(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は２以上の燃焼器への燃料流れを制御するように構成された燃料制御システムと、
前記１又は２以上の燃焼器の各燃焼器への酸化剤流れを制御するように構成された酸化剤制御システムであって、前記酸化剤流れが、前記１又は２以上の燃焼器内で前記燃料流れと少なくとも部分的に反応して排気ガス流れを形成するように構成される前記酸化剤制御システムと、
前記排気ガス流れの再循環流れを前記１又は２以上の燃焼器の各燃焼器に向けるように構成された排気ガスシステムであって、前記再循環流れが、前記１又は２以上の燃焼器の各燃焼器への前記酸化剤流れとは別に、前記１又は２以上の燃焼器の各燃焼器に向けられ、前記１又は２以上の燃焼器の各燃焼器への再循環流れが第１の部分と第２の部分を有し、前記再循環流れの第２の部分が、前記１又は２以上の燃焼器の各燃焼器で、前記燃料流れと前記酸化剤流れに混ざるように構成されている排気ガスシステムと、
前記１又は２以上の燃焼器からの前記再循環流れの第２の部分を含む前記排気ガス流れを受け入れるように構成されたタービンと、
前記１又は２以上の燃焼器から前記再循環流れの第１の部分を抽出するように構成された排気抽出システムであって、前記第１の部分を構成するバイパス流れを調節して前記タービンをバイパスさせるタービンバイパスバルブを備え、前記バイパス流れが、前記再循環流れの前記第２の部分に前記タービンの下流で合流し前記第２の部分の一部として前記燃焼器に供給されるように構成されている、排気抽出システムと、
前記燃料制御システム、前記酸化剤制御システム、前記排気ガスシステム、および前記タービンバイバスバルブに連結されたコントローラであって、燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）及び排気ガス対酸化剤比（ＥＧＯＲ）を独立に制御するように構成され、前記ＦＯＲが、燃料流量を酸化剤流量で割り算したものを含み、前記ＥＧＯＲが、前記燃焼器に供給される前記再循環流量の第２の部分を前記酸化剤流量で割り算したものを含み、少なくとも部分的に前記タービンバイパスバルブの制御に基づいて前記ＥＧＯＲを制御するように構成されているコントローラと、を備えている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記１又は２以上の燃焼器の各燃焼器は、複数の燃料ノズルを含み、前記燃料制御システムは、前記複数の燃料ノズルのうちの第１のセットの燃料ノズルに連結された第１の燃料トリムバルブを備え、
前記燃料制御システムは、前記第１の燃料トリムバルブを通じて前記第１のセットの燃料ノズルへの第１の燃料流れを調節して前記ＦＯＲを制御するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記燃料制御システムは、前記複数の燃料ノズルのうちの第２のセットの燃料ノズルに連結された第２の燃料トリムバルブを備え、
前記燃料制御システムは、前記第２の燃料トリムバルブを通じて前記第２のセットの燃料ノズルへの第２の燃料流れを調節して前記ＦＯＲを制御するように構成される、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の燃料トリムバルブに連結された第１の燃料供給装置と、前記第２の燃料トリムバルブに連結された第２の燃料供給装置とを備えている、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のセットの燃料ノズルは、１又は２以上の内側燃料ノズルを備え、第２のセットの燃料ノズルが、前記１又は２以上の内側燃料ノズルの周りに配置された複数の外側燃料ノズルを備えている、
請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記１又は２以上の燃焼器が複数の燃焼器であり、
前記コントローラは、前記複数の燃焼器の各燃焼器への前記ＦＯＲをガスタービンエンジン内の前記複数の燃焼器の配列に少なくとも部分的に基づいて差別的に制御するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記排気抽出システムは、炭化水素生成システム、パイプライン、貯蔵タンク、又は炭素隔離システム、又はその何れかの組合せへの伝送のために前記１又は２以上の燃焼器からの前記再循環流れの第３の部分を排気ガス供給システムに向けるように構成され、
前記１または２以上の燃焼器から抽出された再循環流れの第１の部分が、前記第３の部分とバイパス流れを有している、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記再循環流れは、約１００ｐｐｍ未満の酸素を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、少なくとも部分的にシステム上の負荷に基づいて前記１又は２以上の燃焼器への前記酸化剤流れを制御するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラは、少なくとも部分的に前記１又は２以上の燃焼器の望ましい当量比に基づいて前記１又は２以上の燃焼器への前記燃料流れを制御するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記ＦＯＲと、前記ＥＧＯＲと、前記ＦＯＲ及び前記ＥＧＯＲに対応する燃焼器操作性限界との間の関係に少なくとも部分的に基づいて前記再循環流れを制御するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記１又は２以上の燃焼器と、前記タービンと、前記タービンによって駆動される排気ガス圧縮機と、を有するガスタービンエンジンを備え、
前記排気ガス圧縮機は、前記１又は２以上の燃焼器に供給される再循環流れを圧縮するように構成され、
前記ガスタービンエンジンは、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンである、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
酸化剤流れを受け入れるように構成された酸化剤入口と、
複数の燃料ノズルのうちの各燃料ノズルが燃料流れを受け入れるように構成された複数の燃料ノズルと、
前記複数の燃料ノズルのうちの少なくとも１つの燃料ノズルへの前記燃料流れを制御するように構成され、少なくとも部分的に燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）に基づいて制御される第１の燃料トリムバルブと、
再循環システムから再循環流れを受け入れるように構成された再循環入口であって、少なくとも前記酸化剤流れ及び前記燃料流れが、燃焼器内で燃焼して排気ガス流れを形成するように構成された前記再循環入口と、
前記再循環流れの第１の部分を抽出マニホルドに抽出するように構成された１又は２以上の抽出ポートと、を有している燃焼器と、
前記再循環流れの第２の部分を受け入れ、負荷を駆動し、前記再循環流れの前記第２の部分を前記再循環システムに向けるように構成されたタービンと、
前記再循環流れの第１の部分を構成するバイパス流れを前記抽出マニホルドから抽出するように構成され、前記燃焼器に供給される再循環流れ対酸化剤比（ＥＧＯＲ）に少なくとも部分的に基づいて前記バイパス流れを調節し、前記バイパス流れを前記タービンの下流で前記再循環流れの第２の部分に合流させ前記第２の部分の一部として前記燃焼器に供給するように構成されたタービンバイパスバルブであって、前記第１の燃料トリムバルブとは独立に制御される前記タービンバイパスバルブと、を備えている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記複数の燃料ノズルは、第１のセットの１又は２以上の内側燃料ノズルと、前記複数の燃料ノズルのうちの前記１又は２以上の内側燃料ノズルの周りに配置された第２のセットの１又は２以上の外側燃料ノズルとを備え、前記第１の燃料トリムバルブは、１又は２以上の内側燃料ノズルへの前記燃料流れを制御するように構成され、前記燃焼器は、前記複数の燃料ノズルのうちの前記第２のセットの１又は２以上の外側燃料ノズルへの前記燃料流れを制御するように構成された第２の燃料トリムバルブを備えている、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の燃料トリムバルブは、第１の燃料供給装置に流体的に連結され、前記第２の燃料トリムバルブは、前記第１の燃料供給装置とは異なる第２の燃料供給装置に流体的に連結される、
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記燃焼器と前記タービンバイパスバルブの間に連結され、前記再循環流れの前記第１の部分の第３の部分を炭化水素生成システム、パイプライン、貯蔵タンク、又は炭素隔離システム、又はその何れかの組合せに向けるように構成された前記抽出マニホルドを備えている、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
少なくとも部分的に前記ＥＧＯＲに基づいて制御される複数の入口ガイドベーンを有する排気ガス圧縮機を含む前記再循環システムを備えている、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
排気ガス再循環（ＥＧＲ）ガスタービンエンジンを作動させる方法であって、
望ましい当量比と前記ＥＧＲガスタービンエンジン上の負荷とに少なくとも部分的に基づいて燃焼器への燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）を制御する段階と、
前記燃焼器内で燃料及び酸化剤を燃焼させて排気ガスを形成する段階と、
前記排気ガスの再循環部分を前記燃焼器まで再循環させる段階と、
前記ＦＯＲに対応する操作性限界に少なくとも部分的に基づいて、前記燃焼器に供給される再循環部分対酸化剤比（ＥＧＯＲ）を制御する段階であって、前記燃焼器からの前記排気ガスの前記再循環部分の第１の部分を抽出し、バイパスバルブを調節して前記ＥＧＲガスタービンエンジンのタービンをバイパスする前記第１の部分を制御する段階を含む抽出する段階と、
前記燃焼器からの前記排気ガスの前記再循環部分の第２の部分を前記ＥＧＲガスタービンエンジンの前記タービンに送り、前記タービンの下流で前記タービンをバイパスした第１の部分と合流させ、前記燃焼器に再循環させる段階と、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記ＦＯＲを制御する段階は、複数の燃料ノズルのうちの１又は２以上の燃料ノズルへの燃料流れを調節する段階を含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＦＯＲを制御する段階は、前記複数の燃料ノズルのうちの複数の外側燃料ノズルに対する前記複数の燃料ノズルのうちの１又は２以上の内側燃料ノズルへの燃料流れを差別的に調節する段階を含み、
前記外側燃料ノズルは、前記内側燃料ノズルの周りに配置される、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記排気ガスの再循環部分が前記酸化剤とは別に前記燃焼器に再循環される、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＥＧＲガスタービンエンジンの排気ガス圧縮機への１又は２以上の入口ガイドベーンを調節することによって前記ＥＧＯＲを制御する段階を含み、
前記排気ガス圧縮機は、前記排気ガスの前記再循環部分を前記燃焼器に向けるように構成される、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＥＧＲガスタービンエンジンのための始動シーケンス中に前記ＦＯＲ又は前記ＥＧＯＲを操作性限界未満であるように独立に制御する段階を含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＦＯＲを定常状態作動中の約０．９５から１．０５の間の対応する当量比に制御する段階を含む、
請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、これによりその全体が全ての目的に対して引用によって組み込まれる２０１４年１月２１日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＴＨＥ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＩＮ  Ａ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」という名称の米国仮特許出願第６１／９２９，８６８号及び２０１５年１月１９日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＴＨＥ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＩＮ  Ａ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  ＷＩＴＨ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」という名称の米国非仮特許出願第１４／５９９，７３９号に対する優先権及びその利益を主張するものである。
【０００２】
本明細書に開示する主題は、排気ガスの再循環を有するガスタービンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンエンジンは、発電、航空機、及び種々の機械装置など、幅広い種類の用途で使用されている。ガスタービンエンジンは、一般に、燃焼器セクションにおいて酸化剤（例えば、空気）と共に燃料を燃焼させて高温の燃焼生成物を発生させ、これによりタービンセクションの１又は２以上のタービン段を駆動する。次に、タービンセクションは、圧縮機セクションの１又は２以上の圧縮機段を駆動し、これにより燃料と共に燃焼器セクションの中に吸入するために酸化剤を圧縮する。この場合も同様に、燃料及び酸化剤が燃焼器セクションにおいて混合して次に燃焼し、高温燃焼生成物を生成する。燃焼生成物は、再循環して圧縮機セクションに戻ることができる。一般に、燃焼生成物中の特定のガス（例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び二酸化炭素（ＣＯ2））の相対レベルのような燃焼生成物の性質は、燃焼工程において用いられる燃料対酸化剤比の影響を受ける可能性がある。残念ながら、燃料対酸化剤、又は再循環された燃焼生成物対酸化剤のある一定の比は、圧縮機セクション内の燃焼の安定性を低下させる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第６１／７４７，１９４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
元来の特許請求する本発明の範囲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。
