるのに特に適切である場合がある。当然のことながら、排気ガスは、それが圧縮機セクション１５２の様々な段を通じて進む時に益々加熱されるので、排気ガスは、圧縮段のいずれか１つ又は組合せから又は圧縮機セクション１５２の吐出器３１０において取り出すことができる。圧縮及び加熱排気ガスを入口抽気熱（ＩＢＨ）ストリーム３１２と呼ぶことができるのは、圧縮及び加熱排気ガスが吐出器３１０から及び／又は圧縮段から「抽気」され、従って、ガスタービンエンジン１５０の下流部分で直ちに燃焼に寄与せず抽出工程に働かないからである。
ＩＢＨストリーム３１２は、単一ストリームであることが図５に示されているが、ＩＢＨは、圧縮機の単一位置から取った単一ストリーム、圧縮機の個別の位置から組み合わせた単一ストリーム、複数の位置からの複数のストリーム、又は単一位置からの複数のストリームとすることができるが、圧縮機セクション１５２の入口セクション２６０内の様々な位置へ提供することができることに注意しなければならない。
入口セクション２６０へのＩＢＨストリーム３１２の流入は、１又は２以上の流れ制御デバイス３１４を使用するコントローラ２６４によって制御することができる。ＩＢＨストリーム３１２は、一般的に、圧縮によって得られるエネルギに起因して高速であることになるので、１又は２以上の流れ制御デバイス３１４は、一般的に、流れ制御バルブ、圧力調整器、抽気バルブ、又は他のいずれかの流れ制限デバイスのような１又は２以上の流れ制限デバイスを含むことになる。
一部の実施形態において、入口セクション２６０内に位置決めされたバルブ開口部のような単一出口を使用して、又は入口セクション２６０内のＩＢＨストリーム３１２を分散する複数の出口を使用して、ＩＢＨストリーム３１２は、入口セクション２６０の中に送出することができる。図５に示すように、ＩＢＨストリーム３１２は、入口セクション２６０内に位置決めされたマニホルド３１８に流入することができる。マニホルド３１６は、単一入口３１８を含むことができ、又は入口導管系２７４の軸線方向に沿って異なる位置に配置された複数の入口を含むことができる。マニホルド３２０は、図示のように、入口セクション２６０の異なる長手方向及び／又は軸線方向位置に異なるＩＢＨ部分３２２としてＩＢＨストリーム３１２を分散するように複数の出口３２０を含む。マニホルド３１６は、環状、真線、及び湾曲などのようなあらゆる形状を有することができる。
上述のように、他の効果の中でも、入口セクション２６０内の排気ガス６６の加熱により、湿球温度に対する乾球温度の上昇によって認識することができる排気ガス６６の相対湿度を低下させることができる。排気再循環経路１１０内の排気ガス６０の冷却は（例えば、排気ガスの比湿を低下させるために）、ＥＧＲ冷却システム２８６の機能及び望ましい入口温度によって制限することができ、排気ガス６６の加熱は、主として圧縮機セクション１５２の設計仕様によって制限することができるが、追加の考慮が存在する場合がある。例えば、ＩＢＨストリーム３１２を大きい程度まで利用して排気ガス６６の温度を上昇させる場合に、得られる排気ガス６６は、低い相対湿度を有するが、圧縮機セクション１５２に対して適切な温度よりも高い温度を有することができる。このようにして、本発明の実施形態は、排気ガスが圧縮機セクション１５２通して進む時に排気ガス水分凝縮に対する制御を達成するために、相対湿度の低下（加熱により）と均衡を取るべく比湿の低下を提供する（冷却により）。言い換えれば、乾球温度計２７２（乾球温度）によってモニタされる温度、ＩＢＨストリーム３１２の流れ、及び全体のガスタービンサイクルの効率に対するいずれかの関連のペナルティを最小にするために、排気ガス６０の冷却及び排気ガス６６の加熱の均衡を取ることができる。
冷却による再循環された排気ガスの水分含有量の減少及び加熱による排気ガス水分凝縮の可能性の低下は、界面活性剤流れ３２４を使用した及び／又は１又は２以上のフィルタ３２６を使用した表面張力の低下による水滴成長の抑制と連結させることができる。一例として、界面活性剤流れ３２４は、水滴核形成を防止するために水の表面張力を低下させることができる界面活性剤のいずれか１つ又は組合せを含むことができる。界面活性剤の一部の非限定的な例は、アルキルスルホン酸（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム）、グリコール系界面活性剤（例えば、アルキレンオキシドのポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブロックコポリマー）、及び同様の化合物の共役塩基を含む。界面活性剤流れ３２４は、入口セクション２６０内の排気ガス６６の流れの中に、例えば、ＥＧＲ冷却システム２８６と入口ＥＧＲ加熱システム２９８の間、入口ＥＧＲ加熱システム２９８の下流、又は入口セクション２６０内の他のいずれかの位置に流体的に注入することができる。一部の実施形態において、界面活性剤流れ３２４は、界面活性剤流れ３２４と排気ガス６６の間の相互作用を高めるために、噴霧化（例えば、微細な噴霧及び／又は蒸気）後に排気ガス６６に注入することができる。
更に別の実施形態において、界面活性剤流れ３２４は、フィルタ３２６に提供することができ、これは、比較的大きい表面積を提供して界面活性剤流れ３２４と排気ガス６６の間の相互作用を高める様々な内部導管及びマイクロチャネルなど含むことができる。フィルタ３２６はまた、界面活性剤流れ３２４なしに利用することができる。例えば、フィルタは、水分フィルタ（例えば、膨張フッ素高分子膜フィルタのような膜ベースのもの）とすることができ、又はその上に配置されるか又はそれを通って流れる乾燥剤媒体を有するフィルタとすることができる。乾燥剤媒体は、少なくとも部分的に排気ガス６６から水分を吸収し、それによって水分を除去する塩（例えば、重炭酸ナトリウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、シリカ、粘土、及び分子篩）又は液体ベースの乾燥剤（例えば、ブライン溶液、塩水、上述の乾燥剤塩の溶液）とすることができる。当然のことながら、特定の実施形態において、乾燥剤は、排気ガス６６から水分を除去するその機能を維持するために、規則的間隔で又は必要に応じて再生することができる。
入口セクション２６０への界面活性剤流れ３２４は、圧縮機セクション１５２と界面活性剤供給装置３３０の間に流体的に位置決めされた１又は２以上の流れ制御デバイス３２８を通じてコントローラ２６４によって制御することができる。１又は２以上の流れ制御デバイス３２８は、１又は２以上の制御バルブ、１又は２以上のポンプ、１又は２以上の送風機、又はいずれかの他の適切な流れ制御デバイスを含むことができる。界面活性剤流れ３２４は、以下に限定されるものではないが、ＥＧＲ冷却システム２８６の冷却機能、入口ＥＧＲ加熱システム２８９の熱容量、排気ガス６６の測定された乾球及び湿球温度、排気ガス６６の測定された水滴サイズ、排気ガス６６の水滴容積、排気ガス６６の水滴流束、又はそのあらゆる組合せを含むいくつかファクタに基づいてコントローラ２６４によって制御することができる。
いくつかの流路及び接続部が、少なくとも冷却のタイプ及び利用する熱源、並びに排気ガスとの熱交換前及び／又は後の冷却及び／又は加熱流れに対して行われる追加の処理のいずれかのタイプに応じて本発明の開示に従って排気ガス水分凝縮の制御を容易にするために可能である場合があることを以上から認めなければならない。排気ガス水分凝縮の制御を容易にするためにタービンベースのサービスシステム１４の様々な部分を接続することができる方式の例示的実施形態は、図６に示されている。
