(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンシステムの駆動系に機械的に連結された発電機と、
前記発電機に電気的に連結され磁場を与えるように構成された励起システムと、
前記発電機に電気的に連結され該発電機に電力を与えるように構成された負荷整流式インバータ（ＬＣＩ）と、
前記発電機と前記励起システムと前記ＬＣＩとに通信可能に連結され、
ａ）駆動系自立速度未満まで前記ＬＣＩと電気を機械運動に変換している前記発電機とを通じて前記駆動系を始動するステップと、
ｂ）前記駆動系自立速度までガスタービンを通じて前記駆動系を駆動するステップと、
ｃ）前記駆動系自立速度で前記発電機を通じて前記駆動系を駆動するステップと、
ｄ）前記ガスタービンが望ましい排気温度まで前記駆動系自立速度で作動しているときに前記ガスタービンをアンロードしてガスタービン排気の作動排気温度を低下させるステップを実施するように構成されたコントローラと、を有している駆動系始動システム、
を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記発電機を標準送電網周波数で送電網と同期させ、送電網電力を前記発電機に送出することによってステップｃを実施するように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記標準送電網周波数は、５０〜６０Ｈｚである、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記望ましい排気温度は、熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システムの始動に対して前記作動排気温度での前記ＨＲＳＧシステムの始動と比べたときにストレスの低減した適切な温度を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ＨＲＳＧシステムは、高圧蒸気タービン、低圧蒸気タービン、又はその組合せに流体的に連結されている、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記駆動系を通じて前記ガスタービンに機械的に連結された圧縮機を含み、
前記ＨＲＳＧシステムは、前記ガスタービンを出る排気ガスを再循環させるように前記圧縮機に流体的に連結されている、
請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記発電機に通信的に接続され望ましくない条件から前記発電機を保護するように構成された発電機保護パネルシステム（ＧＰＰ）を含み、
前記コントローラは、前記発電機が電気を機械運動に変換している時に、前記ＧＰＰの制御論理を変えて標準送電網周波数での該発電機の作動を可能にするように構成されている、
請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記発電機に磁気的に連結され磁場を与えるように構成された励起システムを含み、
前記コントローラは、前記発電機が電気を機械運動に変換しているときに、前記励起システムの制御論理を変えて標準送電網周波数での前記発電機の作動を可能にするように構成されている、
請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記ガスタービンの燃焼の当量比を０．９５から１．０５の間にするように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
排気再循環ガスタービンシステムの駆動系を始動する方法であって、
発電機に電気的に連結され、前記発電機に電力を与えることによって前記発電機が前記電力を機械出力に変換するように構成された負荷整流式インバータ（ＬＣＩ）を通じて前記駆動系を始動するステップと、
前記発電機が第１の駆動系速度に達した状態でガスタービンをスパークさせて前記ガスタービンを始動するステップと、
前記ガスタービンをロードして第２の駆動系速度に到達させるステップと、
前記ＬＣＩをアンロードし前記第２の駆動系速度に達したとき前記ＬＣＩを切断するステップと、
前記発電機を標準送電網周波数で送電網と同期させるステップと、
前記第２の速度で前記発電機を通じて前記駆動系を駆動するステップと、
前記発電機を第３の速度に同期させた後に前記ガスタービンをアンロードするステップとを含み、
前記第３の速度では、前記ガスタービンは、該ガスタービンが前記第２の速度で作動しているときに生成される作動排気温度と比べて低下した排気温度を与える、
ことを特徴する方法。
【請求項１１】
前記標準送電網周波数は、５０〜６０Ｈｚ間である、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガスタービンが前記第３の速度であるときに、（ＨＲＳＧ）システムを排気を前記ガスタービンから前記ＨＲＳＧシステムに送出することによって始動するステップを含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
高圧蒸気タービン、低圧蒸気タービン、又はその組合せを前記ＨＲＳＧシステムによって与えられる排気ガスから始動するステップを含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
高圧蒸気タービン、低圧蒸気タービン、又はその組合せがオンラインであるかを判断するステップと、
オンラインである場合に、前記ガスタービンを前記第２の速度までロードするステップと、を含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ガスタービンを前記第２の速度までロードするステップは、前記ＨＲＳＧ、前記高圧蒸気タービン、前記低圧蒸気タービン、又は前記その組合せの熱的限界を順守する段階を含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガスタービンは、二酸化炭素を原油２次回収（ＥＯＲ）システムに供給するように構成された量論的排気再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンを含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
発電機に電気的に連結され前記発電機に電力を与えることによって前記発電機が前記電力を機械出力に変換するように構成された負荷整流式インバータ（ＬＣＩ）を通じて排気再循環ガスタービンシステムの駆動系を始動し、
前記発電機が第１の駆動系速度に達した状態でガスタービンをスパークさせて該ガスタービンを始動し、
前記ガスタービンをロードして第２の駆動系速度に到達させ、
前記ＬＣＩをアンロードし、かつ前記第２の駆動系速度に達した時に該ＬＣＩを切断し、
前記発電機を標準送電網周波数で送電網と同期させ、かつ
前記第２の速度で前記発電機を通じて前記駆動系を駆動し、
前記発電機を第３の速度に同期させた後に前記ガスタービンをアンロードするように構成されたプロセッサを備え、
前記第３の速度では、前記ガスタービンは、該ガスタービンが前記第２の速度で作動している時に生成される作動排気温度と比べて低下した排気温度を与える、
ことを特徴とする制御システム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、前記ガスタービンが前記第３の速度にある時に、（ＨＲＳＧ）システムを該ガスタービンから該ＨＲＳＧシステムに排気を送出することによって始動するように構成されている、
請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、高圧蒸気タービン、低圧蒸気タービン、又はその組合せを前記ＨＲＳＧシステムによって与えられる排気ガスから始動するように構成されている、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記プロセッサは、高圧蒸気タービン、低圧蒸気タービン、又はその組合せがオンラインであるかを判断し、かつオンラインである場合に前記ガスタービンを前記第２の速度までロードするように構成されている、
請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記発電機に通信的に接続され、かつ望ましくない条件から該発電機を保護するように構成された発電機保護パネルシステム（ＧＰＰ）を含み、
前記プロセッサは、前記発電機が電気を機械運動に変換している時に前記ＧＰＰの制御論理を変えて標準送電網周波数での該発電機の作動を可能にするように構成される、
請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ガスタービンは、量論的排気再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンを含み、
前記プロセッサは、０．９５から１．０５の間の前記ガスタービンの燃焼の当量比を可能にするように構成される、
請求項１７に記載のシステム。
【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、これにより全ての目的に対してその全体が引用によって組み込まれる２０１４年６月３０日出願の「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＳＴＡＲＴＵＰ  ＯＦ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＤＲＩＶＥ  ＴＲＡＩＮＳ  ＷＩＴＨ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」という名称の米国仮特許出願第６２／０１９，０１９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】
本出願は、２０１２年１２月２８日出願の「ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＦＯＲ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」という名称の米国仮特許出願第６１／７４７，２０９号明細書、２０１２年１１月２日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６１／７２２，１１８号明細書、２０１２年１１月２日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＦＵＥＬ−ＤＩＬＵＥＮＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６１／７２２，１１５号明細書、２０１２年１１月２日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＯＸＩＤＡＮＴ−ＤＩＬＵＥＮＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６１／７２２，１１４号明細書、及び２０１２年１１月２日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＬＯＡＤ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＷＩＴＨ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６１／７２２，１１１号明細書に関連し、その全ては、全ての目的に対してその全体が引用によって本明細書に組み込まれている。
