(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタービン燃焼器を含む複数のタービン燃焼器であって、前記複数のタービン燃焼器の各々が燃料／酸化剤混合気を燃焼させて燃焼生成物を生成するように各々が構成された複数のタービン燃焼器を含むタービン燃焼システムと、
前記タービン燃焼システムによって生成された前記燃焼生成物によって駆動されるタービンと、
前記タービン燃焼システムの下流に位置決めされ、かつ前記燃焼生成物の１又は２以上のパラメータを監視するように構成された複数のセンサと、
以下のステップを備えているタービン燃焼システム診断ルーチンを実施するようにプロセッサによって実行可能な１又は２以上の組の命令を集合的に格納する１又は２以上の非一時的機械可読媒体を含む制御システムであって、前記ステップが、
第１の時間において、前記複数のタービン燃焼器のうちの前記第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節して該第１のタービン燃焼器によって生成される前記燃焼生成物を変化させる段階と、
第２の時間において、前記燃焼生成物内の変化を検出する複数のセンサのうちの第１のセンサのそれぞれのセンサ応答を識別する段階を備え、該それぞれのセンサ応答は、前記第１および第２の時間の間である遅延時間を有し、さらに、
前記それぞれのセンサ応答を前記第１のタービン燃焼器と相関付ける段階と、
前記それぞれのセンサ応答を予想センサ応答の予想遅延時間と比較し、第１のセンサの状況を診断する段階と、を備え、
前記予想遅延時間が前記第１の時間と前記それぞれのセンサ応答が起こることが予想される第３の時間との間の時間であり、
前記遅延時間が予想遅延時間の所定公差内にないとき、制御システムが、前記第１のセンサの劣化状態と診断して前記第１のセンサに隣接するセンサを使用して前記第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物の１または２以上のパラメータを監視する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記制御システムは、前記それぞれのセンサ応答が前記所定公差内にないとき、
補正アクションを実行する、ユーザ知覚可能表示を提供する、又はその組合せを行う、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のタービン燃焼器の第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節する段階が、前記予想センサ応答が、前記第１のタービン燃焼器内の特定の燃料／酸化剤比を示すように、燃料レベルトリムバルブを調節することによって該第１のタービン燃焼器内の燃料／酸化剤比を調節する段階を含み、
前記複数のセンサのうちの第１のセンサのそれぞれの第１のセンサ応答が前記特定の燃料／酸化剤比の前記所定の公差内にないとき、前記制御システムは、前記第１のセンサに隣接する複数のセンサのうちのセンサを使用して該燃料／酸化剤比を監視し、該第１のセンサの故障表示を提供し、又はその組合せを行う、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のセンサの全てのそれぞれのセンサ応答が前記特定の燃料／酸化剤比の前記付加的な所定の公差内にないとき、前記制御システムは、前記複数のセンサの故障表示を提供し、前記第１のタービン燃焼器の故障表示を提供し、該第１のタービン燃焼器の作動を調節し、又はそのいずれかの組合せを行う、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
それぞれのセンサ応答を有する前記第１のセンサの実際のそれぞれの位置を、該それぞれのセンサ応答を有すると予想されるセンサの予想位置と比較する段階を含み、
前記制御回路は、前記実際の位置及び前記予想位置が同じでない時に前記それぞれのセンサ応答を有する前記センサの該実際の位置を使用する、
請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記タービン燃焼システム診断ルーチンは、
前記第１のセンサの前記実際の位置を使用して前記第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物の旋回角度情報を生成する段階と、
前記生成された旋回角度情報を前記第１のタービン燃焼器によって生成される前記燃焼生成物に対する予想旋回角度情報と比較する段階と、を含み、
前記生成された旋回角度情報が、前記予想旋回角度の所定の公差内にないとき、前記制御システムは、該予想旋回角度の適合不良を診断し、かつ該生成された旋回角度情報を用いて該予想旋回角度を更新する、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のセンサのそれぞれのセンサ応答が前記予想応答の前記所定の公差内であるとき、前記タービン燃焼器診断ルーチンは、前記第１のタービン燃焼器の作動を通常作動に再調節し、かつ前記複数のタービン燃焼器のうちの第２のタービン燃焼器の試験を開始する、
請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
通常作動が、排気ガス希釈剤の存在下で所定の当量比での前記燃料／酸化剤混合気の燃焼を含む、
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記所定の当量比は、約０．９５と１．０５の間であり、
前記複数のセンサのうちの１つのセンサが、広帯域酸素センサである、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃焼生成物から前記タービンによって生成された排気ガスを圧縮し、かつ該圧縮排気ガスを排気ガス希釈剤として前記タービン燃焼システムに供給するように構成され、該タービンによって駆動される排気ガス圧縮機と、
前記排気ガスを排気再循環経路に沿って前記タービンから前記排気ガス圧縮機まで再循環させるように構成された排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムと、を備えている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
請求項１のタービン燃焼システムの診断ルーチンを実行する方法であって、
燃焼の実質的に定常状態で前記複数のタービン燃焼器のうちの前記第１のタービン燃焼器を作動させる段階と、
前記第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物を変化させるように該第１のタービン燃焼器の前記作動パラメータを調節する段階と、
前記タービン燃焼器に流体的に結合された前記タービン内に又はそこから下流に配置された前記複数のセンサの第１の部分集合の第１のセンサ応答を識別する段であって、該第１のセンサ応答が、前記燃焼生成物の前記変化を示し、該第１の部分集合が、１又は２以上の第１のセンサを含む前記識別する段階と、
前記センサの第１の部分集合を前記第１のタービン燃焼器と相関付ける段階と、
前記第１のセンサ応答に基づいて前記複数のセンサの前記第１の部分集合、前記第１のタービン燃焼器、又はその組合せの状態を診断する段階と、
を含むタービン燃焼器診断ルーチンを実施する段階、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記第１のタービン燃焼器の前記作動パラメータを調節する段階は、燃焼温度を変化させるように該第１のタービン燃焼器への圧縮排気ガス希釈剤の流れを調節する段階、又は該第１のタービン燃焼器の燃焼当量比を変化させるように該第１のタービン燃焼器への燃料又は酸化剤の流れを調節する段階を含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサの第１の部分集合が、前記第１のタービン燃焼器に相関付けられたセンサの予想部分集合に対応するか否かを判断する段階と、
前記センサの予想部分集合と前記センサの第１の部分集合が適合しない場合に該センサの予想部分集合を脱相関する段階、又は該センサの予想部分集合と該センサの第１の部分集合が適合しない場合に前記第１のタービン燃焼器に相関付けられた旋回角度情報を更新する段階、又はその組合せと、を含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のセンサ応答が予想センサ応答の所定の公差内であるか否かを判断する段階と、
前記第１のセンサ応答が第１の燃焼当量比を示し、前記予想センサ応答が第２の燃焼当量比を示し、該第１及び第２の燃焼当量比が前記所定の公差内で適合しない時に燃料対酸化剤比シフトの表示を提供する段階と、を含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２の燃焼当量比が前記所定の公差内で適合するまで前記第１のタービン燃焼器の前記作動パラメータ、追加作動パラメータ、又はその組合せを調節する段階を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のセンサ応答が前記予想センサ応答の所定の公差内である時に、前記タービン燃焼器診断ルーチンは、前記第１のタービン燃焼器の作動を実質的に定常状態の燃焼に再調節し、かつ前記複数のタービン燃焼器のうちの第２のタービン燃焼器の試験を開始する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のセンサ応答を識別する段階は、前記作動パラメータの前記調節と該第１のセンサ応答の間の第１の時間遅延を識別する段階を含み、
前記タービン燃焼器診断ルーチンは、前記第１の時間遅延が所定の時間遅延範囲内であるか否かを判断する段階と、該第１の時間遅延が該所定の時間遅延範囲内にない時にセンサ故障表示を提供すると、を含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数のセンサのうちの前記第１の部分集合の前記第１のセンサ応答を識別する段階は、該複数のセンサのうちの該第１の部分集合の位置を識別する段階と、該第１の部分集合が２以上のセンサを含む時に該第１のセンサ応答が該第１の部分集合全体にわたって均一であるか否かを判断する段階とを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記燃焼の実質的に定常状態で前記複数のタービン燃焼器のうちの前記第１のタービン燃焼器を作動させる段階は、約０．９５と１．０５の間の燃焼当量比で該第１のタービン燃焼器を作動させる段階と、前記タービンから再循環された再循環排気ガスの存在下で前記燃料／酸化剤混合気を燃焼させる段階とを含み、
前記複数のセンサの各センサが、広帯域酸素センサである、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
以下のステップを備えているタービン燃焼システム診断ルーチンを実施するようにプロセッサによって実行可能な１又は２以上の組の命令を集合的に格納する１又は２以上の非一時的機械可読媒体を含むシステムであって、
約０．９５と１．０５の間の燃焼当量比で複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器を作動させる段階と、
第１の時間に、前記第１のタービン燃焼器によって生成された燃焼生成物を第１の燃焼生成物から該第１の燃焼生成物とは異なる第２の燃焼生成物に変化させるために該第１のタービン燃焼器への燃料の流れ、酸化剤の流れ、又はその組合せを調節する段階と、
第２の時間に、前記第２の燃焼生成物を検出する第１のセンサの第１のセンサ応答を識別する段階と、を備え、前記第１のセンサが前記複数のタービン燃焼器の下流に位置決めされた複数のセンサの１つであり、前記第１のサンサ応答が、前記第１の時間と第２の時間との間である遅延時間を有し、さらに、
前記第１のセンサを前記第１のタービン燃焼器と相関付ける段階と、
前記第１のセンサ応答の遅延時間を予想センサ応答の予想遅延時間と比較して前記第１のセンサの状態を診断する段階と、を備え、予想遅延時間が第１の時間と前記第１のセンサ応答が起こると予想される第３の時間との間であり、さらに、
前記遅延時間が予想遅延時間の所定公差内にないとき、前記第１のセンサの劣化状態と診断し、前記第１のセンサに隣接するセンサを使用して前記第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物の１または２以上のパラメータを監視する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
前記第１のタービン燃焼器への前記燃料の流れ、前記酸化剤の流れ、又はその組合せを調節する段階は、該燃料の該流れを前記第２の燃焼生成物が前記第１の燃焼生成物よりも高濃度の未燃焼燃料を含むように増加させる段階を含み、
前記第１のセンサ応答は、第１の燃料対酸化剤比を含み、
前記タービン燃焼システム診断ルーチンは、前記第１のセンサ応答の前記第１の燃料対酸化剤比を予想応答の第２の燃料対酸化剤比と比較する段階を含む、
請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
複数の前記センサの所定の数が、前記予想センサ応答の公差範囲内に入らないそれぞれのセンサ応答を有するとき、前記タービン燃焼システム診断ルーチンは、前記第１のタービン燃焼器に対する燃焼器故障表示を提供する段階を含む、
請求項２１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、「ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＣＯＭＢＵＳＴＯＲ  ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」という名称の米国非仮特許出願第１４／５５７，０６８号、及び「ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＣＯＭＢＵＳＴＯＲ  ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」という名称の米国仮特許出願第６１／９１１，９０５号に対して優先権及び利益を主張し、これら特許出願の両方は、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。
【０００２】
本明細書で開示される主題は、ガスタービンシエンジンに関する。
【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。高温燃焼生成物によって駆動される時に、タービン段は、回転動力をシャフトに伝達する。次に、回転シャフトは、圧縮機セクションの１又は２以上の圧縮機段を駆動し、発電機を駆動して電気エネルギを生成することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービンエンジンの燃焼器セクションは、一般に、各燃焼器が燃料／酸化剤混合気を燃焼させる１または２以上の燃焼器を含む。しかし、燃料組成、酸化剤組成、燃焼器内に存在する他の物質の性質、燃焼器において生成されるガスの最終使用、又はそのいずれかの組合せの変動によるなど、燃焼プロセスの変動は、燃焼器のうちの１又は２以上の１又は２以上の作動パラメータを変化させる場合がある。従って、燃焼器作動は、更に改良することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
最初に請求項に記載された主題の範囲内である特定の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した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。当然ながら、本開示は、以下に記載した実施形態と同様のもの又は該実施形態と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】
１つの実施形態において、システムは、燃料／酸化剤混合気を燃焼させて燃焼生成物を生成するように各々が構成された複数のタービン燃焼器を有するタービン燃焼システムと、タービン燃焼システムによって生成される燃焼生成物によって駆動されるタービンと、タービン燃焼システムの下流に位置決めされて燃焼生成物の１又は２以上のパラメータを監視するように構成された複数のセンサと、タービン燃焼システム診断ルーチンを実施するようにプロセッサによって実行可能な１又は２以上の組の命令を集合的に格納する１又は２以上の非一時的機械可読媒体を有する制御システムとを有するガスタービンシステムを含む。診断ルーチンは、第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物を変化させるように複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節する段階と、燃焼生成物の変化を検出する複数のセンサのうちの１又は２以上の第１のセンサのそれぞれのセンサ応答を識別する段階と、それぞれのセンサ応答を第１のタービン燃焼器と相関付ける段階と、それぞれのセンサ応答に基づいて１又は２以上の第１のセンサ、第１のタービン燃焼器、又はその組合せの状態を診断する段階とを含む。
【０００７】
別の実施形態において、方法は、タービン燃焼器診断ルーチンを実施する段階を含む。診断ルーチンは、燃焼の実質的な定常状態で複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器を作動させる段と、第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物を変化させるように第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節する段と、タービン燃焼器に流体的に結合されたタービン内又はタービンから下流に配置された複数のセンサの第１の部分集合の第１のセンサ応答を識別する段であって、第１のセンサ応答が燃焼生成物の変化を示し、第１の部分集合が１又は２以上の第１のセンサを含む上記識別する段と、センサの第１の部分集合を第１のタービン燃焼器と相関付ける段と、第１のセンサ応答に基づいて複数のセンサの第１の部分集合、第１のタービン燃焼器、又はその組合せの状態を診断する段とを含む。
