(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサ（６６）を含むエミッション制御システム（１２）を備えたシステム（１０）であって、前記プロセッサが、
排気ストリーム（６０）のための後処理システム（１８）に含まれている選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム（２０）に対する１又はそれ以上のＳＣＲ作動条件を受け取り、
前記排気ストリームを前記後処理システム内に配向するように構成されたガスタービンエンジン（１４）のための１又はそれ以上のガスタービン作動条件を受け取り、
ＳＣＲモデル（１２４）及び前記１又はそれ以上のＳＣＲ作動条件に基づいて前記ＳＣＲシステムへのＮＨ３流制御値を導出し、
ＮＯ／ＮＯｘ比設定点を導出し、
前記ＮＯ／ＮＯｘ比設定点に基づいて、前記ガスタービンエンジンの複数の燃料回路内での燃料の分割量の設定点である、前記ガスタービンエンジンのための燃料スプリット設定点を導出する
ようにプログラムされている、システム。
【請求項２】
前記プロセッサが、ＳＣＲマップ（１２８）を実行することにより前記ＮＯ／ＮＯｘ比設定点を導出するようにプログラムされている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサが、ＮＨ３スリップ設定点及び前記ＳＣＲモデルを入力として用いることによりＮＨ３流制御値を導出するようにプログラムされている、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサが、ＮＨ３スリップ設定点及び測定されたＮＨ３スリップを入力として用いることによりＮＨ３流制御値を導出するようにプログラムされている、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサが、前記後処理システムの１又はそれ以上の測定出力に基づいて前記ＳＣＲモデルを更新するように構成された推定器（１５６）システムを実行するようにプログラムされている、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサが、前記ＳＣＲモデルの１又はそれ以上のパラメータを更新することにより前記ＳＣＲモデルを更新するようにプログラムされている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記１又はそれ以上のパラメータが、前記ＳＣＲシステムにおいて使用される触媒（５０）の特徴を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記排気ストリームを受け取り、該排気ストリームを機械的又は電気的出力に変換するように構成されたボトミングサイクル（１６）を備え、前記後処理システムが、該ボトミングサイクルに含まれる、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記エミッション制御システムが、後処理コントローラ（６４）及びガスタービンコントローラ（６２）を含んでおり、前記後処理コントローラが、１又はそれ以上の前記ＳＣＲ作動条件を受け取り、前記ＳＣＲシステムへのＮＨ３流制御値を導出するように構成されており、前記ガスタービンコントローラが、１又はそれ以上のガスタービン作動条件を受け取り、前記ＮＯ／ＮＯｘ比設定点を導出し、かつ前記ガスタービンエンジンのための燃料スプリット設定点を導出するように構成されている、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
排気ストリーム（６０）のための後処理システム（１８）に含まれている選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム（２０）に対する１又はそれ以上のＳＣＲシステムの作動条件を受け取るステップと、
前記排気ストリームを前記後処理システム内に提供するように構成されたガスタービンエンジン（１４）のための１又はそれ以上のガスタービン作動条件を受け取るステップと、
ＳＣＲモデル（１２４）及び前記１又はそれ以上のＳＣＲ作動条件に基づいて前記ＳＣＲシステムへのＮＨ３流制御値を導出するステップと、
ＮＯ／ＮＯｘ比設定点を導出するステップと、
前記ＮＯ／ＮＯｘ比設定点に基づいて、前記ガスタービンエンジンの複数の燃料回路内での燃料の分割量の設定点である、前記ガスタービンエンジンのための燃料スプリット設定点を導出するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記ＮＯ／ＮＯｘ比設定点を導出するステップが、ＳＣＲマップ（１２８）を実行することにより前記ＮＯ／ＮＯｘ比設定点を導出するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＮＨ３流制御値を導出するステップが、ＮＨ３スリップ設定点及び前記ＳＣＲモデルを入力として用いることによりＮＨ３流制御値を導出するステップを含む、請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＮＨ３流制御値を導出するステップが、ＮＨ３スリップ設定点及び測定されたＮＨ３スリップを入力として用いることによりＮＨ３流制御値を導出するステップを含む、請求項１０又は請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
推定器（１５６）システムを実行して、前記後処理システムの１又はそれ以上の測定出力に基づいて前記ＳＣＲモデルを更新するステップを更に含む、請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記推定器システムを実行して前記ＳＣＲモデルを更新するステップが、前記推定器システムを実行して前記ＳＣＲモデルの１又はそれ以上のパラメータを更新するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
システム（１０）であって、
燃料を燃焼して第１の出力を生成するように構成されたガスタービンエンジン（１４）と、
前記ガスタービンエンジンに流体結合され、前記ガスタービンエンジンの排気ストリーム（３８）を受け取って第２の出力を生成するように構成されたボトミングサイクル（１６）と、
前記ボトミングサイクルに配置され、前記排気ストリームを受け取って該排気ストリームからＮＯｘを除去するように構成された選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム（２０）と、
プロセッサ（６６）を含むコントローラ（１２）と
を備え、前記プロセッサが、
１又はそれ以上のＳＣＲシステム作動条件を受け取り、
１又はそれ以上のガスタービン作動条件を受け取り、
ＳＣＲモデル（１２４）及び前記１又はそれ以上のＳＣＲ作動条件に基づいて前記ＳＣＲシステムへのＮＨ３流制御値を導出し、
ＮＯ／ＮＯｘ比設定点を導出し、
前記ＮＯ／ＮＯｘ比設定点に基づいて、前記ガスタービンエンジンの複数の燃料回路内での燃料の分割量の設定点である、前記ガスタービンエンジンのための燃料スプリット設定点を導出する
ようにプログラムされている、システム。
【請求項１７】
前記プロセッサが、ＮＨ３スリップ設定点及び前記ＳＣＲモデルを入力として用いることによりＮＨ３流制御値を導出するようにプログラムされている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサが、ＮＨ３スリップ設定点及び測定されたＮＨ３スリップを入力として用いることによりＮＨ３流制御値を導出するようにプログラムされている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサが、前記ＳＣＲシステムの１又はそれ以上の測定出力に基づいて前記ＳＣＲモデルを更新するように構成された推定器（１５６）システムを実行するようにプログラムされている、請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記コントローラが、後処理コントローラ（６４）及びガスタービンコントローラ（６２）を含んでおり、前記後処理コントローラが、１又はそれ以上の前記ＳＣＲシステム作動条件を受け取り、前記ＳＣＲシステムへのＮＨ３流制御値を導出するように構成されており、前記ガスタービンコントローラが、１又はそれ以上のガスタービン作動条件を受け取り、前記ＮＯ／ＮＯｘ比設定点を導出し、かつ前記ガスタービンエンジンのための燃料スプリット設定点を導出するように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ガスタービンシステムに関し、より詳細には、ガスタービンシステムにおけるエミッションの制御を改善するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントにおいて動力を提供するガスタービンのようなガスタービンシステムは通常、圧縮機、燃焼器システム及びタービンを有する少なくとも１つのガスタービンエンジンを含む。燃焼器システムは、燃料と圧縮空気の混合気を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生し、該燃焼ガスがタービンのブレードを駆動して、例えば、回転動力を生成する。ガスタービンエンジンによって生成される排気ガスは、窒素酸化物（ＮＯ及びＮＯ２を含むＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭素酸化物（ＣＯｘ）、及び未燃炭化水素などの特定の副生成物を含む場合がある。排気ガスに流体結合された後処理システムは、排気ガス中のこのような副生成物の量を低減するのに用いることができる。例えば、ＮＯｘエミッションを低減するために、選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムを後処理システムに含めることができる。エミッション制御を改善することが有利となる。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の範囲内にある一部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、請求項の範囲を限定することを意図するものではなく、単に特定の実施形態の概要を提供することを目的としている。実際に、本開示の実施形態は、以下で記載される実施形態と同様又は異なることができる様々な形態を含むことができる。
