(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
機関システム（１８）の排気導管に流体連結され、かつ機関排気中の窒素酸化物を低減するように構成される窒素酸化物還元触媒（４６）と、
前記窒素酸化物還元触媒（４６）の下流で前記排気導管に流体連結され、かつ前記機関排気中のアンモニアを低減するように構成されるアンモニア酸化触媒（４８）と、
還元剤噴射制御システム（３４）と、を備えており、前記還元剤噴射制御システム（３４）が、
前記窒素酸化物還元触媒（４６）から出る排気の第１の温度を読み取ることと、
前記第１の温度が、上限値未満であるとともに下限値より大きい場合、
ａ）前記窒素酸化物還元触媒（４６）の窒素酸化物変換率を決定すること、
ｂ）前記窒素酸化物還元触媒（４６）のアンモニア貯蔵値を決定すること、および
ｃ）前記窒素酸化物変換率、および前記アンモニア貯蔵値に基づいて還元剤の前記排気導管への噴射を増加させる、減少させる、またはそれらを組み合わせること、を行うように構成される、システム。
【請求項２】
前記還元剤噴射制御システム（３４）が、前記第１の温度に基づいてアンモニア酸化触媒温度窓の増大を決定するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記還元剤噴射制御システム（３４）が、前記アンモニア酸化触媒（４８）の下流における前記機関排気の第２の温度を決定すること、および前記第１および前記第２の温度に基づいて前記アンモニア酸化触媒温度窓を決定すること、を行うように構成される、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記還元剤噴射制御システム（３４）が、前記アンモニア酸化触媒（４８）のアンモニア選択性を高めるべく、前記アンモニア酸化触媒温度窓を決定するように構成される、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
後処理システム（２６）が、選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒（４６）およびアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）（４８）を含み、前記還元剤噴射制御システム（３４）が、前記後処理システム（２６）のモデル、前記機関システム（１８）のモデル、またはそれらの組み合わせを使用して、前記窒素酸化物変換率、前記アンモニア貯蔵値、前記第１の温度、またはそれらの任意の組み合わせを決定するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記還元剤噴射制御システム（３４）が、前記窒素酸化物変換率が基準値未満である場合、還元剤の前記噴射を増加させるように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記還元剤噴射制御システム（３４）が、前記窒素酸化物変換率および前記第１の温度に基づいて、前記窒素酸化物還元触媒（４６）の診断評価を開始するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記還元剤噴射制御システム（３４）が、前記アンモニア貯蔵値に基づいて前記窒素酸化物還元触媒（４６）の前記診断評価を開始するように構成される、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記機関システム（１８）が、希薄燃焼機関システムを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
窒素酸化物還元触媒（４６）から出る排気の第１の温度を読み取ることと、ここでアンモニア酸化触媒（４８）が前記窒素酸化物還元触媒（４６）に流体連結され、前記アンモニア酸化触媒（４８）が、前記窒素酸化物還元触媒（４６）の下流に位置し、機関排気中のアンモニアを低減するよう構成され、
前記第１の温度が、上限値未満であるとともに下限値より大きい場合、
ａ）前記機関排気を受け入れて、前記機関排気中の窒素酸化物を低減するように構成される前記窒素酸化物還元触媒（４６）の窒素酸化物変換率を決定することと、
ｂ）前記窒素酸化物還元触媒（４６）のアンモニア貯蔵値を決定することと、
ｃ）前記窒素酸化物変換率、および前記アンモニア貯蔵値に基づいて前記機関排気への還元剤噴射を増減させることと、を含む方法。
【請求項１１】
