(57)【要約】  １つの実施形態において、システムは、ガスタービン作動を表す信号を通信するように構成された少なくとも１つのセンサを含む。システムは、センサに通信可能に結合されたコントローラを更に含む。システムは、これに加えて、ガスタービン作動を表す１又は２以上の入力と測定当量比とを受け取るように構成された量論的モデルを含み、コントローラは、信号を１又は２以上の入力に変形し、かつ量論的モデルを用いて目標当量比に基づいて作動信号を導出するように構成されている。【選択図】図７
2015536400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン作動を表す信号を通信するように構成されたセンサと、
前記センサに通信可能に結合されたコントローラと、
前記ガスタービン作動を表す１又は２以上の入力と排気ガス再循環を備えたガスタービンシステムにおける測定当量比とを受け取るように構成された量論的モデルであって、前記コントローラが、前記信号を該１又は２以上の入力に変形し、かつ該量論的モデルを用いて目標当量比に基づいて作動信号を導出するように構成されている前記量論的モデルと、を備えている、
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、測定燃焼生成物を用いることによって前記測定当量比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３】
前記コントローラは、
前記測定当量比を前記目標当量比と比較して等量誤差を計算し、かつ
前記等量誤差を用いることによって前記作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４】
前記コントローラは、前記作動信号を導出して約０．９５から１．０５の燃焼のための当量比を可能に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５】
前記量論的モデルは、化学モデル、ファジー論理モデル、及びエキスパートシステムモデル、ニューラルネットワークモデル、又はこれらの組み合わせを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記化学モデルは、酸化剤との燃料の量論的燃焼を導出するように構成された化学方程式を含む、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記センサは、ラムダメータを含み、前記信号は、酸素／燃料比を表す、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記センサは、分光センサを含み、前記信号は、燃焼火炎の化学組成、燃料の化学組成、酸化剤の化学組成、希釈剤の化学組成、又はこれらの組み合わせを表す、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記１又は２以上の入力は、温度、全排気に対するパーセント再循環排気、燃料組成、圧縮機排出温度（ＴＣＤ）、比湿、又はこれらの組み合わせを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
排気ガス（ＥＧ）プロセスシステムを含み、
前記パーセント再循環排気は、前記ＥＧプロセスシステムによって提供される、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記作動信号は、前記ＥＧプロセスシステムに含まれる排気バルブを作動するように構成されている、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記作動信号は、燃料バルブ、酸化剤バルブ、希釈剤バルブ、又はこれらの組み合わせを作動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１３】
前記作動信号は、拡散火炎、予混合火炎、又はこれらの組み合わせを修正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１４】
前記センサに通信可能に結合された前記ガスタービンシステムを含み、
前記ガスタービンシステムは、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンを備えている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ガスタービンシステムは、天然ガス燃料、合成ガス燃料、ディーゼル燃料、ナフサ、これらの組み合わせを用いる、
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ガスタービンシステムの少なくとも１つの排気抽出ポートに流体的に結合され、かつ二酸化炭素を原油二次回収（ＥＯＲ）システムに供給するように構成された排気ガス供給システムを備えている、
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
ガスタービンシステムの作動を感知する段階と、
前記ガスタービンシステムの前記作動を表すセンサ信号を送信する段階と、
前記センサ信号をモデル入力に変換する段階と、
前記モデル入力を量論的モデル内に通信する段階と、
前記量論的モデルを用いて目標当量比を導出する段階と、
前記目標当量比を測定当量比と比較する段階と、
前記目標当量比を前記測定当量比と比較する前記段階に基づいて作動信号を導出する段階と、
前記作動信号をアクチュエータに送信して前記ガスタービンシステムの少なくとも１つのパラメータを制御する段階と、を有している、
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記目標当量比を前記測定当量比と比較する段階は、当量比誤差を導出する段階と該当量比誤差を用いて補正係数を導出する段階とを有している、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記補正係数は、再循環された排気、燃料の流れ、酸化剤の流れ、希釈剤の流れ、燃料組成、又はこれらの組み合わせを変化させることを含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
測定燃焼生成物を用いることによって前記測定当量比を導出する段階を有している、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記量論的モデルを用いる段階は、化学モデルを用いる段階を有している、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記化学モデルは、量論的燃焼方程式を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記量論的燃焼方程式は、燃料＋酸素→熱＋水＋二酸化炭素方程式を含む、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記量論的燃焼方程式は、ＣxＨy＋（ｘ＋ｙ／４）Ｏ2＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）Ｎ2→ｘＣＯ2＋（ｙ／２）Ｈ2Ｏ＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）を含む、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記量論的モデルは、物理学ベースのモデル、人工知能（ＡＩ）モデル、熱力学モデル、統計モデル、又はこれらの組み合わせを含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記ガスタービンエンジンの作動を感知する段階は、分光センサを用いて燃焼火炎の化学組成、燃料の化学組成、酸化剤の化学組成、希釈剤の化学組成、又はこれらの組み合わせを感知する段階を有している、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記ガスタービンシステムの作動を感知する段階は、ラムダメータを用いて酸素／燃料比を測定する段階を有している、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記モデル入力は、温度、全燃料吸入に対するパーセント冷却流体、燃料化学組成、圧縮機排出温度（ＴＣＤ）、比湿、又はこれらの組み合わせを含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記パーセント冷却流体は、酸素を含まない、
請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記作動信号は、約０．９５と１．０５の間の燃焼のための当量比を可能にするように構成されている、
請求項１７に記載のモデル。
【請求項３１】
前記ガスタービンシステムは、二酸化炭素を原油二次回収（ＥＯＲ）システムに供給するように構成された量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンを有している、
請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
ガスタービンシステムの作動を感知し、
前記ガスシステムの前記作動を表すセンサ信号を送信し、
前記センサ信号をモデル入力に変換し、
前記モデル入力を量論的モデル内に通信し、
前記量論的モデルを使用して目標当量比を導出し、
前記目標当量比を測定当量比と比較し、
前記目標当量比を前記測定当量比と比較することに基づいて作動信号を導出し、かつ