【０００６】
第１の実施形態において、システムは、１又は２以上の燃焼器への燃料流れを制御するように構成された燃料制御システムと、１又は２以上の燃焼器の各燃焼器への酸化剤流れを制御するように構成された酸化剤制御システムとを含み、酸化剤流れは、１又は２以上の燃焼器内で燃料流れと少なくとも部分的に反応して排気ガス流れを形成するように構成される。システムはまた、１又は２以上の燃焼器の各燃焼器に排気ガス流れの再循環流れを向けるように構成された排気ガスシステムと、燃料制御システム、酸化剤制御システム、及び排気ガスシステムに連結されたコントローラとを含む。コントローラは、燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）及び排気ガス対酸化剤比（ＥＧＯＲ）を独立に制御するように構成される。ＦＯＲは、燃料流量を酸化剤流量で割り算したものであり、ＥＧＯＲは、再循環流量を酸化剤流量によって割り算したものである。
【０００７】
第２の実施形態において、システムは、燃焼器、タービン、及びタービンバイパスバルブを含む。燃焼器は、酸化剤流れを受け入れるように構成された酸化剤入口と、複数の燃料ノズルであって、複数の燃料ノズルのうちの各燃料ノズルが燃料流れを受け入れるように構成された上記複数の燃料ノズルと、複数の燃料ノズルのうちの少なくとも１つの燃料ノズルへの燃料流れを制御するように構成された第１の燃料トリムバルブとを含む。第１の燃料トリムバルブは、少なくとも部分的に燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）に基づいて制御される。燃焼器はまた、再循環システムから再循環流れを受け入れるように構成された再循環入口であって、少なくとも酸化剤流れ及び燃料流れが燃焼器内で燃焼して排気ガス流れを形成するように構成された上記再循環入口と、抽出マニホルドに再循環流れの第１の部分を抽出するように構成された１又は２以上の注出ポートとを含む。タービンは、排気ガス流れと、燃焼器及び排気ガス流れからの再循環流れの第２の部分とを受け入れ、負荷を駆動し、かつ排気ガス流れの第２の部分を再循環システムに向けるように構成される。タービンバイパスバルブは、抽出マニホルドに再循環流れの第１の部分からバイパス流れを抽出するように構成され、タービンバイパスバルブは、少なくとも部分的に排気ガス対酸化剤比（ＥＧＯＲ）に基づいてバイパス流れを再循環システムに向けるように構成され、再循環流れは、排気ガス流れの第２の部分とバイパス流れとを含み、タービンバイパスバルブは、第１の燃料トリムバルブとは独立に制御される。
【０００８】
第３の実施形態において、排気ガス再循環（ＥＧＲ）ガスタービンエンジンを作動させる方法は、望ましい当量比とＥＧＲガスタービンエンジン上の負荷とに少なくとも部分的に基づいて燃焼器への燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）を制御する段階と、燃焼器内で燃料及び酸化剤を燃焼させて排気ガスを形成する段階と、排気ガスの再循環部分を燃焼器まで再循環させる段階と、ＦＯＲに対応する操作性限界に少なくとも部分的に基づいて排気ガス対酸化剤比（ＥＧＯＲ）を制御する段階とを含む。
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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４】図１〜３のシステムを作動させる工程の実施形態のフローチャートである。
【図５】制御システムと、燃料及び酸化剤流れのための感知システムと、タービンバイパスバルブを有する排気抽出システムとを更に示す図１〜３のシステムの実施形態の図である。
【図６】図５のシステムの実施形態の作動中の当量比及び燃焼器操作性のチャートである。
【図７】図５のシステムの燃料制御システムの実施形態の図である。
【図８Ａ】燃料対酸化剤比及び排気ガス対酸化剤比を独立に制御するための工程の実施形態のフローチャートである。
【図８Ｂ】燃料対酸化剤比及び排気ガス対酸化剤比を独立に制御するための工程の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の１又は２以上の特定の実施形態を以下に説明する。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。あらゆる技術又は設計プロジェクトと同様に、このようなあらゆる実際の実施構成の開発において、実施構成毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、システム関連及びビジネス関連の制約への準拠のような多数の実施特異な決定が為される必要がある点は理解されたい。その上、このような開発の取り組みは、複雑で多大な時間を必要とする場合があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１２】
従って、例示的実施形態は、種々の修正及び代替形態が可能であるが、本発明の実施形態は、図に例示的に示され、かつ本明細書で詳細に説明されることになる。しかし、開示する特定の形態に例示的実施形態を限定することを意図するものでなく、それどころか、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、及び代替物を網羅する点は理解されたい。
【００１３】
本明細書で用いる専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、例示的実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形あるいは数を明確にしない記載は、そうでないとする明確な指示がない限り、複数形も含むことが意図される。用語「備える」、「有する」、及び／又は「含む」は、本明細書で用いられるとき、特徴、整数、段階、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１又は２以上の他の特徴、整数、段階、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。
【００１４】
用語第１、第２、１次、２次、その他を本明細書で使用して、種々の要素を説明することができるが、これらの要素をこれらの用語に限定すべきではない。これらの用語は、１つの要素を別の要素と識別するために使用されるに過ぎない。例えば、限定ではないが、例示的実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素は第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する上記に挙げた品目のうちの１又は２以上の何れか及び全ての組合せを含む。
【００１５】
特定の専門用語は、読者の利便性のみのために本明細書で使用することができ、本発明の範囲を限定すると取るべきではない。例えば、「上側」、「下側」、「左側」、「右側」、「前部」、「後部」、「上部」、「底部」、「水平」、「垂直」、「上流」、「下流」、「前方」、及び「後方」などの単語は、図に示す構成を説明するに過ぎない。当然ながら、本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、いずれかの方向に向けることができ、従って、専門用語は、具体的に別段の定めをした場合を除き、このような変形形態を包含すると理解されたい。
【００１６】
以下で詳細に検討されるように、開示する実施形態は、全体的に、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を備えたガスタービンシステムに関し、より詳細には、ＥＧＲを用いたガスタービンシステムの量論的作動に関する。例えば、ガスタービンシステムは、排気ガス再循環経路に沿って排気ガスを再循環させ、再循環された排気ガスの少なくとも一部と共に燃料及び酸化剤を量論的に燃焼させて、様々な目標システムにおいて使用するために排気ガスを取り込むよう構成することができる。量論的燃焼と共に排気ガスを再循環することによって、排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度レベルを上昇させるのに役立ち、種々の目標システムで使用するためにＣＯ2及び窒素（Ｎ2）を分離及び精製するよう後処理することができる。ガスタービンシステムはまた、排気ガス再循環経路に沿って種々の排気ガス処理（例えば、熱回収、触媒反応、その他）を利用し、これによりＣＯ2の濃度レベルを上昇させ、他のエミッション（例えば、一酸化炭素、窒素酸化物、及び未燃炭化水素）の濃度レベルを低下させ、エネルギー回収（例えば、熱回収ユニットを用いて）を向上させることができる。更に、ガスタービンエンジンは、１又は２以上の拡散火炎（例えば、拡散燃料ノズルを用いて）、予混合火炎（例えば、予混合燃料ノズルを用いて）、又はこれらの何らかの組合せを用いて燃料及び酸化剤を燃焼させるように構成することができる。特定の実施形態において、拡散火炎は、量論的燃焼の一定の限度内に安定性及び作動を維持するのに役立つことができ、これは次に、ＣＯ2の生成を増加させるのに役立つ。例えば、拡散火炎で作動するガスタービンシステムは、予混合火炎で作動するガスタービンシステムと比べてより大量のＥＧＲを可能にすることができる。次に、ＥＧＲの増量は、ＣＯ2生成を増加させるのに役立つ。可能な目標システムは、原油二次回収（ＥＯＲ）システムなどのパイプライン、貯蔵タンク、炭素隔離システム、及び炭化水素生成システムを含む。
【００１７】
本明細書で説明するシステム及び方法は、ガスタービンシステムの１又は２以上の燃焼器に提供される混合気の燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）及び混合気の排気ガス対酸化剤比（ＥＧＯＲ）を独立に制御することができる。ＦＯＲ及びＥＧＯＲは、ガスタービンシステムの始動シーケンス中に、定常状態作動（例えば、原油二次回収のために排気抽出システムに排気ガス流れを供給する負荷の駆動）中に、又はガスタービンシステムの停止中に、或いはこれらの何らかの組合せ中に独立に制御することができる。一部の実施形態において、ＦＯＲは、少なくとも部分的にガスタービンシステム上の負荷及び／又はガスタービンシステムの作動速度に基づいて制御され、ＥＧＯＲは、少なくとも部分的にガスタービンシステムの燃焼器の操作性限界に基づいて制御される。燃焼器の操作性限界は、ＦＯＲ及びＥＧＯＲに対する１組の値に対応することができ、操作性限界を下回るＦＯＲ及びＥＧＯＲの値は、望ましくない火炎噴出、フラッシュバック、自己点火、又は調和振動、或いはこれらの何らかの組合せの可能性が低減された状態を持続することができる燃焼器内の燃焼を説明することができる。
【００１８】
ＦＯＲは、燃焼器への酸化剤流れ及び／又は燃料流れを調節することによって制御することができる。例えば、ＦＯＲは、フィードフォワード制御及び／又はフィードバック制御に基づいて制御することができる。フィードフォワード制御は、特定の実施形態において、燃料及び酸化剤の組成、ガスタービンシステムへの燃料及び／又は酸化剤の現在流量、及び望ましい量論的燃料対空気比に基づく場合がある。フィードバック制御は、一部の実施形態において、再循環された排気ガスの測定組成に基づく場合がある。制御システム（例えば、プロセッサ、メモリ、及びメモリに格納されプロセッサによって実行可能な命令を有し、制御機能を実施する工業用コントローラ）は、フィードフォワード制御、フィードバック制御、又はこれらの何らかの組合せを利用してガスタービンシステムに対して燃料及び／又は酸化剤の流れを制御することができる。ＦＯＲは、排気ガス中に高レベルの二酸化炭素（ＣＯ2）を達成するなど、負荷を駆動し、ガスタービンシステムを始動し、及び／又は排気に対して望ましい組成を達成するように制御することができる。制御システムは、各燃焼器への相対燃料及び／又は酸化剤流れを調節することによってガスタービンシステムの１又は２以上の燃焼器のためのＦＯＲを差別的に制御することができる。一部の実施形態において、制御システムは、第２の（例えば、外側の）組の燃料ノズルへの燃料流れに対する燃焼器の第１の（例えば、中央の）組の燃料ノズルへの燃料流れを差別的に制御する。
【００１９】
ＥＧＯＲは、酸化剤及び燃料流れと混合する排気ガス流れ（例えば、再循環された排気ガス）を調節することによって制御することができる。排気ガス流れを燃焼器に供給して燃焼ガスを冷却し、酸化剤を希釈し、又は排気ガス流れ中の残留酸化剤及び／又は燃料の量を減少させ、或いはこれらの何らかの組合せを行うことができる。制御システムは、燃料流れとの安定した反応のために十分な酸化剤流れを維持するために、ＥＧＯＲを調節するように排気ガスを制御することができる。燃焼器に供給される排気ガス流れの一部は、排気ガス供給システム（例えば、原油二次回収、貯蔵タンク、パイプライン）への伝送及び／又は排気ガス圧縮機への再循環のために抽出マニホルドに抽出することができる。制御システムは、タービンセクションをバイパスして燃焼器への再循環のために抽出マニホルドから排気ガス圧縮機に流れる排気ガスのバイパス部分を制御するためにタービンバイパスバルブを制御することができる。制御システムは、タービンバイパスバルブを制御して抽出マニホルドに抽出される排気ガスの量を調節することができる。一部の実施形態において、タービンバイパスバルブの調節は、抽出マニホルドから排気ガス供給システムに供給される排気ガスを減少させることはできない。従って、制御システムは、燃焼ガスと混合する排気ガスの量を制御することによってＥＧＯＲを制御することができる。これに加えて又はこれに代えて、制御システムは、排気ガス圧縮機のための入口ガイドベーンを制御し、これによりタービンセクションから排気ガス圧縮機に再循環される排気ガスの量を調節することができる。制御システムは、入口ガイドベーンの制御により燃焼器に供給される排気ガスを制御することができ、制御システムは、タービンバイパスバルブの制御により燃焼器から抽出される排気ガスを制御することができる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、量論的燃焼運転モード（例えば、量論的制御モード）及び非量論的燃焼運転モード（例えば、非量論的制御モード）で作動するよう構成することができる。量論的制御モードにおいては、燃焼は、全体的に、燃料及び酸化剤の実質的に化学量論比で生じ、これにより実質的に量論的燃焼を生じることになる。特に、量論的燃焼は、一般に、燃焼生成物が実質的に又は完全に未燃燃料及び酸化剤を含まないように、燃焼反応において燃料及び酸化剤の実質的に全てを消費することを伴う。量論的燃焼の１つの尺度は、当量比すなわちファイ（Φ）であり、量論的燃料／酸化剤比に対する実際の燃料／酸化剤比の割合である。１．０よりも大きい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料リッチ燃焼をもたらし、他方、１．０よりも小さい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料希薄燃焼をもたらす。対照的に、当量比１．０は、燃料リッチでもなく燃料希薄でもない燃焼をもたらし、従って、燃焼反応において燃料及び酸化剤の全てを実質的に消費する。開示する実施形態の文脈において、用語「量論的」又は「実質的に量論」とは、約０．９５〜約１．０５の当量比を指すことができる。しかし、開示する実施形態はまた、当量比１．０±０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、又はそれ以上を含むことができる。この場合も同様に、タービンベースのサービスシステム１４における燃料及び酸化剤の量論的燃焼は、残存する未燃燃料又は酸化剤が実質的に存在しない燃焼生成物又は排気ガス（例えば、４２）をもたらすことができる。例えば、排気ガス４２は、１、２、３、４、又は５容積パーセント未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。別の実施例によれば、排気ガス４２は、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯX）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。しかし、開示する実施形態はまた、排気ガス４２中の他の範囲の残留燃料、酸化剤、及び他のエミッションレベルを生成する。本明細書で使用される場合、用語「エミッション」、「エミッションレベル」、及び「エミッション目標」は、特定の燃焼生成物（例えば、ＮＯｘ、ＣＯ、ＳＯｘ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＨＣｓ、その他）の濃度レベルを指すことができ、これらは、再循環されたガスストリーム、放出されたガスストリーム（例えば、大気中に排気された）、及び種々の目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２）において使用されるガスストリーム中に存在することがで���る。