【０００８】
別の実施形態において、システムは、タービン燃焼システム診断ルーチンを実施するようにプロセッサによって実行可能な１又は２以上の組の命令を集合的に格納する１又は２以上の非一時的機械可読媒体を含む。診断ルーチンは、約０．９５と１．０５の間の燃焼当量比で複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器を作動させる段階と、第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物を第１の燃焼生成物から第１の燃焼生成物とは異なる第２の燃焼生成物に変化させるように第１のタービン燃焼器への燃料の流れ、酸化剤の流れ、又はその組合せを調節する段階と、第２の燃焼生成物を検出する第１のセンサの第１のセンサ応答を識別する段階と、第１のセンサを第１のタービン燃焼器と相関付ける段階と、第１のセンサ応答に基づいて第１のセンサ、第１のタービン燃焼器、又はその組合せの状態を診断する段階とを含む。
【０００９】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。
【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〜図３のシステムを作動させるプロセスの実施形態のフローチャートである。
【図５】１又は２以上のタービン燃焼器の燃焼パラメータを調節するように構成された制御システムの詳細を更に示す図１〜３のシステムの実施形態の図である。
【図６】図５の線６−６に沿った図５のガスタービンのタービン燃焼システムの実施形態の図である。
【図７】量論的排気ガス再循環ガスタービン（ＳＥＧＲ  ＧＴ）システムを作動させてタービン燃焼器作動を監視するプロセスの実施形態のフローチャートである。
【図８】図５のシステム上で診断を実施するために燃焼器／センサマップを生成する方法の実施形態のフローチャートである。
【図９】図５のタービン燃焼器システム上で診断を実施するためのルーチンの実施形態のフローチャートである。
【図１０】ラムダの関数としての広帯域酸素センサ応答及び狭帯域酸素センサ応答の複合プロットである。
【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について、以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行う取り組みの一環として、本明細書では、実際の実施構成の全ての特徴については説明しない場合がある。技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及び／又はビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある特定の目標を達成するために多数の実装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】
詳細な例示的実施形態が、本明細書に開示されている。しかし、本明細書で開示された特定の構造及び機能の詳細は、例示的実施形態を説明する目的のための代表的なものに過ぎない。しかし、本発明の実施形態は、多くの代替の形態で具現化することができ、本明細書に記載された実施形態のみに限定されると解釈すべきではない。
【００１３】
従って、例示的実施形態は、種々の修正及び代替の形態のもので可能であるが、これらの実施形態は、実施例として図に示され、本明細書で更に詳細に説明される。しかし、例示的実施形態を開示された特定の形態に限定することを意図するものでなく、それとは反対に、例示的実施形態は、本発明の範囲内に入る全ての修正物、均等物、及び代替形態を包含する点は理解されたい。
【００１４】
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時に、特徴、整数、ステップ、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、ステップ、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
以下で詳細に検討されるように、開示される実施形態は、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。燃料及び／又は酸化剤の流れの制御に加えて、量論的燃焼と共に排気ガスを再循環することによって、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プロセス（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。
【００１８】
開示する実施形態はまた、燃焼生成物をタービンセクションの中に排気する複数の燃焼器を有するタービンシステム上で実施することができる診断ルーチンに関する。診断ルーチンは、定常状態から複数の燃焼器のうちの１つの作動を摂動し、燃焼器の下流に位置決めされた１又は２以上のセンサからの応答を監視することによって得られる情報を利用することができる。当然ながら、本実施形態は、ガスタービンエンジン、具体的には、明確な燃料対酸化剤燃焼比で作動するガスタービンエンジンを組み込むどのような数のシステムも実装することができる。本技術を実施することができるシステムの例示的実施形態は、図１〜４に対して以下で検討され、特定の実施構成は図５及び６に示されている。診断ルーチンを実施するための例示的方法のような本実施形態の態様は、図７〜９に対して以下で検討されている。
【００１９】
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に連結された様々な坑外設備（クリスマスツリー又は生成ツリー２４など）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。
【００２０】
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。
【００２１】
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）プロセスシステム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焼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、残存する未燃焼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）、未燃焼燃料又は炭化水素（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）、未燃焼燃料又は炭化水素（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���ることができる。
【００２２】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及びＥＧプロセスシステム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プロセスシステム５４は、熱回収蒸気発生器（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を受け取って処理する。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮器、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プロセスシステム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プロセスシステム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プロセスシステム５４を通過することなく）抽出することができる。
【００２３】
排気ガス再循環は、ＥＧプロセスシステム５４のＥＧＲシステム５８により処理される。例えば、ＥＧＲシステム５８は、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、排気ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はその組合せ）、及び制御部を含み、排気ガス再循環経路に沿ってＳＥＧＲガスタービンシステム５２の出力（例えば、排気された排気ガス６０）から入力（例えば、吸入された排気ガス６６）まで排気ガスを再循環するようにする。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の圧縮機を有する圧縮機セクションに排気ガス６６を吸入させ、これにより排気ガス６６を圧縮して、酸化剤６８及び１又は２以上の燃料７０の吸入と共に燃焼器セクションにおいて使用する。酸化剤６８は、周囲空気、純酸素、酸素富化空気、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。
【００２４】
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別個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、発電機を介して）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。
【００２５】
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を受け取り、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、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、凝縮器、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、そ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。
【００２６】
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、単に非限定的な実施例に過ぎず、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）を受け取ることができる。
【００２７】
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プロセスシステム５４との間で流体流（例えば、排気ガス４２）を循環させることができる。例えば、ＥＧプロセスシステム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プロセスシステム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プロセスシステム５４両方によって用いることができる。ＥＧプロセスシステム５４から抽出される排気ガス４２は、ＥＧプロセスシステム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。
【００２８】
各抽出ポイント７６において、抽出した排気ガス４２は、ＥＧプロセスシステム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、未燃焼燃料又は炭化水素）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）、未燃焼燃料又は炭化水素（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）、未燃焼燃料又は炭化水素（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。
【００２９】
タービンシステム５２のＥＧＲ作動は、具体的には、複数の位置７６での排気ガス抽出を可能にする。例えば、システム５２の圧縮機セクションを用いて、どのような酸化剤６８もなしで排気ガス６６を圧縮する（すなわち、排気ガス６６の圧縮のみ）ことができ、その結果、酸化剤６８及び燃料７０の流入前に圧縮機セクション及び／又は燃焼器セクションから実質的に酸素を含まない排気ガス４２を抽出することができるようになる。抽出ポイント７６は、隣接する圧縮機段の間の段間ポートにて、圧縮機排気ケーシングに沿ったポートにて、燃焼器セクションにおける各燃焼器に沿ったポートにて、又はその組合せに位置付けることができる。特定の実施形態において、排気ガス６６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器のヘッド端部部分及び／又は燃料ノズルに達するまでは、酸化剤６８及び燃料７０と混合しないようにすることができる。更に、１又は２以上の流れ分離器（例えば、壁、仕切り、バッフル、又は同様のもの）を用いて、酸化剤６８及び燃料７０を抽出ポイント７６から隔離することができる。これらの流れ分離器を用いると、抽出ポイント７６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器の壁に沿って直接配置することができる。
【００３０】
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焼燃料を含まない。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。
【００３１】
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を示した、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、該複合サイクルシステム１０２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を受け取って混合し、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、又はその組合せなどの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、送電網又はそ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、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。
【００３２】
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、該排気ガス４２、６０をＥＧプロセスシステム５４及び／又はＥＧ供給システム７８に送る。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に送給することができる。上記で検討したように、ＥＧプロセスシステム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、凝縮器、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から熱を回収して水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を別個に駆動し、機械出力７２及び／又は電気出力７４を独立して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からの熱回収を介し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プロセスシステム５４の別の部分は、水６４、及び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、並びに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、水の利用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プロセスシステム５４の実施形態は、排気ガス６０をＨＲＳＧ５６に通過させるか否かに関係なく、ＥＧＲシステム５８を通じて排気ガス６０を再循環するよう構成することができる。
【００３３】
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プロセスシステム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、熱回収蒸気発生器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、又はその組合せ）を含むことができる。換言すると、ＥＧＲシステム５８は、システム５２の排気ガス出口と排気ガス入口との間の排気ガス再循環経路１１０に沿って、いずれかの流れ制御構成要素、圧力制御構成要素、温度制御構成要素、湿度制御構成要素、及びガス組成制御構成要素を含むことができる。従って、経路１１０に沿ってＨＲＳＧ５６を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か、又は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か、或い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プロセスシステム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。
【００３４】