前記作動信号をアクチュエータに送信して前記ガスタービンシステムの少なくとも１つのパラメータを制御する、ように構成されたプロセッサを備えている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項３３】
前記プロセッサを有するコントローラを備えている、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記プロセッサは、当量比誤差を導出し、かつ該当量比誤差を用いて補正係数を導出するように構成されている、
請求項３１に記載のシステム。
【請求項３５】
前記補正係数は、再循環された排気、燃料の流れ、酸化剤流れ、希釈剤の流れ、燃料組成、又はこれらの組み合わせを変化させることを含む、
請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記プロセッサは、測定燃焼生成物を用いることによって前記測定当量比を導出するように構成されている、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項３７】
前記量論的モデルは、化学モデルを含む、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項３８】
前記化学モデルは、量論的燃焼方程式を含む、
請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記量論的燃焼方程式は、燃料＋酸素→熱＋水＋二酸化炭素方程式を含む、
請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記量論的燃焼方程式は、ＣxＨy＋（ｘ＋ｙ／４）Ｏ2＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）Ｎ2→ｘＣＯ2＋（ｙ／２）Ｈ2Ｏ＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）を含む、
請求項３８に記載のシステム。
【請求項４１】
前記量論的モデルは、物理学ベースのモデル、人工知能（ＡＩ）モデル、熱力学モデル、統計モデル、又はこれらの組み合わせを含む、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項４２】
前記プロセッサは、分光センサを用いて燃焼火炎の化学組成、燃料の化学組成、酸化剤の化学組成、希釈剤の化学組成、又はこれらの組み合わせを感知することによって前記ガスタービンエンジンの作動を感知するように構成されている、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項４３】
前記プロセッサは、ラムダメータを用いて酸素／燃料比を測定することによって前記ガスタービンエンジンの作動を感知するように構成されている、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記モデル入力は、温度、パーセント冷却流体、燃料化学組成、圧縮機排出温度（ＴＣＤ）、比湿、又はこれらの組み合わせを含む、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項４５】
前記パーセント冷却流体は、ガスタービンを離れる排気ガスを含む、
請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記作動信号は、約０．９５と１．０５の間のガスタービンの燃焼化学量論を可能にするように構成されている、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項４７】
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を備えている、
請求項３２に記載のシステム。
【請求項４８】
前記コントローラは、３つのプロセスコアを有する三重モジュール式冗長（ＴＭＲ）コントローラを備えている、
請求項３３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、２０１３年１０月３０日出願の名称が「ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＦＯＲ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」である米国特許本出願第１４／０６７，７９７号、２０１２年１２月２８日出願の名称が「ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＦＯＲ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ」である米国特許仮出願第６１／７４７，２０９号、２０１２年１１月２日出願の名称が「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」である米国特許仮出願第６１／７２２，１１８号、２０１２年１１月２日出願の名称が「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＦＵＥＬ−ＤＩＬＵＥＮＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」である米国特許仮出願第６１／７２２，１１５号、２０１２年１１月２日出願の名称が「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＯＸＩＤＡＮＴ−ＤＩＬＵＥＮＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」である米国特許仮出願第６１／７２２，１１４号、及び２０１２年１１月２日出願の名称が「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＬＯＡＤ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＷＩＴＨ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ  ＩＮ  Ａ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＥＸＨＡＵＳＴ  ＧＡＳ  ＲＥＣＩＲＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＧＡＳ  ＴＵＲＢＩＮＥ  ＳＹＳＴＥＭ」である米国特許仮出願第６１／７２２，１１１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。
【背景技術】
【０００２】
本明細書で開示される主題は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンの量論的制御システム及び方法に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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し、これにより燃料と共に燃焼器セクションに吸入するため酸化剤を圧縮する。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、圧縮機セクションの燃焼チャンバから上流側の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、従って、ガスタービンエンジンは、一般に予混合火炎で作動する。残念ながら、予混合火炎を制御し又は維持することは困難な場合があり、これは、種々の排気エミッション及び所要電力に影響を及ぼす可能性がある。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。
【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、ガスタービン作動を表す信号を通信するように構成されたセンサを含む。システムは、センサに通信可能に結合されたコントローラを更に含む。システムは、これに加えて、ガスタービン作動を表す１又は２以上の入力と測定当量比とを受け取るように構成された量論的モデルを含み、コントローラは、信号を１又は２以上の入力に変形し、量論的モデルを用いて目標当量比に基づいて作動信号を導出するように構成されている。
【０００６】
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、ガスタービンの作動を表すセンサ信号を送信する段階とを含む。本方法は、センサ信号をモデル入力に変換する段階と、モデル入力を量論的モデル内に通信する段階とを更に含む。本方法は、これに加えて、量論的モデルを用いて目標当量比を導出する段階と、目標当量比を測定当量比と比較する段階とを含む。本方法はまた、目標当量比を測定当量比と比較する段階に基づいて作動信号を導出する段階と、作動信号をアクチュエータに送信する段階とを含む。
【０００７】
第３の実施形態において、システムは、ガスタービンエンジンの作動を感知し、かつガスタービンの作動を表すセンサ信号を送信するように構成されたプロセッサを含む。プロセッサは、センサ信号をモデル入力に変換し、かつモデル入力を量論的モデル内に通信するように更に構成されている。プロセッサは、これに加えて、量論的モデルを使用して目標当量比を導出し、かつ目標当量比を測定当量比と比較するように構成されている。プロセッサはまた、目標当量比を測定当量比と比較することに基づいて作動信号を導出し、かつ作動信号をアクチュエータに送信するように構成されている。
