(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤圧縮機とガスタービンエンジンと有するシステムであって、
前記ガスタービンエンジンは、タービン燃焼器を備えた燃焼セクションを有し、
前記タービン燃焼器は、複数の拡散燃料ノズルを有し、
該複数の拡散燃焼ノズルの各々が、
前記燃焼セクションに近接して配置された先端部分と、
前記先端部分に配置された複数の第１の酸化剤開口部を通して第１の酸化剤を注入するように構成された第１の酸化剤導管であって、前記複数の第１の酸化剤開口部が、第１の回転方向に前記第１の酸化剤にスワール運動を与えるように構成された第１の酸化剤導管と、
前記先端部分に配置された複数の第１の燃料開口部を通して第１の燃料を注入するように構成された第１の燃料導管であって、前記第１の燃料導管が、前記第１の酸化剤導管を取り囲み、前記複数の第１の燃料開口部が、第２の回転方向に前記第１の燃料にスワール運動を与えるように構成された前記第１の燃料導管と、
前記先端部分に配置された複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤を注入するように構成された第２の酸化剤導管であって、前記第２の酸化剤導管が、前記第１の燃料導管を取り囲み、前記複数の第２の酸化剤開口部が、第３の回転方向に前記第２の酸化剤にスワール運動を与えるように構成された前記第２の酸化剤導管と、
前記先端部分に配置された複数の第２の燃料開口部を通して第２の燃料を注入するように構成された第２の燃料導管であって、前記第２の酸化剤導管を取り囲み、前記複数の第２の燃料開口部が第４の回転方向に前記第２の燃料にスワール運動を与えるように構成される第２の燃料導管と、
前記先端部分に配置された複数の第３の酸化剤開口部を通して第３の酸化剤を注入するように構成された第３の酸化剤導管であって、前記第２の燃料導管を取り囲み、前記複数の第３の酸化剤開口部が第５の回転方向に該第３の酸化剤にスワール運動を与えるように構成される第３の酸化剤導管と、を有し、
前記ガスタービンエンジンは、さらに、
前記タービン燃焼器からの燃焼生成物によって駆動されるタービンと、
前記タービンによって駆動され排気流を圧縮してそれを前記タービン燃焼器に経路指定するように構成された排気ガス圧縮機と、を備え、
前記酸化剤圧縮機が、前記第１の酸化剤及び前記第２の酸化剤を圧縮してそれを前記タービン燃焼器に経路指定するように構成されている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第１の酸化剤導管の第１の酸化剤壁が、前記拡散燃料ノズルの中心軸線から第１の半径方向距離に配置され、前記第１の燃料導管の第１の燃料壁が、前記中心軸線から第２の半径方向距離に配置され、前記第２の酸化剤導管の第２の酸化剤壁が、前記中心軸線から第３の半径方向距離に配置され、
前記第２の半径方向距離は、前記第１の半径方向距離よりも大きく、前記第３の半径方向距離は、前記第２の半径方向距離よりも大きい、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の回転方向は、前記第１及び第３の回転方向と反対である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の第１の酸化剤開口部の各々と、前記複数の第１の燃料開口部の各々と、前記複数の第２の酸化剤開口部の各々とが、前記拡散燃料ノズルの中心軸線から角度を付けて及び／又はオフセットして配向されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記角度及び／又はオフセットは、約３０度と６０度の間である、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の酸化剤導管は、前記拡散燃料ノズルの中心軸線に沿って配置される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の第１の酸化剤開口部が、前記拡散燃料ノズルを通る前記全流れの約５から１０パーセントを流すように構成され、
前記複数の第１の燃料開口部が、前記拡散燃料ノズルを通る前記全流れの約１から１０パーセントを流すように構成され、
前記複数の第２の酸化剤開口部が、記拡散燃料ノズルを通る前記全流れの約８０から９０パーセントを流す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】
前記複数の拡散燃料ノズルの各々が、先細先端を含み、前記第１の酸化剤導管は、前記第１の燃料導管を越えて前記先細先端まで軸線方向に延び、前記第１の燃料導管は、前記第２の酸化剤導管を越えて前記先細先端まで軸線方向に延びており、前記第２の酸化剤導管は、前記第２の燃料導管を越えて前記先細先端まで軸線方向に延び、前記第２の燃料導管は、前記第３の酸化剤導管を越えて前記先細先端まで軸線方向に延びている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記拡散燃料ノズルの中心軸線に対する前記先細先端の角度が、約５５度と８５度の間である、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ガスタービンエンジンに結合された排気ガス抽出システムと前記排気ガス抽出システムに結合された炭化水素生成システムとを有している、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ガスタービンエンジンは、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンである、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
拡散燃料ノズルを有しているシステムであって、
酸化剤供給システムと燃料供給システムに接続された上流端と、
前記上流端に接続され、前記拡散燃料ノズルの下流端に配置された複数の第１の酸化剤開口部を通して前記酸化剤供給システムからの第１の酸化剤を注入するように構成された第１の酸化剤導管であって、前記複数の第１の酸化剤開口部が、第１の回転方向に前記第１の酸化剤にスワール運動を与えるように構成される第１の酸化剤導管と、
前記上流端に接続され、前記拡散燃料ノズルの下流端に配置された複数の第１の燃料開口部を通して前記燃料供給システムからの第１の燃料を注入するように構成された第１の燃料導管であって、前記第１の酸化剤導管を取り囲み、前記複数の第１の燃料開口部が第２の回転方向に該第１の燃料にスワール運動を与えるように構成される第１の燃料導管と、
前記上流端に接続され、前記拡散燃料ノズルの下流端に配置された複数の第２の酸化剤開口部を通して前記酸化剤供給システムからの第２の酸化剤を注入するように構成された第２の酸化剤導管であって、前記第１の燃料導管を取り囲み、前記複数の第２の酸化剤開口部が、第３の回転方向に前記第２の酸化剤にスワール運動を与えるように構成される第２の酸化剤導管と、
前記先端部分に配置された複数の第２の燃料開口部を通して第２の燃料を注入するように構成された第２の燃料導管であって、前記第２の酸化剤導管を取り囲み、前記複数の第２の燃料開口部が第４の回転方向に前記第２の燃料にスワール運動を与えるように構成される第２の燃料導管と、
前記先端部分に配置された複数の第３の酸化剤開口部を通して第３の酸化剤を注入するように構成された第３の酸化剤導管であって、前記第２の燃料導管を取り囲み、前記複数の第３の酸化剤開口部が第５の回転方向に該第３の酸化剤にスワール運動を与えるように構成される第３の酸化剤導管と、を備えている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
複数の前記拡散燃料ノズルを有する拡散燃料ノズル組立体を備えている、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数の第２の酸化剤開口部の第２の酸化剤直径が、前記複数の第１の酸化剤開口部の第１の酸化剤直径および前記複数の第１の燃料開口部の第１の燃料直径よりも大きい、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
タービン燃焼器の中に拡散燃料ノズルの先端部分の複数の第１の酸化剤開口部を通して第１の酸化剤導管から第１の回転方向に第１の酸化剤を注入する段階と、
前記タービン燃焼器の中に前記拡散燃料ノズルの先端部分の複数の第１の燃料開口部を通して第１の燃料導管から第２の回転方向に第１の燃料を注入する段階と、
前記タービン燃焼器の中に前記拡散燃料ノズルの先端部分の複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤導管から第３の回転方向に第２の酸化剤を注入する段階と、を含む方法であって、
前記第２の酸化剤導管が前記拡散燃料ノズル内で前記第１の酸化剤導管と前記第１の燃料導管のまわりに配置され、
前記方法は、さらに、
前記タービン燃焼器の中に前記拡散燃料ノズルの先端部分の複数の第２の燃料開口部を通して第２の燃料導管から第４の回転方向に第２の燃料を注入する段階、を含み、
前記第２の燃料導管が前記拡散燃料ノズル内で前記第１の酸化剤導管と前記第１の燃料導管と前記第２の酸化剤導管とのまわりに配置され、
前記方法は、さらに、
前記タービン燃焼器の中に前記拡散燃料ノズルの先端部分の複数の第３の酸化剤開口部を通して第３の酸化剤導管から第５の回転方向に第３の酸化剤を注入する段階、を含み、
前記第３の酸化剤導管が前記拡散燃料ノズル内で前記第１の酸化剤導管と前記第１の燃料導管と前記第２の酸化剤導管と前記第２の燃料導管のまわりに配置され、
前記拡散燃料ノズルの先端部分の下流の前記タービン燃焼器内で前記第１の酸化剤と前記第１の燃料と前記第２の酸化剤と前記第２の燃料と前記第３の酸化剤とを拡散燃焼させる段階と、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記タービン燃焼器のヘッド端部部分を通るように前記第１の燃料と、前記第１の酸化剤と、前記第２の酸化剤とを経路指定する段階を含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の酸化剤導管を通して前記拡散燃料ノズルを通る全流れの約５から１０パーセントを流す段階と、
前記第１の燃料導管を通して前記拡散燃料ノズルを通る前記全流れの約１から１０パーセントを流す段階と、
前記第２の酸化剤導管を通して前記拡散燃料ノズルを通る前記全流れの約８０から９０パーセントを流す段階と、を含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
酸化剤供給システムを用いて前記第１の酸化剤導管に前記第１の酸化剤を供給する段階と、
前記酸化剤供給システムを用いて前記第２の酸化剤導管に前記第２の酸化剤を供給する段階と、
燃料供給システムを用いて前記第１の燃料導管に前記第１の燃料を供給する段階と、を含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の第１の酸化剤開口部を用いて前記拡散燃料ノズルの中心軸線から離れるように前記第１の酸化剤を向ける段階と、
前記複数の第２の酸化剤開口部を用いて前記拡散燃料ノズルの前記中心軸線に前記第２の酸化剤を向ける段階と、
前記複数の第１の燃料開口部を用いて前記拡散燃料ノズルの前記中心軸線に前記第１の燃料を向ける段階と、を含む、
請求項１５に記載の方法。
【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、２０１４年６月１１日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  Ａ  ＦＵＥＬ  ＮＯＺＺＬＥ」という名称の米国非仮特許出願第１４／３０２，０２８号、及び２０１３年６月２８日出願の「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  Ａ  ＦＵＥＬ  ＮＯＺＺＬＥ」という名称の米国仮特許出願第６１／８４１，２０１号に対して優先権及び利益を主張し、これら特許出願の全ては、引用により全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本明細書で開示する主題は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンの燃料ノズルのためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンエンジンは、発電、航空機、及び種々の機械装置など、幅広い種類の用途で使用されている。ガスタービンエンジンは、一般に、燃焼器セクションにおいて酸化剤（例えば、空気）と共に燃料を燃焼させて高温の燃焼生成物を発生し、これによりタービンセクションの１又は２以上のタービン段を駆動する。次いで、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する。この場合も同様に、燃料及び酸化剤は、燃焼器セクションにおいて混合され、次いで、燃焼して高温の燃焼生成物を生成する。ガスタービンエンジンは、一般に、燃料を酸化剤と混合するための１又は２以上の燃料ノズルを含む。残念ながら、燃料及び酸化剤の不十分な混合により、一酸化炭素エミッションの増加及び／又は燃焼効率の低下をもたらす可能性がある。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出力する。換言すると、排気ガスは、典型的に、ガスタービンエンジ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】
【０００４】
最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある特定の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、以下に記載した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態において、システムは、酸化剤圧縮機及びガスタービンエンジンを含む。ガスタービンエンジンは、タービン燃焼器を有する燃焼器セクションを含む。タービン燃焼器は、複数の拡散燃料ノズルを含む。複数の拡散燃料ノズルの各々は、複数の第１の酸化剤開口部を通して第１の酸化剤を注入するように構成された第１の酸化剤導管を含む。複数の第１の酸化剤開口部は、第１の回転方向に第１の酸化剤にスワール運動を与えるように構成される。拡散燃料ノズルの複数のもののうちの各々はまた、複数の第１の燃料開口部を通して第１の燃料を注入するように構成された第１の燃料導管を含む。第１の燃料導管は、第１の酸化剤導管を取り囲み、複数の第１の燃料開口部は、第２の回転方向に第１の燃料にスワール運動を与えるように構成される。拡散燃料ノズルの複数のもののうちの各々はまた、複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤を注入するように構成された第２の酸化剤導管を含む。第２の酸化剤導管は、第１の燃料導管を取り囲み、複数の第２の酸化剤開口部は、第３の回転方向に第２の酸化剤にスワール運動を与えるように構成される。ガスタービンエンジンはまた、タービン燃焼器からの燃焼生成物によって駆動されるタービンと、タービンによって駆動される排気ガス圧縮機とを含む。排気ガス圧縮機は、排気ガス流を圧縮してそれをタービン燃焼器に経路指定するように構成され、酸化剤圧縮機は、第１の酸化剤及び第２の酸化剤を圧縮してそれをタービン燃焼器に経路指定するように構成される。
【０００６】
第２の実施形態において、システムは、複数の第１の酸化剤開口部を通して第１の酸化剤を注入するように構成された第１の酸化剤導管を含む拡散燃料ノズルを含む。複数の第１の酸化剤開口部は、第１の回転方向に第１の酸化剤にスワール運動を与えるように構成される。拡散燃料ノズルはまた、複数の第１の燃料開口部を通して第１の燃料を注入するように構成された第１の燃料導管を含む。第１の燃料導管は、第１の酸化剤導管を取り囲み、複数の第１の燃料開口部は、第２の回転方向に第１の燃料にスワール運動を与えるように構成される。拡散燃料ノズルはまた、複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤を注入するように構成された第２の酸化剤導管を含む。第２の酸化剤導管は、第１の燃料導管を取り囲み、複数の第２の酸化剤開口部は、第３の回転方向に第２の酸化剤にスワール運動を与えるように構成される。
【０００７】
第３の実施形態において、方法は、第１の円周方向にタービン燃焼器の中に拡散燃料ノズルの複数の第１の酸化剤開口部を通して第１の酸化剤導管から第１の酸化剤を注入する段階と、第２の円周方向にタービン燃焼器の中に拡散燃料ノズルの複数の第１の燃料開口部を通して第１の燃料導管から第１の燃料を注入する段階と、第３の円周方向にタービン燃焼器の中に拡散燃料ノズルの複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤導管から第２の酸化剤を注入する段階と、拡散燃料ノズルの下流のタービン燃焼器内で第１の酸化剤、第１の燃料、及び第２の酸化剤を拡散燃焼させる段階とを含む。
