JP6960736B2 - ガスタービン用の防氷システム - Google Patents

Description

本明細書に開示した主題は、ターボ機械からの排気ガスに関し、より詳細には、排気ガスの温度を制御して、寒冷気象状態中にフィルタ収容部又は他の機器上に氷形成が起きるのを低減することに関する。

ターボ機械からの排気ガスは、排出規制（ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ）を受けることがある。排気ガスは、エミッションの量（ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ）を容認できる量まで低減するために、後処理システムによって処理されることがある。特定の後処理システムの有効性は、排気ガスの高い温度の影響を受けることがある。したがって、後処理システムに入る前に排気ガスを冷却することにより、後処理システムの有効性を改善することができる。しかしながら、寒冷気象環境によっては、フィルタ収容部などの排気ガスを冷却するために利用される構成要素は、凍結温度又は寒冷気象状態の間において氷形成を経験することがある。

米国特許第８，５９６，０７３号公報

当初権利請求した主題に相応の範囲の特定の実施形態は、以下に要約している。それらの実施形態は、権利請求した主題の範囲を限定することを意図しておらず、むしろ、それらの実施形態は、主題について考えられ得る形態の簡潔な概要を提供することだけを意図している。実際上、主題は、以下に記載した実施形態と類似し得るか又は異なり得る様々な形態を網羅することができる。

第１の実施形態では、システムは、ガスタービンの排気流を受容する排気セクションを含み、排気セクションは、触媒組立体を含む。システムは、触媒組立体の上流のディフューザセクションに結合された排気ダクトを含み、排気ダクトは、排気流の戻り分を抽出する。システムは、排気ダクトに結合されたフィルタ収容部を含み、フィルタ収容部は、周囲空気流と戻り分の結合流を受容する。システムは、フィルタ収容部と排気セクションに結合された戻り導管を含み、戻り導管は、排気ダクトの上流の排気セクションに結合される。戻り導管は、結合流を排気セクションに向け、触媒組立体は、排気流及び結合流を含んでいる混合流を受容する。

第２の実施形態では、システムは、ガスタービンエンジンからの排気流を含み、排気流は、排気セクションの中に向けられた主流と、排気ダクトの中に抽出された戻り分と、を含む。システムは、排気セクションの触媒組立体の上流の戻り導管を通して排気流に向けられるフィルタ収容部からの結合流を含み、結合流は、周囲空気流と戻り分を含み、フィルタ収容部の中の結合流の第１の温度は、摂氏０度よりも高い。システムは、排気セクションの触媒組立体の中に向けられる混合流を含み、混合流は、主流と結合流を含む。触媒組立体の中の混合流の第２の温度は、摂氏約４８２度よりも低い。

第３の実施形態では、方法は、排気流をガスタービンエンジンから排気セクションの中に向けることを含む。方法は、排気流の戻り分を排気セクションから抽出することを含む。方法は、周囲空気流を戻り分と共に加熱することと、加熱した周囲空気流を排気流と排気セクションの中で混合することと、を含む。方法は、混合流を触媒組立体の中に向けることを含み、混合流は、排気流と加熱した周囲空気流を含む。

本主題のこれらや他の特徴、態様、及び利点については、図面全体に渡って同じ符号が同じ部品を指す添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を解釈するとき、良好に理解されるであろう。

排気ガスを冷却するための噴射システムを含むタービンシステムのブロック図である。 図１のタービンシステム１０の排気セクションに結合された噴射システムの実施形態のブロック図である。 後処理システムに入る排気ガスを冷却するための流れを噴射するための方法の実施形態を示すフローチャートである。

以下、本主題の１つ又は複数の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明することを目指して、現実の実施における特徴をすべては本明細書に説明していないことがある。理解すべきは、任意のそういった現実の実施の展開において、工学や設計の任意の計画におけると同様に、実施によって異なり得るシステム関連やビジネス関連の制約を遵守することなどの開発者の具体的目標を達成するために、実施に特有の決断を数多く行わなければならない、ということである。更に、理解すべきは、そういった展開の試みが、複雑且つ時間の要することがあるが、それでも本開示の恩恵を受ける当業者にとっては、日常業務的な設計、製作、及び製造の仕事になるであろう、ということである。

本主題の様々な実施形態の要素を紹介するときに、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、及び「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つ又は複数存在することを意味することを意図している。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることを意図しており、また、列挙した要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味している。