【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１つの実施形態の概略図である。
【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１つ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及び図２のシステムの１つ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、燃料ノズル、及び酸化剤、燃料、及び希釈剤の流れの詳細を更に示す図１〜３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】図１〜図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可能に結合された複数のセンサ及びアクチュエータの実施形態の概略図である。
【図７】図１〜図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概略図である。
【図８】モデルベースの制御を用いて図１〜図３のタービンベースのシステムを制御するのに適切なプロセス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】
【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。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実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】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、単数形の記載は、要素の１又は２以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。
【００１２】
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る）、予混合火炎（例えば、予混合燃料ノズルを用いる）、又はこれらの何れかの組み合わ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。
【００１３】
本明細書で説明するシステム及び方法は、ガスタービンシステムのようなターボ機械装置のモデルベースの量論的制御（ＭＢＳＣ）を提供する。１つの実施形態において、ラムダメータを用いることによって与えられる尺度のような化学量論の直接的尺度は、モデルベースの化学量論の導出物と比較される。直接的尺度とモデルにより導出された尺度の差を用いて、例えば、燃料の流れ、再循環ガス（例えば、排気ガス）の流れ、入口ガイドベーン（ＩＧＶ）位置、及び同様のものを変化させることによってガスタービンの制御が調整される。別の実施形態において、燃焼生成物が測定され、化学量論値と、モデル導出値と比較される値とを導出するように使用される。次いで、制御システムは、測定値と導出値の差を用いて同様に制御を調整することができる。
【００１４】
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１つ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ている。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）に結合される。オイル／ガス抽出システム１６は、オイル／ガス井戸２６に結合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。
【００１５】
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、又はこれらの何れかの組み合わせ）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。
【００１６】
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、燃料リッチでもなく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。しかしながら、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。しかしながら、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���中に存在することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
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、又はこれらの組み合わせ）、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適切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み合わ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）、合成ガス、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み合わせを含むことができる。
【００１９】
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み合わせを含む。例えば、各予混合燃料ノズルは、燃料ノズルの内部で、及び／又は燃料ノズルの部分的に上流側で酸化剤６８と燃料７０を混合し、これにより予混合燃焼（例えば、予混合火炎）のため酸化剤−燃料混合気を燃料ノズルから燃焼ゾーンに注入するよう構成することができる。別の実施例によれば、各拡散燃料ノズルは、酸化剤６８及び燃料７０の流れを燃料ノズル内で分離し、これにより拡散燃焼（例えば、拡散火炎）のため酸化剤６８及び燃料７０を燃料ノズルから燃焼ゾーンに別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。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。
【００２０】
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み合わ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。
【００２１】
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、又はこれらの何れかの組み合わ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。しかしながら、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、又は様々な組み合わせで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。
【００２２】
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、適切な温度及び圧力で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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、又はこれらの組み合わ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１つ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、複合サイクルシステム１０２を含み、該複合サイクルシステム１０２は、トッピングサイクルとしてＳＥＧＲガスタービンシステム５２と、ボトミングサイクルとして蒸気タービン１０４と、排気ガス６０から熱を回収して蒸気タービン１０４を駆動するための蒸気６２を発生させるＨＲＳＧ５６とを含む。この場合も同様に、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、排気ガス６６、酸化剤６８、及び燃料７０を受け取って混合し、量論的燃焼（例えば、予混合及び／又は拡散火炎）をして、これにより排気ガス６０、機械出力７２、電気出力７４、及び／又は水６４を生成する。例えば、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、発電機、酸化剤圧縮機（例えば、主空気圧縮機）、ギアボックス、ポンプ、炭化水素生成システム１２の設備、又はこれらの組み合わせなどの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み合わ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。
【００２７】
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。しかしながら、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。
【００２８】
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、又はこれらの組み合わせ）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。しかしながら、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、又はこれらの組み合わ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ている。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の適切なストリームを提供するよう構成することができる。