【０００８】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】炭化水素生成システムに結合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概略図である。
【図２】制御システム及びコンバインド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概略図である。
【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概略図である。
【図４】図１〜図３のシステムを作動させるプロセスの１つの実施形態のフローチャートである。
【図５】燃焼器と、燃料ノズルと、酸化剤、燃料、及び希釈剤の流れとの詳細を更に示す図１〜図３のガスタービンエンジンの実施形態の概略図である。
【図６】燃焼器のエンドカバー及び拡散燃料ノズルの実施形態の斜視図である。
【図７】拡散燃料ノズルの実施形態の切り欠き図である。
【図８】拡散燃料ノズルの実施形態の断面図である。
【図９】５つの導管を備えた拡散燃料ノズルの実施形態の断面図である。
【図１０】中央燃料導管を備えた拡散燃料ノズルの実施形態の断面図である。
【図１１】拡散燃料ノズルの実施形態の先細先端の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１又は２以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行う取り組みの一環として、本明細書では、実際の実施構成の全ての特徴については説明しない場合がある。技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及び／又はビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。その上、このような開発の取り組みは、複雑で多大な時間を必要とする場合があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１１】
詳細な例示的実施形態が、本明細書に開示されている。しかし、本明細書で開示された特定の構造及び機能の詳細は、例示的実施形態を説明する目的のための代表的なものに過ぎない。しかし、本発明の実施形態は、多くの代替の形態で具現化することができ、本明細書に記載された実施形態のみに限定されると解釈すべきではない。
【００１２】
従って、例示的実施形態は、種々の修正及び代替の形態のもので可能であるが、これらの実施形態は、実施例として図に示され、本明細書で更に詳細に説明される。しかし、例示的実施形態を開示された特定の形態に限定することを意図するものでなく、それとは反対に、例示的実施形態は、本発明の範囲内に入る全ての修正物、均等物、及び代替形態を包含する点は理解されたい。
【００１３】
本明細書で用いる専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、例示的実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形の記載は、そうでないとする明確な指示がない限り、複数形も含むことが意図される。用語「備えている」、「備える」、「有している（有する）」、及び／又は「含んでいる（含む）」は、本明細書で用いられるとき、特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ又は２つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。
【００１４】
用語第１、第２、１次、２次、その他を本明細書で使用して、種々の要素を説明することができるが、これらの要素をこれらの用語に限定すべきではない。これらの用語は、１つの要素を別の要素と識別するために使用されるに過ぎない。例えば、限定ではないが、例示的実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素は第１の要素と呼ぶことができる。本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する上記に挙げた品目のうちの１又は２以上の何れか及び全ての組合せを含む。
【００１５】
特定の専門用語は、読者の利便性のみのために本明細書で使用することができ、本発明の範囲を限定すると取るべきではない。例えば、「上側」、「下側」、「左側」、「右側」、「前部」、「後部」、「上部」、「底部」、「水平」、「垂直」、「上流」、「下流」、「前方」、及び「後方」などの単語は、図に示す構成を説明するに過ぎない。当然ながら、本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、何れかの方向に向けることができ、従って、専門用語は、具体的に別段の定めをした場合を除き、このような変形形態を包含すると理解されたい。
【００１６】
以下で詳細に検討されるように、開示される実施形態は、全体的に、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を備えたガスタービンシステムに関し、より詳細には、ＥＧＲを用いたガスタービンシステムの量論的作動に関する。例えば、ガスタービンシステムは、排気ガス再循環経路に沿って排気ガスを再循環させ、再循環された排気ガスの少なくとも一部と共に燃料及び酸化剤を量論的に燃焼させて、様々な目標システムにおいて使用するために排気ガスを取り込むよう構成することができる。量論的燃焼と共に排気ガスを再循環することは、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）は、分離及び精製するように後処理することができる。ガスタービンシステムはまた、排気ガス再循環経路に沿って種々の排気ガスプロセス（例えば、熱回収、触媒反応、その他）を利用し、これによりＣＯ2の濃度レベルを上昇させ、他のエミッション（例えば、一酸化炭素、窒素酸化物、酸素、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）、又はこれらのいずれかの組合せで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、量論的燃焼に対して一定の限度内で安定性及び作動を維持するのに役立つ場合があり、これは、次いで、ＣＯ2の生成を上昇させるのに役立つ。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。次いで、ＥＧＲの増量により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）システムのようなパイプライン、貯蔵タンク、炭素隔離、及び炭化水素生成システムを含む。
【００１７】
開示する実施形態は、ＥＧＲを備えたガスタービンシステムの燃料ノズルのためのシステム及び方法を提供する。具体的には、ガスタービンシステムのタービン燃焼器は、複数の拡散燃料ノズルを含むことができ、これは何れの燃料も酸化剤と予混合しない。複数の拡散燃料ノズルの各々は、第１の酸化剤導管、第１の燃料導管、及び第２の酸化剤導管を含むことができる。第１の酸化剤導管は、複数の第１の酸化剤開口部を通して第１の酸化剤を注入することができ、第１の燃料導管は、複数の第１の燃料開口部を通して第１の燃料を注入することができ、第２の酸化剤導管は、複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤を注入することができる。複数の第１の酸化剤開口部は、第１の回転方向に第１の酸化剤にスワール運動を与えることができ、第１の酸化剤導管は、第２の回転方向に第１の燃料にスワール運動を与えることができ、複数の第２の酸化剤開口部は、第３の回転方向に注入第２酸化剤にスワール運動を与えることができる。
【００１８】
それぞれ第１、第２、及び第３の回転方向に第１の酸化剤、第１の燃料、及び第２の酸化剤にスワール運動を与えることによって、複数の拡散燃料ノズルは、特にＥＧＲを備えたガスタービンシステムに対していくつかの利点を提供することができる。例えば、拡散燃料ノズルの下流での第１及び第２の酸化剤と第１の燃料との混合量は、前のタービン燃焼器と比べて増加させることができる。具体的には、第１及び第２の酸化剤と第１の燃料との混合は、異なる方向のスワール運動に起因してタービン燃焼器の軸方向により速い速度で行うことができる。換言すると、第１及び第２の酸化剤と第１の燃料との完全な混合は、前の燃焼器と比べてより短い軸方向距離にわたって達成することができる。第１及び第２の酸化剤と第１の燃料との混合の改善（すなわち、燃料ノズルの下流の）は、不十分な燃料−酸化剤混合によって生じる一酸化炭素の生成を低減することができる。これに加えて、拡散燃料ノズルの実施形態によって提供される燃料−酸化剤混合の改善（すなわち、燃料ノズルの下流の）は、タービン燃焼器の燃焼効率を改善することができる。
【００１９】
図１は、タービンベースのサービスシステム１４に関連する炭化水素生成システム１２を有するシステム１０の実施形態の概略図である。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）に接続されている。オイル／ガス抽出システム１６は、オイル／ガス井戸２６に接続された様々な坑外設備（クリスマスツリー又は生成ツリー２４など）を含む。更に、井戸２６は、地中３２にある掘削ボア３０を通って地下リザーバ２０まで延びる１又は２以上の管体２８を含むことができる。ツリー２４は、地下リザーバ２０との間で圧力を調整し流れを制御する、１又は２以上のバルブ、チョーク、分離スリーブ、噴出防止装置、及び種々の流れ制御装置を含む。ツリー２４は、一般に、地下リザーバ２０の外への生産流体（例えば、オイル又はガス）の流れを制御するのに使用されるが、ＥＯＲシステム１８は、１又は２以上の流体を地下リザーバ２０内に注入することによりオイル又はガスの生産を増大させることができる。
【００２０】
従って、ＥＯＲシステム１８は、地中３２にあるボア３８を通って地下リザーバ２０内に延びる１又は２以上の管体３６を有する流体注入システム３４を含むことができる。例えば、ＥＯＲシステム１８は、１又は２以上の流体４０（ガス、蒸気、水、化学物質、又はこれらのいずれかの組合せ）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に結合され、その結果、システム１４は、排気ガス４２（例えば、実質的に又は完全に酸素を伴わない）をＥＯＲシステム１８に送り、注入流体４０として用いることができるようになる。流体注入システム３４は、矢印４４で示されるように、流体４０（例えば、排気ガス４２）を１又は２以上の管体３６を通って地下リザーバ２０に送る。注入流体４０は、オイル／ガス井戸２６の管体２８からオフセット距離４６だけ離れた管体３６を通って地下リザーバ２０に流入する。従って、注入流体４０は、地下リザーバ２０内に配置されたオイル／ガス４８を移動させ、矢印５０で示されるように、オイル／ガス４８を炭化水素生成システム１２の１又は２以上の管体２８を通って上方に送り出す。以下でより詳細に検討するように、注入流体４０は、炭化水素生成システム１２によって必要に応じて施設内で排気ガス４２を発生させることができるタービンベースのサービスシステム１４から生じた排気ガス４２を含むことができる。換言すると、タービンベースのシステム１４は、１又は２以上のサービス（例えば、電力、機械出力、蒸気、水（例えば、脱塩水）と、炭化水素生成システム１２が使用する排気ガス（例えば、実質的に酸素を伴わない）とを同時に発生させ、これによりこのようなサービスの外部供給源への依存を低減又は排除することができる。
【００２１】
図示の実施形態において、タービンベースのサービスシステム１４は、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンシステム５２及び排気ガス（ＥＧ）処理システム５４を含む。ガスタービンシステム５２は、燃料リーン制御モード又は燃料リッチ制御モードのような、量論的燃焼運転モード（例えば、量論的制御モード）及び非量論的燃焼運転モード（例えば、非量論的制御モード）で作動するよう構成することができる。量論的制御モードにおいては、燃焼は、全体的に、燃料及び酸化剤の実質的に化学量論比で生じ、これにより実質的に量論的燃焼を生じることになる。詳細には、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リーン燃焼をもたらす。対照的に、当量比１．０は、燃料リッチでも燃料リーン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。開示された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、開示された実施形態はまた、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、開示された実施形態はまた、排気ガス４２中の他の範囲の残留燃料、酸化剤、及び他のエミッションレベルを生成する。本明細書で使用される場合、用語「エミッション」、「エミッションレベル」、及び「エミッション目標」は、特定の燃焼生成物（例えば、ＮＯｘ、ＣＯ、ＳＯｘ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＨＣｓ、その他）の濃度レベルを指すことができ、これらは、再循環されたガスストリーム、放出されたガスストリーム（例えば、大気中に排気された）、及び種々の目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２）において使用されるガスストリーム中に存在���ることができる。
【００２２】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及びＥＧ処理システム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処理システム５４は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）５６及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム５８を含み、これらは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２から生じた排気ガス６０を受け取って処理する。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮器、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらは全体として、排気ガス６０からの熱を水ストリームに伝達して蒸気６２を発生させるよう機能する。蒸気６２は、１又は２以上の蒸気タービン、ＥＯＲシステム１８、又は炭化水素生成システム１２の他の何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処理システム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処理システム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処理システム５４を通過することなく）抽出することができる。
【００２３】
排気ガス再循環は、ＥＧ処理システム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、又はこれらの組合せ）、及び制御部を含み、排気ガス循環経路に沿ってＳＥＧＲガスタービンシステム５２の出力（例えば、排出された排気ガス６０）から入力（例えば、吸入された排気ガス６６）まで排気ガスを再循環するようにする。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の圧縮機を有する圧縮機セクションに排気ガス６６を吸入させ、これにより排気ガス６６を圧縮して、酸化剤６８及び１又は２以上の燃料７０の吸入と共に燃焼器セクションにおいて使用する。酸化剤６８は、周囲空気、純酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又は燃料７０の燃焼を促進する何らかの好適な酸化剤を含むことができる。燃料７０は、１又は２以上のガス燃料、液体燃料、又はこれらのいずれか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、又はこれらのいずれかの組合せを含むことができる。