ターボ機械を出る排気ガスの温度を後処理システムに入る前に冷却するためのシステム及び方法については、下で詳細に説明する。本発明の実施形態は、概ね排気ガス流を冷却するための技術に関している。ガスタービンシステムでは、１つ又は複数のガスタービンエンジンは、燃料を燃焼させて、１つ又は複数のタービンブレードを駆動するための燃焼ガスを作り出すことができる。燃焼する燃料のタイプにもよるが、燃焼プロセスから生じた排気ガス中のエミッションは、窒素酸化物（ＮＯ_X）、硫黄酸化物（ＳＯ_X）、炭素酸化物（ＣＯ_X）、及び未燃炭化水素を含むことがある。多くの場合、タービン発電所などのガスタービンシステムの放出する排気ガスの組成は、厳しい排出規制が課せられている。

排気ガスストリーム中のＮＯ_Xの量を除去又は低減するための１つの技術は、選択式触媒還元（ＳＣＲ）触媒組立体又は他の適切な触媒組立体を利用することによって存在している。ＳＣＲ触媒組立体では、還元剤（例えば、アンモニア（ＮＨ₃））は、排気ガスストリームの中に噴射され、ＮＯ_Xと反応して、その結果として窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）とが形成される。ＳＣＲ触媒組立体の有効性は、処理される排気ガスの温度に少なくとも部分的に左右されることがある。例えば、ＳＣＲ触媒組立体は、摂氏約２６０〜４８２度（°Ｃ）（すなわち、華氏５００〜９００度（°Ｆ））の温度で特に有効なことがある。このように、タービンエンジンからの排気ガス出力が、ＳＣＲ触媒組立体のための有効温度の範囲よりも高いところでは、ＮＯ_X還元反応の変換効率を増大させるために、ＳＣＲ触媒組立体の中に流れ込む前に、排気ガスを冷却することは、有益なことがある。

そういうことで、本技術の実施形態に従って、シンプルサイクルガスタービンシステムなどのガスタービンシステムは、排気ガスストリームの中に冷却空気を噴射するように構成された噴射システムを含むことがある。更に下で説明するように、噴射システムは、タービンの下流（すなわち、排気ガスの流れに対して）に、しかしながら、ＳＣＲ触媒組立体から上流に、配設されることがある。噴射システムは、排気セクションの中に部分的又は全体的に配設されることがある。噴射システムは、排気ガスストリームの中に冷却流体（例えば、排気ガスの戻り分と周囲空気を含む結合流）を噴射するための複数の噴射穴又は開口を個々が有する複数のパイプを含むことがある。１つ又は複数のマニホルドは、空気噴射システムの噴射管に排気流の戻り分を分配するために噴射システムに結合されることがある。排気流の一部分は、タービンから供給されることがあり、また、結合流を形成するために周囲空気の流れと結合されることがある。結合流は、混合流を形成するために排気ガスの主流と結合されることがある。

これらの現在開示した技術に従って、混合構造（例えば、穿孔板）は、混合流を形成するために排気ガスストリームの中への結合流の混合を助けることができる。混合構造は、ＳＣＲシステムの受容する混合流の温度及び／又は速度の分布における均一性の改善を提供するために、空気を噴射するための噴射システムを利用することによって、混合を増加させることができる。更に、下で詳細に検討するように、現在開示した技術は、シンプルサイクルガスタービンシステムに特に有用なことがあるが、理解すべきは、本技術が、例えば、複合サイクルガスタービンシステムを含めて、任意の適切に構成されたシステムで実行できるということである。結合流、混合流、及び主流（例えば、排気流）の温度は、排気流及び周囲空気流の温度に少なくとも部分的に基づいてコントローラによって制御することができる。本実施形態では、結合流の温度制御は、排気流の戻り分を周囲空気の中に向けることによって達成され、それは次いでポンプや他の空気流機器によってフィルタ収容部の中に引き込まれることがある。本実施形態は、寒冷気象状態に適していることがあり、したがって、フィルタ収容部及び戻り導管上の及びその周りの氷形成は、低減乃至排除される。加えて、本実施形態は、機器上の氷の形成を低減するために蒸気を利用することがない。