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取ることができるが、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を受け取ることができる。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。
【００３５】
排気ガス４２及び／又は蒸気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（又は制御を容易にする少なくとも一部のデータ）を提供することもできる。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か、又はトリプル冗長プロセッサのような２又はそれ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、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、又はそ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。
【００３６】
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且つ本明細書で記載される各要素（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、上流に、又は下流に）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介し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、又はその組合せに基づいて制御を可能にする。従って、本明細書で記載され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。
【００３７】
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を得るために、システム１０全体にわたって配置された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プロセスシステム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にわたる他のいずれかの構成要素にわたって配置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、或いはこれらの組合せに対するセンサを含むことができる。
【００３８】
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、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、（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の吸入流を調整（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／又は当量比を調整することができる。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プロセスシステム５４における酸化剤圧縮機、燃料ポンプ、又はいずれかの構成要素；ＳＥＧＲガスタービンシステム５２のいずれかの構成要素；又はその組合せを含む、例示され図面を参照して説明され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内で燃焼をする酸化剤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）を調整（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、大気中に排気された）、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。
【００３９】
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）未満のように、エミッションレベル（例えば、排気ガス４２の濃度レベル、６０、９５）を目標範囲に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ことができる。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、及び一酸化炭素（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の目標範囲内に、及び窒素酸化物（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、単に実施例に過ぎず、開示する実施形態の範囲を限定するものではない。
【００４０】
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を通じてなど、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。
【００４１】
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を受け取り、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を受け取ることができる。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プロセスシステム５４、又はそ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を受け取ることができる。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を受け取ることができる。これら制御部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。
【００４２】
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プロセスシステム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／又は未燃焼燃料のレベルを排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２と共に使用す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／又は未燃焼燃料が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／又は未燃焼燃料（及び他の排気エミッション）の閾値レベルが、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／又は未燃焼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、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１又は２以上の命令を実行することができる。
【００４３】
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の詳細を更に例示した、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プロセスシステム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配置された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、該燃料ノズルは、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の燃焼部分１６８（例えば、燃焼室）に注入することができる。
【００４４】
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た）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た）のあらゆる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を内部で混同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を受け取ることができる。特定の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離すると同時に、注入ポイントまで１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）の流れも隔離することができる。他の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離するが、注入ポイントの前に１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）を酸化剤６８及び／又は燃料７０と部分的に混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、燃焼ゾーンにて又はその下流側で燃焼器内（例えば、高温の燃焼生成物内）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。
【００４５】
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。特に、燃料７０及び酸化剤６８は、火炎表面（又は拡散境界／界面）に別個に接近し、次いで、火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って拡散（例えば、分子及び粘性拡散を介して）し、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のあらゆる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ことを助ける。例えば、開示する実施形態は、燃料７０及び酸化剤６８とは別個に（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（例えば、ＮＯｘエミッション）を低減するのを助けることができる。
【００４６】
作動時には、図示のように、圧縮機セクション１５２は、ＥＧプロセスシステム５４からの排気ガス６６を受け取って圧縮し、次いで、圧縮した排気ガス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有することができる１又は２以上のタービン又はタービン段１７４を含む。ここで、これらのタービンブレードは、燃焼器セクション１５４において発生した燃焼生成物１７２により駆動され、これにより機械装置１０６に連結されたシャフト１７６の回転を駆動する。この場合も同様に、機械装置１０６は、タービンセクション１５６に連結された機械装置１０６、１７８及び／又は圧縮機セクション１５２に連結された機械装置１０６、１８０など、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２のいずれかの端部に連結された様々な機器を含むことができる。特定の実施形態において、機械装置１０６、１７８、１８０は、１又は２以上の発電機、酸化剤６８用の酸化剤圧縮機、燃料７０用の燃料ポンプ、ギアボックス、又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２に連結された追加の駆動装置（例えば、蒸気タービン１０４、電気モータ、その他）を含むことができる。以下では、表１を参照しながら、非限定的な実施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プロセスシステム５４（例えば、ＨＲＳＧ５６及び／又はＥＧＲシステム５８）を通過する。
【００４７】
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を受け取って混合して、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。
【００４８】
要素符号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、任意の順序で、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、又はその組合せの何らかの直列及び／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）に液体噴霧を注入する噴霧冷却器（例えば、噴霧インタークーラ）を含むことができる。間接式熱交換器は、冷却剤流（例えば、水、空気、冷媒、又は他のいずれかの液体又は気体冷却剤）から流体流（例えば、酸化剤流）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から熱を伝達する。間接式熱交換器の実施例は、インタークーラ熱交換器、及び熱回収蒸気発生器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実施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。
【００４９】
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整し、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って、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あらゆる並び換えを含むことを意図しており、構成要素の１つ、２つ以上、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実施例を示している。
【００５０】
（表１）
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【００５１】
表１において上記で示したように、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、蒸気発生器ユニットは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又はそれ以上の構成要素を含むあらゆる欄（セル）は、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、加圧排気ガス１７０の品質を劣化させる何らかの酸化剤６８又は燃料７０無しで、排気ガス１７０の分離及び抽出を可能にするよう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。
【００５２】
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。特に、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への抽出排気ガス４２の流れを選択的に制御するのに用いることができる。
【００５３】
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の追加も無しに排気ガス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、種々のプロセス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に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。
【００５４】
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プロセスシステム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、任意の順序で、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、凝縮器、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、又はそのいずれかの組合せのいずれかの直列及び／又は並列配列を含むことができる。特定の実施形態において、触媒システムは、酸化触媒、一酸化炭素還元触媒、窒素酸化物還元触媒、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、シリコーン酸化物、チタン酸化物、プラチナ酸化物、パラジウム酸化物、コバルト酸化物、又は混合金属酸化物、或いはこれら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のあらゆる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実施例を示している。
【００５５】
（表２）
0006568852.tif 000003
【００５６】
表２において上記で示したように、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、熱回収蒸気発生器はＨＲＳＧで表され、凝縮器は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、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又はそれ以上の構成要素を含むあらゆる欄（セル）は、構成要素を備えた一体的ユニット、構成要素の並列配列、又はそ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、又はその組合せ内で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。