前記窒素酸化物触媒（４６）に流体連結されるアンモニア酸化触媒（４８）の上流で第１の温度に対応する第１の入力、および前記窒素酸化物還元触媒（４６）の下流で前記機関排気中の窒素酸化物の量に対応する第２の入力を受けることと、前記第１の温度および窒素酸化物の前記量に基づいて前記窒素酸化物変換率を決定することと、を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記窒素酸化物変換率および前記第１の温度に基づいて前記アンモニア酸化触媒（４８）の温度窓を調整することを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記アンモニア酸化触媒（４８）のアンモニア選択性を最大限にするように前記温度窓を調整することを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記アンモニア貯蔵値に基づいて、前記窒素酸化物還元触媒（４６）の診断評価を開始することを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
コンピュータにより実行可能なコードを備える非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータにより実行可能なコードは、
窒素酸化物還元触媒（４６）から出る排気の第１の温度を読み取ることと、ここでアンモニア酸化触媒（４８）が前記窒素酸化物還元触媒（４６）に流体連結され、前記アンモニア酸化触媒（４８）が、前記窒素酸化物還元触媒（４６）の下流に位置し、機関排気中のアンモニアを低減するよう構成され、
前記第１の温度が、上限値未満であるとともに下限値より大きい場合、
ａ）前記機関排気を受け入れて、前記機関排気中の窒素酸化物を低減するように構成される窒素酸化物還元触媒（４６）の窒素酸化物変換率を決定すること、
ｂ）前記窒素酸化物還元触媒（４６）のアンモニア貯蔵値を決定すること、および
ｃ）前記窒素酸化物変換率、および前記アンモニア貯蔵値に基づいて前記機関排気への還元剤噴射を増減させること
を行うように構成される命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１６】
前記アンモニア酸化触媒（４８） の下流の前記機関排気中の窒素酸化物の量を決定し、窒素酸化物の前記量に基づいて尿素の前記噴射を増加させるように構成される命令を備える、請求項１５記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
前記窒素酸化物変換率および前記第１の温度に基づいて前記アンモニア酸化触媒（４８）の温度窓を調整するように構成される命令を備える、請求項１５記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記アンモニア酸化触媒（４８）のアンモニア選択性を最大限にするように前記温度窓をように構成される命令を備える、請求項１７記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記窒素酸化物変換率が基準値未満である場合、還元剤の前記噴射を増加させるように構成される命令を備える、請求項１５記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、発電システムに関する。詳細には、本明細書に記載される実施形態は、発電システム内の後処理システムを改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの発電システムは、発電システムで発生する排気を調節するのに後処理システムを利用する。特に、発電システムで生成される排気を他の種類の気体または液体に変換することによって特定の種類の排出物を低減するのに、後処理システムが使用される場合がある。例えば、後処理システムを使用して、排気中の窒素酸化物の量を低減することができる。
【０００３】
排気中の窒素酸化物の量を低減するために、後処理システムは、窒素酸化物（ＮＯX）還元触媒およびアンモニア酸化触媒を含む場合があり、これらはそれぞれ、排気中の窒素酸化物およびアンモニアの量を低減する。さらに、後処理システムは、尿素などの流体を排気に噴射して窒素酸化物およびアンモニアの還元を促進する場合もある。後処理システム全体のＮＯX変換率を改善することは発電システムにとって有益である。
【発明の概要】
【０００４】
最初に請求される発明の範囲に相応する特定の実施形態の概要を以下に述べる。これらの実施形態は、請求される発明の範囲を限定することを目的とするものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形の概要を示すためのものにすぎない。実際、本発明は、以下に述べる実施形態と類似している場合も、または異なっている場合もあるさまざまな形を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態において、システムは、機関システムの排気導管に流体連結され、かつ機関排気中の窒素酸化物を低減するように構成される窒素酸化物還元触媒と、窒素酸化物還元触媒の下流で排気導管に流体連結され、かつ機関排気中のアンモニアを低減するように構成されるアンモニア酸化触媒とを含む。さらに、システムは、還元剤の排気導管への噴射を制御すること、窒素酸化物還元触媒の窒素酸化物変換率を決定すること、窒素酸化物還元触媒のアンモニア貯蔵値を決定すること、およびアンモニア酸化触媒の上流での機関排気の第１の温度を決定すること、を行うように構成される還元剤噴射制御システムを含む。さらに、還元剤噴射制御システムは、窒素酸化物変換率、アンモニア貯蔵値、および第１の温度に基づいて還元剤の噴射を増加させる、減少させる、またはそれらを組み合わせるように構成される。