【００２４】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、燃焼器セクションにおいて排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を混合して燃焼させ、これによりタービンセクションにおいて１又は２以上のタービン段を駆動する高温の燃焼ガス又は排気ガス６０を発生する。特定の実施形態において、燃焼器セクションにおける各燃焼器は、１又は２以上の予混合燃料ノズル、１又は２以上の拡散燃料ノズル、又はこれらのいずれかの組合せを含む。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で酸化剤６８と燃料７０を混合し、これにより予混合燃焼（例えば、予混合火炎）のため酸化剤−燃料混合気を燃料ノズルから燃焼ゾーンに注入するよう構成することができる。別の実施例によれば、各拡散燃料ノズルは、酸化剤６８及び燃料７０の流れを燃料ノズル内で分離し、これにより拡散燃焼（例えば、拡散火炎）のため酸化剤６８及び燃料７０を燃料ノズルから燃焼ゾーンに別々に注入するよう構成することができる。詳細には、拡散燃料ノズルによって提供される拡散燃焼は、初期燃焼のポイントすなわち火炎領域まで酸化剤６８及び燃料７０の混合を遅延させる。拡散燃料ノズルを利用する実施形態において、拡散火炎は、一般に酸化剤６８及び燃料７０の別個のストリームの間（すなわち、酸化剤６８及び燃料７０が混合されるときに）の化学量論ポイントにて形成されるので、火炎安定性を向上させることができる。特定の実施形態において、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６０、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、拡散燃料ノズル又は予混合燃料ノズルの何れかにおいて酸化剤６８、燃料７０、又は両方と予混合することができる。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／又は電気出力７４（例えば、発電機を介して）を発生する。システム５２はまた、排気ガス６０を出力し、更に水６４を出力することができる。この場合も同様に、水６４は、脱塩水などの処理水とすることができ、これは、設備内又は設備外での様々な用途で有用とすることができる。
【００２５】
排気ガスの抽出はまた、１又は２以上の抽出ポイント７６を用いてＳＥＧＲガスタービンシステム５２により提供される。例えば、図示の実施形態は、抽出ポイント７６から排気ガス４２を受け取り、該排気ガス４２を処理して、次いで、種々の目標システムに排気ガス４２を供給又は分配する排気ガス（ＥＧ）抽出システム８０及び排気ガス（ＥＧ）処理システム８２を有する排気ガス（ＥＧ）供給システム７８を含む。目標システムは、ＥＯＲシステム１８、及び／又はパイプライン８６、貯蔵タンク８８、又は炭素隔離システム９０などの他のシステムを含むことができる。ＥＧ抽出システム８０は、１又は２以上の導管、バルブ、制御部、及び流れ分離装置を含むことができ、これらは、排気ガス４２を酸化剤６８、燃料７０、及び他の汚染物質から隔離すると同時に、抽出した排気ガス４２の温度、圧力、及び流量を制御するのを可能にする。ＥＧ処理システム８２は、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、凝縮器、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、ガス脱水ユニット、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、排気ガス圧縮機、これらの何れかの組合せを含むことができる。ＥＧ処理システム８２のこれらのサブシステムにより、温度、圧力、流量、水分含有量（例えば、水分除去量）、粒子状物質含有量（例えば、粒子状物質除去量）、及びガス組成（例えば、ＣＯ2、Ｎ2、その他の割合）の制御が可能となる。
【００２６】
抽出した排気ガス４２は、目標システムに応じて、ＥＧ処理システム８２の１又は２以上のサブシステムにより処理される。例えば、ＥＧ処理システム８２は、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システムを通じて排気ガス４２の一部又は全てを配向することができ、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／又は窒素リーン（例えば、ＣＯ2リッチ・Ｎ2リーンストリーム）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、二酸化炭素リーン及び／又は窒素リッチ（例えば、ＣＯ2リーン・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、又はこれらのいずれか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リーンストリーム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リーン・Ｎ2リッチストリーム９８は、約１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０容積パーセントよりも小さいＣＯ2純度又は濃度レベルと、約７０、７５、８０、８５、９０、９５、９６、９７、９８、又は９９容積パーセントよりも大きいＮ2純度又は濃度レベルとを有することができる。中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７は、約３０〜７０、３５〜６５、４０〜６０、又は４５〜５５容積パーセントのＣＯ2純度又は濃度レベル及び／又はＮ2純度又は濃度レベルを有することができる。上述の範囲は、単に非限定的な実施例に過ぎず、ＣＯ2リッチ・Ｎ2リーンストリーム９６及びＣＯ2リーン・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、リーン、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リーンストリーム９６、１又は２以上のＣＯ2リーン・Ｎ2リッチストリーム９８、１又は２以上の中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及び１又は２以上の未処理排気ガス４２ストリーム（すなわち、ＥＧ処理システム８２をバイパスした）を受け取ることができる。
【００２７】
ＥＧ抽出システム８０は、圧縮機セクション、燃焼器セクション、及び／又はタービンセクションに沿った１又は２以上の抽出ポイント７６にて排気ガス４２を抽出し、排気ガス４２が、好適な温度及び圧力でＥＯＲシステム１８及び他のシステム８４において使用できるようにする。ＥＧ抽出システム８０及び／又はＥＧ処理システム８２はまた、ＥＧ処理システム５４との間で流体流（例えば、排気ガス４２）を循環させることができる。例えば、ＥＧ処理システム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処理システム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処理システム５４両方によって用いることができる。ＥＧ処理システム５４から抽出される排気ガス４２は、ＥＧ処理システム５４における１又は２以上のガス処理段及びその後に続くＥＧ処理システム８２における１又は２以上の追加のガス処理段のような、複数のガス処理段を受けることができる。
【００２８】
各抽出ポイント７６において、抽出した排気ガス４２は、ＥＧ処理システム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、これにより残留する何らかの酸化剤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。
【００２９】
タービンシステム５２のＥＧＲ作動は、具体的には、複数の位置７６での排気ガス抽出を可能にする。例えば、システム５２の圧縮機セクションを用いて、どのような酸化剤６８もなしで排気ガス６６を圧縮する（すなわち、排気ガス６６の圧縮のみ）ことができ、その結果、酸化剤６８及び燃料７０の流入前に圧縮機セクション及び／又は燃焼器セクションから実質的に酸素を含まない排気ガス４２を抽出することができるようになる。抽出ポイント７６は、隣接する圧縮機段の間の段間ポートにて、圧縮機排気ケーシングに沿ったポートにて、燃焼器セクションにおける各燃焼器に沿ったポートにて、又はこれらの組合せに位置付けることができる。特定の実施形態において、排気ガス６６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器のヘッド端部部分及び／又は燃料ノズルに達するまでは、酸化剤６８及び燃料７０と混合しないようにすることができる。更に、１又は２以上の流れ分離器（例えば、壁、仕切り、バッフル、又は同様のもの）を用いて、酸化剤６８及び燃料７０を抽出ポイント７６から隔離することができる。これらの流れ分離器を用いると、抽出ポイント７６は、燃焼器セクションにおける各燃焼器の壁に沿って直接配置することができる。
【００３０】
排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０がヘッド端部部分を通って（例えば、燃料ノズルを通って）各燃焼器の燃焼部（例えば、燃焼室）に流入すると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０の実質的に量論的な燃焼をもたらすよう制御される。例えば、システム５２は、約０．９５〜約１．０５の当量比を維持することができる。結果として、各燃焼器における排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０の混合気の燃焼生成物は、実質的に酸素及び未燃燃料を含まない。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何れかのタービン段に位置付けることができる。従って、上述の抽出ポイント７６の何れかを用いて、タービンベースのサービスシステム１４は、排気ガス４２を生成及び抽出し、炭化水素生成システム１２（例えば、ＥＯＲシステム１８）に送出して、地下リザーバ２０からのオイル／ガス４８の生成に用いることができる。
【００３１】
図２は、タービンベースのサービスシステム１４及び炭化水素生成システム１２に結合された制御システム１００を示した、図１のシステム１０の実施形態の概略図である。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、コンバインドサイクルシステム１０２を含み、該コンバインドサイクルシステム１０２は、トッピングサイクルとしてＳＥＧＲガスタービンシステム５２と、ボトミングサイクルとして蒸気タービン１０４と、排気ガス６０から熱を回収して蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生させるＨＲＳＧ５６とを含む。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を受け取って混合し、量論的燃焼（例えば、予混合及び／又は拡散火炎）をして、これにより排気ガス６０、機械出力７２、電気出力７４、及び／又は水６４を生成する。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、発電機、酸化剤圧縮機（例えば、主空気圧縮機）、ギアボックス、ポンプ、炭化水素生成システム１２の設備、又はこれらの組合せなどの１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動することができる。一部の実施形態において、機械装置１０６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と縦一列に配列された、発電機又は蒸気タービン（例えば、蒸気タービン１０４）などの他の駆動装置を含むことができる。従って、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２（及び何らかの追加の駆動装置）によって駆動される機械装置１０６の出力は、機械出力７２及び電気出力７４を含むことができる。機械出力７２及び／又は電気出力７４は、炭化水素生成システム１２に動力を供給するために施設内で用いることができ、電気出力７４は、送電網又はこれらの組合せに配電することができる。機械装置１０６の出力はまた、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の燃焼セクションに吸入するため、圧縮酸化剤６８（例えば、空気又は酸素）などの圧縮流体を含むことができる。これらの出力（例えば、排気ガス６０、機械出力７２、電気出力７４、及び／又は水６４）の各々は、タービンベースのサービスシステム１４の１つのサービスとみなすことができる。
【００３２】
ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、実質的に酸素を伴わない場合がある排気ガス４２、６０を生成し、該排気ガス４２、６０をＥＧ処理システム５４及び／又はＥＧ供給システム７８に送る。ＥＧ供給システム７８は、排気ガス４２（例えば、ストリーム９５）を処理して炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４に送給することができる。上記で検討したように、ＥＧ処理システム５４は、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８を含むことができる。ＨＲＳＧ５６は、１又は２以上の熱交換器、凝縮器、及び種々の熱回収設備を含むことができ、これらを用いて排気ガス６０から熱を回収して水１０８に伝達し、蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム５２と同様に、蒸気タービン１０４は、１又は２以上の負荷又は機械装置１０６を駆動し、これにより機械出力７２及び電気出力７４を生成することができる。図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、縦一列の形態で配列されて、同じ機械装置１０６を駆動する。しかし、他の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２及び蒸気タービン１０４は、異なる機械装置１０６を別個に駆動し、機械出力７２及び／又は電気出力７４を独立して生成することができる。蒸気タービン１０４がＨＲＳＧ５６からの蒸気６２により駆動されると、蒸気６２の温度及び圧力が漸次的に低下する。従って、蒸気タービン１０４は、使用した蒸気６２及び／又は水１０８をＨＲＳＧ５６に戻すよう再循環し、排気ガス６０からの熱回収を介して追加の蒸気を発生させる。蒸気発生に加えて、ＨＲＳＧ５６、ＥＧＲシステム５８、及び／又はＥＧ処理システム５４の別の部分は、水６４、及び炭化水素生成システム１２と共に用いるための排気ガス４２、並びにＳＥＧＲガスタービンシステム５２への入力として使用する排気ガス６６を生成することができる。例えば、水６４は、他の用途で使用するための脱塩水のような処理水６４とすることができる。脱塩水は、水の利用性が低い領域で特に有用とすることができる。排気ガス６０に関しては、ＥＧ処理システム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を再循環するよう構成することができる。
【００３３】
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、システム５２の排気出口から排気入口まで延びる排気ガス再循環（ＥＧＲ）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処理システム５４を通過する。ＥＧＲシステム５８は、経路１１０に沿って直列及び／又は並列配列で、１又は２以上の導管、バルブ、ブロア、ガス処理システム（例えば、フィルタ、粒子状物質除去ユニット、ガス分離ユニット、ガス精製ユニット、熱交換器、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、除湿ユニット、触媒ユニット、化学物質注入ユニット、又はこれらの組合せ）を含むことができる。換言すると、ＥＧＲシステム５８は、システム５２の排気ガス出口と排気ガス入口との間の排気ガス再循環経路１１０に沿って、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を備えた実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、ＥＧＲシステム５８の１つの構成要素とみなすことができる。しかし、特定の実施形態において、ＨＲＳＧ５６は、排気ガス再循環経路１１０とは独立して排気ガス経路に沿って配置することができる。ＨＲＳＧ５６がＥＧＲシステム５８と別個の経路に沿っているか、又は共通の経路に沿っているかに関係なく、ＨＲＳＧ５６及びＥＧＲシステム５８は、排気ガス６０を吸入して、再循環される排気ガス６０か、又はＥＧ供給システム７８（例えば、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４のため）と共に使用するための排気ガス４２か、或いは別の出力の排気ガスを出力する。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０（例えば、予混合火炎及び／又は拡散火炎）を吸入して混合し、量論的燃焼して、ＥＧ処理システム５４、炭化水素生成システム１２、又は他のシステム８４に分配するために実質的に酸素及び燃料を含まない排気ガス６０を生成する。
【００３４】