【００５７】
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。
【００５８】
図４は、図１〜図３に示したシステム１０の動作プロセス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、プロセス２２０は、コンピュータに実装されたプロセスとすることができ、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、プロセス２２０の各ステップは、図２を参照して説明された制御システム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。
【００５９】
プロセス２２０は、ブロック２２２で示されるように、図１〜図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ステップ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、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の間、プロセス２２０は、ブロック２２４で示されるように、加圧された酸化剤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、圧縮された酸化剤は、圧縮空気、酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又はそ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。プロセス２２０はまた、ブロック２２６で示されるように、始動モード２２２の間、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の間、プロセス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）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の間、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、始動モードの間、プロセス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。
【００６０】
次いで、プロセス２２０は、ブロック２３０で示されるように、燃焼器１６０において圧縮された酸化剤、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。特に、プロセス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、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の間、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（及びひいては低レベルの酸化剤及び未燃焼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及び燃料７０を有する可能性がある。このため、プロセス２２０は、始動モードの間に高温燃焼ガス１７２中の残留酸化剤６８及び燃料７０を低減又は排除するよう１又は２以上の制御命令を実行することができる。
【００６１】
次いで、プロセス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、プロセス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、排気ガス処理ステップ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。プロセス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することができる。例えば、排気ガスの再循環ステップ２３６は、図１〜図３に示すように、ＥＧプロセスシステム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。
【００６２】
再循環された排気ガス６６は、次に、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、プロセス２２０が最終的に定常状態モードに移行するまで、ステップ２３０、２３２、２３４、２３６、及び２３８を繰り返すことができる。移行ステップ２４０になると、プロセス２２０は、引き続きステップ２２４〜２３８を実施することができるが、更に、ブロック２４２で示されるように、ＥＧ供給システム７８を介して排気ガス４２の抽出を開始することができる。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、プロセス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〜図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。
【００６３】
上述したように、燃焼器１６０によって実施される特定の燃焼プロセス（例えば、量論的燃焼及び／又は所定の当量比における燃焼）中に、燃料７０及び酸化剤６８の組成、流量、及び／又は比率の変動が起こり、燃焼器１６０によって生成される燃焼生成物１７２の組成を変化させる場合がある。これに加えて又はこれに代えて、燃焼器１６０の１又は２以上の構成要素（例えば、シール、バルブ）は、摩耗する場合があり、破断する場合があり、砕かれる場合があり、又はそうでなければ不具合が起こる場合があり、そのために燃焼器１６０によって生成される燃焼生成物は、所定の範囲内に含まれない組成を有する場合がある。例えば、燃焼器１６０のシールが摩耗するか又はそうでなければその密封する機能を失った場合、外部環境からの空気は、燃焼器１６０に漏れる場合があり、燃焼当量比が望ましい設定値から外される（例えば、追加の酸素の圧力により）。このような環境において、燃焼生成物は、所定の閾値を超える酸素濃度を有する場合がある。
【００６４】
同様の状況はまた、圧力設定値、燃焼温度設定値、排気ガス濃度設定値、及び少なくとも部分的には適切な燃焼シール及び作動に依存する他のパラメータなどの他の燃焼パラメータで起こる可能性がある。残念ながら、複数の燃焼器１６０からの燃焼生成物は、全てタービンセクション１５６内で組合せられるので、どの燃焼器１６０が規格外燃焼生成物の原因となるかを判断するのは困難な場合がある。これらのタイプの逸脱は、燃焼ガス／排気ガスが、油回収に使用するための生成ガスとしてのＳＥＧＲガスタービンシステム５２から移出されるときなど、燃焼生成物を一定の範囲内に保つのが望ましい実施構成、燃焼希釈剤として使用するために冷却するためのＳＥＧＲガスタービンシステム５２への再循環、又は排気ガス６０中に未燃焼燃料及び／又は残留酸化剤を有することは望ましくない場合があるいずれかの他の実施構成において特別関心をもたれている。
【００６５】
上述のように本実施形態に従って、制御システム１００は、プロセス２２０を実施する上で、１又は２以上の制御ルーチンを実行し、各燃焼器１６０において望ましい燃料／酸化剤当量比で燃焼を可能にすることができる。特定の制御ルーチンにおいて、制御システム１００は、酸化剤６８及び／又は燃料７０の流量及び／又は組成に関する情報を受け取ることができ、制御システム１００は、この情報の全て又は一部に基づいてあらゆる数の制御アルゴリズムを利用して、燃焼器１６０への燃料７０及び／又は酸化剤６８の流れを調節することができる。
【００６６】
本実施形態に従って及び以下で詳細に検討するように、燃焼器１６０のうちの１又は２以上が規格外の作動をしていることを（例えば、生成排気ガスが規格外であるので）制御システム１００が検出する実施形態において、又は定期的に作動している間に、制御システム１００はまた、１又は２以上の診断ルーチン（例えば、メモリ１２２のような１又は２以上の有形非一時的機械可読媒体に格納されたルーチン）を実施して、いくらかでもある場合、どの燃焼器１６０がそのように作動しているかを識別することができる。図５は、潜在的な燃焼器の問題の検出、局在化、及び制御ができる特徴を有するタービンベースのサービスシステム１４の実施形態を示している。
【００６７】
図１〜図３を参照して上述したように、タービンベースのサービスシステム１４は、ガスタービンシステム１５０を含み、これは、その後にＥＧプロセスシステム５４で処理されて生成ガスとしてＥＧ供給システム７８に送出される排気ガス６０を生成する。ガスタービンシステム１５０はまた、排気ガス４２を生成し、これは、１又は２以上の抽出ポイント７６（例えば、燃焼器１６０、タービンセクション１５６）から引き戻され、生成ガスとしてＥＧ供給システム７８に提供される。
【００６８】
一般に、このような処理前の排気ガスに対応する燃焼ガス１７２は、燃焼器１６０から一連の流路２６０を介してタービンセクション１５６に流入する。流路２６０は、タービンセクション１５６への導入時に完全に分離することができ、又は流路２６０のうちの１又は２以上は、タービンセクション１５６に入る前に組合せることができる。燃焼器セクション１５４は、あらゆる数の燃焼器１６０を含むことができ、図示の実施形態では、燃焼器セクション１５４は、「ＣＯＭＢＵＳＴＯＲ  Ｎ」と指定された第１の燃焼器２６２と、「ＣＯＭＢＵＳＴＯＲ  Ｎ＋１」と指定された第２の燃焼器２６４と、「ＣＯＭＢＵＳＴＯＲ  Ｎ＋Ｍ」と指定された第３の燃焼器２６６とを含み、ここで「Ｎ」は、燃焼器セクション１５４のいずれかの特定の燃焼器１６０を指定することが意図され、「Ｎ＋１」は、第１の燃焼器２６２に直接隣接している燃焼器１６０を表すことが意図され、「Ｎ＋Ｍ」は、第１の燃焼器２６２の後Ｍ番目の燃焼器を表すことが意図される。例えば、燃焼器１６０をほぼ環状配列で位置決めする実施形態において、第１の燃焼器２６２は、円周方向２６８の第１の位置に対応し、第２の燃焼器２６６は、第１の位置に直接隣接した第２の位置に対応し、第３の燃焼器２６６は、円周方向２６８に沿って第３の位置、第４の位置、第５の位置、第６の位置、第７の位置、又は第８の位置（又は第１及び第２の位置以外のいずれかの位置）に対応することができる。
【００６９】
作動中に、制御システム１００は、燃焼器１６０の各々に対して酸化剤６８及び燃料７０を制御して、特定の当量比で燃焼を可能にすることができる。例えば、タービンベースのサービスシステム１４が、量論的作動モードで作動している実施形態において、当量比は、約１．０±０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、又は０．０５など約０．９５と１．０５の間の燃料対酸化剤とすることができる。酸化剤６８の流れは、少なくとも部分的には、とりわけ駆動装置１９０（図３）の速度、主酸化剤圧縮機１８８（図３）の圧縮比、燃焼器１８８の入口ガイドベーン位置など酸化剤圧縮システム１８６（図３）の作動パラメータを制御することによって制御することができる。図示の実施形態において、酸化剤流は、酸化剤圧縮システム１８６のパラメータに加えて又はそれに代えて一連の酸化剤流制御デバイスを用いて制御される。図示の実施形態において、このようなデバイスは、第１の燃焼器２６２に至る第１の酸化剤流路２７２に沿って位置決めされた第１の酸化剤流制御デバイス２７０（例えば、流量制御バルブ）と、第２の燃焼器２６４に至る第２の酸化剤流路２７６に沿って位置決めされた第２の酸化剤流制御デバイス２７４（例えば、流量制御バルブ）と、第３の燃焼器２６６に至る第３の酸化剤流路２８０に沿って位置決めされた第３の酸化剤流制御デバイス２７８（例えば、流量制御バルブ）とを含む。とりわけ圧縮機、ポンプ、熱交換器、流量計、温度計、圧力計、及び酸化剤センサを含む酸化剤流を監視及び／又は制御するための他の機能もこれらの経路に沿って利用することができる。
【００７０】
酸化剤６８及び燃料７０のいずれか又は両方の流れは、望ましい燃焼当量比を維持するように制御することができるが、特定の実施形態において、燃料７０の流れは、酸化剤６８の流れの変化に応答して、望ましい燃焼当量比を維持することができ、又はその逆もまた可能である（例えば、逆制御も可能であり、ここで酸化剤６８は燃料７０に応答して調節される）。例えば、１つの実施形態において、酸化剤流は、負荷需要に基づいて調節することができるが、燃料流は、酸化剤流の変化に応答するものである。燃料７０の流れを制御する上で、制御システム１００は、燃料流制御システム２８６に至る燃料経路２８４に沿って位置決めされた１又は２以上のセンサ２８２によって生成されるフィードバックを含む燃料７０についての種々の情報を受け取ることができる。１又は２以上のセンサ２８２は、限定ではないが、とりわけ熱質量流量計、コリオリ質量流量計、質量流コントローラ、ロータリーピストンメーター、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、超音波流量計、熱電対、及び圧力変換器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以上を含むことができる。
【００７１】
燃料経路２８４に沿った燃料７０の流れに関するフィードバックを受け取るのに加えて又はその代わりに、制御システム１００は、燃料分析システム２８８からの燃料７０の組成に関するフィードバックを受け取ることもできる。燃料分析システム２８８は、燃料７０に関する組成情報を決定することができる。例えば、燃料分析システム２８８は、燃料７０内の可燃成分の濃度又はその相対量を決定することができ、これは、限定ではないが、ＣＯ、Ｈ2、メタン（ＣＨ4）、又はそのいずれかの組合せを含むことができる。従って、燃料分析システム２８８は、このような成分を分離、検出、及び／又は分析することができる１又は２以上の分析機能を含むことができる。例えば、燃料分析システム２８８は、ガスクロマトグラフ、高性能液体クロマトグラフ、赤外分光計、紫外線／可視分光計、蛍光計、質量分析計、核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光計、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）分光計、原子吸収ユニット、又は同様のもののいずれか１つ又は組合せを含むことができる。一部の実施形態において、燃料分析システム２８８は、ＣＯセンサ、Ｈ2センサ、ＣＨ4センサ、又は同様のセンサを含むことができる。
【００７２】
燃料分析システム２８８は、燃料経路２８４に沿ったいずれかのポイントにて好適に位置決めすることができるが、図示の実施形態において、燃料分析システム２８８は、燃料経路２８４から燃料７０のスリップストリーム２９０を受け取るように構成される。すなわち、図示の実施形態において、スリップストリーム２９０は、燃料経路２８４から燃料分析システム２８８に分岐した経路に沿って提供される。作動中に、燃料分析システム２８８は、ＣＯ、Ｈ2、及びＣＨ4濃度などに対して燃料７０を分析し、断続的に、規則的間隔で、又は実質的に連続的に燃料組成情報を制御システム１００／コントローラ１１８に送る。他の実施形態において、燃料分析システム２８８は、断続的に、規則的間隔で、又は実質的に連続的に生データ（例えば、検出器信号）を制御システム１００／コントローラ１１８に提供することができ、これは、データを分析するために１又は２以上の有形機械可読非一時的媒体に格納されたコードを含むことができる。
【００７３】
少なくとも部分的には、１又は２以上のセンサ２８２及び／又は燃料分析システム２８８から受け取ったフィードバックに基づいて、制御システム１００は、燃料流制御システム２８６からの燃料７０を第１の燃料供給経路２９２に沿って第１の燃焼器２６２に、第２の燃料供給経路２９４に沿って第２の燃焼器２６４に、第３の燃料供給経路２９６に沿って第３の燃焼器２６６に向けることができる。２〜１００、１０〜５０、１５〜３０などのこのような経路及び燃焼器１６０のあらゆる数が、現在企図されている点は注目すべきである。燃料流制御部２８６は、制御システム１００が燃料供給経路の各々に沿って燃料７０の流れを独立して制御できるようにするあらゆる数の特徴を含むことができる。すなわち、燃料流制御システム２８６は、制御システム１００が燃焼器１６０の各々に対して燃料７０の流れを個々に制御できるようにすることができる。以下で詳細に検討するように、このような独立制御は、各燃焼器１６０に供給すべき燃料７０が所定の当量比で燃焼を保証できるようにするだけでなく、本明細書で説明する診断ルーチンを実施できるようにする。
【００７４】
非限定的な実施例として、燃料流制御システム２８６は、とりわけ１又は２以上の流れ分配ヘッダ、ブースタ圧縮機、ブースタブロア、熱交換器（例えば、直接及び／又は間接）、フィルタ、洗浄機、触媒、乾燥器、及び流れ制御デバイスのいずれか１つ又は組合せを含むことができる。これに加えて又はこれに代えて、制御システム１００は、種々の燃料供給経路に沿って位置決めされた１又は２以上の流れ制御デバイスと通信して、各燃焼器１６０に対する燃料７０の流れの調節を可能にすることができる。図示のように、流れ制御デバイスは、限定ではないが、第１の燃料供給経路２９２に沿って位置決めされた第１の燃料流制御デバイス２９８と、第２の燃料供給経路２９４に沿って位置決めされた第２の燃料流制御デバイス３００と、第３の燃料供給経路２９６に沿って位置決めされた第３の燃料流制御デバイス３０２とを含む。一般に、流れ制御デバイスは、その間に流量なし、全流量、及びいずれかの流量を含む各それぞれの燃焼器１６０のへの燃料７０の流れを調節することができるいずれかの流れ調節デバイスを含むことができる。このような流れ制御デバイスは、とりわけ流量制御バルブ、ブースタブロア、調節器、及び圧縮機を含むことができる。更に、流れ制御デバイスは、これらのそれぞれの燃料供給経路のいずれかのポイントに沿って位置決めすることができる。例えば、流れ制御デバイスは、燃焼器１６０のそれぞれの入口に至る導管に沿って位置決めすることができ、又は燃焼器１６０のそれぞれの入口に位置決めすることができる。一部の実施形態において、燃料流制御デバイスは、燃料トリムバルブとすることができる。従って、制御システム１００は、一部の実施形態において、燃焼器１６０のうちの１又は２以上における燃焼が希薄又はリッチであるように、１又は２以上の燃料レベルトリムバルブを調節することができる。本実施形態に従って及び以下で更に詳細に検討するように、１又は２以上のセンサは、希薄又はリッチ燃焼を示す反応を引き起こして、燃料レベルを調節した特定の燃焼器１６０に戻って反応の相関関係を可能にすることができる。
