(57)【要約】【課題】複数の出力レベル間でのタービンエンジンの出力変動時のＮＯｘ発生量を安定させることによって排出ガスの選択触媒還元処理からのアンモニアスリップを制御する。【解決手段】アンモニアスリップの削減のためのガスタービンエンジン（１２）の作動方法が開示される。例示的な方法（１００）は、出力レベルの所定の範囲にわたってエンジンを作動させるステップ（１０２）と；エンジンの排気（１９）中に発生したＮＯｘの質量流量を出力レベルの範囲にわたって１０％以内となるように制御するステップ（１０４）と、選択触媒還元工程でエンジンの排気を処理するステップ（１０６）とを含む。この方法により、ＮＯｘの濃度と、ＳＣＲ工程で使用される対応する還元剤の流量とが、出力レベルの範囲にわたる質量流量（モル質量流量）に関して比較的一定となり、アンモニアスリップが制御される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンの作動方法であって、
特定の出力レベルの範囲にわたって前記ガスタービンエンジンを作動させるステップと；
前記ガスタービンエンジンの排気中に発生したＮＯｘの質量流量を、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、選択された一定のＮＯｘの質量流量値の１０％以内で一定となるよう制御するステップと；
選択触媒還元工程で前記ガスタービンエンジンの排気を処理するステップと；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ＮＯｘの質量流量は、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、前記選択された一定のＮＯｘの質量流量値の５％以内で一定となるよう制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＮＯｘの質量流量は、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、前記選択された一定のＮＯｘの質量流量値の３％以内で一定となるよう制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記処理するステップは、所定量のアンモニアを使用して前記選択触媒還元工程でＮＯｘの量を削減するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
アンモニアの質量流量を、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、選択された一定のアンモニアの質量流量値の１０％以内で一定となるよう制御するステップをさらに含み、一定のアンモニアの質量流量値は、ＮＯｘの質量流量値に対応しており、それによって前記選択触媒還元工程でのアンモニアスリップを制御することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記特定の出力レベルの範囲にわたって前記選択触媒還元工程でのアンモニアの質量流量を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記アンモニアの質量流量は、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、選択された一定のアンモニアの質量流量値の３％以内で一定となるよう制御されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記制御は、前記ガスタービンエンジンのパイロット炎への燃料流量を前記特定の出力レベルの範囲にわたって全負荷でのパイロット炎への燃料流量の１０％以内に維持することによってなされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ガスタービンエンジンのパイロット炎への燃料流量を、前記特定の出力レベルの範囲にわたって全負荷でのパイロット炎への燃料流量の３％以内となるように制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ガスタービンエンジンの作動方法であって、
特定の出力レベルの範囲にわたって前記ガスタービンエンジンを作動させるステップと；