図６に示す実施形態において、圧縮機セクション１５２は、排気再循環経路１１０に流体的に連結され、これは、上述のように、圧縮機セクション１５２が再循環された排気ガス６６を受け入れることを可能にする。上述のように、ＥＧＲ冷却器３３８（例えば、上記で考察したような直接接触式冷却器又は間接式熱交換器）のようなＥＧＲ冷却システム２６８の少なくとも一部分は、図６に示すように、排気再循環経路１１０に沿って配置することができ、圧縮機セクション１５２によって受け入れられる再循環された排気ガス６６を発生するために排気ガス６０を冷却することができる。
上述のように、排気ガス６０の冷却により、排気ガスの比湿を低下させ、実際には、排気ガス６０から水を除去し、熱を冷却媒体の流れ２９０（図５）に伝達することができる。これは、追加の熱源３４０及び凝縮物３４２を生成することができる。圧縮機セクション１５２はまた、追加の熱源３４０に流体的に連結することができる。追加の熱源３４０は、再循環された排気ガス６６を加熱するために、図５に関連して上述した加熱媒体供給装置３０４として利用することができる。従って、ＥＧＲ冷却システム２６８が排気ガス６０から熱を除去するだけではなく、除去された熱は、その相対湿度を低下させるために、例えば、再循環された排気ガス６６と間接式熱交換するために加熱媒体源として利用することができる。
同じく図示のように、圧縮機セクション１５２の入口セクション２６０は、１又は２以上の下流圧縮段に、又は圧縮機の吐出部におけるなどの圧縮機セクション１５２の下流部分に流体的に連結することができる。この流体的連結は、ＩＢＨストリーム３１２が直接式又は間接式熱交換を行うことを可能にする。ＩＢＨストリーム３１２の除去により、ガスタービンシステム１５０の即時出力に関してサイクルペナルティを引き起こす場合があるが、ある程度の圧縮排気ガスを圧縮機セクション１５２の前方部分に再循環させて水分凝縮を低減し、長期間にわたるかつ部品交換及び保守のための休止時間の可能性を低減して、圧縮機を実施することができることを認めなければならない。
これに加えて又はこれに代えて、入口セクション２６０は、加熱されたＥＧストリーム３４４を受け入れるために、ＥＧ供給システム７８に流体的に連結することができる。図３に関連して上記で考察したように、ＥＧ供給システム７８は、抽出排気ガス４２から水を除去して抽出排気ガスを圧縮するように構成することができるＥＧ処理システム８２（図３）を含むことができる。従って、加熱されたＥＧストリーム３４４は、排気再循環経路１１０から入口セクション２６０によって受け入れられる排気ガス６６と比べて圧縮されて脱水することができる。従って、ＥＧ供給システム７８は、加熱媒体供給装置３０４の構成要素うちの１つであると考えることができる。
入口セクション２６０において利用される熱源は、特に制限されないが、特定の供給源が他のものよりも有益及び／又は有効である場合があることは認められるであろう。更に、ＩＢＨストリーム３１２は、圧縮機セクション１５２（ＥＧ圧縮機）から除去されていることが現在示されているが、圧縮された酸化剤抽気ストリーム３４６を使用することもできる。当然のことながら、圧縮された酸化剤抽気ストリーム３４６は、酸化剤圧縮機１８８の吐出部から又はその１又は２以上の圧縮段から取った抽気ストリームとすることができる。更に、本発明の実施形態は、排気ガスを圧縮する圧縮機セクション１５２（再循環圧縮機とも呼ぶことができる排気ガス圧縮機）との関連で考察されているが、本手法はまた、酸化剤圧縮機１８８の入口セクション３４８に適用することができる。従って、本明細書に説明する実施形態のいずれか１つ又は組合せを排気ガス６６の水分凝縮を制御するのに加えて又はそれに代えて利用して酸化剤６８の水分凝縮を制御することができる。
本明細書に説明する技術はまた、熱交換に限定されないが、排気ガスの加熱及び冷却に加えて他のパラメータの調節を同じく含むことができる。当然のことながら、排気ガスを冷却及び／又は加熱する程度に間接的に影響を与える場合がある他の作動パラメータも調節することができる。１つの例として、排気再循環経路１１０に沿って配置された送風機３５０は、ＥＧ冷却システム２６８及び／又は入口ＥＧＲ加熱システム２９８によって作動される排気ガスの容積を調節するために排気ガス６０の流量を調節することができる。図示のように、送風機３５０は、ＥＧＲ冷却システム２６８の上流の排気再循環経路１１０に沿って位置決めされる。従って、経路１１０に沿って排気ガス６０の流量を調節するのに、送風機３５０は、ＥＧ冷却器３３８内でいずれかの一時点で冷却される排気ガス６０の量を調節することができる。送風機３５０又は別の流れ制御デバイスは、これに代えて又はこれに加えて、ＥＧ冷却器３３８と入口セクション２６０の間に位置することができる。そのような流れ制御デバイスは、入口セクション２６０内でいずれかの与えられた時点で加熱される排気ガスの量を調節することができる。
図７は、本発明の開示の実施形態により実施することができる特定の作動段階に対応する方法３７０の実施形態を示す工程フローチャートである。本方法３７０は、排気ガス６０の比湿を低下させるために、排気再循環経路１１０（例えば、再循環ループ）内の排気ガス６０を冷却する段階（ブロック３７２）を含む。図５及び６に関連して上述したように、ブロック３７２による冷却する段階は、冷却媒体と排気ガス６０の間で直接式又は間接式熱交換を行うようにＥＧＲ冷却システム２６８を使用する段階を含むことができる。得られる再循環された排気ガス６６の温度は、ＥＧＲ冷却システム２６８の下流の排気再循環経路１１０の一部分で及び／又は入口ＥＧＲ加熱システム２９８の上流の入口セクション２６０内の別の位置でモニタすることができる。この温度は、特定の実施形態において、排気ガス圧縮機の入口温度と呼ぶことができる。
コントローラ２６４（例えば、制御システム１００の）は、ブロック３７２に従って排気ガスの冷却を制御することができる。例えば、測定された入口温度、入口セクション２６０における測定された湿球温度、入口セクション２６０における測定された乾球温度、測定された液滴容積、測定された液滴サイズ、水の測定された流束、又はそのあらゆる組合せに応答して、コントローラ２６４は、ＥＧＲ冷却システム２８６のパラメータを調節してそれぞれの測定値を望ましい範囲内にもたらすことができる。
本方法３７０は、圧縮機セクション１５２の吸気口２８８で再循環された排気ガス６６を受け入れる段階（ブロック３７４）を含むことができる。特定の実施形態において、これは、排気ガスの全て又は一部分の連続流束を受け入れる段階を含むことができる。本方法３７０はまた、図５に関連して上述した技術のいずれか１つ又は組合せによって排気ガス６６を濾過する段階（ブロック３７６）（例えば、濾過によって水を除去する段階、１又は２以上の乾燥剤を利用する段階、１又は２以上の界面活性剤を利用する段階）を含むことができる。従って、排気ガス６６を濾過する行為はまた、排気ガス６６に関連付けられた水の表面張力を低下させる段階を含むことができる。
コントローラ２６４は、濾過工程の少なくとも一部を制御することができる。例えば、コントローラ２６４は、排気ガス６６及び／又は乾燥剤／界面活性剤の１又は２以上の測定されたパラメータに応答して、それぞれのパラメータを予め決められた範囲内まで調節するためにフィルタ３２６（図５）を通じて乾燥剤及び／又は界面活性剤の流量を調節することができる。そのようなパラメータは、測定された入口温度、測定された比湿、又は水滴に関する測定されたパラメータなどを含むことができる。
本方法３７０は、入口セクション２６０内の排気ガス６６を加熱する段階（ブロック３７８）を更に含む。図５に関連して上述したように、この加熱する段階は、熱源及び熱交換器のいずれか一方又は組合せを使用して行うことができる。排気ガス６６の加熱は、一般的に、冷却工程の下流で行うことになるが、冷却する前に排気ガス６６を加熱する実施形態もここで考えられている。当然のことながら、一部の実施形態において、加熱によって相対湿度を低下させるのに必要なエネルギを低減するように、入口セクション２６０によって排気ガス６６を受け入れる前に冷却によって最大水凝縮（及び関連の水除去）を引き起こすことが望ましい場合がある。必要なエネルギのこの減少は、ガスタービンサイクルの効率損失の低下に対応することができる。