【０００３】
本明細書に開示する主題は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンのための燃焼システムの制御システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
ガスタービンエンジンは、発電、航空機、及び様々な機械装置のような広範な用途に使用されている。ガスタービンエンジンは、一般的に、燃焼機セクションにおいて酸化剤（例えば、空気）と共に燃料を燃焼させて高温の燃焼生成物を発生させ、これは、次に、タービンセクションの１又は２以上のタービン段を駆動する。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、それによって燃料と共に燃焼機セクションの中に吸入するための酸化剤を圧縮する。この場合も、燃料及び酸化剤が燃焼機セクションにおいて混合し、次に、燃焼して高温燃焼生成物を生成する。ガスタービンエンジンは、一般的に、燃焼機セクションの燃焼チャンバから上流の１又は２以上の流  路に沿って燃料及び酸化剤を予混合し、次に、燃料及び酸化剤を燃焼させて使用可能な電力を発生させる。残念ながら、予混合火炎は、制御又は維持するのが困難である場合があり、これは、様々な排気エミッション及び電力要件に影響を与える可能性がある。更に、ガスタービンエンジンは、典型的には、酸化剤として大量の空気を消費し、かなりの量の排気ガスを大気中に排出する。換言すると、排気ガスは、典型的には、ガスタービン作動の副産物として無駄になっている。
【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、駆動系始動システムを含む。駆動系始動システムは、ガスタービンシステムの駆動系に機械的に連結された発電機と、発電機に電気的に連結されて磁場を与えるように構成された励起システムとを含む。駆動系始動システムは、これに加えて、発電機に電気的に連結されて発電機に電力を与えるように構成された負荷整流式インバータ（ＬＣＩ）と、発電機、励起システム、及びＬＣＩに通信的に連結されたコントローラとを含む。コントローラは、ＬＣＩと電気を機械運動に変換している発電機とを通じて駆動系自立速度未満まで駆動系を始動し、ガスタービンを通じて駆動系自立速度まで駆動系を駆動し、かつ発電機を通じて駆動系自立速度で駆動系を駆動するように構成される。
【０００７】
第２の実施形態において、排気再循環ガスタービンシステムの駆動系を始動する方法は、発電機に電気的に連結され、かつ発電機に電力を与えることによって発電機が電力を機械出力に変換するように構成された負荷整流式インバータ（ＬＣＩ）を通じて駆動系を始動する段階と、発電機が第１の駆動系速度に達した状態でガスタービンを始動するためにガスタービンをスパークする段階とを含む。本方法は、これに加えて、ガスタービンをロードして第２の駆動系速度に到達させ、かつＬＣＩをアンロードする段階と、第２の駆動系速度に達した時にＬＣＩを切断する段階とを含む。本方法はまた、標準送電網周波数で発電機を送電網と同期させる段階と、第２の速度で発電機を通じて駆動系を駆動する段階とを含む。
【０００８】
第３の実施形態において、制御システムは、発電機に電気的に連結されて発電機に電力を与えることによって発電機が電力を機械出力に変換するように構成された負荷整流式インバータ（ＬＣＩ）を通じて排気再循環ガスタービンシステムの駆動系を始動するように構成されたプロセッサを含む。プロセッサは、発電機が第１の駆動系速度に達した状態でガスタービンを始動するためにガスタービンをスパークし、かつガスタービンをロードして第２の駆動系速度に到達させるように更に構成される。プロセッサは、これに加えて、ＬＣＩをアンロードして第２の駆動系速度に達した時にＬＣＩを切断し、かつ標準送電網周波数で発電機を送電網と同期させるように構成される。プロセッサはまた、第２の速度で発電機を通じて駆動系を駆動するように構成される。
【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ための工程の実施形態の流れ図である。
【図５】図１〜３の制御システムによって使用するのに適切なモデルベースの制御システムの実施形態の図である。
【図６】図１〜３のタービンベースのシステムを制御するのに適切な工程の実施形態の流れ図である。
【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について以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行う取り組みの一環として、本明細書では、実際の実施構成の全ての特徴については説明しない場合がある。あらゆる技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及び／又はビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために多数の実施時固有の決定が行われる点は理解されたい。その上、このような開発努力は、複雑で多大な時間を必要とする場合があるが、それにも関わらず、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する時に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１又は２以上が存在することを意味するように意図している。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包含的であり、かつ列挙した要素以外に追加の要素が存在する場合があることを意味するように意図している。
【００１３】
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）を有する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、かつ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。
【００１４】
本明細書に説明するシステム及び方法は、熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システムを通して流体（例えば、タービン排気ガス）を吸入し、再利用送風機を通して流体の圧力を調節し、及び／又はタービンシステム圧縮機への再循環送出のためにＥＧＲ冷却器を通して流体を冷却するのに適切な排気ガス（ＥＧ）加工システム（例えば、排気再循環ループ）を提供する。従って、ＥＧ加工システムを通した圧力比は、以下でより詳細に説明するように、タービンシステムを通した電力生成を改善するように調節することができ、及び／又は製品ガスの生成を改善することができる。ＥＧ加工システムを含む本明細書に説明する様々なシステムを制御するのに適切な制御システムも提供する。例えば、制御システムは、他の調節の中でも取りわけ、再利用送風機に含まれるベーンを調節して、排気再循環ループ内の圧力を調整することができる。
【００１５】
上述の事項を考慮に入れて、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。
【００１６】
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。
【００１７】
図示の実施形態において、タービンベースのサービスシステム１４は、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンシステム５２及び排気ガス（ＥＧ）処理システム５４を含む。ガスタービンシステム５２は、燃料希薄制御モード又は燃料リッチ制御モードのような、量論的燃焼作動モード（例えば、量論的制御モード）及び非量論的燃焼作動モード（例えば、非量論的制御モード）で作動するよう構成することができる。量論的制御モードにおいては、燃焼は、全体的に、燃料及び酸化剤の実質的に化学量論比で生じ、これにより実質的に量論的燃焼を生じることになる。特に、量論的燃焼は、一般に、燃焼生成物が実質的に又は完全に未燃燃料及び酸化剤を含まないように、燃焼反応において燃料及び酸化剤の実質的に全てを消費することを伴う。量論的燃焼の１つの尺度は、当量比すなわちファイ（Φ）であり、量論的燃料／酸化剤比に対する実際の燃料／酸化剤比の割合である。１．０よりも大きい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料リッチ燃焼をもたらし、他方、１．０よりも小さい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料希薄燃焼をもたらす。対照的に、当量比１．０は、燃料リッチでもなく燃料希薄でもない燃焼をもたらし、従って、燃焼反応において燃料及び酸化剤の全てを実質的に消費する。開示する実施形態の文脈において、用語「量論的」又は「実質的に量論」とは、約０．９５〜約１．０５の当量比を指すことができる。しかし、開示する実施形態はまた、当量比１．０±０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、又はそれ以上を含むことができる。この場合も同様に、タービンベースのサービスシステム１４における燃料及び酸化剤の量論的燃焼は、残存する未燃燃料又は酸化剤が実質的に存在しない燃焼生成物又は排気ガス（例えば、４２）をもたらすことができる。例えば、排気ガス４２は、１、２、３、４、又は５容積パーセント未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。別の実施例によれば、排気ガス４２は、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯX）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。しかし、開示する実施形態はまた、排気ガス４２中の他の範囲の残留燃料、酸化剤、及び他のエミッションレベルを生成する。本明細書で使用される場合、用語「エミッション」、「エミッションレベル」、及び「エミッション目標」は、特定の燃焼生成物（例えば、ＮＯｘ、ＣＯ、ＳＯｘ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＨＣｓ、その他）の濃度レベルを指すことができ、これらは、再循環されたガスストリーム、放出されたガスストリーム（例えば、大気中に排気された）、及び種々の目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２）において使用されるガスストリーム中に存在することがで���る。