【０００６】
第２の実施形態において、方法は、機関排気への還元剤噴射を制御することと、機関排気を受け入れて、機関排気の窒素酸化物を低減するように構成される窒素酸化物還元触媒の窒素酸化物変換率およびアンモニア貯蔵値を決定することとを含む。方法は、窒素酸化物触媒に流体連結されるアンモニア酸化触媒の上流での第１の温度に対応する第１の入力を受けることをさらに含み、アンモニア酸化触媒は、窒素酸化物触媒の下流にあり、機関排気中のアンモニアを低減するように構成される。さらに、方法は、窒素酸化物変換率、アンモニア貯蔵値、および第１の温度に基づいて還元剤噴射を増減させることを含む。
【０００７】
第３の実施形態において、非一時的コンピュータ可読媒体は、コンピュータにより実行可能なコードを含む。コンピュータにより実行可能なコードは、機関排気への還元剤噴射を制御するように、かつ、機関排気を受け入れて機関排気中の窒素酸化物を低減するように構成される窒素酸化物触媒の窒素酸化物変換率およびアンモニア貯蔵値を決定するように構成される命令を含む。コンピュータにより実行可能なコードは、窒素酸化物触媒に流体連結されるアンモニア酸化触媒の上流で第１の温度に対応する第１の入力を受けるように構成される命令をさらに含み、アンモニア酸化触媒は、窒素酸化物触媒の下流にあり、機関排気中のアンモニアを低減するように構成される。さらに、コンピュータにより実行可能なコードは、窒素酸化物変換率、アンモニア貯蔵値、および第１の温度に基づいて還元剤噴射を増減させるように構成される命令を含む。
【０００８】
本発明についての前述したおよび他の特徴、態様、利点は、図面全体を通して類似の符号が類似の部品を表している添付図面を参照しながら以下の詳細説明を読めばより良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本手法の実施形態による発電システムの概略図である。
【図２】本手法の実施形態による図１の発電システム用制御システムのブロック図である。
【図３】本手法の実施形態による図１の発電システムの後処理システムの概略図である。
【図４】本手法の実施形態による、図３の後処理システムの中の尿素噴射制御システムに関する動作の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を以下に記載する。これらの実施形態を簡潔に説明しようとしているため、実際の実施についての特徴が全て本明細書に記載されてはいないことがある。何らかの工学的プロジェクトまたは設計プロジェクトにおけるように、何らかのそのような実際の実施を開発する中では、ある実施と別の実施では異なる可能性のある、システム関連および事業関連の制約の順守などの開発者の特定の目的を達成するために、数多くの実施時固有の決定が下されなければならないことを理解されたい。さらに、こうした開発作業は、本開示の恩恵を受ける当業者にとっては、複雑でかつ時間のかかるものである可能性もあるが、それでもやはり、設計、製作、および製造の慣例的な仕事であることを理解されたい。
【００１１】
本発明のさまざまな実施形態の要素を紹介する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ（前述の）」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味するよう意図される。「備えている」、「含む」、および「有する」という用語は、包含的であるように意図され、列挙された要素以外の追加の要素があり得ることを意味する。
【００１２】
多くの発電システムは、発電システムで発生する排気を調節するのに後処理システムを使用する。例えば、ある発電システムは、排気中の窒素酸化物の量を低減するように設計される後処理システムを利用している。これらの後処理システムは、窒素酸化物（ＮＯX）還元触媒およびアンモニア酸化触媒を含む場合がある。触媒に入る前に、排気を、尿素または所望の化学反応を促進する何らかの他の種類の流体と混ぜ合わせることができる。次いで、排気と尿素の混合物が触媒に入り、触媒と反応して所望の変換を発生させる（すなわち窒素酸化物およびアンモニアを二酸化炭素、水などに還元する）。
【００１３】