【０００４】
１つの実施形態において、システムは、エミッション制御システムを含む。エミッション制御システムは、ＳＣＲシステムに対する１又はそれ以上の選択的触媒還元（ＳＣＲ）作動条件を受け取るようにプログラムされたプロセッサを含む。ＳＣＲシステムは、排気ストリームのため後処理システムに含まれる。プロセッサはまた、ガスタービンエンジンのための１又はそれ以上のガスタービン作動条件を受けるようプログラムされる。ガスタービンエンジンは、排気ストリームを後処理システムに配向するよう構成される。プロセッサは更に、ＳＣＲモデル及び１又はそれ以上のＳＣＲ作動条件に基づいてＳＣＲシステムへのＮＨ３流を導出し、ＮＯ／ＮＯｘ比を導出し、及びＮＨ３流、ＮＯ／ＮＯｘ比、又はこれらの組み合わせに基づいてガスタービンエンジンのための燃料スプリットを導出するようプログラムされる。
【０００５】
別の実施形態において、方法は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムに対する１又はそれ以上のＳＣＲシステムの作動条件を受け取るステップを含む。ＳＣＲシステムは、排気ストリームのための後処理システムに含められる。本方法はまた、ガスタービンエンジンのための１又はそれ以上のガスタービン作動条件を受け取るステップを含む。本方法は更に、ＳＣＲモデル及び１又はそれ以上のＳＣＲ作動条件に基づいてＳＣＲシステムへのＮＨ３流を導出するステップと、ＮＯ／ＮＯｘ比を導出するステップと、ＮＨ３流、ＮＯ／ＮＯｘ比又はこれらの組み合わせに基づいてガスタービンエンジンに対する燃料スプリットを導出ステップと、を含む。
【０００６】
別の実施形態において、システムは、燃料を燃焼して第１の出力を生成するよう構成されたガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンに流体結合され、ガスタービンエンジンの排気ストリームを受け取って第２の出力を生成するよう構成されたボトミングサイクルと、ボトミングサイクルに配置され、排気ストリームを受け取って該排気ストリームからＮＯｘを除去するよう構成された選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムと、プロセッサを含むコントローラと、を含む。プロセッサは、１又はそれ以上のＳＣＲシステム作動条件を受け取り、１又はそれ以上のガスタービン作動条件を受け取り、ＳＣＲモデル及び１又はそれ以上のＳＣＲ作動条件に基づいてＳＣＲシステムへのＮＨ３流を導出し、ＮＯ／ＮＯｘ比を導出し、ＮＨ３流、ＮＯ／ＮＯｘ比又はこれらの組み合わせに基づいてガスタービンエンジンに対する燃料スプリットを導出する、ようにプログラムされている。
【０００７】
本開示のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施形態による、ガスタービンシステムのエミッションを制御するためのエミッションコントローラを含むガスタービンシステムのブロック図。
【図２】ＳＣＲシステム内に流入する排気ガスの温度とＮＯ／ＮＯｘ比の関数としての選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムのＤｅＮＯｘ効率のグラフ。
【図３】本開示の１つの実施形態による、ガスタービンシステムのエミッションを制御するためエミッションコントローラによって使用することができる制御プロセスのブロック図。
【図４】本開示の１つの実施形態による、ガスタービンシステムのエミッションを制御するためエミッションコントローラによって使用することができる別の制御プロセスのブロック図。
【図５】本開示の１つの実施形態による、ガスタービンシステムのエミッションを制御するためエミッションコントローラによって使用することができる更に別の制御プロセスのブロック図。
【図６】図５の制御プロセスのより詳細な例示のブロック図。
【図７】本開示によるガスタービンシステムのエミッションを制御するプロセスのフロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の１つ又はそれ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ために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの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を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、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。
【００１０】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１つ又はそれ以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。
【００１１】
本明細書では、ガスタービンシステムのエミッション、より具体的にはＮＯｘエミッションを制御する技術が提供される。ガスタービンシステムにおいて、１又はそれ以上のガスタービンエンジンは、燃料を燃焼させて、燃焼ガスを生成して、複数のブレードを各々有する１又はそれ以上のタービン段を駆動することができる。燃焼する燃料のタイプに応じて、燃焼プロセスから生じる排気エミッションには、窒素酸化物（ＮＯ及びＮＯ２を含むＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭素酸化物（ＣＯｘ）、及び未燃炭化水素が挙げられる。多くの場合、ガスタービン発電プラントのようなガスタービンシステムにより放出される排気ガスの組成は、法的規制要件に従ったものである。例証として、法規制は、大気に放出される排気ガスのＮＯｘの組成が閾値レベル（１０ｐｐｍ（百万分の１）など）を超えないことを要求する場合がある。
【００１２】
排気ガスストリーム中のＮＯｘの量を排除又は低減する１つの技術は、ＳＣＲシステムを使用するものである。ＳＣＲシステムにおいて、アンモニア（ＮＨ３）又は尿素などの還元剤が排気ガスストリーム内に注入され、１又はそれ以上の触媒の存在下でＮＯｘと反応して、窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を生成する。ＳＣＲシステムの有効性（例えば、ＤｅＮＯｘ効率）は、排気ガスストリーム中に注入される還元剤の量に少なくとも部分的に依存することができる。しかしながら、還元剤が排気ガスストリーム中に過度に注入されたときには、過剰の還元剤がＮＯｘと反応しない可能性がある。結果として、所定量の還元剤が、「スリップ」する、すなわち未反応でＳＣＲシステムを通過する場合がある。ＳＣＲシステムの有効性（例えば、ＤｅＮＯｘ効率）は、ＳＣＲシステムの入口におけるＳＣＲシステムの作動温度並びにＮＯｘのガス組成（例えば、ＮＯ／ＮＯ２比）に少なくとも部分的に依存することができる。
【００１３】
排気ガスストリーム中のＮＯｘ（又は他のエミッション化合物）の量を除去又は低減する別の技術は、ガスタービンエンジンの作動を調整することに基づいている。例えば、ガスタービンエンジンの燃焼器における燃空比は、燃焼器内で火炎温度を低く維持してＮＯｘエミッションを低減するよう調整することができる。別の実施例として、ガスタービンエンジンが複数の燃料回路を含むことができる場合、該燃料回路の各々が、ガスタービンエンジンの作動条件に応じて１又はそれ以上の燃料ノズルでの燃料流量を制御し、ＮＯｘエミッションを低減するよう燃料スプリット（例えば、複数の燃料回路内の燃料の分割）を調整することができる。しかしながら、排気ガスストリーム中のＮＯｘの量を除去又は低減することを目的として、ガスタービンエンジンにより利用される特定の燃料スプリット方式は、ＳＣＲシステムに最適ではないＮＯｘ（例えば、ＮＯ／ＮＯ２比）のガス組成を有する排気ガスを生成し、これによりガスタービンシステムのエミッション制御の全体の有効性に影響を及ぼす可能性がある。
【００１４】
従って、本開示の実施形態によれば、ガスタービンエンジン及び下流側ＳＣＲシステムを含むガスタービンシステムは、ガスタービンエンジン及び下流側ＳＣＲシステムのエミッション制御を調整及び協働して、ガスタービンシステムにより生成される所望の全体エミッションを得るように構成された制御システムを含むことができる。この技術は、ガスタービンシステムの始動時に特に有用である。例えば、以下でより詳細に検討するように、制御システムは、ガスタービンエンジンの燃焼器における燃料スプリットを調整して、排気ガスの組成（例えば、ガスタービンエンジンによって生成されて、その後後処理のためＳＣＲシステムに送られる排気ガス）、特にＮＯ／ＮＯ２比を変化させて下流側ＳＣＲシステムのＤｅＮＯｘ効率を改善し、これによりガスタービンシステム（例えば、ガスタービンエンジン及び下流側ＳＣＲシステム）におけるＮＯｘエミッション制御の全体の有効性を改善することができる。