図１を参照しながら上述したように、炭化水素生成システム１２は、地下リザーバ２０からオイル／ガス井戸２６を通るオイル／ガス４８の回収又は生成を促進する様々な設備を含むことができる。例えば、炭化水素生成システム１２は、流体注入システム３４を有するＥＯＲシステム１８を含むことができる。図示の実施形態において、流体注入システム３４は、排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２及び蒸気注入ＥＯＲシステム１１４を含む。流体注入システム３４は、様々な供給源から流体を受け取ることができるが、図示の実施形態は、タービンベースのサービスシステム１４から排気ガス４２及び蒸気６２を受け取ることができる。タービンベースのサービスシステム１４により生成される排気ガス４２及び／又は蒸気６２はまた、他のオイル／ガスシステム１１６で使用するため炭化水素生成システム１２に送ることができる。
【００３５】
排気ガス４２及び／又は蒸気６２の量、品質、及び流れは、制御システム１００により制御することができる。制御システム１００は、タービンベースのサービスシステム１４に完全に専用とすることができ、或いはまた、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か、又はトリプル冗長プロセッサのような２又はそれ以上の冗長プロセッサを含むことができる。メモリ１２２は、揮発性及び／又は不揮発性メモリを含むことができる。例えば、メモリ１２２は、１又は２以上のハードドライブ、フラッシュメモリ、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、又はこれらの組合せを含むことができる。制御部１２４、１２６、及び１２８は、ソフトウェア及び／又はハードウェア制御部を含むことができる。例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８は、メモリ１２２上に格納されてプロセッサ１２０により実行可能な種々の命令又はコードを含むことができる。制御部１２４は、蒸気タービン１０４の作動を制御するよう構成され、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、システム５２を制御するよう構成され、機械制御部１２８は、機械装置１０６を制御するよう構成される。従って、コントローラ１１８（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）は、タービンベースのサービスシステム１４の種々のサブシステムを協働させて、炭化水素生成システム１２に排気ガス４２の好適なストリームを提供するよう構成することができる。
【００３６】
制御システム１００の特定の実施形態において、図面において示され且つ本明細書で記載される各要素（例えば、システム、サブシステム、及び構成要素）は、（例えば、このような要素の直接内部に、上流側に、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介して互いに通信可能に結合される。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、又はこれらの組合せに基づいて制御を可能にする。従って、本明細書で記載される制御機能の何れも、コントローラ１１８、  各要素に関連する専用のデバイスコントローラ、又はこれらの組合せにより格納され及び／又は実行可能な制御命令を用いて実施することができる。
【００３７】
このような制御機能を可能にするために、制御システム１００は、種々の制御部（例えば、制御部１２４、１２６、及び１２８）の実行の際に使用するセンサフィードバック１３０を得るために、システム１０全体にわたって配置された１又は２以上のセンサを含む。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧ処理システム５４、蒸気タービン１０４、炭化水素生成システム１２、或いは、タービンベースのサービスシステム１４又は炭化水素生成システム１２にわたる他の何れかの構成要素にわたって配置されたセンサから取得することができる。例えば、センサフィードバック１３０は、温度フィードバック、圧力フィードバック、流量フィードバック、火炎温度フィードバック、燃焼ダイナミックスフィードバック、吸入酸化剤組成フィードバック、吸入燃料組成フィードバック、排気ガス組成フィードバック、機械出力７２の出力レベル、電気出力７４の出力レベル、排気ガス４２、６０の出力量、水６４の出力量又は品質、或いはこれらの組合せを含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２において量論的燃焼を可能にする排気ガス４２、６０の組成を含むことができる。例えば、センサフィードバック１３０は、酸化剤６８の酸化剤供給経路に沿った１又は２以上の吸入酸化剤センサ、燃料７０の燃料供給経路に沿った１又は２以上の吸入燃料センサ、及び排気ガス再循環経路１１０に沿って配置され及び／又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２内部に配置された１又は２以上の排気エミッションセンサからのフィードバックを含むことができる。吸入酸化剤センサ、吸入燃料センサ、及び排気エミッションセンサは、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、及び組成センサを含むことができる。エミッションセンサは、窒素酸化物（例えば、ＮＯｘセンサ）、炭素酸化物（例えば、ＣＯセンサ及びＣＯ2センサ）、硫黄酸化物（例えば、ＳＯｘセンサ）、水素（例えば、Ｈ2センサ）、酸素（例えば、Ｏ2センサ）、未燃炭化水素（例えば、ＨＣセンサ）、又は他の不完全燃焼生成物、或いはこれらの組合せに対するセンサを含むことができる。
【００３８】
このフィードバック１３０を用いて、制御システム１００は、当量比を好適な範囲内、例えば、例えば、約０．９５〜約１．０５、約０．９５〜約１．０、約１．０〜約１．０５、又は実質的に１．０に維持するよう、（他の作動パラメータの中でも特に）ＳＥＧＲガスタービンシステム５２への排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０の吸入流を調整（例えば、増加、減少、又は維持）することができる。例えば、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、ＣＯ及びＣＯ2などの炭素酸化物、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）を監視し及び／又は当量比を決定し、次いで、１又は２以上の構成要素を制御して、排気エミッション（例えば、排気ガス４２の濃度レベル）及び／又は当量比を調整することができる。制御される構成要素は、限定ではないが、酸化剤６８、燃料７０、及び排気ガス６６のための供給経路に沿ったバルブ；ＥＧ処理システム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；又はこれらの組合せを含む、例示され図面を参照して説明された構成要素の何れかを含むことができる。制御される構成要素は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２内で燃焼をする酸化剤６８、燃料７０、及び排気ガス６６の流量、温度、圧力、又はパーセンテージ（例えば、当量比）を調整（例えば、増加、減少、又は維持）することができる。制御される構成要素はまた、触媒ユニット（例えば、酸化触媒ユニット）、触媒ユニットのための供給源（例えば、酸化燃料、熱、電気、その他）、ガス精製及び／又は分離ユニット（例えば、溶剤ベース分離器、吸収器、フラッシュタンク、その他）、及び濾過ユニットなど、１又は２以上のガス処理システムを含むことができる。ガス処理システムは、排気ガス再循環経路１１０、通気経路（例えば、大気中に排気された）、又はＥＧ供給システム７８への抽出経路に沿った種々の排気エミッションの低減を助けることができる。
【００３９】
特定の実施形態において、制御システム１００は、フィードバック１３０を分析して、約１０、２０、３０、４０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、又は１００００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満のように、エミッションレベル（例えば、排気ガス４２の濃度レベル、６０、９５）を目標範囲に維持又は低減するよう１又は２以上の構成要素を制御することができる。これらの目標範囲は、排気エミッション（例えば、窒素酸化物、一酸化炭素、硫黄酸化物、水素、酸素、未燃炭化水素、及び他の不完全燃焼生成物の濃度レベル）の各々に対して同じ又は異なることができる。例えば、当量比に応じて、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２５０、５００、７５０、又は１０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２５００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約５０、１００、２００、３００、４００、又は５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。実質的に量論的当量比で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は１００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、及び一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。燃料リーン当量比（例えば、約０．９５〜１．０）で作動する特定の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤（例えば、酸素）の排気エミッション（例えば、濃度レベル）を約５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、又は１５００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に、一酸化炭素（ＣＯ）の排気エミッションを約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、又は２００ｐｐｍｖの目標範囲内に、及び窒素酸化物（例えば、ＮＯｘ）の排気エミッションを約５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、又は４００ｐｐｍｖ未満の目標範囲内に選択的に制御することができる。上述の目標範囲は、単に実施例に過ぎず、開示された実施形態の範囲を限定するものではない。
【００４０】
制御システム１００はまた、ローカルインタフェース１３２及びリモートインタフェース１３４に結合することができる。例えば、ローカルインタフェース１３２は、タービンベースのサービスシステム１４及び／又は炭化水素生成システム１２にて施設内に配置されたコンピュータワークステーションを含むことができる。対照的に、リモートインタフェース１３４は、インターネット接続を通じてなど、タービンベースのサービスシステム１４及び炭化水素生成システム１２の施設外に配置されたコンピュータワークステーションを含むことができる。これらのインタフェース１３２及び１３４は、センサフィードバック１３０、作動パラメータ及びその他の１又は２以上のグラフィック表示を通じてなど、タービンベースのサービスシステム１４の監視及び制御を可能にする。
【００４１】
この場合も同様に、上述のように、コントローラ１１８は、タービンベースのサービスシステム１４の制御を可能にする様々な制御部１２４、１２６、及び１２８を含む。蒸気タービン制御部１２４は、センサフィードバック１３０を受け取り、蒸気タービン１０４の作動を可能にする制御コマンドを出力することができる。例えば、蒸気タービン制御部１２４は、ＨＲＳＧ５６、機械装置１０６、蒸気６２の経路に沿った温度及び圧力センサ、水１０８の経路に沿った温度及び圧力センサ、及び機械出力７２及び電気出力７４を示す種々のセンサからセンサフィードバック１３０を受け取ることができる。同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２、機械装置１０６、ＥＧ処理システム５４、又はこれらの組合せに沿って配置された１又は２以上のセンサからセンサフィードバック１３０を受け取ることができる。例えば、センサフィードバック１３０は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の内部又は外部に配置された、温度センサ、圧力センサ、クリアランスセンサ、振動センサ、火炎センサ、燃料組成センサ、排気ガス組成センサ、又はこれらの組合せから得ることができる。最後に、機械制御部１２８は、機械出力７２及び電気出力７４に関連する種々のセンサ並びに機械装置１０６内に配置されたセンサからセンサフィードバック１３０を受け取ることができる。これら制御部１２４、１２６、及び１２８の各々は、センサフィードバック１３０を用いて、タービンベースのサービスシステム１４の作動を改善する。
【００４２】
図示の実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＥＧ処理システム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と共に使用するのに好適な閾値未満に維持することができる。特定の実施形態において、この閾値レベルは、排気ガス４２、６０の容積で酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料が１、２、３、４、又は５パーセント未満とすることができ、或いは、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料（及び他の排気エミッション）の閾値レベルが、排気ガス４２、６０中に約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、又は５０００ｐｐｍｖ（百万分の１体積）未満とすることができる。別の実施例によれば、酸化剤（例えば、酸素）及び／又は未燃燃料のこれらの低いレベルを達成するために、ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２における燃焼において約０．９５〜約１．０５の当量比を維持することができる。ＳＥＧＲガスタービンシステム制御部１２６はまた、排気ガス４２、６０、９５の温度、圧力、流量、及びガス組成を排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２、パイプライン８６、貯蔵タンク８８、及び炭素隔離システム９０に好適な範囲内に維持するよう、ＥＧ抽出システム８０及びＥＧ処理システム８２を制御することができる。上記で検討したように、ＥＧ処理システム８２は、ＣＯ2リッチ・Ｎ2リーンストリーム９６、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及びＣＯ2リーン・Ｎ2リッチストリーム９８のような１又は２以上のガスストリーム９５内への排気ガス４２を精製及び／又は分離するよう制御することができる。排気ガス４２、６０、及び９５の制御に加えて、制御部１２４、１２６、及び１２８は、機械出力７２を好適な出力範囲内に維持し、又は電気出力７４を好適な周波数及び出力範囲内に維持するよう１又は２以上の命令を実行することができる。
【００４３】
図３は、炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４と共に使用するためのＳＥＧＲガスタービンシステム５２の詳細を更に例示した、システム１０の実施形態の概略図である。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処理システム５４に結合されたガスタービンエンジン１５０を含む。図示のガスタービンエンジン１５０は、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及び膨張器セクション又はタービンセクション１５６を含む。圧縮機セクション１５２は、直列配列で配置された回転圧縮機ブレードの１〜２０段のような１又は２以上の排気ガス圧縮機又は圧縮機段１５８を含む。同様に、燃焼器セクション１５４は、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の回転軸線１６２の周りで円周方向に配置された１〜２０の燃焼器１６０のような１又は２以上の燃焼器１６０を含む。更に、各燃焼器１６０は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０を注入するよう構成された１又は２以上の燃料ノズル１６４を含むことができる。例えば、各燃焼器１６０のヘッド端部部分１６６は、１、２、３、４、５、６、又はそれ以上の燃料ノズル１６４を収容することができ、該燃料ノズルは、排気ガス６６、酸化剤６８、及び／又は燃料７０のストリーム又は混合気を燃焼器１６０の燃焼部分１６８（例えば、燃焼室）に注入することができる。
【００４４】