前記ガスタービンエンジンの排気中に発生したＮＯｘの質量流量を、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、全負荷で発生するＮＯｘの質量流量の１０％以内で一定となるよう維持するステップと；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
ＮＯｘの質量流量を、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、全負荷で発生するＮＯｘの質量流量の５％以内で一定となるように維持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ＮＯｘの質量流量を、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、全負荷で発生するＮＯｘの質量流量の３％以内で一定となるように維持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
選択触媒還元工程で還元剤を用いて前記ガスタービンエンジンの排気を処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
還元剤の量が一定に維持されるように、前記選択触媒還元工程で前記排気中のＮＯｘの転換のために化学量論量の還元剤を噴射するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記還元剤はアンモニアを含み、かつ、
前記方法は、アンモニアの質量流量を前記特定の出力レベルの範囲にわたって一定のアンモニアの質量流量値の１０％以内に制御し、それによって前記選択触媒還元工程でのアンモニアスリップを制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
ＮＯｘの質量流量を前記特定の出力レベルの範囲にわたって全負荷でのＮＯｘの質量流量の約１０％以内に維持するステップは、前記ガスタービンエンジンの１つ以上のパイロットインジェクタへの燃料流量の割合を、全負荷でのパイロットインジェクタへの燃料流量の割合の１０％でまたは１０％以内で維持することによってなされることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
ガスタービンエンジンの作動方法であって、
要求に応じて特定の出力レベルの範囲にわたって出力を発生するよう前記ガスタービンエンジンにおける燃焼状態を制御するステップと；
前記特定の出力レベルが減少すると前記ガスタービンエンジンによって発生する排気中のＮＯｘの濃度が上昇し、かつ前記特定の出力レベルが上昇すると前記ガスタービンエンジンによって発生する排気中のＮＯｘの濃度が減少するように、前記燃焼状態を制御するステップであって、前記特定の出力レベルが変動する際のＮＯｘの濃度の変動が、前記排気中のＮＯｘの総質量流量が、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、選択された一定のＮＯｘの質量流量値の１０％以内で一定に維持されるように、排気の総質量流量の変動に反応する、ステップと；
周囲環境に放出されるＮＯｘの量を制御するために選択触媒還元工程で前記排気を処理するステップと；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
排気中のＮＯｘの総質量流量は、前記特定の出力レベルの範囲にわたって、前記選択された一定のＮＯｘの質量流量値の５％以内で一定に維持されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記処理するステップは、所定量のアンモニアを使用して前記排気中のＮＯｘの量を削減するステップを含み、かつ前記選択触媒還元工程で使用されるアンモニアの質量流量は、アンモニアの質量流量値も前記特定の出力レベルの範囲にわたって前記選択された一定のアンモニアの質量流量値の±１０％を超えて変化しないように、作動中のＮＯｘの質量流量に対応することを特徴とする請求項１７に記載の方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してガスタービンエンジンに関するものであり、より詳細には、複数の出力レベル間でのタービンエンジンの出力変動時のＮＯｘ発生量を安定させることによって排出ガスの選択触媒還元処理からのアンモニアスリップを制御するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気汚染排出物、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）を削減するために、米国環境保護庁（ＥＰＡ）は、ガス、石油および石炭による火力発電所を含む電力産業に関して厳しい排出物基準を発表した。