(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンシステムの還元剤気化システムに熱を提供するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】システム１０は、燃料を燃焼させて動力および排気ガスを生成できるガスタービンエンジン１２と、ガスタービンエンジン１２と流体連通しておりガスタービンエンジン１２から排気ガスを受容し得る排気ガス経路と、排気ガス経路に流体結合された還元剤スキッドと、を含む。還元剤スキッドは、排気ガス経路に還元剤を供給できる噴射システム７４を含む。システム１０は、排気ガス経路とは別個でありかつガスタービンエンジン１２と還元剤スキッドを流体結合する、流れ経路も含む。第１の流れ経路は、還元剤の気化を補助するために、還元剤スキッドに第１の加熱された流体を供給し得る。【選択図】図１
2017187031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料（３２）を燃焼させて動力および排気ガス（３６）を生成するように構成されたガスタービンエンジン（１２）と、
前記ガスタービンエンジン（１２）と流体連通しており前記ガスタービンエンジン（１２）から前記排気ガス（３６）を受容するように構成された排気ガス経路（４２）と、
前記排気ガス経路（４２）に流体結合された還元剤スキッド（６５）であって、前記排気ガス経路（４２）に還元剤（６８）を供給するように構成された噴射システム（７４）を備える、還元剤スキッド（６５）と、
前記排気ガス経路（４２）とは別個であり前記ガスタービンエンジン（１２）と前記還元剤スキッド（６５）を流体結合する流れ経路（１５０）であって、第１の流れ経路が前記還元剤（６８）の気化を補助するために前記還元剤スキッド（６５）に第１の加熱された流体を供給するように構成される、流れ経路（１５０）と、
を備えるシステム（１０）。
【請求項２】
流体経路が圧縮器空気排出出口から前記還元剤スキッド（６５）まで延在し、この結果、前記第１の加熱された流体が前記ガスタービンエンジン（１２）からの圧縮器排出空気（７８）を含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記流体経路が前記ガスタービンエンジン（１２）の排気出口から前記還元剤スキッド（６５）まで延在し、この結果、前記第１の加熱された流体が前記ガスタービンエンジン（１２）からの前記排気ガス（３６）を含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記流れ経路（１５０）が、前記ガスタービンエンジン（１２）の圧縮器部分および前記還元剤スキッド（６５）内に配設された加熱システム（７０）に流体結合し、前記加熱システム（７０）が前記第１の加熱された流体および前記還元剤（６８）の流れを受容するように、ならびに前記第１の加熱された流体と前記還元剤（６８）との間で熱交換を引き起こして前記還元剤（６８）を気化させるように構成される、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記流れ経路（１５０）が、前記ガスタービンエンジン（１２）のタービン部分および前記還元剤スキッド（６５）内に配設された加熱システム（７０）に流体結合され、前記加熱システム（７０）が前記第１の加熱された流体および前記還元剤（６８）の流れを受容するように、ならびに前記第１の加熱された流体と前記還元剤（６８）との間で熱交換を引き起こして前記還元剤（６８）を気化するように構成される、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記ガスタービンエンジン（１２）の起動中に、前記ガスタービンエンジン（１２）の圧縮器部分から前記噴射システム（７４）に至る前記第１の加熱された流体の流れを制御するための命令を有する１つまたは複数の有形非一時的機械可読媒体を備える制御システム（１０４）を備え、前記第１の加熱された流体が圧縮器排出空気（７８）を含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記１つまたは複数の有形非一時的機械可読媒体が、前記ガスタービンエンジン（１２）の定常状態の動作中に前記還元剤スキッド（６５）に前記圧縮器排出空気（７８）を流すことから前記還元剤スキッド（６５）に第２の加熱された流体を流すことへと移行するための命令をさらに含む、請求項６記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記第２の加熱された流体が前記ガスタービンエンジン（１２）内で生成された排気ガス（３６）を含む、請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記システム（１０）が単純サイクルのシステムである、請求項１記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示される主題はタービンシステムに関し、より詳細には、ガスタービンシステムの還元剤気化システムに熱を提供するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、通常、圧縮器、燃焼器、およびタービンを有する、少なくとも１つのガスタービンエンジンを含む。燃焼器は、燃料と圧縮空気の混合物を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成するように構成され、この燃焼ガスが次いで、タービンのブレードを駆動する。ガスタービンエンジンによって生み出される排気ガスは、窒素酸化物（ＮＯX）、硫黄酸化物（ＳＯX）、酸化炭素（ＣＯX）、および未燃炭化水素などの、特定の副産物を含む場合がある。そのようなガスタービンシステムと関連付けられた特定の処置システムは、排気ガス中のそのような副産物の量を、その排気ガスをシステムから放出する前に除去または実質的に低減するように機能し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８７３４７４５号明細書
【発明の概要】
【０００４】
当初の特許請求に係る発明に範囲が相応する特定の実施形態を、以下に概説する。これらの実施形態は、特許請求に係る発明の範囲を限定することを意図しておらず、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡潔な要約を提供することを意図しているに過ぎない。実際には、本発明は、以下に提示される実施形態と同様であるかまたはこれらとは異なる場合のある様々な形態を包含し得る。
【０００５】
第１の実施形態では、システムは、燃料を燃焼させて動力および排気ガスを生成できるガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンと流体連通しておりガスタービンエンジンから排気ガスを受容し得る排気ガス経路と、排気ガス経路に流体結合された還元剤スキッドと、を含む。還元剤スキッドは、排気ガス経路に還元剤を供給できる噴射システムを含む。システムは、排気ガス経路とは別個でありかつガスタービンエンジンと還元剤スキッドを流体結合する、流れ経路も含む。第１の流れ経路は、還元剤の気化を補助するために、還元剤スキッドに第１の加熱された流体を供給し得る。
