(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
送風機ベーン位置を表す信号を通信するように構成された少なくとも１つのセンサであって、送風機ベーンが、ガスタービンシステムから排気ガス流れを受け入れ、排気ガスを前記ガスタービンシステムに再循環して戻す排気再循環システムの送風機に配置された少なくとも１つのセンサと、
前記少なくとも１つのセンサに通信的に連結されたコントローラと、備え、
前記コントローラは、制御論理を実行して前記送風機ベーン位置に対する基準値を導出するように構成され、前記コントローラは、モデルベースの限界を前記基準値に適用して限界ベースの値を導出するように構成され、前記コントローラは、該限界ベースの値に基づいて前記送風機ベーンを位置決めするように構成され、
前記モデルベースの限界は、物理ベースのモデルを含むモデルベースの制御論理を実行することにより、前記コントローラによって導出される、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記送風機ベーンの位置に基づいて作動中に前記ガスタービンへの入口圧力を増大するように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、比例制御論理、積分制御論理、微分制御論理、又はその組合せを含む非モデルベースの制御論理を実行して前記送風機ベーン位置に対する前記基準値を導出するように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラは直接限界を前記基準値に適用して前記限界ベースの値を導出するように構成され、前記直接限界は、排気温度限界、圧縮機吐出部温度限界、又はその組合せを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記物理ベースのモデルは、前記ガスタービンシステムの熱力学作動から構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記モデルベースの限界は、マッハ数、トルク、又はその組合せを含む、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記モデルベースの限界、及び前記基準値の最小値を選択して前記限界ベースの値を導出するように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記排気再循環システムを備え、
前記排気再循環システムは、前記送風機にかつ排気再循環冷却器に流体的に連結された熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システムを有し、
前記ＨＲＳＧは、前記送風機の上流にあり、該送風機は、前記排気再循環冷却器の上流にある、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、０．９５から１．０５の間の前記ガスタービンシステムの燃焼に対する当量比を可能にする起動信号を導出するように構成されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ガスタービンシステムの作動を感知するステップと、
前記ガスタービンシステムに対する望ましい負荷を受け入れるステップと、
前記ガスタービンシステムの前記作動に基づいて非モデルベースの制御論理を通じて基準送風機ベーン位置を導出するステップと、
前記ガスタービンシステムに対する前記望ましい負荷に基づいてモデルベースの限界を導出するステップと、
前記基準送風機ベーン位置及び前記モデルベースの限界を適用することによって限界ベースの値を導出するステップと、
前記限界ベースの値を適用して望ましいベーン位置を導出するステップと、
送風機ベーンアクチュエータに起動信号を送信してベーンを前記望ましいベーン位置に位置決めするステップと、を含み、
前記ベーンは、前記ガスタービンシステムから排気ガス流れを受け入れ、排気ガスを前記ガスタービンシステムに再循環して戻す排気ガス再循環システムの送風機に配置されている、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記モデルベースの限界を導出するステップは、モデルベースの制御論理を実行するステップを含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記モデルベースの制御論理は、前記ガスタービンシステムの物理ベースのモデルを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記モデルベースの限界は、マッハ数、トルク、又はその組合せを含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
非モデルベースの制御論理を実行することによって前記ガスタービンシステムに対する直接限界を導出するステップを含み、
前記限界ベースの値を導出するステップは、前記基準送風機ベーン位置、前記モデルベースの限界、及び前記直接限界を適用するステップを含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記非モデルベースの制御論理は、比例制御論理、積分制御論理、微分制御論理、又はその組合せを含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記直接限界は、排気温度限界、圧縮機吐出部温度限界、又はその組合せを含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガスタービンシステムは、二酸化炭素を原油２次回収（ＥＯＲ）システムに供給するように構成された量論的排気再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンを含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
ガスタービンシステムの作動を感知し、
前記ガスタービンシステムに対する望ましい負荷を受け入れ、
前記ガスタービンシステムの前記作動に基づいて非モデルベースの制御論理を通じて基準送風機ベーン位置を導出し、
前記ガスタービンシステムに対する前記望ましい負荷に基づいてモデルベースの限界を導出し、
前記基準送風機ベーン位置及び前記モデルベースの限界を適用することによって限界ベースの値を導出し、
前記限界ベースの値を適用して望ましいベーン位置を導出し、
送風機ベーンアクチュエータに起動信号を送信してベーンを前記望ましいベーン位置に位置決めする、ように構成されたプロセッサ、
を備え、
前記ベーンは、前記ガスタービンシステムから排気ガス流れを受け入れ、排気ガスを前記ガスタービンシステムに再循環して戻す排気ガス再循環システムの送風機に配置されている、
ことを特徴とする制御システム。
【請求項１９】
前記モデルベースの限界を導出することは、モデルベースの制御論理を実行することを含む、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記モデルベースの制御論理は、前記ガスタービンシステムの物理ベースのモデルを含む、
請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記モデルベースの限界は、マッハ数、トルク、又はその組合せを含む、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記プロセッサは、非モデルベースの制御論理を実行することによって前記ガスタービンシステムに対する直接限界を導出するように構成され、
前記限界ベースの値の導出は、前記基準送風機ベーン位置、前記モデルベースの限界、及び前記直接限界を適用することを含む、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記プロセッサは、前記ガスタービンシステムの０．９５と１．０５の間の燃焼化学量論を制御するように構成されている、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ガスタービンエンジンは、量論的排気再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンを有し、
制御システムが、３つの処理コアを有する三重モジュール式冗長（ＴＭＲ）コントローラを含む、
請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、ことにより全ての目的に対してその全体が引用によって組み込まれる２０１４年６月３０日出願の「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＦＯＲ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」という名称の米国仮特許出願第６２／０１９，２９８号に対する優先権及びその利益を主張するものである。
【０００２】
本出願は、２０１２年１２月２８日出願の「ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＦＯＲ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」という名称の米国仮特許出願第６１／７４７，２０９号明細書、２０１２年１１月２日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６１／７２２，１１８号明細書、２０１２年１１月２日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＦＵＥＬ−ＤＩＬＵＥＮＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６１／７２２，１１５号明細書、２０１２年１１月２日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＯＸＩＤＡＮＴ−ＤＩＬＵＥＮＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６１／７２２，１１４号明細書、及び２０１２年１１月２日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＬＯＡＤ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＷＩＴＨ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮特許出願第６１／７２２，１１１号明細書に関連し、その全ては、全ての目的に対してその全体が引用によって本明細書に組み込まれている。
【０００３】
本明細書に開示する主題は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンのための燃焼システムの制御システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
ガスタービンエンジンは、発電、航空機、及び様々な機械装置のような広範な用途に使用されている。ガスタービンエンジンは、一般的に、燃焼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、これは、次に、タービンセクションの１又は２以上のタービン段を駆動する。次に、タービンセクションは、圧縮機セクションの１又は２以上の圧縮機段を駆動し、それによって燃料と共に燃焼器セクションの中に吸入するための酸化剤を圧縮する。この場合も、燃料及び酸化剤が燃焼器セクションにおいて混合し、次に、燃焼して高温燃焼生成物を生成する。ガスタービンエンジンは、一般的に、燃焼器セクションの燃焼チャンバから上流の１又は２以上の流路に沿って燃料及び酸化剤を予混合し、次に、燃料及び酸化剤を燃焼させて使用可能な電力を発生させる。残念ながら、予混合火炎は、制御又は維持するのが困難である場合があり、これは、様々な排気エミッション及び電力要件に影響を与える可能性がある。更に、ガスタービンエンジンは、典型的には、酸化剤として大量の空気を消費し、かなりの量の排気ガスを大気中に排出する。換言すると、排気ガスは、典型的には、ガスタービン作動の副産物として無駄になっている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
元来の特許請求する本発明の範囲に応じたある一定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求する本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、以下に記載する実施形態と同様の実施形態、又は実施形態とは異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００６】
第１の実施形態において、システムは、送風機ベーン位置を表す信号を通信するように構成された少なくとも１つのセンサを含み、送風機ベーンは、ガスタービンシステムから排気を受け入れて排気ガスをガスタービンシステムに再循環して戻す排気再循環システムの送風機に配置される。システムは、少なくとも１つのセンサに通信的に連結されたコントローラを更に含み、コントローラは、制御論理を実行して送風機ベーン位置に対する基準値を導出するように構成され、コントローラは、直接限界、間接限界、又はその組合せを基準値に適用して限界ベースの値を導出するように構成され、コントローラは、限界ベースの値に基づいて送風機ベーンを位置決めするように構成される。
【０００７】
第２の実施形態において、方法は、ガスタービンエンジンの作動を感知する段階と、ガスタービンシステムに対する望ましい負荷を受け入れる段階とを含む。本方法は、ガスタービンシステムの作動に基づいて非モデルベースの制御論理を通じて基準送風機ベーン位置を導出する段階と、ガスタービンシステムに対する望ましい負荷に基づいて間接限界を導出する段階とを更に含む。本方法は、これに加えて、基準送風機ベーン位置及び間接限界を適用することによって限界ベースの値を導出する段階と、限界ベースの値を適用して望ましいベーン位置を導出する段階とを含む。本方法はまた、送風機ベーンアクチュエータに起動信号を送信してベーンを望ましいベーン位置に位置決めする段階を含む。
【０００８】
第３の実施形態において、制御システムは、ガスタービンシステムの作動を感知し、かつガスタービンシステムに対する望ましい負荷を受け入れるように構成されたプロセッサを含む。プロセッサは、ガスタービンシステムの作動に基づいて非モデルベースの制御論理を通じて基準送風機ベーン位置を導出し、かつガスタービンシステムに対する望ましい負荷に基づいて間接限界を導出するように更に構成される。プロセッサは、これに加えて、基準送風機ベーン位置及び間接限界を適用することによって限界ベースの値を導出し、かつ限界ベースの値を適用して望ましいベーン位置を導出するように構成される。プロセッサはまた、送風機ベーンアクチュエータに起動信号を送信してベーンを望ましいベーン位置に位置決めするように構成される。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、図面全体を通して同じ文字が同じ部分を表す添付の図面を参照して以下の詳細説明を読むとより良く理解されることになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】炭化水素生成システムに連結されたタービンベースのサービスシステムを有するシステムの実施形態の図である。