ＮＯｘは、空気の存在下で燃料を燃焼することで発生する。一般的なガスタービンシステムでは、ＮＯｘの大部分が、高温で燃焼するとともに、予混合された燃料および空気のよりリーンな（燃料が薄い状態での）供給による燃焼を安定化させるパイロット炎によって発生する。ＮＯｘは環境に望ましくない気体であり、その放出が制限されているため、従来の見識では多様な出力レベルで炎を安定させるために必要であれば少量の燃料などをパイロット炎に供給して燃焼処理でできる限り少量のＮＯｘを発生させるようにしている。
【０００３】
しかしながら多少のＮＯｘが常に発生しており、タービンの出力レベルが増加すると発生するＮＯｘの量も増加する。排出ガス流中のＮＯｘの量を、環境中に放出する前に低レベルまで減少させるために、選択触媒還元（ＳＣＲ）などの後続燃焼処理方法が公知である。ＳＣＲシステムでは水素やアンモニア、尿素などを含むさまざまな還元剤が使用できる。アンモニアはＮＯｘ放出量を低レベルに下げるために最も効果的な還元剤の１つである。しかしながらアンモニアは環境に負担をかけることも知られており、アンモニアがＮＯｘと反応せずに環境へ向けてＳＣＲシステムを通過する場合にアンモニアスリップが発生する。特許文献１には、検出されるアンモニアおよび窒素酸化物のレベルに応じてアンモニアの流量をしっかりと調整することによってアンモニアスリップを最小にする方法が開示されている。なおアンモニアレベルをしっかりと調整しても、対応するエンジンの負荷変動中に大幅にアンモニアの量が変動することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，１６６，２６２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下の詳細な説明では本発明について図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】従来公知のエンジン負荷変動中のＳＣＲ以前のＮＯｘおよびＮＨ３の流量についての運用データを示すグラフである。
【図２】本発明の実施に使用され得る選択触媒還元システムを備えるガスタービン発電プラントの概略図である。
【図３】図２のシステムで使用するための一般的な燃焼器の断面図である。
【図４】出力レベルが変動する際に一定に保持されるエンジン排出ガスにおけるＮＯｘの濃度とともにＮＯｘおよびＮＨ３の流量についての運用データを示すグラフである。
【図５】出力レベルが変動する際に比較的一定に保持されるエンジン排出ガス中のＮＯｘ質量流量とともに、ＮＯｘおよびＮＨ３の流量についての運用データを示すグラフである。
【図６】ガスタービンを作動するための方法を示す図である。
【図７】ガスタービンを作動するための別の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
燃焼タービンエンジンは一般的にどの出力レベルでもＮＯｘ生成量が最小となるように調整されており、アンモニアが、ＳＣＲシステムに導入される排出ガス中のＮＯｘの量に対して化学量論量基準で添加される。図１に図示されるように出力レベル（負荷％として示される）の変動は、アンモニア流量の比例変動を要求するＮＯｘ生成量を変動させる。
【０００８】
本発明者は、急激に出力レベルが変動する間に、ＮＯｘと反応させるためのアンモニアに関する要求が急激に変化した場合のアンモニアスリップが最も解決が難しいことを認識している。従来の見識に反して、本発明者は本明細書において、燃焼中に最小量のＮＯｘしか発生させないことを最重要目的とするのではなく、むしろ比較的一定の量のＮＯｘを（このＮＯｘの比較的一定の量が、最小にできるＮＯｘの量より大きい場合であっても）発生させることを目的とする方法を開示する。本発明の態様は、複数の出力レベルにわたってエンジンが負荷追従運転をする際に特に有利となる。エンジンで生成されるＮＯｘが、ガスタービンの負荷変動（ランピング）の間中ずっと質量（モル質量）流量に関して比較的一定に保たれる場合、結果的にＳＣＲシステムにおけるアンモニアなどの還元剤に関する要求はより安定するかほぼ一定となる。最小ＮＯｘ生成量よりも高いＮＯｘ生成量はＳＣＲシステムの能力の範囲に留められており、比較的一定のＮＯｘの質量流量は、負荷追従運転中でさえも空気許容コンプライアンスレベルを満たすように、アンモニアスリップの改良された制御を実現可能にする。