触媒の変換率を改善するため、後処理システムの本実施形態は、尿素噴射制御システムを含む。尿素噴射制御システムは、触媒の動作特性（例えば、現在の変換率、１つまたは複数の箇所での現在温度、流速など）を評価し、触媒の動作特性および後処理システムとして望ましい変換率に基づいて排気に噴射される尿素の量を調整する。尿素噴射制御システムは、所望の変換率に基づいて触媒のある種の特性のための動作窓をさらに制御する。さらに、ある実施形態では、尿素噴射制御システムによって収集されたデータは、後処理システムのさまざまな構成要素の診断評価を行って、必要に応じてさまざまな働き（例えば警報、警告、修正動作）を実行するのに使用することができる。
【００１４】
前述のものを念頭に置いて、図１は、発電機、機械負荷などの負荷に電力を供給するのに使用し得る発電システム１０を示す。発電システム１０は、燃料供給システム１２を含み、燃料供給システム１２は、燃料貯蔵所１４と、燃料貯蔵所１４から発電システム１０の中に流れる燃料流量を制御するスロットル１６とを含む。発電システム１０は、コンプレッサ２０、燃焼器２２、およびガス機関２４を含む機関システム１８をさらに含む。さらに、発電システム１０は、後処理システム２６を含み、これを以下に詳述する。
【００１５】
発電システム１０は、発電システム１０の動作のさまざまな態様を監視する制御システム２８をさらに含む。特に、制御システム２８は、センサ３０およびアクチュエータ３２と連動して動き、発電システム１０の動作を監視かつ調整することができる。例えば、温度センサ、酸素センサ、流量センサ、質量流量センサ、流体組成物センサ、および／または圧力センサなどのさまざまな種類のセンサ３０は、発電システム１０の構成要素の上または中に配置することができ、スロットル１６は、専用のアクチュエータ３２である。発電システム１０は、ガス機関システムとして記載されているが、他の種類の発電システム（例えばタービン、寒冷日用システム、複合サイクルシステム、熱併給発電システムなど）を使用してもよく、制御システム２８、後処理システム２６および尿素噴射制御システム３４を含み得ることを理解されたい。
【００１６】
作動中に、燃料供給システム１２は、スロットル１６を介して機関システム１８、具体的には燃焼器２２に燃料を供給することができる。並行して、コンプレッサ２０は、燃焼器２２に送られる前に圧縮される流体（例えば、空気または他の酸化体）を吸い込むことができる。燃焼器２２の中で、受け取った燃料は、圧縮流体と混ざって、次いでガス機関２４に流れ込む前に燃焼する流体燃料混合物を作り出す。燃焼する流体燃料混合物は、ひいては、負荷を駆動するのに適する電力を生み出すガス機関２４を駆動させる。例えば、ガス機関２４は、次に、エネルギーを生み出すための発電機などの負荷に接続されるシャフトを駆動することができる。ガス機関２４が、内燃機関、ガスタービン機関などを含み得ることを理解されたい。
【００１７】
ガス機関２４によって生成される燃焼ガスは、機関から出て、排気として後処理システム２６の中へ放出される。本実施形態では、排気は、以下にさらに詳述される１つまたは複数の触媒コンバータシステムを通過する。いくつかの実施形態では、排気は、排気から熱を回収して蒸気を作り出すことができる排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）をさらに通過する場合もある。後処理システム２６の性能を監視および調整するため、発電システム１０は、以下にさらに詳述される尿素噴射制御システム３４を含む。
【００１８】
上述したように、制御システム２８は、発電システム１０の動作を監督する。制御システム２８は、図２に示すように、プロセッサ３６、メモリ３８、およびハードウェアインターフェイス４０を含む。図示されるように、プロセッサ３６および／または別のデータ処理回路は、発電システム１０を管理するための命令を読み出して実行するようにメモリ３８に作動可能な状態で連結され得る。例えば、これらの命令は、メモリ３８に保存されるプログラムの中に符号化されていてもよく、メモリ３８は、有形の、非一時的コンピュータ可読媒体の例でもよい。命令またはコードは、プロセッサ３６によってアクセスされて実行され、本開示の技術を実行することが可能になり得る。メモリ３８は、大容量記憶装置、ＦＬＡＳＨメモリ装置、取り外し可能メモリ、または実行可能命令もしくはコードを保存するのに適した何らかの他の非一時的コンピュータ可読媒体でもよい。付加的におよび／または代替的に、命令は、先に述べたようにメモリ３８と類似の方法で、これらの命令またはルーチンを少なくとも一括して保存する少なくとも１つの有形の、非一時的コンピュータ可読媒体を含む付加的で適切な製品の中に保存されてもよい。制御システム２８はさらに、ハードウェアインターフェイス４０を介してセンサ３０およびアクチュエータ３２と通信することができる。いくつかの実施形態では、制御システム２８は、オペレータが制御システム２８とやりとりすることができるように、ディスプレイ４２およびユーザ入力装置４４をさらに含むことができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、発電システム１０中の各構成要素（例えば、ガス機関２４、後処理システム２６、尿素噴射制御システム３４）または構成要素の群が、特定の構成要素を制御するための制御器を含む、またはそれと関連付けられるように、制御システム２８は、分散制御システム（ＤＣＳ）または類似の複数の制御器システムであってもよい。これらの実施形態では、各制御器は、先に述べたプロセッサ３６、メモリ３８、およびハードウェアインターフェイス４０と類似のプロセッサ、メモリ、およびハードウェアインターフェイスを含む。各制御器は、他の制御器と通信するために、通信リンクをさらに含むことができる。