【図２】制御システム及び複合サイクルシステムを更に示す図１のシステムの実施形態の図である。
【図３】ガスタービンエンジン、排気ガス供給システム、及び排気ガス処理システムの詳細を更に示す図１及び２のシステムの実施形態の図である。
【図４】図１〜３のシステムを作動させるための工程の実施形態のフローチャートである。
【図５】図１〜３のタービンベースのシステム及び制御システムに通信的に連結された複数のセンサ及びアクチュエータと排気再循環に適切な排気ガス処理システムとの実施形態の図である。
【図６】図１〜３の制御システムによって使用するのに適切なモデルベースの制御システムの実施形態の図である。
【図７】図１〜３のタービンベースのシステムを制御するのに適切な工程の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の１又は２以上の特定の実施形態について以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行う取り組みの一環として、本明細書では、実際の実施構成の全ての特徴については説明しない場合がある。あらゆる技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及び／又はビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために多数の実施時固有の決定が行われる点は理解されたい。その上、このような開発努力は、複雑で多大な時間を必要とする場合があるが、それにも関わらず、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する時に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１又は２以上が存在することを意味するように意図している。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包含的であり、かつ列挙した要素以外に追加の要素が存在する場合があることを意味するように意図している。
【００１３】
以下で詳細に検討されるように、開示する実施形態は、全体的に、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を有するガスタービンシステムに関し、より詳細には、ＥＧＲを用いたガスタービンシステムの量論的作動に関する。例えば、ガスタービンシステムは、排気ガス再循環経路に沿って排気ガスを再循環させ、再循環された排気ガスの少なくとも一部と共に燃料及び酸化剤を量論的に燃焼させ、かつ様々な目標システムにおいて使用するために排気ガスを取り込むよう構成することができる。量論的燃焼と共に排気ガスを再循環することによって、排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度レベルを上昇させるのに役立ち、種々の目標システムで使用するためにＣＯ2及び窒素（Ｎ2）を分離及び精製するよう後処理することができる。ガスタービンシステムはまた、排気ガス再循環経路に沿って種々の排気ガス処理（例えば、熱回収、触媒反応、その他）を利用し、これによりＣＯ2の濃度レベルを上昇させ、他のエミッション（例えば、一酸化炭素、窒素酸化物、及び未燃炭化水素）の濃度レベルを低下させ、エネルギー回収（例えば、熱回収ユニットを用いて）を向上させることができる。更に、ガスタービンエンジンは、１又は２以上の拡散火炎（例えば、拡散燃料ノズルを用いて）、予混合火炎（例えば、予混合燃料ノズルを用いて）、又はこれらの何らかの組合せを用いて燃料及び酸化剤を燃焼させるように構成することができる。特定の実施形態において、拡散火炎は、量論的燃焼の一定の限度内に安定性及び作動を維持するのに役立つことができ、これは次に、ＣＯ2の生成を増加させるのに役立つ。例えば、拡散火炎で作動するガスタービンシステムは、予混合火炎で作動するガスタービンシステムと比べてより大量のＥＧＲを可能にすることができる。次に、ＥＧＲの増量は、ＣＯ2生成を増加させるのに役立つ。可能な目標システムは、原油二次回収（ＥＯＲ）システムなどのパイプライン、貯蔵タンク、炭素隔離システム、及び炭化水素生成システムを含む。
【００１４】
本明細書に説明するシステム及び方法は、熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システムを通して流体（例えば、タービン排気ガス）を吸入し、再利用送風機を通して流体の圧力を調節し、及び／又はタービンシステム圧縮機への再循環送出のためにＥＧＲ冷却器を通して流体を冷却するのに適切な排気ガス（ＥＧ）加工システム（例えば、排気再循環ループ）を提供する。従って、ＥＧ加工システムを通した圧力比は、以下でより詳細に説明するように、タービンシステムを通した電力生成を改善するように調節することができ、及び／又は製品ガスの生成を改善することができる。ＥＧ加工システムを含む本明細書に説明する様々なシステムを制御するのに適切な制御システムも提供する。例えば、制御システムは、他の調節の中でも取りわけ、再利用送風機に含まれるベーンを調節して、排気再循環ループ内の圧力を調整することができる。
【００１５】
上述の事項を考慮に入れて、図１は、タービンベースのサービスシステム１４に関連する炭化水素生成システム１２を有するシステム１０の実施形態の図である。以下でより詳細に検討するように、タービンベースのサービスシステム１４の種々の実施形態は、電力、機械出力、及び流体（例えば、排気ガス）などの種々のサービスを炭化水素生成システム１２に提供し、オイル及び／又はガスの生成又は取り出しを促進するよう構成される。図示の実施形態において、炭化水素生成システム１２は、オイル／ガス抽出システム１６及び原油二次回収（ＥＯＲ）システム１８を含み、これらは、地下リザーバ２０（例えば、オイル、ガス、又は炭化水素リザーバ）に連結される。オイル／ガス抽出システム１６は、オイル／ガス井戸２６に連結されたクリスマスツリー又は生産ツリー２４のような様々な坑外設備２２を含む。更に、井戸２６は、地中３２にある掘削ボア３０を通って地下リザーバ２０まで延びる１又は２以上の管体２８を含むことができる。ツリー２４は、地下リザーバ２０との間で圧力を調節し流れを制御する、１又は２以上のバルブ、チョーク、分離スリーブ、噴出防止装置、及び種々の流れ制御装置を含む。ツリー２４は、一般に、地下リザーバ２０の外への生産流体（例えば、オイル又はガス）の流れを制御するのに使用されるが、ＥＯＲシステム１８は、１又は２以上の流体を地下リザーバ２０内に注入することによりオイル又はガスの生産を増大させることができる。
【００１６】
従って、ＥＯＲシステム１８は、地中３２にあるボア３８を通って地下リザーバ２０内に延びる１又は２以上の管体３６を有する流体注入システム３４を含むことができる。例えば、ＥＯＲシステム１８は、１又は２以上の流体４０（ガス、蒸気、水、化学物質、又はこれらの何らかの組合せ）を流体注入システム３４に送ることができる。例えば、以下でより詳細に検討するように、ＥＯＲシステム１８は、タービンベースのサービスシステム１４に連結され、その結果、システム１４は、排気ガス４２（例えば、実質的に又は完全に酸素を伴わない）をＥＯＲシステム１８に送り、注入流体４０として用いることができるようになる。流体注入システム３４は、矢印４４で示されるように、流体４０（例えば、排気ガス４２）を１又は２以上の管体３６を通って地下リザーバ２０に送る。注入流体４０は、オイル／ガス井戸２６の管体２８からオフセット距離４６だけ離れた管体３６を通って地下リザーバ２０に流入する。従って、注入流体４０は、地下リザーバ２０内に配置されたオイル／ガス４８を移動させ、矢印５０で示されるように、オイル／ガス４８を炭化水素生成システム１２の１又は２以上の管体２８を通って上方に送り出す。以下でより詳細に検討するように、注入流体４０は、炭化水素生成システム１２によって必要に応じて施設内で排気ガス４２を発生させることができるタービンベースのサービスシステム１４から生じた排気ガス４２を含むことができる。換言すると、タービンベースのシステム１４は、１又は２以上のサービス（例えば、電力、機械出力、蒸気、水（例えば、脱塩水）と、炭化水素生成システム１２が使用する排気ガス（例えば、実質的に酸素を伴わない）とを同時に発生させ、これによりこのようなサービスの外部供給源への依存を低減又は排除することができる。
【００１７】
図示の実施形態において、タービンベースのサービスシステム１４は、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンシステム５２及び排気ガス（ＥＧ）処理システム５４を含む。ガスタービンシステム５２は、燃料希薄制御モード又は燃料リッチ制御モードのような、量論的燃焼作動モード（例えば、量論的制御モード）及び非量論的燃焼作動モード（例えば、非量論的制御モード）で作動するよう構成することができる。量論的制御モードにおいては、燃焼は、全体的に、燃料及び酸化剤の実質的に化学量論比で生じ、これにより実質的に量論的燃焼を生じることになる。特に、量論的燃焼は、一般に、燃焼生成物が実質的に又は完全に未燃燃料及び酸化剤を含まないように、燃焼反応において燃料及び酸化剤の実質的に全てを消費することを伴う。量論的燃焼の１つの尺度は、当量比すなわちファイ（Φ）であり、量論的燃料／酸化剤比に対する実際の燃料／酸化剤比の割合である。１．０よりも大きい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料リッチ燃焼をもたらし、他方、１．０よりも小さい当量比は、燃料及び酸化剤の燃料希薄燃焼をもたらす。対照的に、当量比１．０は、燃料リッチでもなく燃料希薄でもない燃焼をもたらし、従って、燃焼反応において燃料及び酸化剤の全てを実質的に消費する。開示する実施形態の文脈において、用語「量論的」又は「実質的に量論」とは、約０．９５〜約１．０５の当量比を指すことができる。しかし、開示する実施形態はまた、当量比１．０±０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、又はそれ以上を含むことができる。この場合も同様に、タービンベースのサービスシステム１４における燃料及び酸化剤の量論的燃焼は、残存する未燃燃料又は酸化剤が実質的に存在しない燃焼生成物又は排気ガス（例えば、４２）をもたらすことができる。例えば、排気ガス４２は、１、２、３、４、又は５容積パーセント未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。別の実施例によれば、排気ガス４２は、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満の酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯX）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。しかし、開示する実施形態はまた、排気ガス４２中の他の範囲の残留燃料、酸化剤、及び他のエミッションレベルを生成する。本明細書で使用される場合、用語「エミッション」、「エミッションレベル」、及び「エミッション目標」は、特定の燃焼生成物（例えば、ＮＯｘ、ＣＯ、ＳＯｘ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＨＣｓ、その他）の濃度レベルを指すことができ、これらは、再循環されたガスストリーム、放出されたガスストリーム（例えば、大気中に排気された）、及び種々の目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２）において使用されるガスストリーム中に存在することがで���る。
【００１８】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及びＥＧ加工システム５４は、異なる実施形態において様々な構成要素を含むことができるが、図示のＥＧ加工システム５４は、熱回収蒸気発電機（ＨＲＳＧ）５６及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム５８を含み、これらは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２から生じた排気ガス６０を受け入れて処理する。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮機、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらは全体として、排気ガス６０からの熱を水ストリームに伝達して蒸気６２を発生させるよう機能する。蒸気６２は、１又は２以上の蒸気タービン、ＥＯＲシステム１８、又は炭化水素生成システム１２の他のいずれかの部分において用いることができる。例えば、ＨＲＳＧ５６は、低圧、中圧、及び／又は高圧の蒸気６２を生成することができ、これらは、低圧、中圧、及び高圧蒸気タービン段又はＥＯＲシステム１８の異なる用途に選択的に適用することができる。蒸気６２に加えて、脱塩水のような処理水６４は、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧ加工システム５４又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２の別の部分によって生成することができる。処理水６４（例えば、脱塩水）は、内陸又は砂漠地帯などの水不足の領域において特に有用とすることができる。処理水６４は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２内で燃料の燃焼を生じる大量の空気によって少なくとも部分的に生成することができる。蒸気６２及び水６４の施設内での生成は、多くの用途（炭化水素生成システム１２を含む）で有益であるが、排気ガス４２、６０の施設内での生成は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２から生成される低酸素含有、高圧及び熱に起因して、ＥＯＲシステム１８に特に有益とすることができる。従って、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧ加工システム５４の別の部分は、排気ガス６６をＳＥＧＲガスタービンシステム５２に出力又は再循環できると同時に、排気ガス４２を炭化水素生成システム１２と共に使用するためにＥＯＲシステム１８に送ることができる。同様に、排気ガス４２は、炭化水素生成システム１２のＥＯＲシステム１８にて使用するためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２から直接（すなわち、ＥＧ加工システム５４を通過することなく）抽出することができる。
【００１９】