【０００９】
図２には、本明細書に開示される方法が利用可能なガスタービンエンジン１２を有する発電プラント１０が図示される。なお本発明は、図示された実施形態での使用に制限されないことを理解されたい。基本的にタービンエンジン１２は図示されるように、圧縮セクション１４と、燃焼器１７を有する燃焼セクション１６と、タービンセクション１８と、排出セクション２０とを含む。作動時に、圧縮セクション１４は環境空気を圧縮する。圧縮セクション１４からの圧縮空気は燃焼セクション１６における１つ以上の燃焼器へ進んでもよい。圧縮空気は燃料と混合され、この空気−燃料混合体は１つ以上の燃焼器で燃焼されて、高温作動ガスを発生する。燃焼セクション１６から燃焼された高温ガスがタービンセクション１８へ送り出され、ここで高温ガスは、ロータを駆動させるために、固定式の回転ベーンの交互に配置された列を通って膨張される。回転ベーンは発電機（図示せず）に取り付けられる。膨張したガスは、タービンセクション１８から出ると排出セクションを経てエンジンから排出できる。タービン１２からの排出ガス１９は熱回収蒸気発生器を通過でき、必要なら排出ガス１９はその後に排気筒２３から大気中に放出される。
【００１０】
ＳＣＲシステム２２は排気１９の流路２１に配置できる。ＳＣＲシステム２２は、ＮＯｘ削減に関して従来公知の触媒２４を含む。触媒２４は排気流路２１に設けられる。ＳＣＲシステム２２は、排出ガス１９中に還元剤を導入するために、排出ガス流路２１の方向に対して触媒２４の上流に配置されている噴射グリッド２６を基本的に形成する１つ以上の排出部を含む。還元剤供給源３１は、流体供給導管２８などを用いて噴射グリッド２６に還元剤３３を供給する。ある実施形態では、還元剤３３の流量を選択的に制御するために供給導管２８には流量制御バルブ３０が設けられている。
【００１１】
システムコントローラ３２は基本的に流量制御バルブ３０に接続されており、噴射グリッド２６への還元剤の流量を調整する。コントローラ３２は、従来公知のハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせを備えることができる。発電プラント１０内ではシステムコントローラ３２は、制御部品に加えてデータ収集および解析能力を含むことができる。例えばシステムコントローラ３２は、開示される所望のデータを提供するために発電プラント１０内の１つ以上のセンサに動作可能に接続できる。「動作可能に接続される」との用語は、本明細書で使用される場合は、直接的な接続、または直接的な物理接続部がない接続を含む間接的な接続部を含んでもよい。
【００１２】
ある実施形態では、コントローラ３２は、ＳＣＲシステム２２に入るＮＯｘの質量流量に基づいて還元剤３３の流量を調整するよう構成される。ＮＯｘの質量流量は、予測された値または測定された値であってもよい。排気１９中の実際のＮＯｘの量は、例えばＳＣＲユニットの流入部３５でのあるいはその付近でのＮＯｘの量についてのデータをコントローラ３２に提供するためにコントローラ３２に動作可能に接続されるとともに排出セクション２０に配置される１つ以上のセンサ３４によって測定できる。ＳＣＲシステム２４の流入部におけるＮＯｘの測定量は基本的にppmvd（百万分率、乾燥状態での容積測定）で測定され、続いて米国特許出願公開第２０１２／００９６８３５号明細書（この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）で説明されるようにlbs/hour（ポンド／時）でＮＯｘ質量流量に変換される。
【００１３】
さらにまたコントローラ３２は、パイロット燃料流、予混合燃料流および／または主要ノズル燃料流の質量流量についてのデータを提供するために、燃焼セクション１６に動作可能に配置された１つ以上のセンサに動作可能に接続される。さらにコントローラ３２は、１つ以上のインジェクタへ向かう燃料および／または空気の量あるいは上述の燃料流量を提供するための混合物の量を制御するために燃焼セクション１６に動作可能に接続できる。他の態様では、コントローラ３２は、ＳＣＲシステム２２に入力される排気１９の流量を選択的に増加および／または減少させるために、排出セクション２０に動作可能に接続できる。
【００１４】