【００３１】
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、又はこれらの組み合わ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、又はこれらの組み合わ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。
【００３２】
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、或いはこれらの組み合わ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、或いはこれらの組み合わせに対するセンサを含むことができる。
【００３３】
このフィードバック１３０を用いて、制御システム１００は、当量比を適切な範囲内、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；又はこれらの組み合わせを含む、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。
【００３４】
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、開示する実施形態の範囲を限定するものではない。
【００３５】
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。
【００３６】
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、又はこれらの組み合わ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、又はこれらの組み合わ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。
【００３７】
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適切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に適切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を適切な出力範囲内に維持し、又は電気出力７４を適切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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）のあらゆる組み合わ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、燃焼チャンバ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を受け取ることができる。特定の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離すると同時に、注入ポイントまで１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）の流れも隔離することができる。他の実施形態において、各拡散燃料ノズル１６４は、注入ポイントまで酸化剤６８及び燃料７０の流れを隔離するが、注入ポイントの前に１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）を酸化剤６８及び／又は燃料７０と部分的に混合することができる。これに加えて、１又は２以上の希釈剤（例えば、排気ガス６６、蒸気、窒素、又は別の不活性ガス）は、燃焼ゾーンにて又はその下流側で燃焼器内（例えば、高温の燃焼生成物内）に注入され、これにより高温の燃焼生成物の温度を低下させ、ＮＯｘ（例えば、ＮＯ及びＮＯ2）のエミッションを低減するのを助けることができる。燃料ノズル１６４のタイプに関係なく、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２は、酸化剤６８及び燃料７０の実質的に量論的燃焼を提供するよう制御することができる。
【００４０】
拡散燃料ノズル１６４を用いる拡散燃焼実施形態において、燃料７０及び酸化剤６８は、一般に、拡散火炎から上流側で混合しないが、むしろ燃料７０及び酸化剤６８は、直接に火炎表面にて混合して反応し、及び／又は火炎表面が、燃料７０と酸化剤６８の間の混合する場所に存在する。特に、燃料７０及び酸化剤６８は、火炎表面（又は拡散境界／界面) に別個に接近し、次いで、火炎表面（又は拡散境界／界面）に沿って拡散し（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同じくより多くもたらすことができるが、開示の実施形態は、１又は２以上の希釈剤を用いて温度及びエミッションを制御するのを助け、一方で依然として燃料７０及び酸化剤６８のあらゆる予混合を回避する。例えば、開示する実施形態は、１又は２以上の希釈剤を燃料７０及び酸化剤６８とは別個に導入し（例えば、燃焼ポイントの後で及び／又は拡散火炎から下流側で）、これにより、温度を低下させて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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、又はこれらの組み合わ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。しかしながら、１つよりも多くの酸化剤圧縮機を利用するいくつかの実施形態では、第１の酸化剤圧縮機（例えば、低温（ＬＰ）酸化剤圧縮機）が、駆動装置１９０により駆動することができ、同時にシャフト１７６が、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、又は逆も同様である。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。
【００４３】
要素符号１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄ、１０６Ｅ、及び１０６Ｆで示される機械装置１０６の様々な構成要素は、１又は２以上の直列配列、並列配列、又は直列配列と並列配列の何れかの組み合わせで、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、又はこれらの組み合わせの何らかの直列及び／又は並列配列を含むことができる。圧縮機は、軸方向圧縮機、半径方向又は遠心式圧縮機、又はこれらの組み合わ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み合わせで用いることができる。
【００４４】
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。
【００４５】
表１
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【００４６】
表１において上記で示したように、冷却ユニットはＣＬＲで表され、クラッチはＣＬＵで表され、駆動装置はＤＲＶで表され、ギアボックスはＧＢＸで表され、発電機はＧＥＮで表され、加熱ユニットはＨＴＲで表され、主酸化剤圧縮機ユニットはＭＯＣで表され、低圧及び高圧変形形態はそれぞれＬＰ  ＭＯＣ及びＨＰ  ＭＯＣで表され、蒸気発生器ユニットはＳＴＧＮで表されている。表１は、圧縮機セクション１５２又はタービンセクション１５６に向かって機械装置１０６、１７８、１８０を順次的に示しているが、表１はまた、逆順の機械装置１０６、１７８、１８０も包含することを意図している。表１において、２又はそれ以上の構成要素を含むあらゆる欄（セル）は、構成要素の並列配列を包含することを意図している。表１は、機械装置１０６、１７８、１８０の図示していない何らかの並び換えを排除することを意図するものではない。機械装置１０６、１７８、１８０のこれらの構成要素は、ガスタービンエンジン１５０に送られる温度、圧力、及び流量のフィードバック制御を可能にすることができる。以下でより詳細に検討するように、酸化剤６８及び燃料７０は、加圧排気ガス１７０の品質を劣化させる何らかの酸化剤６８又は燃料７０無しで、排気ガス１７０の分離及び抽出を可能にするよう特別に選択された位置においてガスタービンエンジン１５０に供給することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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）に適切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。しかしながら、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）とは個別に又は何れかの組み合わせで用いることができる。
【００４９】
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何れかの組み合わ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み合わ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、或いはこれらの組み合わ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。