排気ガス再循環は、ＥＧ加工システム５４のＥＧＲシステム５８により処理される。例えば、ＥＧＲシステム５８は、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、排気ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はその組合せ）、及び制御部を含み、排気ガス再循環経路に沿ってＳＥＧＲガスタービンシステム５２の出力（例えば、排気された排気ガス６０）から入力（例えば、吸入された排気ガス６６）まで排気ガスを再循環するようにする。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の圧縮機を有する圧縮機セクションに排気ガス６６を吸入させ、これにより排気ガス６６を圧縮して、酸化剤６８及び１又は２以上の燃料７０の吸入と共に燃焼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、酸素低減空気、酸素−窒素混合気、又は燃料７０の燃焼を促進する何らかの好適な酸化剤を含むことができる。燃料７０は、１又は２以上のガス燃料、液体燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。例えば、燃料７０は、天然ガス、液化天然ガス（ＬＮＧ）、シンガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、ケロシン、ディーゼル燃料、エタノール、メタノール、バイオ燃料、又は何らかのこれらの組合せを含むことができる。
【００２０】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、燃焼器セクションにおいて排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を混合して燃焼させ、これによりタービンセクションにおいて１又は２以上のタービン段を駆動する高温の燃焼ガス又は排気ガス６０を発生する。特定の実施形態において、燃焼器セクションにおける各燃焼器は、１又は２以上の予混合燃料ノズル、１又は２以上の拡散燃料ノズル、又は何らかのこれらの組合せを含む。例えば、各予混合燃料ノズルは、燃料ノズルの内部で、及び／又は燃料ノズルの部分的に上流側で酸化剤６８と燃料７０を混合し、これにより予混合燃焼（例えば、予混合火炎）のため酸化剤−燃料混合気を燃料ノズルから燃焼ゾーンに注入するよう構成することができる。別の実施例によれば、各拡散燃料ノズルは、酸化剤６８及び燃料７０の流れを燃料ノズル内で分離し、これにより拡散燃焼（例えば、拡散火炎）のため酸化剤６８及び燃料７０を燃料ノズルから燃焼ゾーンに個別に注入するよう構成することができる。特に、拡散燃料ノズルによって提供される拡散燃焼は、初期燃焼のポイントすなわち火炎領域まで酸化剤６８及び燃料７０の混合を遅延させる。拡散燃料ノズルを利用する実施形態において、拡散火炎は、一般に酸化剤６８及び燃料７０の別個のストリームの間（すなわち、酸化剤６８及び燃料７０が混合される時に）の化学量論ポイントにて形成されるので、火炎安定性を向上させることができる。特定の実施形態において、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、拡散燃料ノズル又は予混合燃料ノズルの何れかにおいて酸化剤６８、燃料７０、又は両方と予混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、各燃焼器内での燃焼ポイントにて又はその下流側にて燃焼器内に注入することができる。これらの希釈剤を使用することにより、火炎（例えば、予混合火炎又は拡散火炎）の調質を助け、これにより一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ2）などのＮＯｘエミッションの低減を助けることができる。火炎のタイプに関係なく、燃焼は、高温の燃焼ガス又は排気ガス６０を生成して、１又は２以上のタービン段を駆動する。各タービン段が排気ガス６０によって駆動されると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、機械出力７２及び／又は電力７４（例えば、発電機を通じて）を発生する。システム５２はまた、排気ガス６０を出力し、更に水６４を出力することができる。この場合も同様に、水６４は、脱塩水などの処理水とすることができ、これは、設備内又は設備外での様々な用途で有用とすることができる。
【００２１】
排気ガスの抽出はまた、１又は２以上の抽出ポイント７６を用いてＳＥＧＲガスタービンシステム５２により提供される。例えば、図示の実施形態は、抽出ポイント７６から排気ガス４２を受け入れ、該排気ガス４２を処理して、次いで、種々の目標システムに排気ガス４２を供給又は分配する排気ガス（ＥＧ）抽出システム８０及び排気ガス（ＥＧ）処理システム８２を有する排気ガス（ＥＧ）供給システム７８を含む。目標システムは、ＥＯＲシステム１８、及び／又はパイプライン８６、貯蔵タンク８８、又は炭素隔離システム９０などの他のシステムを含むことができる。ＥＧ抽出システム８０は、１又は２以上の導管、バルブ、制御部、及び流れ分離装置を含むことができ、これらは、排気ガス４２を酸化剤６８、燃料７０、及び他の汚染物質から隔離すると同時に、抽出した排気ガス４２の温度、圧力、及び流量を制御するのを可能にする。ＥＧ処理システム８２は、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発電機などの熱回収ユニット、凝縮機、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、ガス脱水ユニット、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、排気ガス圧縮機、これらのいずれかの組合せを含むことができる。ＥＧ処理システム８２のこれらのサブシステムにより、温度、圧力、流量、水分含有量（例えば、水分除去量）、粒子状物質含有量（例えば、粒子状物質除去量）、及びガス組成（例えば、ＣＯ2、Ｎ2、その他の割合）の制御が可能となる。
【００２２】
抽出した排気ガス４２は、目標システムに応じて、ＥＧ処理システム８２の１又は２以上のサブシステムにより処理される。例えば、ＥＧ処理システム８２は、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システムを通じて排気ガス４２の一部又は全てを向けることができ、種々の目標システムで使用するために炭素含有ガス（例えば、二酸化炭素）９２及び／又は窒素（Ｎ2）９４を分離及び精製するよう制御される。例えば、ＥＧ処理システム８２の実施形態は、ガス分離及び精製を実施し、第１のストリーム９６、第２のストリーム９７、及び第３のストリーム９８のような排気ガス４２の複数の異なるストリーム９５を生成することができる。第１のストリーム９６は、二酸化炭素リッチ及び／又は窒素希薄（例えば、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム）である第１の組成を有することができる。第２のストリーム９７は、二酸化炭素及び／又は窒素の中間濃度レベル（例えば、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム）である第２の組成を有することができる。第３のストリーム９８は、二酸化炭素希薄及び／又は窒素リッチ（例えば、ＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム）である第３の組成を有することができる。各ストリーム９５（例えば、９６、９７、及び９８）は、目標システムへのストリーム９５の送出を促進するために、ガス脱水ユニット、フィルタ、ガス圧縮機、又はその組合せを含むことができる。特定の実施形態において、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６は、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＣＯ2純度又は濃度レベルと、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも小さいＮ2純度又は濃度レベルとを有することができる。対照的に、ＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８は、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも小さいＣＯ2純度又は濃度レベルと、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＮ2純度又は濃度レベルとを有することができる。中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７は、約３０〜７０、３５〜６５、４０〜６０、又は４５〜５５容積パーセントのＣＯ2純度又は濃度レベル及び／又はＮ2純度又は濃度レベルを有することができる。上述の範囲は、単に非限定的な例に過ぎず、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８は、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４と共に使用するのに特に好適とすることができる。しかし、これらのリッチ、希薄、又は中間の濃度のＣＯ2ストリーム９５の何れかは、単独で、又は様々な組合せでＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４と共に使用することができる。例えば、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４（例えば、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０）は各々、１又は２以上のＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、１又は２以上のＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８、１又は２以上の中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及び１又は２以上の未処理排気ガス４２ストリーム（すなわち、ＥＧ処理システム８２をバイパスした）を受け入れることができる。
【００２３】
ＥＧ抽出システム８０は、圧縮機セクション、燃焼器セクション、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加工システム５４との間で流体流れ（例えば、排気ガス４２）を循環させることができる。例えば、ＥＧ加工システム５４を通過する排気ガス４２の一部は、ＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４で使用するためにＥＧ抽出システム８０によって抽出することができる。特定の実施形態において、ＥＧ供給システム７８及びＥＧ加工システム５４は、独立しているか、又は互いに一体化することができ、従って、独立したサブシステム又は共通のサブシステムを用いることができる。例えば、ＥＧ処理システム８２は、ＥＧ供給システム７８及びＥＧ加工システム５４両方によって用いることができる。ＥＧ加工システム５４から抽出される排気ガス４２は、ＥＧ加工システム５４における１又は２以上のガス処理段及びその後に続くＥＧ処理システム８２における１又は２以上の追加のガス処理段のような、複数のガス処理段を受けることができる。
【００２４】
各抽出ポイント７６において、抽出した排気ガス４２は、ＥＧ加工システム５４において実質的に量論的燃焼及び／又はガス処理に起因して、実質的に酸化剤６８及び燃料７０（例えば、未燃燃料又は炭化水素）が存在しない場合がある。更に、目標システムに応じて、抽出した排気ガス４２は、ＥＧ供給システム７８のＥＧ処理システム８２において更なる処理を受け、これにより何らかの残留する酸化剤６８、燃料７０、又は他の望ましくない燃焼生成物を更に低減することができる。例えば、ＥＧ処理システム８２の処理の前又は後で、抽出した排気ガス４２は、１、２、３、４、又は５容積パーセントよりも少ない酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。別の実施例によれば、ＥＧ処理システム８２の処理の前又は後で、抽出した排気ガス４２は、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）よりも少ない酸化剤（例えば、酸素）、未燃燃料又は炭化水素（例えば、ＨＣ）、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘ）、水素、及び他の不完全燃焼生成物を有することができる。従って、排気ガス４２は、ＥＯＲシステム１８と共に使用するのに特に好適である。
【００２５】
タービンシステム５２のＥＧＲ作動は、具体的には、複数の位置７６での排気ガス抽出を可能にする。例えば、システム５２の圧縮機セクションを用いて、どのような酸化剤６８もなしで排気ガス６６を圧縮する（すなわち、排気ガス６６の圧縮のみ）ことができ、その結果、酸化剤６８及び燃料７０の流入前に圧縮機セクション及び／又は燃焼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。
【００２６】
排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０がヘッド端部部分を通って（例えば、燃料ノズルを通って）各燃焼器の燃焼部（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、各燃焼器内の排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０の混合気の燃焼生成物は、実質的に酸素及び未燃燃料を含まない。従って、燃焼生成物（又は排気ガス）は、ＥＯＲシステム１８に送られる排気ガス４２として使用するためにＳＥＧＲガスタービンシステム５２のタービンセクションから抽出することができる。タービンセクションに沿って、抽出ポイント７６は、隣接するタービン段の間の段間ポートなどのいずれかのタービン段に位置付けることができる。従って、上述の抽出ポイント７６の何れかを用いて、タービンベースのサービスシステム１４は、排気ガス４２を生成及び抽出し、炭化水素生成システム１２（例えば、ＥＯＲシステム１８）に送出して、地下リザーバ２０からのオイル／ガス４８の生成に用いることができる。
【００２７】