【００１８】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及びＥＧ加工システム５４は、異なる実施形態において様々な構成要素を含むことができるが、図示のＥＧ加工システム５４は、熱回収蒸気発電機（ＨＲＳＧ）５６及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム５８を含み、これらは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２から生じた排気ガス６０を受け入れて処理する。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮機、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらは全体として、排気ガス６０からの熱を水ストリームに伝達して蒸気６２を発生させるよう機能する。蒸気６２は、１又は２以上の蒸気タービン、ＥＯＲシステム１８、又は炭化水素生成システム１２の他のいずれかの部分において用いることができる。例えば、ＨＲＳＧ５６は、低圧、中圧、及び／又は高圧の蒸気６２を生成することができ、これらは、低圧、中圧、及び高圧蒸気タービン段又はＥＯＲシステム１８の異なる用途に選択的に適用することができる。蒸気６２に加えて、脱塩水のような処理水６４は、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧ加工システム５４又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２の別の部分によって生成することができる。処理水６４（例えば、脱塩水）は、内陸又は砂漠地帯などの水不足の領域において特に有用とすることができる。処理水６４は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２内で燃料の燃焼を生じる大量の空気によって少なくとも部分的に生成することができる。蒸気６２及び水６４の施設内での生成は、多くの用途（炭化水素生成システム１２を含む）で有益であるが、排気ガス４２、６０の施設内での生成は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２から生成される低酸素含有、高圧及び熱に起因して、ＥＯＲシステム１８に特に有益とすることができる。従って、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧ加工システム５４の別の部分は、排気ガス６６をＳＥＧＲガスタービンシステム５２に出力又は再循環できると同時に、排気ガス４２を炭化水素生成システム１２と共に使用するためにＥＯＲシステム１８に送ることができる。同様に、排気ガス４２は、炭化水素生成システム１２のＥＯＲシステム１８にて使用するためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２から直接（すなわち、ＥＧ加工システム５４を通過することなく）抽出することができる。
【００１９】
排気ガス再循環は、ＥＧ加工システム５４のＥＧＲシステム５８により処理される。例えば、ＥＧＲシステム５８は、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、排気ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はその組合せ）、及び制御部を含み、排気ガス再循環経路に沿ってＳＥＧＲガスタービンシステム５２の出力（例えば、排気された排気ガス６０）から入力（例えば、吸入された排気ガス６６）まで排気ガスを再循環するようにする。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の圧縮機を有する圧縮機セクションに排気ガス６６を吸入させ、これにより排気ガス６６を圧縮して、酸化剤６８及び１又は２以上の燃料７０の吸入と共に燃焼機セクションにおいて使用する。酸化剤６８は、周囲空気、純酸素、酸素富化空気、酸素低減空気、酸素−窒素混合気、又は燃料７０の燃焼を促進する何らかの好適な酸化剤を含むことができる。燃料７０は、１又は２以上のガス燃料、液体燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。例えば、燃料７０は、天然ガス、液化天然ガス（ＬＮＧ）、シンガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、ケロシン、ディーゼル燃料、エタノール、メタノール、バイオ燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。
【００２０】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、燃焼機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、燃焼機セクションにおける各燃焼機は、１又は２以上の予混合燃料ノズル、１又は２以上の拡散燃料ノズル、又は何らかのこれらの組合せを含む。例えば、各予混合燃料ノズルは、燃料ノズルの内部で、及び／又は燃料ノズルの部分的に上流側で酸化剤６８と燃料７０を混合し、これにより予混合燃焼（例えば、予混合火炎）のため酸化剤−燃料混合気を燃料ノズルから燃焼ゾーンに注入するよう構成することができる。別の実施例によれば、各拡散燃料ノズルは、酸化剤６８及び燃料７０の流れを燃料ノズル内で分離し、これにより拡散燃焼（例えば、拡散火炎）のため酸化剤６８及び燃料７０を燃料ノズルから燃焼ゾーンに個別に注入するよう構成することができる。特に、拡散燃料ノズルによって提供される拡散燃焼は、初期燃焼のポイントすなわち火炎領域まで酸化剤６８及び燃料７０の混合を遅延させる。拡散燃料ノズルを利用する実施形態において、拡散火炎は、一般に酸化剤６８及び燃料７０の別個のストリームの間（すなわち、酸化剤６８及び燃料７０が混合される時に）の化学量論ポイントにて形成されるので、火炎安定性を向上させることができる。特定の実施形態において、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、拡散燃料ノズル又は予混合燃料ノズルの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、各燃焼機内での燃焼ポイントにて又はその下流側にて燃焼機内に注入することができる。これらの希釈剤を使用することにより、火炎（例えば、予混合火炎又は拡散火炎）の調質を助け、これにより一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ2）などのＮＯｘエミッションの低減を助けることができる。火炎のタイプに関係なく、燃焼は、高温の燃焼ガス又は排気ガス６０を生成して、１又は２以上のタービン段を駆動する。各タービン段が排気ガス６０によって駆動されると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、機械出力７２及び／又は電力７４（例えば、発電機を通じて）を発生する。システム５２はまた、排気ガス６０を出力し、更に水６４を出力することができる。この場合も同様に、水６４は、脱塩水などの処理水とすることができ、これは、設備内又は設備外での様々な用途で有用とすることができる。
【００２１】
排気ガスの抽出はまた、１又は２以上の抽出ポイント７６を用いてＳＥＧＲガスタービンシステム５２により提供される。例えば、図示の実施形態は、抽出ポイント７６から排気ガス４２を受け入れ、該排気ガス４２を処理して、次いで、種々の目標システムに排気ガス４２を供給又は分配する排気ガス（ＥＧ）抽出システム８０及び排気ガス（ＥＧ）処理システム８２を有する排気ガス（ＥＧ）供給システム７８を含む。目標システムは、ＥＯＲシステム１８、及び／又はパイプライン８６、貯蔵タンク８８、又は炭素隔離システム９０などの他のシステムを含むことができる。ＥＧ抽出システム８０は、１又は２以上の導管、バルブ、制御部、及び流れ分離装置を含むことができ、これらは、排気ガス４２を酸化剤６８、燃料７０、及び他の汚染物質から隔離すると同時に、抽出した排気ガス４２の温度、圧力、及び流量を制御するのを可能にする。ＥＧ処理システム８２は、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発電機などの熱回収ユニット、凝縮機、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、ガス脱水ユニット、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、排気ガス圧縮機、これらの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。
【００２２】
抽出した排気ガス４２は、目標システムに応じて、ＥＧ処理システム８２の１又は２以上のサブシステムにより処理される。例えば、ＥＧ処理システム８２は、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システムを通じて排気ガス４２の一部又は全てを向けることができ、種々の目標システムで使用するために炭素含有ガス（例えば、二酸化炭素）９２及び／又は窒素（Ｎ2）９４を分離及び精製するよう制御される。例えば、ＥＧ処理システム８２の実施形態は、ガス分離及び精製を実施し、第１のストリーム９６、第２のストリーム９７、及び第３のストリーム９８のような排気ガス４２の複数の異なるストリーム９５を生成することができる。第１のストリーム９６は、二酸化炭素リッチ及び／又は窒素希薄（例えば、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム）である第１の組成を有することができる。第２のストリーム９７は、二酸化炭素及び／又は窒素の中間濃度レベル（例えば、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム）である第２の組成を有することができる。第３のストリーム９８は、二酸化炭素希薄及び／又は窒素リッチ（例えば、ＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム）である第３の組成を有することができる。各ストリーム９５（例えば、９６、９７、及び９８）は、目標システムへのストリーム９５の送出を促進するために、ガス脱水ユニット、フィルタ、ガス圧縮機、又はその組合せを含むことができる。特定の実施形態において、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６は、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＣＯ2純度又は濃度レベルと、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも小さいＮ2純度又は濃度レベルとを有することができる。対照的に、ＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８は、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも小さいＣＯ2純度又は濃度レベルと、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＮ2純度又は濃度レベルとを有することができる。中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７は、約３０〜７０、３５〜６５、４０〜６０、又は４５〜５５容積パーセントのＣＯ2純度又は濃度レベル及び／又はＮ2純度又は濃度レベルを有することができる。上述の範囲は、単に非限定的な例に過ぎず、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８は、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４と共に使用するのに特に好適とすることができる。しかし、これらのリッチ、希薄、又は中間の濃度のＣＯ2ストリーム９５の何れかは、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。