【００２３】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及びＥＧ処理システム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処理システム５４は、熱回収蒸気発生機（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処理システム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処理システム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処理システム５４を通過することなく）抽出することができる。
【００２４】
排気ガス再循環は、ＥＧ処理システム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、又はこれらの組合せ）、及び制御部を含み、排気ガス再循環経路に沿ってＳＥＧＲガスタービンシステム５２の出力（例えば、排気された排気ガス６０）から入力（例えば、吸入された排気ガス６６）まで排気ガスを再循環するようにする。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の圧縮機を有する圧縮機セクションに排気ガス６６を吸入させ、これにより排気ガス６６を圧縮して、酸化剤６８及び１又は２以上の燃料７０の吸入と共に燃焼器セクションにおいて使用する。酸化剤６８は、周囲空気、純酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又は燃料７０の燃焼を促進する何らかの好適な酸化剤を含むことができる。燃料７０は、１又は２以上のガス燃料、液体燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。例えば、燃料７０は、天然ガス、液化天然ガス（ＬＮＧ）、シンガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、ケロシン、ディーゼル燃料、エタノール、メタノール、バイオ燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。
【００２５】
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が混合されるときに）の化学量論ポイントにて形成されるので、火炎安定性を向上させることができる。特定の実施形態において、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、拡散燃料ノズル又は予混合燃料ノズルの何れかにおいて酸化剤６８、燃料７０、又は両方と予混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、各燃焼器内での燃焼ポイントにて又はその下流側にて燃焼器内に注入することができる。これらの希釈剤を使用することにより、火炎（例えば、予混合火炎又は拡散火炎）の調質を助け、これにより一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ2）などのＮＯｘエミッションの低減を助けることができる。火炎のタイプに関係なく、燃焼は、高温の燃焼ガス又は排気ガス６０を生成して、１又は２以上のタービン段を駆動する。各タービン段が排気ガス６０によって駆動されると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、機械出力７２及び／又は電気出力７４（例えば、発電機を通じて）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。
【００２６】
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、排気ガス４２を処理して、次いで、種々の目標システムに排気ガス４２を供給又は分配する排気ガス（ＥＧ）抽出システム８０及び排気ガス（ＥＧ）処理システム８２を有する排気ガス（ＥＧ）供給システム７８を含む。目標システムは、ＥＯＲシステム１８、及び／又はパイプライン８６、貯蔵タンク８８、又は炭素隔離システム９０などの他のシステムを含むことができる。ＥＧ抽出システム８０は、１又は２以上の導管、バルブ、制御部、及び流れ分離装置を含むことができ、これらは、排気ガス４２を酸化剤６８、燃料７０、及び他の汚染物質から隔離すると同時に、抽出した排気ガス４２の温度、圧力、及び流量を制御するのを可能にする。ＥＧ処理システム８２は、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発生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、これらのいずれかの組合せを含むことができる。ＥＧ処理システム８２のこれらのサブシステムにより、温度、圧力、流量、水分含有量（例えば、水分除去量）、粒子状物質含有量（例えば、粒子状物質除去量）、及びガス組成（例えば、ＣＯ2、Ｎ2、その他の割合）の制御が可能となる。
【００２７】
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、又はこれらの組合せを含むことができる。特定の実施形態において、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６は、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＣＯ2純度又は濃度レベルと、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも小さい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の何れかは、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。
【００２８】
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処理システム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処理システム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処理システム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処理システム５４両方によって用いることができる。ＥＧ処理システム５４から抽出される排気ガス４２は、ＥＧ処理システム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。
【００２９】
各抽出ポイント７６において、抽出した排気ガス４２は、ＥＧ処理システム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。
【００３０】
タービンシステム５２のＥＧＲ作動は、具体的には、複数の位置７６での排気ガス抽出を可能にする。例えば、システム５２の圧縮機セクションを用いて、どのような酸化剤６８もなしで排気ガス６６を圧縮する（すなわち、排気ガス６６の圧縮のみ）ことができ、その結果、酸化剤６８及び燃料７０の流入前に圧縮機セクション及び／又は燃焼器セクションから実質的に酸素を含まない排気ガス４２を抽出することができるようになる。抽出ポイント７６は、隣接する圧縮機段の間の段間ポートにて、圧縮機排気ケーシングに沿ったポートにて、燃焼器セクションにおける各燃焼器に沿ったポートにて、又はこれらの組合せに位置付けることができる。特定の実施形態において、排気ガス６６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器のヘッド端部部分及び／又は燃料ノズルに達するまでは、酸化剤６８及び燃料７０と混合しないようにすることができる。更に、１又は２以上の流れ分離器（例えば、壁、仕切り、バッフル、又は同様のもの）を用いて、酸化剤６８及び燃料７０を抽出ポイント７６から隔離することができる。これらの流れ分離器を用いると、抽出ポイント７６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器の壁に沿って直接配置することができる。
【００３１】
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、各燃焼器における排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０の混合気の燃焼生成物は、実質的に酸素及び未燃燃料を含まない。従って、燃焼生成物（又は排気ガス）は、ＥＯＲシステム１８に送られる排気ガス４２として使用するためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２のタービンセクションから抽出することができる。タービンセクションに沿って、抽出ポイント７６は、隣接するタービン段の間の段間ポートなどのいずれかのタービン段に位置付けることができる。従って、上述の抽出ポイント７６の何れかを用いて、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。
【００３２】
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、電気出力７４、及び／又は水６４を生成する。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、発電機、酸化剤圧縮機（例えば、主空気圧縮機）、ギアボックス、ポンプ、炭化水素生成システム１２の設備、又はこれらの何れかの組合せなどの１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動することができる。一部の実施形態において、機械装置１０６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と縦一列に配列された発電機又は蒸気タービン（例えば、蒸気タービン１０４）などの他の駆動装置を含むことができる。従って、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２（及び何らかの追加の駆動装置）によって駆動される機械装置１０６の出力は、機械出力７２及び電気出力７４を含むことができる。機械出力７２及び／又は電気出力７４は、炭化水素生成システム１２に動力を供給するために施設内で用いることができ、電気出力７４は、送電網又はこれらの何れかの組合せに配電することができる。機械装置１０６の出力はまた、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の燃焼セクションに吸入するために圧縮酸化剤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、電気出力７４、及び／又は水６４）の各々は、タービンベースのサービスシステム１４の１つのサービスとみなすことができる。
【００３３】
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処理システム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処理システム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及び電気出力７４を生成することができる。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、縦一列の形態で配列されて、同じ機械装置１０６を駆動する。しかし、他の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、異なる機械装置１０６を個別に駆動し、機械出力７２及び／又は電気出力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処理システム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処理システム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。
【００３４】