本方法３７０はまた、入口セクション２６０内の排気ガス６６の１又は２以上の水関連パラメータをモニタする段階（ブロック３８０）を含む。ブロック３８０によるモニタは、一般的に、是正アクションを取るべきであることをフィードバックが示す時の自動応答を容易にするために、コントローラ２６４によって行われることになる。例えば、コントローラ２６４は、入口セクション２６０内の排気ガス６６の相対湿度を判断するために湿球及び乾球温度をモニタすることができる。コントローラ２６４はまた、排気ガス内の水滴のサイズをモニタすることができる。例えば、コントローラ２６４は、液滴をモニタして一定の値又はそれ未満のサイズを有する液滴のパーセントを判断することができる。そのような測定値を表す１つの一般的方法は、例えば、ＤX＝ｙであり、式中、Ｄは直径を示し、ｘはｙの値に等しいか又はそれ未満の直径を有する液滴のパーセントを示している。単に非限定的な例証例として、排気ガスの水滴が１ミクロンのＤ50を有する場合に、水滴の５０パーセントは、１ミクロン未満又はそれに等しい直径を有する。同様に、排気ガス６６の予め決められたパーセルが１．５ミクロンのＤ90の水滴を有する場合に、水滴の９０パーセントは、１．５ミクロン未満又はそれに等しい直径を有する。同様の測定は、液滴容積（例えば、ＤＶ50、ＤＶ90、ここでＤＶは液滴容積）、ＤＤ（例えば、ＤＤ50、ＤＤ90、ここでＤＤは液滴密度）、又はこれら及び他の測定のあらゆる組合せに対して行うことができる。パラメータはまた、排気ガス６６中の水の流束（例えば、予め決められたパーセルの排気ガス６６中の水の量を表す）、又は他のいずれかの同様の表現を含むことができる。
ブロック３８０によるモニタに応答して、本方法３７０は、１又は２以上の是正アクションを行う段階（ブロック３８２）又は１又は２以上のユーザ知覚可能表示をユーザに与える段階（ブロック３８４）のいずれか又は両方を含むことができる。是正アクションは、モニタされたパラメータのうちの１又は２以上を予め決められた範囲に維持するか又はそこまで戻すためにコントローラ２６４によって自動的に行うことができる。ユーザ知覚可能表示は、モニタされたパラメータを予め決められた範囲に維持するか又はそこまで戻すために１又は２以上の調節を推奨することをユーザに示すことができる。
特定の実施形態において、コントローラ２６４は、可聴、可視、又は触覚警報を与えることによってブロック３８４に従って１又は２以上のユーザ知覚可能表示を提供することができる。警報は、特定のワークステーションにおいて注意を必要とするユーザに信号を送ることができ、又は警報をトリガした特定の状況に関して追加の情報を提供することができる。それらの一部の実施形態において、コントローラ２６４は、ユーザ知覚可能表示を提供することができ、予め決められた時間量の後で状況を改善するアクションが取られない場合に、コントローラ２６４は、ブロック３８２に従って是正アクションを行う段階に進むことができる。
従って、コントローラ２６４は、コントローラ２６４が望ましい（例えば、予め決められた）範囲外にある水分関連パラメータを示すフィードバックを検出して是正アクションを行う検出及び応答モードと、フィードバックがコントローラ２６４をしてユーザ知覚可能警報を提供させる検出及び警報モードと、フィードバックがコントローラ２６４をして最初にユーザを警告させ、続いて是正アクションを行わせ、又はフィードバックがコントローラ２６４をしてユーザを警報させ、ほぼ同時に是正アクションを行わせる（例えば、警報は、是正アクションが行われると提供される）検出警報応答モードとを含む様々な作動モードを有することができる。
コントローラ２６４は、いくつかのファクタに基づいて是正アクションを行うべきか否かを判断することができ、そのうちの一部分を本明細書で考察する。一例として、コントローラ２６４は、排気ガス６６に関連する様々なパラメータ、より具体的には排気ガス６６中の水分に関連する様々なパラメータに対して上側及び下側閾値を有する範囲を判断することができる。一部の実施形態において、コントローラ２６４は、様々な入力を利用して排気温度、排気ガス相対湿度及び比湿、水滴容積、サイズ、流束、及び密度、湿球温度、乾球温度、及びその他に対して適切な範囲を判断する物理ベースのモデルを利用することができる。
物理ベースのモデルは、圧縮機機器に関する様々な入力（例えば、エーロフォイルの構成、エーロフォイルの材料、エーロフォイルのサイズ）、環境条件（例えば、海水温度、気温、圧力、湿度、及び／又は露点）、望ましいタービン出力（例えば、望ましい製品ガス出力、電力のための望ましい発電機出力）、燃焼力学、及び排気エミッションなどを可能にすることができる。それらの入力（取りわけ潜在的入力）に基づいて、モデルは、上述の排気ガス水分関連パラメータのいずれか１つ又は組合せの適切な範囲を判断することができる。水分関連パラメータが望ましい範囲にないとコントローラ２６４が判断する場合（センサ／検出器フィードバックに基づいて）、コントローラ２６４はまた、物理ベースのモデルに基づいて、潜在的に他のフィードバックと組み合わせて予め決定された応答を有することができる。例えば、コントローラ２６４が、排気ガス６６の相対湿度が高すぎると判断する場合に、モデルは、入口ＥＧＲ加熱システム２９８によって排気ガス６６を加熱することを判断することができる。しかし、フィードバックはまた、乾球温度が上側閾値に近づいていることを示すことができ、上側閾値は、例えば、圧縮機の作動限界に基づいてモデルによって判断することができる。そのような実施形態において、コントローラ２６４は、排気再循環経路１１０中の排気ガス６０の冷却の増強により、及び／又はそれぞれ水分除去及び／又は水の表面張力低下のために排気ガス６６と接触する乾燥剤及び／又は界面活性剤流れの増加によって水分凝縮を軽減することができる。あらゆる数のこれらのタイプの制御が可能である場合があり、本発明の開示の範囲にあることは認められるであろう。
コントローラ２６４が排気ガス水分制御システム２６２の様々な作動パラメータを制御して調節することができる方式の実施形態は、制御スキーム３９０の工程図として図８に示されている。具体的には、制御スキーム３９０は、液滴検出システム２７８からのフィードバックを使用する水滴検出の結果として起こる場合がある制御アクション及び様々な工程の様々な実施形態を含む。更に、図８に関連して説明する実施形態は、液滴サイズに関連付けられたフィードバックとの関連で示されているが、それらはまた、液滴容積、液滴流束、及び液滴密度などの他のフィードバックに適用可能である。更に、以下に説明する工程のいずれか１つ又は組合せ（当然のことながら、上述のコントローラ２６４によって行われるあらゆる制御アクション）は、メモリ２６８（これは、この場合も非一時的であり、すなわち、信号を含まない）に格納された命令をプロセッサ２６６を使用して実行することによってコントローラ２６４により行うことができることに注意しなければならない。コントローラ２６４のアクション（例えば、コントローラ２６４は、特定のアクションを行う「ように構成され」、又はコントローラ２６４は、特定のアクションを行う）を示す上で、そのようなアクションは、命令を格納したメモリ２６８を含む有形処理構成要素を使用して行われることを注意しなければならない。従って、メモリ２６８は、具体的には、コントローラ２６４が本明細書に説明する作業を実施するように構成されるように、本明細書に説明する工程を実施するための命令を用いてプログラムされる。制御スキーム３９０はまた、ユーザ入力の受け入れ時に適切な制御アクションを行うために、ユーザ（例えば、技術者）に提示される様々な表示を表すことができる。