【００２３】
ＥＧ抽出システム８０は、圧縮機セクション、燃焼機セクション、及び／又はタービンセクションに沿った１又は２以上の抽出ポイント７６にて排気ガス４２を抽出し、排気ガス４２が、好適な温度及び圧力でＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４において使用できるようにする。ＥＧ抽出システム８０及び／又はＥＧ処理システム８２はまた、ＥＧ加工システム５４との間で流体流れ（例えば、排気ガス４２）を循環させることができる。例えば、ＥＧ加工システム５４を通過する排気ガス４２の一部は、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４で使用するためにＥＧ抽出システム８０によって抽出することができる。特定の実施形態において、ＥＧ供給システム７８及びＥＧ加工システム５４は、独立しているか、又は互いに一体化することができ、従って、独立したサブシステム又は共通のサブシステムを用いることができる。例えば、ＥＧ処理システム８２は、ＥＧ供給システム７８及びＥＧ加工システム５４両方によって用いることができる。ＥＧ加工システム５４から抽出される排気ガス４２は、ＥＧ加工システム５４における１又は２以上のガス処理段及びその後に続くＥＧ処理システム８２における１又は２以上の追加のガス処理段のような、複数のガス処理段を受けることができる。
【００２４】
各抽出ポイント７６において、抽出した排気ガス４２は、ＥＧ加工システム５４において実質的に量論的燃焼及び／又はガス処理に起因して、実質的に酸化剤６８及び燃料７０（例えば、未燃燃料又は炭化水素）が存在しない場合がある。更に、目標システムに応じて、抽出した排気ガス４２は、ＥＧ供給システム７８のＥＧ処理システム８２において更なる処理を受け、これにより何らかの残留する酸化剤６８、燃料７０、又は他の望ましくない燃焼生成物を更に低減することができる。例えば、ＥＧ処理システム８２の処理の前又は後で、抽出した排気ガス４２は、１、２、３、４、又は５容積パーセントよりも少ない酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。別の実施例によれば、ＥＧ処理システム８２の処理の前又は後で、抽出した排気ガス４２は、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）よりも少ない酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。従って、排気ガス４２は、ＥＯＲシステム１８と共に使用するのに特に好適である。
【００２５】
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／又は燃焼機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、燃焼機セクションにおける各燃焼機に沿ったポートにて、又はその組合せに位置付けることができる。特定の実施形態において、排気ガス６６は、燃焼機セクションにおける各燃焼機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、燃焼機セクションにおける各燃焼機の壁に沿って直接配置することができる。
【００２６】
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）各燃焼機の燃焼部（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、各燃焼機内の排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０の混合気の燃焼生成物は、実質的に酸素及び未燃燃料を含まない。従って、燃焼生成物（又は排気ガス）は、ＥＯＲシステム１８に送られる排気ガス４２として使用するためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２のタービンセクションから抽出することができる。タービンセクションに沿って、抽出ポイント７６は、隣接するタービン段の間の段間ポートなどのいずれかのタービン段に位置付けることができる。従って、上述の抽出ポイント７６の何れかを用いて、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。
【００２７】
図２は、タービンベースのサービスシステム１４及び炭化水素生成システム１２に連結された制御システム１００を示す図１のシステム１０の実施形態の図である。図示の実施形態において、タービンベースのサービスシステム１４は、複合サイクルシステム１０２を含み、これは、トッピングサイクルとしてＳＥＧＲガスタービンシステム５２と、ボトミングサイクルとして蒸気タービン１０４と、排気ガス６０から熱を回収して蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生させるＨＲＳＧ５６とを含む。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を受け入れて混合し、量論的燃焼（例えば、予混合及び／又は拡散火炎）をして、これにより排気ガス６０、機械出力７２、電力７４、及び／又は水６４を生成する。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、発電機、酸化剤圧縮機（例えば、主空気圧縮機）、ギアボックス、ポンプ、炭化水素生成システム１２の設備、又はそのあらゆる組合せなどの１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動することができる。一部の実施形態において、機械装置１０６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と縦一列に配列された発電機又は蒸気タービン（例えば、蒸気タービン１０４）などの他の駆動装置を含むことができる。従って、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２（及び何らかの追加の駆動装置）によって駆動される機械装置１０６の出力は、機械出力７２及び電力７４を含むことができる。機械出力７２及び／又は電力７４は、炭化水素生成システム１２に動力を供給するために施設内で用いることができ、電力７４は、送電網又はそのあらゆる組合せに配電することができる。機械装置１０６の出力はまた、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の燃焼セクションに吸入するために圧縮酸化剤６８（例えば、空気又は酸素）などの圧縮流体を含むことができる。これらの出力（例えば、排気ガス６０、機械出力７２、電力７４、及び／又は水６４）の各々は、タービンベースのサービスシステム１４の１つのサービスとみなすことができる。
【００２８】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、実質的に酸素を伴わない場合がある排気ガス４２、６０を生成し、排気ガス４２、６０は、ＥＧ加工システム５４及び／又はＥＧ供給システム７８に送られる。ＥＧ供給システム７８は、排気ガス４２（例えば、ストリーム９５）を処理して炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４に送出することができる。上記で検討したように、ＥＧ加工システム５４は、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８を含むことができる。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮機、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらを用いて排気ガス６０から熱を回収し又は水１０８に伝達し、蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と同様に、蒸気タービン１０４は、１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動し、これにより機械出力７２及び電力７４を生成することができる。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、縦一列の形態で配列されて、同じ機械装置１０６を駆動する。しかし、他の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、異なる機械装置１０６を個別に駆動し、機械出力７２及び／又は電力７４を独立に生成することができる。蒸気タービン１０４がＨＲＳＧ５６からの蒸気６２により駆動されると、蒸気６２の温度及び圧力が漸次的に低下する。従って、蒸気タービン１０４は、使用した蒸気６２及び／又は水１０８をＨＲＳＧ５６に戻すよう再循環し、排気ガス６０からの熱回収を通じて追加の蒸気を発生させる。蒸気発生に加えて、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧ加工システム５４の別の部分は、水６４、炭化水素生成システム１２と共に用いるための排気ガス４２、及びＳＥＧＲガスタービンシステム５２への入力として使用する排気ガス６６を生成することができる。例えば、水６４は、他の用途で使用するための脱塩水のような処理水６４とすることができる。脱塩水は、水の利便性が低い領域で特に有用とすることができる。排気ガス６０に関しては、ＥＧ加工システム５４の実施形態は、排気ガス６０をＨＲＳＧ５６に通過させるかどうかに関係なく、ＥＧＲシステム５８を通じて排気ガス６０を再循環させるよう構成することができる。
【００２９】