図２は、タービンベースのサービスシステム１４及び炭化水素生成システム１２に連結された制御システム１００を示す図１のシステム１０の実施形態の図である。図示の実施形態において、タービンベースのサービスシステム１４は、複合サイクルシステム１０２を含み、これは、トッピングサイクルとしてＳＥＧＲガスタービンシステム５２と、ボトミングサイクルとして蒸気タービン１０４と、排気ガス６０から熱を回収して蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生させるＨＲＳＧ５６とを含む。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を受け入れて混合し、量論的燃焼（例えば、予混合及び／又は拡散火炎）をして、これにより排気ガス６０、機械出力７２、電力７４、及び／又は水６４を生成する。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、発電機、酸化剤圧縮機（例えば、主空気圧縮機）、ギアボックス、ポンプ、炭化水素生成システム１２の設備、又はそのあらゆる組合せなどの１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動することができる。一部の実施形態において、機械装置１０６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と縦一列に配列された発電機又は蒸気タービン（例えば、蒸気タービン１０４）などの他の駆動装置を含むことができる。従って、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２（及び何らかの追加の駆動装置）によって駆動される機械装置１０６の出力は、機械出力７２及び電力７４を含むことができる。機械出力７２及び／又は電力７４は、炭化水素生成システム１２に動力を供給するために施設内で用いることができ、電力７４は、送電網又はそのあらゆる組合せに配電することができる。機械装置１０６の出力はまた、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の燃焼セクションに吸入するために圧縮酸化剤６８（例えば、空気又は酸素）などの圧縮流体を含むことができる。これらの出力（例えば、排気ガス６０、機械出力７２、電力７４、及び／又は水６４）の各々は、タービンベースのサービスシステム１４の１つのサービスとみなすことができる。
【００２８】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、実質的に酸素を伴わない場合がある排気ガス４２、６０を生成し、排気ガス４２、６０は、ＥＧ加工システム５４及び／又はＥＧ供給システム７８に送られる。ＥＧ供給システム７８は、排気ガス４２（例えば、ストリーム９５）を処理して炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４に送出することができる。上記で検討したように、ＥＧ加工システム５４は、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８を含むことができる。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮機、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらを用いて排気ガス６０から熱を回収し又は水１０８に伝達し、蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と同様に、蒸気タービン１０４は、１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動し、これにより機械出力７２及び電力７４を生成することができる。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、縦一列の形態で配列されて、同じ機械装置１０６を駆動する。しかし、他の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、異なる機械装置１０６を個別に駆動し、機械出力７２及び／又は電力７４を独立に生成することができる。蒸気タービン１０４がＨＲＳＧ５６からの蒸気６２により駆動されると、蒸気６２の温度及び圧力が漸次的に低下する。従って、蒸気タービン１０４は、使用した蒸気６２及び／又は水１０８をＨＲＳＧ５６に戻すよう再循環し、排気ガス６０からの熱回収を通じて追加の蒸気を発生させる。蒸気発生に加えて、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧ加工システム５４の別の部分は、水６４、炭化水素生成システム１２と共に用いるための排気ガス４２、及びＳＥＧＲガスタービンシステム５２への入力として使用する排気ガス６６を生成することができる。例えば、水６４は、他の用途で使用するための脱塩水のような処理水６４とすることができる。脱塩水は、水の利便性が低い領域で特に有用とすることができる。排気ガス６０に関しては、ＥＧ加工システム５４の実施形態は、排気ガス６０をＨＲＳＧ５６に通過させるかどうかに関係なく、ＥＧＲシステム５８を通じて排気ガス６０を再循環させるよう構成することができる。
【００２９】
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、システム５２の排気出口から排気入口まで延びる排気ガス再循環経路１１０を有する。排気ガス６０は、経路１１０に沿って、図示の実施形態においてＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８を含むＥＧ加工システム５４を通過する。ＥＧＲシステム５８は、経路１１０に沿って直列及び／又は並列配列で、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収蒸気発電機などの熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はそのあらゆる組合せ）を含むことができる。換言すると、ＥＧＲシステム５８は、システム５２の排気ガス出口と排気ガス入口との間の排気ガス再循環経路１１０に沿って、何れかの流れ制御構成要素、圧力制御構成要素、温度制御構成要素、湿度制御構成要素、及びガス組成制御構成要素を含むことができる。従って、経路１１０に沿ってＨＲＳＧ５６を有する実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、ＥＧＲシステム５８の１つの構成要素とみなすことができる。しかし、特定の実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、排気ガス再循環経路１１０とは独立して排気ガス経路に沿って配置することができる。ＨＲＳＧ５６がＥＧＲシステム５８と別個の経路に沿っているか又は共通の経路に沿っているかに関係なく、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８は、排気ガス６０を吸入して、再循環される排気ガス６０、ＥＧ供給システム７８（例えば、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４のため）と共に使用するための排気ガス４２、又は別の出力の排気ガスを出力する。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０（例えば、予混合火炎及び／又は拡散火炎）を吸入して混合し、量論的燃焼して、ＥＧ加工システム５４、炭化水素生成システム１２、又は他のシステム８４に分配するために実質的に酸素及び燃料を含まない排気ガス６０を生成する。
【００３０】
図１を参照しながら上述したように、炭化水素生成システム１２は、地下リザーバ２０からオイル／ガス井戸２６を通るオイル／ガス４８の回収又は生成を促進する様々な設備を含むことができる。例えば、炭化水素生成システム１２は、流体注入システム３４を有するＥＯＲシステム１８を含むことができる。図示の実施形態において、流体注入システム３４は、排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２及び蒸気注入ＥＯＲシステム１１４を含む。流体注入システム３４は、様々な供給源から流体を受け入れることができるが、図示の実施形態は、タービンベースのサービスシステム１４から排気ガス４２及び蒸気６２を受け入れることができる。タービンベースのサービスシステム１４により生成される排気ガス４２及び／又は蒸気６２はまた、他のオイル／ガスシステム１１６で使用するため炭化水素生成システム１２に送ることができる。
【００３１】
排気ガス４２及び蒸気６２の量、品質、及び流れは、制御システム１００により制御することができる。制御システム１００は、タービンベースのサービスシステム１４に完全に専用とすることができ、又は制御システム１００は、任意選択的に、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４の制御を行うことができる。図示の実施形態において、制御システム１００は、プロセッサ１２０、メモリ１２２、蒸気タービン制御部１２４、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６、及び機械制御部１２８を有するコントローラ１１８を含む。プロセッサ１２０は、タービンベースのサービスシステム１４を制御するために単一のプロセッサ又はトリプル冗長プロセッサのような２又は３以上の冗長プロセッサを含むことができる。メモリ１２２は、揮発性及び／又は不揮発性メモリを含むことができる。例えば、メモリ１２２は、１又は２以上のハードドライブ、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。制御部１２４、１２６、及び１２８は、ソフトウェア及び／又はハードウェア制御部を含むことができる。例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８は、メモリ１２２上に格納されてプロセッサ１２０により実行可能な種々の命令又はコードを含むことができる。制御部１２４は、蒸気タービン１０４の作動を制御するよう構成され、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、システム５２を制御するよう構成され、機械制御部１２８は、機械装置１０６を制御するよう構成される。従って、コントローラ１１８（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）は、タービンベースのサービスシステム１４の種々のサブシステムを協働させて炭化水素生成システム１２に排気ガス４２の好適なストリームを提供するよう構成することができる。
【００３２】
制御システム１００の特定の実施形態において、図面において示され又は本明細書で説明される各要素（例えば、システム、サブシステム、及び構成要素）は、（例えば、このような要素の直接内部に、上流側に、又は下流側に）センサ及び制御デバイスのような１又は２以上の工業用制御特徴要素を含み、これらは、コントローラ１１８と共に工業用制御ネットワークを通じて互いに通信可能に連結される。例えば、各要素に関連する制御デバイスは、専用のデバイスコントローラ（例えば、プロセッサ、メモリ、及び制御命令を含む）、１又は２以上のアクチュエータ、バルブ、スイッチ、及び工業用制御機器を含むことができ、これらは、センサフィードバック１３０、コントローラ１１８からの制御信号、ユーザからの制御信号、又はそのあらゆる組合せに基づいて制御を可能にする。従って、本明細書で説明する制御機能の何れも、コントローラ１１８、各要素に関連する専用のデバイスコントローラ、又はその組合せにより格納され及び／又は実行可能な制御命令を用いて実施することができる。
【００３３】
このような制御機能を可能にするために、制御システム１００は、種々の制御部（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）の実行の際に使用するセンサフィードバック１３０を達成するためにシステム１０全体にわたって分配された１又は２以上のセンサを含む。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧ加工システム５４、蒸気タービン１０４、炭化水素生成システム１２、又はタービンベースのサービスシステム１４又は炭化水素生成システム１２にわたる他の何れかの構成要素にわたって分配されたセンサから取得することができる。例えば、センサフィードバック１３０は、温度フィードバック、圧力フィードバック、流量フィードバック、火炎温度フィードバック、燃焼動力学フィードバック、吸入酸化剤組成フィードバック、吸入燃料組成フィードバック、排気ガス組成フィードバック、機械出力７２の出力レベル、電力７４の出力レベル、排気ガス４２、６０の出力量、水６４の出力量又は品質、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２において量論的燃焼を可能にする排気ガス４２、６０の組成を含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、酸化剤６８の酸化剤供給経路に沿った１又は２以上の吸入酸化剤センサ、燃料７０の燃料供給経路に沿った１又は２以上の吸入燃料センサ、及び排気ガス再循環経路１１０に沿って配置され及び／又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２内部に配置された１又は２以上の排気エミッションセンサからのフィードバックを含むことができる。吸入酸化剤センサ、吸入燃料センサ、及び排気エミッションセンサは、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、及び組成センサを含むことができる。エミッションセンサは、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘセンサ）、炭素酸化物（例えば、ＣＯセンサ及びＣＯ2センサ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘセンサ）、水素（例えば、Ｈ2センサ）、酸素（例えば、Ｏ2センサ）、未燃炭化水素（例えば、ＨＣセンサ）、又は他の不完全燃焼生成物、又はそのあらゆる組合せに対するセンサを含むことができる。
【００３４】
このフィードバック１３０を用いて、制御システム１００は、当量比を好適な範囲内、例えば、約０．９５〜約１．０５、約０．９５〜約１．０、約１．０〜約１．０５、又は実質的に１．０に維持するように、（他の作動パラメーターの中でも特に）ＳＥＧＲガスタービンシステム５２への排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０の吸入流を調節（例えば、増大、減少、又は維持）することができる。例えば、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、ＣＯ及びＣＯ2などの炭素酸化物、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）を監視し及び／又は当量比を決定し、次いで、１又は２以上の構成要素を制御して、排気エミッション（例えば、排気ガス４２の濃度レベル）及び／又は当量比を調節することができる。制御される構成要素は、限定ではないが、酸化剤６８、燃料７０、及び排気ガス６６のための供給経路に沿ったバルブ；ＥＧ加工システム５４における酸化剤圧縮機、燃料ポンプ、又は何れかの構成要素；ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の何れかの構成要素；又はそのあらゆる組合せを含む図面を参照して例示かつ説明した構成要素の何れかを含むことができる。制御される構成要素は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２内で燃焼する酸化剤６８、燃料７０、及び排気ガス６６の流量、温度、圧力、又はパーセンテージ（例えば、当量比）を調節（例えば、増大、減少、又は維持）することができる。制御される構成要素はまた、触媒ユニット（例えば、酸化触媒ユニット）、触媒ユニットのための供給源（例えば、酸化燃料、熱、電気、その他）、ガス精製及び／又は分離ユニット（例えば、溶剤ベース分離器、吸収器、フラッシュタンク、その他）、及び濾過ユニットなど、１又は２以上のガス処理システムを含むことができる。ガス処理システムは、排気ガス再循環経路１１０、通気経路（例えば、大気中に排気される）、又はＥＧ供給システム７８への抽出経路に沿った種々の排気エミッションの低減を助けることができる。