図示のような制御スキーム３９０において、コントローラ２６４は、液滴検出システム２７８によって測定された時の再循環された排気ガス６６の特定のパーセル内の水滴サイズに関するフィードバックを受け入れる（ブロック３９２）。フィードバックは、時間の関数として検出された水滴サイズ（例えば、容積、直径）を含むことができ、又は水滴直径ＤＶ50、ＤＶ75、又はＤＶ90値、又はそのあらゆる組合せに対して、水滴容積ＤＤ50、ＤＤ75、又はＤＤ90値、又はそのあらゆる組合せに対して、水滴密度（例えば、液滴当たりの水の重量）、又はそれら及び他の測定値のあらゆる組合せに対して、水滴サイズ、例えば、Ｄ50、Ｄ75、又はＤ90値、又はそのあらゆる組合せの平均値を含むことができる。上述の測定値のうち、再循環された排気ガス６６内の水の水滴直径に対して、Ｄ50、Ｄ75、又はＤ90値、又はそのあらゆる組合せは、レーザ及び／又はドップラー直径検出技術を使用して液滴検出システム２７８によって容易に生成することができる。更に、コントローラ２６４は、液滴検出システム２７８によって生成される生の未処理フィードバックを受け入れるように構成することができ、又は特定の測定値を示す処理されたフィードバックを受け入れるように構成することができる。換言すると、一部の実施形態において、一例として、コントローラ２６４は、水滴直径Ｄ50、Ｄ75、又はＤ90値を計算するように構成することができ、又は液滴検出システム２７８から水滴直径Ｄ50、Ｄ75、又はＤ90値を受け入れることができる。従って、液滴検出システム２７８は、コントローラ２６４と通信するそれ自体の処理構成要素（例えば、命令を実行するように構成されたプロセッサ及び命令を格納したメモリ）を含むことができる。
コントローラ２６４はまた、フィードバックが予め決められた範囲外の液滴サイズ測定値を示しているか否かを判断することができる（ブロック３９４）。予め決められた範囲は、図７に関連して上述した物理ベースのモデルに提供される入力を含む様々な入力の結果とすることができる。当然のことながら、コントローラ２６４はまた、ブロック３９４によって表される行為を行う上で、受け入れられたフィードバックの更に別の処理に関するいくつかのサブルーチン３９６を行うことができる。
一例示的サブルーチンにおいて、入口セクション２６０内の液滴検出システム２７８の位置（例えば、入口セクション２６０の軸線方向に沿うその位置）に応じて、コントローラ２７８は、圧縮機セクション１５２内の他の位置で液滴サイズを推定又は判断するために伝達関数を利用することができる（ブロック３９８）。例えば、与えられた水の液滴が、吸気口２８８からＩＧＶ平面（鐘形口型支柱などにおける圧縮段のすぐ上流）まで入口セクション２６０に沿って軸線方向に進む時に、水の液滴は、近くの水滴との融合によりサイズが大きくなる場合がある点は認めなければならない。液滴成長が起こる程度は、従って、再循環された排気ガス６６内の水の量に関するものを含むいくつかのファクタによって判断することができる。換言すると、再循環された排気ガス６６に存在する水が多くなるほど、液滴のサイズが成長する可能性は大きくなる。液滴成長に寄与するファクタは、取りわけ湿度レベル（例えば、比湿及び／又は相対湿度）をモニタすることによってモニタすることができる。ブロック３９８に従って伝達関数を利用することは、水滴と圧縮機機器の間の相互作用程度を判断するのに望ましい場合があり、これは、上述のように、機器の作動寿命を延ばすことに寄与することができる。当然のことながら、伝達関数の利用により、例えば、特定の領域における測定デバイスの一体化に関連付けられた難しさに起因してモニタが困難になる圧縮機セクション１５２の各セクションにおいて、湿度パラメータの正確で精密な推定を可能にすることができる。一実施形態において、コントローラ２７８は、測定デバイスを一体化することが困難な区域である入口鐘形口において液滴サイズを制御するために伝達関数を利用することができる。
上流位置で測定する液滴サイズに基づいて下流位置の液滴サイズを推定又は判断する伝達関数は、測定された湿度レベルだけではなく平均水滴サイズ、液滴直径Ｄ50、Ｄ75、又はＤ90値なども考慮に入れることができる。特定の実施形態において、伝達関数の出力は、入口セクション２６０内、又は圧縮段内、又はその組合せで液滴検出システム２７８の下流の位置で推定された液滴サイズ値（例えば、推定された液滴直径Ｄ50、Ｄ75、又はＤ90値）とすることができる。そのような伝達関数は、それがモデル入力及び関連の処理要件の数を低減することができる点で有用である場合があり、伝達関数を利用しない実施形態も現在考えられている。更に別の実施形態において、モデルは、本質的に伝達関数を実施する命令をそれ自体で含むことができる。
サブルーチン３９６を実施するのに、コントローラ２６４はまた、上で考察した判断された液滴サイズ（例えば、伝達関数を実施した後の推定された液滴、又は測定された液滴サイズ、又は両方）を物理ベースのモデルを使用して判断された望ましい範囲と比較することができる（ブロック４００）。例えば、物理ベースのモデルは、液滴サイズに対して望ましい範囲を判断するのに様々な作動及び環境条件を考慮に入れることができる。例えば、物理ベースのモデルは、ガスタービンシステム１５０（図３）の負荷、圧縮機構成要素（例えば、エーロフォイル及び／又は圧縮機ホイールのような回転要素）の構成（例えば、サイズ、形状、材料構造）、排気ガスに関するパラメータ（例えば、排気再循環経路１１０に沿った排気ガス６０の流量、再循環された排気ガス６６の成分、再循環された排気ガス６６の入口温度、排気ガスの比湿及び相対湿度）、又はそれら及び他のパラメータのあらゆる組合せに鑑みて、液滴サイズの適切な範囲を判断することができる。
図８に提示する制御スキーム３９０は、ブロック３９２に従って測定された液滴サイズが、考察を容易にするために予め決められた範囲外にあると仮定する。しかし、一部の実施形態において、測定された液滴サイズは、予め決められた範囲にある場合があることに注意しなければならない。そのような実施形態において、制御アクションが行われない場合があり、又は液滴サイズが予め決められた範囲に留まることを保証するために液滴サイズにわたる能動制御を行う場合がある。例えば、コントローラ２６４は、最近の環境変化（例えば、気候の変化）により、再循環された排気ガス６６は、より高い水分含有量を有する可能性が高いと判断することができる。そのような実施形態において、コントローラ２６４は、追加の加熱及び／又は冷却媒体の供給源を格納することができ、追加の加熱及び／又は冷却媒体を生成することができ、又はそうでなければ排気ガス水分制御システム２６２を提供して追加の水分を処理することができる。
コントローラ２６４は、液滴サイズが規定の範囲外にあると判断すると、排気ガス水分制御システム２６２の１又は２以上の作動パラメータ、及び／又はガスタービンシステム１５０の他の作動パラメータ（例えば、送風機３５０（図６）のロード、速度）を調節することができる（ブロック４０２）。ブロック４０２で表されるアクションは、一連の制御アクションを含むことができ（ブロック４０４）、これは、全て相互に関連付けられる場合があり、これは、排気ガス６０及び／又は再循環された排気ガス６６の温度及び／又は湿度測定値を含む他のファクタによって判断される場合がある。
図示のように、制御アクション４０４は、２〜３例を挙げると、ループ（例えば、排気再循環経路１１０）内の排気ガス６０の冷却を調節する段階（ブロック４０６）と、入口セクション２６０内の排気ガス６６の加熱を調節する段階（ブロック４０８）と、圧縮機入口セクション２６０内の排気ガス６６の流れパラメータを調節する段階（ブロック４１０）と、圧縮機入口セクション２６０に界面活性剤を提供／調節する段階（ブロック４１２）とを含む。この場合も、それらの制御アクションは、全て相互に関連付けられる場合があり、また上述の物理ベースのモデルによって生じる出力によって判断される場合がある。