【００１５】
本開示の実施形態によれば、ガスタービンシステムの制御システムは、ガスタービンエンジンにより生成される排気ストリームを処理するための後処理システムに含まれるＳＣＲシステムの１又はそれ以上のＳＣＲ作動条件（例えば、アンモニア流量、作動温度、入口ＮＯｘ濃度、その他）を受け取るように構成される。制御システムはまた、ガスタービンエンジンの１又はそれ以上のガスタービン作動条件（例えば、燃料スプリット、燃焼温度、出口ガス流量、その他）を受け取るように構成される。ＳＣＲモデル及び受け取った１又はそれ以上のＳＣＲ作動条件に基づいて、制御システムは、ＳＣＲシステムへのＮＨ３の流れを導出することができる。このようにして、ガスタービンエンジンからの全体のＮＯｘエミッションを効果的に除去又は低減することができる。
【００１６】
更に、本開示によれば、一部の実施形態は、ＳＣＲモデルのパラメータ（例えば、触媒経年係数）を推定するためにモデルベースの推定器（例えば、拡張カルマンフィルタ）を含む。推定器は、モデル予測をＮＯｘ及びＮＨ３スリップに関する実際のＳＣＲシステム測定結果と適合するようにパラメータをリアルタイムで調整することによって、ＳＣＲモデルをオンラインで較正することができる。このような技法を用いて、異なる触媒特性についてのＳＣＲモデルを調整することができ、その結果、ＳＣＲモデルのより柔軟な実施構成（例えば、異なるＳＣＲシステムに対する）及びＳＣＲモデルを利用したより正確で堅牢なエミッション制御が得られる。
【００１７】
上記のことを考慮して、図１は、本開示による、タービンシステム１０のエミッションを制御するためのエミッションコントローラ１２を含むガスタービンシステム１０のブロック図である。ガスタービンシステム１０は、ガスタービンエンジン１４と、後処理システム１８を含むボトミングサイクル１６とを含む。ガスタービンエンジン１４は、限定ではないが、単純サイクル高出力ガスタービンシステム又は航空機エンジン転用の燃焼システムを含むことができる。後処理システム１８は、ガスタービンエンジンからのＮＯｘエミッションを低減するＳＣＲシステム２０を含むことができる。ボトミングサイクル１６は、ガスタービンエンジン１４により発生した熱（例えば、排気ガスからの廃熱）を利用して電力を生成するよう構成され、廃熱回収ボイラー及び蒸気タービンなどの他の構成要素を含むことができる。
【００１８】
ガスタービンエンジン１４は、圧縮機２２、燃焼器２４、及びタービン２６を含む。タービン燃焼器２４は、ディーゼル、天然ガス又はシンガスなどの液体燃料及び／又は気体燃料をタービン燃焼器２４に送る燃料ノズル２８を含む。図示のように、タービン燃焼器２４は、複数の燃料ノズル２８を有することができる。より具体的には、タービン燃焼器２４は、１次燃料ノズル３０を有する１次燃料噴射システムと、２次燃料ノズル３２を有する２次燃料噴射システムとを含むことができる。燃料は、何らかの好適なスプリット比で１次燃料ノズル３０と２次燃料ノズル３２との間で送給することができる。以下でより詳細に検討するように、エミッションコントローラ１２は、ガスタービンシステム１０のＮＯｘエミッション制御のため燃料スプリットを調整及び調節することができる。例示の実施形態において、ガスタービンエンジン１４は１つのタービン燃焼器２４を含んでいるが、ガスタービンエンジン１４は、あらゆる数のタービン燃焼器２４を含むことができる点に留意されたい。加えて、各タービン燃焼器２４は、必要に応じて何らかの好適な燃料スプリットを備えた２つよりも多い燃料噴射システムを含むことができる点に留意されたい。ガスタービンエンジン１４が１つよりも多いタービン燃焼器２４を含む実施形態において、燃料スプリットはまた、各タービン燃焼器２４に対する燃料ノズル間に加えて、複数のタービン燃焼器２４間での燃料送給を含む。
【００１９】
タービン燃焼器２４は、空気燃料混合気を点火及び燃焼し、次いで、高温の加圧燃焼ガス３４をタービン２６に送る。タービン２６のタービンブレードは、シャフト３６に結合され、シャフト３６はまた、ガスタービンエンジン１４全体にわたって他の複数の構成要素に結合される。燃焼ガス３４がタービン２６のタービンブレードを通過すると、タービン２６が回転駆動され、これによりシャフト３６の回転が生じる。最終的に、燃焼ガス３４は、排気ガスストリーム３８としてガスタービンエンジン１４から流出する。更に、シャフト３６は、負荷４０に結合することができ、該負荷は、シャフト３６の回転により動力が供給される。例えば、負荷４０は、発電機、航空機のプロペラ、その他など、ガスタービンエンジン１４の回転出力により動力を発生することができる何らかの装置とすることができる。
【００２０】
圧縮機ブレードは、圧縮機２２の構成要素として含まれる。圧縮機ブレードは、シャフト３６に結合され、上述のようにシャフト３６がタービン２６により回転駆動されるときに回転することになる。圧縮機２２内での圧縮機ブレードの回転により、吸気口４２からの空気が圧縮されて加圧空気４４になる。次いで、加圧空気４４は、タービン燃焼器２４の燃料ノズル２８内に送給される。燃料ノズル２８は、加圧空気４４と燃料を混合して、廃燃料又は過剰なエミッションが生じないように、燃焼に好適な混合比（例えば、燃料がより完全燃焼をするような燃焼）を生成する。
【００２１】
排気ガスストリーム３８は、タービン２６から流出すると、引き続き下流側方向にボトミングサイクル１６（例えば、後処理システム１８）に向かって流れることができる。上述のように、燃焼プロセスの結果として、排気ガスストリーム３８は、窒素酸化物（ＮＯ及びＮＯ２を含むＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭素酸化物（ＣＯｘ）、及び未燃炭化水素などの特定の副生成物を含む可能性がある。特定の法的規制要件の理由から、後処理システム１８を利用して、排気ガスストリーム３８を大気中に放出する前にこのような副生成物の濃度を低減することができる。例示するように、後処理システム１８は、ＮＯｘエミッションを排気ガスストリーム３８から低減又は除去するためにＳＣＲシステム２０を含むことができる。
【００２２】
ＳＣＲシステム２０は、触媒５０、入口５２、及び出口５４を有するＳＣＲ反応器４８を含む。ＳＣＲシステム２０はまた、ＳＣＲ反応器４８の入口５２から上流側に位置付けられて、還元剤（例えば、アンモニア［ＮＨ３］）が触媒５０の表面上で吸収されるように還元剤をＳＣＲ反応器４８内に注入する噴射装置５６を含む。ＮＯｘを含有する排気ガスストリーム３８は、入口５２を通じてＳＣＲ反応器４８内に流入し、触媒５０の表面上で吸収された還元剤と反応することができる。このＮＯｘ還元反応を介して、ＮＯｘは、窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に変換され、従って、排気ガスストリーム３８中のＮＯｘレベルを低減することができる。
【００２３】
触媒５０は、ＳＣＲプロセスを介したＮＯｘ還元反応に好適な何らかの触媒とすることができる。例えば、触媒５０は、担体及び活性触媒成分から作製することができる。担体は、チタン酸化物のような種々のセラミック材料を含むことができる。活性触媒成分は、例えば、ベース金属、バナジウム、及びタングステンの酸化物を含むことができる。活性触媒成分はまた、鉄及び銅交換のゼオライトのようなゼオライトを含むことができる。活性触媒成分は更に、金、銀、及びプラチナなどの貴金属を含むことができる。
【００２４】
ＮＯｘ還元反応は、ガス（例えば、排気ガスストリーム３８及び還元剤）がＳＣＲ反応器４８を通過したときに起こる。還元剤は、ＳＣＲ反応器４８に入る前に、噴射装置５６によって注入されて排気ガスストリーム３８と混合される。還元剤は、無水アンモニア、アンモニア水、尿素又はこれらの何れかの組み合わせを含むことができる。それでも尚、未反応の還元剤がアンモニアスリップ５８としてＳＣＲ反応器４８の出口５４から放出される。
【００２５】
ＳＣＲ反応器４８における望ましい反応は、約２２５°Ｃ〜４４５°Ｃ、好ましくは３５５°Ｃ〜４４５°Ｃの最適温度範囲を有する。アンモニアスリップ５８は、ＳＣＲ反応器４８の温度が反応に対する最適範囲にない場合、又は、過剰な還元剤がＳＣＲ反応器４８に注入された場合に起こる可能性がある。
【００２６】
本明細書で開示される実施形態は、１つのＳＣＲシステム２０の使用に限定されず、複数のＳＣＲシステム２０を含むこともできる点は理解されたい。また、他の温度で反応が起こり得ることは理解される。加えて、例示の実施形態において、ＳＣＲシステム２０は後処理システム１８に含まれて、一般に排気ガスストリーム３８からのＮＯｘの処理及び除去に集中させているが、他の実施形態は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭素酸化物（ＣＯｘ）、及び未燃炭化水素など、排気ガスストリーム３８中の他の燃焼副生成物の除去を可能にすることができる。これらの実施形態において、ＳＣＲシステム２０は、排気ガスストリーム３８から除去されている組成物に応じて幾何形状及び／又は化学的組成が変化することができる触媒５０を含むことができる。代替として、又はこれに加えて、後処理システム１８は、複数のＳＣＲシステム２０を含むことができ、その各々は、排気ガスストリーム３８中の１又はそれ以上の燃焼副生成物の処理及び除去に集中させることができる。
【００２７】