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処理システム５４を通過する。ＥＧＲシステム５８は、経路１１０に沿って直列及び／又は並列配列で、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収蒸気発生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、又はこれらの何れかの組合せ）を含むことができる。換言すると、ＥＧＲシステム５８は、システム５２の排気ガス出口と排気ガス入口との間の排気ガス再循環経路１１０に沿って、何れかの流れ制御構成要素、圧力制御構成要素、温度制御構成要素、湿度制御構成要素、及びガス組成制御構成要素を含むことができる。従って、経路１１０に沿ってＨＲＳＧ５６を備えた実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、ＥＧＲシステム５８の１つの構成要素とみなすことができる。しかし、特定の実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、排気ガス再循環経路１１０とは独立して排気ガス経路に沿って配置することができる。ＨＲＳＧ５６がＥＧＲシステム５８と別個の経路に沿っているか又は共通の経路に沿っているかに関係なく、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８は、排気ガス６０を吸入して、再循環される排気ガス６０、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処理システム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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、又はこれらの何れかの組合せを含むことができる。制御部１２４、１２６、及び１２８は、ソフトウェア及び／又はハードウェア制御部を含むことができる。例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８は、メモリ１２２上に格納されてプロセッサ１２０により実行可能な種々の命令又はコードを含むことができる。制御部１２４は、蒸気タービン１０４の作動を制御するよう構成され、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、システム５２を制御するよう構成され、機械制御部１２８は、機械装置１０６を制御するよう構成される。従って、コントローラ１１８（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）は、タービンベースのサービスシステム１４の種々のサブシステムを協働させて炭化水素生成システム１２に排気ガス４２の好適なストリームを提供するよう構成することができる。
【００３７】
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、又はこれらの何れかの組合せに基づいて制御を可能にする。従って、本明細書で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、又はこれらの組合せにより格納され及び／又は実行可能な制御命令を用いて実施することができる。
【００３８】
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処理システム５４、蒸気タービン１０４、炭化水素生成システム１２、或いはタービンベースのサービスシステム１４又は炭化水素生成システム１２にわたる他の何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、燃焼ダイナミックスフィードバック、吸入酸化剤組成フィードバック、吸入燃料組成フィードバック、排気ガス組成フィードバック、機械出力７２の出力レベル、電気出力７４の出力レベル、排気ガス４２、６０の出力量、水６４の出力量又は品質、或いはこれらの何れかの組合せを含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２において量論的燃焼を可能にする排気ガス４２、６０の組成を含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、酸化剤６８の酸化剤供給経路に沿った１又は２以上の吸入酸化剤センサ、燃料７０の燃料供給経路に沿った１又は２以上の吸入燃料センサ、及び排気ガス再循環経路１１０に沿って配置され及び／又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２内部に配置された１又は２以上の排気エミッションセンサからのフィードバックを含むことができる。吸入酸化剤センサ、吸入燃料センサ、及び排気エミッションセンサは、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、及び組成センサを含むことができる。エミッションセンサは、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘセンサ）、炭素酸化物（例えば、ＣＯセンサ及びＣＯ2センサ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘセンサ）、水素（例えば、Ｈ2センサ）、酸素（例えば、Ｏ2センサ）、未燃炭化水素（例えば、ＨＣセンサ）、又は他の不完全燃焼生成物、或いはこれらの何れかの組合せに対するセンサを含むことができる。
【００３９】
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処理システム５４における酸化剤圧縮機、燃料ポンプ、又は何れかの構成要素；ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の何れかの構成要素；又はこれらの何れかの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何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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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及び電気出力７４を示す種々のセンサからセンサフィードバック１３０を受け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処理システム５４、又はこれらの何れかの組合せに沿って配置された１又は２以上のセンサからセンサフィードバック１３０を受け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、又はこれらの何れかの組合せから得ることができる。最後に、機械制御部１２８は、機械出力７２及び電気出力７４に関連する種々のセンサ並びに機械装置１０６内に配置されたセンサからセンサフィードバック１３０を受け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。
【００４３】
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処理システム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、或いは、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料（及び他の排気エミッション）の閾値レベルは、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、又は電気出力７４を好適な周波数及び出力範囲内に維持するように１又は２以上の命令を実行することができる。
【００４４】
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処理システム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。
【００４５】
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）の何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。加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、燃焼ゾーンにて又はその下流側で燃焼器内（例えば、高温の燃焼生成物内）に注入され、これにより高温の燃焼生成物の温度を低下させ、ＮＯｘ（例えば、ＮＯ及びＮＯ2）のエミッションを低減するのを助けることができる。燃料ノズル１６４のタイプに関係なく、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、酸化剤６８及び燃料７０の実質的に量論的燃焼を提供するよう制御することができる。
【００４６】
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の何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。
【００４７】
作動時には、図示のように、圧縮機セクション１５２は、ＥＧ処理システム５４からの排気ガス６６を受け入れて圧縮し、加圧排気ガス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の何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処理システム５４（例えば、ＨＲＳＧ５６及び／又はＥＧＲシステム５８）を通過する。
【００４８】
この場合も同様に、燃焼器セクション１５４における各燃焼器１６０は、加圧排気ガス１７０、酸化剤６８、及び燃料７０を受け入れて混合して、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、又はこれらの何れかの組合せを含むことができる。特定の実施形態において、駆動装置１９０は、ガスタービンエンジン１５０のようなタービンエンジンとすることができる。従って、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６の一体化部分とすることができる。換言すると、圧縮機１８８は、ガスタービンエンジン１５０のシャフト１７６により供給される機械出力７２によって直接的又は間接的に駆動することができる。このような実施形態においては、圧縮機１８８は、タービンエンジン１５０からの出力に依存するので、駆動装置１９０は除外してもよい。しかし、１つよりも多い酸化剤圧縮機を利用する特定の実施形態において、第１の酸化剤圧縮機（例えば、低圧（ＬＰ）酸化剤圧縮機）は、駆動装置１９０により駆動することができるが、シャフト１７６は、第２の酸化剤圧縮機（例えば、高圧（ＨＰ）酸化剤圧縮機）を駆動し、或いは、その逆もまた可能である。例えば、別の実施形態において、ＨＰ  ＭＯＣは、駆動装置１９０により駆動され、ＬＰ酸化剤圧縮機は、シャフト１７６により駆動される。図示の実施形態において、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６から分離されている。これらの実施形態の各々において、圧縮システム１８６は、酸化剤６８を圧縮して燃料ノズル１６４及び燃焼器１６０に供給する。従って、機械装置１０６、１７８、１８０の一部又は全ては、圧縮システム１８６（例えば、圧縮機１８８及び／又は追加の圧縮機）の作動効率を向上させるように構成することができる。
【００４９】
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ブースタ圧縮機のようなブースタ圧縮機）、１又は２以上の発電ユニット（例えば、発電機）、１又は２以上の駆動装置（例えば、蒸気タービンエンジン、電気モータ）、熱交換ユニット（例えば、直接式又は間接式熱交換器）、クラッチ、又はこれらの何れかの組合せの何れかの直列及び／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、又はこれらの何れかの組合せを含むことができ、各々が１又は２以上の圧縮段を有する。熱交換器に関しては、直接式熱交換器は、ガス流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、又は他の何れかの液体又は気体冷却剤）から流体流れ（例えば、酸化剤流れ）を分離するような第１及び第２の流れを分離する少なくとも１つの壁（例えば、シェル及び管体熱交換器）を含むことができ、ここで冷却剤流は、どのような直接接触もなく流体流れから熱を伝達する。間接式熱交換器の実施例は、中間冷却器熱交換器、及び熱回収蒸気発生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。
【００５０】
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何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、或いは全て引き出していない。以下で示すように、表１は、圧縮機及びタービンセクション１５２、１５６に近接して配置及び／又は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。
【００５１】
（表１）
0006549134.tif 000002
【００５２】
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、発生機はＧＥＮで表され、加熱ユニットはＨＴＲで表され、主酸化剤圧縮機ユニットはＭＯＣで表され、低圧及び高圧変形形態は、それぞれＬＰ  ＭＯＣ及びＨＰ  ＭＯＣで表され、蒸気発生機ユニットは、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に向かって機械装置１０６、１７８、１８０を順次的に示しているが、表１はまた、逆順の機械装置１０６、１７８、１８０も包含することを意図している。表１において、２又は３以上の構成要素を含む何れのセルも、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、加圧排気ガス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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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処理システム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、熱回収蒸気発生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、又はこれらの何れかの組合せの何れかの直列及び／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、或いはこれらの何れかの組合せを含むことができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の上述の構成要素１９２の何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。
【００５６】
（表２）
0006549134.tif 000003
【００５７】