ブロック４０６（すなわち、冷却を調節する段階）によって表される行為は、図７のブロック３７２に関連付けられた作動パラメータの調節に対応することができ、ＥＧＲ冷却システム２８６（図５）を通じた冷却媒体の流量の調節、ＥＧＲ冷却システム２８６の冷却媒体の温度の調節、又は他のいずれかのパラメータ調節に対応することができる。この場合も、冷却は、排気ガス６０の比湿を低下させるように行うことができ、冷却媒体の物理的及び化学特性、ＥＧＲ冷却システム２８６の機能、及び再循環された排気ガス６６の望ましい入口温度によって制限することができる。調節の程度は、液滴サイズが望ましい液滴サイズ範囲から逸脱する程度、並びにブロック４０４により他の調節を行うことができる程度に対応する場合がある。
例えば、入口セクション２６０において加熱がほとんど行われていないか又は全く行われていない（例えば、ＩＢＨストリーム３１２がほとんど利用されていないか又は全く利用されていない）場合に、コントローラ２６４は、ＥＧＲ冷却システム２８６を通る冷却媒体の流れを最大にするのではなく、冷却媒体の流れの増加に加えてＩＢＨストリーム３１２の流れを増加させることを選択することができる。このようにして調節を行う上で、コントローラ２６４は、作動柔軟性を維持して排気ガス水分制御システム２６２がガスタービンシステム１５０における過渡事象をよりよく処理することを可能にする。
ブロック４０８による加熱調節は、一般的に、図７のブロック３７８に関連付けられた作動パラメータの調節に対応することができ、排気再循環経路１１０における排気ガス６０の冷却の調節に加えて又は排気ガス６０の冷却の代わりに行うことができる。加熱を調節する程度は、例えば、圧縮機セクション１５２の構成に基づいて判断される最大乾球温度、及び圧縮機セクション１６０における希釈剤として（及び／又はＥＯＲシステム１８（図１）に使用するための油抽出媒体として）利用される圧縮排気ガスの望ましい温度、ＥＧＲ冷却システム２８６から得られる追加の冷却の量（例えば、冷却媒体の流れを更にかつどの程度まで増加させることができるか、及び／又は冷却媒体が温度をどの程度まで低下させることができるか）、及び温度計２７０、２７２（図５）によって判断される湿球及び乾球温度の間の測定差によって判断される場合がある。加熱調節はまた、ブロック４０６に関連して説明する冷却調節に関連して上述したように、環境及び作動条件に依存する場合がある。
ブロック４１０による排気ガス流れパラメータの調節は、圧縮機吸気口２８８によって受け入れられる再循環された排気ガスの量の調節を含む場合があり、これは、少なくとも部分的に、ＥＧＲ冷却システム２８６によって冷却されている排気ガス６０の量、及び／又は入口セクション２６０内で加熱された再循環された排気ガス６６の量を判断することができる。このようにして、排気ガスの冷却及び／又は加熱は、間接的に制御される。ブロック４１０による調節は、例えば、圧縮機セクション１６０、ＥＯＲシステム１８、及びＥＧ供給システム７８内に使用するのに適切な排気ガスの量、並びに排気ガス水分制御システム２６２に依然として利用することができる冷却及び／又は加熱調節の程度によって判断される場合がある。例えば、追加の冷却及び／又は追加の加熱を排気ガスの与えられた流量に対して依然として提供することができるとコントローラ２６４が判断する場合に、コントローラ２６４は、排気ガス流量に対するより小さい調節に加えて又はブロック４１０によるいずれかの調節の代わりに、ブロック４０６及び４０８による調節を行うことを選択することができる。ブロック４１０による調節は、排気再循環経路１１０に沿って配置された送風機、圧縮機セクション１５２の入口ガイドベーンを使用する圧縮機吸気口２８８における可変チョーク、又はこれら及び他のデバイスのあらゆる組合せのような適切な流れ制御デバイスのいずれか１つ又は組合せを使用して行うことができる。
制御アクション４０４はまた、ブロック４１２に従って図５に関連して上で考察した界面活性剤流れ３２４を提供及び／又は調節する段階を含むことができる。この調節は、入口セクション２６０通して界面活性剤流れ３２４の流量を調節する段階、又は他に界面活性剤と排気ガス水分の間の相互作用を調節するために界面活性剤流れ３２４に利用する界面活性剤の量を調節する段階（例えば、追加の界面活性剤を希釈剤と混合して界面活性剤流れ３２４を生成させることにより）を含むことができる。上述のように、この相互作用は、水表面張力の低下をもたらし、それによって液滴核形成及び成長を防止することができる。ブロック４１２による調節の程度は、上述のように、例えば、既に液滴成長を制御するのに利用されている界面活性剤のレベル、液滴の測定サイズ、入口セクション２６０における排気ガス６６の相対湿度、及び依然として利用可能な追加の冷却及び／又は加熱調節の利用可能性によって判断される場合がある。
コントローラ２６４は、液滴サイズ及び成長、並びに望ましい範囲からの液滴サイズ逸脱の程度を制御するエフェクタの各々の現在の状態に基づいて、どの制御アクション４０４を調節するかを自動的に判断することができる。これに加えて又はこれに代えて、コントローラ２６４は、図７のブロック３８４に従って望ましい範囲に液滴サイズを戻すか又は維持するために制御アクションが適切であると考えられるというユーザへの警告をユーザ知覚可能表示に提供させることができる。コントローラ２６４はまた、ガスタービンシステム１５０の現在の状態に基づいて最も好ましい制御アクション４０４に関する情報をユーザに与え、並びに特定の構成要素の作動履歴に基づいて、並びにシステムの過去の実施形態に使用した同様の部分から生成される履歴データに基づいて圧縮機構成要素の推定健康に関する表示を提供することができる。当然のことながら、コントローラ２６４は、制御アクションを行っている間に作動を続けるのではなく、圧縮機構成要素を変更するか又は保守を受けるべきだと判断することができる。例えば、圧縮機構成要素が古くなると、構成要素を適切な作動条件下に維持するために、制御アクション４０４のいずれか１つ又は組合せを行うことがより一層必要な場合がある。換言すると、より古い構成要素の更なる使用に好ましいレベルまで水分凝縮を低下させる排気ガスの冷却及び／又は加熱量は、もはや機器保守及び交換に関連付けられた損失をオフセットしない場合がある。そのような状況下で、コントローラ２６４は、効率を維持するために規定の時間量内に部品を交換しなければならないという表示をユーザに提供することができる。
補足説明
上に説明するように、本発明の実施形態は、排気ガス（作動流体）水分パラメータを制御することによってガスタービンシステムにおける圧縮機構成要素の浸食を抑制するためのシステム及び方法を提供する。上述の特徴のいずれか１つ又は組合せは、あらゆる適切な組合せで利用することができることに注意しなければならない。当然のことながら、そのような組合せの全ての並べ替えが現在考えられている。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するものである。
実施形態１．排気再循環経路を通じてタービン膨張器に流体的に連結された入口セクションと、入口セクションに連結され、入口セクションを通って流れる排気ガスに閉じ込められた水分に関連する第１のフィードバックを発生するように構成された少なくとも１つの非侵入型測定デバイスを含む検出システムと、検出システムに通信的に連結されたコントローラであって、コントローラが、排気ガスが排気ガス圧縮機を通って流れる時に排気ガス内の水分の凝縮の１又は２以上の表示に対する第１のフィードバックを評価し、かつ１又は２以上の表示が第１の予め決められた凝縮範囲外の水分凝縮を示す場合に取るべき第１の是正アクションに対するユーザ知覚可能表示を提供し、又は１又は２以上の表示が第２の予め決められた凝縮範囲外の水分凝縮を示す場合に第２の是正アクションを行うように構成されるように、１又は２以上のセットの命令を用いてプログラムされた非一時的媒体及び１又は２以上のセットの命令を実行するように構成された１又は２以上の処理デバイスを含む上記コントローラとを含む排気ガス圧縮機を含むガスタービンシステム。