さて、図面に転じると、図１は、本技術の実施形態に係る、排気ガスを冷却するための噴射システムを含むタービンシステム１０のブロック図を示す。タービンシステム１０は、タービンエンジン１２と後処理システム１４を含む。特定の実施形態では、タービンシステム１０は、発電システムであることがある。タービンシステム１０は、タービンシステム１０を運転するために、天然ガス及び／又は水素に富んだ合成ガスなどの液体又はガスの燃料を使用することがある。示したように、タービンシステム１０は、空気取入れ口セクション１６、圧縮機１８、燃焼器セクション２０、及びタービン１２を含む。タービン１２は、シャフトを介して圧縮機１８に駆動結合することができる。動作において、空気は、空気取入れ口セクション１６（矢印１７で示す）を通して、タービンシステム１０に入り、圧縮機１８の中で加圧される。圧縮機１８は、シャフトに結合された複数の圧縮機ブレードを含むことができる。シャフトの回転により、圧縮機ブレードの回転が引き起こされ、それによって、空気が圧縮機１８の中に引き込まれ、燃焼器セクション２０に入る前に空気が圧縮される。

圧縮空気が圧縮機１８から出て燃焼器セクション２０に入るので、圧縮空気１７は、燃焼器内での燃焼のために燃料１９と混合することができる。例えば、燃焼器は、燃料−空気混合物を、燃焼器の中に、最適な燃焼、エミッション、燃料消費、動力出力などについて適切な比率で、噴射することのできる燃料ノズルを１つ又は複数含むことができる。空気１７と燃料１９の燃焼により、高温の加圧排気ガスが発生し、その後にタービン１２内の１つ又は複数のタービンブレードを駆動するために利用することができる。動作では、タービン１２の中にそしてそれを通って流れる燃焼ガスは、タービンブレードに向かってその間を流れ、これにより、タービンブレード、したがって、シャフトが回転駆動されて、発電プラントの発電機などの負荷２１を駆動する。上で検討したように、同じくシャフトの回転により、圧縮機１８内のブレードは、取入れ口１６の受容する空気を引き込んで加圧する。

タービン１２の中を流れる燃焼ガスは、排気ガス２６のストリームとしてタービン１２の下流端１５から出ることができる。排気ガスストリーム２６は、下流方向２７に後処理システム１４に向かって流れ続けることがある。例えば、下流端１５は、後処理システム１４に、特に、排気セクション３０に、流体結合することがある。上で検討したように、燃焼プロセスの結果として、排気ガス２６は、窒素酸化物（ＮＯ_X）、硫黄酸化物（ＳＯ_X）、炭素酸化物（ＣＯ_X）、及び未燃炭化水素などの或る種の副産物を含むことがある。特定の規制のせいで、後処理システム１４は、排気ガスストリームを大気中に解放する前に、そういった副産物の濃度を低減乃至実質上最小にするために、採用されることがある。

上で述べたように、排気ガスストリーム中のＮＯ_Xの量を除去又は低減するための１つの技術は、選択式触媒還元（ＳＣＲ）触媒組立体を使用することによって存在している。例えば、ＳＣＲ触媒組立体は、ＮＯ_Xと反応するためのアンモニア（ＮＨ₃）などの還元剤を排気ガスストリームの中に噴射して窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）を発生させることによって、排気ガスストリーム２６からＮＯ_Xを除去する。理解されるように、このＳＣＲ触媒組立体の有効性は、処理される排気ガスの温度に少なくとも部分的に左右されることがある。例えば、ＮＯ_Xを除去するためのＳＣＲ触媒組立体は、摂氏約２６０〜４８２度（°Ｃ）（すなわち、華氏５００〜９００度（°Ｆ））の温度で特に有効であることがある。しかしながら、特定の実施形態では、タービン１２を出て排気セクション３０に入る排気ガス２６は、摂氏約５９０〜６５０度（°Ｃ）（すなわち、約華氏１１００〜１２００度（°Ｆ））の温度を有することがある。したがって、ＮＯ_X除去のためのＳＣＲプロセスの有効性を向上させるために、後処理システム１４は、冷却流体（例えば、結合流）を排気ガスストリーム２６の中に噴射して、ＳＣＲの前に排気ガスストリーム２６を冷却するように構成された噴射システム３２を含むことがある。結合流３９は、下で詳細に検討するように、排気ガスの戻り分５６と周囲空気３６であることがある。理解すべきことは、有効温度は、ガスストリーム２６から除去される要素及び／又は採用される触媒に応じて様々であるということである。