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、ブースタブロアはＢＢで表され、熱交換器はＨＸで表され、熱回収ユニットはＨＲＵで表され、熱回収蒸気発生機は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に向かって構成要素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何れのセルも、構成要素を備えた一体的ユニット、構成要素の並列配列、又はこれらの何れかの組合せを包含することを意図している。更に、表２において、ＨＲＵ、ＨＲＳＧ、及びＣＯＮＤは、ＨＥの実施例であり、ＨＲＳＧは、ＨＲＵの実施例であり、ＣＯＮＤ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬは、ＷＲＵの実施例であり、ＩＮＥＲ、ＦＩＬ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬは、ＰＲＵの実施例であり、ＷＦＩＬ及びＣＦＩＬは、ＦＩＬの実施例である。この場合も同様に、表２は、構成要素１９２の図示していない何らかの並び換えを排除することを意図するものではない。特定の実施形態において、図示の構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、又はこれらの何れかの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。
【００５８】
処理された再循環排気ガス６６が圧縮機セクション１５２を通過すると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の管路２１２（例えば、ブリード導管又はバイパス導管）に沿って加圧排気ガスの一部を抜き取ることができる。各管路２１２は、排気ガスを１又は２以上の熱交換器２１４（例えば、冷却ユニット）に送り、これによりＳＥＧＲガスタービンシステム５２への再循環のために排気ガスを冷却することができる。例えば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、タービンケーシング、タービンシュラウド、軸受、及び他の構成要素の冷却及び／又はシールのため管路２１２に沿ってタービンセクション１５６に送ることができる。このような実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、冷却及び／又はシール目的でタービンセクション１５６を通って何らかの酸化剤６８（又は他の可能性のある汚染物質）を送らず、従って、冷却された排気ガスの何らかの漏洩が、タービンセクション１５６のタービン段を流動してそれを駆動する高温の燃焼生成物（例えば、作動排気ガス）を汚染することはない。別の実施例によれば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、管路２１６（例えば、戻り導管）に沿って圧縮機セクション１５２の上流側圧縮機段に送られ、これにより圧縮機セクション１５２による圧縮効率を向上させることができる。このような実施形態において、熱交換器２１４は、圧縮機セクション１５２における段間冷却ユニットとして構成することができる。このようにして、冷却された排気ガスは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の作動効率を向上させるのを助けると同時に、排気ガスの純度（例えば、実質的に酸化剤及び燃料を含まない）を維持するのを助ける。
【００５９】
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。
【００６０】
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、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又はこれらの何れかの組合せを含むことができる。例えば、酸化剤６８は、図３に示す酸化剤圧縮システム１８６により圧縮することができる。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。
【００６１】
次いで、工程２２０は、１又は２以上の拡散火炎、予混合火炎、又は拡散火炎及び予混合火炎の組合せによって、ブロック２３０で示されるように、燃焼器１６０において加圧酸化剤、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。
【００６２】
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処理システム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。
【００６３】
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、加圧排気ガス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。
【００６４】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の一部の実施形態において、１又は２以上の燃焼器１６０の燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）は、１又は２以上の燃焼器１６０の排気ガス対酸化剤比（ＥＧＯＲ）の制御とは独立に制御される。図５は、明瞭化のために示した１つの燃焼器１６０と共にＳＥＧＲガスタービンシステム５２の実施形態を示すが、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、複数の（例えば、２、３、４、８、１２、１６、又はそれ以上の）燃焼器１６０を含むことができる。燃焼器１６０は、酸化剤制御システム２６２を通じて燃焼器１６０のヘッド端部１６６にて酸化剤流れ２６０を受け入れる。以下で検討するように、燃料制御システム２６４は、燃焼器１６０の１又は２以上の燃料ノズル１６４のための燃料流れ２６６を制御する。認めることができるように、酸化剤制御システム２６２は、プロセッサ、メモリ、並びにメモリに格納されてプロセッサによって実行可能な命令を有する工業用コントローラを含み、バルブ及び／又はアクチュエータを通じて制御機能を実施し、各燃焼器１６０の１又は２以上の燃料ノズル１６４のための酸化剤流れ２６０を制御することができる。同様に、燃料制御システム２６４は、プロセッサ、メモリ、並びにメモリに格納されてプロセッサによって実行可能な命令を有する工業用コントローラを含み、以下で検討するように、バルブ及び／又はアクチュエータを通じて制御機能を実施し、各燃焼器１６０の１又は２以上の燃料ノズル１６４のための燃料流れ２６６を制御することができる。コントローラ１１８は、酸化剤流れ２６０及び／又は燃料流れ２６６を制御することによって燃焼器１６０のＦＯＲを制御することができる。コントローラ１１８は、定常状態作動中にほぼ量論的燃料対酸化剤比（ＦＯＲST）になるようにＦＯＲを制御し、これにより当量比を約１．０、約０．９０〜１．１０、又は約０．９５〜１．０５に制御することができる。
【００６５】
コントローラ１１８は、制御線２６８を通じて酸化剤制御システム２６２及び燃料制御システム２６４に連結することができ、コントローラ１１８は、信号線２７３を通じて酸化剤感知システム２７０及び／又は燃料感知システム２７２に連結することができる。酸化剤感知システム２７０は、プロセッサと、メモリと、メモリに格納されてプロセッサによって実行可能な命令とを有する工業用コントローラを含み、１又は２以上のセンサ又は測定デバイスを通じて感知機能を実施し、酸化剤流れ２６０を監視することができる。同様に、燃料感知システム２７２は、プロセッサと、メモリと、メモリに格納されてプロセッサによって実行可能な命令とを有する工業用コントローラを含み、１又は２以上のセンサ又は測定デバイスを通じて感知機能を実施し、燃料流れ２６６を監視することができる。酸化剤感知システム２７０及び燃料感知システム２７２は、各々１又は２以上のセンサ又は測定デバイスを含み、それぞれの流れの組成、流量、温度、及び／又は圧力を測定することができる。例えば、酸化剤感知システム２７０の１又は２以上のセンサは、限定ではないが、ジルコニアベース、電気化学ベース、赤外線ベース、超音波ベース、及びレーザベースの酸素センサを含むことができる。酸化剤感知システム２７０及び／又は燃料感知システム２７２の流量センサ又は測定デバイスは、限定ではないが、熱質量流量計、コリオリ質量流量計、マスフローコントローラ、ロータリーピストン流量計、ギアメーター、ベンチュリ計、オリフィス板メーター、ドール管メーター、ピトー管メーター、多孔圧力プローブメーター、コーンメーター、光学式流量計、電磁流量計、又は超音波流量計を含む何らかの好適なタイプの流れ分析デバイスのうちの１又は２以上を独立して含むことができる。酸化剤感知システム２７０及び／又は燃料感知システム２７２の温度センサ又は測定デバイスは、限定ではないが、熱電対、サーミスタ、抵抗温度検出器、又はこれらの何れかの組合せを含む何らかの好適なタイプの温度分析デバイスのうちの１又は２以上を独立して含むことができる。１又は２以上の燃焼生成物センサ２７４は、タービンセクション１５６から排気ガス処理システム５４に伝送された排気ガス６０の組成、流量、温度、及び／又は圧力を感知することができる。これに加えて又はこれに代えて、１又は２以上の燃焼生成物センサ２７４は、１又は２以上の燃焼器１６０からタービンセクション１５６に伝送された燃焼ガス１７２の組成、流量、温度、及び／又は圧力を感知することができる。１又は２以上の燃焼生成物センサ２７４は、限定ではないが、ラムダセンサを含むことができる。例えば、燃焼生成物センサ２７４は、限定ではないが、ジルコニアベース、電気化学ベース、赤外線ベース、超音波ベース、及びレーザベースの酸素センサを含むことができる。
【００６６】
コントローラ１１８は、酸化剤感知システム２７０、燃料感知システム２７２、燃焼生成物センサ２７４、又はこれらの何れかの組合せからのセンサフィードバックに少なくとも部分的に基づいて酸化剤流れ２６０及び燃料流れ２６６を制御することができる。一部の実施形態において、コントローラ１１８は、燃料７０及び酸化剤６８の組成、燃料及び／又は酸化剤の現在流量、及び望ましい作動負荷及び／又は作動速度の望ましいＦＯＲに基づいてフィードフォワード制御を利用する。これに加えて又はこれに代えて、コントローラ１１８は、燃焼生成物センサ２７４によって決定される燃焼ガス１７２の組成及び／又はセンサ２７８によって決定される排気ガス６０の再循環流れ２７６の組成に基づいてフィードバック制御を利用する。例えば、本明細書で説明する開示する実施形態は、これによりその全体が引用によって組み込まれる２０１２年１２月２８日出願かつ「ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＣＯＭＢＵＳＴＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国特許出願第６１／７４７，１９４号明細書に記載された実施形態の何れか及び全てと組み合わせて使用することができる。
【００６７】
酸化剤流れ２６０は、燃焼器１６０のヘッド端部１６６に供給され、燃料流れ２６６は、ヘッド端部１６６にて燃焼器１６０の１又は２以上の燃料ノズル１６４に供給される。１又は２以上の燃料ノズル１６４は、予混合燃料ノズル、拡散燃料ノズル、又はこれらの何れかの組合せとすることができる。再循環流れ２７６又は排気ガス６０は、燃焼器１６０のヘッド端部１６６又は燃焼器部分１６８にて再循環入口２７７に供給することができる。再循環流れ２７６は、圧縮機セクション１５２からの加圧排気ガス１７０を含むことができる。一部の実施形態において、再循環流れ２７６は、ヘッド端部１６６において酸化剤流れ２６０及び燃料流れ２６６と混合し、これにより混合気において酸化剤濃度を希釈する。この再循環流れ２７６は、燃焼器１６０内で再循環流れ２７６内の残留酸素及び／又は残留燃料の組合せを増加させることができる。これに加えて又はこれに代えて、再循環流れ２７６は、フロースリーブ２８０内の燃焼器１６０の周りを流れて燃焼器ライナー２８２を冷却する。その上、再循環流れ２７６は、炭素隔離、冷凍システム、又は他の目標システムなどに対して抽出することができる再循環流れ２７６内の二酸化炭素の量又は比を増加させることができる。フロースリーブ２８０内の再循環流れ２７６は、希釈孔を通って破線矢印によって示すように燃焼器１６０に入って、燃焼器部分１６８内で燃焼生成物１７２と混合してこれらを冷却することができる。一部の実施形態において、再循環流れ２７６を用いて燃焼生成物１７２を冷却することで、ＮＯXエミッションを低減する。再循環流れ２７６は、上述のように、ヘッド端部１６６へ流れて酸化剤６８及び燃料７０と混合することができる。
【００６８】
燃料流れ２６６及び酸化剤流れ２６０の燃焼からの燃焼生成物１７２、並びに再循環流れ２７６の一部は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２のタービンセクション１５６に向けられ、これは、シャフト１７６を通じて機械装置１０６及び／又は圧縮機セクション１５２を駆動することができる。タービンセクション１５６を出た排気ガス６０は、排気ガス処理システム５４へ流れ、これは排気ガス６０を圧縮機セクション１５２に再循環する。上記で検討したように、排気ガス処理システム５４は、ＨＲＳＧ５６などを通じて排気ガス６０から熱を抽出することができる。排気ガス処理システム５４は、圧縮及び１又は２以上の燃焼器１６０への再循環のために冷却排気ガス６０を圧縮機セクション１５２に向ける。一部の実施形態において、コントローラ１１８は、１又は２以上のセットの入口ガイドベーン２８４に連結され、圧縮機セクション１５２から１又は２以上の燃焼器１６０への再循環流れ２７６の圧力及び／又は流量を制御する。
【００６９】
本明細書で検討するように、１又は２以上の燃焼器１６０に供給される再循環流れ２７６は、１又は２以上の抽出ポート２８７を通じて抽出マニホルド２８６に抽出される第１の部分２８８と、１又は２以上の燃焼器１６０において酸化剤６８及び燃料７０と混合する第２の部分とを含む。酸化剤６８及び燃料７０と混合する第２の部分は、燃焼ガス１７２としてタービンセクション１５６へ流れる。抽出マニホルド２８６から、再循環流れ２７６の第１の部分２８８は、第３の部分２８９とバイパス流れ２９２に細分することができる。抽出マニホルド２８６は、１又は２以上の燃焼器１６０に連結される。抽出マニホルド２８６は、再循環流れ２７６の第３の部分２８９を受け入れる１又は２以上の排気ガス供給システム７８に流体的に連結することができる。図１〜４で上述のように、１又は２以上の排気ガス供給システム７８は、原油二次回収システム１８において第３の部分２８９（例えば、排気ガス４２）を利用することができ及び／又は第３の部分２８９をパイプライン８６、貯蔵タンク８８、又は炭素隔離システム９０に供給することができる。第３の部分２８９として１又は２以上の排気ガス供給システム７８に供給される再循環流れ２７６の量は、少なくとも部分的には、ＥＯＲシステム１８又は他のシステム８４の排気ガス需要に基づいて異なる可能性がある。例えば、第３の部分２８９の流量は、固定又は可変流量とすることができる。一部の実施形態において、第１の部分２８８は、酸化剤流れ２６０及び／又は燃料流れ２６６と混合する前に燃焼器１６０の周りのフロースリーブ２８０から抽出される。再循環流れ２７６は、燃焼ガス１７２の流れに対してフロースリーブ２８０内の上流側を流れることができる。再循環流れ２７６の第１の部分２８８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。例えば、第１の部分２８８は、約１０、２０、３０、４０、５０、７５、又は１００ｐｐｍｖ未満の酸化剤の濃度を有することができる。一部の実施形態において、第１の部分２８８は、燃焼ガス流１７２の一部を含むことができる。