実施形態２．排気再循環経路に沿って位置決めされて冷却媒体流路を通じて冷却媒体源に連結された排気ガス冷却器を含み、コントローラが、冷却媒体流れ制御デバイスに通信的に連結され、コントローラが、第１の是正アクション、第２の是正アクション、又はその組合せの全て又は一部として排気再循環経路内の排気ガスの冷却を調節することを可能にする実施形態１のガスタービンシステム。
実施形態３．排気ガス圧縮機が、入口セクション内に配置されて加熱媒体流路を通じて加熱媒体源と流体的に連結状態にある熱交換器を含み、コントローラが、加熱媒体流れ制御デバイスに通信的に連結され、コントローラが第１の是正アクション、第２の是正アクション、又はその組合せの全て又は一部として入口セクション内の排気ガスの加熱を調節することを可能にするいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態４．加熱媒体源が、排気ガス圧縮機の圧縮段又は圧縮機吐出部、又は両方であり、加熱媒体流路が、入口抽気熱流路であり、加熱媒体が、圧縮排気ガスであり、熱交換器が、入口セクション内の圧縮排気ガスを分配するように構成されたマニホルドであるいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態５．加熱媒体源が、ガスタービンシステムの燃焼器から加熱排気ガスを抽出するように構成された排気ガス抽出システムと、抽出された加熱排気ガスから加熱媒体である製品ガスを生成するように構成された排気ガス圧縮及び脱水システムとを含む排気ガス供給システムであるいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態６．排気ガス圧縮機の入口セクション内に配置されて入口セクション内の排気ガスを加熱するように構成された電気加熱コイルを含み、コントローラが、電気加熱コイルに通信的に連結され、コントローラが第１の是正アクション、第２の是正アクション、又はその組合せの全て又は一部として入口セクション内の排気ガスの加熱を調節することを可能にするいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態７．排気再循環経路内に位置決めされて排気再循環経路内の排気ガスを冷却するように構成された冷却システムと、入口セクション内に位置決めされた加熱システムとを含み、冷却及び加熱システムが、コントローラに制御可能に接続され、検出システムが、露点検出システム、乾球温度計、及び水滴サイズ及び流束測定システムを含み、コントローラが、露点検出システム、乾球温度計、及び水滴サイズ及び流束測定システムのいずれか１つ又は組合せの出力の評価に基づいて冷却及び加熱システムを調節するように構成されるいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態８．コントローラが、露点検出システム、乾球温度計、及び水滴サイズ及び流束測定システムのそれぞれの出力に対して伝達関数を使用して排気ガス圧縮機の入口セクションの入口ガイドベーン（ＩＧＶ）領域において投影液滴サイズ及び密度を導出するように構成され、コントローラが、予め決められた液滴サイズ及び密度範囲の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）領域において投影液滴サイズ及び密度を維持するために冷却及び加熱システムを調節するように構成されるいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態９．排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスに界面活性剤を注入するように構成されてコントローラに制御可能に連結された界面活性剤分散システムを含み、コントローラが、予め決められた液滴サイズ及び密度範囲の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）領域において投影液滴サイズ及び密度を維持するために排気ガスへの界面活性剤の注入を調節するように構成されるいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態１０．出力の評価が、入口ガイドベーン（ＩＧＶ）領域での投影サイズ及び密度を圧縮機エーロフォイル耐久性に関連付けるモデルに少なくとも部分的に基づくいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態１１．排気ガスをガスタービンシステムのタービンから排気再循環経路を通じてガスタービンシステムの排気ガス圧縮機まで流す段階と、命令を用いてプログラムされた非一時的媒体と命令を実行するように構成された１又は２以上のプロセッサとを含むコントローラを使用して排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスの水分流れパラメータを評価する段階と、評価に基づいて排気再循環経路内の排気ガスの冷却、排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスの加熱、又は両方を調節する段階とを含むいずれかの先行実施形態による方法。
実施形態１２．排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスの水分流れパラメータを評価する段階が、湿球温度計及び乾球温度計を使用して入口セクション内の相対湿度をモニタする段階と、入口セクション内及び湿球及び乾球温度計の下流に位置決めされた水滴サイズ及び流束検出システムを使用して水滴サイズ及び流束をモニタする段階と、水滴サイズ及び流束検出システムから下流の排気ガス圧縮機の一部分において相対湿度、モニタされた水滴サイズ及び流束、及び伝達関数を使用して発生している投影液滴サイズ及び流束をモニタする段階とを含み、冷却及び／又は加熱調節が、少なくとも部分的に投影液滴サイズ及び流束に基づいて行われるいずれかの先行実施形態の方法。
実施形態１３．評価に基づいて排気再循環経路内の排気ガスの冷却、排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスの加熱、又は両方を調節する段階が、排気ガス圧縮機の圧縮段又は圧縮機吐出部から入口セクションへの入口抽気熱の流れを調節する段階、又はガスタービンシステムのタービン燃焼器から加熱排気ガスを抽出し、抽出された加熱排気ガスを圧縮して水和し、製品ガス、又はその組合せを生成するように構成された排気ガス供給システムから入口セクションへの製品ガスの流れを調節する段階を含むいずれかの先行実施形態の方法。
実施形態１４．評価に基づいて排気再循環経路内の排気ガスの冷却、排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスの加熱、又は両方を調節する段階が、冷却媒体源から排気再循環経路に沿って位置決めされた排気ガス冷却器への冷却媒体の流れを調節する段階を含むいずれかの先行実施形態の方法。
実施形態１５．排気ガス圧縮機の入口セクション内の排気ガスに界面活性剤を注入するように構成された界面活性剤分散システムからの界面活性剤流れを調節する段階を含み、前記界面活性剤流れの調節が、予め決められたモニタされた水滴サイズ及び流束範囲にモニタされた水滴サイズ及び流束を維持するように構成されるいずれかの先行実施形態の方法。