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、システム５２の排気出口から排気入口まで延びる排気ガス再循環経路１１０を有する。排気ガス６０は、経路１１０に沿って、図示の実施形態においてＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８を含むＥＧ加工システム５４を通過する。ＥＧＲシステム５８は、経路１１０に沿って直列及び／又は並列配列で、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収蒸気発電機などの熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はそのあらゆる組合せ）を含むことができる。換言すると、ＥＧＲシステム５８は、システム５２の排気ガス出口と排気ガス入口との間の排気ガス再循環経路１１０に沿って、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を有する実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、ＥＧＲシステム５８の１つの構成要素とみなすことができる。しかし、特定の実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、排気ガス再循環経路１１０とは独立して排気ガス経路に沿って配置することができる。ＨＲＳＧ５６がＥＧＲシステム５８と別個の経路に沿っているか又は共通の経路に沿っているかに関係なく、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８は、排気ガス６０を吸入して、再循環される排気ガス６０、ＥＧ供給システム７８（例えば、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４のため）と共に使用するための排気ガス４２、又は別の出力の排気ガスを出力する。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０（例えば、予混合火炎及び／又は拡散火炎）を吸入して混合し、量論的燃焼して、ＥＧ加工システム５４、炭化水素生成システム１２、又は他のシステム８４に分配するために実質的に酸素及び燃料を含まない排気ガス６０を生成する。
【００３０】
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。
【００３１】
排気ガス４２及び蒸気６２の量、品質、及び流れは、制御システム１００により制御することができる。制御システム１００は、タービンベースのサービスシステム１４に完全に専用とすることができ、又は制御システム１００は、任意選択的に、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４の制御を行うことができる。図示の実施形態において、制御システム１００は、プロセッサ１２０、メモリ１２２、蒸気タービン制御部１２４、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６、及び機械制御部１２８を有するコントローラ１１８を含む。プロセッサ１２０は、タービンベースのサービスシステム１４を制御するために単一のプロセッサ又はトリプル冗長プロセッサのような２又は３以上の冗長プロセッサを含むことができる。メモリ１２２は、揮発性及び／又は不揮発性メモリを含むことができる。例えば、メモリ１２２は、１又は２以上のハードドライブ、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。制御部１２４、１２６、及び１２８は、ソフトウェア及び／又はハードウェア制御部を含むことができる。例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８は、メモリ１２２上に格納されてプロセッサ１２０により実行可能な種々の命令又はコードを含むことができる。制御部１２４は、蒸気タービン１０４の作動を制御するよう構成され、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、システム５２を制御するよう構成され、機械制御部１２８は、機械装置１０６を制御するよう構成される。従って、コントローラ１１８（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）は、タービンベースのサービスシステム１４の種々のサブシステムを協働させて炭化水素生成システム１２に排気ガス４２の好適なストリームを提供するよう構成することができる。
【００３２】
制御システム１００の特定の実施形態において、図面において示され又は本明細書で説明される各要素（例えば、システム、サブシステム、及び構成要素）は、（例えば、このような要素の直接内部に、上流側に、又は下流側に）センサ及び制御デバイスのような１又は２以上の工業用制御特徴要素を含み、これらは、コントローラ１１８と共に工業用制御ネットワークを通じて互いに通信可能に連結される。例えば、各要素に関連する制御デバイスは、専用のデバイスコントローラ（例えば、プロセッサ、メモリ、及び制御命令を含む）、１又は２以上のアクチュエータ、バルブ、スイッチ、及び工業用制御機器を含むことができ、これらは、センサフィードバック１３０、コントローラ１１８からの制御信号、ユーザからの制御信号、又はそのあらゆる組合せに基づいて制御を可能にする。従って、本明細書で説明する制御機能の何れも、コントローラ１１８、各要素に関連する専用のデバイスコントローラ、又はその組合せにより格納され及び／又は実行可能な制御命令を用いて実施することができる。
【００３３】
このような制御機能を可能にするために、制御システム１００は、種々の制御部（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）の実行の際に使用するセンサフィードバック１３０を達成するためにシステム１０全体にわたって分配された１又は２以上のセンサを含む。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧ加工システム５４、蒸気タービン１０４、炭化水素生成システム１２、又はタービンベースのサービスシステム１４又は炭化水素生成システム１２にわたる他の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、燃焼動力学フィードバック、吸入酸化剤組成フィードバック、吸入燃料組成フィードバック、排気ガス組成フィードバック、機械出力７２の出力レベル、電力７４の出力レベル、排気ガス４２、６０の出力量、水６４の出力量又は品質、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２において量論的燃焼を可能にする排気ガス４２、６０の組成を含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、酸化剤６８の酸化剤供給経路に沿った１又は２以上の吸入酸化剤センサ、燃料７０の燃料供給経路に沿った１又は２以上の吸入燃料センサ、及び排気ガス再循環経路１１０に沿って配置され及び／又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２内部に配置された１又は２以上の排気エミッションセンサからのフィードバックを含むことができる。吸入酸化剤センサ、吸入燃料センサ、及び排気エミッションセンサは、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、及び組成センサを含むことができる。エミッションセンサは、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘセンサ）、炭素酸化物（例えば、ＣＯセンサ及びＣＯ2センサ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘセンサ）、水素（例えば、Ｈ2センサ）、酸素（例えば、Ｏ2センサ）、未燃炭化水素（例えば、ＨＣセンサ）、又は他の不完全燃焼生成物、又はそのあらゆる組合せに対するセンサを含むことができる。
【００３４】
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ーの中でも特に）ＳＥＧＲガスタービンシステム５２への排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０の吸入流を調節（例えば、増大、減少、又は維持）することができる。例えば、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、ＣＯ及びＣＯ2などの炭素酸化物、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）を監視し及び／又は当量比を決定し、次いで、１又は２以上の構成要素を制御して、排気エミッション（例えば、排気ガス４２の濃度レベル）及び／又は当量比を調節することができる。制御される構成要素は、限定ではないが、酸化剤６８、燃料７０、及び排気ガス６６のための供給経路に沿ったバルブ；ＥＧ加工システム５４における酸化剤圧縮機、燃料ポンプ、又は何れかの構成要素；ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の何れかの構成要素；又はそのあらゆる組合せを含む図面を参照して例示かつ説明した構成要素の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。
【００３５】
特定の実施形態において、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、約１０、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、又は１００００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満のような目標範囲にエミッションレベル（例えば、排気ガス４２、６０、９５の濃度レベル）を維持又は低減するよう１又は２以上の構成要素を制御することができる。これらの目標範囲は、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、一酸化炭素、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）の各々に対して同じか又は異なる可能性がある。例えば、当量比に応じて、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２５０、５００、７５０、又は１０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２５００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約５０、１００、２００、３００、４００、又は５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。実質的に量論的当量比で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は１００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、かつ一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。燃料希薄当量比（例えば、約０．９５〜１．０）で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、又は１５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、又は２００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、かつ窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）の排気エミッションを約５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、又は４００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。上述の目標範囲は、単に例示に過ぎず、開示する実施形態の範囲を限定するものではない。