燃料ノズル１６４は、予混合燃料ノズル１６４（例えば、酸化剤／燃料予混合火炎の生成のため酸化剤６８及び燃料７０を予混合するよう構成された）及び／又は拡散燃料ノズル１６４（例えば、酸化剤／燃料拡散火炎の生成のため酸化剤６８及び燃料７０の別個の流れを注入するよう構成された）のあらゆる組合せを含むことができる。予混合燃料ノズル１６４の実施形態は、燃焼室１６８内の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を受け取ることができる。特定の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離すると同時に、注入ポイントまで１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）の流れも隔離することができる。他の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離するが、注入ポイントの前に１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）を酸化剤６８及び／又は燃料７０と部分的に混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、燃焼ゾーンにて又はその下流で燃焼器内（例えば、高温の燃焼生成物内）に注入され、これにより高温の燃焼生成物の温度を低下させ、ＮＯｘ（例えば、ＮＯ及びＮＯ2）のエミッションを低減するのを助けることができる。燃料ノズル１６４のタイプに関係なく、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、酸化剤６８及び燃料７０の実質的に量論的燃焼を提供するよう制御することができる。
【００４５】
拡散燃料ノズル１６４を用いる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、拡散火炎から上流で混合せず、むしろ燃料７０及び酸化剤６８は、直接に火炎表面において混合かつ反応し、及び／又は火炎表面が、燃料７０と酸化剤６８の間で混合する場所に存在する。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）に別個に接近し、次いで、火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って拡散して（例えば、分子及び粘性拡散を介して）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、燃料リーン又は燃料リッチ燃料／酸化剤比と比較してより高い火炎温度（例えば、ピーク火炎温度）をもたらす。結果として、拡散火炎は、予混合火炎よりも実質的により安定することができ、これは、燃料７０及び酸化剤６８の拡散が、火炎表面に沿った量論比（及びより高温）を維持するのを助けることに起因する。火炎温度がより高いほど、ＮＯｘエミッションのような排気エミッションをより多く生じる可能性があるが、開示の実施形態では、１又は２以上の希釈剤を用いて、燃料７０及び酸化剤６８のあらゆる予混合を依然として回避しながら温度及びエミッションを制御する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とは別個に（例えば、燃焼ポイントの後及び／又は拡散火炎から下流で）１又は２以上の希釈剤を導入することができ、これにより、温度を低下させ、拡散火炎により生じたエミッション（例えば、ＮＯｘエミッション）を低減するのを助けることができる。
【００４６】
作動時には、図示のように、圧縮機セクション１５２は、ＥＧ処理システム５４からの排気ガス６６を受け取って圧縮し、次いで、圧縮した排気ガス１７０を燃焼器セクション１５４における燃焼器１６０の各々に出力する。各燃焼器１６０内で燃料７０、酸化剤６８、及び排気ガス１７０が燃焼すると、追加の排気ガス又は燃焼生成物１７２（すなわち、燃焼ガス）がタービンセクション１５６に送られる。圧縮機セクション１５２と同様に、タービンセクション１５６は、一連の回転タービンブレードを有することができる１又は２以上のタービン又はタービン段１７４を含む。ここで、これらのタービンブレードは、燃焼器セクション１５４において発生した燃焼生成物１７２により駆動され、これにより機械装置１０６に結合されたシャフト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に結合された機械装置１０６、１７８及び／又は圧縮機セクション１５２に結合された機械装置１０６、１８０など、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の何れかの端部に結合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  に結合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。非限定的な実施例は、表１を参照して以下でより詳細に検討される。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処理システム５４（例えば、ＨＲＳＧ５６及び／又はＥＧＲシステム５８）を通過する。
【００４７】
この場合も同様に、燃焼器セクション１５４における各燃焼器１６０は、加圧排気ガス１７０、酸化剤６８、及び燃料７０を受け取って混合して、量論的に燃焼し、追加の排気ガス又は燃焼生成物１７２を生成して、タービンセクション１５６を駆動する。特定の実施形態において、酸化剤６８は、１又は２以上の酸化剤圧縮機（ＭＯＣ）を有する主酸化剤圧縮（ＭＯＣ）システム（例えば、主空気圧縮（ＭＡＣ）システム）のような酸化剤圧縮システム１８６により圧縮される。酸化剤圧縮システム１８６は、駆動装置１９０に結合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、又はこれらの組合せを含むことができる。特定の実施形態において、駆動装置１９０は、ガスタービンエンジン１５０のようなタービンエンジンとすることができる。従って、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６の一体化部分とすることができる。換言すると、圧縮機１８８は、ガスタービンエンジン１５０のシャフト１７６により供給される機械出力７２によって直接的又は間接的に駆動することができる。このような実施形態においては、圧縮機１８８は、タービンエンジン１５０からの出力に依存するので、駆動装置１９０は除外してもよい。しかし、１つよりも多くの酸化剤圧縮機を使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によって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、逆もまた同様である。例えば、別の実施形態において、ＨＰ  ＭＯＣは、駆動装置１９０によって駆動され、ＬＰ酸化剤圧縮機は、シャフト１７６によって駆動される。図示の実施形態において、酸化剤圧縮システム１８６は、機械装置１０６から分離されている。これらの実施形態の各々において、圧縮システム１８６は、酸化剤６８を圧縮して燃料ノズル１６４及び燃焼器１６０に供給する。従って、機械装置１０６、１７８、１８０の一部又は全ては、圧縮システム１８６（例えば、圧縮機１８８及び／又は追加の圧縮機）の作動効率を向上させるように構成することができる。
【００４８】
参照番号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いずれかの組合せで、シャフト１７６の軸線に沿って及び／又はシャフト１７６の軸線に平行に配置することができる。例えば、機械装置１０６、１７８、１８０（例えば、１０６Ａから１０６Ｆ）は、任意の順序で、１又は２以上のギアボックス（例えば、平行シャフト、遊星ギアボックス）、１又は２以上の圧縮機（例えば、酸化剤圧縮機、ＥＧブースタ圧縮機のようなブースタ圧縮機）、１又は２以上の発電ユニット（例えば、発電機）、１又は２以上の駆動装置（例えば、蒸気タービンエンジン、電気モータ）、熱交換ユニット（例えば、直接式又は間接式熱交換器）、クラッチ、又はこれらのいずれかの組合せの直列及び／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、又はこれらの組合せを含むことができ、各々が１又は２以上の圧縮段を有する。熱交換器に関しては、直接式熱交換器は、ガス流を直接冷却するためにガス流（例えば、酸化剤流）に液体噴霧を注入する噴霧冷却器（例えば、噴霧中間冷却器）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（例えば、酸化剤流）を分離するような、第１及び第２の流れを分離する少なくとも１つの壁（例えば、シェル及び管体熱交換器）を含むことができ、ここで冷却剤流は、どのような直接接触もなく流体流から熱を伝達する。間接式熱交換器の実施例は、中間冷却器熱交換器、及び熱回収蒸気発生器のような熱回収ユニットを含む。熱交換器はまた、ヒーターを含むことができる。以下でより詳細に検討するように、これらの機械構成要素の各々は、表１に記載される非限定的な実施例によって示される様々な組合せで用いることができる。
【００４９】
一般に、機械装置１０６、１７８、１８０は、例えば、システム１８６における１又は２以上の酸化剤圧縮機の作動速度を調整し、冷却を通じて酸化剤６８の圧縮を促進させ、及び／又は余剰出力を抽出することによって、圧縮システム１８６の効率を向上させるよう構成することができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の機械装置１０６、１７８、１８０における上述の構成要素のあらゆる並び換えを含むことを意図しており、構成要素の１つ、２つ以上、又は全てがシャフト１７６から出力を引き出しており、或いは全て引き出していない。以下で示すように、表１は、圧縮機及びタービンセクション１５２、１５６に近接して配置及び／又は結合された機械装置１０６、１７８、１８０の配列の幾つかの非限定的な実施例を示している。
【００５０】
（表１）
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【００５１】
表１において上記で示したように、冷却ユニットはＣＬＲで表され、クラッチはＣＬＵで表され、駆動装置はＤＲＶで表され、ギアボックスはＧＢＸで表され、発電機はＧＥＮで表され、加熱ユニットはＨＴＲで表され、主酸化剤圧縮機ユニットはＭＯＣで表され、低圧及び高圧変形形態はそれぞれＬＰ  ＭＯＣ及びＨＰ  ＭＯＣで表され、蒸気発生器ユニットはＳＴＧＮで表されている。表１は、圧縮機セクション１５２又はタービンセクション１５６に向かって機械装置１０６、１７８、１８０を順次的に示しているが、表１はまた、逆順の機械装置１０６、１７８、１８０も包含することを意図している。表１において、２又はそれ以上の構成要素を含むあらゆる欄（セル）は、構成要素の並列配列を包含することを意図している。表１は、機械装置１０６、１７８、１８０の図示していないいずれ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に送られる温度、圧力、及び流量のフィードバック制御を可能にすることができる。以下でより詳細に検討するように、酸化剤６８及び燃料７０は、加圧排気ガス１７０の品質を劣化させるいずれの酸化剤６８又は燃料７０も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。
【００５２】
図３に示すように、ＥＧ供給システム７８は、ガスタービンエンジン１５０と目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４）との間に配置される。特に、ＥＧ供給システム７８（例えば、ＥＧ抽出システム（ＥＧＥＳ）８０）は、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及び／又はタービンセクション１５６に沿った１又は２以上の抽出ポイント７６にてガスタービンエンジン１５０に結合することができる。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への抽出排気ガス４２の流れを選択的に制御するのに用いることができる。
【００５３】
ＥＧ供給システム７８によって分配される抽出した排気ガス４２は、目標システム（例えば、炭化水素生成システム１２及び他のシステム８４）に好適な制御された組成を有する。例えば、これらの抽出ポイント７６の各々において、排気ガス１７０は、酸化剤６８及び燃料７０の注入ポイント（又は流れ）から実質的に隔離することができる。換言すると、ＥＧ供給システム７８は、どのような酸化剤６８又は燃料７０の追加も無しに排気ガス１７０をガスタービンエンジン１５０から抽出するよう特別に設計することができる。更に、燃焼器１６０の各々における量論的燃焼の観点で、抽出した排気ガス４２は、実質的に酸素及び燃料を含まないものとすることができる。ＥＧ供給システム７８は、原油二次回収、炭素隔離、貯蔵、又は施設外の場所への輸送など、種々のプロセスで使用するために抽出した排気ガス４２を炭化水素生成システム１２及び／又は他のシステム８４に直接的又は間接的に送ることができる。しかし、特定の実施形態において、ＥＧ供給システム７８は、目標システムと共に使用する前に、排気ガス４２を更に処理するためにＥＧ処理システム（ＥＧＴＳ）８２を含む。例えば、ＥＧ処理システム８２は、ＣＯ2リッチ・Ｎ2リーンストリーム９６、中間濃度ＣＯ2・Ｎ2ストリーム９７、及びＣＯ2リーン・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）とは個別に又はいずれかの組合せで用いることができる。
【００５４】
ＥＧ供給システム７８において実施された排気ガスの処理と同様に、ＥＧ処理システム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いずれかの組合せで排気ガス再循環経路１１０に沿って配置することができる。例えば、ＥＧ処理構成要素１９２（例えば、１９４〜２１０）は、任意の順序で、１又は２以上の熱交換器（例えば、熱回収蒸気発生器などの熱回収ユニット、凝縮器、冷却器、又はヒーター）、触媒システム（例えば、酸化触媒システム）、粒子状物質及び／又は水除去システム（例えば、慣性力選別装置、凝集フィルタ、水不透過性フィルタ、及び他のフィルタ）、化学物質注入システム、溶剤ベース処理システム（例えば、吸収器、フラッシュタンク、その他）、炭素捕捉システム、ガス分離システム、ガス精製システム、及び／又は溶剤ベース処理システム、又はこれらの何れかの組合せを含むことができる。特定の実施形態において、触媒システムは、酸化触媒、一酸化炭素還元触媒、窒素酸化物還元触媒、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、シリコーン酸化物、チタン酸化物、プラチナ酸化物、パラジウム酸化物、コバルト酸化物、又は混合金属酸化物、或いはこれらの組合せを含むことができる。開示する実施形態は、直列及び並列配列の上述の構成要素１９２のあらゆる並び換えを含むことを意図している。以下に示すように、表２は、排気ガス再循環経路１１０に沿った構成要素１９２の配列の幾つかの非限定的な実施例を示している。
【００５５】
（表２）
0006416248.tif 000003
【００５６】
表２において上記で示したように、触媒ユニットはＣＵで表され、酸化触媒ユニットはＯＣＵで表され、ブースタブロアはＢＢで表され、熱交換器はＨＸで表され、熱回収ユニットはＨＲＵで表され、熱回収蒸気発生器はＨＲＳＧで表され、凝縮器はＣＯＮＤで表され、蒸気タービンはＳＴで表され、粒子状物質除去ユニットはＰＲＵで表され、除湿ユニットはＭＲＵで表され、フィルタはＦＩＬで表され、凝集フィルタはＣＦＩＬで表され、水不透過性フィルタはＷＦＩＬで表され、慣性力選別装置はＩＮＥＲで表され、希釈剤供給システム（例えば、蒸気、窒素、又は他の不活性ガス）はＤＩＬで表される。表２は、タービンセクション１５６の排気ガス出口１８２から圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に向かって構成要素１９２を順次的に示しているが、図示の構成要素１９２の逆順も包含することを意図している。表２において、２又はそれ以上の構成要素を含むあらゆる欄（セル）は、構成要素を備えた一体的ユニット、構成要素の並列配列、又はこれらの組合せを包含することを意図している。更に、表２において、ＨＲＵ、ＨＲＳＧ、及びＣＯＮＤはＨＥの実施例であり、ＨＲＳＧは、ＨＲＵの実施例であり、ＣＯＮＤ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬはＷＲＵの実施例であり、ＩＮＥＲ、ＦＩＬ、ＷＦＩＬ、及びＣＦＩＬはＰＲＵの実施例であり、ＷＦＩＬ及びＣＦＩＬは、ＦＩＬの実施例である。この場合も同様に、表２は、構成要素１９２の図示していないいずれ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、又はこれらの組合せ内で部分的に又は完全に一体化することができる。これらのＥＧ処理構成要素１９２は、温度、圧力、流量及びガス組成のフィードバック制御を可能にすると同時に、排気ガス６０から水分及び粒子状物質を除去することができる。更に、処理された排気ガス６０は、ＥＧ供給システム７８で使用するために１又は２以上の抽出ポイント７６にて抽出され、及び／又は圧縮機セクション１５２の排気ガス入口１８４に再循環することができる。
【００５７】