【０００６】
第２の実施形態では、システムは、燃料を燃焼させて排気ガスを生成できるガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンから排気ガスを受容し得る排気ガス経路と、排気ガス経路に流体結合された還元剤スキッドと、を含む。還元剤スキッドは、還元薬を気化させることのできる加熱システム、および排気ガス経路に気化した還元薬を供給できる噴射システムを含む。システムは、排気ガス経路とは別個でありかつガスタービンエンジンの第１の部分と還元剤スキッドを流体結合する、第１の流れ経路も含む。第１の流れ経路は、還元剤スキッド、ならびに排気ガス経路および第１の流れ経路とは別個の第２の流れ経路に、第１の加熱された流体を供給し得る。第２の流れ経路は、ガスタービンエンジンの第２の部分におよび還元剤スキッドに流体結合され、また第２の流れ経路は、還元剤スキッドに第２の加熱された流体を供給し得る。
【０００７】
第３の実施形態では、方法は、ガスタービンエンジンの第１の部分から、第１の部分を還元剤スキッドに流体結合する第１の流れ経路を通して、第１の流体を流すことを含む。還元剤スキッドは、ガスタービンエンジン内で生成された排気ガスを受容できる排気ガス経路に、流体結合される。方法は、第１の流体を用いて還元剤スキッドを加熱すること、ガスタービンエンジンの第２の部分を還元剤スキッドに流体結合する第２の流れ経路を通して第２の流体を流して第１の流体を補完または置換すること、および第２の流体を用いて還元剤スキッド内の還元剤を気化することも含む。
【０００８】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、図面全体を通して同様の文字が同様の部分を表す添付の図面を参照して、続く詳細な説明を読むとき、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施形態による、選択的触媒還元のために用いられる還元剤を加熱するための還元剤噴射システムを含む、ガスタービンシステムのブロック図である。
【図２】本開示の実施形態による、ガスタービンエンジンからの圧縮器排出空気を受容し、圧縮器排出空気を還元剤噴射システム内の加熱システムに導く、流れ制御システムを含む、図１の還元剤噴射システムを概略的に表したものである。
【図３】本開示の実施形態による、ガスタービンエンジンからの圧縮器排出空気および／または排気ガス流を受容し、圧縮器排出空気および／または排気ガス流を還元剤噴射システム内の加熱システムに導く、流れ制御システムを含む、図１の還元剤噴射システムの図である。
【図４】本開示の実施形態による、還元剤噴射システムの加熱システムの上流の圧縮器排出空気の流れを加熱する熱交換器を含む、図１の還元剤噴射システムの図である。
【図５】本開示の実施形態による、ガスタービンエンジンからの圧縮器排出空気、周囲空気、および／または排気ガス流を受容し、圧縮器排出空気、周囲空気、および／または排気ガス流を還元剤噴射システム内の加熱システムに導く、流れ制御システムを含む、図１の還元剤噴射システムの図である。
【図６】本開示の実施形態による、還元剤噴射システムを加熱し図１のガスタービンシステムの還元剤を気化する方法のフロー図である。
【図７】本開示の実施形態による、図１の還元剤噴射システム内に配設された熱交換器を用いて、還元剤噴射システムを加熱し還元剤を気化するために用いられる流体を加熱する方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を、以下に記載する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するための取り組みにおいて、実際の実装形態の全ての特徴が明細書内に記載されている訳ではない場合がある。任意のそのような実際の実装形態の開発において、任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるように、システム関連および事業関連の制約の遵守などの、実装形態によって変わり得る開発者の特定の目標を達成するために、実装形態に特定の多数の決定を行わねばならないことを諒解されたい。さらに、そのような開発の取り組みは、複雑で時間のかかるものであり得るが、にも関わらず、本開示の利益にあずかる当業者にとっては、設計、製作、および製造の所定の作業であろうことを諒解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するときに、冠詞の「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、「ｔｈｅ（その、前記）」、および「ｓａｉｄ（前記）」は、それらの要素が１つまたは複数存在することを意味することを意図している。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。
【００１２】
本開示は一般に、還元剤気化システム（たとえばアンモニア噴射システム）を圧縮器排出流れ経路と統合する、およびガスタービンエンジン内で生成される排気ガス流の選択的触媒還元のために用いられる還元剤を気化するための技法を対象とする。たとえば、ガスタービンシステム内で、１つまたは複数のガスタービンエンジンが、燃料／酸化剤混合物を燃焼させて、複数のブレードを各々有する１つまたは複数のタービン段を駆動するための燃焼ガスを生み出すことができる。燃焼される燃料の種類ならびに様々な燃焼パラメータなど、いくつかの要因に応じて、燃焼工程の結果生じる燃焼生成物は、窒素酸化物（ＮＯX）、硫黄酸化物（ＳＯX）、酸化炭素（ＣＯX）、および未燃炭化水素を含む場合がある。触媒システムの特定の種類のものは、これらの成分のレベルを、ガスタービン発電プラントなどのガスタービンシステムから排気ガスが出る前に低減するように機能し得る。ガスタービンシステムの効率的な動作も維持しつつ、そのような低減を行うことが望ましい場合がある。
【００１３】
排気ガス流中のＮＯXを除去またはその量を低減するための１つの技法は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）によるものである。ＳＣＲ工程では、排気ガス流中にアンモニア（ＮＨ3）などの試薬（たとえば還元剤）が噴射され、これが触媒の存在下で排気ガス中のＮＯXと反応して、窒素（Ｎ2）および水（Ｈ2Ｏ）を生み出す。この工程を促進するために、還元剤噴射システムを用いて、試薬を加熱し、気化し、排気ガス流中に噴射することができる。排気ガス流中に噴射する前に試薬を気化することにより、排気ガス流と試薬の混合を促進することができ、同時に排気ガス流と還元剤との間の温度差を低減することもできる。ガスタービンシステムの起動中、還元剤噴射システムは、周囲温度以下であってよい。この場合、試薬は気化後、還元剤噴射システムが試薬の凝結を阻止するのに好適な温度になるまで、気化システム内で凝結し得る。これに応じて、気化システムを加熱するために、電気加熱器が一般に用いられる。
【００１４】