【００２０】
次に図３を見ると、後処理システム２６は、ガス機関２４から出る排気流５０を受けて調節する選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒４６およびアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）４８を含む。図３が図１および図２と類似の要素を含んでいるので、類似の要素は、類似の番号で示してある。図示している実施形態は、ＳＣＲ触媒４６およびＡＳＣ４８を示しているが、後処理システム２６が、任意の種類のＮＯX還元触媒およびアンモニア酸化触媒、ならびに他の触媒コンバータシステムおよび前述のＨＲＳＧなどの他の構成要素を含み得ることを理解されたい。
【００２１】
ＳＣＲ触媒４６は、窒素酸化物を二原子窒素（Ｎ2）と水に変換するのに使用される特殊な種類の排気触媒である。ガス機関システム２４で使用されることに加えて、ＳＣＲ触媒４６は、さらにユーティリティボイラ、工業用ボイラ、都市ごみボイラ、ディーゼル機関、ディーゼル機関車、ガスタービン、および自動車でも使用され得る。ＳＣＲ触媒４６は、アンモニアを使用して、排気中の一酸化窒素をＮ2と水に変換する反応を引き起こすのを助けることができる。しかしながら、若干のアンモニアは、化学反応で消費されない排気流５０の中に残存し得る。残存アンモニアをＮ2に変換するために、後処理システムは、ＡＳＣ４８を含む。ＡＳＣ４８が、微孔性のアルミノ珪酸塩ミネラルを使用して、排気中のアンモニアを酸化させる化学反応を提供し得るということから、ＡＳＣ４８は、ゼオライトスタイル触媒であってもよい。
【００２２】
ＳＣＲ触媒４６およびＡＳＣ４８内で所望の反応を引き起こすため、尿素が、ＳＣＲ触媒４６の上流で排気流５０に噴射される。噴射は、連続的でも、または不連続的でもよく、以下にさらに詳述するように、制御システム２８および尿素噴射制御システム３４のどちらかまたは両方によって制御され得る。さらに、本明細書に記載される実施形態は、排気流５０への尿素の噴射を説明しているが、実施形態は、無水アンモニアおよびアンモニア水などの何らかの適切な気体還元剤に変更することができることを理解されたい。さらに、排気流５０に噴射される尿素の量は、尿素の体積、尿素の質量、または尿素噴射に因る化学還元の電位に基づいてよい。尿素が排気流５０に噴射されるとすぐに、排気流５０は、排気中の窒素酸化物およびアンモニアを上記の通りＮ2と水に変換する、ＳＣＲ触媒４６、次いでＡＳＣ触媒４８に入る。
【００２３】
上記のように、尿素噴射制御システム３４は、後処理システム２６の性能を監視する。特に、尿素噴射制御システム３４は、触媒の現在のＮＯX変換率、触媒の動作特性（例えば、温度、流量、圧力、尿素の種類）、および後処理システム２６にとって望ましい変換率に基づいて排気流５０に噴射する尿素の適切な量を決定することができる。このことは、特に、希薄燃焼機関を利用する発電システム１０に関して、発電システム１０が低ＮＯX排出値を実現することを可能にすることで、ひいては排気中に残存するＮＯXの量を低減することができる。尿素噴射制御システム３４は、アンモニアがＮ2に変換される選択性を最大限にするため、ＡＳＣ４８の特殊な特性に関して適切な動作窓をさらに決定することができる。さらに、尿素噴射制御システム３４は、後処理システム２６の診断評価および後処理システム２６のためのある種の働き（例えば警報、警告、修正動作）を促すことができる。
【００２４】
尿素噴射制御システム３４は、図３に示すように、制御システム２８から分離していてもよく、制御システム２８のものと類似のプロセッサ、メモリ、およびハードウェアインターフェイスを含有することができる。他の実施態様において、尿素噴射制御システム３４は、制御システム２８の一部であってもよい。例えば、尿素噴射制御システム３４は、上記の通り、分散制御システム内の複数の制御器の１つの中に備わっていてもよく、または制御システム２８を介して実行可能なコンピュータ命令として提供されてもよい。
【００２５】