噴射システム３２は、排気セクション３０の内部に全体的又は部分的に配設することができる。一実施形態では、噴射システム３２は、複数の噴射管を含むことがある。噴射管の個々は、排気ガスストリーム２６との混合のために排気セクション３０の中に周囲空気３６を噴射するように構成された複数の噴射穴を含むことがある。一実施形態では、噴射システム３２と関連するフィルタ収容部３３は、１つ又は複数の送風機、ファン、又はそれらの組み合わせを含むことがある。理解されるように、空気流３６を説明するために使用するときの用語「冷却（ｃｏｏｌｉｎｇ）」は、周囲空気３６が、タービン１２を出る排気ガスストリーム２６に対してより冷えていることを意味すると理解すべきである。噴射システム３２は、周囲空気３６、戻り分５６、又はそれらの組み合わせの流れを調節するためのバルブ４１を含むこともある。タービン１２から出力される排気ガス２６と周囲空気３６は、異なった割合で排気セクション３０の中に流れ込むことがある。周囲空気３６は、結合流３９を達成する目的で排気流ダクト５４の中に向けられる排気ガスストリーム２６の戻り分５６と混合する。更に下で検討するように、排気セクション３０は、複数の穴を含む混合板を含むことがあり、それは、概ね均一な混合を提供するように適切に構成することができ、したがって、ＳＣＲ触媒組立体４２に流れ込む前に、混合流３７における概ね均一な温度及び速度の分布が達成される。

依然として図１を参照すると、混合流３７は、還元剤噴射システム３８を通って下流（例えば、方向２７）に流れ続けることがある。還元剤噴射システム３８は、適切な還元剤（例えば、アンモニア（ＮＨ₃）又は尿素）４０を混合流３７の中に噴射するように構成することができる。更に下流で、ＳＣＲ触媒組立体４２は、エミッションを低減するために実行することができる。ＳＣＲ触媒組立体４２の中で、還元剤４０（例えば、アンモニア、尿素）は、触媒として機能を果たし、混合流３７の中のＮＯ_Xと反応して、窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）を発生させ、これによって、矢印４６で示すようにスタック４４を通って大気に解放される前に、混合流３７からＮＯ_Xエミッションを除去する。理解し得ることは、ＳＣＲ触媒組立体４２は、蜂の巣又は板の構成などの任意の適切な幾何形状を用いて実行することができるということである。スタック４４は、実施形態によっては、サイレンサ又はマフラを含むことがある。

本実施形態は、処理を行って排気ガスストリーム２６からＮＯ_Xを除去することに概ね焦点を当てているが、他の実施形態は、一酸化炭素又は未燃炭化水素などの他の燃焼副産物を除去することを提供することがある。そういうことで、供給される触媒は、排気ガスストリーム２６から除去されている組成に応じて様々であることがある。結合流３９と混合流３７の温度は、利用される触媒組立体によって様々であることがあり、それは次には、混合流３７の温度を制御するために利用される冷却流体（例えば、結合流３９）の量に影響を及ぼすことがある。例えば、実施形態によっては、燃焼副産物を低減するために酸化触媒組立体を利用することがある。加えて、理解すべきは、本明細書に開示した実施形態は、１つのＳＣＲ触媒組立体４２の使用に限定されず、多数のＳＣＲ触媒組立体４２又は他の触媒組立体を含んでいてもよいということである。更にまた、システム１０は、スタック４４を出て行く処理した排気ストリーム４３の組成を連続的に監視する連続排出監視（ＣＥＭ）システム４８を含むこともある。ＣＥＭシステム４８が、処理した排気ストリーム４３の組成が１つ又は複数の排出規制に適合しないことを検出する場合、ＣＥＭシステム４８は、動作パラメータを調整するか、サービスを実行するか、そうでなければ、システム１０の運転を中止するために、システム１０の操作者に通知するなどの更なる措置を扇動することを割り当てられ得る適切な実在者に通知することがある。実施形態によっては、ＣＥＭシステム４８は、温度、冷却空気３６の流量、戻り分５６の流量、排気セクション３０に噴射される還元剤（例えば、ＮＨ₃）の量などを調整するなどの是正措置を実行することもある。