特定のガスタービンシステム、特に過酷な使用に耐える大型フレームのガスタービンエンジン（たとえば、航空機転用型以外のガスタービンエンジンなどの、５０メガワット（ｍＷ）を超えるメガワット範囲を有するガスタービンエンジン）を有するシステムでは、これらの加熱器により、ガスタービンシステムの全体的な動作および製造コストが高くなる可能性がある。たとえば、ガスタービンエンジンのサイズに応じて、ガスタービンシステムは、還元剤噴射システムに十分な熱を提供するようなサイズとされた１つまたは複数の加熱器を含み得る。これらの加熱器は還元剤噴射システムを加熱するための温度要件に対応できるように、比較的大きくてもよい。たとえば、還元剤噴射システムを加熱するために用いられる加熱器は、約７５０キロワット（ｋＷ）から１メガワット（ｍＷ）の電力出力を有し得る。
【００１５】
加熱器を動作させるために必要な電気を提供する結果、ガスタービンシステムの効率を低下させ得る望ましくない寄生損失が生じる可能性がある。たとえば、加熱器は結果的に、約５００ｋＷから約７５０ｋＷの間の寄生損失をもたらし得る。したがって、望ましくない寄生損失を結果的にもたらすことがなく、同時に効率的かつ効果的に還元剤噴射システムを加熱し、このことによりガスタービンシステムの起動中の還元剤噴射システム内の試薬の凝結を阻止する、他の熱源を用いることが望ましい場合がある。
【００１６】
本発明によれば、ガスタービンシステム内で生成される１つまたは複数の流体流を用いて、還元剤噴射システムを加熱することができる。ガスタービンシステムの起動および定常状態の動作中に、１つまたは複数の流体流を用いて、還元剤噴射システムを加熱しＳＣＲの上流の試薬を気化することができる。還元剤噴射システムは、気化システム内の流体流の流れおよび温度を調整するための、１つまたは複数の流れ制御システムを含み得る。還元剤噴射システムは、流体流の圧力および／もしくは温度、還元剤、またはこれらの組み合わせに基づいて流れ制御システムの様々な構成要素（たとえば弁、ポンプ、等）を制御する制御システムに信号を送信する、センサを含み得る。
【００１７】
ここで、ガスタービンエンジンからの流体流が、加熱器の使用を軽減または排除するために還元剤噴射システム内の流体を加熱するのに好適な温度であってよく、このことにより、大型の加熱器を用いるガスタービンシステムと比較してガスタービンシステムのエネルギー要件を大きくすることなく熱を提供することが認識される。すなわち、流体流が、ガスタービンシステムの動作の一部として既に加熱されているため、流体流が還元剤噴射システムに「自由な」熱を提供する。したがって、還元剤噴射システムを加熱するおよび／または特定のガスタービンシステム中の試薬を気化するために一般に用いられる大型の加熱器を、ガスタービンエンジン内で生成された高温の流体（たとえば圧縮器排出空気、排気ガス、等）で置き換えることができる。結果として、大型の加熱器の使用と一般に関連付けられる、ガスタービンシステムの寄生損失ならびに動作および製造コストを低減することができる。
【００１８】
以下でさらに詳細に検討するように、本開示の実施形態は、過酷な使用に耐える単純サイクルのガスタービンシステムなどの、排気ガス流を処置するために用いられる試薬を気化するためにガスタービンエンジンから１つまたは複数の流体流を受容するように、およびガスタービンシステムの起動中の還元剤噴射システム内の試薬の凝結を緩和するように構成された還元剤噴射システムを有する、ガスタービンシステムを含む。還元剤噴射システムを、タービンの（たとえば排気ガスの流れに対して）下流であるがＳＣＲシステムの上流に配設することができる。たとえば、還元剤噴射システムは、ガスタービンエンジンシステムの排気ダクト内に配設された、加熱特徴部および空気噴射特徴部を含み得る。還元剤噴射システムは、還元剤噴射システムがガスタービンエンジンから１つまたは複数の流体を受容できるように、ガスタービンエンジンの様々な部分と流体連通していてよい。還元剤噴射システムをガスタービンエンジンの１つまたは複数の部分と流体結合することにより、還元剤噴射システムが、大型の電気加熱器を用いるのではなく、ガスタービンエンジン内で生成された加熱された流体を用いて、試薬を気化することおよびガスタービンシステムの起動中の試薬の凝結を緩和することが可能になり得る。したがって、特定のガスタービンシステム内での大型の電気加熱器の使用の結果生じる寄生損失の低減に部分的に起因して、ガスタービンシステムの効率を高めることができる。本明細書で開示されている技法は、過酷な使用に耐える単純サイクルのガスタービンシステムにおいて特に有用であり得るが、本実施形態を、たとえば組み合わされたサイクルのガスタービンシステムを含む、任意の好適に構成されたシステムにおいて実装できることが理解されるべきである。
【００１９】
前述の内容を念頭に置いた上で、図１は、ガスタービンエンジン１２および排気処理システム１４およびを含む、例としてのタービンシステム１０の概略図である。特定の実施形態では、タービンシステム１０は、発電システムの全部または一部であってよい。ガスタービンシステム１０は、ガスタービンシステム１０を動作させるために、天然ガスおよび／または水素リッチ合成ガスなどの、液体燃料または気体燃料を用いることができる。
【００２０】
示されるように、ガスタービンエンジン１２は、空気取込部１６、圧縮器１８、燃焼器部分２０、およびタービン２２を含む。タービン２２を、シャフト２４を介して圧縮器１８に駆動式に結合することができる。動作中、空気取込部１６を通ってタービンエンジン１２に空気（矢印２６で示す）が入り、圧縮器１８内で加圧される。空気２６を、１つまたは複数の空気源２８（たとえば、限定するものではないが周囲空気）によって提供することができる。特定の実施形態では、空気２６は、圧縮器１８と空気源２８との間に配設されたフィルタおよび／または消音器を通って流れることができる。圧縮器１８は、シャフト２４に結合された複数の圧縮器段を含み得る。圧縮器１８の各段は、複数の圧縮器ブレードを有するホイールを含む。シャフト２４の回転により圧縮器ブレードの回転が引き起こされ、この回転により圧縮器１８内に空気が引き込まれ、空気２６が圧縮されて圧縮された空気３０が生み出され、このほとんどが燃焼器部分２０に導かれる。
【００２１】
燃焼器部分２０は、１つまたは複数の燃焼器を含み得る。１つの実施形態では、複数の燃焼器を、シャフト２４の周囲の概ね円形またはリング状の構成における周縁位置に配設することができる。圧縮された空気３０が圧縮器１８から出て燃焼器部分２０に入る際に、燃焼器内で燃焼させるために、圧縮された空気３０を、燃料３２と混合することができる。たとえば、燃焼器部分２０は、燃焼器内に燃料−空気混合物を、最適な燃焼、排出物、燃料消費、出力などにとって好適な比率で噴射できる、１つまたは複数の燃料ノズルを含み得る。空気３０および燃料３２の燃焼により、高温の加圧された排気ガス３６（たとえば燃焼ガス）が生成される場合があり、次いでこれを利用して、タービン２２内の１つまたは複数のタービンブレードを駆動することができる。動作中、タービン２２に入りこれを通って流れる燃焼ガスは、タービンブレードに対向してこれらの間を流れ、このことによりタービンブレードおよびしたがってシャフト２４が駆動されて回転し、この結果、発電所における発電機などの負荷が駆動される。上で検討したように、シャフト２４の回転はまた、圧縮器１８内のブレードに、取込口１６によって受容された空気の引き込みおよび加圧も行わせる。
【００２２】