【００５０】
表２
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【００５１】
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、又はこれらの組み合わ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、又はこれらの組み合わ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、又はこれらの組み合わ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み合わ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。
【００５５】
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。しかしながら、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。
【００５６】
次いで、プロセス２２０は、ブロック２３２で示されるように、高温燃焼ガス１７２を用いてタービンセクション１５６を駆動する。例えば、高温燃焼ガス１７２は、タービンセクション１５６内に配置された１又は２以上のタービン段１７４を駆動することができる。タービンセクション１５６の下流側では、プロセス２２０は、ブロック２３４で示されるように、最終タービン段１７４からの排気ガス６０を処理することができる。例えば、排気ガス処理ステップ２３４は、濾過、何らかの残留酸化剤６８及び／又は燃料７０の触媒反応、化学的処理、ＨＲＳＧ５６を用いた熱回収、及びその他を含むことができる。プロセス２２０はまた、ブロック２３６で示されるように、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２の圧縮機セクション１５２に排気ガス６０の少なくとも一部を再循環することができる。例えば、排気ガスの再循環ステップ２３６は、図１〜３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。
【００５７】
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１〜３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。
【００５８】
図５は、ガスタービンエンジン１５０の圧縮機セクション１５４の１つの実施形態の概略図である。図示のように、圧縮機セクション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４９０を有し、これによりケーシング４９０と燃焼器１６０との間に圧縮機排気空洞４９２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４９４、チャンバ４９４の周りに配置された第１の壁又はライナー４９６、及び第１の壁４９６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４９８を含むことができる。例えば、第１及び第２の壁４９６及び４９８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５００を定めることができる。第２の壁又はフロースリーブ４９８は、複数の開口部又は穿孔５０２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５００に流入できるようにする。次いで、排気ガス１７０は、矢印５０４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４９６に沿って通路５００を流動し、これにより排気ガス１７０が、チャンバ４９４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４９６を冷却する。
【００５９】
特定の実施形態において、ライナー４９６はまた、１又は２以上の開口部又は穿孔５０６を含み、これにより矢印５０８により示されるように、直接チャンバ４９４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５０８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４９４内の温度、圧力、流量、ガス組成（例えば、エミッションレベル）、又はこれらの何れかの組み合わ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５０８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４９４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５１２により示されるように、１又は２以上の希釈剤注入器５１０を通じて注入することができる。同時に、排気ガス注入５０８及び希釈剤注入５１２は、温度、エミッションの濃度レベル、又はチャンバ４９４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（例えば、フィードバック制御、フィードフォワード制御、モデルベースの制御などを介して）。
【００６０】
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５１４（例えば、排気ガス、蒸気、窒素、他の不活性ガス、又はこれらの何れかの組み合わせ）を燃焼のためチャンバ４９４に送ることができる。例えば、各燃焼器１６０は、拡散燃料ノズル及び／又は予混合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、予混合又は独立ストリームとして酸化剤６８、燃料７０、希釈剤５１４、及び／又は排気ガス１７０をチャンバ４９４へ送給し、これにより火炎５１６を生成することができる。酸化剤６８及び燃料７０の予混合ストリームは予混合火炎をもたらすと同時に、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。制御システム１００は、圧力センサ、温度センサ、ガス組成センサ（例えば、燃料組成センサ、酸素センサ、その他）、流れセンサ、火炎センサ、エミッションセンサ（例えば、ＮＯXセンサ、ＳＯXセンサ、ＣＯセンサ、ＣＯ2センサ、その他）、又はこれらの何れかの組み合わせなどの複数のセンサ６００に結合することができる。例えば、火炎５１６は、当量比（ファイ）及び／又は燃焼生成物を測定するのに有用な以下でより詳細に説明するような分光センサを含む１又は２以上のセンサ６００により観察することができる。センサ６００は、流体供給源（例えば、酸化剤６８、燃料７０、希釈剤５１４、その他）、ＥＧ供給システム７８、燃焼器１６０、燃料ノズル１６４、又はこれらの何れかの組み合わせに結合することができる。制御システム１００はまた、以下で検討するようにモデルベースの制御を利用することができる。
【００６１】
制御システム１００は、１又は２以上の流体供給システム５１８に結合され、流体供給システム５１８は、圧力、温度、流量、及び／又は酸化剤６８、燃料７０、希釈剤５１４、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、又はこれらの何れかの組み合わせを制御するために、酸化剤６８、燃料７０、希釈剤５１４、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。制御システム１００は、ファイを測定して動作中に測定ファイを用いるのに適切な図６に対して以下により詳細に説明するようなラムダメータ及び／又は分光センサを含む１組のセンサ６００を含むことができる。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５１８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５１８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、又はこれらの何れかの組み合わせで酸化剤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。制御システム１００は、燃焼のモデルを使用して例えばファイを導出し、制御アクションが、導出されたファイに基づくことができるモデルベースの制御を使用することができる。
【００６２】
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４９４内に提供し、これにより低酸素濃度、高酸素濃度、又は何れかの他の適切な酸素濃度、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５２０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５１８を制御して希釈剤５１４（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４９４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５２０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。