図２は、図１のタービンシステム１０の排気セクション３０に結合された噴射システム３２の実施形態のブロック図である。描いたように、排気セクション３０は、排気スタック４４に結合される。上で検討したように、排気スタック４４は、残っている混合流３７をスタック４４を通して大気に解放する前に、混合流３７からエミッション（例えば、ＮＯ_Xエミッション）を除去する。エミッションの量は、排気セクション３０の内部に配設した第２の触媒組立体２９によって更に低減することができる。例えば、酸化触媒や共触媒などの第２の触媒組立体２９は、ＳＣＲ触媒組立体４２の上流の排気セクション３０の内部で利用することができる。同じく排気セクション３０の内部に配設してもよいのは、混合構造（例えば、穿孔板５０）や他の均一流機器である。穿孔板５０は、混合流３７が貫流するための開口を提供するために、穴５２又はアパーチャを含むことができる。穿孔板５０は、均一な温度分布を達成するために、結合流（例えば、戻り分５６、及び周囲空気３６流）と主流（例えば、排気流２６）との実質上均質な混合物を作り出すための混合に役立つことがある。

更に、穿孔板５０は、混合流３７が触媒組立体（例えば、ＳＣＲ触媒組立体４２）に入る前に、混合流３７（例えば、結合流３９及び排気ガスストリーム２６）の均一性を改善することができ、それによって、混合流３７のエミッション低減が改善される。穿孔板５０は、円形、卵形、三角形、四角形、長方形、又は他の多角形などの他の形状の穴又は開口を有することがある。加えて、穴及び開口は、混合流３７の均一性を改善するために、様々なパターン、形状、又は寸法（例えば、格子状の穴、平行列の穴など）で配設することができる。

排気セクション３０は、触媒組立体４２（例えば、ＳＣＲ触媒組立体）の上流の噴射システム３２のフィルタ収容部３３に結合される。実施形態によっては、フィルタ収容部３３は、排気セクション３０の内部に部分的に配設することがあり、或いは、排気セクション３０の外部に配設してもよい。排気流ダクト５４は、排気流の戻り分５６をフィルタ収容部３３に向けるために排気セクション３０に結合することができる。戻り分５６は、戻り開口５９を通って排気流ダクト５４に入ることができる。排気流ダクト５４は、排気セクション３０に対して或る角度５７で配設されることがある。例えば、排気流ダクト５４は、排気セクション３０に対して約９０度の角度５７で配設されることがある。他の実施形態では、角度５７は、排気セクション３０に対して、約３０〜１７５度、約６０〜１００度に、また、それらの間の任意の角度に、されることがある。角度寸法５７が減少するにつれ、戻り分５６として抽出される流量は、小さめの角度５７で戻り開口を通って流れるせいで、角度５７が大きめのときよりも少なくなり得る。

フィルタ収容部３３は、戻り分５６を受容して、戻り分５６を周囲空気３６と結合して結合流３９を作り出す。結合流３９は、戻り導管６５を通って排気セクション３０に入る。排気流２６の戻り分５６と周囲空気３６の比率は、排気流２６の温度と周囲空気３６の温度に少なくとも部分的に基づいて様々になることがある。実施形態によっては、結合流３９は、戻り分５６のうちのゼロでない部分を含む。戻り分５６のうちのゼロでない部分は、約０．１〜１５％、０．５〜１０％、１〜５％、それらの間のすべてのパーセントに及ぶことがある。

フィルタ収容部３３は、周囲空気３６と排気流２６の戻り分５６がフィルタ収容部３３を通って戻り導管６５を介して移行セクション５８の中に移動するのに役立つために、ポンプ、ファン４５、圧縮機、又は他の空気循環機器を含むことがある。フィルタ収容部３３は、周囲空気３６と戻り分５６をフィルタ濾過するのに役立つためにフィルタ媒体４７を含むことがある。戻り分５６と周囲空気３６は、氷形成を低減乃至排除するために、ファン４５とフィルタ媒体４７の上流で結合流３９を形成するために混合することができる。結合流３９は、次いで、移行セクション５８を介して排気セクション３０の中に流れ込む。戻り導管６５と移行セクション５８は、複数の戻りポート６０を含むことがある。そういった戻りポートは、２０１３年８月２７日にＺｈａｎｇらに発行（ここに参照により本開示に組み込む）された「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ａｉｒ ｉｎｔｏ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｆｌｏｗ」という名称の米国特許第８，５１６，７８６号に説明されている。戻りポート６０は、変化する寸法を有することができ、また、様々な構成（例えば、平行、千鳥状）で配置することができる。