【００７０】
コントローラ１１８は、燃焼器１６０に供給される再循環流れ２７６を調節することにより、及び／又は燃焼器１６０から抽出される再循環流れ２７６の第１の部分２８８を調節することにより、燃焼器１６０のためのＥＧＯＲを制御することができる。コントローラ１１８は、入口ガイドベーン２８４を調節し（例えば、開き、閉じ）、及び／又は圧縮機セクション１５２に再循環される排気ガス処理システム５４からの排気ガス６０の量を調節する（例えば、増加させる、減少させる）ことにより、燃焼器１６０に供給される再循環流れ２７６を調節することができる。入口ガイドベーン２８４を開くことで、再循環流れ２７６内の酸化剤６８を増加させ、これによりＥＧＯＲを減少させることができ、入口ガイドベーン２８４を閉じることで、再循環流れ２７６内の酸化剤６８を減少させ、これによりＥＧＯＲを増加させることができる。排気ガス処理システム５４からの排気ガス６０の量を増加させることで（例えば、バルブを開くことで）、再循環流れ２７６内の排気ガス６０を増加させ、これによりＥＧＯＲを増加させることができ、排気ガス処理システム５４からの排気ガス６０の量を減少させることで（例えば、バルブを閉じることで）、再循環流れ２７６内の排気ガス６０を減少させ、これによりＥＧＯＲを減少させることができる。一部の実施形態において、コントローラ１１８は、燃焼器１６０から抽出される第１の部分２８８を制御し、これにより酸化剤流れ２６０及び／又は燃料流れ２６６と混合する燃焼器１６０内の再循環流れ２７６の残りの部分を制御することによってＥＧＯＲを制御することができる。コントローラ１１８は、タービンバイパスバルブ２９０を調節することによって燃焼器１６０から抽出される再循環流れ２７６の第１の部分２８８を調節する（例えば、増加させる、減少させる）ことができる。タービンバイパスバルブ２９０は、抽出マニホルド２８６とタービンセクション２５６の下流側の排気ガス流れ６０との間で流体的に連結される。コントローラ１１８は、タービンバイパスバルブ２９０を制御して、タービンセクション１５６をバイパスして排気ガス流れ６０に加わる第１の部分２８８のバイパス流れ２９２を調節する（例えば、増加させる、減少させる）。第３の部分２８９の流量が実質的に維持される場合、タービンバイパスバルブ２９０を閉じてバイパス流れ２９２を減少させることで、１又は２以上の燃焼器１６０においてＥＧＯＲを増加させることができ、これは、再循環流れ２７６が酸化剤６８と混合する前にはそれほど抽出されないことに起因する。同様に、第３の部分２８９の流量を維持しながらタービンバイパスバルブ２９０を開いてバイパス流れ２９２を増加させることで、１又は２以上の燃焼器１６０においてＥＧＯＲを減少させることができ、これは、より多くの再循環流れ２７６が１又は２以上の燃焼器１６０から抽出されることに起因する。認めることができるように、第３の部分２８９の流量の調節は、タービンバイパスバルブ２９０に対する応答時間（例えば、５、４、３、２、又は１秒未満）よりも長い応答時間を有することができる。コントローラ１１８は、抽出マニホルド２８６、排気ガス供給システム７８、又は抽出マニホルド２８６と排気ガス供給システム７８の間の制御弁（例えば、ボール弁、バタフライ弁）を通じて第３の部分２８９の流量を制御することができる。
【００７１】
コントローラ１１８によって制御される１又は２以上のタービンバイパスバルブ２９０は、タービンセクション１５６の周囲で１又は２以上のバイパス流れ２９２を制御する（例えば、増加させる、減少させる）ように配列することができる。一部の実施形態において、１つの抽出マニホルド２８６は、１又は２以上の燃焼器１６０の各々から再循環流れ２７６の第１の部分２８８を受け入れることができ、対応するタービンバイパスバルブ２９０は、１つの抽出マニホルド２８６に流体的に連結することができる。他の実施形態に対しては、複数の抽出マニホルド２８６が、１又は２以上の燃焼器１６０から再循環流れ２７６の第１の部分２８８を受け入れることができる。例えば、第１の抽出マニホルド２８６は、その第３の部分２８９を原油二次回収システム１８に供給することができ、第２の抽出マニホルド２８６は、そのそれぞれの第３の部分２８９を炭素隔離システム９０に供給することができる。複数の抽出マニホルド２８６のうちの１又は２以上は、タービンバイパスバルブ２９０に連結することができ、各タービンバイパスバルブ２９０は、タービンセクション１５６からの排気ガス流れ６０に加わるそれぞれのバイパス流れ２９２を制御することができる。
【００７２】
バイパス流れ２９２は、タービンセクション１５６からの排気ガス６０の少なくとも一部と共に再循環流れ２７６として再循環することができる。一部の実施形態において、バイパス流れ２９２は、排気ガス処理システム５４の下流側で排気ガス６０と融合することができる。バイパス流れ２９２は、排気ガス６０とは異なる圧力及び／又は温度で存在する場合がある。例えば、バイパス流れ２９２は、排気ガス６０よりも高い圧力で存在する場合があり、これは、タービンセクション２５６がバイパス流れ２９２を膨張しなかったことに起因する。バイパス流れ２９２は、排気ガス６０よりも低い温度で存在する場合があり、これは、排気ガス６０が、バイパス流れ２９２の燃焼生成物よりもより最近に燃焼器１６０内で反応した燃焼生成物を含む場合があることに起因する。従って、バイパス流れ２９２の再循環は、再循環流れ２７６を１又は２以上の燃焼器１６０に向けるように圧縮機セクション１５２によって行われる作業を低減することができる。一部の実施形態において、タービンバイパスバルブ２９０は、その後の再循環及び／又は抽出のためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２内でバイパス流れ２９２を利用しながら、コントローラ１１８がＥＧＯＲを制御する（例えば、増加させる、減少させる）ことを可能にする。
【００７３】
コントローラ１１８は、入口ガイドベーン２８４及び／又はタービンバイパスバルブ２９０を制御してＥＧＯＲを望ましい値に制御し（増加させ、減少させ）、燃焼器安定性を作動マージン内に維持することができる。入口ガイドベーン２８４の調節は、比較的ゆっくり（例えば、３〜５秒）である場合があり、これは、ＥＧＯＲにおいて迅速な変化に応答するには、タービンバイパスバルブ２９０の調節よりも適していない場合がある。バイパス流れ２９２は、タービンバイパスバルブ２９０を通じてコントローラ１１８によってより迅速に調節することができる。当然ながら、バイパス流れ２９２の調節は、入口ガイドベーン２８４の調節よりもＥＧＯＲにおいてより迅速に種々の変化に対処することができる。一部の実施形態において、バイパス流れセンサ２９３は、タービンバイパスバルブ２９０を通してバイパス流れ２９２の温度、圧力、流量、及び／又は組成を測定することができる。
【００７４】
一部の実施形態において、コントローラ１１８は、タービンバイパスバルブ２９０などを通じて１又は２以上の燃焼器１６０のバルクＥＧＯＲを一緒に調節する（例えば、増加させる、減少させる）ことができ、他方で、コントローラ１１８は、１又は２以上の燃焼器１６０のＦＯＲを個々に調節する（例えば、増加させる、減少させる）ことができる（例えば、カンからカンへの調節）。コントローラ１１８は、燃焼生成物センサ２７４によって測定される燃焼ガス１７２の組成、酸化剤流れ２６０の流量、燃料流れ２６６の流量、再循環流れ２７６の第１の部分２８８の流量、バイパス流れ２９２の流量、又は第３の部分２８９の流量、又はこれらの何れかの組合せに少なくとも部分的に基づいて上記で検討したようにＥＧＯＲを制御する（例えば、増加させる、減少させる）ことができる。一部の実施形態において、抽出流れセンサ２９４は、１又は２以上の燃焼器１６０から抽出される第１の部分２８８の温度、圧力、流量、及び／又は組成を測定することができる。
【００７５】
図６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の実施形態のための燃焼器操作性限界３０２のチャート３００を示している。燃焼器操作性限界３０２は、特定の燃焼持続可能性の特性を備えたＳＥＧＲガスタービンシステム５２の当量比３０４及び燃焼器操作性値３０６に対応する曲線である。燃焼器操作性値３０６は、燃焼器１６０への非燃料流れ（例えば、排気ガス６６、酸化剤６８）の特性に少なくとも部分的に基づく場合がある。燃焼器操作性値３０６に影響を与える場合がある特性は、限定ではないが、温度、圧力、又は酸化剤濃度、或いはこれらの何れかの組合せを含むことができる。燃焼器操作性値は、１又は２以上の燃焼器１６０の各々のＥＧＯＲに比例している。チャート３００上にプロットされた作動点３０８は、燃焼器１６０の作動中の当量比３０４及び燃焼器操作性３０６に対応する。認めることができるように、燃焼器操作性限界３０２を下回る作動点３０８は、再循環流れ２７６との燃料流れ２６６及び酸化剤流れ２６０の持続可能な燃焼に対応する。燃焼器操作性限界３０２（斜交平行区域３１０で示したような）を超えた作動点における燃焼は、火炎噴出、火炎フラッシュバック、燃料流れ２６６及び酸化剤流れ２６０の自己点火、又は調和振動の誘導、或いはこれらの何れかの組合せの確率及び／又は発生の増加を有する場合がある。一部の実施形態において、区域３１０内の作動点３０８は、望ましいレベルの持続的燃焼に対する閾値濃度未満の燃焼器１６０内の酸化剤濃度に対応する場合がある。燃焼器操作性限界３０２及び区域３１０は、ガスタービンシステムの構成要素構成及び幾何学形状、ガスタービンシステムの負荷、周囲条件、及びその他の差によりガスタービンシステムの間で異なる可能性がある。一部の実施形態において、燃焼器操作性限界３０２は、各ＳＥＧＲガスタービンシステム５２に対して及び／又は各燃焼器１６０に対して決定される。その上、燃焼器操作性限界３０２は、ガスタービンシステムの使用及び作動によって決定される持続可能性閾値に少なくとも部分的に基づく場合がある。すなわち、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２のオペレータは、ベース負荷、エミッション、燃焼安定性、及びその他などの異なる要因の重み付けに少なくとも部分的に基づいて燃焼器操作性限界３０２を決定することができる。例えば、エミッション及び火炎安定性が比較的高く評価されている（例えば、実質的に一定の負荷を駆動するために及び／又はエミッションを望ましいレベルを下回って維持するために）第１のガスタービンシステムは、第１の燃焼器操作性限界３０２を有することができる。エミッション及び火炎安定性が比較的低く評価されている（例えば、周期的負荷を駆動するために）第２のガスタービンシステムは、第２の燃焼器操作性限界３１２を有することができる。
【００７６】
作動曲線３１４は、開始点から定常状態作動点までのＳＥＧＲガスタービンシステム５２の複数の作動点３０８の例を示している。認めることができるように、本明細書で説明するＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、作動曲線３１４に限定されるものではない。一部の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の各燃焼器１６０は、別個の作動曲線３１４を有することができ、各燃焼器１６０は、別個の燃焼器操作性限界３０２を有することができる。従って、コントローラ１１８は、各燃焼器１６０に対してＥＧＯＲ及び／又はＦＯＲを調節して、それぞれの燃焼器操作性限界３０２を下回るときはいつでも作動点３０８を維持することができる。始動シーケンスの開始点３１６において、当量比３０４は、実酸化剤流れが量論的酸化剤流れよりも大きくなるように希薄（例えば、約０．５）にすることができる。認めることができるように、ガスタービンシステム５２に連結された外部駆動装置（例えば、電気モータ、往復エンジン）は、始動シーケンス中に低速（例えば、２０％未満の負荷速度）でガスタービンシステム５２の圧縮機セクション１５２及びタービンセクション１５６を駆動することができる。開始点３１６において、ガスタービンシステムの構成要素は、ピーク作動温度に対して冷却（例えば、約０℃〜約４５℃のほぼ周囲温度）することができる。燃焼器１６０に導入される燃料及び酸化剤は、燃焼器１６０内で互いに反応し、これによりガスタービンシステムの構成要素を加熱し、排気ガス６６を発生する。第１の始動作動領域３１８中に、燃焼器１６０への酸化剤流れは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の作動速度が増大するにつれて増加し、これにより当量比３０４を減少させる。例えば、圧縮機セクション１５２の速度を上げることで、燃焼器１６０に供給される酸化剤を増加させ、これにより当量比を減少させることができる。
【００７７】
第２の作動点３２０において、燃焼器１６０に再循環される排気ガスの量は、増加することができる。例えば、ガスタービンシステムの構成要素は暖められ、及び／又は燃焼器１６０内の燃料及び酸化剤の燃焼の完全性は増大し、これにより再循環された排気ガスの酸化剤濃度を減少させることができる。排気ガス（例えば、二酸化炭素）の増加及び／又は酸化剤濃度の減少により、燃焼器操作性３０６を増大させる。これに加えて又はこれに代えて、コントローラ１１８は、タービンバイパスバルブ２９０の閉鎖により燃焼器１６０中の排気ガスを増加させて、排気ガス中の燃焼生成物（例えば、エミッション、酸化剤、未燃燃料）を制御することができる。一部の実施形態において、ガスタービンシステムの作動速度は、第２の始動作動領域３２２において作動する時に、全作動速度の約４０〜６０パーセントとすることができる。
【００７８】