処理された再循環排気ガス６６が圧縮機セクション１５２を通過すると、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、１又は２以上の管路２１２（例えば、ブリード導管又はバイパス導管）に沿って加圧排気ガスの一部を抜き取ることができる。各管路２１２は、排気ガスを１又は２以上の熱交換器２１４（例えば、冷却ユニット）に送り、これによりＳＥＧＲガスタービンシステム５２への再循環のために排気ガスを冷却することができる。例えば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、タービンケーシング、タービンシュラウド、軸受、及び他の構成要素の冷却及び／又はシールのため管路２１２に沿ってタービンセクション１５６に送ることができる。このような実施形態において、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、冷却及び／又はシール目的でタービンセクション１５６を通って何らかの酸化剤６８（又は他の可能性のある汚染物質）を送らず、従って、冷却された排気ガスの何らかの漏洩が、タービンセクション１５６のタービン段を流動し駆動する高温の燃焼生成物（例えば、作動排気ガス）を汚染することはない。別の実施例によれば、熱交換器２１４を通過した後、冷却された排気ガスの一部は、管路２１６（例えば、戻り導管）に沿って圧縮機セクション１５２の上流側圧縮機段に送られ、これにより圧縮機セクション１５２による圧縮効率を向上させることができる。このような実施形態において、熱交換器２１４は、圧縮機セクション１５２における段間冷却ユニットとして構成することができる。このようにして、冷却された排気ガスは、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の作動効率を向上させるのを助けると同時に、排気ガスの純度（例えば、実質的に酸化剤及び燃料を含まない）を維持するのを助ける。
【００５８】
図４は、図１〜図３に示したシステム１０の動作プロセス２２０の１つの実施形態のフローチャートである。特定の実施形態において、プロセス２２０は、コンピュータに実装されたプロセスとすることができ、メモリ１２２上に格納された１又は２以上の命令にアクセスして、図２に示すコントローラ１１８のプロセッサ１２０上で命令を実行する。例えば、プロセス２２０の各ステップは、図２を参照して説明された制御システム１００のコントローラ１１８によって実行可能な命令を含むことができる。
【００５９】
プロセス２２０は、ブロック２２２で示されるように、図１〜図３のＳＥＧＲガスタービンシステム５２の始動モードを開始するステップで始まることができる。例えば、始動モードは、熱勾配、振動、及びクリアランス（例えば、回転部品と固定部品間の）を許容可能閾値内に維持するよう、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の漸次的な立ち上がりを含むことができる。例えば、始動モード２２２の間、プロセス２２０は、ブロック２２４で示されるように、加圧された酸化剤６８を燃焼器セクション１５４の燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に供給するのを開始することができる。特定の実施形態において、圧縮された酸化剤は、圧縮空気、酸素、酸素富化空気、貧酸素空気、酸素−窒素混合気、又はこれらの組合せを含むことができる。例えば、酸化剤６８は、図３に示す酸化剤圧縮システム１８６により圧縮することができる。プロセス２２０はまた、ブロック２２６で示されるように、始動モード２２２の間、燃料を燃焼器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。始動モード２２２の間、プロセス２２０はまた、ブロック２２８で示されるように、排気ガス（利用可能な）を燃焼器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。例えば、燃料ノズル１６４は、１又は２以上の拡散火炎、予混合火炎、又は拡散火炎と予混合火炎の組合せを生成することができる。始動モード２２２の間、ガスタービンエンジン１５６により生成される排気ガス６０は、量及び／又は品質が不十分又は不安定になる可能性がある。従って、始動モードの間、プロセス２２０は、１又は２以上の貯蔵ユニット（例えば、貯蔵タンク８８）、パイプライン８６、他のＳＥＧＲガスタービンシステム５２、又は他の排気ガス供給源から排気ガス６６を供給することができる。
【００６０】
次いで、プロセス２２０は、ブロック２３０で示されるように、燃焼器１６０中の圧縮された酸化剤、燃料、及び排気ガスの混合気を燃焼させて高温燃焼ガス１７２を生成することができる。詳細には、プロセス２２０は、燃焼器セクション１５４の燃焼器１６０において混合気の量論的燃焼（例えば、量論的拡散燃焼、予混合燃焼、又は両方）を可能にするよう、図２の制御システム１００により制御することができる。しかし、始動モード２２２の間、混合気の量論的燃焼を維持することが特に困難となる可能性がある（及びひいては低レベルの酸化剤及び未燃燃料が高温燃焼ガス１７２中に存在する可能性がある）。結果として、始動モード２２２において、高温燃焼ガス１７２は、以下で更に詳細に検討するように、定常状態モード中よりも多くの量の残留酸化剤６８及び燃料７０を有する可能性がある。このため、プロセス２２０は、始動モードの間に高温燃焼ガス１７２中の残留酸化剤６８及び燃料７０を低減又は排除するよう１又は２以上の制御命令を実行することができる。
【００６１】
次いで、プロセス２２０は、ブロック２３２で示されるように、高温燃焼ガス１７２を用いてタービンセクション１５６を駆動する。例えば、高温燃焼ガス１７２は、タービンセクション１５６内に配置された１又は２以上のタービン段１７４を駆動することができる。タービンセクション１５６の下流では、プロセス２２０は、ブロック２３４で示されるように、最終タービン段１７４からの排気ガス６０を処理することができる。例えば、排気ガス処理ステップ２３４は、濾過、何らかの残留酸化剤６８及び／又は燃料７０の触媒反応、化学的処理、ＨＲＳＧ５６を用いた熱回収、及びその他を含むことができる。プロセス２２０はまた、ブロック２３６で示されるように、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の圧縮機セクション１５２に排気ガス６０の少なくとも一部を再循環することができる。例えば、排気ガスの再循環ステップ２３６は、図１〜図３に示すように、ＥＧ処理システム５４を有する排気ガス再循環経路１１０の通過を含むことができる。
【００６２】
次いで、再循環された排気ガス６６は、ブロック２３８で示されるように、圧縮機セクション１５２において圧縮することができる。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、圧縮機セクション１５２の１又は２以上の圧縮機段１５８において再循環された排気ガス６６を順次的に圧縮することができる。続いて、加圧排気ガス１７０は、ブロック２２８で示されるように、燃焼器１６０及び燃料ノズル１６４に供給することができる。次いで、ブロック２４０で示されるように、プロセス２２０が最終的に定常状態モードに移行するまで、ステップ２３０、２３２、２３４、２３６、及び２３８を繰り返すことができる。移行ステップ２４０になると、プロセス２２０は、引き続きステップ２２４〜２３８を実施することができるが、更に、ブロック２４２で示されるように、ＥＧ供給システム７８を介して排気ガス４２の抽出を開始することができる。例えば、排気ガス４２は、図３に示すように、圧縮機セクション１５２、燃焼器セクション１５４、及びタービンセクション１５６に沿った１又は２以上の抽出ポイント７６から抽出することができる。次いで、プロセス２２０は、ブロック２４４で示されるように、抽出した排気ガス４２をＥＧ供給システム７８から炭化水素生成システム１２に供給することができる。次に、炭化水素生成システム１２は、ブロック２４６で示されるように、原油二次回収のために排気ガス４２を地中３２に注入することができる。例えば、抽出した排気ガス４２は、図１〜図３に示されるＥＯＲシステム１８の排気ガス注入ＥＯＲシステム１１２によって用いることができる。
【００６３】
図５は、ガスタービンエンジン１５０の燃焼器セクション１５４の実施形態の概略図である。図示のように、燃焼器セクション１５４は、１又は２以上の燃焼器１６０の周りに配置されたケーシング２６０を有し、これによりケーシング２６０と燃焼器１６０との間に圧縮機排気キャビティ２６２を定める。各燃焼器１６０は、ヘッド端部部分１６６及び燃焼部分１６８を含む。燃焼部分１６８は、チャンバ２６４、チャンバ２６４の周りに配置された第１の壁又はライナー２６６、及び第１の壁２６６の周りのオフセットに配置された第２の壁又はフロースリーブ２６８を含むことができる。例えば、第１及び第２の壁２６６及び２６８は、互いにほぼ同軸にあり、燃焼部分１６８からヘッド端部部分１６６につながる中空円周方向空間又は流れ通路２７０を定めることができる。第２の壁又はフロースリーブ２６８は、複数の開口部又は穿孔２７２を含むことができ、これらは、圧縮機セクション１５２からの加圧排気ガス１７０が流れ通路２７０に流入できるようにする。次いで、排気ガス１７０は、矢印２７４により示されるように、ヘッド端部部分１６６に向かってライナー２６６に沿って通路２７０を流動し、これにより排気ガス１７０が、チャンバ２６４への送給のためにヘッド端部部分１６６に向かって流れる時に（例えば、１又は２以上の燃料ノズル１６４を通して）ライナー２６６を冷却する。
【００６４】
特定の実施形態において、ライナー２６６はまた、１又は２以上の開口部又は穿孔２７６を含み、これにより矢印２７８により示されるように、直接チャンバ２６４への排気ガス１７０の一部の注入を可能にすることができる。例えば、排気ガス注入２７８は、希釈剤注入として機能することができ、これは、チャンバ２６４内の温度、圧力、流量、ガス組成（例えば、エミッションレベル）、又はこれらのいずれかの組合せを制御するように構成することができる。詳細には、排気ガス注入２７８は、窒素酸化物（ＮＯX）のエミッションが高温の燃焼生成物において実質的に減少することができるように、チャンバ２６４内の温度を制御するのを助けることができる。窒素、蒸気、他の不活性ガス、又は追加の排気ガスなどの１又は２以上の追加の希釈剤は、矢印２８２により示されるように、１又は２以上の希釈剤注入器２８０を通じて注入することができる。同時に、排気ガス注入２７８及び希釈剤注入２８２は、温度、エミッションの濃度レベル、又はチャンバ２６４を流動する高温の燃焼ガスの他の特性を調整するように制御することができる。
【００６５】
ヘッド端部部分１６６において、１又は２以上の燃料ノズル１６４は、排気ガス１７０、酸化剤６８、燃料７０、及び１又は２以上の希釈剤２８４（例えば、排気ガス、蒸気、窒素、他の不活性ガス、又はこれらのいずれかの組合せ）を燃焼のためチャンバ２６４に送ることができる。例えば、各燃焼器１６０は、多重ノズル静音燃焼（ＭＮＱＣ）用途に使用する燃料ノズルのような拡散燃料ノズルとして各々構成された１、２、３、４、５、６、７、８、又はそれよりも多くの燃料ノズル１６４を含むことができる。例えば、各燃料ノズル１６４は、独立ストリームとして酸化剤６８、燃料７０、希釈剤２８４、及び／又は排気ガス１７０をチャンバ２６４へ送給し、これにより火炎２８６を生成することができる。酸化剤６８及び燃料７０の別個のストリームは拡散火炎をもたらす。以下で詳細に説明するように、拡散燃料ノズル１６４の各々は、異なる方向に酸化剤６８及び燃料７０にスワール運動を与えて、燃料ノズル１６４から下流で燃料−酸化剤混合を改善し、これによって一酸化炭素エミッションを低減し、及び／又はガスタービンエンジン１５０の燃焼器セクション１５４の全体の燃焼効率を改善することができる。特定の実施形態において、１又は２以上の希釈剤２８４は、酸化剤６８及び／又は燃料７０と組み合わせることができる。しかし、酸化剤６８及び燃料７０は、拡散燃料ノズル１６４内で混合されず、拡散燃料ノズル１６４ｆの下流で組み合わされる。換言すると、拡散燃料ノズル１６４は、予混合燃料ノズルではない。
【００６６】
制御システム１００は、１又は２以上の流体供給システム２８８に接続され、流体供給システム２８８は、圧力、温度、流量、及び／又は酸化剤６８、燃料７０、希釈剤２８４、及び／又は排気ガス１７０の混合気を制御する。例えば、制御システム１００は、当量比、エミッションレベル（例えば、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、未燃炭化水素、水素、及び／又は酸素）、出力、又はこれらのいずれかの組合せを制御するために、酸化剤６８、燃料７０、希釈剤２８４、及び／又は排気ガス１７０の流れを独立に制御することができる。動作中に、制御システム１００は、実質的に量論的な燃焼を維持しながら流体供給システム２８８を制御して酸化剤６８及び燃料７０の流れを増加させることができ、又は制御システム１００は、実質的に量論的な燃焼を維持しながら流体供給システム２８８を制御して酸化剤６８及び燃料７０の流れを減少させることができる。制御システム１００は、漸増ステップ（例えば、１、２、３、４、５、又はそれよりも多くのステップ）、連続的、又はこれらのいずれかの組合せで酸化剤６８及び燃料７０の流量のこれらの増加又は減少の各々を実施することができる。更に、制御システム１００は、酸化剤６８及び燃料７０の燃料リッチ混合気、燃料リーン混合気、又はあらゆる他の混合気をチャンバ２６４内に提供し、これにより低酸素濃度、高酸素濃度、又は何れかの他の好適な酸素濃度、未燃炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物、及びその他で高温の燃焼生成物又は排気ガス２９０を作り出すために、流体供給システム５１８を制御して酸化剤６８及び燃料７０の流れを増加又は減少させることができる。酸化剤６８及び燃料７０の流れを制御しながら、制御システム１００はまた、流体供給システム２８８を制御して希釈剤２８４（例えば、蒸気、排気ガス、窒素、又は何れかの他の不活性ガス）の流れを増加又は減少させ、これによりチャンバ２６４をタービンセクション１５６に向かって通過させる高温の燃焼生成物２９０の温度、圧力、流量、及び／又はガス組成（例えば、エミッションレベル）を制御するのを助けることができる。
【００６７】
制御システム１００はまた、ＥＧ抽出システム８０を制御することができる。例えば、制御システム１００は、燃焼器セクション１５４とＥＧ抽出システム８０の間の抽出管路２９４に沿って配置された１又は２以上のバルブ２９２を選択的に開放又は閉鎖することができる。制御システム１００は、これらのバルブ２９２を選択的に開放又は閉鎖して、ＥＧ抽出システム８０への排気ガス４２の流れを増加又は減少させると同時に、ＥＧ抽出システム８０へ送給される排気ガスの異なる温度及び／又は圧力をもたらす異なる位置から排気ガスを選択的に抽出することもできる。
【００６８】
図６は、燃焼器１６０のヘッド端部部分１６６と燃焼部分１６８を分ける働きをすることができるキャップ又はエンドカバー３１０に結合された複数の拡散燃料ノズル１６４の詳細な斜視図である。図示の実施形態において、６つの拡散燃料ノズル１６４は、中央に１つの拡散燃料ノズル１６４を有して環状配列でエンドカバー３１０に結合されるが、拡散燃料ノズル１６４のあらゆる好適な数及び／又は配列をエンドカバー３１０に結合することができる。以下で詳細に説明するように、複数の拡散燃料ノズル１６４は、酸化剤６８及び燃料７０の混合を改善するように構成される。図６に示すように、燃焼器１６０の軸方向は矢印３１２により示され、半径方向は矢印３１４により示され、円周方向は矢印３１６により示される。特定の実施形態において、酸化剤６８及び／又は燃料７０は、各拡散燃料ノズル１６４の中心軸線３１８に向かって内向きに向けることができ、これによってチャンバ２６４を通って下流方向３２０に移動する酸化剤６８及び燃料７０の燃料ノズル１６４の下流での混合を改善することができる。更に、拡散燃料ノズル１６４からの酸化剤６８及び燃料７０は、それぞれ時計回り及び反時計回りのような反対方向にスワールいて、燃料ノズル１６４の下流での酸化剤６８及び燃料７０のより良好な混合を可能にすることができる。
【００６９】
図７は、拡散燃料ノズル１６４の実施形態の切り欠き図である。図示の実施形態において、拡散燃料ノズル１６４は、第１の酸化剤３４４を注入する複数の第１の酸化剤開口部３４２を含む第１の酸化剤導管３４０を含む。第１の酸化剤導管３４０は、中心軸線３１８に沿って配置することができる。図示の実施形態に示すように、複数の第１の酸化剤開口部３４２は、拡散燃料ノズル１６４の先端部分３４５に配置される。以下で詳細に説明するように、複数の第１の酸化剤開口部３４２は、第１の回転方向に第１の酸化剤３４４にスワール運動を与える。これに加えて、複数の第１の酸化剤開口部３４２は、第１の酸化剤３４４が中心軸線３１８から離れるように向けられるように、中心軸線３１８からオフセットして向けられる（例えば、離れるように角度をなす、離れるように発散する）。他の実施形態において、複数の第１の酸化剤開口部３４２を用いて第１の酸化剤３４４を中心軸線３１８に向けることができる。
【００７０】