【００７５】
上述のように、各燃焼器１６０への燃料流及び／又は酸化剤流を独立して制御することで、特定の診断を制御システム１６０で実施できるようにする。本実施形態に従って、制御システム１００は、個々に燃料及び／又は酸化剤流を調節して各燃焼器１６０内で燃焼パラメータを調節することができ、これは燃焼生成物１７２の１又は２以上のパラメータの変化をもたらす。制御システム１００は、タービンセクション１５６のタービン段１７４のうちの１又は２以上で燃焼生成物１７２の１又は２以上のパラメータの変化を監視することができ、又は燃焼パラメータを変化させた特定の燃焼器１６０に変化を相関付けることができる。例えば、燃焼器セクション１５４は、定常状態にすることができ、第１の燃焼器２６２への燃料流及び／又は酸化剤流を調節して、第１の燃焼器２６２により生成される燃焼生成物１７２の性質を変化させることができるが、第２及び第３の燃焼器２６４、２６６への流れは、定常状態に維持される。従って、燃焼器１６０の全てによって生成される燃焼生成物１７２が、いずれかの検出機器の上流側で組合せられても、検出機器によって検出されるあらゆる変化は、第１の燃焼器２６２（すなわち、燃焼パラメータを変化させた燃焼器１６０）に戻って相関付けることができる。
【００７６】
具体的には、タービンセクション１５６内で燃焼生成物１７２の１又は２以上のパラメータを検出することができる１又は２以上のセンサ３０６を有するセンサシステム３０４は、このような検出に利用することができる。センサ３０６は、タービンセクション１５６の上又はその内部などタービン燃焼器１６０から下流に位置決めすることができ、各センサ３０６は、限定ではないが、燃焼生成物１７２の組成情報、酸素濃度、燃料濃度、希釈剤濃度、温度、圧力、質量流量、又はこれら又は他のパラメータのいずれかの組合せを含む燃焼生成物１７２のパラメータを検出することができる。従って、１又は２以上のセンサ３０６は、とりわけＣＯセンサ、ＣＨ4センサ、Ｏ2センサ（例えば、ラムダセンサ、狭帯域加熱排気ガス酸素（ＨＥＧＯ）センサ、広帯域汎用排気ガス酸素（ＵＥＧＯ）センサ）、圧力センサ、温度センサ（例えば、熱電対）、流量計、又はそのいずれかの組合せを含むことができる。当然ながら、センサ３０６は、燃焼生成物、燃焼生成物の特性、又はその組合せの感知を可能にするあらゆる好適なタイプ及び構成のものとすることができる。図１０に対して以下でより詳細に検討するように、センサ３０６をＵＥＧＯセンサにすることが望ましい場合がある。
【００７７】
センサ３０６は、タービンセクション１５６のケーシング内に位置決めされた（すなわち、センサは作動流体と接触する）原位置デバイスとすることができ、又は作動流体を収容するタービンセクション１５６のゾーンと特定のセンサ３０６を流体的に結合する１又は２以上の導管を含む原位置外デバイスとすることができる。換言すると、原位置センサは、タービンセクション１５６のケーシング内に位置決めすることができるが、原位置外センサは、ケーシングの外部にあってよい。
【００７８】
図示のように、センサ３０６は、軸方向３０８に沿って種々のポイントに及びタービンセクション１５６の半径方向３１０にいずれかのポイントに位置決めすることができる。当然ながら、センサ３０６は、タービン段１７４に近接して（例えば、タービン段１７４の間に）又はタービン段１７４にて位置決めすることができる（例えば、タービンケーシングに取り付けられ、ケーシングと回転タービンブレードの間に位置決めされ、タービンホイールに一体化される）。本実施形態の検討を容易にするために、センサ３０６は、タービン段１７４の間に位置決めされるように示されている。タービンセクション１５６の前方端から後方端に移動すると、センサ３０６は、第１のタービン段３１４の前に位置決めされた第１のセンサ３１２（又は第１のセクションとして存在するセンサのグループ）と、第２のタービン段３１８の前の第２のセンサ３１６（又は第２のセクションとして存在するセンサのグループ）と、第３のタービン段３２２の前の第３のセンサ３２０（又は第３のセクションとして存在するセンサのグループ）と、第４のタービン段３２６の前の第４のセンサ３２４（又は第４のセクションとして存在するセンサのグループ）と、第４のタービン段３２６の後の第５のセンサ３２８（又は第５のセクションとして存在するセンサのグループ）とを含む。
【００７９】
以下で詳細に検討するように、各センサ３０６及び／又はセンサアレイの応答（例えば、各センサ及び／又はセンサアレイによって生成されるフィードバック）は、いくつかの要因に応じて燃焼器１６０のうちの１又は２以上の作動に相関付けることができる。これらの要因は、限定ではないが、ガスタービンシステム１５０が動作している特定の負荷ポイント（例えば、８０％負荷、９０％負荷、１００％負荷）と、燃焼器１６０に対するセンサ３０６又はセンサアレイの位置（例えば、円周方向、軸方向、及び／又は半径方向２６８、３０８、３１０の位置）と、センサ３０６又はセンサアレイのサイズ（例えば、センサ３０６又はセンサアレイが包含する断面積）と、タービンブレードの特定の配列（例えば、特定の負荷でタービンブレードによって作り出される燃焼ガスの旋回）と、又はそのいずれかの組合せを含むことができる。
【００８０】
制御システム１００及び／又はコントローラ１１８は、センサ３０６のいずれか１つ又は組合せから得られるフィードバック（例えば、組成情報）を利用することができ、適切な場合には、燃料供給経路２９２、２９４、２９６を通る燃料７０の流れ及び／又は酸化剤供給経路２７２、２７６、２８０に沿った酸化剤６８の流れを調節して、燃焼器１６０の各々において燃料７０対酸化剤６８の比率を調節し、例えば、望ましい当量比（例えば、約０．９５〜１．０５）で燃焼を達成することができる。これに加えて又はこれに代えて、コントローラ１１８は、センサ３０６の出力をコントローラ１１８に対して入力を生成するモデルへの入力として使用するモデルベース制御部を利用することができる。例示的モデルは、物理ベースモデル、数値流体力学（ＣＦＤ）モデル、又は有限要素解析（ＦＥＡ）モデルを含む。モデルはまた、エキスパートシステム（例えば、前向き連鎖エキスパートシステム、後向き連鎖エキスパートシステム）、神経回路網、ファジー論理システム、状態ベクトルマシン（ＳＶＭ）、帰納推理システム、ベイズ推論システム、又はその組合せなどの人工知能（ＡＩ）モデルを含むことができる。
【００８１】
図示のように、センサ３０６は、センサシステム３０４の一部とすることができ、これは、１又は２以上のプロセッサ及び１又は２以上の機械可読非一時的な有形媒体を有する中央演算システムを更に含むことができ、ここで媒体は、プロセッサによって実行可能な命令を格納して、センサ３０６によって生成されるフィードバックを収集する。特定の実施形態において、センサシステム３０４は、制御システム１００（例えば、コントローラ１１８）によって分析され又はそうでなければ更に処理されるデータを生成するようにフィードバックを前処理する（例えば、フィードバックをデジタル化し、フィードバックを多重化し／逆多重化する）ことができる。更に別の実施形態において、センサ３０６は、直接フィードバックをコントローラ１１８又は制御システム１００の別の部分に送ることができる。このような実施形態において、制御システム１００のメモリ１２２は、フィードバックを受け取って分析するため、及び上述の燃焼制御（例えば、当量比制御）及び本明細書で説明する診断ルーチンを実施するために格納された命令（例えば、１又は２以上の組の命令）を含むことができる。例えば、１又は２以上の組の格納された命令は、プロセッサ１２０によって実行可能であり、センサ３０６（又はセンサアレイ）のうちの１又は２以上によって生成されるフィードバックを燃焼器１６０の特定の１つの作動に相関付けることによって、燃焼器１６０の各々において燃料／酸化剤燃焼比を決定することができる。このような相関関係は、燃焼器１６０の各々の内部で燃焼ダイナミックスにわたってより正確な制御を可能にすることができ、これは、下流側用途のために生成ガスとして排気ガスを生成する上でＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２の信頼性及び再現性を高めることができる（例えば、ＥＧ供給システム７８によって）。
【００８２】
当然ながら、一部の実施形態において、制御システム１００は、燃焼器１６０の特定の１つが作動する時に、タービンセクション１５６に沿って又はこの内部に配置されたセンサ３０６の特定の部分集合（例えば、１又は２以上のセンサ３０６）によって感知される燃焼生成物を生成する。換言すると、制御システム１００は、特定のタービン燃焼器１６０の１又は２以上の作動パラメータを調節した後、どのセンサ３０６又はセンサ３０６のグループがこの調節を示す応答を示すか識別し、一部の実施形態において、１つのセンサ３０６又は複数のセンサ３０６を識別することができる。位置は、１つのセンサ３０６又は複数のセンサ３０６の軸方向位置、円周方向位置、半径方向位置、又はそのいずれかの組合せとすることができる。
【００８３】
例えば、第１のタービン負荷（例えば、１００％負荷）で、制御システム１００は、第３のセンサ３２０（又はセンサの組）が、第１の燃焼器２６２によって生成される燃焼生成物１７２を感知すると判断することができる。このようにして、制御システム１００は、第１のタービン負荷で第１の燃焼器２６２によって生成される燃焼生成物１７２の旋回情報を決定することができ、ここで旋回情報は、旋回角度を含むなどタービンセクション１５６により燃焼生成物１７２の進行（例えば、流れの方向）に関する情報を含む。同様に第１のタービン負荷で、制御システム１００は、第１のセンサ３１２（又はセンサの組）が、第２の燃焼器２６４によって生成される燃焼生成物１７２を感知すると判断することができる。これによって第２の燃焼器２６４に対して第１のセンサ３１２の位置を識別することによって、第２の燃焼器２６４に対して旋回情報が得られる。
【００８４】
上述のように、このような相関関係は、タービンの負荷設定を含む種々の要因により決めることができ、これは、タービン段１７４の回転速度、タービンセクション１５６における温度／圧力ダイナミックスなどに影響を与える。要するに、タービン負荷設定の差は、各燃焼器１６０に関する旋回情報（例えば、旋回角度）を変化させる場合がある。上記実施例に戻って参照すると、例えば、第２のタービン負荷（例えば、９０％負荷）で、制御システム１００は、第２のセンサ３１６（又はセンサの組）が、第１の燃焼器２６２によって生成される燃焼生成物１７２を感知し、第４のセンサ３２４（又はセンサの組）が、第２の燃焼器２６４によって生成される燃焼生成物１７２を感知すると判断することができる。
【００８５】
一部の実施形態において、制御システム１００は、燃焼器１６０の全てを定常状態に維持し、特定の燃焼器１６０のパラメータを調節し、センサ３０６のうちの１又は２以上によって生成されるフィードバックの変化を識別することによって、センサ３０６によって生成されるフィードバックを特定の燃焼器１６０の作動に関連付けることができる。例えば、このような実施形態において、制御システム１００は、燃焼器１６０が実質的に定常状態で全て作動されるルーチンを実施することができ、例えば、燃料レベルトリムバルブ（例えば、バルブ２９８）を用いて第１の燃焼器２６２に提供される大量の燃料７０を調節する（例えば、増加させる）ことができる。同様に、第１の燃焼器２６２に提供される酸化剤６８の量を調節する（例えば、減少させる）ことができる。いずれの場合も、第１の燃焼器２６２の燃料／酸化剤比の変化が生じ、これはまた、第１の燃焼器２６２によって生成される燃焼生成物１７２の組成を変化させる。この実施例において、燃焼生成物１７２は、未燃焼燃料７０の増加量を含むことができる。しかし、第１の燃焼器２６２中の燃料レベルが減少（又は酸化剤レベルの増加）する可能性があり、その場合には、第１の燃焼器２６２によって生成される燃焼生成物１７２は、酸化剤６８の増加量を有することも企図される。
【００８６】
センサシステム３０４及び／又は制御システム１００は、次いで、センサ３０６によって生成されるフィードバックを監視して、どのセンサ３０６がこの変化を示すフィードバックを生成するか識別することができる。例えば、上記実施例を参照して、第１のタービン負荷で、第３のセンサ３２０（又はセンサの組）は、第１の燃焼器２６２によって生成される燃焼生成物１７２の組成の変化（例えば、未燃焼燃料の増加濃度）を示すことができるが、他のセンサ２０６（例えば、第１のセンサ３１２、第２のセンサ３１６）は、実質的に不変のままのフィードバックを生成する。次いで、制御システム１００は、第１の負荷で、第１の燃焼器２６２の作動を第３のセンサ３２０（又はセンサの組）を用いて監視することができる。第３のセンサ３２０又はセンサの組は、タービンセクション１５６内で所与の軸方向位置にて（例えば、特定のタービン段にて）特定の円周方向位置を表すことができることは更に注目すべきである。換言すると、第３のセンサ３２０又はセンサの組は、第１の燃焼器２６２のパラメータの変化を感知するが、同じ軸方向位置（例えば、特定のタービン段）における他の円周方向位置は、変化を感知せず、又は変化が測定公差として特徴付けることができる範囲に含まれる程度まで十分小さい変化を感知する。
【００８７】
燃焼生成物１７２の変化を感知するようなこの差は、半径方向線６−６に沿った（すなわち、半径方向３１０及び燃焼器セクション１５４を通る）図である図６に対して更に認識することができる。説明の目的のために、タービンセクション１５６の特定の特徴は図６には示さず、タービンセクション１５６の種々のケーシング及びプレナム、燃焼器１６０の種々の特徴（例えば、バルブ、制御線、燃焼室）、タービンブレード及びホイール、及び同様のものを含む。当然ながら、図６は、本実施形態の説明を容易にするためにＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２の特定の特徴のダイヤグラム表現であることを意図するに過ぎない。
【００８８】
上述のように、燃焼器セクション１５４は、「缶環状」配列を含み、ここで燃焼器１６０（１つの実施例として８つの燃焼器として示される）は、タービンシステム１５０のシャフト１７６の周りに円周方向に配列される。タービンシステム１５０の軸方向３０８に対して実質的に平行に位置合わせしたこれらの長手方向軸線３５０を有する各々として示されているが、燃焼器１６０は、一部の実施形態においては他の構成を有することができる。例えば、燃焼器１６０の長手方向軸線３５０は、互いに対して及びタービンシステム１５０の軸方向３０８に対して収束／分散関係を有することができる。換言すると、燃焼器１６０の長手方向軸線３５０は、軸方向３０８に対して傾斜していてもよい（例えば、１０°〜６０°又は２０°〜５０°のような０°〜９０°）。
【００８９】
上述のような図示の燃焼器１６０は、時計回りに円周方向２６８に互いに分散した８つの燃焼器を含む。特に、燃焼器１６０は、第４（Ｎ＋３）、第５（Ｎ＋４）、第６（Ｎ＋５）、第７（Ｎ＋６）、及び第８（Ｎ＋７）燃焼器３５２、３５４、３５６、３５８、及び３６０を含む残りの「Ｎ＋Ｍ」燃焼器の第１の燃焼器２６２（例えば、「Ｎ」燃焼器）、第２の燃焼器２６４（例えば、「Ｎ＋１」燃焼器）、及び第３の燃焼器２６６（例えば、第１の燃焼器（Ｎ＋２））を含む。同様に、燃焼器１６０のうちの１又は２以上によって生成される燃焼生成物１７２を検出するセンサ３０６は、第１のタービン段３１４に（例えば、直接上流側、直接下流側、又は内部に）位置決めされた第１の環状配列３６２と、第２のタービン段３１８に（例えば、直接上流側、直接下流側、又は内部に）位置決めされた第２の環状配列３６４とを含むことが示されている。示された構成は、例示の目的のためであり、第３のタービンセクション３２２（図５）における第３の環状配列、第４のタービンセクション３２６（図５）における第４の環状配列などのような他の配列を除外することを意図するものではない。
【００９０】
図示のように、第１の環状配列３６２は、タービンセクション１５６のケーシング３６６に沿って環状に（例えば、円周方向に）離間した一連のセンサ３０６を含む。円形要素として図表で示された「センサ３０６」の参照は、各図示の位置に１つのセンサ、又は各円形要素の区域によって定められた領域を占める同じ又は異なるタイプ（例えば、ＣＯ対Ｏ2センサ）の複数のセンサ（例えば、センサアレイ）を含むことができる点は注目すべきである。説明を容易にするためにこれを心に留めて、円形要素の各々は、本明細書では「センサ」と呼ばれる。
【００９１】
作動中に、制御システム１００は、燃焼器１６０の各々の内部で望ましい当量比で燃焼を可能にするために、いくつかの制御方式３７０を利用することができる。制御方式３７０は、処理デバイス及び関連する制御特徴要素（例えば、バルブ、アクチュエータ）によって実行される時に、燃焼器１６０の種々の作動変数を制御、監視、及び診断／補正するように構成されたコンピュータアルゴリズムのような１又は２以上の組の命令として格納することができる。以下で詳細に検討する制御方式３７０は、単に例証として提供され、いくつかのデバイス、ワークステーション、制御モジュール、及び同様のものに実装することができる。
【００９２】