【００３５】
特定の実施形態において、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、約１０、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、又は１００００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満のような目標範囲にエミッションレベル（例えば、排気ガス４２、６０、９５の濃度レベル）を維持又は低減するよう１又は２以上の構成要素を制御することができる。これらの目標範囲は、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、一酸化炭素、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）の各々に対して同じか又は異なる可能性がある。例えば、当量比に応じて、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２５０、５００、７５０、又は１０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２５００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約５０、１００、２００、３００、４００、又は５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。実質的に量論的当量比で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は１００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、かつ一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。燃料希薄当量比（例えば、約０．９５〜１．０）で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、又は１５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、又は２００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、かつ窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）の排気エミッションを約５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、又は４００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。上述の目標範囲は、単に例示に過ぎず、開示する実施形態の範囲を限定するものではない。
【００３６】
制御システム１００はまた、ローカルインタフェース１３２及びリモートインタフェース１３４に連結することができる。例えば、ローカルインタフェース１３２は、タービンベースのサービスシステム１４及び／又は炭化水素生成システム１２にて施設内に配置されたコンピュータワークステーションを含むことができる。対照的に、リモートインタフェース１３４は、インターネット接続などを通じて、タービンベースのサービスシステム１４及び炭化水素生成システム１２の施設外に配置されたコンピュータワークステーションを含むことができる。これらのインタフェース１３２及び１３４は、センサフィードバック１３０、作動パラメーター、及びその他の１又は２以上のグラフィック表示を通じてなど、タービンベースのサービスシステム１４の監視及び制御を可能にする。
【００３７】
この場合も同様に、上述のように、コントローラ１１８は、タービンベースのサービスシステム１４の制御を可能にする様々な制御部１２４、１２６、及び１２８を含む。蒸気タービン制御部１２４は、センサフィードバック１３０を受け入れ、蒸気タービン１０４の作動を可能にする制御コマンドを出力することができる。例えば、蒸気タービン制御部１２４は、ＨＲＳＧ５６、機械装置１０６、蒸気６２の経路に沿った温度及び圧力センサ、水１０８の経路に沿った温度及び圧力センサ、及び機械出力７２及び電力７４を示す種々のセンサからセンサフィードバック１３０を受け入れることができる。同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧ加工システム５４、又はそのあらゆる組合せに沿って配置された１又は２以上のセンサからセンサフィードバック１３０を受け入れることができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の内部又は外部に配置された温度センサ、圧力センサ、クリアランスセンサ、振動センサ、火炎センサ、燃料組成センサ、排気ガス組成センサ、又はそのあらゆる組合せから得ることができる。最後に、機械制御部１２８は、機械出力７２及び電力７４に関連する種々のセンサ並びに機械装置１０６内に配置されたセンサからセンサフィードバック１３０を受け入れることができる。これらの制御部１２４、１２６、及び１２８の各々は、センサフィードバック１３０を用いてタービンベースのサービスシステム１４の作動を改善する。
【００３８】
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＥＧ加工システム５４、ＥＧ供給システム７８、炭化水素生成システム１２、及び／又は他のシステム８４における排気ガス４２、６０、９５の量及び品質を制御する命令を実行することができる。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、排気ガス６０中の酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料のレベルを排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２と共に用いるのに好適な閾値未満に維持することができる。特定の実施形態において、この閾値レベルは、排気ガス４２、６０の容積で酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料が１、２、３、４、又は５パーセント未満とすることができ、又は、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料（及び他の排気エミッション）の閾値レベルは、排気ガス４２、６０中に約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満とすることができる。別の実施例によれば、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料のこれらの低いレベルを達成するために、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２における燃焼において約０．９５〜約１．０５の当量比を維持することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６はまた、排気ガス４２、６０、９５の温度、圧力、流量、及びガス組成を排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０に好適な範囲内に維持するようにＥＧ抽出システム８０及びＥＧ処理システム８２を制御することができる。上記で検討したように、ＥＧ処理システム８２は、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８のような１又は２以上のガスストリーム９５内への排気ガス４２を精製及び／又は分離するよう制御することができる。排気ガス４２、６０、及び９５の制御に加えて、制御部１２４、１２６、及び１２８は、機械出力７２を好適な出力範囲内に維持し、又は電力７４を好適な周波数及び出力範囲内に維持するように１又は２以上の命令を実行することができる。
【００３９】
図３は、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４と共に使用するためのＳＥＧＲガスタービンシステム５２の詳細を更に示すシステム１０の実施形態の図である。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、ＥＧ加工システム５４に連結されたガスタービンエンジン１５０を含む。図示のガスタービンエンジン１５０は、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及び膨張器セクション又はタービンセクション１５６を含む。圧縮機セクション１５２は、直列配列で配置された回転圧縮機ブレードの１〜２０段のような１又は２以上の排気ガス圧縮機又は圧縮機段１５８を含む。同様に、燃焼器セクション１５４は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の回転軸線１６２の周りで円周方向に分配された１〜２０の燃焼器１６０のような１又は２以上の燃焼器１６０を含む。更に、各燃焼器１６０は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０を注入するように構成された１又は２以上の燃料ノズル１６４を含むことができる。例えば、各燃焼器１６０のヘッド端部部分１６６は、１、２、３、４、５、６、又はそれ以上の燃料ノズル１６４を収容することができ、燃料ノズル１６４は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０のストリーム又は混合気を燃焼器１６０の燃焼部１６８（例えば、燃焼室）に注入することができる。
【００４０】
燃料ノズル１６４は、予混合燃料ノズル１６４（例えば、酸化剤／燃料予混合火炎の生成のため酸化剤６８及び燃料７０を予混合するよう構成される）及び／又は拡散燃料ノズル１６４（例えば、酸化剤／燃料拡散火炎の生成のため酸化剤６８及び燃料７０の別個の流れを注入するよう構成される）の何れかの組合せを含むことができる。予混合燃料ノズル１６４の実施形態は、燃焼室１６８における注入及び燃焼の前に、ノズル１６４内で酸化剤６８及び燃料７０を内部で混合するためのスワールベーン、混合チャンバ、又は他の特徴要素を含むことができる。予混合燃料ノズル１６４はまた、少なくとも一部が部分的に混合された酸化剤６８及び燃料７０を受け入れることができる。特定の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離すると同時に、注入ポイントまで１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）の流れも隔離することができる。他の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離するが、注入ポイントの前に１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）を酸化剤６８及び／又は燃料７０と部分的に混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、燃焼ゾーンにて又はその下流側で燃焼器内（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。
【００４１】
拡散燃料ノズル１６４を用いた拡散燃焼の実施形態において、燃料７０及び酸化剤６８は、一般に、拡散火炎の上流側では混合せず、むしろ、燃料７０及び酸化剤６８は、火炎表面にて直接混合及び反応し、及び／又は火炎表面が燃料７０及び酸化剤６８間の混合位置に存在する。詳細には、燃料７０及び酸化剤６８は、火炎表面（又は拡散境界／界面）に個別に接近し、次いで、火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って拡散し（例えば、分子及び粘性拡散を通じて）、拡散火炎を発生する。燃料７０及び酸化剤６８は、この火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って実質的に量論比にあるものとすることができる点は注目すべきであり、その結果、この火炎表面に沿ってより高い火炎温度（例えば、ピーク火炎温度）を生じることができる。量論的燃料／酸化剤比は、一般に、燃料希薄又は燃料リッチの燃料／酸化剤比と比べて、高い火炎温度（例えば、ピーク火炎温度）をもたらす。結果として、拡散火炎は、予混合火炎よりも実質的により安定することができ、これは、燃料７０及び酸化剤６８の拡散が、火炎表面に沿った量論比（及びより高温）を維持するのを助けることに起因する。火炎温度がより高いほど、ＮＯｘエミッションのような排気エミッションをより多く生じる可能性があるが、開示の実施形態では、１又は２以上の希釈剤を用いて、燃料７０及び酸化剤６８の何れかの予混合を依然として回避しながら、温度及びエミッションを制御するのを助けることができる。例えば、開示する実施形態は、燃料７０及び酸化剤６８とは個別に（例えば、燃焼ポイントの後及び／又は拡散火炎から下流側で）１又は２以上の希釈剤を導入することができ、これにより、温度を低下させ、拡散火炎により生じたエミッションを低減するのを助けることができる。
【００４２】
作動時には、図示のように、圧縮機セクション１５２は、ＥＧ加工システム５４からの排気ガス６６を受け入れて圧縮し、加圧排気ガス１７０を燃焼器セクション１５４における燃焼器１６０の各々に出力する。各燃焼器１６０内で燃料７０、酸化剤６８、及び排気ガス１７０が燃焼すると、追加の排気ガス又は燃焼生成物１７２（すなわち、燃焼ガス）がタービンセクション１５６に送られる。圧縮機セクション１５２と同様に、タービンセクション１５６は、一連の回転タービンブレードを含むことができる１又は２以上のタービン又はタービン段１７４を含む。次いで、これらのタービンブレードは、燃焼器セクション１５４において発生した燃焼生成物１７２により駆動され、これにより機械装置１０６に連結されたシャフト１７６の回転を駆動する。この場合も同様に、機械装置１０６は、タービンセクション１５６に連結された機械装置１０６、１７８及び／又は圧縮機セクション１５２に連結された機械装置１０６、１８０など、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の何れかの端部に連結された様々な機器を含むことができる。特定の実施形態において、機械装置１０６、１７８、１８０は、１又は２以上の発電機、酸化剤６８用の酸化剤圧縮機、燃料７０用の燃料ポンプ、ギアボックス、又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２に連結された追加の駆動装置（例えば、蒸気タービン１０４、電気モータ、その他）を含むことができる。以下では、表１を参照しながら、非限定的な例を更に詳細に検討する。図示のように、タービンセクション１５６は、排気ガス６０を出力して、排気ガス再循環経路１１０に沿ってタービンセクション１５６の排気ガス出口１８２から排気ガス入口１８４に再循環して圧縮機セクション１５２内に入る。排気ガス再循環経路１１０に沿って、排気ガス６０は、上記で詳細に検討したようにＥＧ加工システム５４（例えば、ＨＲＳＧ５６及び／又はＥＧＲシステム５８）を通過する。