ここで図３を参照すると、燃焼セクション１６のための燃焼器１７の例示的な缶３８の断面図が図示される。一般的に燃焼器１７は複数の個々の缶３８を備える。個々の缶３８内には、缶３８を通過する空気／燃料混合体に回転動作を加える多数の旋回翼が設けられている。図３に図示されるように、中央パイロット旋回翼４２を取り囲んで８つの主要燃料旋回翼４０が示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。旋回翼４０，４２のそれぞれに、圧縮された空気流に燃料および／または空気／燃料混合体を導入する１つ以上のインジェクタ４４によって所定量の燃料および／または燃料空気が供給される。一度点火されると、パイロット旋回翼４２はパイロット炎４６を発生し、主要燃料旋回翼４０を通って移動する燃料／空気混合体の点火は、缶３８内の燃焼領域の形成を完了する。
【００１５】
タービンの通常作動時はタービンは基本的に、タービン１２が全負荷運転するまでパイロット旋回翼４２および主要燃料旋回翼４０への燃料流および／または燃料／空気流の増大することによって「活性化」する。一般的には燃焼セクション１６によって発生するＮＯｘの量は、タービン１２が全負荷までランプアップする（負荷が増大する）とともに燃焼温度が高まるにつれて、増加する。パイロット炎４６を発生させるために供給された総燃料流の割合は、ＮＯｘの発生レベルについて重要な要因となる。
【００１６】
基本的にパイロット炎４６を発生させるために供給される燃料の量は、エンジン１２が全負荷へ向けて負荷変動するにつれて増大される。しかしながらこうした知識に反して、本発明の態様は、排気１９内に比較的一定の質量流量のＮＯｘを発生させるように、比較的一定の量の燃料を１つ以上のパイロットインジェクタ４４に導入する。一実施形態において、パイロット炎４６に導入される燃料の量は、全負荷でまたはそれに近い状態でパイロット炎４６に供給され得る燃料の量（１０％以下）である。全負荷でのまたはそれに近い状態（１０％以内）でパイロット炎に供給される燃料の理論上の量は、全出力でのＮＯｘの最小量で炎を安定させるために必要な量としてもよい。
【００１７】
典型的な用途では、炎安定性を維持するためにより多くの燃料がパイロット炎４６に加えられる（例えば負荷上昇中はパイロット炎への燃料流は全負荷時の５％から８〜９％の間で変化してもよい）。これはパイロット炎４６への燃料流を同様に増大させ、一方でＮＯｘの増大を引き起こす。本発明の特定の態様では、負荷変動中にエンジンが部分負荷（例えば５０％）から１００％負荷へ負荷変動するにつれてパイロット炎４６への燃料流量を増大させる必要がないように、パイロット炎４６への燃料流量は意図的により高いレベル（例えば５０％負荷時で総燃料の〜７％から８％）で維持される。これは、タービンの動作の負荷範囲にわたって最小となるエンジンＮＯｘ排出量よりも高い結果となる一方で、ＮＯｘ質量流量のレベルは比較的一定に保たれる。この方法によって、エンジン１２は、ＮＯｘ排出量がより高くなる一方でＮＯｘ排出量がより安定する（潜在的により低いアンモニアスリップはあるが、一方で排気筒ＮＯｘは依然としてＳＣＲシステムによって空気許容レベル内に制御されている）ように、パイロット炎４６への燃料流を実際に増大させる。
【００１８】
出力レベルの範囲にわたるＮＯｘ質量発生量のばらつきは、さまざまな実施形態によって異なってもよい。一実施形態では、「一定の」との用語または「比較的一定の」との用語は、本明細書では、１０％の範囲内にある値を意味するよう使用される。他の実施形態では「一定の」または「比較的一定の」との用語は、５％の範囲を意味する。さらに別の実施形態では、「一定の」または「比較的一定の」との用語は、３％の範囲を意味する。
【００１９】
図１に図示されるように、通常動作中に発生するＮＯｘエンジン放出量は出力レベルの変動に応じて変化する。ＮＯｘ質量放出量を安定させるための１つの方法として、出力レベルの変動に併せてＮＯｘの濃度（ppm）を一定に維持することが挙げられる。しかしながら予期されることに、エンジン１２に関する負荷が増大すると、ＮＯｘのモル体積を一定にできるが、エンジン１２を通って移動する空気の質量および密度も負荷の増大に併せて増大する。なお一定の回転速度のタービンを用いても、タービンを通る質量流量は出力の増大とともに増大する。したがって、ppm濃度をＮＯｘなどの要素に関して一定に保つ場合でさえも、エンジン排気流量が増大するため、その要素の質量は増大する。一例として、出力レベルの範囲（例えば９ppm）にわたってＮＯｘの量を一定となるようppmレベルで維持するよう燃焼器が調整されると、ＮＯｘの質量流量は、Ibs/hr基準で出力レベルとともに変化する。例えば本発明のそうした態様の１つにおいて、６０％負荷と基本「全」負荷との間のＮＯｘのIbs/hrは、６０から１００Ibs/hrで変化し得る。それは、現在の方法を超える改善策となるが、本発明の利点を最大限に向上させない。