１つの例では、尿素噴射制御システム３４は、センサ３０によって収集されるデータを使用して、ＳＣＲ触媒４６から出た後の排気の温度と、ＳＣＲ触媒４６とＡＳＣ触媒４８の間の区域での排気中のＮＯXの量とを決定することができる。他の実施形態では、尿素噴射制御システム３４は、後処理システム２６およびその構成要素のモデル（例えば、運動模型などの第１原理モデル、統計モデル、神経回路網、遺伝的アルゴリズム、および／またはデータマイニングモデル）、ならびに機関２４および機関システム１８全体のモデルから導出される仮想測定値を使用して測定値を決定することができる。
【００２６】
尿素噴射制御システム３４は、ＳＣＲ触媒４６から出た後の排気流５０の温度が所望の動作窓に入るかどうかに基づいて排気流５０に噴射される尿素の量を調整することができる。同様に、尿素噴射制御システム３４は、ＳＣＲ触媒４６とＡＳＣ４８の間の区域における排気のＮＯX値が、設定された基準値より少ない（または多い）かどうかに基づいて排気流５０に噴射される尿素の量を調整することができる。動作窓および基準値は、ベンチ反応実験を用いて導出され得る。１つの実施形態では、ベンチ反応実験は、研究室の中で行われ、結果は、メモリ内に保存される表または他のデータ構造の中に備えられる。別の実施形態では、ベンチ反応実験は、現場で行われてもよく、さらに、結果を即時に含有することができるように実時間で行われてもよい。
【００２７】
代替的にまたは付加的に、動作窓および基準値は、後処理システム２６およびその構成要素、または機関システム１８およびその構成要素のモデル（例えば、運動模型などの第１原理モデル、統計モデル、神経回路網、遺伝的アルゴリズム、および／またはデータマイニングモデル）を使用して導出してもよい。本尿素噴射制御システム３４が、ＳＣＲ触媒から出た後の排気流５０の温度と、ＳＣＲ触媒４６とＡＳＣ４８の間の区域における排気流５０のＮＯX値とに基づいて排気流５０に噴射される尿素の量を調整するが、尿素噴射制御システム３４は、後処理システム２６の他の動作特性、例えば観察された圧力、流量、その他に基づいて排気流５０に噴射される尿素の量を調整するように構成することもできることを理解されたい。
【００２８】
尿素噴射を調整することに加えて、尿素噴射制御システム３４は、上記のように、アンモニアのＮ2への選択性を最大限にするために、ＡＳＣ４８動作温度窓をさらに調整することができる。上記のように、ＡＳＣ４８は、アンモニアをＮ2に変換するが、ＡＳＣ４８は、アンモニアをＮＯXにも変換することができる。したがって、Ｎ2へのアンモニア選択性を最大限にすることは、ＡＳＣ４８がアンモニアをＮ2に変換する可能性を高める必要がある。さらに、ＡＳＣ４８の動作温度窓とＮ2へのアンモニア選択性との間には関係性があり得る。すなわち、ＡＳＣ４８の吸込温度は、ＡＳＣ４８の中で発生する化学反応の効率に影響を及ぼす場合がある。例えば、ゼオライト配合物を含有する一部のＡＳＣ４８では、ＡＳＣ４８の吸込温度が４００°Ｃ〜５１０°Ｃの間であるとき、Ｎ2へのアンモニア選択性が最大限になる。
【００２９】
Ｎ2へのアンモニア選択性を最大限にするまたは別の方法で改善するために、尿素噴射制御システム３４は、以下の数式を使用し得る。
【００３０】
【数１】
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すなわち、尿素噴射制御システム３４は、ＡＳＣ４８の上流および下流の両方で排気流５０に存在する窒素酸化物の量と、ＡＳＣ４８の上流で排気流５０に存在するアンモニアの量とに基づいてＮ2へのアンモニア選択性を決定することができる。次いで、尿素噴射制御システム３４は、所望の選択性に基づいてＡＳＣ４８に関する動作温度窓を調整することができ、動作温度窓の値および対応する選択性は、メモリ３８の中に参照表の形で保存することができる。動作温度窓と選択性の関係は、実時間実験を含むベンチ反応実験を経て、または上記の通り後処理システム２６のモデル、ならびにセンサ３０によって決定されるようなＡＳＣの上流および下流での温度の現在値を利用して、導出することができる。
【００３１】
さらに、上記のように、尿素噴射制御システム３４は、収集されたデータに基づいて後処理システム２６およびその構成要素の診断評価を行うまたは開始することができる。例えば、後述するように、尿素噴射制御システム３４は、ＡＳＣ４８から出た後の排気のＮＯX値が、設定基準値未満である場合、ＡＳＣ４８の診断評価を開始することができる。尿素噴射制御システム３４または制御システム２８のどちらかが、診断評価を行うことができる。いくつかの実施形態では、尿素噴射制御システム３４は、診断評価の結果に基づいて、さらに修正動作（例えば、計画保全するようオペレータへ警告する）を促すことができる。あるいは、制御システム３２が、修正動作を促すことができる。
【００３２】