図示の実施形態において、第１の燃料導管３４６は、第１の酸化剤導管３４０を取り囲み、第１の燃料３５０を注入する複数の第１の燃料開口部３４８を含む。従って、第１の燃料３５０及び第１の酸化剤３４４は、先端部分３４５に達するまで互いに隔離されたままである。換言すると、第１の燃料３５０及び第１の酸化剤３４４は、先端部分３４５の上流で予混合せずに、一緒にスワールいてスロート３５１で混合する。図７に示すように、複数の第１の燃料開口部３４８は、先端部分３４５に配置される。以下で詳細に説明するように、複数の第１の燃料開口部３４８は、第２の回転方向に第１の燃料３５０にスワール運動を与え、第２の回転方向は、第１の酸化剤３４４の第１の回転方向と異なることができる。これに加えて、複数の第１の燃料開口部３４８は、第１の燃料３５０が中心軸線３１８に向けられるように、中心軸線３１８からオフセットして向けられる（例えば、向かって角度をなす、向かって収束する）。他の実施形態において、複数の第１の燃料開口部３４８を用いて、中心軸線３１８から離れるように第１の燃料３５０を向けることができる（例えば、離れるように角度をなす、離れるように発散する）。
【００７１】
図７に示すように、第２の酸化剤導管３５２は、第１の燃料導管３４６を取り囲み、第２の酸化剤３５６を注入する複数の第２の酸化剤開口部３５４を含む。従って、第２の酸化剤３５６は、先端部分３４５に達するまで第１の燃料３５０及び第１の酸化剤３４４から隔離されたままである。種々の実施形態において、第２の酸化剤３５６は、第１の酸化剤３４４と同じでもよいし、そうでなくてもよい。複数の第２の酸化剤開口部３５４は、先端部分３４５に配置されて第３の回転方向に第２の酸化剤３５６にスワール運動を与えるように構成され、第３の回転方向は、第２の回転方向と異なることができる。これに加えて、複数の第２の酸化剤開口部３５４は、第２の酸化剤３５６が中心軸線３１８に向けられるように、中心軸線３１８からオフセットして向けられる（例えば、向かって角度をなす、向かって収束する）。他の実施形態において、複数の第２の酸化剤開口部３５４を用いて、中心軸線３１８から離れるように第２の酸化剤３５６を向けることができる（例えば、離れるように角度をなす、離れるように発散する）。
【００７２】
特定の実施形態において、第１の燃料導管３４６は、第１の酸化剤導管３４０からオフセットされた内壁３５８を含むことができる。このような実施形態において、酸化剤６８、燃料７０のいずれも、第１の酸化剤導管３４０と内壁３５８との間の隙間を流動しない。換言すると、内壁３５８を用いて、第１の燃料導管３４６から第１の酸化剤導管３４０を物理的に分離することができる。更に、特定の実施形態において、拡散燃料ノズル１６４から下流でキャップ冷却３６０を行って、空気のような酸化剤を用いて追加の冷却を行うことができる。
【００７３】
図８は、拡散燃料ノズル１６４の実施形態の断面図である。図７に示すものと共通の図８の要素は、同じ参照番号でラベル付けされる。図８に示すように、第１の酸化剤３４４は、第１の酸化剤導管３４０を流動して複数の第１の酸化剤開口部３４２を通って流れ出て、第１の燃料３５０は、第１の燃料導管３４６を流動して複数の第１の燃料開口部３４８を通って流れ出て、第２の酸化剤３５６は、第２の酸化剤導管３５２を流動して複数の第２の酸化剤開口部３５４を通って流れ出る。酸化剤６８は、酸化剤供給システム２８９を介して第１及び第２の酸化剤導管３４０及び３５２に供給することができ、燃料７０は、燃料供給システム２９１を介して第１の燃料導管３４６を通って供給することができる。酸化剤及び燃料供給システム２８９及び２９１は、種々の貯蔵タンク、ポンプ、圧縮機、ブロア、バルブ、センサ、及びその他を含み、それぞれ酸化剤６８及び燃料７０の拡散燃料ノズル１６４への流量を制御して調整することができる。例えば、第１の酸化剤バルブ２９５を制御システム１００により用いて、第１の酸化剤３４４の第１の流量を調整することができ、第２の酸化剤バルブ２９７を制御システム１００により用いて、第２の酸化剤３５６の第２の流量を調整することができる。他の実施形態において、制御システム１００は、酸化剤圧縮機１８８を調整して第１及び第２の酸化剤３４４及び３５６の第１及び第２の流量を調整することができる。１つの実施形態において、酸化剤供給システム２８９は、上述の酸化剤圧縮機１８８とすることができる。換言すると、酸化剤供給システム２８９は、燃焼器セクション１５２から分離することができる。従って、酸化剤６８は、燃焼器セクション１５２から燃焼器１６０までのあらゆる導管とは別の酸化剤供給導管２９３を介して燃焼器１６０に供給することができる。
【００７４】
図８に示すように、第１の酸化剤導管３４０は、中心軸線３１８から第１の半径方向距離３６２に配置された第１の酸化剤壁３６１（例えば、環状壁）を含むことができ、第１の燃料導管３４６は、中心軸線３１８から第２の半径方向距離３６４に配置された第１の燃料壁３６３（例えば、環状壁）を含むことができ、第２の酸化剤導管３５２は、中心軸線３１８から第３の半径方向距離３６６に配置された第２の酸化剤壁３６５（例えば、環状壁）を含むことができる。第２の半径方向距離３６４は、第１の半径方向距離３６２よりも大きくすることができ、第３の半径方向距離３６６は、第２の半径方向距離３６４よりも大きくすることができる。半径方向距離３６２、３６４、及び３６６（例えば、半径）を調整して、導管３４０、３４６、及び３５２の各々を通る流量を変化させることができる。例えば、１つの実施形態において、第１の酸化剤導管３４０の第１の半径方向距離３６２は、拡散燃料ノズル１６４を通って全流れの約５〜１０パーセントを流すように構成することができ、第１の燃料導管３４６の第２の半径方向距離３６４は、全流れの約１〜１０パーセントを流すように構成することができ、第２の酸化剤導管３５２の第３の半径方向距離３６６は、全流れの約８０〜９０パーセントを流すように構成することができる。
【００７５】
図示の実施形態において、第１の酸化剤開口部３４２、第１の燃料開口部３４８、及び第２の酸化剤開口部３５４の各々は、中心軸線３１８からオフセットして及び／又は角度をつけて配向される。具体的には、第１の酸化剤開口部３４２は、中心軸線３１８との第１の酸化剤角度３７０で向けられ、第１の燃料開口部３４８は、中心軸線３１８との第１の燃料角度３７２で向けられ、第２の酸化剤開口部３５４は、中心軸線３１８との第２の酸化剤角度３７２で向けられる。例えば、第１の酸化剤角度３７０、第１の燃料角度３７２、及び第２の酸化剤角度３７４のうちの１又は２以上は、約３０〜６０度、３５〜５５度、又は４０〜５０度とすることができる。角度３７０、３７２、及び３７４を調整することによって、先端部分３４５の下流での第１及び第２の酸化剤３４４及び３５６と第１の燃料３５０との混合を可能にすることができる。例えば、角度３７０、３７２、及び３７４を大きくすることによって、第１の燃料３５０と第１及び第２の酸化剤３４４及び３５６との間の混合を増加させることができるのは、異なる流体が更に互いに向かって流れるように向けられるからである。これに加えて、第１の酸化剤角度３７０、第１の燃料角度３７２、及び第２の酸化剤角度３７４は、互いに同じであってもよいし、異なってもよい。別の実施形態において、開口部３４２、３４８、及び３５４は、以下で検討するように、スワールきを促進するように角度をなすことができる。特定の実施形態において、第１の酸化剤開口部３４２は、中心軸線３１８から離れるように（例えば、それから発散して）第１の酸化剤３４４を向けるように構成され、第１の燃料開口部３４８及び第２の酸化剤開口部３５４は、それぞれ第１の燃料３５０及び第２の酸化剤３５６を中心軸線３１８に向ける（例えば、向かって収束する）ように構成される。他の実施形態において、第１の酸化剤開口部３４２、第１の燃料開口部３４８、及び／又は第２の酸化剤開口部３５４は、中心軸線３１８に向かって（例えば、収束する）、そこから離れて（例えば、発散する）、又はそれに沿って（例えば、平行に）流れを向けるように構成することができる。
【００７６】
図示の実施形態において、拡散燃料ノズル１６４の先端部分３４５は、第１の酸化剤導管３４０が第１の燃料導管３４６を越えて軸線方向３１２に延び、第１の燃料導管３４６が第２の酸化剤導管３５２を越えて軸線方向３１２に延びるような先細形状３７８を有する。特定の実施形態において、中心軸線３１８に対して先端部分３４５の先細先端角度は、約５５〜８５度、６０〜８０度、又は６５〜７５度とすることができる。先端部分３５４に先細形状を提供することによって、酸化剤６８と燃料７０の混合の改善を達成することができる。別の実施形態において、先端部分３４５は、ドーム形、凸形、凹形、又は円錐形を用いて先細にすることができる。他の実施形態において、先端部分３４５を先細にすることなく、むしろ先端部分３４５は、平たんにするか又は段をつけることができる。換言すると、平たんな先端部分３４５を用いることによって、第１の酸化剤導管３４０、第１の燃料導管３４６、及び第２の酸化剤導管３５２は、全てほぼ同じ距離だけ軸線方向３１２に延びることができる。
【００７７】
図９は、追加の燃料７０及び酸化剤６８導管を備えた拡散燃料ノズル１６４の実施形態の断面図である。具体的には、拡散燃料ノズル１６４は、第２の燃料３９４を注入する複数の第２の燃料開口部３９２を含む第２の燃料導管３９０と、第３の酸化剤４００を注入する複数の第３の酸化剤開口部３９８を含む第３の酸化剤導管３９６とを含むことができる。種々の実施形態において、第２の燃料３９４は、第１の燃料３５０と同じでもよいし、そうでなくてもよい。これに加えて、第３の酸化剤４００は、第１及び第２の酸化剤３４４及び３５６と同じでもよいし、そうでなくてもよい。複数の第２の燃料開口部３９２は、第４の回転方向に第２の燃料３９４にスワール運動を与えることができ、複数の第３の酸化剤開口部３９８は、第５の回転方向に第３の酸化剤４００にスワール運動を与えることができる。特定の実施形態において、第４の回転方向は、第３及び第５の回転方向と反対にすることができ、これは、第２及び第３の酸化剤３５６及び４００と第２の燃料３９４との混合を改善することができる。これに加えて、複数の第２の燃料開口部３９２及び複数の第３の酸化剤開口部３９８は、中心軸線３１８からオフセットして及び／又は角度をつけて配向させることができる。具体的には、複数の第２の燃料開口部３９２は、第２の燃料角度４０２でオフセットされ及び／又は角度をなすことができ、複数の第３の酸化剤開口部３９８は、第３の酸化剤角度４０４でオフセットされ及び／又は角度をなすことができる。第２の燃料角度４０２及び第３の酸化剤角度４０４は、約３０〜６０度、３５〜５５度、又は４０〜５０度とすることができる。角度４０２及び４０４は、先端部分３４５の下流での第２及び第３の酸化剤３５６及び４００と第２の燃料３９４との混合を促進するように調整することができる。これに加えて、拡散燃料ノズル１６４は、先細形状（例えば、ドーム、円錐、凸形、凹形）を有してもよいし、そうでなくてもよい。他の関連では、図９に示す拡散燃料ノズル１６４の実施形態は、図８に示す拡散燃料ノズル１６４の実施形態に類似している。
【００７８】
図１０は、燃料７０及び酸化剤６８導管の異なる配列を有する拡散燃料ノズル１６４の実施形態の断面図である。具体的には、第２の燃料導管３９０は、拡散燃料ノズル１６４の中心又は最内導管とすることができる。換言すると、第２の酸化剤導管３５２は、第１の燃料導管３４６を取り囲み、第１の燃料導管３４６は、第１の酸化剤導管３４０を取り囲み、第１の酸化剤導管３４０は、第２の燃料導管３９０を取り囲む。従って、第２の燃料３９４は、第１の酸化剤３４４によって取り囲まれ、第１の燃料３５０は、第１及び第２の酸化剤３４４及び３５６によって取り囲まれる。酸化剤６８の隣接する流れの間に燃料７０を配置することによって、燃料７０及び酸化剤６８の混合の改善を燃料ノズル１６４の下流で達成することができる。他の関連では、図１０に示す拡散燃料ノズル１６４の実施形態は、拡散燃料ノズル１６４の前の実施形態に類似している。前の実施形態のように、燃料ノズル１６４の開口部の角度及び／又はオフセットは、燃料ノズル１６４の下流での燃料の混合を促進するように調整することができる。
【００７９】
図１１は、拡散燃料ノズル１６４の正面図である。図１１に示すように、第１の酸化剤開口部３４２は、拡散燃料ノズル１６４の中心近くに位置する。複数の第１の酸化剤開口部３４２は、複数の第１の燃料開口部３４８によって取り囲まれる。最後に、複数の第１の燃料開口部３４８は、複数の第２の酸化剤開口部３５４によって取り囲まれる。開口部３４２、３４８、及び３５４の各々は、中心軸線３１８の周りで円周方向３１６に離間することができる。図示の実施形態において、第１の酸化剤開口部３４２、第１の燃料開口部３４８、及び第２の酸化剤開口部３５４は、燃料７０及び酸化剤６８に１又は２以上の円周方向３１６のスワール運動を与えるように構成される。具体的には、複数の第１の酸化剤開口部３４２は、時計回り方向４２０に第１の酸化剤３４４にスワール運動を与えるように構成され、複数の第１の燃料開口部３４８は、反時計回り方向４２２に第１の燃料３５０にスワール運動を与えるように構成され、第２の酸化剤開口部３５４は、時計回り方向４２０に第２の酸化剤３５６にスワール運動を与えるように構成される。従って、第１の燃料３５０に対するスワールの方向は、第１及び第２の酸化剤３４４及び３５６に対するスワールの方向と反対である。燃料７０及び酸化剤６８のスワールに対して反対方向を有することによって、拡散燃料ノズル１６４の図示の実施形態は、酸化剤６８及び燃料７０の混合の改善を行うことができる。他の実施形態において、燃料７０及び酸化剤６８に対するスワールの方向は、図１１に示すスワールの方向と反対である。これに加えて、スワール方向の他の配列も、他の実施形態において用いることができる。例えば、第１の燃料３５０及び第２の酸化剤３５６に対するスワールの方向は、同じにすることができ、両方とも第１の酸化剤３４４のスワールの方向と反対にすることができる。
【００８０】
これに加えて、開口部３４２、３４８、及び３５４の直径は、燃料７０及び酸化剤６８の望ましい流量を達成するために変化してもよい。具体的には、複数の第１の酸化剤開口部３４２は、第１の酸化剤直径４２４によって定めることができ、複数の第１の燃料開口部３４８は、第１の燃料直径４２６によって定めることができ、複数の第２の酸化剤開口部３５４は、第２の酸化剤直径４２８によって定めることができる。１つの実施形態において、第２の酸化剤直径４２８は、第１の酸化剤直径４２４及び第１の燃料直径４２６の両方よりも大きくすることができ、これによって第２の酸化剤３５６の流量を第１の酸化剤３４４及び第１の燃料３５０の流量よりも大きくすることを可能にすることができる。これに加えて又はこれに代えて、開口部３４２、３４８、及び３５４の各々の数は、燃料７０及び酸化剤６８の望ましい流量を達成するために変化してもよい。１つの実施形態において、複数の第１の酸化剤開口部３４２の第１の酸化剤数は、複数の第１の燃料開口部３４８の第１の燃料数及び複数の第２の酸化剤開口部３５４の第２の酸化剤数の両方よりも小さくすることができる。
【００８１】
前述のように、燃焼器１６０の特定の実施形態は、複数の拡散燃料ノズル１６４を含むことができる。複数の拡散燃料ノズル１６４の各々は、複数の第１の酸化剤開口部３４２を通して第１の酸化剤３４４を注入する第１の酸化剤導管３４０と、複数の第１の燃料開口部３４８を通して第１の燃料３５０を注入する第１の燃料導管３４６と、複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤３５６を注入する第２の酸化剤導管３５２とを含むことができる。第１の酸化剤３４４、第１の燃料３５０、及び第２の酸化剤３５６は、先端部分３４５の上流で予混合されることなく、スロート３５１（存在する場合）で混合することができる。これに加えて、複数の第１の酸化剤開口部３４２は、第１の回転方向に第１の酸化剤３４にスワール運動を与えることができ、複数の第１の燃料開口部３４８は、第２の回転方向に第１の燃料３５０にスワール運動を与えることができ、複数の第２の酸化剤開口部３５４は、第３の回転方向に第２の酸化剤３５６にスワール運動を与えることができる。特定の実施形態において、第３の回転方向は、第１の回転方向と同じにすることができる。すなわち、第２の回転方向は、第１の回転方向と反対にすることができる。前述の複数の拡散燃料ノズル１６４を備えたタービン燃焼器１６０を用いることによって、燃焼器１６０は、燃料７０と酸化剤６８の混合を改善することができ、これによって一酸化炭素の生成を低減し、燃焼器１６０の燃焼効率を改善することができる。
【００８２】
補足説明
本発明の実施形態は、ガスタービンエンジンのタービン燃焼器のためのシステム及び方法を提供する。上記で説明した特徴の何れか又はその組合せは、好適なあらゆる組合せで利用することができる点に留意されたい。当然ながら、このような組合せの全ての並び換えも本発明において企図される。一例として、以下の条項は、本開示の更なる説明として提供されるものである。
【００８３】