【００４３】
この場合も同様に、燃焼器セクション１５４における各燃焼器１６０は、加圧排気ガス１７０、酸化剤６８、及び燃料７０を受け入れて混合して、量論的に燃焼し、追加の排気ガス又は燃焼生成物１７２を生成して、タービンセクション１５６を駆動する。特定の実施形態において、酸化剤６８は、１又は２以上の酸化剤圧縮機（ＭＯＣ）を有する主酸化剤圧縮（ＭＯＣ）システム（例えば、主空気圧縮（ＭＡＣ）システム）のような酸化剤圧縮システム１８６により圧縮される。酸化剤圧縮システム１８６は、駆動装置１９０に連結された酸化剤圧縮機１８８を含む。例えば、駆動装置１９０は、電気モータ、燃焼エンジン、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。特定の実施形態において、駆動装置１９０は、ガスタービンエンジン１５０のようなタービンエンジンとすることができる。従って、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６の一体化部分とすることができる。換言すると、圧縮機１８８は、ガスタービンエンジン１５０のシャフト１７６により供給される機械出力７２によって直接的又は間接的に駆動することができる。このような実施形態においては、圧縮機１８８は、タービンエンジン１５０からの出力に依存するので、駆動装置１９０は除外してもよい。しかし、１つよりも多い酸化剤圧縮機を利用する特定の実施形態において、第１の酸化剤圧縮機（例えば、低圧（ＬＰ）酸化剤圧縮機）は、駆動装置１９０により駆動することができるが、シャフト１７６は、第２の酸化剤圧縮機（例えば、高圧（ＨＰ）酸化剤圧縮機）を駆動し、又は、その逆もまた可能である。例えば、別の実施形態において、ＨＰ  ＭＯＣは、駆動装置１９０により駆動され、ＬＰ酸化剤圧縮機は、シャフト１７６により駆動される。図示の実施形態において、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６から分離されている。これらの実施形態の各々において、圧縮システム１８６は、酸化剤６８を圧縮して燃料ノズル１６４及び燃焼器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。
【００４４】
要素番号１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄ、１０６Ｅ、及び１０６Ｆで示される機械装置１０６の様々な構成要素は、１又は２以上の直列配列、並列配列、又は直列配列と並列配列の何らかの組合せで、シャフト１７６の軸線に沿って及び／又はシャフト１７６の軸線に平行に配置することができる。例えば、機械装置１０６、１７８、１８０（例えば、１０６Ａから１０６Ｆ）は、あらゆる順序で、１又は２以上のギアボックス（例えば、平行シャフト、遊星ギアボックス）、１又は２以上の圧縮機（例えば、酸化剤圧縮機、ＥＧブースター圧縮機のようなブースター圧縮機）、１又は２以上の発電ユニット（例えば、発電機）、１又は２以上の駆動装置（例えば、蒸気タービンエンジン、電気モータ）、熱交換ユニット（例えば、直接式又は間接式熱交換器）、クラッチ、又はそのあらゆる組合せの何れかの直列及び／又は並列配列を含むことができる。圧縮機は、軸方向圧縮機、半径方向又は遠心式圧縮機、又はそのあらゆる組合せを含むことができ、各々が１又は２以上の圧縮段を有する。熱交換器に関しては、直接式熱交換器は、ガス流を直接冷却するためにガス流（例えば、酸化剤流れ）に液体噴霧を注入する噴霧冷却器（例えば、噴霧中間冷却器）を含むことができる。間接式熱交換器は、冷却剤流（例えば、水、空気、冷媒、又は他の何れかの液体又は気体冷却剤）から流体流れ（例えば、酸化剤流れ）を分離するような第１及び第２の流れを分離する少なくとも１つの壁（例えば、シェル及び管体熱交換器）を含むことができ、ここで冷却剤流は、どのような直接接触もなく流体流れから熱を伝達する。間接式熱交換器の実施例は、中間冷却器熱交換器、及び熱回収蒸気発電機のような熱回収ユニットを含む。熱交換器はまた、ヒーターを含むことができる。以下でより詳細に検討するように、これらの機械構成要素の各々は、表１に記載される非限定的な例によって示される様々な組合せで用いることができる。
【００４５】
一般に、機械装置１０６、１７８、１８０は、例えば、システム１８６における１又は２以上の酸化剤圧縮機の作動速度を調節し、冷却を通じて酸化剤６８の圧縮を促進させ、及び／又は余剰出力を抽出することにより、圧縮システム１８６の効率を向上させるよう構成することができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の機械装置１０６、１７８、１８０における上述の構成要素の何れか及び全ての並び換えを含むことを意図しており、構成要素の１、１よりも多く、又は全てがシャフト１７６から出力を引き出しており、又は全て引き出していない。以下で示すように、表１は、圧縮機及びタービンセクション１５２、１５６に近接して配置及び／又は連結された機械装置１０６、１７８、１８０の配列の幾つかの非限定的な例を示している。
【００４６】
（表１）
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【００４７】
表１において上に示すように、冷却ユニットはＣＬＲで表され、クラッチはＣＬＵで表され、駆動装置はＤＲＶで表され、ギアボックスはＧＢＸで表され、発電機はＧＥＮで表され、加熱ユニットはＨＴＲで表され、主酸化剤圧縮機ユニットはＭＯＣで表され、低圧及び高圧変形形態は、それぞれＬＰ  ＭＯＣ及びＨＰ  ＭＯＣで表され、蒸気発電機ユニットは、ＳＴＧＮで表されている。表１は、圧縮機セクション１５２又はタービンセクション１５６に向けて機械装置１０６、１７８、１８０を順次的に示しているが、表１はまた、逆順の機械装置１０６、１７８、１８０も包含することを意図している。表１において、２又は３以上の構成要素を含む何れのセルも、構成要素の並列配列を包含することを意図している。表１は、機械装置１０６、１７８、１８０の図示していない何らかの並び換えを排除することを意図するものではない。機械装置１０６、１７８、１８０のこれらの構成要素は、ガスタービンエンジン１５０に送られる酸化剤６８の温度、圧力、及び流量のフィードバック制御を可能にすることができる。以下でより詳細に検討するように、酸化剤６８及び燃料７０は、排気ガス１７０の品質を劣化させる何らかの酸化剤６８又は燃料７０なしで、加圧排気ガス１７０の分離及び抽出を可能にするように特別に選択された位置においてガスタービンエンジン１５０に供給することができる。
【００４８】
図３に示すように、ＥＧ供給システム７８は、ガスタービンエンジン１５０と目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４）との間に配置される。詳細には、ＥＧ供給システム７８（例えば、ＥＧ抽出システム（ＥＧＥＳ）８０）は、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及び／又はタービンセクション１５６に沿った１又は２以上の抽出ポイント７６にてガスタービンエンジン１５０に連結することができる。例えば、抽出ポイント７６は、圧縮機段の間の２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０の段間抽出ポイント７６のように、隣接する圧縮機段の間に配置することができる。これらの段間抽出ポイント７６の各々は、異なる温度及び圧力の抽出排気ガス４２を提供する。同様に、抽出ポイント７６は、タービン段の間の２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０の段間抽出ポイント７６のように、隣接するタービン段の間に配置することができる。これらの段間抽出ポイント７６の各々は、異なる温度及び圧力の抽出排気ガス４２を提供する。別の実施例によれば、抽出ポイント７６は、燃焼器セクション１５４全体にわたって多数の位置に配置することができ、これらは、異なる温度、圧力、流量、及びガス組成を提供することができる。これらの抽出ポイント７６の各々は、ＥＧ抽出導管、１又は２以上のバルブ、センサ、及び制御部を含むことができ、これらは、ＥＧ供給システム７８に対して抽出排気ガス４２の流れを選択的に制御するのに用いることができる。
【００４９】
ＥＧ供給システム７８によって分配される抽出した排気ガス４２は、目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４）に好適な制御された組成を有する。例えば、これらの抽出ポイント７６の各々において、排気ガス１７０は、酸化剤６８及び燃料７０の注入ポイント（又は流れ）から実質的に隔離することができる。換言すると、ＥＧ供給システム７８は、どのような酸化剤６８又は燃料７０の追加もなしに排気ガス１７０をガスタービンエンジン１５０から抽出するように特別に設計することができる。更に、燃焼器１６０の各々における量論的燃焼の観点で、抽出した排気ガス４２は、実質的に酸素及び燃料を含まないものとすることができる。ＥＧ供給システム７８は、原油二次回収、炭素隔離、貯蔵、又は施設外の場所への輸送など、種々の工程で使用するために抽出した排気ガス４２を炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４に直接的又は間接的に送ることができる。しかし、特定の実施形態において、ＥＧ供給システム７８は、目標システムと共に使用する前に排気ガス４２を更に処理するためのＥＧ処理システム（ＥＧＴＳ）８２を含む。例えば、ＥＧ処理システム８２は、ＣＯ2リッチ・Ｎ2希薄ストリーム９６、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及びＣＯ2希薄・Ｎ2リッチストリーム９８などの１又は２以上のストリーム９５への排気ガス４２を精製及び／又は分離することができる。これらの処理された排気ガスストリーム９５は、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４（例えば、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０）とは個別に又は何らかの組合せで用いることができる。
【００５０】
ＥＧ供給システム７８において実施された排気ガスの処理と同様に、ＥＧ加工システム５４は、要素番号１９４、１９６、１９８、２００、２０２、２０４、２０６、２０８、及び２１０により示されるような複数の排気ガス（ＥＧ）処理構成要素１９２を含むことができる。これらのＥＧ処理構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、１又は２以上の直列配列、並列配列、又は直列配列と並列配列の何らかの組合せで排気ガス再循環経路１１０に沿って配置することができる。例えば、ＥＧ処理構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、あらゆる順序で、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発電機などの熱回収ユニット、凝縮機、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、又はそのあらゆる組合せの何れかの直列及び／又は並列配列を含むことができる。特定の実施形態において、触媒システムは、酸化触媒、一酸化炭素還元触媒、窒素酸化物還元触媒、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、シリコーン酸化物、チタン酸化物、プラチナ酸化物、パラジウム酸化物、コバルト酸化物、又は混合金属酸化物、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の上述の構成要素１９２の何れかの及び全ての並び換えを含むことを意図している。以下に示すように、表２は、排気ガス再循環経路１１０に沿った構成要素１９２の配列の幾つかの非限定的な例を示している。
【００５１】
（表２）
0006641307.tif 000003
【００５２】
表２において上に示すように、触媒ユニットはＣＵで表され、酸化触媒ユニットはＯＣＵで表され、ブースターブロアはＢＢで表され、熱交換器はＨＸで表され、熱回収ユニットはＨＲＵで表され、熱回収蒸気発電機はＨＲＳＧで表され、凝縮機はＣＯＮＤで表され、蒸気タービンはＳＴで表され、粒子状物質除去ユニットはＰＲＵで表され、除湿ユニットはＭＲＵで表され、フィルタはＦＩＬで表され、凝集フィルタはＣＦＩＬで表され、水不透過性フィルタはＷＦＩＬで表され、慣性力選別装置はＩＮＥＲで表され、希釈剤供給システム（例えば、蒸気、窒素、又は他の不活性ガス）はＤＩＬで表される。表２は、タービンセクション１５６の排気ガス出口１８２から圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に向けて構成要素１９２を順次的に示しているが、表２はまた、図示の構成要素１９２の逆順も包含することを意図している。表２において、２又は３以上の構成要素を含む何れのセルも、構成要素を有する一体的ユニット、構成要素の並列配列、又はそのあらゆる組合せを包含することを意図している。更に、表２において、ＨＲＵ、ＨＲＳＧ、及びＣＯＮＤは、ＨＥの実施例であり、ＨＲＳＧは、ＨＲＵの実施例であり、ＣＯＮＤ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬは、ＷＲＵの実施例であり、ＩＮＥＲ、ＦＩＬ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬは、ＰＲＵの実施例であり、ＷＦＩＬ及びＣＦＩＬは、ＦＩＬの実施例である。この場合も同様に、表２は、構成要素１９２の図示していない何らかの並び換えを排除することを意図するものではない。特定の実施形態において、図示の構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、又はそのあらゆる組合せに部分的に又は完全に一体化することができる。これらのＥＧ処理構成要素１９２は、温度、圧力、流量、及びガス組成のフィードバック制御を可能にすると同時に、排気ガス６０から水分及び粒子状物質を除去することができる。更に、処理された排気ガス６０は、ＥＧ供給システム７８で使用するために１又は２以上の抽出ポイント７６にて抽出され、及び／又は圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に再循環することができる。
【００５３】