【００２０】
本発明の態様は、エンジン１２が全負荷時よりも、部分負荷時にppmvd基準でより多くのＮＯｘ量を発生させるように、ＮＯｘの質量（モル質量）を一定に維持することを目標とする。ＮＯｘ濃度（ppm）は全負荷時よりも部分負荷時のほうが高いが、ＮＯｘ質量流量（Ibs/hrまたはmoles/hr（モル／時））は、どの負荷でも（おおむね）同じである。したがってＮＯｘの濃度（ppm）は、複数の出力レベルにわたって同じまたはほぼ同様のＮＯｘの質量負荷を維持するために、制御可能な変数として使用されてもよい。
【００２１】
還元剤噴射量がエンジンＮＯｘ質量流量（Ibs/hrまたはmoles/hr）に基づく場合、もしＮＯｘ質量流量が比較的一定に維持されるなら、還元剤の噴射量も比較的一定に保持され得る。この方法では、本発明の態様は、直感的ではないアプローチを用いる。なぜなら、作業者は基本的にＮＯｘ ppmを最小に維持しようとするからだ。しかしながら、排気筒ＮＯｘおよび（アンモニアが還元剤として使用される場合には）潜在的なアンモニアスリップの両方の変動を制御するために、本発明ではＮＯｘ ppmを一定に維持する代わりにＮＯｘのIbs/hrが比較的一定に維持される。
【００２２】
図２を再び参照すると、噴射グリッド２６に供給される還元剤３３の量は、ＮＯｘの濃度（ppm）ではなく、ＮＯｘの質量流量に直接関連付けられる。このようにして、エンジン１２を、開示されるように質量流量が比較的一定のＮＯｘを発生するよう調整することが必要とされる。これは、比較的予測可能な量の還元剤３３を供給可能にする。還元剤３３がアンモニアである場合、比較的一定量のアンモニアをＳＣＲユニット２４に供給できる。アンモニアの量は、削減されるＮＯｘの量に対する化学量論量であってもよい。特定の実施形態ではアンモニアは予め決められた過剰の化学量論量で提供されてもよい。この比較的一定の量は、一般的にエンジン１２の負荷変動中にアンモニア供給の急増によって引き起こされる、本発明では見られないアンモニアスリップを低減させることができる。アンモニアの比較的一定の量は、所望のアンモニア質量流量値の１０％以内、好ましくは５％以内、より好ましくは３％以内であってもよい。
【００２３】
図４〜図５を参照すると、これら図面におけるグラフは、図１に図示されたよう各出力レベルにおいて可能性のある最小ＮＯｘレベルを維持する代わりに、出力レベルの変動中のＳＣＲシステム２２の流入部３５内へのＮＯｘを比較的一定の質量流量で維持することによって結果の向上が実現されたことを示す。図４に図示されるようにＮＯｘが一定のppmレベル９に維持されると、必要なアンモニアの量の変動は、図１に図示される変動よりも緩やかとなる。したがってアンモニアスリップは、従来と比較すると低減され得る。この実施形態は効果的である一方で、アンモニアレベルは一定に維持されない。
【００２４】
これに対して図５に図示されるようにＮＯｘの線（Ibs/hr）およびアンモニアの線（Ibs/hr）は、ＮＯｘがIbs/hr基準で比較的一定に維持された（ＳＣＲ以前のＮＯｘ Ibs/hr参照）場合に、複数の出力変動にわたってさらに一定となっている。この方法によってＮＯｘひいてはアンモニアを比較的一定の流量で提供でき、負荷変動中のアンモニアスリップが最小となる。
【００２５】
上記説明によれば、ＳＣＲシステム２２におけるＮＯｘを低減するために、より一定の予測可能なＮＯｘレベルを実現して、これに対応して一定の安定した還元剤３３の射出を可能とする方法およびシステムが提供される。本発明の一態様によれば、図６に図示されるように、ガスタービンエンジン１２の作動方法１００が提供される。この方法は、出力レベルの所定の範囲（例えば全負荷の５０または６０％から１００％）にわたってエンジン１２を作動するステップ１０２を含む。方法１００は、エンジン１２の排気１９中に生成されるＮＯｘの質量流量を、出力レベルの上記範囲にわたって、一定のＮＯｘ質量流量値の１０％以内に維持されるように、制御するステップ１０４をさらに含む。特定の実施形態では、質量流量は、出力レベルの上記範囲にわたって５％以内で一定となるよう維持されるよう制御される。さらなる実施形態では質量流量値は、出力レベルの上記範囲にわたって３％以内で一定となるよう維持されるよう維持される。上述のように一実施形態では、一定の質量流量値は、選択された作動条件下で燃焼を所望の安定限界内に維持するために、全負荷（１００％負荷）で必ず発生するＮＯｘの最小質量流量であってもよい。この方法は最終的に、エンジン１２の排気１９を一般的にはアンモニアなどの還元剤３３を使用してＳＣＲシステム２２などを用いて選択触媒還元プロセスで処理するステップ１０６を含む。