【００６３】
制御システム１００はまた、ＥＧ抽出システム８０及びＥＧ処理システム８２を含むＥＧ供給システム７８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５２４に沿って配置された１又は２以上のバルブ５２２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５２２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。制御システム１００はまた、通気システム５３０につながる管路５２８に沿って配置された１又は２以上のバルブ５２６を制御することができる。例えば、制御システム１００は、バルブ５２６を選択的に開放して、通気システム５３０を通じて大気内に排気ガスの一部を通気し、これによりＥＧ供給システム７８中の圧力を低下させることができる。
【００６４】
図６に示すような特定の実施形態において、複数のセンサ６００は、制御システム１００に通信可能に結合することができ、センサフィードバック１３０を制御システム１００により用いて作動信号６０２を提供することができる。次いで、作動信号６０２を制御システム１００により用いて、複数のアクチュエータ６０４（Ａ）を作動することができる。センサ６００は、直接的又は間接的にファイ及び／又は燃焼生成物を導出するの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及び／又は酸素センサを用いることができる。ラムダセンサは、ファイのリアルタイム導出に有用である例えばリアルタイム酸化剤／燃料比（例えば、酸素／燃料又は空気／燃料比）を決定することができる。センサ６００は、これに加えて又はこれに代えて、火炎５１６、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、水など）の化学組成を決定するのに有用な分光センサ（例えば、光学式分光センサ、レーザベースのセンサ、導波管格子センサ）、クロマトグラフィーセンサ、及び同様のもの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、流れセンサ、圧力センサ、クリアランスセンサ（例えば、回転及び固定構成要素の間の距離）、湿度センサ、及び／又は温度センサを含む。
【００６５】
例えば、センサ６００フィードバックは、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と、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と、排気ガス再循環経路１１０に沿った及び／又はＳＥＧＲガスタービンシステム５２内に配置された１又は２以上の排気エミッションセンサと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、窒素酸化物のセンサ（例えば、ＮＯXセンサ）、二酸化炭素センサ（例えば、ＣＯセンサ及びＣＯ2センサ）、硫黄酸化物センサ（例えば、ＳＯXセンサ）、水素センサ（例えば、Ｈ2センサ）、酸素センサ（例えば、Ｏ2センサ）、未燃炭化水素センサ（例えば、ＨＣセンサ）、又は他の不完全燃焼の生成物、或いはこれらの何れかの組み合わせのセンサを含むことができる。
【００６６】
アクチュエータ６０４は、ガスタービン５２の構成要素を制御するのに適切なバルブ、直線運動アクチュエータ、非直線運動アクチュエータ、ポジショナ、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により駆動される圧縮機１８８により圧縮され、燃焼することができる。燃料７０及び／又は酸化剤６８の送給は、以下でより詳細に説明するように、制御システムによって計算され（例えば、コントローラ１１８により）、特定の所望の燃料／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）、燃焼ダイナミックス尺度、温度、圧力、流れ、火炎５１６特性、及び同様のもの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で抽出される）の少なくとも一部と共に化学量論的に燃料７０及び酸化剤６８を燃焼し、炭化水素生成システム１２及び／又はＥＧプロセスシステム５４などの種々の目標システムにて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取り込むことができる。燃焼は、タービンセクション１５６により回転動力の生成をもたらす燃焼部分１６８で起こる。タービンセクション１５６は、１又は２以上のシャフト１７６により圧縮機セクション１５２に機械的に結合され、これによりシャフト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に機械的に結合され、機械装置１０６、１８０を駆動することができる。
【００６７】
図７に描いた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つのプロセス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。ＭＢＣシステム６０６は、限定ではないが、量論的燃焼を含む燃焼をモデル化するのに適切な第１の主要モデル（例えば、化学モデル、熱力学モデル、及び／又は物理学ベースのモデル）を含む１又は２以上の量論的モデル６０８を使用することができる。例えば、化学モデルは、燃焼生成物及び化学量論を含む燃焼をモデル化するのに適切な１又は２以上の化学方程式を含むことができる。例えば、酸素中での炭化水素の化学量論的燃焼（例えば、燃料＋酸素→熱＋水＋二酸化炭素）は、ＣxＨy＋（ｘ＋ｙ／４）Ｏ2→ｘＣＯ2＋（ｙ／２）Ｈ2Ｏとして導出することができ、式中、ｘ及びｙは炭化水素を決定し、例えば、プロパンは、ｘ＝３及びｙ＝８で決定される（例えば、Ｃ3Ｈ8）。あらゆる数の導出物又は組み合わせを用いることができ、例えば、空気を酸化剤６８として用いる場合、燃料＋酸素→熱＋水＋二酸化炭素方程式は、ＣxＨy＋（ｘ＋ｙ／４）Ｏ2＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）Ｎ2→ｘＣＯ2＋（ｙ／２）Ｈ2Ｏ＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）として導出され、空気の窒素成分を示すことができる。
【００６８】
モデル６０８は、これに加えて、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、パラメトリック及びノンパラメトリックモデル）、及び／又は燃焼生成物、化学量論、及び／又は火炎５１６（例えば、拡散火炎、予混合火炎）のタイプ及び特性を予測するのに用いることができる３次元〜２次元ＦＥＡマッピングモデルなどの物理学ベースのモデルを含むことができる。モデルはまた、エキスパートシステム（例えば、フォワード連鎖エキスパートシステム、バックワード連鎖エキスパートシステム）、ニューラルネットワーク、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、又はこれらの組み合わせなどの人工知能（ＡＩ）モデルを含むことができる。モデル６０８は、燃焼生成物（例えば、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＯX、ＳＯX、未燃燃料、残留Ｏ2、その他）、火炎５１６、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分析モデル、データマイニングモデル（例えば、クラスタリングモデル、分類モデル、アソシエーションモデル）、及び同様のものなどの統計モデルを含むことができる。
【００６９】
描いた実施形態において、ラムダセンサ６１０、分光センサ６１２、他のセンサ（例えば、クロマトグラフィーセンサ、燃料センサ、流れセンサ、圧力センサ、クリアランスセンサ、湿度センサ、温度センサ）などのセンサ６００及び制御戦略６１６は、コントローラ１１８により使用されて特定のモデル６０８入力を導出することができる。例えば、制御戦略６１６は、所望のファイ（例えば、ほぼ１に等しいか又は約０．９５〜１．０５のファイ）を有する負荷（例えば、基本負荷、部分負荷）でのタービン５２の作動を含むことができる。制御戦略６１６は、これに加えて又はこれに代えて、酸素又は未燃燃料をほとんど含まないか又は全く含まない場合があるタービン５２からの排気ガスの組成の制御を含む。制御戦略６１６は、これに加えて、特定の火炎５１６（例えば、拡散火炎、予混合火炎）の提供を含むことができる。有利なことに、本明細書で説明する技術は、焼成温度及び／又はファイ制御を可能にし、ここでタービン制御部は、所望の制御戦略６１６を提供するのに有用なファイの直接的（又は導出された）尺度を組み込むことができる。例えば、目標ファイ６１７（例えば、目標当量比）は、目標温度６１８（例えば、燃焼器１６０焼成温度）、パーセント冷却流体６２０（例えば、再循環された排気、窒素、空気）、燃料組成、酸化剤６８、希釈剤５１４、測定した圧縮機排出温度６２４（ＴＣＤ）、測定した比湿６２６、並びに排気ガス、ＣＯ2、窒素酸化物、粒子状物質数、及び同様のものなどの他の尺度又は入力６２８を用いてモデル６０８により導出することができる。
【００７０】