図示のような非限定的な実施例として、制御方式３７０は、とりわけ、タービンシステム１５０のロード／アンロードを監視して制御するように構成された負荷制御方式３７０と、各燃焼器１６０内で燃焼プロセスの１又は２以上の燃焼パラメータを制御するように構成された燃焼制御方式３７４と、連続的に又は断続的に診断ルーチンを実施して燃焼プロセスに関する潜在的な問題を監視して診断するように構成されたシステム診断方式３７６とを含む。制御方式３７０の各々は、回路に（例えば、メモリ１２２に）格納することができ、互いに一体化することができ（例えば、１又は２以上の適用の一部として）、又は互いに分離することができる。特定の実施形態において、制御方式３７０は、連動して作動することができ、方式３７０の各々は、データ／情報、入力／出力などを共有する。
【００９３】
作動中に、例えば、タービンシステム１５０は、目標負荷を示す入力を受け取ることができる（例えば、ガスタービンシステム１５０を同期させる配電網からの電気使用量に基づいて及び／又は目標排気ガス出力に基づいて）。負荷制御部３７２は、目標負荷に基づいて、燃焼器セクション１５４のようなタービンシステム１５０の種々のセクションに適切な作動パラメータを決定することができる。負荷制御部３７２は、特定の燃焼パラメータ目標（例えば、燃焼器１６０による目標放熱）を燃焼制御部３７４に提供することができ、次に、これは、燃焼器１６０のうちの１又は２以上によって実施される燃焼プロセスの１又は２以上の作動パラメータを調節することができる。図示のように、燃焼制御部３７４は、燃料流制御部３７８、酸化剤流制御部３８０、又はその組合せのためのルーチンを含むことができる。上記で検討したように、燃料流制御部３７８は、燃焼器１６０への燃料７０の流れを調節することができるが（例えば、２９８、３００、３０２のような燃料レベルトリムバルブを用いて）、酸化剤流制御部３８０は、燃焼器１６０への酸化剤６８の流れを調節することができる（例えば、バルブ２７０、２７４、２７８又は圧縮機のような他の流れ調節機構を用いて）。燃料流及び／又は酸化剤流が調節されたパラメータであるか否かは、いくつかの要因により決まる可能性がある。例えば、酸化剤流は、目標負荷に基づいて調節することができるが、燃料流は、酸化剤流変化に応答して調節され、望ましい燃焼当量比を維持する。上述したように、逆制御は、燃料流が負荷に従うところでも起こる場合があり、酸化剤流は、燃料流に応答して制御される。
【００９４】
上述のように作動している時に、各燃焼器１６０は、燃焼プロセスの結果として燃焼生成物１７２を生成する。第１の燃焼器２６２から放出された燃焼生成物１７２によって示したように、ガス燃焼生成物１７２は、この実施例ではタービン段のスピン運動により時計回りスピン運動（そうでなくてスピン運動が反時計回りであっても）旋回することができる。第１のタービン負荷、例えば８０％負荷で、燃焼生成物１７２は、矢印１７２Ａで示す第１の旋回経路を有することができる。旋回経路は、特定のセンサ３０６又はセンサの組（例えば、セクション）に達する前に燃焼生成物１７２が受けるシャフト１７６によって定められた軸線の周りのいくつかの回転、シャフト１７６によって定められた軸線の周りの単一の回転、又はシャフト１７６によって定められた軸線の周りの回転の一部を含むことができる。
【００９５】
第１のタービン負荷で、燃焼生成物は、第１のタービン段３１４の第１のセンサ３８２によって検出することができる。旋回経路１７２Ａが、燃焼生成物１７２を第１の燃焼器１６０の長手方向軸線３５０から外されるので、第１のセンサ３８２の軸線３５０と円周方向位置の間に角度３８４が形成される。この角度３８４は、旋回角度と呼ぶことができる。
【００９６】
燃焼生成物１７２の旋回は、燃焼生成物１７２を感知する方式によって異なる場合があることに注目すべきである。例えば、構成センサ（例えば、ＣＨ4、ＣＯ、Ｏ2センサ）は、特定の燃焼器１６０によって生成される燃焼生成物１７２に対して１つの旋回角度を有することができるが、温度センサは、同じ燃焼生成物１７２に対して異なる旋回角度を有することができる。換言すると、ガス構成旋回角度は、必ずしも特定の燃焼器のガス温度旋回角度に一致するとは限らない場合がある（しかし、一致する場合もある）。
【００９７】
タービン負荷が、例えば１００％の第２のタービン負荷まで増加すると、燃焼生成物１７２は、タービン段の回転速度の増加によって引き起こされる第２の旋回経路を有することができる。例示の目的に過ぎないこの第２の旋回経路は、矢印１７２Ｂとして示されている。この実施形態において、第１のタービン段３１４の第２のセンサ３８６は、第２の旋回角度３８８を示す燃焼生成物１７２を検出することができる。燃焼器１６０の各々は、第１のタービン負荷でそれぞれの第１の旋回角度及び第２のタービン負荷で第２の旋回角度を有することができる。当然ながら、燃焼器１６０の各々に関連付けられた旋回角度は、制御システム１００（及び／又はオペレータ）がセンサアレイ（例えば、各タービン段におけるセンサ）のどのセンサ３０６（又はセンサのグループ）が特定の燃焼器から燃焼生成物１７２を検出するかを判断できるようにする。上述の実施例において、例えば、第１のタービン負荷レベルで第１の燃焼器２６２に関連する第１の旋回角度３８４は、第１の燃焼器２６２の燃焼生成物１７２が、第１のタービン段３１４の第１のセンサ３８２を用いて検出することができることを示すと考えられる。
【００９８】
特定の実施形態において、燃焼器１６０は、断続的に又は実質的に連続的に焼成している場合がある。燃焼器１６０が燃焼生成物１７２を共通領域（例えば、タービンセクション１５６）の中に排気するので、燃焼器１６０の特定の１つからの燃焼生成物１７２を識別するのは困難な場合がある。当然ながら、いくつかの燃焼器１６０からの燃焼生成物１７２は、混合して共通センサによって検出される場合がある。しかし、燃焼器１６０は、共通領域（例えば、タービンセクション１５６）内の異なる円周方向位置で排気するので、異なる燃焼器１６０からの燃焼生成物１７２は、各センサの応答を等しく生じさせることはできない。例えば、第１のタービン負荷で、第１の燃焼器２６２からの燃焼生成物１７２は、第３の燃焼器２６６によって生成される燃焼生成物１７２と比べて第１のタービン段３１４で第１のセンサ３８２の応答により大きく寄与することができ、これは、燃焼生成物１７２を第１のセンサ３８２から離して旋回させる旋回角度３９０を有することができる。
【００９９】
従って、制御システム１００は、センサ位置、旋回角度、及び各燃焼器１６０の間のこの関係を利用して、各燃焼器１６０によって生成される燃焼生成物１７２を監視することができる。例えば、システム診断３７６は、マッピング３９２を実施するためのルーチンを含むことができ、ここで燃焼器１６０の各々の位置は、特定のセンサ又はセンサアレイ位置に相関付けられる。燃焼器／センサマッピング３９２は、他のパラメータの中でも燃焼器１６０及びセンサ／センサアレイの位置、センサのタイプ、感知パラメータ、及びタービン負荷を考慮に入れることができる。
【０１００】
上述のような特定の状況において及び異なる負荷にて、旋回角度は、燃焼器１６０でしか分からない。従って、燃焼器１６０は同じ燃焼パラメータ（例えば、同じ燃焼当量比）で全てほぼ作動しているので、特定のセンサ３０６を特定の燃焼器１６０に相関付けることは困難な場合がある。本実施形態に従って、制御システム１００は、燃焼制御部３７４を利用して特定の燃焼器１６０の作動パラメータを調節し、どのセンサ３０６がパラメータ調節を示す応答を生成するか識別することができる。
【０１０１】
例えば、第１の燃焼器１６０をセンサ３０６のうちの１又は２以上にマッピングするために、制御システム１００は第１の燃焼器３０６への燃料７０の流れを調節することができ（他の燃焼器１６０への燃料流を実質的に同じに保持しながら）、センサ３０６の応答を監視して、どのセンサが調節された燃料対酸化剤比を示す応答を生成するかを判断することができる。実施例として、燃料７０の流れは、第１の燃焼器２６２まで増加することができ、第１のタービン段３１４における第３のセンサ３８８は、調節を示すことができる（燃焼生成物１７２中の予想よりも高い燃料対酸化剤比を示すフィードバックにより）。
【０１０２】
第１の燃焼器２６２の放熱のような他のパラメータに対して、同様の調節を実施することができる。例えば、両燃料７０及び酸化剤６８の流れは、第１の燃焼器２６２まで増加させることができる。これは、必ずしも燃料対酸化剤比の変化をもたらすとは限らないが、それは、第１の燃焼器２６２中の燃焼量の増加をもたらすことができ、第１の燃焼器２６２は、第１の燃焼器２６２によって放出される燃焼生成物１７２を調節が行われる前よりも熱くなるようにする。この温度変化を示すセンサ３０６のいずれかを、第１の燃焼器２６２に相関付ける（マッピングする）ことができる。上述したように、温度マッピングは、必ずしも構成マッピング（すなわち、燃焼ガス組成に基づくマッピング）のものと同じであるとは限らない。このプロセスは、燃焼器１６０の全てが異なる負荷でマッピングされるまで、異なる負荷で及び異なる燃焼器１６０に対して繰り返すことができる。換言すると、マッピングプロセスは、各タービン負荷で特定のセンサ３０６を特定の燃焼器１６０に相関付ける一連の燃焼器／センサマップを生成する。
【０１０３】
作動パラメータの他の変化は、現在マッピング目的のために企図されている。例えば、希釈組成物を特定の燃焼器に対して調節し、どのセンサ３０６又はグループのセンサ３０６が変化を示す応答を生成するかを判断することができる。非限定的な実施例として、希釈剤の変化は、水、窒素、蒸気、又は同様のものなどの成分の濃度（例えば、分圧）の増加を含むことができる。次いで、この変化を示すセンサ３０６は、調節された燃焼器１６０に戻って相関付けることができる。
【０１０４】
制御システム１００は、診断ルーチンを定期的に実施して、センサシステム３０４によって生成されるフィードバックを正確にマッピングすることを検証することができる。このようなルーチンにおいて、制御システム１００は、上述のように同様の調節を実施することができ、そのように生成されるフィードバックを既存の燃焼器／センサマップと比較することができる。これらのような比較は、故障検出方式３９４を用いて実施することができ、ここで比較の一定の成果は、燃焼器セクション１５４、センサシステム３０４、又はＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２の他のセクション又はシステムの特定の故障を示す場合がある。
【０１０５】
故障検出のために行われる比較は、限定ではないが、予めマッピングされた位置（例えば、既存の燃焼器／センサマップから）の新しい位置のフィードバックとの比較、遅延時間と呼ばれる燃焼パラメータの調節とセンサ検出との間の時間と前の遅延時間との比較、とりわけ、測定された燃料対酸化剤比の前の燃料対酸化剤比との比較を含むことができる。比較に基づいて、故障検出方式３９４は、潜在的なシステム故障の識別を可能にすることができる。制御システム１００によって自動的に故障を補正／取り組むことができる（例えば、特定の燃焼器１６０に対して異なるセンサ３０６を用いるバルブ調節による）実施形態において、制御システム１００は、自動的に故障補正方式３９６を実施することができる。制御システム１００によって実施することができる例示の故障表示及び補正は、図９に対して以下でより詳細に検討される。
【０１０６】
図７は、定常状態作動中に、又はＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２を作動させるいずれかの他の期間中に制御システム１００が始動で実施することができる方法４００を示すプロセスフローチャートである。特に、本方法４００は、制御システム１００によって実施することができる全体的なプロセスフローを表し、ここで制御システム１００は、燃焼器に対するセンサ応答をマッピングし、必要に応じて定期的診断を実施する。非限定的な実施例として、本方法４００は、負荷制御部、組合せ制御部、及び上で検討したシステム診断方式３７２、３７４、３７６で実施する段のいずれか１つ又は組合せに対応することができる。
【０１０７】
本方法４００は、センサ（例えば、単一センサ３０６又はセンサ３０６のアレイ）のうちの１又は２以上からのフィードバックを燃焼器セクション１５４作動にマッピングする段階（ブロック４０２）を含む。図８を参照して以下で詳細に検討するように、ブロック４０２によるマッピングプロセスは、各燃焼器１０６の作動を個々に調節する時に、各燃焼器１６０へのセンサ応答の相関付けを含むことができる。
【０１０８】
ブロック４０２の段の前、中、又は後に、本方法４００は、例えば、定常状態で又はＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２にかかる負荷を調節できるようにＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２を作動させる段階（４０４）を含む。例えば、ＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２は、配電網からの（例えば、当局の）電気出力需要に基づいて、原油二次回収用途からの排気ガスの需要に基づいて、又はこれら及び他のこのような用途のいずれかの組合せでロード又はアンロードすることができる。例えば、ＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２をグリッドに同期させる実施形態において、システム５２は、グリッドが一定のレベル未満に「下がる」ときロードすることができる（例えば、ＧＴシステム５２にかかる負荷は増加する場合がある）。
【０１０９】
制御システム１００は、例えば、定期的に又はセンサフィードバックの結果として、システム１００が診断ルーチン（例えば、システム診断方式３７６）を実施するべきか否かを判断することができる（クエリ４０６）。例えば、制御システム１００は、１又は２以上のセンサ３０６からのフィードバックに基づいて、排気ガス６６が、所定の仕様書内にない（例えば、望ましい燃料対酸化剤比の範囲外にあり又は望ましい温度及び／又は圧力にない）と判断することができる。別の実施例として、制御システム１００は、１日１回、週に１回、１月に１回、又はいずれかの他の間隔などの規則的間隔で診断を実施することができる。
【０１１０】
制御システム１００が診断の必要がないと判断する実施形態において、本方法４００は、ブロック４０４によりＳＥＧＲ  ＧＴシステムの作動を続ける。他の実施形態において、制御システム１００は、１又は２以上の診断ルーチンを実施すべきと判断することができる。このような実施形態において、本方法４００は、燃焼器システム診断の実施（ブロック４０８）に進むことができる。
【０１１１】
本実施形態に従って及び以下で詳細に検討するように、燃焼器システム診断は、燃焼器１６０のうちの１つの作動を個々に摂動することを含むことができるが、残りの燃焼器１６０は、作動の比較的定常状態（例えば、一定の燃焼当量比）に保持される。制御システム１００は、どのセンサがこの変化を検出するかを監視することができ、この監視の結果として特定のタイプのフィードバックを提供することができる（例えば、ユーザに）。例えば、制御システム１００は、調節された特定の燃焼器が適切に働いているか否か及び／又は燃焼器１６０に予めマッピングされたセンサが依然として適切であるかに関してユーザにフィードバックを又はその後のコンピュータ実施アルゴリズムへの入力としてのフィードバックを提供することができる。ブロック４０８の段は、燃焼器セクション１５４において燃焼器１６０の１つ、一部、又は全てに対して同じ又は同様の機能を実施することができる。更に、ブロック４０８に従って行われる燃焼器システム診断は、本明細書に開示する燃焼器診断に限定されない。当然ながら、ブロック４０８に従って行われる診断は、他のルーチンに加えて本明細書で説明する燃焼器診断ルーチンを含むことができる。
【０１１２】
診断ルーチン中に生成される種々の指示に応答して、本方法４００はまた、必要に応じて補正アクションを実施する段階（ブロック４１０）を含むことができる。例えば、制御システム１００は、燃焼器１６０が所与の規格外のパラメータを有する燃焼生成物１７２を生成する場合、特定の燃焼器１６０への燃料流及び／又は酸化剤流を調節することができ、又は制御システム１００は、フィードバックが燃焼器関連故障が存在することを示す場合、燃焼器１６０のうちの１又は２以上が作動するのを停止することができる。制御システム１００はまた、燃焼器セクション１５４がサービスを必要とするユーザにフィードバックを提供することができる。
【０１１３】
同様に、１又は２以上のセンサ３０６が適切に応答していない場合、制御システム１００は、非作動又は規格外センサを用いて中止することができ、又はセンサ応答に応じて特定の燃焼器に対する１又は２以上のセンサの相関関係を調節することができる。制御システム１００はまた、センサ３０６のうちの１又は２以上を交換する必要があることをユーザに指示することができる。
【０１１４】
上述のように、制御システム１００は、１又は２以上の燃焼器／センサマッピング方式３９２を実施して、例えば、診断を実施することができる各タービン負荷に対して燃焼器／センサマップを生成することができる。２〜１０００の区分的変化、５〜５００の区分的変化、１０〜１００の区分的変化などのような負荷のあらゆる数の区分的変化に対しても、マッピングを実施することができる。図８は、１又は２以上の燃焼器／センサマップを生成するための燃焼器／センサマッピング法４２０を示すプロセスフロー図である。
【０１１５】
図示の実施形態において、本方法４２０は、複数の入力を制御システム１００に、詳細には本方法４２０を実施する１又は２以上のコンピュータ実施プログラム／用途に提供する段階（ブロック４２２）を含む。複数の入力は、タービンセクション１５６（又は他の領域）内にそれぞれの位置、サイズ、タイプのセンサアレイを含むことができる。入力はまた、燃料分析システム２８８から生成されるフィードバック（例えば、燃料流内の各燃料成分の相対濃度（例えば、分圧））と、試験すべきタービン負荷ポイント（例えば、一連のタービン負荷ポイントでマップを生成するために）と、酸化剤流情報（例えば、流量、圧力、酸化剤組成情報）と、同様の情報とを含むことができる。１つの実施形態において、信頼できないフィードバックを生成させる可能性がある燃焼プロセスに対する摂動を回避するように、燃料供給を安定させることが望ましい場合がある。