混合流３７は、周囲空気３６の１０％、２０％、３０％、或いは約４０％までの量を含むことがある。周囲空気３６は、排気流２６の温度を低下させるのに役立ち、したがって、混合流３７の温度は、摂氏約４００〜５００度（°Ｃ）（すなわち、華氏７５０〜９３０度（°Ｆ））よりも低くなることがある。実施形態によっては、混合流３７は、ＳＣＲ触媒組立体４２の上流の点において摂氏約４８２度（°Ｃ）まで低下させることがある。混合流３７の温度を摂氏約４８２度（°Ｃ）まで低下させることにより、ＳＣＲ触媒４２の耐用年数が増加する。理解されるように、混合流３７の温度は、後処理システム１４で利用されるときに、他の触媒組立体（例えば、酸化触媒）の耐用年数の増加を容易にするために制御することができる。

混合流３７の温度と流量は、コントローラ６２によって制御することができる。コントローラ６２は、後処理システム１４、空気噴射システム３２、排気セクション３０、又はそれらの任意の組み合わせの中に配設した複数のセンサ６４から測定値を受け取ることができる。センサ６４は、１つ又は複数の温度センサ（例えば、周囲空気３６の温度、結合流３９の温度、混合流３７の温度を測定するため）、１つ又は複数のエミッションセンサ、１つ又は複数のフローセンサ（例えば、結合流３９、混合流３７の流量を測定するため）、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。センサ６４は、排気流ダクト５４に沿ってか、フィルタ収容部３３の内部にか、排気セクション３０に沿ってか、戻り導管６５に沿ってか、或いは、それらの任意の組み合わせにより、配設することができる。コントローラ６２は、１つ又は複数の制御バルブ（例えば、結合流３９を制御するためのバルブ４１、戻り分５６を制御するためのバルブ５１）を制御するように構成することができる。制御バルブは、流れの温度及び／又は流量（例えば、戻り分５６、結合流３９）を制御するように構成することができる。制御バルブは、排気流２６に対する戻り分５６の比率を調整することもできる。流れの温度及び／又は流量を制御することは、寒冷気象状態のせいで形成され得る氷の形成を低減乃至排除するのに役立つ。そういうことで、流れの温度及び／又は流量を調整することにより、フィルタ収容部３３と他の関連する機器（例えば、ポンプ、圧縮機、ファン４５）、戻り導管６５、及び移行セクション５８の中又は周りにおける氷形成を低減乃至排除することができる。

実施形態によっては、コントローラ６２は、フィルタ収容部３３の中又は周りにおける氷形成の可能性が、周囲空気流３６及び戻り分５６の現在の流量に関して低いときに、周囲空気流３６を増加させる、及び／又は、戻り分５６を減少させる、ことができる。この例では、結合流３９の温度は、低下させることができ、混合流３７の温度も、低下（例えば、摂氏４８２度（°Ｃ）未満）させることができる。フィルタ収容部３３の中により多くの周囲空気３６を流すことによって、結合流３９、混合流３７、及び移行セクション５８は、温度の低下を経験する。実施形態によっては、混合流３７の温度低下は、ＳＣＲ触媒組立体４２の耐用年数を増加させることがある。更に、結合流３９の温度低下は、戻り分５６の減少を容易にすることができ、これにより戻り分５６と関連する任意のエネルギ損失を低減させる。代替的に、コントローラ６２は、フィルタ収容部３３の中又は周りにおける氷形成の可能性が、周囲空気流３６及び戻り分５６の現在の流量に関して高いときに、周囲空気流３６を減少させる、及び／又は、戻り分５６を増加させる、ことができる。この例では、結合流３９及び混合流３７の温度は、低下させることができる。フィルタ収容部３３の中により多くの戻り分５６を流すことによって、結合流３９、混合流３７、及び移行セクション５８は、温度の上昇を経験する。実施形態によっては、混合流３７の温度上昇は、結合流３９からのエミッション（例えば、ＮＯ_Xエミッション）を減少させているＳＣＲ触媒組立体４２の耐用年数を減少させることがある。更に、結合流３９の温度上昇は、フィルタ収容部３３の中又は周りにおける氷形成を低減乃至排除することができる。加えて、理解されることは、実施形態によっては、戻り分５６が、戻り分５６を周囲空気３６と混合することなく、熱交換器を介して周囲空気３６を加熱できる、ということである。