次いで、目標ファイ６１７は、測定ファイ６３２（例えば、測定当量比）と比較することができる。上述のように、ファイは、ラムダメータ６１０、分光センサ６１２、及び／又は他のセンサ６１４により測定されてリアルタイムに導出することができる。測定ファイ６３２と目標ファイ６１７の比較は、ファイ誤差６３６をもたらすコンパレータ６３４を使用することができる。従って、燃料調整係数６３８は、ファイ誤差６３６及び現在の燃料係数６４２を組み込む燃料係数導出システム６４０により導出することができる。燃料調整係数６３８は、燃料の流れの変化、燃料組成の変化、燃料７０対酸化剤６８比の変化、希釈剤５１４の追加、燃料７０タイプの変化、火炎５１６の操作特性などを含むことができる。従って、現在の燃料使用量６４４は、例えば、燃料調整６３８を含む所望の目標空間燃料６４８に到達するように組み合わせシステム６４６を用いることにより、燃料調整係数６３８と組み合わせることができる。次いで、アクチュエータ６０４は、作動信号６０２（図６に示す）を用いることにより作動され、排気中に酸素及び未燃燃料がほとんどないか又は全くない量論的燃焼のより精密制御を提供することができる所望の目標燃料６４８及び／又は所望のタイプの火炎５１６を提供することができる。制御はまた、温度制御、排気流制御（例えば、圧縮機セクション１５２に再循環された排気）、排気の処理（例えば、触媒反応、冷却、除湿、温度制御）、及び／又は希釈剤制御（窒素、蒸気、非酸素ガス、排気を用いる）を含むことができる。
【００７１】
測定ファイ６３２は、測定燃焼生成物から導出することができるので、別の実施形態において、目標ファイ６１７及び測定ファイ６３２を直接用いるのではなく、測定及び目標燃焼生成物を目標ファイ６１７及び測定ファイ６３２のプロキシとして使用することができる。従って、測定燃焼生成物は、目標燃焼生成物に対してコンパレータ６３４によって比較することができ、燃焼生成物の誤差を導出することができる。燃焼生成物の誤差は、燃料係数導出システム６４０により処理されて燃料調整係数６３８に到達することができる。組み合わせシステム６４６は、燃料調整係数６３８を現在の燃料利用６４４と組み合わせて所望の目標燃料６４８を導出することができる。次いで、アクチュエータ６０４を制御して所望の燃料目標６４８を提供することができる。ファイ６３２の直接測定を用いることにより又はファイを導出することにより（例えば、燃焼生成物測定を用いることにより）、本明細書で説明する技術は、次に、モデル６１７を用いることにより導出された目標ファイ６１７を比較し、ＳＥＧＲガスタービンシステム５２を調整して、ほぼ１又は０．９５〜１．０５のファイのような実質的に量論的なファイを提供することができる戦略を含む制御戦略６１６により緊密に従うことができる。再循環された排気、燃料の流れ、酸化剤の流れ、希釈剤の流れ、燃料組成、又はこれらの組み合わせの変化を含む係数６３８と同等の補正係数を使用することができる点に注目すべきである。
【００７２】
図８は、例えば、タービン５２を制御するように制御システム１００により用いることができるプロセス６５０の１つの例示である。描いた実施形態において、プロセス６５０は、１又は２以上の量論的燃焼モデル６０８を構成することができる（ブロック６５２)。上述のように、量論的モデル６０８は、燃焼及び量論的燃焼をモデル化するのに適切な化学モデル、熱力学モデル、物理学モデル、統計モデル、人工知能（ＡＩ）モデルを含むことができる。次いで、プロセス６５０は、例えば、センサ６００を用いることによってタービンシステム５２の作動を感知することができる（ブロック６５４）。例えば、センサ６００は、図６に示すように、タービン５２システム作動を表す信号を送信することができる（ブロック６５６）。
【００７３】
次いで、プロセス６５０は、例えば、コントローラ１１８を用いることにより図７に示す１又は２以上のモデル入力６１８、６２０、６２２、６２４、６２６、及び／又は６２８に信号を変形することができる（ブロック６５８）。次いで、プロセス６５０は、モデル６０８を使用して、目標ファイ及び／又は目標燃焼生成物を導出することができる（ブロック６６０）。次いで、測定ファイ６３２及び／又は測定燃焼生成物は、誤差を導出するように目標ファイ及び／又は目標燃焼生成物と比較することができる（ブロック６６２）。例えば、タービンシステム５２及び関連するシステム（例えば、ＥＧ供給システム７８、ＥＧプロセスシステム５４）の制御は、次いで、誤差を組み込む制御作動信号を調整することによって調整することができる（ブロック６６４）。次いで、調整制御信号（例えば、作動信号６０２）は、１又は２以上のアクチュエータ６０４に送信することができる（ブロック６６６）。ファイ６３２の直接的（又はプロキシ）尺度を組み込むことにより、本明細書で説明する技術は、量論的燃焼に適切なターボ機械装置制御へより効率的に到達することができる。
【００７４】
補足説明
【００７５】
実施形態１．  ガスタービン作動を表す信号を通信するように構成されたセンサと、センサに通信可能に結合されたコントローラと、ガスタービン作動を表す１又は２以上の入力及び排気ガス再循環を備えたガスタービンシステムにおける測定当量比を受け取るように構成された量論的モデルとを含み、コントローラが、信号を１又は２以上の入力に変形し、量論的モデルを用いて目標当量比に基づいて作動信号を導出するように構成されているシステム。
【００７６】
実施形態２．  コントローラが、測定燃焼生成物を用いることによって測定当量比を導出するように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００７７】
実施形態３．  コントローラが、測定当量比を目標当量比と比較して等量誤差を計算し、等量誤差を用いることによって作動信号を導出するように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００７８】
実施形態４．  コントローラが、作動信号を導出し、約０．９５〜１．０５の燃焼の当量比を可能にするように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００７９】
実施形態５．  量論的モデルが、化学モデル、ファジー論理モデル、及びエキスパートシステムモデル、ニューラルネットワークモデル、又はこれらの組み合わせを含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８０】
実施形態６．  化学モデルが、酸化剤との燃料の量論的燃焼を導出するように構成された化学方程式を含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８１】
実施形態７．  センサが、ラムダメータを含み、信号が、酸素／燃料比を表す前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８２】
実施形態８．  センサが、分光センサを含み、信号が、燃焼火炎の化学組成、燃料の化学組成、酸化剤の化学組成、希釈剤の化学組成、又はこれらの組み合わせを表す前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８３】
実施形態９．  １又は２以上の入力が、温度、全排気に対するパーセント再循環排気、燃料組成、圧縮機排出温度（ＴＣＤ）、比湿、又はこれらの組み合わせを含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８４】
実施形態１０．  排気ガス（ＥＧ）プロセスシステムを含み、パーセント再循環排気が、ＥＧプロセスシステムにより提供される前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８５】
実施形態１１．  作動信号が、ＥＧプロセスシステムに含まれる排気バルブを作動するように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８６】
実施形態１２．  作動信号が、燃料バルブ、酸化剤バルブ、希釈剤バルブ、又はこれらの組み合わせを作動するように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８７】
実施形態１３．  作動信号が、拡散火炎、予混合火炎、又はこれらの組み合わせを修正するように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８８】
実施形態１４．  センサに通信可能に結合されたガスタービンシステムを含み、ガスタービンシステムが、量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンを含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００８９】
実施形態１５．  ガスタービンシステムが、天然ガス燃料、合成ガス燃料、ディーゼル燃料、ナフサ、これらの組み合わせを用いる前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００９０】
実施形態１６．  ガスタービンシステムの少なくとも１つの排気抽出ポートに流体的に結合され、二酸化炭素を原油二次回収（ＥＯＲ）システムに供給するように構成された排気ガス供給システムを含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【００９１】
実施形態１７．  ガスタービンシステムの作動を感知する段階と、ガスタービンシステムの作動を表すセンサ信号を送信する段階と、センサ信号をモデル入力に変換する段階と、モデル入力を量論的モデル内に通信する段階と、量論的モデルを用いて目標当量比を導出する段階と、目標当量比を測定当量比と比較する段階と、目標当量比を測定当量比と比較する段階に基づいて作動信号を導出する段階と、ガスタービンシステムの少なくとも１つのパラメータを制御するように作動信号をアクチュエータに送信する段階とを含む方法。
【００９２】