作動曲線３１４が、燃焼器操作性限界３０２に近いとき（例えば、第３の作動点３２４において）、コントローラ１１８は、ＦＯＲを増加させ及び／又はＥＧＯＲを減少させて燃焼器の安定性を維持する。例えば、コントローラ１１８は、タービンバイパスバルブ２９０を開いて燃焼器１６０のＥＧＯＲを減少させ、これにより燃焼器操作性３０６を低下させることができる。これに加えて又はこれに代えて、コントローラ１１８は、ガスタービンシステムの構成要素が暖まると燃焼器１６０への燃料流れを増加させる。第３の作動領域３２６において、コントローラ１１８は、ガスタービンシステムの作動速度を増大させ、燃焼器１６０への燃料流れを増加させて、負荷又は機械装置１０６を駆動するようにガスタービンシステムを準備する。第４の作動領域３２８は、ガスタービンシステムを配電網に接続するときなど、コントローラ１１８がガスタービンシステム上の負荷を制御するロードシーケンスを示している。第５の作動領域３３０は、連結された機械装置１０６を駆動しながら実質的に定常状態燃焼当量比で作動する時のＳＥＧＲガスタービンシステム５２に対する燃焼器操作性３０６及び当量比３０４を示している。認めることができるように、第５の作動領域３３０に対して示された当量比３０４は、約０．９０〜１．１０及び約０．９５〜１．０５である約１．０２のリッチ値である。コントローラ１１８は、第５の作動領域３３０において当量比３０４を実質的に維持しながら、排気ガス再循環及び燃焼器操作性３０６を調節することができる。以下で検討するように、コントローラ１１８は、排気ガス再循環及びそれによって燃焼器操作性３０６を調節し（例えば、増加させ、減少させ）、排気ガス中の残留燃料、酸化剤、及び他のエミッションレベルを制御することができる。認めることができるように、第５の作動領域３３０内の作動点は、第２又は第３の作動領域３２２、３２６内の作動点よりも燃焼器操作性限界３０２からの大きなマージンを有することができる。
【００７９】
本明細書で検討するように、コントローラ１１８は、ＦＯＲの制御とは独立してＥＧＯＲを制御し、燃焼器操作性限界３０２を下回る作動点を維持することができる。コントローラ１１８は、タービンバイパスバルブ２９０及び／又は入口ガイドベーン２８４を通じてＥＧＯＲ値を調節することによって燃焼器操作性３０６を調節することができる。ＥＧＯＲ値は、燃焼器操作性３０６に比例しているので、コントローラ１１８は、ＥＧＯＲを調節することによってチャート３００の垂直軸に沿って作動点３０８を調節することができる。コントローラ１１８は、燃料流れ２６６及び／又は酸化剤流れ２６０の制御によりＦＯＲを調節することによって当量比３０４を調節することができる。燃料流れ２６６を増加させ及び／又は酸化剤流れ２６０を減少させることで、燃焼器１６０内の流れ混合気を右側への作動点３０８の移動に対応する更にリッチにする。酸化剤流れ２６０を増加させ及び／又は燃料流れ２６６を減少させることで、燃焼器１６０内の流れ混合気を左側への作動点３０８の移動に対応する更に希薄にする。
【００８０】
認めることができるように、酸化剤流れの調節は、ＦＯＲ及びＥＧＯＲに影響を与える場合がある。例えば、酸化剤流れ２６０を単独で増加させることで、当量比３０４を減少させて燃焼器操作性３０６を低下させることができる。従って、コントローラ１１８は、燃料流れ及び排気ガス再循環流れを差別的に制御することによってＦＯＲ及びＥＧＯＲを独立に制御することができる。上記で検討したように、コントローラ１１８は、タービンバイパスバルブ２９０及び／又は入口ガイドベーン２８４の制御によりＥＧＯＲ及び燃焼器操作性３０６を制御することができる。同様に、コントローラ１１８は、燃料制御システム２６４を通じて１又は２以上の燃焼器１６０への燃焼器１６０のうちの１又は２以上に対するＦＯＲ及び当量比３０４を制御することができる。
【００８１】
図７は、複数の燃料ノズル１６４に連結された燃料制御システム２６４の実施形態を示している。一部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以上のグループの燃料ノズル１６４を有することができ、ここで各グループは、１又は２以上のセットの燃料ノズル１６４を含む。例えば、グループは、環帯３５２内に配列され及び／又は環状配列の燃焼器カン３５０とすることができ、ここで各燃焼器カン３５０の燃料ノズル１６４は、酸化剤流れ２６０と混合してこれによって燃焼する燃料流れ２６６を供給する。一部の実施形態において、再循環流れ２７６は、燃焼器カン３５０に個別に供給することができる。各燃焼器カン３５０は、１又は２以上の燃料ノズル１６４の第１のノズルセット３５４と１又は２以上の燃料ノズル１６４の第２のノズルセット３５８とを有することができる。各燃焼器カン３５０は、２よりも多いノズルセットを含むことができる。１又は２以上の燃料ノズル１６４は、同心横列に配列することができ、その結果、第１のノズルセット３５４は、燃焼器カン３５０の軸線３５６の近くに配列された１組の１又は２以上の内側燃料ノズル１６４になり、第２のノズルセット３５８は、燃焼器カン３５０の周囲３６０の近くに配列された１組の１又は２以上の外側燃料ノズル１６４になる。第１のノズルセット３５４の代替の実施形態は、燃焼器カン３５０の扇形又は四分円内の燃料ノズル１６４など、１又は２以上の外側燃料ノズル１６４又は燃料ノズル１６４の別の配列を含むことができる。すなわち、第１のノズルセット３５４及び第２のノズルセット３５８は、限定ではないが、以下で検討する内側及び外側配列を含むことができる。
【００８２】
コントローラ１１８は、燃料制御システム２６４を制御して燃料流れを１又は２以上の燃料ノズル１６４の各々に供給する。一部の実施形態において、コントローラ１１８は、燃料供給装置３６４に連結された燃料遮断弁３６２を制御する。認めることができるように、燃料遮断弁３６２は、ガスタービンエンジンが作動状態にあるときに開くことができ、ガスタービンシステムの遮断中に閉じることができる。速度比制御弁３６６は、少なくとも部分的にＳＥＧＲガスタービンシステム５２の速度に基づいて、ノズルマニホルド（例えば、第１のノズルセットマニホルド３７８、第２のノズルセットマニホルド３８０）及び１又は２以上の燃料ノズル１６４への燃料流れの比較的おおまかな制御を提供することができる。
【００８３】
一部の実施形態において、第１の燃料供給装置３６８は、第１の燃料流れを第１のセット３５４の燃料ノズル（例えば、内側燃料ノズル）に供給し、第２の燃料供給装置３７０は、第２の燃料流れを燃料ノズル（例えば、外側燃料ノズル）に供給する。第２の燃料供給装置３７０は、それぞれの第２の燃料遮断弁３７２及びコントローラ１１８によって制御される速度比制御弁３７４に連結することができる。第１の燃料流れは、第２の燃料流れとは異なる加熱値（例えば、より高い加熱値）を有することができる。例えば、第１の燃料流れは、始動シーケンス中にパイロット燃料として供給することができ、第１の燃料流れは、定常状態作動中に減少することができるが、比較的低い加熱値を有する第２の燃料流れは、増加することができる。
【００８４】
燃焼器カン３５０の各々の第１のセット３５４の燃料ノズル（例えば、内側燃料ノズル）は、第１のノズルセットマニホルド３７８に連結することができ、燃焼器カン３５０の各々の第２のセット３５８の燃料ノズル（例えば、外側燃料ノズル）は、第２のノズルセットマニホルド３８０に連結することができる。一部の実施形態において、第１のセット３５４及び第２のセット３５８の燃料ノズルは、共通燃料供給装置（例えば、第１の燃料供給装置３６８））を利用する。コントローラ１１８は、分配制御弁３８１を通じて第１のノズルセットマニホルド３７８と第２のノズルセットマニホルド３８０との間の燃料流れの分配（例えば、流量比）を制御することができる。例えば、コントローラ１１８は、第１のセット３５４（例えば、内側燃料ノズル）よりも第２のセット３５８において多くの燃料ノズル１６４（例えば、外側燃料ノズル）が存在するので、第１のノズルセットマニホルド３７８よりも第２のノズルセットマニホルド３８０に多くの燃料流れを向けることができる。
【００８５】
第１の燃料ライン３８４は、各燃焼器カン３５０の第１のセット３５４の燃料ノズル１６４を第１のノズルセットマニホルド３７８に連結し、第２の燃料ライン３８６は、各燃焼器カン３５０の第２のセット３５８の燃料ノズル１６４を第２のノズルセットマニホルド３８０に連結する。例えば、第１の燃料ライン３８４は、燃料を第１の燃焼器カン３８８の内側（例えば、中央）燃料ノズル１６４に供給し、第２の燃料ライン３８６は、燃料を第１の燃焼器カン３８８の外側（例えば、周囲）燃料ノズル１６４に供給する。図示の明確化のために、図７は、燃焼器カン３９０の内側燃料ノズル３５４に供給する第１の燃料ライン３８４のみ、及び燃焼器カン３９２に供給する第２の燃料ライン３８６のみを示しているが、燃焼器カン３５０の各々の実施形態は、第１の燃焼器カン３８８について示すように、燃料ノズル１６４の各々に燃料を供給するように構成された第１の燃料ライン３８４及び第２の燃料ライン３８６を含むことができる。
【００８６】
コントローラ１１８は、燃料ライン（例えば、第１の燃料ライン３８４及び／又は第２の燃料ライン３８６）に沿って、この燃料ラインに沿って配列されたトリムバルブ３８２の制御（例えば、区分的に開放又は閉鎖）により燃料流れを制御する（例えば、増加させる、減少させる）ことができる。すなわち、各トリムバルブ３８２は、それぞれのノズルセットマニホルドと燃料ノズルのセットとの間で流体的に連結することができる。一部の実施形態において、トリムバルブ３８２は、第１の燃料ライン３８４に沿って配置され、各燃焼器カン３５０の第１のセット３５４の燃料ノズルへの燃料流れを制御する（例えば、増加させる、減少させる）ことができる。これに加えて又はこれに代えて、トリムバルブ３８２は、第２の燃料ライン３８６に沿って配置され、各燃焼器カン３５０の第２のセット３５８の燃料ノズルへの燃料流れを制御する（例えば、増加させる、減少させる）ことができる。第２の燃料ライン３８６は、第１の燃料ライン３８４よりも燃焼器カン３５０当たりで多くの数の燃料ノズル（例えば、外側燃料ノズル）に燃料を供給することができるので、第２の燃料ライン３８６に沿ったトリムバルブ３８２の制御は、燃焼器カン３５０のためのＦＯＲの粗い又はバルクレベルの制御を可能にすることができる。第１の燃料ライン３８４に沿ったトリムバルブ３８２の制御（例えば、区分的開放又は閉鎖）は、燃焼器カン３５０に対するＦＯＲの微細レベルの制御を可能にすることができる。
【００８７】
コントローラ１１８は、トリムバルブ３８２を差別的に制御して、様々な燃料流れを様々な燃焼器カン３５０のセットのノズルに供給することができる。例えば、コントローラ１１８は、第１の燃焼器カン３８８の第１のセット３５４及び／又は第２のセット３５８の燃料ノズル１６４への燃料流れを増加させ、第２の燃焼器カン３９４の第１のセット３５４及び／又は第２のセット３５８の燃料ノズル１６４への燃料流れを減少させることができる。コントローラ１１８は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２内のそれぞれの燃焼器カン３５０の位置、燃料組成、それぞれの燃焼器カン３５０からの燃焼ガスの組成、燃焼器カン３５０及び又は燃料ライン幾何学形状、又はこれらの何れかの組合せに少なくとも部分的に基づいて燃料ノズルのセットに対してトリムバルブ３８２を差別的に制御することができる。第１の燃料ライン３８４及び／又は第２の燃料ライン３８６に沿ったトリムバルブ３８２の差動制御は、コントローラ１１８が各燃焼器カン３５０内で酸化剤流れと混合する燃料流れを制御し、これにより各燃焼器カン３５０のためのＦＯＲを制御できるようにする。一部の実施形態において、燃料ライン（例えば、第１の燃料ライン３８４、第２の燃料ライン３８６）に沿ったセンサ３９６は、それぞれの燃料ラインによる燃料流れに関連しているコントローラ１１８にセンサフィードバックを提供することができる。例えば、センサ３９６は、それぞれの燃料ラインに沿って燃料流れの圧力、温度、流量、及び／又は組成を測定することができる。
【００８８】
図８Ａは、ＦＯＲを制御するコンピュータ実装式方法４２０を示し、図８Ｂは、ＥＧＯＲを制御するコンピュータ実装式方法４４０を示し、ここでＦＯＲ制御方法４２０は、ＥＧＯＲ制御方法４４０から独立している。上記で検討したように、酸化剤制御システム２６２及び燃料制御システム２６４は、プロセッサ、メモリ、及びメモリに格納されてプロセッサによって実行可能な命令を備えた工業用コントローラを各々有し、各燃焼器１６０の１又は２以上の燃料ノズル１６４のための酸化剤流れ２６０及び／又は燃料流れ２６６を制御する（例えば、増加させる、減少させる）ことができる。コントローラ１１８は、酸化剤制御システム２６２及び／又は燃料制御システム２６４の制御により方法４２０及び４４０を実施することができる。ＦＯＲ制御方法４２０において、コントローラ１１８は、それぞれの燃焼器１６０の１又は２以上の燃料ノズル１６４に対する燃料流量、燃料組成、それぞれの燃焼器の１又は２以上の燃料ノズルに対する酸化剤流量、及びそれぞれの燃焼器１６０及び／又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２に対する望ましい当量比など、いくつかの入力に少なくとも部分的に基づいて目標燃料流量を決定する（ブロック４２２）。コントローラ１１８は、燃料流量を測定し（ブロック４２４）、かつ燃料組成を測定して（ブロック４２６）燃料流れの現在流量及び組成を決定する。一部の実施形態において、燃料流量は、流れ感知システム２７２内の１又は２以上の流量計から、燃料制御システム２６４のセンサ３９６から、トリムバルブ３８２の位置から、又は分配制御弁３８１の位置から、或いはこれらの何れかの組合せからのフィードバックに少なくとも部分的に基づく場合がある。コントローラ１１８は、酸化剤感知システム２７０を通じて酸化剤流れを測定し（ブロック４２８）、酸化剤流量を決定することができる。コントローラ１１８は、オペレータインタフェース又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２を作動するように構成された１組の命令（例えば、コード、ソフトウェア）を通じて望ましい当量比を受け入れる（ブロック４３０）。一部の実施形態において、望ましい当量比は、少なくとも部分的にガスタービンシステムの作動条件に基づく場合がある。例えば、始動シーケンス又は非負荷条件中のガスタービンシステムの望ましい当量比は、負荷を駆動している定常状態条件で作動しながらのガスタービンシステムの望ましい当量比未満である場合がある。
【００８９】
コントローラ１１８は、現在の測定燃料流量、燃料組成、酸化剤流量、及びそれぞれの燃焼器に対する望ましい当量比に少なくとも部分的に基づいて１又は２以上の燃焼器の各々に対する目標燃料流量を決定する（ブロック４２２）。コントローラ１１８は、燃焼器の現在の当量比が、燃焼器に対して望ましい当量比（例えば、約０．９０〜１．１０、約０．９５〜１．０５）にほぼ等しくなるように、燃焼器の１又は２以上の燃料ノズルへの燃料流れ対目標燃料流量を調整して（ブロック４３２）ＦＯＲを調節する。すなわち、コントローラ１１８は、現在の当量比が、望ましい当量比の約１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０パーセントの偏差内にあるように、燃焼器の１又は２以上の燃料ノズルへのＦＯＲを調節することができる。コントローラ１１８は、分配制御弁３８１及び／又はトリムバルブ３８２の制御により燃料流量対目標燃料流量を制御することができる。一部の実施形態において、コントローラ１１８は、バルク燃料流量、バルク燃料組成、バルク酸化剤流量、及び複数の燃焼器に対するバルクの望ましい当量比に少なくとも部分的に基づいて複数の燃焼器に対する目標燃料流量を決定する（ブロック４２２）。コントローラ１１８は、複数の燃焼器に対する現在のバルクの当量比が、複数の燃焼器に対してバルクの望ましい当量比（例えば、約０．９０〜１．１０、約０．９５〜１．０５）にほぼ等しくなるように、複数の燃焼器の燃料ノズルへの燃料流れ対目標燃料流量を調整して（ブロック４３２）ＦＯＲを調節する。すなわち、コントローラ１１８は、現在のバルクの当量比が、複数の燃焼器に対してバルクの望ましい当量比の約１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０パーセントの偏差内にあるように、複数の燃焼器の燃料ノズルのためのＦＯＲを調節することができる。