タービン２２を通って流れる燃焼ガスは、排気ガス４２の気流としてタービン２２の下流端４０から出ることができる。排気ガス流４２は、排気処理システム１４に向かう下流方向４６に流れ続けることができる。たとえば、タービン２２の下流端４０を、排気処理システム１４に、および特に移行ダクト５０に、流体結合してよい。特定の実施形態では、排気処理システム１４は、移行ダクト５０の上流に、排気拡散器を含み得る。
【００２３】
上で検討したように、燃焼工程の結果として、排気ガス流４２は、窒素酸化物（ＮＯX）、硫黄酸化物（ＳＯX）、酸化炭素（ＣＯX）、および未燃炭化水素などの、特定の副産物を含む場合がある。排気ガス流がシステム１０から出る前にそのような副産物の濃度を低減または実質的に最小化するために、排気処理システム１４を採用することができる。上述したように、排気ガス流中のＮＯXを除去またはその量を低減するための１つの技法は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）工程を用いることを含む。たとえば、排気ガス流４２からＮＯXを除去するためのＳＣＲ工程では、排気ガス流中にアンモニア（ＮＨ3）が噴射され、これが触媒の存在下でＮＯXと反応して、窒素（Ｎ2）および水（Ｈ2Ｏ）を生み出す。
【００２４】
このＳＣＲ工程の有効性は、処理される排気ガスの温度に少なくとも部分的に依存する。たとえば、ＮＯXを除去するためのＳＣＲ工程は、華氏約５００から９００度（°Ｆ）（たとえば摂氏約２６０から４８２度（℃））の温度において特に効果的であり得る。しかしながら、特定の実施形態では、タービン２２から出て移行ダクト５０に入る排気ガス流４２は、約１０００から１５００°Ｆ（たとえば約５３８から８１６℃）、またはより詳細には１１００から１２００°Ｆ（たとえば約５９３から６４９℃）の温度を有し得る。したがって、ＮＯX除去のためのＳＣＲ工程の有効性を高めるために、排気処理システム１４は、移行ダクト５０内の排気ガス流４２中に冷却空気を噴射することによって排気ガス流４２冷却することができ、このことにより、冷却された排気ガス流５２を生成する。たとえば、１つの実施形態では、移行ダクト５０は、矢印５６によって示すように、空気源２８から空気を受容することができる。空気源２８は、空気の冷却を促進して移行ダクト５０に供給される冷却空気５６を生成するために、１つまたは複数の空気ブロワ、圧縮器（たとえば圧縮器１８）、熱交換器、またはこれらの組み合わせを含み得る。諒解されるであろうが、「冷却」という用語は、空気流５８について記載するために用いられるとき、タービン２２から出る排気ガス流４２に対して、空気５８の方が温度が低いことを意味するものと理解すべきである。ガス流４２から除去される要素および／または採用される触媒に応じて、効果的な温度が変動し得ることが理解されるべきである。
【００２５】
さらに図１を参照すると、冷却された排気ガス流５２は、引続き下流に（たとえば方向４６に）流れて排気ダクト６０内に入ることができ、ここにおいてアンモニア噴射グリッド（ＡＩＧ）６４が、冷却された排気ガス流５２中に、還元剤６８（たとえばアンモニア水（ＮＨ3））を噴射する。ＡＩＧ６４と関連付けられたアンモニア噴射システム６５は、加熱システム７０および噴射システム７４を含むことができ、これらはそれぞれ、還元剤６８を気化し、これを排気ダクト６０内の冷却された排気ガス流５２中に噴射する。１つの実施形態では、噴射システム７４は、冷却された排気ガス流５２中に還元剤６８を噴射するためのＡＩＧ６４を形成する開口部に最終的につながるパイプのネットワークにつながるか、またはそうでなければこれを含むことができる。以下でさらに詳細に検討するように、噴射システム７４に流入する前に、還元剤６８を、加熱システム７０内で気化することができる。
【００２６】
上で検討したように、ガスタービンエンジンのＡＩＧは、ガスタービンシステムの起動中に、周囲温度以下であってよい。したがって、アンモニア噴射システム６５（たとえばアンモニアスキッド）を、還元剤６８を気化する前に加熱して、気化後のＡＩＧ内での還元剤６８の凝結を阻止することができる。特定のガスタービンシステムは、大型の電気加熱器（たとえば約７５０ｋＷから１ｍＷの電力出力を有する電気加熱器）を用いて、ＡＩＧ全体にわたって熱を分散させることができ、このことにより、気化後の還元剤の凝結を阻止するのに好適な温度まで、ＡＩＧを加熱する。しかしながら、大型の電気加熱器の使用により、ガスタービンシステムの動作のためのエネルギー要件（たとえばガスタービンシステムは、大型の電気加熱器を動作させるための電力を提供する必要があり得る）、およびガスタービンシステムの寄生損失が大きくなる場合がある。排気パージおよび燃料（たとえば燃料３２）の燃焼中にガスタービンエンジン内で生成された加熱された流体を用いて、ＡＩＧに熱エネルギーを提供できることが、今や認識されている。この場合、大型の電気加熱器を使用せずに、加熱された流体によりＡＩＧを加熱することができ、また加熱された流体により、還元剤（たとえば還元剤６８）の気化を促進することもできる。これに応じて、図１に例示するように、アンモニア噴射システム６５は、圧縮器１８からの圧縮器排出空気７８、タービン２２からの排気ガス流の一部８０、矢印８２によって示すような空気源２８からの空気、およびこれらの組み合わせを受容し得る。
【００２７】
たとえばガスタービンシステム１０の停止中に、排気ガス流４２の少なくとも一部を、ガスタービンシステム１０の１つまたは複数の部分の中に（たとえばタービン２２、排気処理システム１４、等の中に）留めることができる。したがって、ガスタービンシステム１０の起動中に、ガスタービンシステム１０内に留まっている前のサイクルからの排気ガス流４２を、システム１０からパージすることができる。ガスタービンシステム１０からの排気ガスのパージ中、ガスタービンシステム１０の構成要素は、アンモニア噴射システム６５を加熱するのに好適な温度まで圧縮器排出空気の温度を高くし得る速度でスピンしていてよい。たとえば、特定の実施形態では、システム構成要素（たとえばシャフト２４）のスピン速度は、ガスタービンシステム１０の通常動作中のシステム構成要素のスピン速度の、約１５％から約３０％の間であってよい。圧縮器排出空気を、ガスタービンシステム１０を通して循環させて、ガスタービンシステム１０から排気ガス流４２をパージすることができる。たとえば、圧縮器排出空気は、燃焼器２０およびタービン２２を通って流れて、ガスタービンエンジン１２から排気ガス３６をパージすることができる。この場合、排気ガス流４２は、排気処理システム１４を通って下流方向４６に流れ、矢印９２によって例示するように、スタック９０を通ってガスタービンシステム１０から出ることができる。
【００２８】
排気パージ中のシャフト２４のスピン速度に部分的に起因して、圧縮器排出空気の温度は、約１５０°Ｆ（たとえば約６６℃）超、たとえば、約１５０°Ｆから約３００°Ｆ（たとえば約１４９℃）の間、約１７５°Ｆ（たとえば約７９℃）から約２７５°Ｆ（たとえば約１３５℃）の間、および約２００°Ｆ（たとえば約９３℃）から約２５０°Ｆ（たとえば約１２１℃）の間まで、上がってよい。圧縮器排出空気の温度は、ガスタービンシステム１０の起動中にアンモニア噴射システム６５を加熱するのに好適であってよい。これに応じて、本実施形態は、矢印７８によって例示するように、アンモニア噴射システム６５に圧縮器排出空気を流すことを含む。たとえば、圧縮器１８からの圧縮器排出空気７８の少なくとも一部は、ガスタービンエンジン１２の燃焼器２０および／またはタービン２２を迂回してアンモニア噴射システム６５に流れることができ、このことにより、アンモニア噴射システム６５内のシステム構成要素（たとえば、加熱システム７０および噴射システム７４）を加熱する。したがって、特定のガスタービンシステムにおいてアンモニア噴射システムを加熱するために一般に用いられる大型の電気加熱器を使用せずに、アンモニア噴射システム６５を加熱することができる。特定の実施形態では、圧縮器排出空気７８の他に、空気源２８からの空気８２を、アンモニア噴射システム６５に導くことができる。たとえば、圧縮器排出空気７８の温度が、アンモニア噴射システム６５を加熱するのに望まれる閾値温度を超える実施形態において、空気８２により、圧縮器排出空気７８の温度を下げることができる。