【００３６】
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、作動パラメーター、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。
【００３７】
この場合も同様に、上述のように、コントローラ１１８は、タービンベースのサービスシステム１４の制御を可能にする様々な制御部１２４、１２６、及び１２８を含む。蒸気タービン制御部１２４は、センサフィードバック１３０を受け入れ、蒸気タービン１０４の作動を可能にする制御コマンドを出力することができる。例えば、蒸気タービン制御部１２４は、ＨＲＳＧ５６、機械装置１０６、蒸気６２の経路に沿った温度及び圧力センサ、水１０８の経路に沿った温度及び圧力センサ、及び機械出力７２及び電力７４を示す種々のセンサからセンサフィードバック１３０を受け入れることができる。同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧ加工システム５４、又はそのあらゆる組合せに沿って配置された１又は２以上のセンサからセンサフィードバック１３０を受け入れることができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の内部又は外部に配置された温度センサ、圧力センサ、クリアランスセンサ、振動センサ、火炎センサ、燃料組成センサ、排気ガス組成センサ、又はそのあらゆる組合せから得ることができる。最後に、機械制御部１２８は、機械出力７２及び電力７４に関連する種々のセンサ並びに機械装置１０６内に配置されたセンサからセンサフィードバック１３０を受け入れることができる。これらの制御部１２４、１２６、及び１２８の各々は、センサフィードバック１３０を用いてタービンベースのサービスシステム１４の作動を改善する。
【００３８】
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＥＧ加工システム５４、ＥＧ供給システム７８、炭化水素生成システム１２、及び／又は他のシステム８４における排気ガス４２、６０、９５の量及び品質を制御する命令を実行することができる。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、排気ガス６０中の酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料のレベルを排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２と共に用いるのに好適な閾値未満に維持することができる。特定の実施形態において、この閾値レベルは、排気ガス４２、６０の容積で酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料が１、２、３、４、又は５パーセント未満とすることができ、又は、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料（及び他の排気エミッション）の閾値レベルは、排気ガス４２、６０中に約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満とすることができる。別の実施例によれば、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料のこれらの低いレベルを達成するために、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２における燃焼において約０．９５〜約１．０５の当量比を維持することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６はまた、排気ガス４２、６０、９５の温度、圧力、流量、及びガス組成を排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０に好適な範囲内に維持するようにＥＧ抽出システム８０及びＥＧ処理システム８２を制御することができる。上記で検討したように、ＥＧ処理システム８２は、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８のような１又は２以上のガスストリーム９５内への排気ガス４２を精製及び／又は分離するよう制御することができる。排気ガス４２、６０、及び９５の制御に加えて、制御部１２４、１２６、及び１２８は、機械出力７２を好適な出力範囲内に維持し、又は電力７４を好適な周波数及び出力範囲内に維持するように１又は２以上の命令を実行することができる。
【００３９】
図３は、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４と共に使用するためのＳＥＧＲガスタービンシステム５２の詳細を更に示すシステム１０の実施形態の図である。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、ＥＧ加工システム５４に連結されたガスタービンエンジン１５０を含む。図示のガスタービンエンジン１５０は、圧縮機セクション１５２、燃焼機セクション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、燃焼機セクション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の燃焼機１６０のような１又は２以上の燃焼機１６０を含む。更に、各燃焼機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、各燃焼機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機１６０の燃焼部１６８（例えば、燃焼室）に注入することができる。
【００４０】
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。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、燃焼ゾーンにて又はその下流側で燃焼機内（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。
【００４１】
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。
【００４２】
作動時には、図示のように、圧縮機セクション１５２は、ＥＧ加工システム５４からの排気ガス６６を受け入れて圧縮し、加圧排気ガス１７０を燃焼機セクション１５４における燃焼機１６０の各々に出力する。各燃焼機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、燃焼機セクション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加工システム５４（例えば、ＨＲＳＧ５６及び／又はＥＧＲシステム５８）を通過する。
【００４３】
この場合も同様に、燃焼機セクション１５４における各燃焼機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、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。特定の実施形態において、駆動装置１９０は、ガスタービンエンジン１５０のようなタービンエンジンとすることができる。従って、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６の一体化部分とすることができる。換言すると、圧縮機１８８は、ガスタービンエンジン１５０のシャフト１７６により供給される機械出力７２によって直接的又は間接的に駆動することができる。このような実施形態においては、圧縮機１８８は、タービンエンジン１５０からの出力に依存するので、駆動装置１９０は除外してもよい。しかし、１つよりも多い酸化剤圧縮機を利用する特定の実施形態において、第１の酸化剤圧縮機（例えば、低圧（ＬＰ）酸化剤圧縮機）は、駆動装置１９０により駆動することができるが、シャフト１７６は、第２の酸化剤圧縮機（例えば、高圧（ＨＰ）酸化剤圧縮機）を駆動し、又は、その逆もまた可能である。例えば、別の実施形態において、ＨＰ  ＭＯＣは、駆動装置１９０により駆動され、ＬＰ酸化剤圧縮機は、シャフト１７６により駆動される。図示の実施形態において、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６から分離されている。これらの実施形態の各々において、圧縮システム１８６は、酸化剤６８を圧縮して燃料ノズル１６４及び燃焼機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。
【００４４】
要素番号１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄ、１０６Ｅ、及び１０６Ｆで示される機械装置１０６の様々な構成要素は、１又は２以上の直列配列、並列配列、又は直列配列と並列配列の何らかの組合せで、シャフト１７６の軸線に沿って及び／又はシャフト１７６の軸線に平行に配置することができる。例えば、機械装置１０６、１７８、１８０（例えば、１０６Ａから１０６Ｆ）は、あらゆる順序で、１又は２以上のギアボックス（例えば、平行シャフト、遊星ギアボックス）、１又は２以上の圧縮機（例えば、酸化剤圧縮機、ＥＧブースター圧縮機のようなブースター圧縮機）、１又は２以上の発電ユニット（例えば、発電機）、１又は２以上の駆動装置（例えば、蒸気タービンエンジン、電気モータ）、熱交換ユニット（例えば、直接式又は間接式熱交換器）、クラッチ、又はそのあらゆる組合せの何れかの直列及び／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、又はそのあらゆる組合せを含むことができ、各々が１又は２以上の圧縮段を有する。熱交換器に関しては、直接式熱交換器は、ガス流を直接冷却するためにガス流（例えば、酸化剤流れ）に液体噴霧を注入する噴霧冷却器（例えば、噴霧中間冷却器）を含むことができる。間接式熱交換器は、冷却剤流（例えば、水、空気、冷媒、又は他の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、及び熱回収蒸気発電機のような熱回収ユニットを含む。熱交換器はまた、ヒーターを含むことができる。以下でより詳細に検討するように、これらの機械構成要素の各々は、表１に記載される非限定的な例によって示される様々な組合せで用いることができる。
【００４５】
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、又は全て引き出していない。以下で示すように、表１は、圧縮機及びタービンセクション１５２、１５６に近接して配置及び／又は連結された機械装置１０６、１７８、１８０の配列の幾つかの非限定的な例を示している。
【００４６】
（表１）
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【００４７】