【００９０】
図８Ｂは、ＦＯＲ制御方法４２０から独立しているＥＧＯＲを制御するコンピュータ実装式方法４４０を示している。コントローラ１１８は、それぞれの燃焼器１６０の１又は２以上の燃料ノズル１６４への酸化剤流量、抽出された第１の部分２８８の流量、及びそれぞれの燃焼器１６０及び／又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２に対する望ましいＥＧＯＲなど、いくつかの入力に少なくとも部分的に基づいて抽出マニホルドから目標バイパス流量を決定する（ブロック４４２）。コントローラ１１８は、酸化剤感知システム２７０を通じて酸化剤流れを測定し（ブロック４２８）、酸化剤流量を決定することができる。コントローラ１１８は、第１の部分２８８の抽出流量を決定する（ブロック４４４）。例えば、コントローラ１１８は、バイパス流れセンサ２９３、抽出流れセンサ２９４、又は排気ガス供給システム７８、或いはこれらの何れかの組合せに少なくとも部分的に基づいて抽出流量を決定することができる。コントローラ１１８は、オペレータインタフェース又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２を作動するように構成された１組の命令（例えば、コード、ソフトウェア）を通じて望ましいＥＧＯＲを受け入れる（ブロック４４６）。一部の実施形態において、望ましいＥＧＯＲは、作動点（例えば、燃焼器操作性と当量比の間の関係）が、図６と共に上記で検討したように燃焼器操作性限界を下回るように、少なくとも部分的に当量比に基づいている。目標バイパス流量を決定すると、コントローラ１１８は、タービンバイパスバルブ２９０及び／又は入口ガイドベーン２８４の制御によりバイパス流量を決定された目標バイパス流量に制御し、これによりコントローラ１１８が１又は２以上の燃焼器のためのＥＧＯＲを調整（ブロック４４８）できるようにする。
【００９１】
望ましい当量比及び望ましいＥＧＯＲは、作動点が燃焼器操作性限界を下回るように決定することができる。望ましいＦＯＲは、少なくとも部分的には現在のＥＧＯＲに基づく場合があり、望ましいＥＧＯＲは、少なくとも部分的には現在のＦＯＲに基づく場合がある。しかし、ＦＯＲ及びＥＧＯＲに対する望ましい値は、少なくとも部分的に互いに基づく場合があるが、燃料流量の調節によりＦＯＲを調整し、かつタービンバイパス流れの調節によりＥＧＯＲを調整する制御部は、一般的に互いに独立している。例えば、ＦＯＲを制御するための燃焼器カンの第１及び／又は第２のノズルセットに対する燃料流れの調整は、燃焼器カンに対してＥＧＯＲに影響を与えない。同様に、１又は２以上の燃焼器のためのＥＧＯＲを制御するためのバイパス流れの調整は、ＦＯＲに影響を与えない。酸化剤流れは、少なくとも部分的にガスタービンシステム上の負荷に基づいて制御することができ、コントローラは、相応にＦＯＲ及びＥＧＯＲを調節して燃焼器操作性限界を下回る１又は２以上の燃焼器のための作動点を維持する。
【００９２】
本書の説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、かつ同じくあらゆる当業者がいずれかのデバイス又はシステムを作り、使用していずれかの組み込まれた方法を実行することを含む本発明を実施することを可能にするために実施例を使用している。本発明の特許請求可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、かつ当業者に想起される他の実施例を含む場合がある。そのような他の実施例は、それらが、特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが、特許請求の範囲の文字通りの言語からの差異が実質的でない均等構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内であるように意図している。
【００９３】
（追加の実施形態）
本発明の実施形態は、排気ガス再循環を備えたガスタービンシステム内の燃焼及びエミッションを制御するためのシステム及び方法を提供する。上記で開示した特徴の何れか１つ又は組合せは、何らかの好適な組合せで利用することができる点は注目すべきである。当然ながら、このような実施形態の全ての並べ換えは、現在企図されている。一例として、以下の条項は、本開示の更なる説明として提供されるものである。
【００９４】
実施形態１．システムは、１又は２以上の燃焼器への燃料流れを制御するように構成された燃料制御システムと、１又は２以上の燃焼器の各燃焼器への酸化剤流れを制御するように構成された酸化剤制御システムであって、酸化剤流れが、１又は２以上の燃焼器内で燃料流れと少なくとも部分的に反応して排気ガス流れを形成するように構成された上記酸化剤制御システムと、１又は２以上の燃焼器の各燃焼器に排気ガス流れの再循環流れを向けるように構成された排気ガスシステムと、燃料制御システム、酸化剤制御システム、及び排気ガスシステムに連結されたコントローラであって、コントローラが、燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）及び排気ガス対酸化剤比（ＥＧＯＲ）を独立に制御するように構成され、ＦＯＲが、酸化剤流量で割り算した燃料流量を含み、ＥＧＯＲが、酸化剤流量で割り算した再循環流量を含む上記コントローラとを含む。
【００９５】
実施形態２．１又は２以上の燃焼器の各燃焼器が、複数の燃料ノズルを含み、燃料制御システムが、複数の燃料ノズルの第１のセットの燃料ノズルに連結された第１の燃料トリムバルブを含み、燃料制御システムが、第１の燃料トリムバルブを通じて第１のセットの燃料ノズルへの第１の燃料流れを調節してＦＯＲを制御するように構成される実施形態１のシステム。
【００９６】
実施形態３．燃料制御システムが、複数の燃料ノズルの第２のセットの燃料ノズルに連結された第２の燃料トリムバルブを含み、燃料制御システムが、第２の燃料トリムバルブを通じて第２のセットの燃料ノズルへの第２の燃料流れを調節してＦＯＲを制御するように構成される実施形態２のシステム。
【００９７】
実施形態４．第１の燃料トリムバルブに連結された第１の燃料供給装置と、第２の燃料トリムバルブに連結された第２の燃料供給装置とを含む実施形態３のシステム。
【００９８】
実施形態５．第１のセットの燃料ノズルが、１又は２以上の内側燃料ノズルを含み、第２のセットの燃料ノズルが、１又は２以上の内側燃料ノズルの周りに配置された複数の外側燃料ノズルを含む実施形態２、３、又は４のシステム。
【００９９】
実施形態６．コントローラが、ガスタービンエンジン内の１又は２以上の燃焼器の配列に少なくとも部分的に基づいて１又は２以上の燃焼器の各燃焼器のためのＦＯＲを差別的に制御するように構成される前述の何れかの実施形態のシステム。
【０１００】
実施形態７．１又は２以上の燃焼器から排気ガス流れを受け入れるように構成されたタービンと、１又は２以上の燃焼器から再循環流れの第１の部分を抽出するように構成された排気抽出システムとを含み、排気抽出システムが、第１の部分のバイパス流れを調節してタービンをバイパスし、かつ再循環流れに加わるように構成されたタービンバイパスバルブを含み、タービンバイパスバルブが、コントローラに連結され、コントローラが、少なくとも部分的にタービンバイパスバルブの制御に基づいてＥＧＯＲを制御するように構成され、再循環流れが、バイパス流れ及びタービンを通る排気ガス流れの第２の部分を含む前述の何れかの実施形態のシステム。
【０１０１】
実施形態８．排気抽出システムが、炭化水素生成システム、パイプライン、貯蔵タンク、又は炭素隔離システム、或いはこれらの何れかの組合せに伝送するために再循環流れの第３の部分を１又は２以上の燃焼器から排気ガス供給システムに向けるように構成される実施形態７のシステム。
【０１０２】
実施形態９．再循環流れが、容積で約１００ｐｐｍ未満の酸素を含む前述の何れかの実施形態のシステム。
【０１０３】
実施形態１０．コントローラが、少なくとも部分的にシステム上の負荷に基づいて１又は２以上の燃焼器への酸化剤流れを制御するように構成される前述の何れかの実施形態のシステム。
【０１０４】
実施形態１１．コントローラが、少なくとも部分的に１又は２以上の燃焼器の望ましい当量比に基づいて１又は２以上の燃焼器への燃料流れを制御するように構成される前述の何れかの実施形態のシステム。
【０１０５】
実施形態１２．コントローラが、ＦＯＲ、ＥＧＯＲ、並びにＦＯＲ及びＥＧＯＲに対応する燃焼器操作性限界の間の関係に少なくとも部分的に基づいて再循環流れを制御するように構成される前述の何れかの実施形態のシステム。
【０１０６】
実施形態１３．１又は２以上の燃焼器、１又は２以上の燃焼器からの排気ガス流れによって駆動されるタービン、及びタービンによって駆動される排気ガス圧縮機を有するガスタービンエンジンを含み、排気ガス圧縮機が、排気ガス流れを圧縮して１又は２以上の燃焼器に送るように構成され、ガスタービンエンジンが、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンである前述の何れかの実施形態のシステム。
【０１０７】
実施形態１４．酸化剤流れを受け入れるように構成された酸化剤入口を含む燃焼器と、各燃料ノズルが燃料流れを受け入れるように構成された複数の燃料ノズルと、複数の燃料ノズルのうちの少なくとも１つの燃料ノズルへの燃料流れを制御するように構成され、少なくとも部分的に燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）に基づいて制御される第１の燃料トリムバルブと、再循環システムから再循環流れを受け入れるように構成され、少なくとも酸化剤流れ及び燃料流れが燃焼器内で燃焼して排気ガス流れを形成するように構成される再循環入口と、抽出マニホルドに再循環流れの第１の部分を抽出するように構成された１又は２以上の注出ポートとを含むシステム。システムはまた、排気ガス流れと燃焼器及び排気ガス流れから再循環流れの第２の部分とを受け入れ、負荷を駆動し、排気ガス流れの第２の部分を再循環システムに向けるように構成されたタービンと、再循環流れの第１の部分から抽出マニホルドにバイパス流れを抽出するように構成され、少なくとも部分的に排気ガス対酸化剤比（ＥＧＯＲ）に基づいてバイパス流れを再循環システムに向けるように構成されたタービンバイパスバルブとを含み、再循環流れは、排気ガス流れ及びバイパス流れの第２の部分を含み、タービンバイパスバルブは、第１の燃料トリムバルブとは独立に制御される。
【０１０８】
実施形態１５．複数の燃料ノズルが、第１のセットの１又は２以上の内側燃料ノズルと、複数の燃料ノズルの１又は２以上の内側燃料ノズルの周りに配置された第２のセットの１又は２以上の外側燃料ノズルとを含み、第１の燃料トリムバルブが、１又は２以上の内側燃料ノズルへの燃料流れを制御するように構成され、燃焼器が、複数の燃料ノズルの第２のセットの１又は２以上の外側燃料ノズルへの燃料流れを制御するように構成された第２の燃料トリムバルブを含む実施形態１４のシステム。
【０１０９】
実施形態１６．第１の燃料トリムバルブが、第１の燃料供給装置に流体的に連結され、第２の燃料トリムバルブが、第１の燃料供給装置とは異なる第２の燃料供給装置に流体的に連結される実施形態１５のシステム。
【０１１０】
実施形態１７．燃焼器とタービンバイパスバルブの間で連結され、再循環流れの第１の部分の第３の部分を炭化水素生成システム、パイプライン、貯蔵タンク、又は炭素隔離システム、或いはこれらの何れかの組合せに向けるように構成された抽出マニホルドを含む実施形態１４、１５、又は１６のシステム。
【０１１１】
実施形態１８．少なくとも部分的にＥＧＯＲに基づいて制御される複数の入口ガイドベーンを有する排気ガス圧縮機を含む再循環システムを含む実施形態１４、１５、１６、又は１７のシステム。
【０１１２】
実施形態１９．少なくとも部分的に望ましい当量比及びＥＧＲガスタービンエンジン上の負荷に基づいて燃焼器への燃料対酸化剤比（ＦＯＲ）を制御する段階と、燃焼器内で燃料及び酸化剤を燃焼させて排気ガスを形成する段階と、排気ガスの再循環部分を燃焼器まで再循環させる段階と、ＦＯＲに対応する操作性限界に少なくとも部分的に基づいて排気ガス対酸化剤比（ＥＧＯＲ）を制御する段階とを含む排気ガス再循環（ＥＧＲ）ガスタービンエンジンを作動させる方法。
【０１１３】
実施形態２０．ＦＯＲを制御する段階が、複数の燃料ノズルの１又は２以上の燃料ノズルへの燃料流れを調節する段階を含む実施形態１９の方法。
【０１１４】
実施形態２１．ＦＯＲを制御する段階が、複数の燃料ノズルの複数の外側燃料ノズルに対して複数の燃料ノズルの１又は２以上の内側燃料ノズルへの燃料流れを差別的に調節する段階を含み、外側燃料ノズルが、内側燃料ノズルの周りに配置される実施形態２０の方法。
【０１１５】
実施形態２２．燃焼器から排気ガスの再循環部分の第１の部分を抽出する段階であって、ＥＧＯＲを制御する段階が、ＥＧＲガスタービンエンジンのタービンをバイパスする第１の部分のバイパス部分を制御するバイパスバルブを調節する段階を含む上記抽出する段階と、燃焼器からの排気ガスの再循環部分の第２の部分をＥＧＲガスタービンエンジンのタービンに送る段階であって、再循環部分が、バイパス部分及び第２の部分を含む上記送る段階とを含む実施形態１９、２０、又は２１の方法。
【０１１６】
実施形態２３．ＥＧＲガスタービンエンジンの排気ガス圧縮機への１又は２以上の入口ガイドベーンを調節することによってＥＧＯＲを制御する段階を含み、排気ガス圧縮機が、排気ガスの再循環部分を燃焼器に向けるように構成される実施形態１９、２０、２１、又は２２の方法。
【０１１７】
実施形態２４．ＥＧＲガスタービンエンジンの始動シーケンス中に操作性限界未満であるようにＦＯＲ又はＥＧＯＲを独立に制御する段階を含む実施形態１９、２０、２１、２２、又は２３の方法。
【０１１８】
実施形態２５．定常状態作動中に約０．９５〜１．０５の対応する当量比にＦＯＲ比を制御する段階を含む実施形態１９、２０、２１、２２、２３、又は２４の方法。
【符号の説明】
【０１１９】
１４  タービンベースのサービスシステム
５２  ＳＥＧＲガスタービンシステム
６８  酸化剤
７０  燃料
１６０  燃焼器
【図１】
0006549134.tif 000004
【図２】
0006549134.tif 000005
【図３】
0006549134.tif 000006
【図４】
0006549134.tif 000007
【図５】
0006549134.tif 000008
【図６】
0006549134.tif 000009
【図７】
0006549134.tif 000010
【図８Ａ】
0006549134.tif 000011
【図８Ｂ】
0006549134.tif 000012