後処理システム１８により排気ガスストリーム３８のエミッション（例えば、排気ガスストリーム３８中のＮＯｘ）レベルを低減した後、処理された排気ガスストリーム６０が後処理システム１８から流出することができる。処理された排気ガスストリーム６０は、依然としてＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯｘ、及び未燃炭化水素などの一部の燃焼副生成物を含む場合がある。上述のように、場合によっては、処理された排気ガスストリーム６０は、アンモニアスリップ５８を含む可能性がある。次いで、処理された排気ガスストリーム６０は、更なる処理及び／又は使用のためボトミングサイクル１６の他の構成要素に送給することができる。例えば、ボトミングサイクル１６は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）及び蒸気タービンを含むことができる。ＨＲＳＧは、処理された排気ガスストリーム６０中に残存する熱を用いて蒸気タービンを駆動して追加の出力を生成し、これによりガスタービンシステム１０の効率を向上させることができる。処理された排気ガス６０は、ボトミングサイクル１６の他の構成要素を通過した後、加工された排気ガス６１（例えば、大気に放出された）としてボトミングサイクル１６から流出することができる。ガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションレベルは、（以下で使用されるような）処理された排気ストリーム６０中のＮＯｘの量、又は処理された排気ストリーム６０がボトミングサイクル１６の他の構成要素によって更に処理を受ける実施形態では加工された排気ガス６１中のＮＯｘの量とみなすことができる点に留意されたい。
【００２８】
上述のように、ガスタービンシステム１０は、ガスタービンシステム１０の作動を制御して、ガスタービンシステム１０の（例えば、処理された排気ガスストリーム６０中の）全体エミッション（例えば、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯｘ、その他）を低減するのに用いることができるエミッションコントローラ１２を含む。具体的に、エミッションコントローラ１２は、ガスタービンコントローラ６２及び後処理コントローラ６４を含み、これらが共に動作してガスタービンシステム１０からのエミッション（例えば、ＮＯｘ）の処理及び除去を協働することができる。例えば、以下で詳細に説明するように、エミッションコントローラ１２は、ガスタービンエンジン１４及び／又はＳＣＲシステム２０の１又はそれ以上の作動パラメータを調整して、排気ガス３８及び処理された排気ガス６０両方におけるＮＯｘ低減の相対量を制御することができる。換言すると、ガスタービンシステム１０のＮＯｘエミッション全体を低減するために、ガスタービンエンジン１４から流出する排気ガス３８中のＮＯｘの量がより多量になることが可能にされ、ＳＣＲシステム２０におけるＮＯｘエミッションの低減を増大させることができる。
【００２９】
図示のように、エミッションコントローラ１２は、プロセッサ６６及びメモリ６８を含む。プロセッサ６６は、何らかの汎用又は特定用途向けプロセッサとすることができる。メモリ６８は、本明細書で記載される方法及び制御動作を実施するためプロセッサ６６により実行可能な命令を全体として格納する１又はそれ以上の有形の非一時的機械可読媒体を含むことができる。例えば、メモリ６８は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリ、又は他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、もしくは他の磁気記憶装置を含むことができる。エミッションコントローラ１２は更に、エミッションコントローラ１２に対する様々なアナログ入力を処理する１又はそれ以上のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを含むことができる。
【００３０】
エミッションコントローラ１２は、ガスタービンシステム１０に位置付けられた１又はそれ以上のセンサからの１又はそれ以上の入力を監視することができる。センサは、例えば、圧力センサ、レベルセンサ、温度センサ、流量センサ、組成センサ、濃度センサ、ステータス及び位置インジケータ（例えば、リミットスイッチ、ホール効果スイッチ、音響近接スイッチ、線形可変差動変圧器、位置トランスデューサ）、及び同様のものを含むことができる。センサは、差動情報を得るためにガスタービンシステム１０の種々の構成要素に結合され、又は種々の構成要素にもしくはその周辺に配置され、或いは、種々の構成要素と流体連通することができる。例えば、タービン出口センサ７０は、タービン２６の出口にて動作可能に結合され、ＮＯｘ（ＮＯ及び／又はＮＯ２を含む）の温度、ガス流量、濃度、及び他の燃焼副生成物（ＳＯｘ、ＣＯｘ、その他を含む）の濃度を含む情報を得ることができる。ＳＣＲ入口センサ７２は、ＳＣＲ反応器４８の入口５２にて動作可能に結合され、ＮＯｘ（ＮＯ及び／又はＮＯ２を含む）の温度、ガス流量、濃度、他の燃焼副生成物（ＳＯｘ、ＣＯｘ、その他を含む）の濃度、並びにＳＣＲ反応器４８の入口５２から上流側又は直ぐ上流側のアンモニア濃度を含む情報を得ることができる。触媒センサ７４は、ＳＣＲ反応器４８における触媒５０に動作可能に結合され、ＮＯｘ（ＮＯ及び／又はＮＯ２を含む）の温度、ガス流量、濃度、他の燃焼副生成物（ＳＯｘ、ＣＯｘ、その他を含む）の濃度、並びにＳＣＲ反応器４８における触媒５０にて又はその付近でのアンモニア濃度を含む情報を得ることができる。ＳＣＲ出口センサ７６は、ＳＣＲ反応器４８の出口５４にて動作可能に結合され、ＮＯｘ（ＮＯ及び／又はＮＯ２を含む）の温度、ガス流量、濃度、他の燃焼副生成物（ＳＯｘ、ＣＯｘ、その他を含む）の濃度、並びにアンモニアスリップ５８の量を含む情報を得ることができる。圧縮機出口センサ７８は、圧縮機２２の出口に動作可能に結合され、燃焼器２４内に流入する空気の温度、ガス流量、及び圧力を含む情報を得ることができる。１又はそれ以上の１次燃料センサ８０及び１又はそれ以上の２次燃料センサ８２は、１次燃料ノズル及び２次燃料ノズルにそれぞれ動作可能に結合され、燃焼器２４内に流入する燃料の温度、ガス流量、及び圧力を含む情報を得ることができる。燃料センサ８０及び８２の組み合わせは、燃料スプリットに関する情報を提供することができる。燃料センサ８０及び８２と圧縮機出口センサ７８との組み合わせは、燃焼器２４における燃空比に関する情報を提供することができる。ガスタービンシステム１０は上記で検討したセンサを含むが、エミッションコントローラ１２は、限定ではないが、吸気口４２、燃焼器２４、負荷４０、及びボトミングサイクル１６を含む、ガスタービンシステム１０の他の種々の箇所に位置付けられた１又はそれ以上のセンサからの入力を監視することができる点に留意されたい。
【００３１】
加えて、エミッションコントローラ１２は、ガスタービンシステム１０の種々の構成要素に動作可能に結合され、ガスタービンシステム１０の動作を制御することができる。例えば、エミッションコントローラ１２は、ガスタービンシステム１０の種々の構成要素に結合されて該構成要素を移動又は制御するよう構成された１又はそれ以上のアクチュエータ（例えば、スイッチ、バルブ、モータ、ソレノイド、ポジショナー、又は同様のもの）の動作を制御することができる。別の実施例として、エミッションコントローラ１２は、流量、温度、圧力、及び同様のものを含む吸気口の調整を行うよう、吸気口４２（例えば、入口ガイドベーンアクチュエータなどのアクチュエータ８４を介して）及び／又は圧縮機２２（例えば、アクチュエータ８６を介して）の動作を制御することができる。エミッションコントローラ１２は、流量、温度、圧力、燃料スプリット（例えば、ノズル３０，３２の各々を介して送給される燃料の量）及び同様のものを含む、燃焼器２４内に流入する燃料の調整を行うよう、１次燃料ノズル（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータ８８を介して）及び２次燃料ノズル（例えば、１又はそれ以上のアクチュエータ９０を介して）の動作を制御することができる。エミッションコントローラ１２は、流量、温度、圧力、及び同様のものを含む、ＳＣＲ反応器４８内への還元剤の注入の調整を行うよう、噴射装置５６（例えば、アクチュエータ９２を介して）の動作を制御することができる。
【００３２】
エミッションコントローラ１２は、測定フィードバック（例えば、センサからの入力）に基づいてガスタービンシステム１０の種々の構成要素の動作を制御することができる。例えば、エミッションコントローラ１２（例えば、ガスタービンコントローラ６２）は、タービン出口センサ７０により測定されたＮＯｘエミッションのフィードバックに基づいて特定の燃空比で空気−燃料混合気を送給するよう、圧縮機２２及び燃料ノズル３０，３２を制御することができる。エミッションコントローラ１２（例えば、後処理コントローラ６４）は、ＳＣＲ出口センサ７６によって測定されたアンモニアスリップ５８のフィードバックに基づいて、特定の流量でＳＣＲ反応器４８内に還元剤を注入するよう、噴射装置９２を制御することができる。以下で詳細に検討するように、エミッションコントローラ１２は、１又はそれ以上のセンサから測定されたフィードバック（例えば、ＳＣＲ出口センサ７６によるアンモニアスリップ５８）に基づいてガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを低減するようにガスタービンシステム１０の種々の構成要素の調整（例えば、燃料ノズル３０，３２及び噴射装置５６からの燃料スプリット）を行うようにする１又はそれ以上の制御プロセスを実施することができる。一部の実施形態において、エミッションコントローラ１２は、例えば、排気ガス３８からの熱の一部をボトミングサイクル１６（例えば、ＨＲＳＧ）の他の構成要素に配向することによって、ＳＣＲ入口センサ７２からのフィードバックに基づいてＳＣＲ反応器４８の動作温度を制御することができる。
【００３３】