表１において上に示すように、冷却ユニットはＣＬＲで表され、クラッチはＣＬＵで表され、駆動装置はＤＲＶで表され、ギアボックスはＧＢＸで表され、発電機はＧＥＮで表され、加熱ユニットはＨＴＲで表され、主酸化剤圧縮機ユニットはＭＯＣで表され、低圧及び高圧変形形態は、それぞれＬＰ  ＭＯＣ及びＨＰ  ＭＯＣで表され、蒸気発電機ユニットは、ＳＴＧＮで表されている。表１は、圧縮機セクション１５２又はタービンセクション１５６に向けて機械装置１０６、１７８、１８０を順次的に示しているが、表１はまた、逆順の機械装置１０６、１７８、１８０も包含することを意図している。表１において、２又は３以上の構成要素を含む何れのセルも、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。
【００４８】
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、燃焼機セクション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、燃焼機セクション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。
【００４９】
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、燃焼機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。
【００５０】
ＥＧ供給システム７８において実施された排気ガスの処理と同様に、ＥＧ加工システム５４は、要素番号１９４、１９６、１９８、２００、２０２、２０４、２０６、２０８、及び２１０により示されるような複数の排気ガス（ＥＧ）処理構成要素１９２を含むことができる。これらのＥＧ処理構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、１又は２以上の直列配列、並列配列、又は直列配列と並列配列の何らかの組合せで排気ガス再循環経路１１０に沿って配置することができる。例えば、ＥＧ処理構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、あらゆる順序で、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発電機などの熱回収ユニット、凝縮機、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、又はそのあらゆる組合せの何れかの直列及び／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、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の上述の構成要素１９２の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。
【００５１】
（表２）
0006615133.tif 000003
【００５２】
表２において上に示すように、触媒ユニットはＣＵで表され、酸化触媒ユニットはＯＣＵで表され、ブースターブロアはＢＢで表され、熱交換器はＨＸで表され、熱回収ユニットはＨＲＵで表され、熱回収蒸気発電機はＨＲＳＧで表され、凝縮機はＣＯＮＤで表され、蒸気タービンはＳＴで表され、粒子状物質除去ユニットはＰＲＵで表され、除湿ユニットはＭＲＵで表され、フィルタはＦＩＬで表され、凝集フィルタはＣＦＩＬで表され、水不透過性フィルタはＷＦＩＬで表され、慣性力選別装置はＩＮＥＲで表され、希釈剤供給システム（例えば、蒸気、窒素、又は他の不活性ガス）はＤＩＬで表される。表２は、タービンセクション１５６の排気ガス出口１８２から圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に向けて構成要素１９２を順次的に示しているが、表２はまた、図示の構成要素１９２の逆順も包含することを意図している。表２において、２又は３以上の構成要素を含む何れのセルも、構成要素を有する一体的ユニット、構成要素の並列配列、又はそのあらゆる組合せを包含することを意図している。更に、表２において、ＨＲＵ、ＨＲＳＧ、及びＣＯＮＤは、ＨＥの実施例であり、ＨＲＳＧは、ＨＲＵの実施例であり、ＣＯＮＤ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬは、ＷＲＵの実施例であり、ＩＮＥＲ、ＦＩＬ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬは、ＰＲＵの実施例であり、ＷＦＩＬ及びＣＦＩＬは、ＦＩＬの実施例である。この場合も同様に、表２は、構成要素１９２の図示していない何らかの並び換えを排除することを意図するものではない。特定の実施形態において、図示の構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、又はそのあらゆる組合せに部分的に又は完全に一体化することができる。これらのＥＧ処理構成要素１９２は、温度、圧力、流量、及びガス組成のフィードバック制御を可能にすると同時に、排気ガス６０から水分及び粒子状物質を除去することができる。更に、処理された排気ガス６０は、ＥＧ供給システム７８で使用するために１又は２以上の抽出ポイント７６にて抽出され、及び／又は圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に再循環することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
図４は、図１〜３に示したシステム１０の作動工程２２０の実施形態の流れ図である。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。
【００５５】
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を燃焼機セクション１５４の燃焼機１６０及び燃料ノズル１６４に供給するのを開始することができる。特定の実施形態において、加圧酸化剤は、圧縮空気、酸素、酸素富化空気、酸素低減空気、酸素−窒素混合気、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。例えば、酸化剤６８は、図３に示す酸化剤圧縮システム１８６により圧縮することができる。工程２２０はまた、ブロック２２６で示されるように、始動モード２２２中に、燃焼機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、燃焼機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。
【００５６】
次いで、工程２２０は、ブロック２３０で示されるように、燃焼機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、燃焼機セクション１５４の燃焼機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。
【００５７】
次いで、工程２２０は、ブロック２３２で示されるように、高温燃焼ガス１７２を用いてタービンセクション１５６を駆動する。例えば、高温燃焼ガス１７２は、タービンセクション１５６内に配置された１又は２以上のタービン段１７４を駆動することができる。タービンセクション１５６の下流側では、工程２２０は、ブロック２３４で示されるように、最終タービン段１７４からの排気ガス６０を処理することができる。例えば、排気ガス処理段階２３４は、濾過、何らかの残留酸化剤６８及び／又は燃料７０の触媒反応、化学的処理、ＨＲＳＧ５６を用いた熱回収、及びその他を含むことができる。工程２２０はまた、ブロック２３６で示されるように、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の圧縮機セクション１５２に排気ガス６０の少なくとも一部を再循環させることができる。例えば、排気ガスの再循環段階２３６は、図１〜３に示すように、ＥＧ加工システム５４を有する排気ガス再循環経路１１０の通過を含むことができる。
【００５８】
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、燃焼機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、燃焼機セクション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。
【００５９】
図５に示すような特定の実施形態において、図示の排気再循環ガスタービンシステムの駆動系６１２のような複合駆動系を始動するのに適切な駆動系始動システム６００を提供する。駆動系６１２は、例えば、ガスタービン部分１５６と、電力発電機６１４と、ガスタービン排気流れがＨＲＳＧ５６に向けられ、次に、高圧蒸気タービン６１５及び／又は低圧蒸気タービン６１６を給電するのに使用することができる複合サイクル用途に含まれる圧縮機部分１５２のような追加の機械的負荷とを含むことができる。駆動系６１２は、例えば、機械装置１０６、１８０のような１又は複数のシャフト１７６に取りつけられた（直接的又は間接的に）更に別の機械装置を含むことができる。複合サイクル用途において、全速力で駆動系を保持するのに適切なガスタービン１５６の電力出力は、非複合サイクル用途におけるよりも遥かに高く、これは、遥かに高い排気温度をもたらす場合がある。そのような温度は、ＨＲＳＧ５６及び関連の蒸気タービンシステム６１５、６１６の始動及び作動を複雑にする場合がある。有利なことに、本明細書に説明する技術は、以下により詳細に説明するように、追加の駆動系機械的負荷の余分な熱に起因するＨＲＳＧ５６に対する望ましくない影響を最小にするか又は排除することができる制御システム１００（例えば、コントローラ１１８）によって実行可能な制御技術を提供する。図５は、上記図１〜３で上述のものと同様の構成要素を含むので、同様の構成要素は、同様の番号で示している。破線は、センサ信号及び／又は起動温度を送信及び受信するのに有用な通信導管を表していることも理解しなければならない。従って、図示の破線の各々は、更に、制御システム１００に通信的に接続された機器又はシステムに配置された１又は２以上のセンサ及び／又は１又は２以上のアクチュエータを示すことができる。
【００６０】
センサは、高電圧を測定するのに適切な電圧センサ６２２、６２４を含むことができる。例えば、電圧センサ６２２及び６２４は、測定のために電圧を降圧するのに適切なコンデンサ変圧器（ＣＶＴ）及び容量結合変圧器（ＣＣＶＴ）などのような変圧器センサを含むことができる。センサはまた、システム６００を通る電流流れを測定するのに適切な電流センサ６２６、６２８を含むことができる。電流センサ６２６及び６２８は、高電流流れを測定するのに有用な変流器を含むことができる。センサは、これに加えて又はこれに代えて、燃焼当量比ファイ及び／又は燃焼生成物を送出するのに直接的又は間接的に有用なセンサを含むことができる。例えば、ガスタービン５２（例えば、燃料ノズル１６４、燃焼部分１６８）における燃料７０及び酸化剤６８の燃焼前、燃焼中、及び燃焼後の酸素の割合を測定するのに適切なラムダメーター及び／又は酸素センサを使用することができる。ラムダセンサは、例えば、ファイの実時間導出において有用な実時間酸化剤／燃料比（例えば、酸素／燃料又は空気／燃料比）を判断することができる。センサは、これに加えて又はこれに代えて、燃料７０、酸化剤６８、及び／又は燃焼生成物（例えば、窒素酸化物、未燃炭化水素、二酸化炭素、炭素生成物、及び水など）の化学的組成を判断するのに有用な分光センサ（例えば、光学分光センサ、レーザベースのセンサ、導波路格子センサ）及びクロマトグラフィセンサなどを含むことができる。センサは、これに加えて、燃料センサ、流量センサ、圧力センサ、クリアランスセンサ（例えば、回転及び静止構成要素間の距離）、湿度センサ、及び／又は温度センサを含むことができる。