実施形態１６．タービン出口から排気ガス圧縮機まで延びる排気再循環経路と、排気再循環経路に沿って位置決めされて排気再循環経路内の排気ガスを冷却するように構成された排気ガス冷却システムと、排気ガス冷却システムの下流及び排気ガス圧縮機の入口ガイドベーンの上流に位置決めされ、排気ガス内の水の液滴サイズ及び密度を測定するように構成された水滴サイズ及び流束測定システムと、排気ガス冷却システムと水滴サイズ及び流束測定システムの間に位置決めされ、排気ガスを加熱するように構成された直接接触式加熱システムと、水滴サイズ及び流束測定システム、排気ガス冷却システム、及び直接接触式加熱システムに通信的に連結されたコントローラとを含み、コントローラが、コントローラのプロセッサによって実行可能である命令を用いてプログラムされた非一時的媒体を含み、その結果、コントローラが、少なくとも部分的に排気ガス内の水のモニタされた液滴サイズ及び密度に基づいて、排気ガス内の水の液滴サイズ及び／又は密度をモニタし、排気ガス冷却システムによって排気ガスの冷却を調節し、直接接触式加熱システム、又は両方によって排気ガスの加熱を調節するように構成されるいずれかの先行実施形態によるガスタービンシステム。
実施形態１７．水滴サイズ及び流束測定システムが、排気ガス圧縮機の入口プレナムに又は排気ガス圧縮機の鐘形口型支柱に位置決めされるいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態１８．直接接触式加熱システムが、排気ガス圧縮機の入口導管系内に配置されたマニホルドと、排気ガス圧縮機の圧縮段又は圧縮機吐出部から抽出された圧縮排気ガスからの入口抽気熱をマニホルドに流すように構成された流路とを含み、コントローラが、流路に沿って位置決めされた流れ制御デバイスに通信的に連結され、コントローラが排気ガスへの入口抽気熱の流れを制御することを可能にするいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態１９．直接接触式加熱システムが、排気ガス圧縮機の入口導管系内に配置された抵抗コイルを含み、抵抗コイルが、コントローラに通信的に連結されてコントローラが抵抗コイルによる加熱を調節することを可能にするいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
実施形態２０．排気ガス冷却システムと水滴サイズ及び流束測定システムの間に位置決めされ、コントローラに通信的に連結されたそれらのそれぞれの測定応答を有する露点温度測定システム及び乾球温度計を含み、コントローラが、露点温度測定システム、乾球温度計、及び水滴サイズ及び流束測定システムの測定出力、及び伝達関数を使用して、水分凝縮の結果として排気ガス圧縮機のエーロフォイルの浸食を最小にするために排気ガス圧縮機の入口ガイドベーン平面内で排気ガス内の水の投影液滴サイズ及び密度を導出するように構成されるいずれかの先行実施形態のガスタービンシステム。
本発明の特定の特徴のみを本明細書に図示かつ説明したが、当業者には多くの修正及び変更が想起されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、全てのそのような修正及び変更を本発明の真の精神の範囲に入るものとして網羅するように意図していることは理解されるものとする。

Claims (20)

  1. 排気再循環経路を通じてタービン膨張器に流体的に連結された入口セクションと、
    前記入口セクションに連結された少なくとも１つの非侵入型測定デバイスを含む検出システムであって、該少なくとも１つの非侵入型測定デバイスが、該入口セクションを通って流れる排気ガス内に閉じ込められた水分に関連する第１のフィードバックを発生するように構成された前記検出システムと、
    前記検出システムに通信的に連結されたコントローラであって、該コントローラが、
    前記排気ガスが前記排気ガス圧縮機を通って流れる時に該排気ガス内の前記水分の凝縮の１又は２以上の表示に対する前記第１のフィードバックを評価し、
    前記１又は２以上の表示が第１の予め決められた凝縮範囲外の水分凝縮を示す場合に取るべき第１の是正アクションのためのユーザ知覚可能表示を与え、又は
    前記１又は２以上の表示が第２の予め決められた凝縮範囲外の水分凝縮を示す場合に第２の是正アクションを行う、
    ように構成されるように、１又は２以上のセットの命令を用いてプログラムされた非一時的媒体と、該１又は２以上のセットの命令を実行するように構成された１又は２以上の処理デバイスとを含む前記コントローラと、
    を含む排気ガス圧縮機、
    を含むことを特徴とするガスタービンシステム。
  2. 前記排気再循環経路に沿って位置決めされ、かつ冷却媒体流路を通じて冷却媒体源に連結された排気ガス冷却器を含み、
    前記コントローラは、冷却媒体流れ制御デバイスに通信的に連結され、該コントローラが前記第１の是正アクション、前記第２の是正アクション、又はその組合せの全て又は一部として前記排気再循環経路内の前記排気ガスの冷却を調節することを可能にする、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンシステム。
  3. 前記排気ガス圧縮機は、前記入口セクション内に配置されて加熱媒体流路を通じて加熱媒体源と流体連通している熱交換器を含み、
    前記コントローラは、加熱媒体流れ制御デバイスに通信的に連結され、該コントローラが前記第１の是正アクション、前記第２の是正アクション、又はその組合せの全て又は一部として前記入口セクション内の前記排気ガスの加熱を調節することを可能にする、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンシステム。
  4. 前記加熱媒体源は、前記排気ガス圧縮機の圧縮段又は圧縮機吐出部、又は両方であり、前記加熱媒体流路は、入口抽気熱流路であり、前記加熱媒体は、圧縮排気ガスであり、前記熱交換器は、前記入口セクション内の該圧縮排気ガスを分配するように構成されたマニホルドであることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンシステム。
  5. 前記加熱媒体源は、
    ガスタービンシステムの燃焼器から加熱排気ガスを抽出するように構成された排気ガス抽出システムと、
    前記抽出された加熱排気ガスから前記加熱媒体である製品ガスを生成するように構成された排気ガス圧縮及び脱水システムと、
    を含む排気ガス供給システムである、
    ことを特徴とする請求項３に記載のガスタービンシステム。
  6. 前記排気ガス圧縮機の前記入口セクション内に配置され、かつ該入口セクション内の前記排気ガスを加熱するように構成された電気加熱コイルを含み、
    前記コントローラは、前記電気加熱コイルに通信的に連結され、該コントローラが前記第１の是正アクション、前記第２の是正アクション、又はその組合せの全て又は一部として前記入口セクション内の前記排気ガスの加熱を調節することを可能にする、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンシステム。
  7. 前記排気再循環経路内に位置決めされ、かつ該排気再循環経路内の排気ガスを冷却するように構成された冷却システムと、
    前記入口セクション内に位置決めされた加熱システムであって、前記冷却及び加熱システムが前記コントローラに制御可能に接続された前記加熱システムと、
    を含み、
    前記検出システムは、露点検出システム、乾球温度計、及び水滴サイズ及び流束測定システムを含み、前記コントローラは、該露点検出システム、該乾球温度計、及び該水滴サイズ及び流束測定システムのいずれか１つ又は組合せの出力の評価に基づいて前記冷却及び加熱システムを調節するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービンシステム。
  8. 前記コントローラは、前記露点検出システム、前記乾球温度計、及び前記水滴サイズ及び流束測定システムの前記それぞれの前記出力に対して伝達関数を使用して前記排気ガス圧縮機の前記入口セクションの入口ガイドベーン（ＩＧＶ）領域での投影液滴サイズ及び密度を導出するように構成され、該コントローラは、該入口ガイドベーン（ＩＧＶ）領域での該投影液滴サイズ及び密度を予め決められた液滴サイズ及び密度範囲内に維持するために前記冷却及び加熱システムを調節するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のガスタービンシステム。