処理された再循環排気ガス６６が圧縮機セクション１５２を通過すると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の管路２１２（例えば、ブリード導管又はバイパス導管）に沿って加圧排気ガスの一部を抜き取ることができる。各管路２１２は、排気ガスを１又は２以上の熱交換器２１４（例えば、冷却ユニット）に送り、これによりＳＥＧＲガスタービンシステム５２への再循環のために排気ガスを冷却することができる。例えば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、タービンケーシング、タービンシュラウド、軸受、及び他の構成要素の冷却及び／又はシールのため管路２１２に沿ってタービンセクション１５６に送ることができる。このような実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、冷却及び／又はシール目的でタービンセクション１５６を通って何らかの酸化剤６８（又は他の可能性のある汚染物質）を送らず、従って、冷却された排気ガスの何らかの漏洩が、タービンセクション１５６のタービン段を流動してそれを駆動する高温の燃焼生成物（例えば、作動排気ガス）を汚染することはない。別の実施例によれば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、管路２１６（例えば、戻り導管）に沿って圧縮機セクション１５２の上流側圧縮機段に送られ、これにより圧縮機セクション１５２による圧縮効率を向上させることができる。このような実施形態において、熱交換器２１４は、圧縮機セクション１５２における段間冷却ユニットとして構成することができる。このようにして、冷却された排気ガスは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の作動効率を向上させるのを助けると同時に、排気ガスの純度（例えば、実質的に酸化剤及び燃料を含まない）を維持するのを助ける。
【００５４】
図４は、図１〜３に示したシステム１０の作動工程２２０の実施形態のフローチャートである。特定の実施形態において、工程２２０は、コンピュータに実装された工程とすることができ、メモリ１２２上に格納された１又は２以上の命令にアクセスして、図２に示すコントローラ１１８のプロセッサ１２０上で命令を実行する。例えば、工程２２０の各段階は、図２を参照して説明した制御システム１００のコントローラ１１８によって実行可能な命令を含むことができる。
【００５５】
工程２２０は、ブロック２２２で示されるように、図１〜３のＳＥＧＲガスタービンシステム５２の始動モードを開始する段階で始まることができる。例えば、始動モードは、熱勾配、振動、及びクリアランス（例えば、回転部品と固定部品間の）を許容可能閾値内に維持するように、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の漸次的な立ち上がりを含むことができる。例えば、始動モード２２２中に、工程２２０は、ブロック２２４で示されるように、加圧酸化剤６８を燃焼器セクション１５４の燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に供給するのを開始することができる。特定の実施形態において、加圧酸化剤は、圧縮空気、酸素、酸素富化空気、酸素低減空気、酸素−窒素混合気、又はそのあらゆる組合せを含むことができる。例えば、酸化剤６８は、図３に示す酸化剤圧縮システム１８６により圧縮することができる。工程２２０はまた、ブロック２２６で示されるように、始動モード２２２中に、燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に燃料を供給するのを開始することができる。始動モード２２２中に、工程２２０はまた、ブロック２２８で示されるように、燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に排気ガス（利用可能な時）を供給するのを開始することができる。例えば、燃料ノズル１６４は、１又は２以上の拡散火炎、予混合火炎、又は拡散火炎と予混合火炎の組合せを生成することができる。始動モード２２２中に、ガスタービンエンジン１５６により生成される排気ガス６０は、量及び／又は品質が不十分又は不安定になる可能性がある。従って、始動モード中に、工程２２０は、１又は２以上の貯蔵ユニット（例えば、貯蔵タンク８８）、パイプライン８６、他のＳＥＧＲガスタービンシステム５２、又は他の排気ガス供給源から排気ガス６６を供給することができる。
【００５６】
次いで、工程２２０は、ブロック２３０で示されるように、燃焼器１６０において加圧酸化剤、燃料、及び排気ガスの混合気を燃焼させて高温燃焼ガス１７２を生成することができる。詳細には、工程２２０は、燃焼器セクション１５４の燃焼器１６０において混合気の量論的燃焼（例えば、量論的拡散燃焼、予混合燃焼、又は両方）を可能にするように、図２の制御システム１００により制御することができる。しかし、始動モード２２２中に、混合気の量論的燃焼を維持することが特に困難となる可能性がある（かつひいては低レベルの酸化剤及び未燃燃料が高温燃焼ガス１７２中に存在する可能性がある）。結果として、始動モード２２２において、高温燃焼ガス１７２は、以下で更に詳細に検討するように、定常状態モード中よりも多くの量の残留酸化剤６８及び／又は燃料７０を有する可能性がある。このために、工程２２０は、始動モード中に高温燃焼ガス１７２中の残留酸化剤６８及び／又は燃料７０を低減又は排除するよう１又はそれ以上の制御命令を実行することができる。
【００５７】
次いで、工程２２０は、ブロック２３２で示されるように、高温燃焼ガス１７２を用いてタービンセクション１５６を駆動する。例えば、高温燃焼ガス１７２は、タービンセクション１５６内に配置された１又は２以上のタービン段１７４を駆動することができる。タービンセクション１５６の下流側では、工程２２０は、ブロック２３４で示されるように、最終タービン段１７４からの排気ガス６０を処理することができる。例えば、排気ガス処理段階２３４は、濾過、何らかの残留酸化剤６８及び／又は燃料７０の触媒反応、化学的処理、ＨＲＳＧ５６を用いた熱回収、及びその他を含むことができる。工程２２０はまた、ブロック２３６で示されるように、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の圧縮機セクション１５２に排気ガス６０の少なくとも一部を再循環させることができる。例えば、排気ガスの再循環段階２３６は、図１〜３に示すように、ＥＧ加工システム５４を有する排気ガス再循環経路１１０の通過を含むことができる。
【００５８】
次いで、ブロック２３８で示されるように、圧縮機セクション１５２において再循環された排気ガス６６を圧縮することができる。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、圧縮機セクション１５２の１又は２以上の圧縮機段１５８において再循環された排気ガス６６を順次的に圧縮することができる。続いて、加圧排気ガス１７０は、ブロック２２８で示されるように、燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に供給することができる。次いで、ブロック２４０で示されるように、工程２２０が最終的に定常状態モードに移行するまで、段階２３０、２３２、２３４、２３６、及び２３８を繰り返すことができる。移行２４０時に、工程２２０は、引き続き段階２２４〜２３８を実施することができるが、ブロック２４２で示されるように、ＥＧ供給システム７８を通じて排気ガス４２の抽出を開始することもできる。例えば、排気ガス４２は、図３に示すように、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及びタービンセクション１５６に沿った１又は２以上の抽出ポイント７６から抽出することができる。次いで、工程２２０は、ブロック２４４で示されるように、抽出した排気ガス４２をＥＧ供給システム７８から炭化水素生成システム１２に供給することができる。次に、炭化水素生成システム１２は、ブロック２４６で示されるように、原油二次回収のために排気ガス４２を地中３２に注入することができる。例えば、抽出した排気ガス４２は、図１〜３に示されるＥＯＲシステム１８の排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２によって用いることができる。
【００５９】
図５に示すような特定の実施形態において、ＥＧ再循環ループは、タービンセクション１５６から排気ガスを受け入れ、ＥＧループ圧力をブーストし、かつ圧縮機セクション１５２への受け入れのために排気ガスを調整するのに適切なＥＧ処理システム５４を通じて提供することができる。図示の実施形態において、ＥＧ処理システム５４は、ＨＲＳＧ５６、送風機５８０（及び適切な駆動システム）、及びＥＧＲ冷却器５８２を含むことができる。図３に示す構成要素１９４、１９６、１９８、２００、２０２、２０４、２０６、及び／又は２１０のような他の構成要素は、ＥＧ処理システム５４の図示の実施形態に含めることができることに注意されたい。これに加えて、図示の実施形態は、機械装置１０６、１８０から送出される酸化剤６８を更にブーストするために使用することができるブースト空気圧縮機１８８に連結された中間冷却器システム５８４を含むことができる。図５は、上記の図１〜３に上述のものと同様の構成要素を含むので、同様の構成要素は、同様の番号で示されている。送風機５８０は、例えば、送風機ベーンのピッチ角を動的に再構成するのに適切なシステム５８６を含むことができる。従って、送風機５８０の影響を受けるＥＧ再循環ループ内の圧力は、ベーンピッチ角５８６を変えることによって調節することができる。同様に、機械装置１０６、１８０及び圧縮セクション１５２に含まれる特定の圧縮機は、圧縮性能を動的に調節するのに使用されるそれぞれ同様に調節可能なベーン（例えば、入口ガイドベーン）５８８及び５９０を含むことができる。
【００６０】
複数のセンサ６００（Ｓ）は、制御システム１００に通信的に連結することができ、センサフィードバック１３０は、起動信号６０２を提供するのに制御システム１００によって使用することができる。起動信号６０２は、次に、複数のアクチュエータ６０４（Ａ）を起動するのに制御システム１００によって使用することができる。センサ６００は、例えば、経路１１０から流入する排気の圧力及び温度を測定するのに適切な圧力及び温度センサを含むことができる。追加の圧力及び温度は、ＨＲＳＧ５６、再循環経路５９２内、送風機５８０、再循環経路５９４、及びＥＧ冷却器５８２のようなＥＧ処理システム５４内の様々な位置で測定することができる。排気ガス圧力及び温度の測定に加えて、センサ６００は、ＥＧ処理システム５４内の様々な位置での排気ガス組成、ベーン位置５８６、５８８、５９０（例えば、ベーン角度）、送風機５８０圧力、送風機５８０速度、送風機５８０温度、送風機５８０流量、及びＥＧ冷却器温度及び圧力などを含む様々な図示の構成要素の特性を測定することができる。
【００６１】
センサ６００は、これに加えて又はこれに代えて、燃焼当量比ファイ及び／又は燃焼生成物を導出するのに直接的又は間接的に有用なセンサを含むことができる。例えば、ガスタービン５２（例えば、燃料ノズル１６４、燃焼部分１６８）における燃料７０及び酸化剤６８の燃焼前、燃焼中、及び燃焼後の酸素の割合を測定するのに適切なラムダメーター及び／又は酸素センサを使用することができる。ラムダセンサは、例えば、ファイの実時間導出において有用な実時間酸化剤／燃料比（例えば、酸素／燃料又は空気／燃料比）を判断することができる。センサ６００は、これに加えて又はこれに代えて、燃料７０、酸化剤６８、及び／又は燃焼生成物（例えば、窒素酸化物、未燃炭化水素、二酸化炭素、炭素生成物、及び水など）の化学的組成を判断するのに有用な分光センサ（例えば、光学分光センサ、レーザベースのセンサ、導波路格子センサ）及びクロマトグラフィセンサなどを含むことができる。センサ６００は、これに加えて、燃料センサ、流量センサ、圧力センサ、クリアランスセンサ（例えば、回転及び静止構成要素間の距離）、湿度センサ、及び／又は温度センサを含むことができる。
【００６２】
アクチュエータ６０４は、ベーン５８６、５８８、５９０を調節するのに有用なアクチュエータを含むことができる（例えば、ベーンピッチアクチュエータ）。アクチュエータはまた、様々な図示の構成要素を制御するのに適切なバルブ、線形運動アクチュエータ、非線形運動アクチュエータ、位置決め器、及びスイッチなどを含むことができる。従って、燃料７０及び酸化剤６８は、燃料ノズル１６４を通して供給することができ、上述のように、酸化剤６８は、これに加えて、駆動装置１９０によって駆動される圧縮機１８８によって圧縮されて燃焼され、例えば、更に処理して炭化水素の生成のためにＨＣ生成システム１２に提供するようにＥＧ供給システム７８によって使用することができる電力及び他の生成物（例えば、ガス）を提供することができる。
【００６３】
制御システム１００は、センサ６００によって提供される信号を使用して、例えば、アクチュエータ６０４を通じて様々な図示のシステムを制御することができる。ＥＧ処理システム５４、より具体的には、送風機５８０に関連して、制御システム１００は、ＥＧ処理システム５４を出て圧縮機セクション１５２に入る排気ガスに対して望ましい圧力を可能にすることができる。当然のことながら、ＥＧ処理システム５４を出る流体の圧力（例えば、排気ガス圧力）は、例えば、タービンセクション１５６、ＥＧ供給システム７８、ＨＣ生成システム１２、又は他の図示のシステムに基づいて制御システム１００によって導出された負荷信号のような負荷信号（例えば、タービンセクション１５６に対するメガワット信号、ＥＧ供給システム７８からの製品ガスの生成の容積、及びＨＣ生成システム１２からの炭化水素生成の容積など）を使用することによって制御することができる。制御システム１００は、一実施形態において、例えば、ベーン５８６の角度を変えることによってＥＧ処理システム５４を出る流体の圧力を調節することができる。ベーン角度を大きくすることで、圧力を増加させることができ、一方、ベーン角度を小さくすることで、圧力を低減することができる。
【００６４】
燃料７０及び／又は酸化剤６８の流量は、制御システムによって（例えば、コントローラ１１８によって）調節され、特定の望ましい燃料／酸化剤比又は当量比（例えば、実質的に量論的燃焼に対して０．９５〜１．０５）、燃焼力学尺度、温度、圧力、及び流れなどを提供することができる。例えば、コントローラ１１８は、アクチュエータ６０４を制御して、再循環された排気ガス（抽出ポイント７６で抽出された）の少なくとも一部と共に燃料７０及び酸化剤６８を量論的に燃焼させ、炭化水素生成システム１２のような様々なターゲットシステムに使用するために排気ガス供給システム７８において排気ガスを捕捉することができる。燃焼は、燃焼器１６８で生じ、タービンセクション１５６によってシャフトトルクの生成をもたらす。タービンセクション１５６は、１又は２以上のシャフト１７６によって圧縮機セクション１５２に機械的に連結され、それによってシャフト１７６の回転を駆動することができる。これに加えて、シャフト１７６は、機械装置１０６、１８０に機械的に連結されて機械装置１０６、１８０を駆動することができる。次に、タービンセクション１５６によって提供される排気ガス１１０は、ＥＧ処理システム５４に提供することができる。ＨＲＳＧ５６は、排気ガス中のエネルギを使用して他の負荷（例えば、蒸気タービン）を更に駆動するのに有用な蒸気を生成することができる。次に、排気ガスは、経路５９２を通じて送風機５８６に進むことができる。送風機５８６は、図７に関連して以下でより詳細に説明するように、タービンシステム５２をより最適に作動させる上で有用な望ましい圧力まで排気ガス圧力を調節することができる。次に、排気ガスは、ＥＧＲ冷却器によって冷却されるように経路５９４を通じて進み、従って、圧縮機１５２に再び入る前に排気温度を低下させることができる。
【００６５】