【００２６】
特定の実施形態では方法１００は、アンモニアの質量流量を、出力レベルの所定の範囲にわたって一定のアンモニアの質量流量値の１０％、好ましくは５％、さらに好ましくは３％以内に維持するよう制御するステップ１０８をさらに含む。一定のアンモニアの質量流量の値は、一定のＮＯｘの質量流量の値に対応しており、それによって比較的一定の量のアンモニアが提供され、ＳＣＲ工程でのアンモニアスリップが低減される。
【００２７】
図７に図示される本発明の別の態様によれば、ガスタービンエンジン１２を作動する方法２００が提供される。方法２００は、要求に応じて出力レベルの所定の範囲にわたって電力を発生させるために、エンジン１２内の燃焼状態を制御するステップ２０２を含む。加えて方法２００は、出力レベルが低下するとエンジン１２によって発生する排気１９中のＮＯｘの濃度が高まる一方で出力レベルが高まるとエンジン１２によって発生する排気１９中のＮＯｘの濃度が低下するように、燃焼状態を制御するステップ２０４をさらに含む。基本的にその濃度はＮＯｘをｐｐｍで測定したものである。方法２００では、出力レベルが変動した場合のＮＯｘの濃度の変動は、排気１９中のＮＯｘの総質量流量が出力レベルの所定の範囲にわたって一定のＮＯｘ質量流量値の１０％以内、５％以内または３％以内で比較的一定に保たれるように、排気１９の総質量流量の変動に応答する。一実施形態では、一定の質量流量値は、発生するＮＯｘの質量を最小にする従来の作動構想下で全負荷（１００％負荷）での同様のタービン作動によって発生するＮＯｘの質量流量となるように、選択されてもよい。最終的に方法２００は、本明細書に記載されるように周囲環境に放出されるＮＯｘの量を制御するために選択触媒還元工程で排気を処理するステップ２０６を含む。
【００２８】
特定の実施形態において、処理ステップ２０６は、還元剤３３として所定の量のアンモニアを用いて排気１９中のＮＯｘの量を削減するステップを含む。このときＳＣＲ工程で使用されるアンモニアの質量流量は、アンモニアの質量流量値が出力レベルの所定の範囲にわたって一定のアンモニア質量流量値から±１０％を超えて変動しないように、作動中のＮＯｘの質量流量に対応しており、それによりＳＣＲ工程でのアンモニアスリップが削減される。一実施形態では一定のアンモニア質量流量値は少なくとも、ＳＣＲユニット内への対応する質量流量のＮＯｘを削減するために必要なアンモニアの化学量論量である。
【００２９】
制御ステップは、出力レベルの所定の範囲にわたって、全負荷であるいはその付近（例えば９０から１００％）での１つ以上のパイロットインジェクタへの燃料流量の１０％以内、好ましくは５％以内、より好ましくは３％以内で、１つ以上のパイロットインジェクタ４４へ燃料流量を維持することによって達成され得る。なお予想されることとして、本明細書に記載されるように比較的一定のＮＯｘ質量流量をもたらす他の方法が使用されてもよい。
【００３０】
本明細書では本発明のさまざまな実施形態について説明しかつ示したが、そうした実施形態は単なる例示として提供されることは明らかである。本明細書における発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変形、変更および置き換えがなされてもよい。したがって、本発明は特許請求の範囲に記載の趣旨および範囲によってのみ限定されることを意図されている。
【符号の説明】
【００３１】
１０  発電プラント
１２  ガスタービンエンジン
１４  圧縮セクション
１６  燃焼セクション
１７  燃焼器
１８  タービンセクション
１９  排気
２０  排出セクション
２１  排気流路
２２  ＳＣＲシステム
２３  排気筒
２４  ＳＣＲシステム
２４  ＳＣＲユニット
２６  噴射グリッド
２８  流体供給導管
３０  流量制御バルブ
３１  還元剤供給源
３２  コントローラ
３３  還元剤
３４  センサ
３５  流入部
３８  缶
４０  主要燃料旋回翼
４２  パイロット旋回翼
４４  パイロットインジェクタ
４６  パイロット炎
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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