実際、本明細書に記載される技術は、Ｎ2へのＮＨ3選択性を最大にするためのＡＳＣ４８温度窓の態様を利用し、ＳＣＲ触媒全体の最適ＮＯX変換がＳＣＲ−ＡＳＣ後処理回路網において達成されないとき、追加の尿素噴射を命じる。これは、ＳＣＲ触媒での温度を読み出すことと、ＳＣＲ触媒４６の前後のＮＯXを感知することによってＳＣＲ触媒全体のＮＯX変換を算出することと、ＮＨ3貯蔵プロファイルを比較することと、ＡＳＣでのＮＯXセンサ３０を読み上げることと、次いで、図４に関して後述するように、ある種の論理に適合する場合、より最適にＮＯXを還元するために追加の尿素を要求することとによって実施することができる。
【００３３】
次に図４を見ると、この図は、後処理システム２６を制御するための尿素噴射制御システム３４で実行するのに適切な工程６０の実施形態についてのフローチャートである。工程６０を以下に詳述しているが、工程６０は、図４に示していない別の段階を含んでいてもよい。さらに、例示している段階を、並行して、または異なる順番に行ってもよい。工程６０は、上記の通り、メモリ３８に保存されるコンピュータ命令または実行可能コードとして実施され、プロセッサ３６によって実行され得る。
【００３４】
ブロック６２から始まり、尿素噴射制御システム３４は、以下でＳＣＲ出口温度６４と称され、図４中ではＳＣＲEXITと示される、ＳＣＲ触媒４６から出た後の排気の温度を決定する。前述のように、ＳＣＲ出口温度６４は、温度センサ３０からの読取値、または後処理システム２６およびその構成要素と機関システム１８およびその構成要素のモデルから導出された仮想測定値に基づいて決定することができる。
【００３５】
ブロック６６において、尿素噴射制御システム３４は、ＳＣＲ出口温度６４が、下限値と上限値の間であるかどうかを判定する。温度限界は、上記の通り、実時間またはオフラインのどちらかのベンチ反応実験を経て決定することができ、メモリ３８に保存され得る。尿素噴射制御システム３４が、ＳＣＲ出口温度６４は、下限値と上限値の範囲内ではないと判定する場合には、ブロック６８へ進むことができる。ブロック６８において、工程６０（例えば、尿素噴射制御システム３４）は、ＳＣＲ出口温度６４が下限値を下回る、または上限値を上回るかどうかを判定する。ブロック５６における判定に基づき、尿素噴射制御システム３４は、ブロック７０において排気流へ噴射される尿素の量を調整する。次いで、尿素噴射制御システムは、ブロック６２における工程６０の開始に戻り得る。
【００３６】
尿素噴射制御システム３４が、ＳＣＲ出口温度６４は、下限値と上限値の範囲内であると判定する場合、ブロック７２において、尿素噴射制御システム３４は、以下でＳＣＲ出口ＮＯX値７４と称し、図４中ではＮＯX,SCRとして表示される、ＳＣＲ触媒から出た後の排気のＮＯX値を決定する。上述のように、ＳＣＲ出口ＮＯX値７４は、ガス分析器などのセンサ３０からの読取値、または後処理システム２６およびその構成要素と、機関システム１８およびその構成要素とのモデルから導出された仮想測定値を利用して決定され得る。
【００３７】
ＳＣＲ出口ＮＯX値７４を使用して、ブロック７６において、尿素噴射制御システム３４は、以下で推定ＳＣＲ  ＮＯX変換率７８と称し、推定ＳＣＲ＿ＮＯXとして表示される、ＳＣＲ触媒４６のＮＯX変換率の推定値を算出する。ブロック８０において、尿素噴射制御システム３４は、推定ＳＣＲ  ＮＯX変換率が、図４では目標ＳＣＲ＿ＮＯXとして示される目標ＳＣＲ  ＮＯX変換率より低いかどうかを判定する。低くない場合、次いで、尿素噴射制御システム３４は、ブロック６２におけるＳＣＲ出口温度６４の決定に戻る。
【００３８】
尿素噴射制御システム３４が、推定ＳＣＲ  ＮＯX変換率は、目標ＳＣＲ  ＮＯX変換率より低いと判定する場合、ブロック８２において、尿素噴射制御システム３４は、以下でアンモニア貯蔵値８４と称し、図４中ではＮＨ3,SCRとして表示される、ＳＣＲ触媒４６の中に蓄えられるアンモニアの量を決定する。上述のように、ＳＣＲ触媒４６は、アンモニアを使用して、窒素酸化物をＮ2と水に変換する化学反応を引き起こす。したがって、排気がＳＣＲ触媒４６を通過した後、大量のアンモニアがＳＣＲ触媒４６の中に残存する場合、それは、ＳＣＲ触媒４６が所望の機能を果たしていないことの現れであり得る。したがって、ブロック８６において、尿素噴射制御システム３４は、アンモニア貯蔵値が、図４中ではＮＨ3,STORAGEとして表示される、アンモニア貯蔵基準値未満であるかどうかを判定する。基準値未満である場合、尿素噴射制御システム３４は、ブロック８８において、ＳＣＲ触媒４６の診断評価を開始することができる。ＳＣＲ触媒４６の診断評価は、尿素噴射制御システム３４または制御システム２８のどちらかによって行われ得る。さらに、尿素噴射制御システム３４または制御システム２８のどちらかが、上述したように、診断評価の結果に基づいて修正動作を促す（例えば、計画保全するようオペレータに警告する）ことができる。
【００３９】