更に、エミッションコントローラ１２は、ユーザ入力９４を受け取り、該ユーザ入力９４に基づいてガスタービンシステム１０の動作及びＮＯｘエミッションを制御することができる。例えば、ユーザ入力９４は、排気ガスＮＯｘ設定点、所望の出力（例えば、メガワット）、所望の燃料割合、還元剤価格、電気料金、電力需要、燃料価格、燃焼器停止期間、ＮＯｘクレジット、他の金融情報、及び／又はタービンシステム１０の動作に関連する他の情報を含むことができる。ユーザ入力９４の情報は更に、排気ガス３８及び／又は処理された排気ガス６０中のＮＯｘ低減の制御（例えば、ガスタービンエンジン１４内のＮＯｘ制御）及び／又は処理された排気ガス６０中のＮＯｘ低減の制御（例えば、ＳＣＲシステム２０内のＮＯｘ制御）に組み込むことができる。特定の実施形態において、エミッションコントローラ１２により別の制約条件又は制御パラメータを用いることもできる。例えば、追加の制約条件は、環境法規制又は他の動作制約条件に基づいて許容可能な還元剤スリップを含むことができる。
【００３４】
上述のように、ＳＣＲシステム２０において、噴射装置５６から排気ガスストリーム３８中に注入される還元剤（アンモニア（ＮＨ３）など）は、触媒５０の存在下でＮＯｘと反応して窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を生成し、これにより排気ガスストリーム３８中のＮＯｘの量を低減することができる。ＳＣＲシステム２０の有効性（例えば、ＤｅＮＯｘ効率）は、ＳＣＲ反応器４８の出口５４でのＮＯｘの量とＳＣＲ反応器４８の入口５２におけるＮＯｘの量の比で表すことができる。ＤｅＮＯｘ効率は、反応器４８における反応温度、ＳＣＲ反応器４８の入口５２におけるＮＯｘの組成（例えば、ＮＯ／ＮＯ２比、ＮＯ／ＮＯｘ比、ＮＯ２／ＮＯｘ比）、排気ガス３８中のＮＯｘの量、排気ガス３８のガス流流量、ＳＣＲ反応器４８の入口５２における排気ガス３８中の温度、排気ガスストリーム３８内に注入される還元剤（例えば、アンモニア）の量、ＮＯｘ以外の排気ガス３８の組成（例えば、ＳＯｘ、ＣＯｘ）、ＳＣＲ還元反応の他の反応物質及び／又は生成物（例えば、水（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２））の量、触媒５０の特徴（例えば、タイプ、量、経年、及び同様のもの）を含む、複数の要因に少なくとも部分的に依存することができる。例えば、図２は、他の要因が実質的に一定のままであるときに、ＳＣＲ反応器４８の入口５２における排気ガス３８の温度及びＮＯ／ＮＯｘ比の関数としてのＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率の例示的なグラフ１００である。
【００３５】
図２に示すように、第１の曲線１０２は、ＳＣＲ反応器４８の入口５２における排気ガスストリーム３８の高温Ｔ１でのＮＯ／ＮＯｘ比の関数としてのＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率を示している。第１のポイント１０４から第２のポイント１０６までの第１の曲線１０２はほぼ上昇傾向を示し、ＮＯ／ＮＯｘ比の増大（又はＮＯとＮＯ２の相対量の増大）に伴って、ＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率が上昇することを意味する。第２のポイント１０６から第３のポイント１０８までの第１の曲線１０２は、僅かに下降傾向を示すが、以前として幾分安定した状態を保っており、ＮＯ／ＮＯｘ比の増大に伴って、ＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率が僅かに減少することを意味する。従って、ＳＣＲシステム２０は、例示のグラフ１００のポイント１０６付近で最大ＤｅＮＯｘ効率を有するが、ＤｅＮＯｘ効率は、一般に、ポイント１０６を通過するとＮＯ／ＮＯｘ比の増大に反応しなくなる。
【００３６】
図２はまた、ＳＣＲ反応器４８の入口５２における排気ガスストリーム３８の低い温度Ｔ２（例えば、Ｔ２＞Ｔ１）でのＮＯ／ＮＯｘ比の関数としてのＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率を示している。第１のポイント１１２から第２のポイント１１４までの第２の曲線１１０はほぼ上昇傾向を示し、ＮＯ／ＮＯｘ比の増大（又はＮＯとＮＯ２の相対量の増大）に伴って、ＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率が上昇することを意味する。第２のポイント１１４から第３のポイント１１６までの第２の曲線１１０は、下降傾向を示し（１０６からポイント１０８までの第１の曲線１０２よりも顕著である）、ＮＯ／ＮＯｘ比の増大に伴って、ＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率が減少することを意味する。ＳＣＲシステム２０は、ポイント１１４付近で最大ＤｅＮＯｘ効率を有する。加えて、図２に示すように、第１の曲線１０２は、ほぼ第２の曲線１１０を上回っており、ＳＣＲ反応器４８の入口５２において実質的に同じＮＯ／ＮＯｘ比であるときに、ＳＣＲシステム２０は、一般に、より高温で排気ガス３８のＤｅＮＯｘ効率がより高いことを意味する。
【００３７】
従って、図２に例示するように、ＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率は、ＳＣＲ反応器４８の入口５２における排気ガス３８のＮＯ／ＮＯｘ比（又はＮＯ２／ＮＯｘ比、又はＮＯ／ＮＯ２比）に少なくとも部分的に依存する。その結果、排気ガス３８のＮＯ／ＮＯｘ比は、ガスタービンエンジン１４の燃料スプリットに少なくとも部分的に依存する。このため、燃料スプリットは、ＳＣＲシステム２０におけるＤｅＮＯｘ効率の上昇をもたらすことができる、排気ガスストリーム３８中の所望のＮＯ／ＮＯ２比を提供するよう制御することができる。従って、ガスタービンシステム１０に対する全体のＤｅＮＯｘ効率が上昇することができる。一部の実施形態において、排気ガスストリーム３８中のＮＯ／ＮＯ２比は、ボトミングサイクル１６の性能に実質的に影響を与えることなく変更することができる。例えば、ガスタービンエンジン１４の燃焼温度及びガスタービンエンジン１４から流出する排気ガス３８の流量は、排気ガスストリーム３８中のＮＯ／ＮＯ２比の変化の影響を実質的に受けない。このため、本開示によれば、ガスタービンシステム１０の全体のＤｅＮＯｘ効率は、ボトミングサイクル１６の性能に実質的に影響を及ぼすことなく上昇させることができる。
【００３８】
本開示によれば、エミッションコントローラ１２は、種々の制御プロセス又は方式を利用して、ガスタービンエンジン１４及びＳＣＲシステム２０を調整及び協働させて、ガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを低減することができる。図３〜５は、本開示による、ガスタービンシステム１０のエミッションを制御するエミッションコントローラ１２によって用いることができる特定の制御プロセスの様々な実施形態を示している。図３は、ガスタービンシステム１０のエミッションを制御するためエミッションコントローラ１２によって使用される分散的制御プロセス１２０の１つの実施形態のブロック図である。本明細書で使用される「分散的」とは、コントローラ６２を介した幾分別個のガスタービン制御及びコントローラ６４を介した後処理制御を意味し、前者は、ガスタービンエンジン１４の作動の制御に集中しており、後者は、ＳＣＲシステム２０の作動の制御に集中している。しかしながら、ガスタービンコントローラ６２及び後処理コントローラ６４は、エミッションコントローラ１２の構成要素であり、互いに通信状態にある点は留意されたい。従って、１つの実施形態において、単一のコントローラを用いてガスタービンエンジン１４とＳＣＲシステム２０の両方を制御してもよい。以下において図３〜５に関して説明する制御プロセスは、ＳＣＲシステム２０から流出する処理された排気ガス６０中のＮＯｘエミッションレベルの低減に関する。しかしながら、処理された排気ガス６０がボトミングサイクル１６の他の構成要素によって更に処理される実施形態では、図３〜５に関する上述のプロセスは、ボトミングサイクル１６から流出する加工された排出ガス６１中のＮＯｘエミッションレベルの低減に同様に適用できる点に留意されたい。
【００３９】
後処理コントローラ６４は、噴射装置５６の作動を調整するための制御信号、例えば、ＳＣＲシステム２０の噴射装置５６におけるアンモニアの流量の値を出力として生成するよう構成される。図３に例示するように、アンモニアスリップ設定点（ＮＨ３スリップＳＰ）及び例えばＳＣＲ出口センサ７６によって測定されたアンモニアスリップ５８（ＮＨ３スリップ）の量を取り込む。ＮＨ３スリップＳＰは、ＳＣＲ反応器４８から流出するアンモニアスリップ５８の目標値又は要求値であり、例えば、ユーザ入力９４を介してユーザにより設定することができ、或いは、例えば、メモリ６８内に格納された履歴値からエミッションコントローラ１２によって直接生成することができる。第１の比例積分（ＰＩ）コントローラ１２２は、ＮＨ３スリップＳＰ及びＮＨ３スリップを入力として取り込み、アンモニア流設定点（ＮＨ３流ＳＰ）を生成する。ＮＨ３流ＳＰは、噴射装置５６により排気ガスストリーム３８に注入されるアンモニアの目標値又は要求値である。第１のＰＩコントローラ１２２は、ＳＣＲシステム２０に対するＳＣＲモデル１２４に基づいてＮＨ３流ＳＰを生成することができる。
【００４０】