【０１１６】
制御システム１００がブロック４２２により入力を集め／受け取った状態で、本方法４２０は、燃焼の定常状態（例えば、全ての燃焼器に対する一定の燃焼当量比、一定のタービン負荷ポイント）でＳＥＧＲ  ＧＴシステムを作動させる段階（ブロック４２４）を含む。当然ながら、本方法４２０のその後の段階で燃焼器／センサ相関関係に対して計算して使用される旋回角度及び他の流れ関連パラメータの変化を回避するために、このようにしてＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２を作動させることが望ましい場合がある。
【０１１７】
本方法４２０はまた、センサアレイ温度が指定範囲内であることを検証する段階（ブロック４２６）を含むことができる。当然ながら、センサ応答は、少なくとも部分的には、これらの作動温度に依存する場合があるので、センサ３０６の温度が実質的に不変のままであることを保証することが望ましい場合がある。センサ温度は、直接測定することができ（例えば、熱電対、サーミスタを介して）、又は制御システム１００は、センサ３０６の温度を維持するために使用する熱交換流体のデューティサイクルのようなこれらの温度（又は少なくともこれらの温度が一定であること）を示すフィードバックを監視することができる。
【０１１８】
ＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２が定常状態で作動している状態で、燃焼器セクション１６０の燃焼器１６０のうちの１つに対する摂動のようなシステムに対する摂動は、特定の燃焼器１６０に戻って検出して相関付けることができる。従って、本方法４２０は、１又は２以上のセンサ３０６の応答の変化が得られるまで、燃焼器１６０のうちの１つ（燃焼器「缶」と呼ばれる場合がある）のパラメータを調節する段階（ブロック４２８）を含む。検討の目的のために、これは、燃焼器１６０のいずれかの特定の１つを示す「Ｎ」を付した燃焼器缶「Ｎ」の作動パラメータの調節を指す。以下で検討するように特定の１つの燃焼器１６０を調節した後、本方法４２０は、燃焼器「Ｎ＋１」、すなわち、次の燃焼器１６０に移動すると本明細書では説明するステップを実施する段階に進む。
【０１１９】
調節することができる作動パラメータは、燃料流又は酸化剤流に限定されない。むしろ、調節する時に、燃焼生成物１７２中の検出可能な変化（例えば、これらのそれぞれの温度、圧力、流量制限、組成の変化）をもたらす可能性があるいずれの作動パラメータも、ブロック４２８に従って調節することができる。例えば、燃焼器１６０の燃料流、酸化剤流、排気ガス希釈流、他の希釈流（例えば、蒸気注入、水注入、窒素注入）、焼成温度、着火率、及び他のものを調節することができる。
【０１２０】
１又は２以上のセンサ３０６の応答は、記録することができる（ブロック４３０）。例えば、センサ３０６の出力（例えば、測定された燃料対酸化剤比、温度、圧力）、並びに作動パラメータを調節した時間と３０６によって変化をセンサ検出した時間の間の時間遅延を記録することができる。
【０１２１】
次いで、燃焼器缶「Ｎ」に戻って応答を相関付ける（ブロック４３２）。例えば、変化を検出したセンサ３０６の位置は、燃焼器缶「Ｎ」の位置に戻って相関付けて特定のタービン負荷ポイントにて旋回角度（例えば、旋回角度３８４）を生成することができる。時間遅延（又は「輸送遅延」）はまた、特定の燃焼器１６０及びセンサに相関付けることができる。
【０１２２】
ブロック４３０及び４３２の段中又は後に、制御システム１００は、燃焼器缶「Ｎ」を残りのタービン燃焼器１６０と同様の作動状態（例えば、ブロック４２４における燃焼パラメータ）に戻すことができる（ブロック４３４）。制御システム１００はまた、マッピングプロセスが終了したか否かを判断することができる（クエリ３２６）。例えば、制御システム１００は、望ましい数の燃焼器１６０が、それぞれのセンサ／センサアレイにマッピングされているか否か、及び／又は燃焼器／センサマップが、望ましいタービン負荷ポイント（例えば、８０％負荷、９０％負荷、１００％負荷）に対して生成されているか否かを判断することができる。
【０１２３】
マッピングが終了していない実施形態において、本方法４２０は、燃焼器セクション１５４の燃焼器缶「Ｎ＋１」、すなわち、次の燃焼器１６０（又はセクションのいずれかの他の燃焼器１６０）に移動することができる（ブロック４３８）。例えば、燃焼器缶「Ｎ＋１」が第１の燃焼器２６２である実施形態において、本方法４２０は、ブロック４３８において第２の燃焼器２６４、又は第３の燃焼器２６６、第４の燃焼器３５３、又はいずれかの他の燃焼器１６０に進むことができる。
【０１２４】
所与のタービン負荷ポイントの終了又は全てのタービン負荷ポイントの終了などのマッピングが終了している実施形態において、本方法４２０は、燃焼プロセスを監視するための燃焼器／センサマップの使用（ブロック４４０）に進む。図９に対して以下で検討するように、これらのマップを利用して、定期的に（例えば、スケジュール通り又は特定のフィードバックの結果として）燃焼器セクション１５４及び／又はセンサシステム３０４に関する潜在的な問題を監視して診断することができる。
【０１２５】
図９は、タービンセクション１５４及びセンサシステム３０４で診断を実施する方法４５０の実施形態を示すプロセスフローチャートを示す。図示のように、本方法４５０は、図８の本方法４２０に対して上述したプロセスの多くを含み、制御システム１００に適切な入力を提供する（ブロック４２２）段階と、定常状態（例えば、わずか０％〜５％だけ変化する燃焼の当量比内など実質的に定常状態）でＳＥＧＲ  ＧＴシステム５２を作動させる（ブロック４２４）段階と、センサ温度を検証する（ブロック４２６）段階と、燃焼器缶「Ｎ」のパラメータを調節する（ブロック４２８）段階と、変化したセンサ応答のパラメータを記録する（ブロック４３０）段階とを含む。
【０１２６】
本方法４５０において、センサ応答が特定の燃焼器調節に対して記録されると、制御システム１００は、新たに記録されたセンサ応答を応答に対して「予想値」と呼ばれる特定のタービン負荷ポイントに対して燃焼器／センサマップを生成するのに用いる古いセンサ応答と比較する（ブロック４５２）。例えば、制御システム１００は、新たに記録された輸送遅延を予想輸送遅延と、新たに記録された燃料対酸化剤比を予想燃料対酸化剤比と、新たに記録されたセンサ位置を予想センサ位置と比較することができる等々である。複数のセンサが応答する状況において、センサグループ化に基づいて、センサのグループの個々のセンサに基づいて、又はそのいずれかの組合せで同様の比較を実施することができる。更に、制御システム１００はまた、センサ応答がセンサのグループのうちの全てのセンサにわたって均一であるか否かを判断することができる。このような検出は、制御システム１００が燃焼器診断を行えるようにすると同時に、個々のセンサに関する潜在的な問題を識別する。図６に対して上述したように、このような比較は、システム診断方式３７６、特に故障検出３９４を含むルーチンによって実施することができる。
【０１２７】
制御システム１００は、比較に基づいて、新たに記録されたセンサ応答が予想した通り（例えば、所定の予想値の公差内）であるかを判断することができる（クエリ４５４）。パラメータが予想した通りではない実施形態においては、本方法４５０は、潜在的な故障状態を表示し（ブロック４５６）及び／又は必要に応じて補正アクションを実施する段階に進む。この場合も同様に、予想値からの逸脱の特定の性質は、潜在的な故障の性質と潜在的な故障をセンサ３０６及び／又はタービン燃焼器１６０の状態の診断に対して補正することができる方式とに関してフィードバックを提供することができる。以下で示すように、表３は、システム診断３７６及び得られる潜在的故障補正によって行われる比較に基づく故障表示の一部の非限定的な実施例を示す。
【０１２８】
（表３）
0006568852.tif 000004
【０１２９】
表３で上記示したように、ブロック４５２に従って行われた比較の一定の成果は、潜在的な故障を示す時に、制御システム１００によって行われている種々の指示をもたらすことができる。例えば、指示は、ユーザが知覚できる（例えば、聴覚、視覚、触覚）ものとすることができ、又はその後のルーチンへの入力として（例えば、故障補正３９６に）提供することができ、又はその組合せとすることができる。上記示したように、燃料対酸化剤比は、「センサＬ」として上記に挙げた単一センサ（例えば、所定の予想値の公差内）に対して予想通りでない比較パラメータであり、制御システム１００は、センサの能力又は応答のシフトが存在していたという表示を提供することができる。このような比較は、一部の実施形態において、センサの作動の長期にわたる予想シフトを考慮に入れる（例えば、センサがゆっくり劣化される時）。当然ながら、シフトに基づいて、制御システム１００は、センサの劣化レベルを決定することができる。このような場合には、制御システム１００は、燃焼器缶「Ｎ」に関連して読むための故障センサに隣接して位置決めされたセンサを自動的に利用することができる。
【０１３０】
他方、いくつかのセンサが燃料対酸化剤比測定に対して予想通り応答していない状況において、制御システム１００は、複数のセンサ故障が存在し、及び／又は故障／破壊シールからの潜在的な空気漏洩のような燃焼器缶「Ｎ」に潜在的な故障が存在し、又は特定の燃焼器のパラメータが簡単に変化したという表示を提供することができる。このような実施形態において、制御システム１００は、燃焼器缶「Ｎ」の作動を停止することができ、又は燃焼器セクション１５４／センサシステム３０４がサービスを必要としている場合があることをオペレータに指示することができる。他の実施形態において、制御システム１００は、将来サービスを予約することができる（例えば、サービスデータベース内に）。更に別の実施形態において、燃焼器の作動は、比較の結果により調節することができる。
【０１３１】
一定のタイプのセンサは、これらが劣化するとき（例えば、故障直前に）遅延の増加を示し、輸送遅延がセンサ「Ｌ」の上限規格（ＵＳＬ）を超えている時に、制御システム１００は、センサ「Ｌ」が劣化状態にあることを指示することができる。当然ながら、輸送遅延は、センサの特定の劣化レベルに相関付けることができる。ＵＳＬがセンサ「Ｌ」を超えている実施形態において、制御システム１００は、燃焼器缶「Ｎ」に関する燃料対酸化剤比を決定するために隣接するセンサを使用することができる。
【０１３２】
複数のセンサの輸送遅延がこれらのそれぞれのＵＳＬを超えている場合、制御システム１００は、複数の劣化センサが存在し、及び／又は潜在的な燃焼器故障が存在するという表示を提供することができる。このような実施形態において、制御システム１００は、燃焼器缶「Ｎ」の作動を停止することができ、又は燃焼器セクション１５４／センサシステム３０４がサービスを必要としている場合があることをオペレータに指示することができる。
【０１３３】
表３に示す別の実施例として、応答センサの位置は、予想位置ではない場合がある。換言すると、応答が予想されたマッピングセンサは、応答を示すセンサに対応することはできない。このような実施形態において、制御システム１００は、特定のタービン負荷ポイントにおける燃焼器缶「Ｎ」の旋回情報（例えば、旋回角度）が不正確であるという表示を提供する場合があり、タービン負荷ポイントにおける燃焼器缶「Ｎ」に関連する旋回情報の補正を適用することによって補正アクションを取ることができる。
【０１３４】
上記提供した実施例は、例示に過ぎないことが意図され、制御システム１００によって監視して調節されるパラメータの範囲を限定することを意図するものではない点に注目すべきである。当然ながら、燃焼器作動に関するあらゆる数のパラメータは、本実施形態により監視、調節、診断、又は補正することができ、或いはそのいずれかの組合せとすることができる。
【０１３５】
パラメータの全てが予想通り又は予想値の公差内にある実施形態において（クエリ４５４に「イエス」の答え）、本方法４５０は、次の燃焼器缶、すなわち、方法４２０に対して上述したような燃焼器缶「Ｎ＋１」の調節に進む。換言すると、燃焼器缶「Ｎ」を診断した後、本方法４５０は、次の燃焼器缶（缶「Ｎ＋１」）を調節する段階と、燃焼器缶「Ｎ＋１」の調節に関連付けられたセンサ応答を燃焼器／センサマップを生成したときに決定されたような燃焼器缶「Ｎ＋１」の予想値と比較する段階とに進む。当然ながら、本方法４５０は、適切なだけ及び必要に応じて燃焼器セクション１５４の多くの燃焼器１６０に対して繰り返すことができる。
【０１３６】
上記検討した燃焼器及びセンサ診断を実施する本手法は、特定のタイプのセンサ、特に特定のタイプの酸素センサの使用から利益を得ることができる点は注目すべきである。例えば、上述したように、特定の実施形態において、ガスタービンシステム１５０は、０．９５〜１．０５に及ぶ当量比におけるような量論的燃焼条件の下で作動することができる。
【０１３７】
図６に対して上述したように、ガスタービンシステム１５０が、量論的燃焼条件下で作動している時に、センサ３０６を狭帯域酸素センサとは対照的に広帯域酸素センサにすることが望ましい場合がある。これは、図１０のグラフを参照して更に認識することができる。特に、図１０は、広帯域酸素センサ応答曲線４６２（例えば、ＵＥＧＯセンサ）及び狭帯域酸素センサ応答曲線４６４（例えば、ＨＥＧＯセンサ）の例示的複合プロット４６０である。応答曲線４６２、４６４は、ラムダ４６８（空気−燃料比）の関数のような応答４６６としてプロットされ、これは当量比又はファイの逆数である。従って、ラムダは、実際の酸化剤／燃料比の比率に対する量論的酸化剤／燃料比の比率である。このようにして、１．０よりも大きいラムダは、燃料及び酸化剤の燃料希薄燃焼をもたらすのに対して、１．０未満のラムダは、燃料及び酸化剤の燃料リッチ燃焼をもたらす。対照的に、１．０のラムダは、燃料リッチでもなければ燃料希薄でもない燃焼をもたらし、これにより燃焼反応中の燃料及び酸化剤の全てを実質的に消費する。曲線４６２、４６４は、検討を促すために提示された実施例に過ぎず、本開示の範囲を限定することを意図するものではない点は注目すべきである。
【０１３８】
広帯域タイプ酸素センサにおいて、電子回路は、拡散ギャップ内又はそれに近いガスの組成が約１のラムダで一定のままであるように酸素ポンプセルによりポンプ流量を制御する。これは、ネルンストセルによって測定される。広帯域センサの作動に対して、広帯域センサによって感知されている燃焼生成物１７０が酸素希薄である場合、広帯域センサの酸素ポンプセルを活性化して酸素をセンサの拡散ギャップから送り出す。燃焼生成物１７０が酸素リッチである場合、セルが酸素を拡散ギャップに送り込むように流れの方向を逆にする。ポンプとの間の流れは、燃焼生成物１７０の酸素濃度に比例している。従って、広帯域センサの応答は、典型的には、電流のレベルとして提供され、これは、一般にミリアンペアで測定される。
【０１３９】
図１０に示すように、１よりも大きい（例えば、正の）ラムダの値に対しては、広帯域酸素センサ応答曲線４６２のポンピング電流はゼロよりも大きく、１未満のラムダ値に対しては、広帯域酸素センサ応答曲線４６２のポンピング電流はゼロ未満（例えば、負）である。更に、広帯域酸素センサ応答曲線４６２は、広範囲のラムダ値にわたって延び、ここでポンピング電流の応答は、広帯域酸素センサ応答曲線４６２がポンピング電流の負から正の領域に移動するように漸次的である。従って、ラムダの値の小さな変化は、広帯域酸素センサのポンピング電流の値の比較的小さな変化をもたらす場合がある。
【０１４０】
対照的に、ＨＥＧＯセンサのような狭帯域酸素センサは、約１のラムダの値に近いポンピング電流の迅速又は大きな変化を示すことができる。当然ながら、図１０に示したように、狭帯域酸素センサ応答曲線４６４は、１の領域近接ラムダ値の階段関数（量論的作動）と同様である。本実施形態の文脈において、ラムダの値は、制御システム１００によって用いられてガスタービンエンジン１５０の量論的作動を維持することができるので、広帯域酸素センサは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の制御を可能にするのにより適している場合がある。当然ながら、広帯域酸素センサ（例えば、ＵＥＧＯセンサ）は、酸素濃度のより正確な値を提供することができるが、狭帯域酸素センサを使用して、特定の濃度で酸素の有無を指示することができるに過ぎない。
【０１４１】
更に、本手法の文脈において、広範囲のラムダ値にわたる比較的漸次的な応答は、診断中により高度の情報を得ることを可能にすることができる。例えば、広帯域酸素センサの応答は、狭帯域酸素センサよりも正確な場合があるので（特に、量論的条件にて又はこの条件のあたりで）、本開示の診断ルーチンは、それに追加して、シール漏れの程度のようなセンサ劣化の程度又は何らかの他のシステム故障の程度に関するデータを提供することができる。従って、上述の方法のいずれにおいても、診断ルーチンはまた、潜在的な故障状態の存在の指示に加えて、潜在的な故障状態の程度を指示することができ、潜在的な故障状態の程度に基づいて特定の決定を実行し、特定のタイプの制御を行い又は補正アクションを取ることができる。
【０１４２】
例えば、診断ルーチンの経過中に、制御システム１００がセンサ３０６のうちの１つに潜在的な故障が存在すると判断する場合、制御システム１００はまた、どの程度までセンサのそれぞれの応答が不正確であるかを判断することができる（例えば、燃焼生成物１７０のパラメータの変化も検出する他のセンサ３０６の平均応答からの標準偏差のような偏差を計算することによって）。平均からの偏差（又は他のタイプの偏差）は、センサ３０６を交換すべきか、又はセンサ３０６を依然として特定の時間量にわたって使用することができるか否かを判断することができる。燃料及び／又は酸化剤供給ライン内のシール、タービン燃焼器セクション１５４内のシール、及び同様のものなどの他のシステム構成要素に対して同様のタイプの判断を実施することができる。