実施形態１．酸化剤圧縮機とガスタービンエンジンとを含むタービン燃焼器であって、ガスタービンエンジンが、複数の第１の酸化剤開口部を通して第１の酸化剤を注入するように構成された第１の酸化剤導管であって、複数の第１の酸化剤開口部が、第１の回転方向に第１の酸化剤にスワール運動を与えるように構成された上記第１の酸化剤導管、複数の第１の燃料開口部を通して第１の燃料を注入するように構成された第１の燃料導管であって、第１の燃料導管が、第１の酸化剤導管を取り囲み、複数の第１の燃料開口部が、第２の回転方向に第１の燃料にスワール運動を与えるように構成された上記第１の燃料導管、及び複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤を注入するように構成された第２の酸化剤導管であって、第２の酸化剤導管が、第１の燃料導管を取り囲み、複数の第２の酸化剤開口部が、第３の回転方向に第２の酸化剤にスワール運動を与えるように構成された上記第２の酸化剤導管を各々が含む複数の拡散燃料ノズルを含むタービン燃焼器を有する燃焼器セクションと、タービン燃焼器からの燃焼生成物によって駆動されるタービンと、タービンによって駆動される排気ガス圧縮機であって、排気ガス圧縮機が、排気流を圧縮してそれをタービン燃焼器に経路指定するように構成され、酸化剤圧縮機が、第１の酸化剤及び第２の酸化剤を圧縮してそれをタービン燃焼器に経路指定するように構成される上記排気ガス圧縮機とを含む上記タービン燃焼器。
【００８４】
実施形態２．第１の酸化剤導管の第１の酸化剤壁が、拡散燃料ノズルの中心軸線から第１の半径方向距離に配置され、第１の燃料導管の第１の燃料壁が、中心軸線から第２の半径方向距離に配置され、第２の酸化剤導管の第２の酸化剤壁が、中心軸線から第３の半径方向距離に配置され、第２の半径方向距離が、第１の半径方向距離よりも大きく、第３の半径方向距離が、第２の半径方向距離よりも大きい実施形態１のシステム。
【００８５】
実施形態３．第２の回転方向が、第１及び第３の回転方向と反対であるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００８６】
実施形態４．複数の第１の酸化剤開口部の各々、複数の第１の燃料開口部の各々、及び複数の第２の酸化剤開口部の各々が、拡散燃料ノズルの中心軸線から角度を付けて及び／又はオフセットして向けられるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００８７】
実施形態５．角度及び／又はオフセットが、約３０度〜６０度であるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００８８】
実施形態６．第１の酸化剤導管が、拡散燃料ノズルの中心軸線に沿って配置されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００８９】
実施形態７．第２の燃料導管が、複数の第２の燃料開口部を通して第２の燃料を注入するように構成され、第２の燃料導管が、第２の酸化剤導管を取り囲み、複数の第２の燃料開口部が、第４の回転方向に第２の燃料にスワール運動を与えるように構成され、第３の酸化剤導管が、複数の第３の酸化剤開口部を通して第３の酸化剤を注入するように構成され、第３の酸化剤導管が、第２の燃料導管を取り囲み、複数の第３の酸化剤開口部が、第５の回転方向に第３の酸化剤にスワール運動を与えるように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９０】
実施形態８．第４の回転方向が、第３及び第５の回転方向とは反対であるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９１】
実施形態９．複数の第２の燃料開口部を通して第２の燃料を注入するように構成された第２の燃料導管を含み、第１の酸化剤導管が、第２の燃料導管を取り囲み、複数の第２の燃料開口部が、第４の回転方向に第２の燃料にスワール運動を与えるように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９２】
実施形態１０．第４の回転方向が、第１及び第３の回転方向と反対であるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９３】
実施形態１１．第１の酸化剤導管が、拡散燃料ノズルを通る全流れの約５〜１０パーセントを流すように構成され、第１の燃料導管が、拡散燃料ノズルを通る全流れの約１〜１０パーセントを流すように構成され、第２の酸化剤導管が、拡散燃料ノズルを通る全流れの約８０〜９０パーセントを流すように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９４】
実施形態１２．複数の第１の酸化剤開口部の各々、複数の第１の燃料開口部の各々、及び複数の第２の酸化剤開口部の各々が、拡散燃料ノズルの先端部分に配置されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９５】
実施形態１３．複数の拡散燃料ノズルの各々が、先細先端を含み、第１の酸化剤導管が、第１の燃料導管を越えて先細先端まで軸線方向に延び、第１の燃料導管が、第２の酸化剤導管を越えて先細先端まで軸線方向に延びるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９６】
実施形態１４．拡散燃料ノズルの中心軸線に対する先細先端の角度が、約５５度〜８５度であるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９７】
実施形態１５．酸化剤圧縮機から複数の拡散燃料ノズルの各々に第１の酸化剤及び第２の酸化剤を供給するように構成された酸化剤供給導管を含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９８】
実施形態１６．第１の燃料を複数の拡散燃料ノズルの各々の第１の燃料導管に供給するように構成された流体供給システムを含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【００９９】
実施形態１７．第１の酸化剤の第１の流量を調整するように構成された第１の酸化剤バルブと、第２の酸化剤の第２の流量を調整するように構成された第２の酸化剤バルブとを含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１００】
実施形態１８．ガスタービンエンジンに結合された排気ガス抽出システムと、排気ガス抽出システムに結合された炭化水素生成システムとを含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１０１】
実施形態１９．ガスタービンエンジンが、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンであるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１０２】
実施形態２０．タービン燃焼器が、ヘッド端部チャンバを有するヘッド端部部分を含み、ヘッド端部部分が、燃料経路及び酸化剤経路を含み、燃焼部分が、ヘッド端部チャンバから下流に配置された燃焼室と、ヘッド端部チャンバと燃焼室との間に配置されたキャップとを有し、複数の拡散燃料ノズルが、キャップ、燃料経路、及び酸化剤経路に結合されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１０３】
実施形態２１．酸化剤圧縮機を調整することにより第１の酸化剤の第１の流量と第２の酸化剤の第２の流量とを調整するように構成された制御システムを含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１０４】
実施形態２２．複数の第１の酸化剤開口部の各々、複数の第１の燃料開口部の各々、及び複数の第２の酸化剤開口部の各々が、それぞれ第１の酸化剤、第１の燃料、及び第２の酸化剤を拡散燃料ノズルの中心軸線に向けるように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１０５】
実施形態２３．複数の第１の酸化剤開口部の各々が、拡散燃料ノズルの中心軸線から離れるように第１の酸化剤を向けるように構成され、複数の第１の燃料開口部の各々及び複数の第２の酸化剤開口部の各々が、それぞれ第１の燃料及び第２の酸化剤を中心軸線に向けるように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１０６】
実施形態２４．複数の第２の酸化剤開口部の第２の酸化剤直径が、複数の第１の酸化剤開口部の第１の酸化剤直径及び複数の第１の燃料開口部の第１の燃料直径よりも大きいいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１０７】
実施形態２５．複数の第１の酸化剤開口部の各々、複数の第１の燃料開口部の各々、及び複数の第２の酸化剤開口部の各々は、拡散燃料ノズルの中心軸線の周りに円周方向に離間されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１０８】
実施形態２６．複数の第１の酸化剤開口部の第１の酸化剤数が、複数の第１の燃料開口部の第１の燃料数及び複数の第２の酸化剤開口部の第２の酸化剤数よりも少ないいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１０９】
実施形態２７．複数の第１の酸化剤開口部を通して第１の酸化剤を注入するように構成された第１の酸化剤導管であって、複数の第１の酸化剤開口部が、第１の回転方向に第１の酸化剤にスワール運動を与えるように構成された上記第１の酸化剤導管と、複数の第１の燃料開口部を通して第１の燃料を注入するように構成された第１の燃料導管であって、第１の燃料導管が、第１の酸化剤導管を取り囲み、複数の第１の燃料開口部が、第２の回転方向に第１の燃料にスワール運動を与えるように構成された上記第１の燃料導管と、複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤を注入するように構成された第２の酸化剤導管であって、第２の酸化剤導管が、第１の燃料導管を取り囲み、複数の第２の酸化剤開口部が、第３の回転方向に第２の酸化剤にスワール運動を与えるように構成された上記第２の酸化剤導管とを含む拡散燃料ノズルを含むシステム。
【０１１０】
実施形態２８．複数の拡散燃料ノズルを有する拡散燃料ノズル組立体を含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１１１】
実施形態２９．拡散燃料ノズルを有するタービン燃焼器を含むいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１１２】
実施形態３０．第２の回転方向が、第１及び第３の回転方向と反対であるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１１３】
実施形態３１．複数の第１の酸化剤開口部の各々、複数の第１の燃料開口部の各々、及び複数の第２の酸化剤開口部の各々が、拡散燃料ノズルの中心軸線からオフセットして向けられるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１１４】
実施形態３２．複数の第１の酸化剤開口部の各々が、拡散燃料ノズルの中心軸線から離れるように第１の酸化剤を向けるように構成され、複数の第１の燃料開口部の各々及び複数の第２の酸化剤開口部の各々が、それぞれ第１の燃料及び第２の酸化剤を中心軸線に向けるように構成されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１１５】
実施形態３３．第１の酸化剤導管の第１の酸化剤壁が、拡散燃料ノズルの中心軸線から第１の半径方向距離に配置され、第１の燃料導管の燃料壁が、中心軸線から第２の半径方向距離に配置され、第２の酸化剤導管の第２の酸化剤壁が、中心軸線から第３の半径方向距離に配置され、第２の半径方向距離が第１の半径方向距離よりも大きく、第３の半径方向距離が第２の半径方向距離よりも大きいいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１１６】
実施形態３４．複数の第２の酸化剤開口部の第２の酸化剤直径が、複数の第１の酸化剤開口部の第１の酸化剤直径及び複数の第１の燃料開口部の第１の燃料直径よりも大きいいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１１７】
実施形態３５．拡散燃料ノズルが、先細先端を含み、第１の酸化剤導管が、第１の燃料導管を越えて先細先端まで軸線方向に延び、第１の燃料導管が、第２の酸化剤導管を越えて先細先端まで軸線方向に延びるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１１８】
実施形態３６．第１の酸化剤開口部、第１の燃料開口部、及び第２の酸化剤開口部の各々が、拡散燃料ノズルの先端部分に配置されるいずれかの上記実施形態に定められたシステム。
【０１１９】
実施形態３７．第１の回転方向にタービン燃焼器の中に拡散燃料ノズルの複数の第１の酸化剤開口部を通して第１の酸化剤導管から第１の酸化剤を注入する段階と、第２の回転方向にタービン燃焼器の中に拡散燃料ノズルの複数の第１の燃料開口部を通して第１の燃料導管から第１の燃料を注入する段階と、第３の回転方向にタービン燃焼器の中に拡散燃料ノズルの複数の第２の酸化剤開口部を通して第２の酸化剤導管から第２の酸化剤を注入する段階と、拡散燃料ノズルの下流のタービン燃焼器内で第１の酸化剤、第１の燃料、及び第２の酸化剤を拡散燃焼させる段階とを含む方法。
【０１２０】
実施形態３８．タービン燃焼器のヘッド端部部分を通して第１の燃料、第１の酸化剤、及び第２の酸化剤を経路指定する段階を含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１２１】
実施形態３９．第２の回転方向が、第１及び第３の回転方向と反対であるいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１２２】
実施形態４０．第１の酸化剤導管を通して拡散燃料ノズルを通る全流れの約５〜１０パーセントを流す段階と、第１の燃料導管を通して拡散燃料ノズルを通る全流れの約１〜１０パーセントを流す段階と、第２の酸化剤導管を通して拡散燃料ノズルを通る全流れの約８０〜９０パーセントを流す段階とを含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１２３】
実施形態４１．酸化剤供給システムを用いて第１の酸化剤導管に第１の酸化剤を供給する段階と、酸化剤供給システムを用いて第２の酸化剤導管に第２の酸化剤を供給する段階と、燃料供給システムを用いて第１の燃料導管に第１の燃料を供給する段階とを含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１２４】
実施形態４２．複数の第１の酸化剤開口部を用いて拡散燃料ノズルの中心軸線から離れるように第１の酸化剤を向ける段階と、複数の第２の酸化剤開口部を用いて拡散燃料ノズルの中心軸線に第２の酸化剤を向ける段階と、複数の第１の燃料開口部を用いて拡散燃料ノズルの中心軸線に第１の燃料を向ける段階とを含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１２５】
実施形態４３．タービン燃焼器からの燃焼生成物によってガスタービンエンジンのタービンを駆動する段階と、タービンによって排気ガス圧縮機を駆動する段階と、排気ガス圧縮機によって排気ガスを圧縮する段階と、排気ガス圧縮機によってタービン燃焼器に排気ガスを経路指定する段階とを含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１２６】
実施形態４４．酸化剤供給導管を用いて酸化剤圧縮機から拡散燃料ノズルに第１の酸化剤及び第２の酸化剤を経路指定する段階を含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１２７】
実施形態４５．排気ガス抽出システムを用いてガスタービンエンジンから排気ガスを抽出する段階を含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１２８】
実施形態４６．量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンを用いて第１の燃料、第１の酸化剤、及び第２の酸化剤を量論的に燃焼させる段階を含むいずれかの上記実施形態に定められた方法又はシステム。
【０１２９】
この記述説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、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使用し、かつ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の実施例を使用している。本発明の特許請求可能な範囲は、請求項によって定められ、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、請求項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、請求項の文字通りの言語からの差異が実質的でない均等構造を含む場合には、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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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