ＳＣＲシステム２０に対するＳＣＲモデル１２４は、ＳＣＲ反応器４８において起こる化学反応を記述するための化学モデルである。上述のように、ＳＣＲシステム２０において、アンモニアが噴射装置５６から排気ガスストリーム３８内に注入され、触媒５０の存在下でＮＯｘと反応して、窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を生成することができる。このＳＣＲプロセスは、触媒５０とのアンモニア吸収及び脱離反応、アンモニア酸化反応、標準的ＳＣＲ反応、高速ＳＣＲ反応、ＮＯ２ＳＣＲ反応、及びＮＯ酸化反応を含む、一連の反応を含むことができる。ＳＣＲモデル１２４は、個々の反応の特性（）を記述する包括的反応スキーム（例えば、反応速度式を介して）である。ＳＣＲモデル１２４に関わるパラメータは、各化学反応物又は生成物の化学組成及び濃度、並びに触媒５０上へのアンモニアの被覆率を含むことができる。触媒５０上へのアンモニアの被覆率は更に、化学組成、触媒基材、物理的幾何形状、及び使用時間などの触媒５０の特徴に少なくとも部分的に依存することができる。
【００４１】
後処理コントローラ６４の第２のＰＩコントローラ１２６は、第１のＰＩコントローラ１２２の出力としてのＮＨ３流ＳＰを取り込み、入力としてアンモニア流量（ＮＨ３流）を取り込んで、アンモニア流制御値を生成する。ＮＨ３流は、例えば、ＳＣＲ入口センサ７２によって得られた、噴射装置５６におけるアンモニアの流量の測定値である。後処理コントローラ６４の出力としてのＮＨ３流制御値は、噴射装置５６に伝達されて噴射装置５６の作動を調整することができる。例えば、噴射装置５６に結合されたアクチュエータ９２は、噴射装置５６を開閉して特定の流量（例えば、ＮＨ３流制御値）でアンモニアを注入するよう調整することができる。
【００４２】
次いで、ＮＨ３流制御値を含むＳＣＲ作動条件は、ガスタービンコントローラ６２によって入力として用いることができる。ＳＣＲ作動条件は、限定ではないが、ＮＨ３流制御値、反応器４８における反応温度、ＳＣＲ反応器４８の入口５２におけるＮＯｘの組成（例えば、ＮＯ／ＮＯ２比、ＮＯ／ＮＯｘ比、又はＮＯ２／ＮＯｘ比）、排気ガス３８中のＮＯｘの量、ＳＣＲ反応器４８の入口５２における排気ガス３８の温度、ＮＯｘ以外の排気ガス３８の他の成分の組成及び量（例えば、ＳＯｘ、ＣＯｘ）、ＳＣＲ還元反応の他の反応物及び／又は生成物の量（例えば、水（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２））、及び触媒５０の特徴（例えば、タイプ、量、経年、及び同様のもの）を含むＳＣＲシステム２０の種々の構成要素の何れかの作動パラメータを含むことができる。上述のように、ＳＣＲ作動条件は、ＳＣＲシステム２０の種々の構成要素に結合された１又はそれ以上のセンサにより得ることができる。
【００４３】
ガスタービンコントローラ６２は、ＳＣＲ作動条件を入力として取り込んでＮＯ／ＮＯ２比設定点（ＮＯ／ＮＯ２比ＳＰ）を生成するＳＣＲマップ１２８を含む。ＳＣＲマップ１２８は、ＳＣＲシステム２０の作動マップであり、製造試験結果、同様のＳＣＲシステム、又はコンピュータプログラムによる予測に基づくことができる。ＳＣＲマップ１２８は、種々のＳＣＲ作動条件でのＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率をプロット又はリストするプロット、図、又はテーブル（表）とすることができる。例えば、ＳＣＲマップ１２８は、ＮＨ３流制御値、ＳＣＲ反応器４８の入口５２におけるＮＯｘの組成（例えば、ＮＯ／ＮＯ２比、ＮＯ／ＮＯｘ比、又はＮＯ２／ＮＯｘ比）、ＳＣＲ反応器４８の入口５２における排気ガス３８の温度、及び触媒５０の特徴（例えば、タイプ、量、経年、及び同様のもの）などの上述のパラメータに関する１又はそれ以上のＤｅＮＯｘ効率曲線を含むことができる。このため、ＮＯ／ＮＯ２比設定点は、他のＳＣＲ作動条件及びＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率が既知であるときに、ＳＣＲマップ１２８から得ることができる。上述のように、これら他のＳＣＲ条件は、ＳＣＲシステム２０の種々の箇所に結合された１又はそれ以上のセンサ（例えば、ＳＣＲ入口センサ７２、触媒センサ７４、及びＳＣＲ出口センサ７６）によって得ることができ、ＤｅＮＯｘ効率は、出口５４及びＳＣＲ反応器４８の入口５２でのＮＯｘレベルを（例えば、ＳＣＲ出口センサ７６及び入口センサ７２それぞれを介して）測定して、出口５４での測定したＮＯｘレベルと入口５２での測定したＮＯｘレベルの比をとることにより得ることができる。従って、ＳＣＲマップ１２８は、出力としてＮＯ／ＮＯ２比（又はＮＯ／ＮＯｘ、ＮＯ２／ＮＯｘ比）設定点を提供することができ、これは、ガスタービンシステム１０の望ましい全体のＤｅＮＯｘ効率に相当することができる。
【００４４】
次いで、得られたＮＯ／ＮＯ２比設定点は、ガスタービン作動条件と共に、入力としてガスタービン（ＧＴ）モデル１３０に提供されて、出力として燃料スプリット設定点（燃料スプリットＳＰ）を生成する。ガスタービン作動条件は、限定ではないが、排気ガスストリーム３８の温度及び流量、燃焼器２４に流れる燃料−空気混合気の燃空比、及び測定した燃料スプリットを含む、ガスタービンエンジン１４の何らかの作動パラメータを含むことができる。ＧＴモデル１３０は、燃焼器２４を含むガスタービンエンジン１４の作動を記述する何らかの好適なモデルとすることができる。例えば、ＧＴモデル１３０は、物理特性ベース型（例えば、ガスタービンエンジン１４の熱伝達及び圧縮性流れ現象を捉えた１次元空気−熱数学的モデル）、データ駆動型（例えば、経験的）モデル、又は何らかの組み合わせとすることができる。ＧＴモデル１３０は、定常状態モデル又は動的モデルとすることができる。ＧＴモデル１３０は、ガスタービン作動条件の一連のセットでガスタービンエンジン１４の作動を記述する。従って、燃料スプリット設定点は、１又はそれ以上の作動条件が既知であるときにＧＴモデル１３０から得ることができる。例えば、上述のように、燃焼器２４内に流入する空気及び燃料のパラメータは、圧縮機出口センサ７８及び燃料センサ８０，８２により得ることができる。排気ガスストリーム３８の温度及び流量は、タービン出口センサ７０により得ることができる。従って、ＧＴモデル１３０は、出力として燃料スプリット設定点を提供することができ、これは、ガスタービンシステム１０の望ましい全体のＤｅＮＯｘ効率に相当することができる。その結果、エミッションコントローラ１２は、ガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを低減することを目標とした得られた燃料スプリット設定点に基づいて燃料を送給するよう、関連の構成要素（例えば、１次燃料ノズル３０及び２次燃料ノズル３２）を調整することができる。また、コントローラ１２２，１２６は、ＰＩコントローラとして図示されているが、他の実施形態では、ＰＩＤコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、カスタムコントローラ、その他を用いてもよい点に留意されたい。
【００４５】
図４は、ガスタービンシステム１０のエミッションを制御するためエミッションコントローラ１２によって使用することができる分散的制御プロセス１４０の別の実施形態のブロック図である。図４に示される制御プロセス１４０は、図３に示された制御プロセス１２０と同様の要素を含むので、図３及び４で同じ要素には同じ参照符号が使用され、図４は、図３と同様に説明されることになる。
【００４６】
図４に示す後処理コントローラ６４は、同様に、噴射装置５６の作動を調整するための制御信号、例えば、ＳＣＲシステム２０の噴射装置５６におけるアンモニアの流量の値を出力として生成するよう構成される。しかしながら、図４に示す後処理コントローラ６４の第１のＰＩコントローラ１２２は、アンモニアスリップ設定点（ＮＨ３スリップＳＰ）及びＳＣＲモデル１２４を含む入力を取り込む。上記で検討したように、ＳＣＲモデル１２４は、各化学反応物又は生成物（例えば、ＳＣＲ反応器４８に注入されたアンモニア及びアンモニアスリップ５８の量）の濃度及び触媒５０の特徴などのパラメータを用いてＳＣＲ反応器４８において起こる化学反応を記述する。従って、第１のＰＩコントローラは、ＮＨ３スリップＳＰ及びＳＣＲモデル１２４から直接ＮＨ３流ＳＰを生成することができる。
【００４７】
ＮＨ３流ＳＰが生成されると、制御プロセス１４０の残りの部分は、制御プロセス１２０と同じである。例えば、第２のＰＩコントローラ１２６は、入力としてＮＨ３流ＳＰ及び測定されたアンモニア流量（ＮＨ３流）を取り込み、ＮＨ３流制御値を生成する。次いで、ＮＨ３流制御値は、他のＳＣＲ作動条件と共にガスタービンコントローラ６２によって入力として使用され、ＳＣＲマップ１２８を用いてＮＯ／ＮＯ２比ＳＰを生成することができる。次に、ＧＴモデル１３０は、ＮＯ／ＮＯ２比ＳＰ及びガスタービン作動条件を入力として用いて、燃料スプリット設定点を生成することができ、これは、ガスタービンシステム１０の望ましい全体のＤｅＮＯｘ効率に相当することができる。従って、エミッションコントローラ１２は、ガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを低減することを目標とした得られた燃料スプリット設定点に基づいて燃料を送給するよう、関連の構成要素（例えば、１次燃料ノズル３０及び２次燃料ノズル３２）を調整することができる。
【００４８】
図５は、ガスタービンシステム１０のエミッションを制御するためエミッションコントローラ１２によって使用される分散的制御プロセス１５０の１つの実施形態のブロック図である。最初にＮＨ３流ＳＰが後処理コントローラ６４を用いて生成されて、次に燃料スプリットがガスタービンコントローラ６２を用いて生成される、図３及び４に示された分散的制御プロセス１２０，１４０とは異なって、図５に示される分散的制御方式１５０では、ＮＨ３流ＳＰと燃料スプリットＳＰがエミッションコントローラ１２により実質的に同時に生成される。
【００４９】