図３は、後処理システム１４に入る排気ガス２６を冷却するための結合流れ３９を噴射するための方法８０の実施形態を示すフローチャートである。方法８０は、排気流２６を排気セクションの中に向けること（例えば、ブロック８２）を含む。方法８０は、戻り導管を通して排気流の戻り分５６を抽出すること（例えば、ブロック８４）を含む。方法８０は、寒冷気象状態中のフィルタ収容部、戻り導管、又はそれらの任意の組み合わせから氷を低減乃至排除するために、周囲空気３６を加熱すること（例えば、ブロック８６）を含む。加熱することなく、フィルタ収容部及び／又は戻り導管は、寒冷気象状態（例えば、周囲空気温度摂氏７度（°Ｃ）未満（華氏４５度（°Ｆ）））中に氷を蓄積することができる。図示実施形態では、周囲空気３６の加熱は、蒸気（熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）によって生じる蒸気などの）を使用せずに、達成される。方法８０は、加熱した周囲空気流を排気ダクトの移行セクションに向けること（例えば、ブロック８８）を含む。方法８０は、混合流を形成するために、加熱した周囲空気流を排気流と混合すること（例えば、ブロック９０）を含む。方法８０は、混合流を触媒組立体４２の中に向けること（例えば、ブロック９２）を含む。

主題の技術的な効果は、周囲空気を噴射することによって排気流の温度を制御することと、噴射した周囲空気の温度を制御するために排気流の戻り分を使用することと、を含む。排気流と噴射した周囲空気流とから形成される混合流の温度は、戻り分及び周囲空気流の温度に少なくとも部分的に基づいてコントローラによって制御することができる。結合流の温度制御は、ポンプ又は他の空気流機器によってフィルタ収容部の中に引き込まれる周囲空気の中への排気流の戻り分によって達成される。本実施形態は、寒冷気象状態に適していることがあり、したがって、氷形成は、フィルタ収容部と戻り導管の上及び中において低減される。加えて、本実施形態は、氷の形成を低減するために蒸気を利用しない。

ここに記載した説明は、例を用いて、ベストモードを含めて本主題を開示していると共に、任意のデバイスやシステムを作製及び使用することと任意の組み入れた方法を実行することとを含めて任意の当業者が本主題を実施できるようにもしている。特許性を有する本主題の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者の想到する他の例を含むことができる。そういった他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語と異ならない構造要素を有する場合に、或いは、特許請求の範囲の文字通りの用語に対する差異の実体がない等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。

１０ タービンシステム
１２ タービン
１４ 後処理システム
１５ 下流端
１６ 空気取入れ口セクション
１７ 矢印
１７ 圧縮空気
１８ 圧縮機
１９ 燃料
２０ 燃焼器セクション
２１ 負荷
２６ 排気ガスストリーム
２７ 下流方向
２９ 触媒組立体
３０ 排気セクション
３２ 噴射システム
３３ フィルタ収容部
３６ 周囲空気
３７ 混合流
３８ 還元剤噴射システム
３９ 結合流
４０ 還元剤
４１ バルブ
４２ ＳＣＲ触媒組立体
４３ 排気ストリーム
４４ スタック
４５ ファン
４６ 矢印
４７ フィルタ媒体
４８ ＣＥＭシステム
５０ 穿孔板
５１ バルブ
５２ 穴
５４ 排気流ダクト
５６ 戻り分
５７ 角度
５８ 移行セクション
５９ 戻り開口
６０ 戻りポート
６２ コントローラ
６４ センサ
６５ 戻り導管

Claims (14)