尿素噴射制御システム３４が、アンモニア貯蔵値は、アンモニア貯蔵基準値以上であると判定する場合、ブロック９０において、尿素噴射制御システム３４は、以下でＡＳＣ出口ＮＯX値９２と称し、図４中ではＮＯX,ASCとして表示される、ＡＳＣ４８から出た後の排気のＮＯX値を決定する。上述のように、ＡＳＣ出口ＮＯX値９２は、ガス分析器などのセンサ３０による読取値、または後処理システム２６およびその構成要素と機関システム１８およびその構成要素のモデルから導出され得る。
【００４０】
ブロック９４において、尿素噴射制御システム３４は、ＡＳＣ出口ＮＯX値９２が、後処理システム２６を通過した後の排気中に存在するＮＯXの所望量を表すことができ、かつＮＯX,SYSTEMとして図４中に示される、システムＮＯX基準値未満であるかどうかを判定する。基準値未満である場合、尿素噴射制御システム３４は、ブロック９６においてＡＳＣ４８の診断評価を始めることができる。上述のように、尿素噴射制御システム３４または制御システム２８のどちらかが、診断評価を行うことができ、どちらかが、診断評価の結果に基づいて修正動作を促すことができる。
【００４１】
尿素噴射制御システム３４が、ＡＳＣ出口ＮＯX値がシステムＮＯX基準値以上であると判定する場合、尿素噴射制御システム３４は、ブロック９８において、排気に噴射される尿素の量を増加させることができる。尿素の量が増えると、ＡＳＣ４８がＳＣＲ触媒４６の下流の排気中に残存する全てのアンモニアを酸化させることを依然として可能にしながら、ＳＣＲ触媒４６が、所望の変換率を達成することを可能にし得る。次いで、尿素噴射制御システム３４は、ブロック７２におけるＳＣＲ出口ＮＯX値７４の決定に戻る。
【００４２】
本発明の技術的な効果は、発電システムの後処理システムの動作を監視して調整することを含む。ある実施形態は、後処理システムの動作特性に基づき、後処理システムによる処理に先立って排気に噴射される尿素の量を調整することによって後処理システムの性能の改善を可能にする。例えば、本尿素噴射制御システムは、ＳＣＲ触媒から出た後の排気の温度ならびにＳＣＲ触媒およびＡＳＣの窒素酸化物変換率に基づいて、排気に噴射される尿素の量を調整することができる。他の実施形態は、後処理システムの動作特性を調整することでさまざまな構成要素の変換率を改善することを可能にしている。例えば、本尿素噴射制御システムは、ＡＳＣがアンモニアをＮ2に変換する可能性を判定することができ、ＡＳＣの動作温度窓を調整して、可能性を高めることができる。本明細書中の技術的な効果および技術的問題は、例示的であって、制限的ではない。本明細書中に記載される実施形態は、別の技術的な効果を有することができ、かつ別の技術的問題を解決することができることに留意されたい。
【００４３】
本明細書は、例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、さらに、いかなる当業者でも、任意の装置またはシステムを作成して使用すること、および任意の組み込まれた方法を行うことなど、本発明を実行することができるようにしている。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって定められており、当業者が想到する別の例も含むことができる。こうした別の例は、それらが、特許請求の範囲の文言とは異なっていない構造的要素を有する場合、またはそれらが、特許請求の範囲の文言と実質的ではない違いを有する均等な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれるよう意図される。
【符号の説明】
【００４４】
１０  発電システム
１２  燃料供給システム
１４  燃料貯蔵所
１６  スロットル
１８  機関システム
２０  コンプレッサ
２２  燃焼器
２４  ガス機関
２６  後処理システム
２８  制御システム
３０  センサ
３２  アクチュエータ
３４  尿素噴射制御システム
３６  プロセッサ
３８  メモリ
４０  ハードウェアインターフェイス
４２  ディスプレイ
４４  ユーザ入力装置
４６  選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒
４８  アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）
５０  排気流
６０  工程
６２  ブロック
６４  ＳＣＲ出口温度
６６  ブロック
６８  ブロック
７０  ブロック
７２  ブロック
７４  ＳＣＲ出口ＮＯX値
７６  ブロック
７８  推定ＳＣＲ  ＮＯX変換率
８０  ブロック
８２  ブロック
８４  アンモニア貯蔵値
８６  ブロック
８８  ブロック
９０  ブロック
９２  ＡＳＣ出口ＮＯX値
９４  ブロック
９６  ブロック
９８  ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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