エミッションコントローラ１２は、ＳＣＲ作動条件及びガスタービン作動条件を入力として取り込んで、オプティマイザ１５２を用いてＮＨ３流ＳＰ及び燃料スプリットＳＰを生成する。オプティマイザ１５２は、ガスタービンシステム１０の１又はそれ以上の作動パラメータを制御又は調整して、ガスタービンエンジン１４及びＳＣＲシステム２０におけるＮＯｘ低減を協働（例えば、その相対量を最適化）するように構成することができる。例えば、オプティマイザ１５２は、排気ガス３８及び処理された排気ガス６０におけるＮＯｘ低減を制御するためメモリ６８内に格納された多変数モデル１５４を用いることができる。オプティマイザ１５２は、ＳＣＲ出口センサ７６及びタービン出口センサ７０などの１又はそれ以上のセンサからの測定フィードバックに基づいてガスタービンシステム１０の種々の構成要素を制御又は調整することができる。特定の実施形態において、オプティマイザ１５２は、更なる制約条件又は制御パラメータを用いることができる。例えば、追加の制約条件は、ＮＨ３スリップＳＰのような、環境法的規制に基づいた許容可能な還元剤スリップを含むことができる。例示の実施形態において、オプティマイザ１５２は、ガスタービンコントローラ６２及び後処理コントローラ６４を介してガスタービンシステム１０を調整又は制御することができる。一部の実施形態において、オプティマイザ１５２は、ガスタービンシステム１０を直接（例えば、ガスタービンコントローラ６２及び後処理コントローラ６４なしで）調整又は制御することができる。
【００５０】
上述のように、オプティマイザ１５２は、ガスタービンシステム１０の作動を調整して、ガスタービンシステム１０内の全体のＮＯｘ低減を制御するよう構成される。例えば、１つの実施形態において、排気ガス３８中のＮＯｘレベルの変動をスケジューリング（例えば、プリセット）することができ、ＳＣＲシステム２０は、処理された排気ガス６０中の許容ＮＯｘレベルを達成するよう制御することができる。別の実施形態において、還元剤スリップ（例えば、アンモニアスリップ５８）及び処理された排気ガス６０中のＮＯｘレベルは、処理された排気ガス６０中のＮＯｘの許容レベルを達成するよう同時に制御することができる。このような実施形態において、燃焼器２４内への燃料スプリットのような、ガスタービンエンジン１４の１又はそれ以上の作動条件は、排気ガス３８中の望ましいＮＯ／ＮＯ２比を提供するよう調整することができ、その結果、ＳＣＲシステム２０の望ましいＤｅＮＯｘ効率を提供することができる。このようにして、全体のＮＯｘエミッション（例えば、処理された排気ガス６０中のＮＯｘレベル）を低減することができると共に、ガスタービンエンジン１４から流出する排気ガス３８中のＮＯｘレベル増大又は減少させることができる（ＮＯ／ＮＯ２比ほど重要ではない）。
【００５１】
上述のように、オプティマイザ１５２は、ガスタービンシステム１０に沿って配置されたセンサからの測定フィードバックに基づいてＳＣＲシステム２０及びガスタービンエンジン１４の作動を調整及び協働することにより、ガスタービンシステム１０の全体のＤｅＮＯｘ効率を目標設定する。オプティマイザ１５２（又はエミッションコントローラ１２）は、ＮＨ３流ＳＰ及び燃料スプリットＳＰなどの出力を生成することができる。生成したＮＨ３流ＳＰ及び燃料スプリットＳＰに基づいて、エミッションコントローラ１２は、ガスタービンシステム１０の種々の構成要素、例えば、噴射装置５６（例えば、排気ガスストリーム３８内に注入されるアンモニアの流量を制御するため）及び燃料ノズル２０，３２（例えば、燃焼器２４内への燃料スプリットを制御するため）を調整又は制御することができる。オプティマイザ１５２によって使用される多変数モデル１５４は、ガスタービンエンジン１４及びＳＣＲシステム２０の作動パラメータを組み込み、排気ガス３８中のＮＯ／ＮＯ２比（又はＮＯ／ＮＯｘ比、ＮＯ２／ＮＯｘ比）を利用して下流側ＳＣＲシステム２０のＤｅＮＯｘ効率を決定する何らかの好適なモデルとすることができる。例えば、多変数モデル１５４は、ＳＣＲシステム２０における化学反応を記述するためのＳＣＲモデル１２４、及びガスタービンエンジン１４の作動を記述するＧＴモデル１３０を含むことができる。多変数モデル１５４は、単純予測モデル、線形２次モデル、又はＨｉｎｆｉｎｉｔｙモデル、もしくはこれらの組み合わせとすることができる。
【００５２】
上述のように、図３〜５に関して上記で説明された制御プロセスは、ＳＣＲシステム２０から流出する処理された排気ガス６０中のＮＯｘエミッションレベルを低減することを目的としており、ボトミングサイクル１６から流出する加工された排気ガス６１中のＮＯｘエミッションレベルの低減にも同様に適用することができる。例えば、図３及び４に関して、コントローラ１２は、ＳＣＲシステム２０及び他の種々の構成要素を含むボトミングサイクル１６において起こる化学的及び物理的反応を記述するボトミングサイクルモデルを含むことができる。ボトミングサイクルモデルは、ＳＣＲモデル１２４、ＳＣＲシステム２０に流入する前に排気ストリーム３８に対して起こる反応及び／又はプロセスを記述する事前ＳＣＲモデル（例えば、排気ストリーム３８からの熱の一部をボトミングサイクル１６の他の構成要素に配向する）、及びボトミングサイクル１６から流出する前に処理された排気ストリーム６０に対して起こる反応及び／又はプロセスを記述する事後ＳＣＲモデル（例えば、排気ストリーム３８からの熱の一部をＨＲＳＧが利用する）を含むことができる。同様に、図３及び４に関して、コントローラ１２は、種々の作動条件でのボトミングサイクル１６（例えば、ＳＣＲシステム２０及びボトミングサイクル１６の他の構成要素を含む）のＤｅＮＯｘ効率をプロット又はリストするプロット、図、又はテーブル（表）であるボトミングサイクルマップを含むことができる。同様に、図５に関して、多変数モデル１５４は、ガスタービンエンジン１４及びボトミングサイクル１６の作動パラメータを組み込んで、排気ガス３８中のＮＯ／ＮＯ２比（又はＮＯ／ＮＯｘ比、ＮＯ２／ＮＯｘ比）を利用して下流側ボトミングサイクル１６のＤｅＮＯｘ効率を決定する何らかの好適なモデルとすることができる。例えば、多変数モデル１５４は、ＳＣＲモデル１２４、事前ＳＣＲモデル、事後ＳＣＲモデル及びＧＴモデル１３０を含むことができる。従って、コントローラ１２は、ボトミングサイクル１６の出口にて測定された（例えば、排気ストリーム６１中の）ＮＨ３スリップのようなガスタービンシステム１０の測定フィードバック及びボトミングサイクル１６の作動条件を入力として取り込んで、ガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを制御することができる。更に、オプティマイザ１５２は、ガスタービンシステム１０に沿って配置されたセンサからの測定フィードバックに基づいてボトミングサイクル１６（例えば、ＳＣＲシステム２０及び他の構成要素を含む）の作動を調整及び協働することにより、ガスタービンシステム１０の全体のＤｅＮＯｘ効率を目標設定することができる。
【００５３】
図６は、ガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを制御するための図５のエミッション制御プロセス１５０のより詳細な図である。上述のように、エミッションコントローラ１２は、ガスタービンシステム１０に沿って配置されたセンサの測定フィードバックに基づいてガスタービンシステム１０の作動を制御又は調整して、全体のＮＯｘエミッションを低減するよう構成することができる。例えば、図示のように、測定フィードバックは、処理された排気ガス６０中（又は加工された排出ガス６１中）のＮＯｘ及びアンモニアスリップ５８の量を含むことができる。エミッションコントローラ１２は、ガスタービンエンジン１４及びＳＣＲシステム２０のＮＯｘエミッションを調整及び協働してガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを低減するため、多変数モデル１５４に基づいたオプティマイザ１５２を含むことができる。例えば、エミッションコントローラ１２は、ＮＨ３流ＳＰ、ＮＯ／ＮＯ２比ＳＰ、燃料スプリットＳＰ、及びガスタービンエンジン１４から流出する排気ガス３８の温度の設定点のような他の設定点など、ガスタービンシステム１０の種々の構成要素についての設定点を生成することができる。
【００５４】
上述のように、エミッションコントローラ１２のオプティマイザ１５２は、ガスタービンエンジン１４及びＳＣＲシステム２０の作動に関連する種々のパラメータを含むことができる多変数モデル１５４に基づくことができる。これらのパラメータの多くは、時間の経過に伴って変化する可能性がある。例えば、多変数モデル１５４は、ＳＣＲシステム２０における化学反応を記述するＳＣＲモデル１２４を含むことができる。ＳＣＲモデル１２４によって使用されるパラメータのうちの１つは、触媒５０上での還元剤（例えば、アンモニア）の被覆率であり、これは更に、化学組成、触媒基剤、物理的幾何形状、及び使用時間などの触媒５０の特徴に少なくとも部分的に依存することができる。触媒５０の特徴は、ＳＣＲシステム２０の種々の実施形態に対して、又は時間（例えば、時間の経過に伴う触媒劣化）に対して、或いはこれらの組み合わせに対して様々とすることができる。このため、ＳＣＲモデル１２４において使用される触媒５０上への還元剤の被覆率は、ＳＣＲシステム２０の様々な実施形態及び／又は経過時間に合わせて調整又は較正することができる。従って、エミッションコントローラ１２は、触媒５０上への還元剤の被覆率のようなＳＣＲモデル１２４において使用されるパラメータを推定するよう構成された推定器１５６を含み、ＳＣＲモデル１２４におけるパラメータの変化する（例えば、ＳＣＲシステム２０の実施形態及び／又は経過時間に関して）特徴に適応させることができる。ＳＣＲモデル１２４における触媒５０上への還元剤の被覆率は、推定器１５６の動作を例示するための実施例としてここでは使用されており、推定器１５６は、多変数モデル１５４及びＳＣＲモデル１２４で使用される何らかの好適なパラメータを推定するために適用することができる点に留意されたい。