【００２９】
さらに、ガスタービンシステム１０の定常状態の動作中に、圧縮器排出空気７８の少なくとも一部、排気ガス８０の一部、空気８２、およびこれらの組み合わせを用いて、アンモニア噴射システム６５内の還元剤６８を気化することができる。たとえば、上で検討したように、ガスタービンエンジン１２は、圧縮された空気３０と燃料３２の混合物を燃焼させて、高温の排気ガス３６を生成する。排気ガス３６は、下流方向４６に排気処理システム１４へと流れる前に、タービン２２内の１つまたは複数のタービンブレードを駆動する。１つの実施形態では、排気ガス８０の一部は、排気処理システム１４を迂回してアンモニア噴射システム６５に流れることができる。アンモニア噴射システム６５内にある間、排気ガス８０は、還元剤６８が排気ダクト６０内の冷却された排気ガス流５２中に噴射される前に、還元剤６８を加熱し気化することができる。アンモニア噴射システム６５への流入前、流入中、または流入後に、排気ガス８０を、圧縮器排出空気７８および／または空気８２と混合することができる。上で検討したように、タービン２２から出る排気ガスは、約１０００から１５００°Ｆ（たとえば約５３８℃から８１６℃）温度を有し得る。排気ガス８０の温度は、還元剤６８の気化のために望まれる温度閾値を超える場合がある。したがって、圧縮器排出空気７８および／または空気８２（たとえば周囲空気）を、排気ガス８０と混合して、還元剤６８の気化にとって好適な温度まで排気ガス８０を冷却することができる。
【００３０】
例示した実施形態では、アンモニア噴射システム６５は、アンモニア噴射システム６５を通って流れる様々な流体の流れを調整するために用いることのできる、流れ制御システム１００を含む。たとえば、流れ制御システム１００は、限定するものではないが、弁、ポンプ、ファン、およびブロワなどの、流れデバイスを含むことができ、これらは、圧縮器排出空気７８、排気ガス８０、空気８２、および／または還元剤６８が、アンモニア噴射システム６５を通って排気ダクト６０内の冷却された排気ガス流５２中へと流れることを可能にする。以下でさらに詳細に検討するように、制御システム１０４は、流れ制御システム１００の動作を制御して、噴射システム７４を通る様々な流体流の流れを調整し、流体流（たとえば、圧縮器排出空気７８および排気ガス流８０）の温度を制御することができる。
【００３１】
ＡＩＧ６４の下流において、ＳＣＲシステム１０６は、ハニカムまたは平板の構成などの任意の好適な幾何学形状を有する、サポートされた触媒システムを含み得る。ＳＣＲシステム１０６内で、還元剤６８は、冷却された排気ガス５２中のＮＯXと反応して、窒素（Ｎ2）および水（Ｈ2Ｏ）を生み出し、こうして、流れの矢印９２によって示すようにスタック９０を通ってガスタービンシステム１０から出る前に、冷却された排気ガス５２からＮＯXを除去する。スタック９０は、いくつかの実施形態では、消音器またはマフラーを含み得る。非限定的な例として、排気処理システム１４は、処理済みの排気ガス流８６中のＮＯXの組成を約３ｐｐｍ以下に低減するために、ＡＩＧ６４およびＳＣＲシステム１０６を利用してよい。
【００３２】
本開示は、排気ガス流４２、５２からのＮＯXの処理および除去を対象とするいくつかの実施形態を記載するが、特定の実施形態は、一酸化炭素または未燃炭化水素などの他の燃焼副産物の除去を提供し得る。この場合、供給される触媒は、排気ガス流４２、５２から除去される成分に応じて異なり得る。加えて、本明細書において開示される実施形態が１つのＳＣＲシステム１０６の使用に限定されず、複数のＳＣＲシステム１０６、複数の触媒システム、なども含み得ることが理解されるべきである。
【００３３】
システム１０からの排出物の制御を提供するために、システム１０は、スタック９０から出る処理済みの排気流（たとえば排気流８６）の組成を連続的に監視する、連続排出物質監視（ＣＥＭ）システム１０８も含み得る。ＣＥＭシステム１０８が、処理済みの排気流の組成がパラメータ（たとえば、温度、圧力、特定の燃焼生成物の濃度）の所定の組の中にないことを検出する場合、ＣＥＭシステム１０８は、ガスタービンエンジン１２の制御システム１０４に通知を行うことができ、制御システム１０４はこの結果、特定の補正処置を行って、燃焼パラメータを調整すること、冷却空気５６および／または還元剤６８の流れを調整すること、ＳＣＲシステム１０６の動作を調整すること、などができる。加えてまたは別法として、ガスタービンシステム１０の制御システム１０４は、システム１０が生み出した処理済みの排気流が所定の要件内にある組成を有するかまたは有すると想定されるまで、動作パラメータを調整するように、保守を行うように、またはさもなければシステム１０の動作を停止するように、システム１０の操作者に通知する、などの機能を行うことができる。いくつかの実施形態では、ＣＥＭシステム１０８は、温度、冷却空気５６の流量、ＳＣＲシステム１０６内に噴射される還元剤６８（たとえばＮＨ3）の量、等の調整などの、排気処理システム１４に特定的に関連する補正処置を実施することもできる。
【００３４】
制御システム１０４（たとえば、電子的なおよび／またはプロセッサベースの制御装置）は、ガスタービンシステム１０の動作を管理することができる。制御システム１０４は、ガスタービンシステム１０の全体にわたってセンサ、制御弁、およびポンプ、または他の流れ調整特徴部と電子的に通信することによって、ガスタービンシステム１０の動作を独立的に制御することができる。制御システム１０４は、分散型制御システム（ＤＳＣ）、または完全にもしくは部分的に自動化された任意のコンピュータベースのワークステーションを含み得る。たとえば、制御システム１０４は、汎用または特定用途向けプロセッサを採用する任意のデバイスであってよく、これらはいずれも、とりわけ燃焼パラメータならびに還元剤加熱および気化パラメータなどの命令を保存するための、メモリ回路構成１１２を一般に含み得る。プロセッサは、１つまたは複数の処理デバイス（たとえばマイクロプロセッサ１１０）を含んでよく、メモリ回路構成１１２は、以下で検討するような図６〜図７の動作を行うおよび本明細書に記載の処置を制御するためにプロセッサが実行可能な命令をまとめて保存する、１つまたは複数の有形非一時的機械可読媒体を含んでよい。
【００３５】