実施形態１８．  目標当量比を測定当量比と比較する段階が、当量比誤差を導出する段階と、補正係数を導出するように当量比誤差を用いる段階とを含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【００９３】
実施形態１９．  補正係数が、再循環された排気、燃料の流れ、酸化剤の流れ、希釈剤の流れ、燃料組成、又はこれらの組み合わせを変化させる段階を含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【００９４】
実施形態２０．  測定燃焼生成物を用いることによって測定当量比を導出する段階を含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【００９５】
実施形態２１．  量論的モデルを用いる段階が、化学モデルを用いる段階を含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【００９６】
実施形態２２．  化学モデルが、量論的燃焼方程式を含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【００９７】
実施形態２３．  量論的燃焼方程式が、燃料＋酸素→熱＋水＋二酸化炭素方程式を含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【００９８】
実施形態２４．  量論的燃焼方程式が、ＣxＨy＋（ｘ＋ｙ／４）Ｏ2＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）Ｎ2→ｘＣＯ2＋（ｙ／２）Ｈ2Ｏ＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）を含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【００９９】
実施形態２５．  量論的モデルが、物理学ベースのモデル、人工知能（ＡＩ）モデル、熱力学モデル、統計モデル、又はこれらの組み合わせを含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【０１００】
実施形態２６．  ガスタービンエンジンの作動を感知する段階が、分光センサを用いて燃焼火炎の化学組成、燃料の化学組成、酸化剤の化学組成、希釈剤の化学組成、又はこれらの組み合わせを感知する段階を含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【０１０１】
実施形態２７．  ガスタービンシステムの作動を感知する段階が、ラムダメータを用いて酸素／燃料比を測定する段階を含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【０１０２】
実施形態２８．  モデル入力が、温度、全燃料吸入に対するパーセント冷却流体、燃料化学組成、圧縮機排出温度（ＴＣＤ）、比湿、又はこれらの組み合わせを含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【０１０３】
実施形態２９．  パーセント冷却流体が、酸素を含まない前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【０１０４】
実施形態３０．  作動信号が、約０．９５〜１．０５の燃焼の当量比を可能にするように構成されている前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【０１０５】
実施形態３１．  ガスタービンシステムが、二酸化炭素を原油二次回収（ＥＯＲ）システムに供給するように構成された量論的排気ガス再循環（ＳＥＧＲ）ガスタービンエンジンを含む前述の何れかの実施形態に定義された方法。
【０１０６】
実施形態３２．  ガスタービンシステムの作動を感知し、ガスシステムの作動を表すセンサ信号を送信し、センサ信号をモデル入力に変換し、モデル入力を量論的モデル内に通信し、量論的モデルを使用して目標当量比を導出し、目標当量比を測定当量比と比較し、目標当量比を測定当量比と比較することに基づいて作動信号を導出し、作動信号をアクチュエータに送信し、かつガスタービンシステムの少なくとも１つのパラメータを制御するように構成されたプロセッサを含むシステム。
【０１０７】
実施形態３３．  プロセッサを有するコントローラを含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１０８】
実施形態３４．  プロセッサが、当量比誤差を導出し、かつ当量比誤差を用いて補正係数を導出するように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１０９】
実施形態３５．  補正係数が、再循環された排気、燃料の流れ、酸化剤流れ、希釈剤の流れ、燃料組成、又はこれらの組み合わせの変化を含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１０】
実施形態３６．  プロセッサが、測定燃焼生成物を用いることによって測定当量比を導出するように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１１】
実施形態３７．  量論的モデルが、化学モデルを含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１２】
実施形態３８．  化学モデルが、量論的燃焼方程式を含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１３】
実施形態３９．  量論的燃焼方程式が、燃料＋酸素→熱＋水＋二酸化炭素方程式を含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１４】
実施形態４０．  量論的燃焼方程式が、ＣxＨy＋（ｘ＋ｙ／４）Ｏ2＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）Ｎ2→ｘＣＯ2＋（ｙ／２）Ｈ2Ｏ＋３．７６（ｘ＋ｙ／４）を含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１５】
実施形態４１．  量論的モデルが、物理学ベースのモデル、人工知能（ＡＩ）モデル、熱力学モデル、統計モデル、又はこれらの組み合わせを含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１６】
実施形態４２．  プロセッサが、分光センサを用いて燃焼火炎の化学組成、燃料の化学組成、酸化剤の化学組成、希釈剤の化学組成、又はこれらの組み合わせを感知することによってガスタービンエンジンの作動を感知するように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１７】
実施形態４３．  プロセッサが、ラムダメータを用いて酸素／燃料比を測定することによってガスタービンエンジンの作動を感知するように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１８】
実施形態４４．  モデル入力が、温度、パーセント冷却流体、燃料化学組成、圧縮機排出温度（ＴＣＤ）、比湿、又はこれらの組み合わせを含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１１９】
実施形態４５．  パーセント冷却流体が、ガスタービンを離れる排気ガスを含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１２０】
実施形態４６．  作動信号が、約０．９５〜１．０５のガスタービンの燃焼化学量論を可能にするように構成されている前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１２１】
実施形態４７．  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を含む前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１２２】
実施形態４８．  コントローラが、３つのプロセス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前述の何れかの実施形態に定義されたシステム。
【０１２３】
技術的効果は、測定ファイ及び／又は燃焼生成物を用いてガスタービン作動を制御することを含む。一例において、モデルベース制御（ＭＢＣ）システムは、限定ではないが量論的燃焼を含む燃焼をモデル化するのに適する第１原則モデル（例えば、化学モデル、熱力学モデル、及び／又は物理学ベースのモデル）を使用することができる。ＭＢＣシステムは、これに加えて、物理学ベースのモデル、人工知能（ＡＩ）モデル、及び／又は統計モデルを用いて目標ファイ及び／又は燃焼生成物を導出することができる。目標ファイ及び／又は燃焼生成物は、測定ファイ及び／又は目標又は燃焼と比較され、燃料の流れ、酸化剤の流れ、及び希釈剤の流れなどを作動する信号のような新しいガスタービン制御信号を計算する際に有用な誤差を導出することができる。従って、改善された量論的制御を提供することができる。
【０１２４】
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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【国際調査報告】
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