【００５５】
推定器１５６は、カルマンフィルタリング、追跡フィルタリング、回帰マッピング、ニューラルマッピング、逆モデリング法、又はこれらの組み合わせなど、何らかの好適なパラメータ同定法を利用することができる。フィルタリングは、修正カルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、又は他のフィルタリングアルゴリズムによって実施することができ、或いは代替として、フィルタリングは、比例積分レギュレータ、又は他の形態の方形（ｎ入力、ｎ出力）又は非方形（ｎ入力、ｍ出力）レギュレータにより実施することができる。図６に示すように、推定器１５６は、多変数モデル１５４においてパラメータを推定するよう構成された拡張カルマンフィルタ１５８を含む。拡張カルマンフィルタ１５８は、多変数モデル１５４においてパラメータ（例えば、触媒５０上への還元剤の被覆率、ＳＣＲ反応器４８における各反応物の反応速度係数、その他）を定数としてモデル化し、次いで、モデル予測と測定フィードバック（例えば、ガスタービンシステム１０の種々の構成要素に結合された１又はそれ以上のセンサを介した）を確率的手法で比較することによりパラメータを推定することができる。例えば、拡張カルマンフィルタ１５８を含む推定器１５６は、オンラインで（例えば、ガスタービンシステム１０と一体化されて、ガスタービンシステム１０が作動状態にあるときに機能する）実施することができ、拡張カルマンフィルタ１５８は、ＮＨ３、ＮＯ、及びＮＯ２に対する反応速度に対する乗算器によりこれらの反応速度全体を適合させることによって、反応活性（例えば、還元剤被覆率）を較正又は更新することができる。乗算器は、ＮＨ３、ＮＯ、及びＮＯ２に関しての触媒５０の活性を示すことができる。推定器１５６は、ここでは制御方式１５０に関して説明されているが、推定器１５６は、図３及び４それぞれに示される制御プロセス１２０，１４０を含む、本開示による様々な制御プロセスに同様に適用できる点に留意されたい。従って、システム１０動作からのフィードバックを用いて、１又はそれ以上のモデル（例えば、モデル１５４）を更新し、制御精度を改善することができる。
【００５６】
図７は、本開示による、ガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを制御するプロセス１７０を示す。本方法１７０は、ＳＣＲ作動条件を受け取るステップ（ブロック１７２）から始まる。一部の実施形態において、ボトミングサイクル作動条件は、ボトミングサイクル１６のＳＣＲシステム２０及び他の構成要素の作動条件を含む。本方法１７０はまた、エミッションコントローラ１２（例えば、プロセッサ６６）によりガスタービン作動条件を受け取るステップ（ブロック１７４）を含む。上記で検討したように、ＳＣＲ作動条件は、限定ではないが、ＮＨ３流制御値、反応器４８における反応温度、ＳＣＲ反応器４８の入口５２におけるＮＯｘの組成（例えば、ＮＯ／ＮＯ２比、ＮＯ／ＮＯｘ比、又はＮＯ２／ＮＯｘ比）、排気ガス３８中のＮＯｘの量、ＳＣＲ反応器４８の入口５２における排気ガス３８の温度、ＮＯｘ以外の排気ガス３８の他の成分の組成及び量（例えば、ＳＯｘ、ＣＯｘ）、ＳＣＲ還元反応の他の反応物及び／又は生成物の量（例えば、水（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２））、及び触媒５０の特徴（例えば、タイプ、量、経年、及び同様のもの）を含む、ＳＣＲシステム２０の種々の構成要素の何らかの作動パラメータを含むことができる。ガスタービン作動条件は、限定ではないが、排気ガスストリーム３８の温度及び流量、燃焼温度、燃焼器２４に流れる燃料−空気混合気の燃空比、及び燃料スプリットを含む、ガスタービンエンジン１４の何らかの作動パラメータを含むことができる。ＳＣＲ作動条件及びガスタービン作動条件は、ガスタービンシステム１０の種々の構成要素に結合された１又はそれ以上のセンサ（例えば、ＳＣＲ入口センサ７２、触媒センサ７４、ＳＣＲ出口センサ７６、圧縮機出口センサ７８及び燃料センサ８０，８２）により得ることができる。図７は、ガスタービン作動条件を受け取るステップの前にＳＣＲ作動条件を受け取るステップを示しているが、一部の実施形態において、エミッションコントローラ１２は、ＳＣＲ作動条件を受け取る前に又は実質的に同時にガスタービン作動条件を受け取るように構成される点は理解されたい。
【００５７】
受け取ったＳＣＲ作動条件及びガスタービン条件に基づいて、エミッションコントローラ１２は次に、１又はそれ以上の後処理制御信号（例えば、ＮＨ３流制御値のようなＳＣＲシステム２０の制御信号）を導出することができる（ブロック１７６）。上記で検討したように、１又はそれ以上の後処理制御信号は、ＳＣＲモデル１２４又は多変数モデル１５４に基づいてエミッションコントローラ１２（又は後処理コントローラ６４）によって導出することができる。導出された後処理制御信号に基づいて、エミッションコントローラ１２は、対応する構成要素を制御又は調整することができる。例えば、エミッションコントローラ１２は、固定流量（例えば、導出されたＮＨ３流制御値）で排気ガス３８にアンモニアを注入するよう噴射装置５６（例えば、アクチュエータ９２を介して）を調整又は制御することができる（ブロック１７８）。
【００５８】
エミッションコントローラ１２は更に、例えば、ＳＣＲマップ１２８又は多変数モデル１５４に基づいて排気ガス３８におけるＮＯ／ＮＯｘ比（又はＮＯ／ＮＯ２比化１０＞／ＮＯ２比、又はＮＯ２／ＮＯｘ比）設定点を導出することができる（ブロック１８０）。上記で検討したように、導出したＮＯ／ＮＯｘ比は、ガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを低減することを目標としている。排気ガス３８における導出したＮＯ／ＮＯｘ比に基づいて、エミッションコントローラは更に、１又はそれ以上のガスタービン制御信号（ブロック１８２）を導出することができる。例えば、ＧＴモデル１３０又は多変数モデル１５４に基づいて、エミッションコントローラ１２は、排気ガス３８における導出したＮＯ／ＮＯｘ比に相当する燃料スプリットを導出することができる。従って、エミッションコントローラ１２は、導出したガスタービン制御要素に基づいてガスタービンエンジン１４の１又はそれ以上の構成要素を制御又は調整することができる。例えば、エミッションコントローラ１２は、特定の燃料スプリット（例えば、導出された燃料スプリットＳＰ）で燃焼器２４に燃料を送給するよう燃料ノズル３０，３２を（例えば、燃料ノズルアクチュエータ８８，９０を介して）調整又は制御することができる（ブロック１８４）。
【００５９】
コントローラ１２が燃料スプリットＳＰに基づいてガスタービンエンジン１４を調整又は制御した後、コントローラ１２は、ガスタービンシステム１０の作動を監視又は観測することができる（ブロック１８６）。例えば、コントローラ１２は、１又はそれ以上のセンサ（例えば、ＳＣＲ出口センサ７６）を介してガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを測定することができる。測定フィードバック（例えば、全体のＮＯｘエミッション）に基づいて、コントローラは、例えば、推定器１５６を用いて、プロセスの制御に使用されたモデル（例えば、ＳＣＲモデル１２４、ＧＴモデル１３０、多変数モデル１５４）の１又はそれ以上のパラメータを調整又は更新することができる（ブロック１８８）。その後、方法１７０は、再度最初から開始することができる（例えば、ブロック１７２から）。
【００６０】
本開示の技術的作用は、エミッション制御システム（例えば、エミッションコントローラ１２）を用いて、ガスタービンエンジン１４から流出する排気ガス３８中のＮＯ／ＮＯ２比に基づいてガスタービンエンジン１４及び後処理システム１８（例えば、ＳＣＲシステム２０）のＮＯｘエミッションを協働及び調整することによりガスタービンシステム１０の全体のＮＯｘエミッションを低減することを含む。これにより、ガスタービンシステム１０がＮＯｘエミッション要件に適合可能にすることができる。本開示はまた、エミッションコントローラによって使用されるモデルパラメータを推定できるモデルベースの推定システム（例えば、推定器１５６）を含み、これにより異なる後処理システム１８を利用でき異なる作業場所でのパラメータ及び／又は時間に関してパラメータを更新することができる。従って、推定システムは、より正確なモデル性能をもたらし、堅牢なモデルベース制御方式の適用を可能にすることができる。
【００６１】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００６２】
１０  ガスタービンシステム
１２  エミッションコントローラ
１４  ガスタービンエンジン
１６  ボトミングサイクル
１８  後処理システム
２０  ＳＣＲシステム
２２  圧縮機
２４  燃焼器
２６  タービン
２８  燃料ノズル
３８  排気ガス
４８  ＳＣＲ反応器
５０  触媒
５２  入口
５６  噴射装置
５８  アンモニアスリップ
６０  排気ストリーム
６２  ガスタービンコントローラ
６４  後処理コントローラ
６６  プロセッサ
７６  ＳＣＲ出口センサ
１２４  ＳＣＲモデル
１３０  ＧＴモデル
１５２  オプティマイザ
１５４  多変数モデル
１５６  推定器
【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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