図６に示すような特定の実施形態において、コントローラ１１８は、モデルベースの制御（ＭＢＣ）システム６０６を実行することができ、これは、非ＭＢＣ制御技術（例えば、比例、積分、微分制御技術）と組み合わせたＭＢＣ制御技術を含むことができる。コントローラ１１８はまた、制御システム１００の信頼性を改善するのに有用な３つの処理コア（例えば、Ｒ、Ｓ、及びＴコア）を有する三重モジュール式冗長（ＴＭＲ）コントローラを含むことができる。一部の実施形態において、そのようなＴＭＲシステムは、冗長コントローラ間で状態投票アルゴリズムを使用して、モニタかつ制御されているシステム５２、５４の適切な状態又はアクションを判断することができる。コントローラ１１８は、Ｒ、Ｓ、及びＴ間で「票」を保持し、各コアの状態情報に基づいて次のアクション（例えば、段階）を判断して制御論理に取り入れることができる。多数決が、選択されるアクションを判断する。例えば、状態投票アルゴリズムを使用して、同じ状態を有するコアの２つ、例えば、Ｒ及びＴは、異なる状態を有する第３のコア、例えば、Ｓに多数決で勝つ。このようにして、制御システム１００は、モニタ及び制御されているシステム５２、５４に対してより信頼できる状態（及びアクション）を提供するのにコントローラ１１８に依存することができる。ＭＢＣシステム６０６は、メモリ１２２のような非一時的媒体に格納されたコンピュータ命令又はコードとして提供され、プロセッサ１２０によって実行可能とすることができる。
【００６６】
上述のように、システム６０６は、比例（Ｐ）制御、積分（Ｉ）制御、微分（Ｄ）制御、又はその組合せのような非ＭＢＣ技術を使用するセクションを含むことができる。従って、ＰＩＤコントローラ６１０が示されているが、他のコントローラ技術、例えば、ＰＩ、Ｐ、Ｉ、及びＤなどを使用することができる。使用中に、センサ６００は、タービンセクション１５６に対するメガワット信号、ＥＧ供給システム７８からの製品ガス生成の容積、及びＨＣ生成システム１２に対する炭化水素生成の容積などを表す負荷データ６１２のようなデータを提供することができる。スケジュールシステム６１４は、負荷データ６１２に基づいてベーン基準６１８を導出するのに有用な１又は２以上のスケジュール６１６を格納することができる。例えば、スケジュール６１６は、図示したように、グラフ又は曲線に従ってベーン基準６１８に負荷データ６１２をマップするグラフベースのスケジュールとすることができる。例えば、スケジュール６１６は、負荷値を有する第１の軸線及びベーン基準値６１８を有する第２の軸線を有する２次元曲線又は関数とすることができる。従って、負荷値６１２から判断して、曲線又は関数は、それぞれのベーン基準値６１８を提供することができる。
【００６７】
ベーン基準値６１８は、調節可能ベーン５８６の望ましいピッチを提供することができる。すなわち、基準６１８は、調節可能ベーン５８６に対する望ましいピッチ値を含む。比較器６２０は、ベーン基準６１８をベーンフィードバック６２２と比較して差分値６２４を導出することができる。次に、ＰＩＤコントローラ６１０への入力として、差分値６２４を提供することができる。上述のように、他の実施形態において、Ｐコントローラ、Ｉコントローラ、Ｄコントローラ、又はその組合せは、ＰＩＤコントローラ６１０に代えて又はこれに加えて使用することができる。ＰＩＤコントローラ６１０は、次に、調節可能ベーン５８６を例えば望ましいピッチ角で位置決めするのに適切な信号又はベーン指令６２６を導出することができる。
【００６８】
ＭＢＣシステム６０６は、寿命を改善し、かつタービンベースのサービスシステム１４の作動を最適化するのに有用な技術を含む。従って、直接に調節可能ベーン５８６を制御するのにベーン指令６２６を使用するのではなく、ベーン指令６２６は、図示のように、最小値選択システム６２８によって更に処理することができる。最小値選択システム６２８は、以下でより詳細に説明するように、他の値６３０、６３２、６３４、及び６３６を入力として受け入れ、全ての入力された値６２６、６３０、６３２、６３４、及び６３６の最小値を選択することができる。それらの値の選択された最小値６３８（例えば、限界ベースの値）は、次に、ベーン位置決めシステム６４０に渡すことができ、それは、次に、選択された値６３８を調節可能ベーン５８６を起動して望ましい角度６４４に調節可能ベーン５８６を位置決めするのに適切な信号６４２に変換することができる。
【００６９】
上述のように、最小値選択システム６２８は、複数の入力６２６、６３０、６３２、６３４、及び６３６を受け入れ、それらの入力から最小値を選択する。図示の実施形態において、入力６２６、６３０、６３２、６３４、及び６３６を選択して、タービンベースのサービスシステム１４及びその構成要素の限界のような機械装置の一定の限界を順守する。例えば、ＰＩＤコントローラ６１０は、高いベーン角度を指令する場合があるが６２６、最小値選択システムは、タービンベースのサービスシステム１４の寿命を高めるのにより適切なより小さいベーン６３８を選択することができる。図示の実施形態において、値６３０及び６３２は、それぞれコントローラ６４６及び６４８によって導出される直接限界とすることができる。直接限界は、材料の融点、材料の膨張限界（例えば、どれほどの膨張が望ましいか）、及び摩擦限界などに基づいて制限することができる。すなわち、タービンベースのサービスシステム１４は、例えば、タービンベースのサービスシステム１４の様々な構成要素が耐えられる温度から直接に導出することができる排気温度限界６５０（例えば、タービン５２を出た排気ガス、ＨＲＳＧ５６に入った排気ガス）及び圧縮機吐出部温度限界６５２（例えば、圧縮機１５２吐出部の温度）のような一定の限界を含むことができる。従って、排気温度測定値６５４及び圧縮機吐出部温度測定値６５６は、センサ６００により捕捉されてコントローラ６４６及び６４８に提供することができる。次に、コントローラ６４６及び６４８は、測定値６５４、６５６を限界６５０、６５２と比較し、値６３０、６３２を導出して限界６５０、６５２を順守することができる。例えば、値６５４、６５６が限界６５０、６５２を超えている場合に、値６３０及び６３２は、限界６５０、６５２と等しくなるような導出することができる。
【００７０】
限界６３４及び６３６は、例えば、再循環ガスタービンモデルコントローラ６５８（例えば、ガスタービンシステムの熱力学モデルを含むガスタービンシステムの物理ベースのモデル）を使用することによって計算した間接限界（例えば、モデルベースの限界）とすることができる。モデルコントローラ６５８は、以下に限定されるものではないが、量論的燃焼を含むタービンベースのサービスシステム１４をモデル化するのに適切な第１原理モデル（例えば、化学モデル、熱力学モデル、及び／又は物理ベースのモデル）を含む１又は２以上のモデル６６０を使用することができる。モデル６６０は、これに加えて、燃焼生成物、化学量論、及び／又はＥＧ処理システム５４に入り／これを離れる排気ガスのタイプ及び特性を予想するのに使用することができる熱力学モデル、数値流体力学（ＣＦＤ）モデル、有限要素解析（ＦＥＡ）モデル、ソリッドモデル（例えば、パラメータ及び非パラメータモデル化）、及び／又は３次元から２次元ＦＥＡマッピングモードのような物理ベースのモデルを含むことができる。
【００７１】
モデル６６０はまた、エキスパートシステム（例えば、前方連鎖エキスパートシステム、後方連鎖エキスパートシステム）、神経ネットワーク、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、又はその組合せのような人工知能（ＡＩ）モデルを含むことができる。モデル６００は、更に、燃焼生成物（例えば、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯX、ＳＯX、未燃燃料、残留Ｏ２、その他）及び／又は化学量論をより正確に導出するのに有用な回帰解析モデル、データマイニングモデル（例えば、クラスター化モデル、分類モデル、関連付けモデル）などの統計モデルを含むことができる。当業者は、タービンベースのサービスシステム１４及びその構成要素の設計及び／又は構成を解析することによってモデル６６０を生成し、特定の測定値を入力として受け入れ、測定値に基づいてタービンベースのサービスシステム１４の物理的挙動を導出し、かつモデル化された物理的挙動の特定の特性（例えば、マッハ数、トルク値）を出力として提供するのに適切な実行可能モデルを作成することができる。
【００７２】
図示の実施形態において、モデルベースのコントローラ６５８は、入力として排気温度測定値６５４、圧縮機吐出部温度測定値６５６、圧縮機吐出部圧力６６２、及びタービン速度６６４（例えば、シャフト１７６の回転速度）を受け入れることができる。次に、モデルベースのコントローラ６５８は、モデル６６０のうちの１又は２以上を実行して、タービンベースのサービスシステム１４及びその構成要素（例えば、圧縮機セクション１５２、燃焼器１６８、タービンセクション１５６）の物理的挙動を導出することができる。従って、マッハ数６６６及びトルク６６８（例えば、シャフト１７６を通じて印加することができるトルク）は、入力６５４、６５６、６６２、６６４に基づいてモデルベースのコントローラ６５８によって導出することができる。入力６５４、６５６、６６２、６６４に加えて又はこれに代えて、モデル６６０に対して他の入力を使用することができることに注意されたい。例えば、質量流量、クリアランス測定値（例えば、回転及び静止構成要素間の距離）、他の温度測定値（タービンベースのサービスシステム１４及びその構成要素の他の位置での測定値）、他の圧力測定値（タービンベースのサービスシステム１４及びその構成要素の他の位置での測定値）、燃料化学組成、火炎タイプ、及び火炎組成などである。
【００７３】
マッハ数６６６及びトルク６６８は、次に、例えば、それぞれマッハ限界コントローラ６７０によって及びトルク限界コントローラ６７２によって更に処理することができる。マッハ限界コントローラ６７０が、マッハ数６６６がマッハ限界６７２を超えていることを見出す場合に、マッハ限界コントローラ６７０は、実際のタービンベースのサービスシステム１４のマッハ数がマッハ限界６７４を超えないことを保証するために間接限界制御信号６３４を発生することになる。同様に、トルク限界コントローラ６７２が、トルク６６８がトルク限界６７６を超えていることを見出す場合に、トルク限界コントローラ６７２は、実際のタービンベースのサービスシステム１４のトルクがトルク限界６７６を超えないことを保証するために間接限界制御信号６３６を発生することになる。上述のように、最小値選択システム６２８は、次に、信号６２６、６３０、６３２、６３４、及び６３６の最小値を選択して調節可能ベーン５８６の望ましいベーン角度６４４を導出することができる。直接限界及び間接（例えば、モデルベースの）限界の両方を信号６２６に適用することにより、システム６０６は、タービンベースのサービスシステム１４及びその構成要素の寿命を延ばすことができ、かつこれに加えてより最適な量論的作動をもたらすことができる。この特定の実施形態において、ベーン角度位置決めシステム６４０への入力としてのベーン角度位置基準６３８として候補６３０、６３２、６３４、６３５、及び６２６の中から最小ベーン角度指令を選択するように最小値選択システム６２８を使用することが適切であることに注意すべきである。他の制御目的を包含する代替実施形態は、ベーン角度位置決めシステム６４０への入力としていくつかの候補からベーン角度位置基準６３８を選択するために、様々な組合せで配置された最小値選択及び／又は最大値選択システムの他の組合せを十分に使用することができると考えられる。
【００７４】
図７は、例えば、調節可能ベーン５８６を制御するために制御システム１００によって使用することができる工程７００の実施形態を例示する図である。工程７００は、メモリ１２２に格納されてプロセッサ１２０によって実行される実行可能コード又はコンピュータ命令として実施することができる。図示の実施形態において、工程７００は、望ましい負荷６１２を受け入れることができる（ブロック７０２）。上述のように、負荷データ６１２は、タービンセクション１５６に対するメガワット信号、ＥＧ供給システム７８からの製品ガス生成の容積、及びＨＣ生成システム１２に対する炭化水素生成の容積などを表すことができる。工程７００は、次に、様々なシステム１４測定値を感知することができる（ブロック７０４）。例えば、測定値は、排気温度６５４、圧縮機吐出部温度６５６、圧縮機吐出部圧力６６２、速度６６４、及びベーン位置フィードバック６２２などを含むことができる。
【００７５】
工程７００は、次に、例えば、Ｐ、Ｉ、Ｄ制御のような非ＭＢＣ技術を使用することによってベーン位置指令６２６を導出することができる（ブロック７０６）。より最適に量論的制御を提供し及び／又は構成要素の寿命を延ばすために、工程７００は、次に、調節可能ベーン５８６位置決めのための直接限界（ブロック７０８）及び間接限界（ブロック７１０）を導出することができる。直接限界は、排気温度限界コントローラ６４６及び圧縮機吐出部温度限界コントローラ６４８に関連して図６で上述した限界６３０及び６３２を含むことができる。間接限界は、モデルベースのコントローラ６５８、マッハ数限界コントローラ６７０、及びトルク限界コントローラ６７２に関連して上述のように導出された限界６３４及び６３６を含むことができる。
【００７６】
工程７００は、次に、例えば、最小値選択システム６３８を入力６２６、６３０、６３２、６３４、及び６３６に適用することによって調節可能ベーン５８６を位置決めすることができる（ブロック７１２）。従って、経路１１０から圧縮機セクション１５２に流入する排気ガスの望ましい再循環圧力は、より最適な量論的燃焼を提供して機械装置の寿命を延ばすように送出することができる。
【００７７】
技術的効果は、特定の限界に従ってベーンを位置決めするために、非モデルベースの制御と共にモデルベースの制御を使用することを含む。例えば、非モデルベースの制御を使用して、送風機ベーンに対する基準値を導出することができ、モデルベースの制御を通じて導出された限界を含む直接限界、間接限界、又はその組合せを含む基準値に対する限界を次に適用することができる。限界値は、次に、送風機ベーンを位置決めするのに使用することができ、送風機は、従って、再循環排気ガスタービンシステム内の圧力をより適切な提供するように制御することができる。
【００７８】
本書の説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、かつ同じくあらゆる当業者がいずれかのデバイス又はシステムを作り、使用していずれかの組み込まれた方法を実行することを含む本発明を実施することを可能にするために実施例を使用している。本発明の特許請求可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、かつ当業者に想起される他の実施例を含む場合がある。そのような他の実施例は、それらが、特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが、特許請求の範囲の文字通りの言語からの差異が実質的でない均等構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内であるように意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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