【００６１】
アクチュエータは、図示のように、電流流れを向ける上で有用な遮断器又はスイッチ６３０、６３２、６３４、６３６を含むことができる。アクチュエータはまた、様々な図示の構成要素を制御するのに適切なバルブ、線形運動アクチュエータ、非線形運動アクチュエータ、位置決め器、及び他のスイッチなどを含むことができる。従って、燃料７０及び酸化剤６８は、燃料ノズル１６４（上に示す）を通して供給することができ、上述のように、酸化剤６８は、これに加えて、例えば、上に示す駆動装置１９０によって駆動される圧縮機１８８（例えば、ブースト空気圧縮機［ＢＡＣ］）によって圧縮され、燃焼機１６８を通じて燃焼され、電力及び他の生成物（例えば、ガス）を提供することができ、それらは、例えば、更に処理して炭化水素の生成のためのＨＣ生成システムに提供するようにＥＧ供給システム７８によって使用することができる。
【００６２】
駆動系６１２の始動中に、負荷整流式インバータ（ＬＣＩ）６３８（又は静止周波数変換器［ＳＦＣ］）は、制御システム１００を通じて制御されて初期駆動系加速を提供することができる。従って、制御システム１００は、ＬＣＩ遮断器６３０、６３２を閉じることができ、発電機遮断器６３６を開いて断流器６３４を閉じることができる。次に、電力は、駆動系６１２を転回するのに適切な回転電力を提供する同期モータとして発電機６１４を使用することができるＬＣＩ６３８に与えることができる。一実施形態において、始動作動中にＬＣＩ６３８を使用して、０．５Ｈｚ〜５０Ｈｚ間の周波数のような標準送電網周波数未満の周波数で発電機を駆動する回転電力を提供することができる。使用することができる他の周波数は、１〜１０Ｈｚ間及び／又は０．５Ｈｚ〜５９Ｈｚ間を含む。従って、制御システム１００は、ＬＣＩ６３８を制御して、発電機６１４を通じて駆動系６１２を始動することができる。駆動系６１２が始動すると、制御システム１００は、バルブ６３９を調節して燃料流れをガスタービン１５６の中に提供することができる。望ましい駆動系速度では（例えば、自立速度の１０％〜２０％間、自立速度の５％〜４０％間、自立速度の１２％〜１７％間、自立速度は、２５００〜４０００ＲＰＭ間、１０００〜７０００ＲＰＭ間、２７５０〜３２５０ＲＰＭ間とすることができる）、ガスタービン１５６を点火するのに適切なスパークは、次に、制御システム１００によって提供することができる。従って、ガスタービンシステム１５６は、ＬＣＩ６３８に加えて駆動系６１２に回転電力を提供し始めることができる。理解することができるように、何らかの時点で、ガスタービンシステム１５６が自立することができ、すなわち、ガスタービンシステム１５６が、標準作動速度（例えば、基本負荷速度）のようなＬＣＩ６３８及び／又は発電機６１４を通じて提供される電力を従来的に必要としない速度に達することができる十分な電力が、ガスタービンシステム１５６によって与えられる。
【００６３】
一実施形態において、駆動系６１２が作動速度まで速度をあげると、ＬＣＩ６３８をアンロードすることができ（かつ最終的に遮断器６３０、６３２を通じて切断される）、一方、作動速度までガスタービン１５６を更にロードすることができる（例えば、加速する）。望ましい速度（例えば、作動速度）では、ＬＣＩ６３８はもはや使用できず、これに代えて、発電機６１４を直接に送電網に接続するために発電機遮断器６３６を閉じることができる。当然のことながら、例えば、約５０−６０Ｈｚの標準作動周波数（北米において）と同期させることによってガスタービン１５６を通じてグリッドに発電機６１４を同期させることができる。電力は、この時点で直接にＬＣＩ６３８を使用せずに発電機６１４に伝達されているので、ガスタービン１５６を望ましい負荷状態までアンロードすることができるように十分な電力を与えることができ、その結果、ＨＲＳＧ５６及び蒸気タービン６１５、６１６は、より最適に始動することができる。他の行政管轄体においては、他のグリッド周波数が使用される場合がある。
【００６４】
グリッド周波数で電気モータとして発電機６１４を使用するために、制御システム１００は、発電機保護パネルシステム（ＧＰＰ）６４０及び励起システム６４２の調節のような特定の機器調節を提供することができる。例えば、ＧＰＰ６４０は、グリッド昇圧（ＧＳＵ）変圧器６４６を通じて送電網６４４によって供給される電力を発電機が使用している時に存在する条件ではなく、機械運動を電力に変換するために発電機が使用されている時に存在する条件を感知することを予期することができる。同様に、励起装置６４２は、一般的に、例えば、電力への機械運動の変換中に電力を特定の巻線に提供することにより、電力発生に使用するための磁場を与えるように構成される。従って、制御システム１００は、グリッド周波数でグリッド６４４と同期させる時に電気モータとしての発電機６１４の適用中に適切な使用を提供するようにＧＰＰ６４０及び励起装置６４２を構成することができる。例えば、ＧＰＰ６４０は、一方向の（例えば、グリッド６４４に向けた）電流流れを予期することができるが、モータとしての発電機の使用中に電流方向を逆にする（例えば、発電機に流入する）ことができる。同様に、励起装置６４２によって提供される電力は、発電機６１４が電気モータの代わりに利用されている事例中の使用に対してより導電するように変えることができる。
【００６５】
発電機６１４がグリッド周波数でグリッド６４４と同期されて電気モータとして使用される時に、発電機６１４は、次に、ガスタービン１５６をアンロードすることができるように駆動系６１２に十分な回転電力を提供している場合がある。例えば、ガスタービン１５６は、ガスタービン１５６からの排気温度がＨＲＳＧ５６及び蒸気系６１５、６１６により適合する設定値又は範囲までアンロードすることができる。すなわち、駆動系６１２に対して主要駆動装置としてガスタービン１５６を使用して全駆動系作動速度で作動するのではなく、発電機６１４は、これに代えて、主要駆動装置として使用することができる。ＨＲＳＧ５６及び蒸気タービン６１５、６１６がオンラインである状態で、ガスタービンの出力は、標準複合サイクルローディング手順に従って増加させることができる。発電機の出力が負から正に（例えば、電気モータとしての使用から電力発電機としての使用に）移行した状態で、励起装置６４２及びＧＰＰ６４０制御は、通常発電作動中の使用に対して回復することができ、次に、システム１０ローディングは、通常複合サイクル手順に従って継続することができる。複合サイクルシステムの始動中に電気モータとして発電機６１４を使用することにより、本明細書に説明する技術は、ガスタービン１５６の排気温度の低下を可能にし、従って、ＨＲＳＧ５６及び関連の蒸気タービンシステム６１５、６１６に対してストレスの少ない始動を提供し、システム５６、６１５、及び６１６の作動寿命を改善することができる。従って、システム１００、６１４、６３８、６４０、６４２、及び／又は６４６、センサ６２２、６２４、６２６、６２８、遮断器６３０、６３２、６３４、６３６を含むことができる駆動系始動システム６００は、駆動系６１２を始動するのに有用な新しい技術を提供することができる。
【００６６】
図６は、例えば、制御システム１００によって使用されて駆動系６１２を始動し、かつＨＲＳＧ５６及び蒸気タービン６１５、６１６をオンラインにもたらすことができる工程７００の実施形態を例示する図である。工程７００は、メモリ１２２に格納されてコントローラ１１８のプロセッサ１２０によって実行される実行可能コード又はコンピュータ命令として実施することができる。図示の実施形態において、工程７００は、ＬＣＩ６３８及びガスタービン部分１５６の両方を使用することによって駆動系６１２を始動し、作動速度まで駆動系６１２を加速することができる（ブロック７０２）。工程７００は、次に、作動速度を維持しながらＬＣＩ６３８をアンロードしてガスタービン１５６をロードすることができる（ブロック７０４）。すなわち、作動速度に達した状態で、ＬＣＩ６３８をアンロードし、一方、機械出力の実質的に全てがガスタービン１５６によって供給されるまで、作動速度を維持するのに適切な機械出力の益々高い部分がガスタービン１５６によって提供される（ブロック７０４）。
【００６７】
ＨＲＳＧ５６及び蒸気タービン６１５、６１６の始動を改善するために、発電機６１４は、グリッド６４４に直接に同期された電気モータとして使用され、駆動系６１２を移動するのに使用される機械出力の実質的に全てをガスタービン１５６が提供している時に存在するタービン排気熱よりも少ないタービン排気熱を使用して駆動系を移動するのに適切な機械出力を提供するために使用することができる。従って、工程７００は、同じグリッド周波数（例えば、北米では５０−６０Ｈｚ）でグリッド６４４に発電機６１４を同期させ、発電機遮断器６３６を閉じることができる（ブロック７０６）。工程７００は、次に、ＧＰＰ６４０及び励起装置６４２制御及び保護論理を調節し、全グリッド周波数でモータとして発電機６１４の作動を可能にすることができる（ブロック７０８）。
【００６８】
工程７００は、次に、ガスタービン１５６の排気温度がＨＲＳＧ５６及び蒸気タービン６１５、６１６に対してより適切になるまで、ガスタービン１５６をアンロードして全グリッド周波数でモータとして発電機６１４をロードすることができる（ブロック７１０）。工程７００は、次に、ＨＰ蒸気タービン６１５及び／又はＬＰ蒸気タービン６１６がオンラインであるかを判断することができる（決定７１２）。タービン６１５、６１６がオンラインでない場合に、工程７００は、決定７１２に戻って繰返すことができる。タービン６１５、６１６がオンラインである場合に、工程７００は、次に、ガスタービン１５６をロードし、蒸気タービン６１５及び／又は６１６ストレスを遵守して発電機６１４をアンロードすることができる（ブロック７１４）。工程７００は、次に、発電機６１４ロードが負であるかを判断することができる（決定７１６）。発電機ロードが負である場合に（決定７１６）、発電機６１４は、機械出力ではなく電力を提供している。従って、工程７００は、次に、ＧＰＰ６４０及び励起装置６４２制御論理及び保護論理を通常電力発生作動まで回復することができる（ブロック７１８）。工程７００は、次に、システム１０のようなプラントに対して通常始動シーケンスを用いて継続することができる（ブロック７２０）。
【００６９】
技術的効果は、グリッド周波数速度で発電機６１４を使用して駆動系６１２始動中にガスタービン１５６の寄与を低下させることを含む。従って、ＨＲＳＧ５６及び関連のタービンシステム６１５、６１６は、駆動系６１２の始動シーケンス全体中にガスタービン１５６が主駆動系始動器として使用されたとしたら他に生じたと考えられるよりも少ないストレス（例えば、熱ストレス）でオンラインにもたらすことができる。
【００７０】
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。
【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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