1. システムであって、当該システムが、
   ガスタービン（１２）の排気流（２６）を受容するように構成された排気セクション（３０）であって、触媒組立体（４２）及び該触媒組立体（４２）の上流のディフューザセクションを含む排気セクション（３０）と、
   前記触媒組立体（４２）の上流の戻り開口（５９）で前記排気セクション（３０）に結合した排気流ダクト（５４）であって、前記戻り開口（５９）で前記排気流（２６）の戻り分（５６）を抽出するように構成された排気流ダクト（５４）と、
   前記排気流ダクト（５４）に結合したフィルタ収容部（３３）であって、周囲空気流（３６）と前記戻り分（５６）の結合流（３９）を受容するように構成されたフィルタ収容部（３３）と、
   前記フィルタ収容部（３３）及び前記排気セクション（３０）に結合した戻り導管（６５）と
   を備えており、前記戻り導管（６５）が、前記排気流ダクト（５４）に結合した戻り開口（５９）の上流の１以上の戻りポート（６０）で前記排気セクション（３０）に結合しており、かつ前記戻り導管（６５）が、前記結合流（３９）を前記排気セクション（３０）のディフューザセクション内に向けるように構成されており、前記触媒組立体（４２）が前記排気流（２６）及び前記結合流（３９）を含んでいる混合流（３７）を受容するように構成されている、システム。
2. 前記戻り導管（６５）が、前記１以上の戻りポート（６０）を介して前記排気流（２６）の中に前記結合流（３９）を向けるように構成されており、前記１以上の戻りポート（６０）が複数の戻りポートを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 当該システムが、コントローラ（６２）と、前記排気流ダクト（５４）に結合した排気制御弁とを含み、前記コントローラ（６２）が前記排気制御弁を制御して前記結合流（３９）の温度を０℃超に維持するように構成される、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
4. 前記触媒組立体（４２）が選択式触媒還元組立体を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記選択式触媒還元組立体における前記混合流（３７）の温度が５００℃未満である、請求項４に記載のシステム。
6. 前記フィルタ収容部（３３）が、該フィルタ収容部（３３）内に配置されたフィルタ媒体（４７）と、前記周囲空気流（３６）及び前記戻り分（５６）を前記フィルタ収容部（３３）内に引き込むように構成されたポンプを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記周囲空気流（３６）が、前記触媒組立体（４２）において前記混合流（３７）を４０％未満含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記混合流（３７）の温度、前記周囲空気流（３６）の温度、前記結合流（３９）の流量、又はそれらの任意の組み合わせを測定するように構成されたセンサ（６４）を１つ又は複数含む、請求項１に記載のシステム。
9. 当該システムが、コントローラ（６２）と、前記戻り導管（６５）に結合した戻り制御弁（５１）とを含み、前記コントローラ（６２）が前記戻り制御弁（５１）を制御して前記排気セクション（３０）の中の前記混合流（３７）の温度を調整するように構成される、請求項１に記載のシステム。
10. 前記排気セクション（３０）が、前記戻り導管（６５）を前記排気セクション（３０）に結合する１以上の戻りポート（６０）の下流の混合構造を含み、前記混合構造（５０）が、前記排気流（２６）、前記戻り分（５６）及び前記周囲空気流（３６）を混合して前記混合流（３７）を形成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
11. 当該システムが、前記結合流（３９）又は前記混合流（３７）の温度を制御するために蒸気を利用しない、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. ガスタービンエンジン（１２）から排気流（２６）を排気セクション（３０）の中に向けるステップと、
    前記排気流（２６）の戻り分（５６）を、前記排気セクション（３０）のディフューザセクションの下流及び触媒組立体（４２）の上流の戻り開口（５９）で、前記排気セクション（３０）から抽出するステップと、
    フィルタ収容部（３３）内で前記排気流（２６）の戻り分（５６）を周囲空気流（３６）と結合させることにより、周囲空気流（３６）を前記排気流（２６）の戻り分（５６）と共に加熱して加熱周囲空気流（３９）を形成するステップと、
    前記排気セクション（３０）の戻り開口（５９）の上流のディフューザセクション内で前記加熱周囲空気流（３９）を前記排気流（２６）と混合するステップと、
    前記排気流（２６）と前記加熱周囲空気流（３９）とを含む混合流（３７）を触媒組立体（４２）の中に向けるステップと
    を含む、方法。
13. 前記混合流（３７）が前記排気流（２６）、前記加熱周囲空気流（３６）及び前記戻り分（５６）を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記周囲空気流（３６）及び前記戻り分（５６）を前記触媒組立体（４２）の中の前記混合流（３７）の温度に少なくとも部分的に基づいて制御するステップを含む、請求項１２又は請求項１３に記載の方法。

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