【０１４３】
上述の理由のために広帯域酸素センサの使用が望ましい場合があるが、本開示はまた、本明細書で説明するルーチンを実施する上で狭帯域酸素センサの使用も包含する点は注目すべきである。従って、センサ３０６が酸素センサである実施形態において、センサ３０６は、全て広帯域センサ（例えば、ＵＥＧＯセンサ）にすることができ、全て狭帯域センサ（例えば、ＨＥＧＯセンサ）にすることができ、又は広帯域と狭帯域センサのあらゆる組合せ（例えば、ＵＥＧＯセンサのみの領域、ＨＥＧＯセンサのみの領域、ＨＥＧＯセンサと対形成したＵＥＧＯセンサを有する領域）とすることができる。
【０１４４】
補足説明
上述のように、本発明の実施形態は、ガスタービンシステムのタービン燃焼器セクション上で診断を実施するためのシステム及び方法を提供するものである。上記で記載された特徴の何れか又はその組合せは、好適なあらゆる組合せで利用することができる点に留意されたい。当然ながら、このような組合せの全ての並び換えも本発明において企図される。例証として、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。
【０１４５】
実施形態１．燃料／酸化剤混合気を燃焼させて燃焼生成物を生成するように各々が構成された複数のタービン燃焼器を含むタービン燃焼システムと、タービン燃焼システムによって生成される燃焼生成物によって駆動されるタービンと、タービン燃焼システムの下流に位置決めされ、燃焼生成物の１又は２以上のパラメータを監視するように構成された複数のセンサと、タービン燃焼システム診断ルーチンを実施するように、プロセッサによって実行可能な１又は２以上の組の命令を集合的に格納する１又は２以上の非一時的機械可読媒体を含む制御システムとを含み、診断ルーチンが、第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物を変化させるように、複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節する段階と、燃焼生成物の変化を検出する複数のセンサの１又は２以上の第１のセンサのそれぞれのセンサ応答を識別する段階と、それぞれのセンサ応答を第１のタービン燃焼器と相関付ける段階と、それぞれのセンサ応答に基づいて、１又は２以上の第１のセンサ、第１のタービン燃焼器、又はその組合せの状態を診断する段階とを含むガスタービンシステムを含むシステム。
【０１４６】
実施形態２．タービン燃焼システム診断ルーチンが、状態を診断するためにそれぞれのセンサ応答を予想センサ応答と比較する段階を含み、制御システムが、それぞれのセンサ応答及び予想センサ応答のうちの少なくとも１つが互いに所定の公差内にない場合に、補正アクションを実行し、ユーザ知覚可能表示を提供し、又はその組合せである実施形態１のシステム。
【０１４７】
実施形態３．複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節する段階が、予想センサ応答が特定の燃料／酸化剤比を示すように、燃料レベルトリムバルブを調節することによって第１のタービン燃焼器内の燃料／酸化剤比を調節する段階を含み、１又は２以上の第１のセンサのうちの単一センサの第１のセンサ応答が、特定の燃料／酸化剤比の所定の公差内にない時に、制御システムが、単一センサに隣接している１又は２以上の第１のセンサのセンサを使用して燃料／酸化剤比を監視し、単一センサの故障表示を提供し、又はその組合せである実施形態１又は２のシステム。
【０１４８】
実施形態４．複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節する段階が、予想センサ応答が特定の燃料／酸化剤比を示すように、燃料レベルトリムバルブを調節することによって第１のタービン燃焼器内の燃料／酸化剤比を調節する段階を含み、１又は２以上の第１のセンサの全てのそれぞれのセンサ応答が、特定の燃料／酸化剤比の所定の公差内にない時に、制御システムが、複数のセンサの故障表示を提供し、第１のタービン燃焼器の故障表示を提供し、第１のタービン燃焼器の作動を調節し、又はそのいずれかの組合せであるいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１４９】
実施形態５．それぞれのセンサ応答を予想センサ応答と比較する段階が、それぞれのセンサ応答を有すると予想されるセンサの予想センサ位置と、それぞれのセンサ応答を有する１又は２以上の第１のセンサの実際のそれぞれの位置とを比較する段階を含み、制御回路が、実際の位置及び予想位置が同じでない時に、それぞれのセンサ応答を有するセンサの実際の位置を使用するいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５０】
実施形態６．タービン燃焼システム診断ルーチンが、第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物の旋回角度情報を生成するために１又は２以上の第１のセンサの実際の位置を使用する段階と、第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物の予想旋回角度情報と生成された旋回角度情報を比較する段階とを含み、生成された旋回角度情報が、現在の旋回角度が予想旋回角度の所定の公差内にないことを指示する時に、制御システムが、予想旋回角度の適合不良を診断して生成された旋回角度情報を用いて予想旋回角度を更新するいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５１】
実施形態７．それぞれのセンサ応答を予想センサ応答と比較する段階が、予想遅延時間と１又は２以上の第１のセンサの第１の遅延時間を比較する段階を含み、遅延時間が、作動パラメータの調節が行われる時間とそれぞれのセンサ応答が発生する時間の間に遅延を含み、予想遅延時間が、作動パラメータの調節が行われる時間とそれぞれのセンサ応答が発生する時間の間の予想遅延を含むいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５２】
実施形態８．１又は２以上の第１のセンサのうちの単一センサの遅延時間が、予想遅延時間の所定の公差内にない時に、制御システムが、単一センサの劣化状態を診断し、隣接するセンサを利用して第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物の１又は２以上のパラメータを監視するいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５３】
実施形態９．１又は２以上の第１のセンサのうちの少なくとも１つのセンサが、予想センサ応答の所定の公差内にない応答を有する時に、制御システムが、少なくとも１つのセンサが劣化状態であるという表示を提供し、制御システムが、少なくとも１つのセンサに隣接しているセンサを使用して燃焼生成物の１又は２以上のパラメータを監視するいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５４】
実施形態１０．１又は２以上の第１のセンサの所定のパーセンテージが、予想センサ応答の所定の公差内にない応答を有する時に、制御システムが、タービン燃焼器故障表示、燃料供給故障表示、酸化剤供給故障表示、又はそのいずれかの組合せを提供するいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５５】
実施形態１１．第１のセンサ応答が予想応答の所定の公差内である時に、タービン燃焼器診断ルーチンが、第１のタービン燃焼器の作動を通常作動に再調節し、複数のタービン燃焼器のうちの第２のタービン燃焼器の試験を開始するいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５６】
実施形態１２．通常作動が、排気ガス希釈剤の存在下の所定の当量比で燃料／酸化剤混合気の燃焼を含むいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５７】
実施形態１３．所定の当量比が、約０．９５と１．０５の間にあり、複数のセンサのうちの１つのセンサが、広帯域酸素センサであるいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５８】
実施形態１４．タービンによって駆動され、燃焼生成物からタービンによって生成された排気ガスを圧縮し、圧縮排気ガスを排気ガス希釈剤としてタービン燃焼システムに供給するように構成された排気ガス圧縮機を含むいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１５９】
実施形態１５．排気ガスを排気ガス再循環経路に沿ってタービンから排気ガス圧縮機に再循環させるように構成された排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを含むいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１６０】
実施形態１６．燃焼の実質的に定常状態で複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器を作動させる段と、第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物を変化させるように第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節する段と、タービン燃焼器に流体的に結合されたタービン内又はタービンから下流に配置された複数のセンサの第１の部分集合の第１のセンサ応答を識別する段であって、第１のセンサ応答が、燃焼生成物の変化を示し、第１の部分集合が、１又は２以上の第１のセンサを含む上記識別する段と、センサの第１の部分集合を第１のタービン燃焼器と相関付けする段と、第１のセンサ応答に基づいて、複数のセンサの第１の部分集合、第１のタービン燃焼器、又はその組合せの状態を診断する段とを含むタービン燃焼器診断ルーチンを実施する段階を含む方法。
【０１６１】
実施形態１７．第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節する段階が、燃焼温度を変化させるように、第１のタービン燃焼器への圧縮排気ガス希釈剤の流れを調節する段階を含む実施形態１６の方法。
【０１６２】
実施形態１８．第１のタービン燃焼器の作動パラメータを調節する段階が、第１のタービン燃焼器の燃焼当量比を変化させるように第１のタービン燃焼器への燃料の流れ、又は第１のタービン燃焼器への酸化剤の流れ、又はその組合せを調節する段階を含む実施形態１６又は１７の方法。
【０１６３】
実施形態１９．センサの第１の部分集合が、第１のタービン燃焼器に相関付けられたセンサの予想部分集合に対応するか否かを判断する段階を含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１６４】
実施形態２０．センサの予想部分集合とセンサの第１の部分集合が適合しない場合、センサの予想部分集合を脱相関する段階を含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１６５】
実施形態２１．センサの予想部分集合とセンサの第１の部分集合が適合しない場合、第１のタービン燃焼器に相関付けられた旋回角度情報を更新する段階を含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１６６】
実施形態２２．第１のセンサ応答が、予想センサ応答の所定の公差内であるか否かを判断する段階を含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１６７】
実施形態２３．第１のセンサ応答が、第１の燃焼当量比を示し、予想センサ応答が、第２の燃焼当量比を示し、第１及び第２の燃焼当量比が、所定の公差内で適合しない時に、燃料対酸化剤比シフトの表示を提供する段階を含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１６８】
実施形態２４．第１及び第２の燃焼当量比が所定の公差内で適合するまで、第１のタービン燃焼器の作動パラメータ、追加の作動パラメータ、又はその組合せを調節する段階を含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１６９】
実施形態２５．第１のセンサ応答が予想センサ応答の所定の公差内である時に、タービン燃焼器診断ルーチンが、第１のタービン燃焼器の作動を実質的に定常状態の燃焼に再調節し、複数のタービン燃焼器のうちの第２のタービン燃焼器の試験を開始するいずれかの上記実施形態の方法。
【０１７０】
実施形態２６．第１のセンサ応答を識別する段階が、作動パラメータの調節と第１のセンサ応答との間の第１の時間遅延を識別する段階を含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１７１】
実施形態２７．第１の時間遅延が所定の時間遅延範囲内であるか否かを判断する段階と、第１の時間遅延が所定の時間遅延範囲内にない時に、センサ故障表示を提供する段階とを含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１７２】
実施形態２８．複数のセンサの第１の部分集合の第１のセンサ応答を識別する段階が、複数のセンサの第１の部分集合の位置を識別する段階と、第１の部分集合が２以上のセンサを含む時に、第１のセンサ応答が第１の部分集合全体にわたって均一であるか否かを判断する段階とを含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１７３】
実施形態２９．第１のセンサ応答の所定の範囲外でそれぞれのセンサ応答を有する複数のセンサの第１の部分集合の１又は２以上のセンサを識別する段階と、１又は２以上のセンサに故障表示を提供する段階とを含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１７４】
実施形態３０．燃焼の実質的に定常状態で複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器を作動させる段階が、約０．９５と１．０５の間の燃焼当量比で第１のタービン燃焼器を作動させる段階を含み、複数のセンサの各センサが、広帯域酸素センサであるいずれかの上記実施形態の方法。
【０１７５】
実施形態３１．燃焼の実質的に定常状態で複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器を作動させる段階が、タービンから再循環された再循環排気ガスの存在下で燃料／酸化剤混合気を燃焼させる段階を含むいずれかの上記実施形態の方法。
【０１７６】
実施形態３２．約０．９５と１．０５の間の燃焼当量比で複数のタービン燃焼器のうちの第１のタービン燃焼器を作動させる段階と、第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物が第１の燃焼生成物から第１の燃焼生成物と異なる第２の燃焼生成物に変化させるために第１のタービン燃焼器への燃料の流れ、酸化剤の流れ、又はその組合せを調節する段階と、第２の燃焼生成物を検出する第１のセンサの第１のセンサ応答を識別する段階と、第１のタービン燃焼器と第１のセンサを相関付ける段階と、第１のセンサ応答に基づいて第１のセンサ、第１のタービン燃焼器、又はその組合せの状態を診断する段階とを含むタービン燃焼システム診断ルーチンを実施するようにプロセッサによって実行可能な１又は２以上の組の命令を集合的に格納する１又は２以上の有形機械可読媒体を含むシステム。
【０１７７】
実施形態３３．第１のタービン燃焼器への燃料の流れ、酸化剤の流れ、又はその組合せを調節する段階が、第２の燃焼生成物が第１の燃焼生成物よりも高濃度の未燃焼燃料を含むように燃料の流れを増加させる段階を含む実施形態３２のシステム。
【０１７８】
実施形態３４．第１のセンサ応答が、第１の燃料対酸化剤比を含み、タービン燃焼システム診断ルーチンが、第１のセンサ応答の第１の燃料対酸化剤比を予想応答の第２の燃料対酸化剤比と比較する段階を含む実施形態３２又は３３のシステム。
【０１７９】
実施形態３５．第１のセンサが、複数の第１のセンサのうちの１つであり、第１のセンサ応答が、予想センサ応答の公差範囲内に入らない時に、タービン燃焼システム診断ルーチンが、第１のセンサに対するセンサ故障表示を提供する段階を含み、複数の第１のセンサの少なくとも第２のセンサが、第１のタービン燃焼器によって生成される燃焼生成物を監視するための公差範囲内に入るそれぞれの応答を有するいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１８０】
実施形態３６．第１のセンサが、複数の第１のセンサのうちの１つであり、所定の数の第１のセンサが、予想センサ応答の公差範囲内に入らないそれぞれのセンサ応答を有する時に、タービン燃焼システム診断ルーチンが、第１のタービン燃焼器に対する燃焼器故障表示を提供する段階を含むいずれかの上記実施形態のシステム。
【０１８１】
本発明の特定の特徴のみを図示して説明したが、多くの修正及び変更が当業者には想起されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、全てのそのような修正及び変更を本発明の真の精神の範囲に入るものとして包含するように意図していることは理解されるものとする。
【符号の説明】
【０１８２】
１４  タービンベースのサービスシステム
２６２  第１の燃焼器
３１４  第１のタービン段
３６２  第１の環状配列
３７０  制御方式
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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