  9. 前記排気ガス圧縮機の前記入口セクション内の前記排気ガスの中に界面活性剤を注入するように構成され、前記コントローラに制御可能に連結された界面活性剤分散システムを含み、該コントローラは、前記入口ガイドベーン（ＩＧＶ）領域での前記投影液滴サイズ及び密度を前記予め決められた液滴サイズ及び密度範囲内に維持するために該排気ガスの中への該界面活性剤の注入を調節するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のガスタービンシステム。
  10. 前記出力の前記評価は、前記入口ガイドベーン（ＩＧＶ）領域での前記投影サイズ及び密度を圧縮機エーロフォイル耐久性に関連付けるモデルに少なくとも部分的に基づいていることを特徴とする請求項７に記載のガスタービンシステム。
  11. 排気ガスをガスタービンシステムのタービンから排気再循環経路を通じて該ガスタービンシステムの排気ガス圧縮機まで流す段階と、
    命令を用いてプログラムされた非一時的媒体と該命令を実行するように構成された１又は２以上のプロセッサとを含むコントローラを使用して前記排気ガス圧縮機の入口セクション内の前記排気ガスの水分流れパラメータを評価する段階と、
    前記評価に基づいて前記排気再循環経路内の前記排気ガスの冷却、前記排気ガス圧縮機の前記入口セクション内の該排気ガスの加熱、又は両方を調節する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  12. 前記排気ガス圧縮機の前記入口セクション内の前記排気ガスの水分流れパラメータを評価する段階は、
    湿球温度計及び乾球温度計を使用して前記入口セクション内の相対湿度をモニタする段階と、
    前記入口セクション内及び前記湿球及び乾球温度計の下流に位置決めされた水滴サイズ及び流束検出システムを使用して水滴サイズ及び流束をモニタする段階と、
    前記水滴サイズ及び流束検出システムの位置から下流の前記排気ガス圧縮機の一部分での投影液滴サイズ及び流束をモニタする段階であって、該投影液滴サイズ及び流束が、少なくとも前記相対湿度、前記モニタされた水滴サイズ及び流束、及び伝達関数を使用して発生され、前記冷却及び／又は加熱調節が、少なくとも部分的に該投影液滴サイズ及び流束に基づいて行われる前記モニタする段階と、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 前記評価に基づいて、前記排気再循環経路内の前記排気ガスの冷却、前記排気ガス圧縮機の前記入口セクション内の該排気ガスの加熱、又は両方を調節する段階は、該排気ガス圧縮機の圧縮段又は圧縮機吐出部から該入口セクションへの入口抽気熱の流れを調節する段階、又は排気ガス供給システムから該入口セクションへの製品ガスの流れを調節する段階であって、該排気ガス供給システムが、前記ガスタービンシステムのタービン燃焼器から加熱排気ガスを抽出し、かつ該抽出された加熱排気ガスを圧縮かつ水和して該製品ガスを発生させる前記調節する段階、又はその組合せを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 前記評価に基づいて前記排気再循環経路内の前記排気ガスの冷却、前記排気ガス圧縮機の前記入口セクション内の該排気ガスの加熱、又は両方を調節する段階は、冷却媒体源から該排気再循環経路に沿って位置決めされた排気ガス冷却器への冷却媒体の流れを調節する段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  15. 前記排気ガス圧縮機の前記入口セクション内の前記排気ガスの中に界面活性剤を注入するように構成された界面活性剤分散システムからの界面活性剤流れを調節する段階を含み、
    前記界面活性剤の流れの前記調節は、前記モニタされた水滴サイズ及び流束を予め決められたモニタされた水滴サイズ及び流束範囲内に維持するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  16. タービン出口から排気ガス圧縮機まで延びる排気再循環経路と、
    前記排気再循環経路に沿って位置決めされ、かつ該排気再循環経路内の排気ガスを冷却するように構成された排気ガス冷却システムと、
    前記排気ガス冷却システムの下流かつ前記排気ガス圧縮機の入口ガイドベーンの上流に位置決めされ、前記排気ガス内の水の液滴サイズ及び密度を測定するように構成された水滴サイズ及び流束測定システムと、
    前記排気ガス冷却システムと前記水滴サイズ及び流束測定システムの間に位置決めされ、前記排気ガスを加熱するように構成された直接接触式加熱システムと、
    前記水滴サイズ及び流束測定システム、前記排気ガス冷却システム、及び前記直接接触式加熱システムに通信的に連結されたコントローラであって、該コントローラが、前記排気ガス内の水の前記液滴サイズ及び／又は密度をモニタし、かつ該排気ガス内の水の該モニタされた液滴サイズ及び密度に少なくとも部分的に基づいて、該排気ガス冷却システムによって該排気ガスの冷却を調節し、該直接接触式加熱システムによって該排気ガスの加熱を調節し、又は両方を行うように構成されるように、該コントローラのプロセッサによって実行可能である命令を用いてプログラムされた非一時的媒体を含む前記コントローラと、
    を含むことを特徴とするガスタービンシステム。
  17. 前記水滴サイズ及び流束測定システムは、前記排気ガス圧縮機の入口プレナムに又は該排気ガス圧縮機の鐘形口型支柱に位置決めされることを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンシステム。
  18. 前記直接接触式加熱システムは、前記排気ガス圧縮機の入口導管系内に配置されたマニホルドと、該排気ガス圧縮機の圧縮段又は圧縮機吐出部から抽出された圧縮排気ガスからの入口抽気熱を該マニホルドまで流すように構成された流路とを含み、
    前記コントローラは、前記流路に沿って位置決めされた流れ制御デバイスに通信的に連結され、該コントローラが前記排気ガスの中への前記入口抽気熱の流れを制御することを可能にする、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンシステム。
  19. 前記直接接触式加熱システムは、前記排気ガス圧縮機の入口導管系内に配置された抵抗コイルを含み、
    前記抵抗コイルは、前記コントローラに通信的に連結されて該コントローラが該抵抗コイルによる加熱を調節することを可能にする、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンシステム。
  20. 前記排気ガス冷却システムと前記水滴サイズ及び流束測定システムの間に位置決めされた露点温度測定システム及び乾球温度計を含み、
    前記露点温度測定システム及び前記乾球温度計は、前記コントローラに通信的に連結されたそれらのそれぞれの測定応答を有し、該コントローラは、水分凝縮の結果としての前記排気ガス圧縮機のエーロフォイルの浸食を最小にするために、該露点温度測定システム、該乾球温度計、及び前記水滴サイズ及び流束測定システムの該測定出力と伝達関数とを使用して該排気ガス圧縮機の入口ガイドベーン平面での前記排気ガス内の水に対する投影液滴サイズ及び密度を導出するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のガスタービンシステム。
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