１つの実施形態では、制御システム１０４は、流れ制御デバイス（たとえば、弁、ポンプ、等）を動作させて、異なるシステム構成要素間の量および／または流れを制御することができる。例示した実施形態では、制御システム１０４は、流れ制御システム１００の動作を制御して、アンモニア噴射システム６５を通る還元剤６８、圧縮器排出空気７８、排気ガス８０、および／または空気８２の流れを制御する。たとえば、ガスタービンシステム１０の起動中に、制御システム１０４は、圧縮器１８からアンモニア噴射システム６５への圧縮器排出空気７８の流れを制御してアンモニア噴射システム６５の構成要素を加熱し、アンモニア噴射システム６５がアンモニア噴射システム６５内での還元剤６８の凝結を阻止するのに好適な温度レベルになるまで、還元剤６８の流れを阻止することができる。加えて、ガスタービンシステム１０の定常状態の動作中に、制御システム１０４は、タービン２２からアンモニア噴射システム６５への排気ガス８０の流れを制御して、還元剤６８の加熱および気化を促進することができる。ガスタービンシステム１０の定常状態の動作は、ガスタービンエンジン１２が標的負荷に到達しており、ガスタービンエンジン１２の動作パラメータが、ガスタービンエンジン１２をこの標的負荷に維持するように制御される状態であり得る。特定の実施形態では、制御システム１０４は、タービンシステム１０の１つまたは複数のセンサからの１つまたは複数の入力信号（たとえば１つまたは複数の入力信号１３８）を介して提供される情報を用いてメモリ１１２に収容された命令またはコードを実行することができ、また、ガスタービンシステム１０内の流体の流れを制御するための、様々な流れ制御デバイス（たとえば流れ制御システム１００）への１つまたは複数の出力信号（たとえば１つまたは複数の出力信号１４０）を生成することができる。たとえば、制御システム１０４は、還元剤６８、圧縮器排出空気７８、排気ガス８０、および空気８２を制御することができる。特定の実施形態では、制御システム１０４は、弁の動作を制御して、ガスタービンシステム１０内の空気２６、燃料３２、冷却空気５６、もしくは任意の他の流体の量を制御すること、またはこれらの流れを調整することもできる。
【００３６】
ここで図２を参照すると、アンモニア噴射システム６５の図が例示されている。上で検討したように、アンモニア噴射システム６５は、たとえばガスタービンシステム１０の起動中に、還元剤６８の気化を開始するため、ガスタービンエンジン１２から加熱された流体を受容し得る。たとえば、例示した実施形態では、アンモニア噴射システム６５は、圧縮器１８から圧縮器排出空気７８を受容する。システム１０が起動モードで動作している実施形態では、アンモニア噴射システム６５の構成要素を加熱するために用いることのできる、余分な圧縮された空気が存在し得る。例として、アンモニア噴射システム６５は、アンモニア噴射システム６５の様々な構成要素（たとえば加熱システム７０）内への流体（たとえば圧縮器排出空気７８、排気ガス８０）の流れを可能にする、ガスタービンエンジン１２に流体結合された１つまたは複数の導管を含み得る。たとえば、アンモニア噴射システム６５は、１、２、３、４、５本、またはそれ以上の導管など、１から１０本の間の導管を含み得る。ただし、アンモニア噴射システム６５を通して加熱流体（たとえば、圧縮器排出空気７８、排気ガス８０、および空気８２）を流すために、任意の好適な数の導管を用いてよい。例示した実施形態では、アンモニア噴射システム６５は、圧縮器１８から圧縮器排出空気７８を受容できる、第１の導管１１６および第２の導管１１８を含む。したがって、特定の実施形態では、圧縮器１８からアンモニア噴射システム６５まで延在する経路に沿った圧縮器排出空気７８の流れを、導管１１６、１１８（たとえば中間流れ経路）の間で分けることができる。他の実施形態では、圧縮器排出空気７８は、第１の導管１１６または第２の導管１１８のいずれかを通って流れることができる。たとえば、第１の導管１１６が保守または修理のために利用できない場合、圧縮器排出空気７８は、システム１０が動作を継続できるように、第２の導管１１８を通って流れることができる。
【００３７】
いくつかの特徴部により、アンモニア噴射システム６５内への加熱流体の流れを処置および／または制御することができる。例示した実施形態では、導管１１６、１１８は、圧縮器排出空気７８から特定の成分（たとえば微粒子）を除去できる濾過ユニット１２０を各々含み得る。アンモニア噴射システム６５を通る圧縮器排出空気７８の流れを制御するために、流れ制御システム１００を、導管１１６、１１８に沿って配置することができる。たとえば、流れ制御システム１００は、アンモニア噴射システム６５を通る圧縮器排出空気７８の流れを制御する１つまたは複数の流れデバイスを含む。非限定的な例として、１つまたは複数の流れデバイスは、ブロワ、ポンプ、弁、またはアンモニア噴射システム６５を通る圧縮器排出空気７８もしくは他の加熱流体の流れを推進および／もしくは制御する任意の他の好適な流れデバイスを含み得る。これに応じて、例示した実施形態では、流れ制御システム１００は、第１の導管１１６および第２の導管１１８の各々に沿って配置された、ブロワ１２６および弁１２８を含む。ブロワ１２６および弁１２８に加えて、流れ制御システム１００は、圧縮器排出空気７８（または他の加熱流体）の流体特性（たとえば温度および／または圧力）を監視するための、１つまたは複数のセンサ１３２も含み得る。センサ１３２は、圧縮器排出空気７８の監視された流体特性を示す入力信号１３８を、制御システム１０４に送信できる。入力信号１３８に応答して、制御システム１０４は、ブロワ１２６および／または弁１２８に、導管１１６、１１８を通る圧縮器排出空気７８または他の加熱流体の流れを調整するための、出力信号１４０を送信できる。
【００３８】
第１の流量計１４６ならびに追加のセンサ１３２（たとえば圧力および／または温度センサ）を、流れ制御システム１００から加熱システム７０まで延在する流れ経路１５０に沿って、流れ制御システム１００の下流に配設することができる。たとえば、導管１１６、１１８の一方または両方を通って流れた後、圧縮器排出空気７８は、流れ経路１５０を介して加熱システム７０へと導かれる。第１の流量計１４６および追加のセンサ１３２は、流れ経路１５０に沿った圧縮器排出空気７８の流体特性（たとえば流量、温度、および／または圧力）を測定し、１つまたは複数の入力信号１３８のうちの１つを、制御システムに送信することができる。制御システム１０４は、流量計１４６および／または追加のセンサ１３２からの入力信号１３８に応答して、１つまたは複数の出力信号１４０のうちの１つを第２の弁１５２に送信して、加熱システム７０に供給される圧縮器排出空気７８の量を制御することができる。たとえば、第１の流量計１４６または追加の温度センサ１３２によってそれぞれ測定される圧縮器排出空気７８の流量および／または温度が所望の範囲外にある場合、制御システム１０４は、第１の弁１２８の調整に加えてまたはその代わりに、第２の弁１５２を調整して、加熱システム７０に供給される圧縮器排出空気７８の量を制御することができる。このようにして、圧縮器排出空気７８を加熱システム７０に導くことができ、このことにより、システム１０の起動中に、加熱システム７０、噴射システム７４、還元剤６８、およびＳＣＲ１０６を加熱する。この場合、アンモニア噴射システム６５を加熱するために一般に用いられる電気加熱器を、システム１０の動作中に加熱される流体（たとえば圧縮器排出空気７８）で置き換えることができる。これに応じて、電気加熱器と関連付けられるエネルギー要件、および電気加熱器の使用の結果生じるシステム１０の寄生損失を低減することができ、このことにより、システム構成要素を加熱するために電気加熱器を用いるシステムと比較して、システム１０の全体効率が高められる。
【００３９】
システム１０の定常状態の動作中、圧縮器排出空気７８を用いて、アンモニア噴射システム６５内の還元剤６８を気化することもできる。たとえば、定常状態の動作中、還元剤タンク１６０は、還元剤導管１６２（還元剤給送経路を表している）を介して加熱システム７０に提供される還元剤６８の源として働く。還元剤導管１６２は、加熱システム７０に導かれる還元剤６８の量を制御するための、弁１６４、１６８を含み得る。加えてまたは別法として、還元剤導管１６２は、還元剤導管１６２を通る還元剤６８の流れを促進するための、ポンプ１７０を含み得る。弁１６４、１６８、およびポンプ１７０は、制御システム１０４から、還元剤導管１６２に沿って配設された第２の流量計１７２の１つまたは複数の入力信号１３８のうちの１つに応答した、１つまたは複数の出力信号１４０を受信できる。たとえば、第２の流量計１７２が所望の範囲外にある還元剤６８の流量を測定する場合、制御システム１０４は、弁１６４に加えてまたはこれの代わりに弁１６８を調整して、ＡＩＧ６４に供給される還元剤６８の流量を調整することができる。
【００４０】
特定の実施形態では、制御システム１０４は、還元剤６８を効果的かつ効率的に気化しＳＣＲシステム１０６内に噴射するための、圧縮器排出空気７８（または任意の他の加熱流体）に対する還元剤６８の好適な比率が達成されるように、弁１２８、１５２、１６４、１６８、および／またはポンプ１２６、１７０を調整する。たとえば、特定の実施形態では、圧縮器排出空気７８に対する還元剤６８の比率は、１：１、１：２、１：３、１：５、２：１、２：５、３：１、または任意の他の好適な比率であってよい。
【００４１】
還元剤６８を加熱し気化するために圧縮器排出空気７８を用いることに加えて、本実施形態は、この目的のために排気ガス流８０および／または空気８２を用いることも含む。たとえば、図３は、システム１０の定常状態の動作中に還元剤６８を加熱するためにタービン２２からの排気ガス流８０を用いる、システム１０の実施形態を例示している。図２において例示した実施形態と同様に、この実施形態では排気ガス給送経路および／または圧縮器排出空気給送経路として働く導管１１６、１１８を介して、排気ガス流８０を、加熱システム７０に導くことができる。特定の実施形態では、圧縮器排出空気７８および排気ガス流８０の両方を、加熱システム７０に供給することができる。たとえば、圧縮器排出空気７８は、第１の導管１１６を通って流れることができ、排気ガス流８０は第２の導管１１８を通って流れることができ、または逆も成り立つ。特定の実施形態では、圧縮器排出空気７８および排気ガス流８０は、導管１１６、１１８の下流の流れ経路１５０において混合されてよい。他の実施形態では、圧縮器排出空気７８および排気ガス流８０は、各導管１１６、１１８が圧縮器排出空気７８と排気ガス流８０の混合物を流すように、導管１１６、１１８の上流で混合されてよい。
【００４２】
排気ガス流８０を圧縮器排出空気７８と混合することにより、排気ガス流８０の温度を下げることができる。上で検討したように、還元剤６８は、排気ガス流の温度に敏感であり得る。この場合、還元剤６８がＳＣＲ工程にとって効果的でない温度にならない温度まで、排気ガス流８０を冷却する必要がある場合がある。制御システム１０４は、排気ガス流８０の温度に基づいて、アンモニア（たとえば還元剤６８）の量に基づいて、およびその他に基づいて、排気ガス流８０と混合される圧縮器排出空気７８の量を制御することができる。たとえば、センサ１３２によって測定されるような排気ガス流８０の温度が、所望の温度範囲を上回る場合、制御システム１０４は、それぞれの導管１１６、１１８の弁１２８を調整して、導管１１６、１１８を通って流れる圧縮器排出空気７８の量を増やすことができる。圧縮器排出空気７８を、流れ経路１５０内で排気ガス流８０と混合することができ、このことにより、排気ガス流８０が加熱システム７０に流入する前に、排気ガス流８０の温度が下がる。
【００４３】
他の実施形態では、圧縮器排出空気７８および／または排気流８０の温度を調整するために、空気流８２を用いることができる。たとえば、図４は、アンモニア噴射システム６５内の還元剤６８を加熱するために、圧縮器排出空気７８、排気ガス流８０、または両方、および空気流８２を用いる、システム１０の実施形態を例示している。上で検討したように、排気ガス流８０の温度は、所望の温度範囲を上回っている場合がある。システム１０は、加熱システム７０の上流で排気ガス流８０の温度を調整するために、空気源２８からの空気流８２を用いることができる。空気流８２は、導管１１６、１１８を通って流れ、流れ経路１５０内で排気ガス流８０と混合され得る（たとえば、空気流８２および排気ガス流８０が別個の導管１１６、１１８を通って流れる実施形態の場合）。別法として、空気流８２を、導管１１６、１１８が排気ガス流８０と空気流８２の混合物を各々流すように、アンモニア噴射システム６５の上流で排気ガス流８０と混合することができる。
【００４４】
加えてまたは別法として、空気流８２を、圧縮器排出空気７８と混合することができる。たとえば、流れ経路１５０内でまたはアンモニア噴射システム６５の上流で排気ガス流８０を冷却するために、圧縮器排出空気７８と空気流８２の混合物を、排気ガス流８０と混合してよい。１つの実施形態では、圧縮器排出空気７８と空気流８２の混合物を、排気ガス流８０と混合せずに加熱システム７０に供給することができる。たとえば、排気ガス流８０が導管１１６、１１８に導かれない実施形態の場合。圧縮器排出空気７８と空気流８２の混合物を、たとえばこの混合物が所望の温度範囲を下回る場合に加熱するための、熱交換器（たとえば熱交換器１８０）を、流れ経路１５０に沿って配置してよい。
【００４５】
たとえば、図５は、圧縮器排出空気７８または圧縮器排出空気７８と空気流８２の混合物を加熱するために用いることのできる熱交換器１８０を含む、システム１０の実施形態を例示している。特定の実施形態では、圧縮器排出空気７８の温度が、アンモニア噴射システム６５を加熱するおよび／または還元剤６８を気化するために望まれる温度以内にない場合がある。たとえば、圧縮器排出空気７８は、還元剤６８の気化にとって好適な温度を上回っているかまたは下回っている場合がある。圧縮器排出空気７８が所望の温度を上回る実施形態では、圧縮器排出空気７８の温度を下げるために、空気流８２を圧縮器排出空気７８と混合することができる。空気流８２により、圧縮器排出空気７８の温度を、所望の温度を下回る温度まで下げることができる。これに応じて、熱交換器１８０を用いて、圧縮器排出空気７８と空気流８２の混合物の温度を、還元剤６８を気化するのに好適な標的温度に調整することができる。同様に、圧縮器１８から出る圧縮器排出空気７８が所望の温度を下回る場合、熱交換器１８０により、圧縮器排出空気７８の温度を、還元剤６８の気化に関する標的温度まで上げることができる。
【００４６】
特定の実施形態では、熱交換器１８０は、多段熱交換器であってよい。多段熱交換器は、排気ガス流８０の少なくとも一部を用いて、圧縮器排出空気７８および／または圧縮器排出空気７８と空気流８２の混合物に、熱を提供することができる。他の実施形態では、熱交換器１８０は、小型の電気加熱器（たとえば、約１００キロワット（ｋＷ）から１０００ｋＷの間の電力出力を有する加熱器）であってよい。特定の実施形態では、小型の電気加熱器は、通常のＳＣＲシステム内の還元剤を気化するために用いられる大型の電気加熱器（たとえば、約７５０ｋＭおよび約１ｍＷの電力出力を有する加熱器）よりも、約５０％から９０％小さい。このようにして、特定のガスタービンシステムにおいて用いられる大型の電気加熱器を、ガスタービンシステム１０内で生成される加熱された流体（たとえば圧縮器排出空気７８および排気ガス流８０）で少なくとも部分的に置き換えることができる。このようにして、気化システムの構成要素（たとえばアンモニア噴射グリッド（ＡＩＧ））を加熱し還元剤を気化するために大型の電気加熱器を用いるガスタービンシステムと比較して、ガスタービンシステム１０の寄生損失を低減することができる。
【００４７】
上記の様々な実施形態によれば、ガスタービンシステム１０は、他のシステム（たとえば、システム構成要素を加熱するために大型の電気加熱器を用いるシステム）よりも効率的に動作し得る。図６は、ガスタービンシステム（たとえば上記のガスタービンシステム１０）が、気化システム（たとえばアンモニア噴射システム６５）の構成要素を加熱する、および／または排気ガス流（たとえば冷却された排気ガス流５２）から燃焼副産物を除去するために用いられる還元剤（たとえば還元剤６８）を気化することのできる、方法２００のフロー図を例示している。方法２００は、上で検討したような、システムの起動および排気パージを行うこと（ブロック２０４）、および圧縮器排出空気７８をアンモニア噴射システム６５に導くこと（ブロック２０６）を含む。
【００４８】
ガスタービンシステム１０の起動中、ガスタービンシステム１０の様々な構成要素は、周囲温度以下、または定常状態の動作を扱うのに不十分な温度である場合がある。したがって、ガスタービンシステム１０の一部を加熱するのが望ましい場合がある。特に、還元剤６８を加熱し気化するために用いられるアンモニア噴射システム６５を加熱するのが、望ましい場合がある。アンモニア噴射システム６５を加熱することにより、アンモニア噴射システム６５内の還元剤６８の、還元剤６８が最初の気化を経た後の凝結を緩和することができる。排気パージ中に生成された圧縮器排出空気７８は、アンモニア噴射システム６５を加熱するのに好適な温度を有し得る。一般に、圧縮器排出空気７８は廃棄される。しかしながら、圧縮器排出空気７８をアンモニア噴射システム６５に導くことにより、アンモニア噴射システム６５内への周囲空気給送を加熱するために用いられる大型の電気加熱器（たとえば約７５０ｍＷよりも大きい電力出力を有する加熱器）を必要とすることなく、圧縮器排出空気７８によってアンモニア噴射システム６５を加熱することができる。この場合、そのような大型の加熱器の使用と一般に関連付けられる寄生損失を低減することができ、このことにより、全体的な動作および製造コストが下がり、ガスタービンシステム１０の効率が改善される。加えて、アンモニア噴射システム６５を加熱するために圧縮器排出空気７８を用いることにより、システム構成要素を加熱するために大型の電気加熱器を用いるシステムと比較して、システム起動と定常状態の動作との間の時間を短くすることができる。
【００４９】
方法２００は、システムの起動および排気パージ中に圧縮器排出空気７８を用いてアンモニア噴射システム６５の加熱システム７０内の還元剤６８を加熱すること（ブロック２０８）、ならびに、ガスタービンシステム１０が標的動作状態に達したら、実質的に圧縮器排出空気７８のみを用いて加熱システム７０内の還元剤６８を加熱することから、別の加熱流体（たとえば排気ガス流８０）を用いてまたは圧縮器排出空気７８を補完および／もしくは置換して、加熱システム７０内の還元剤６８を加熱することへと移行すること（ブロック２１０）、も含む。たとえば、ガスタービンシステム１０が定常状態の動作に到達すると、制御システム１０４は、タービン２２からの排気ガス３６の少なくとも一部８０を、アンモニア噴射システム６５の加熱システム７０に導くことができる。排気ガス流８０は、加熱システム７０内の還元剤６８を気化するのに十分な熱を提供し得る。冷却された排気ガス流５２を処置するために用いられる還元剤６８に応じて、排気ガス流８０を、圧縮器排出空気７８、空気流８２、または両方と混合して、最終的に還元剤６８を気化させることになる流体にとって望まれる温度を達成することができる。たとえば、圧縮器排出空気７８および空気流８２を用いて、冷却された排気ガス流５２から燃焼副産物を除去するための還元剤６８の全体的な有効性に影響を及ぼすことなく、排気ガス流８０の温度を、還元剤６８を気化するのに好適な標的温度まで下げることができる。制御システム１０４は、１つまたは複数の弁（たとえば弁１２８、１５２、１６４、１６８）を制御して、効果的な還元剤６８の気化を達成し同時にＳＣＲ工程にとって十分な還元剤６８の量を提供するように、還元剤６８、排気ガス流８０、ならびに調節流体（たとえば圧縮器排出空気７８および／または空気流８２）の比率を調整することができる。
【００５０】
上で検討したように、特定の実施形態では、ガスタービンシステム１０は、アンモニア噴射システム６５内に熱交換器１８０を含む。熱交換器１８０を用いて、加熱流体（たとえば圧縮器排出空気７８）の温度を、アンモニア噴射システム６５を加熱および還元剤６８を気化するのに好適な標的温度まで上げることができる。図７は、ガスタービンシステム１０が、熱交換器１８０を用いて圧縮器排出空気７８でアンモニア噴射システム６５を加熱し還元剤６８を気化できる、方法２２０のフロー図を例示している。方法２００と同様に、方法２２０は、システムの起動および排気パージを行うこと（ブロック２０４）、および圧縮器排出空気７８をアンモニア噴射システム６５に導くこと（ブロック２０６）を含む。
【００５１】
方法２２０は、熱交換器１８０を用いてアンモニア噴射システム６５内の圧縮器排出空気７８を加熱することも含む（ブロック２２４）。たとえば、特定の実施形態では、圧縮器排出空気７８および／または周囲空気（たとえば空気流８２）が、アンモニア噴射システム６５を加熱するために望まれる温度ではない場合がある。これに応じて、熱交換器１８０を用いて、圧縮器排出空気７８および／または空気流８２の温度を、アンモニア噴射システム６５を加熱するのに好適な温度まで上げることができる。周囲空気８２は、同じ、または圧縮器排出空気７８とは異なる経路内で温度上昇していてよい。他の実施形態では、圧縮器排出空気７８は、所望の温度を上回っている場合がある。この特定の実施形態では、圧縮器排出空気７８を空気流８２と混合して、圧縮器排出空気７８の温度を下げることができる。圧縮器排出空気７８と空気流８２の混合物は、所望の温度を下回っている場合がある。この場合、熱交換器１８０を用いて、圧縮器排出空気７８と空気流８２の混合物の温度を、アンモニア噴射システム６５を加熱するために望まれる温度に調整することができる。
【００５２】
方法２２０は、図６を参照して上で検討したように、起動および排気パージ中に圧縮器排出空気７８を用いてアンモニア噴射システム６５の還元剤６８を加熱すること（ブロック２０８）、ならびに、ガスタービンシステム１０が標的動作状態に達したら、圧縮器排出空気７８を用いて加熱システム７０内の還元剤６８を加熱することから、別の加熱流体（たとえば排気ガス流８０）を用いて加熱システム７０内の還元剤６８を加熱することへと移行すること（ブロック２１０）、をさらに含む。
【００５３】
上で検討したように、本明細書に明記した様々な技法は、気化システムを加熱および還元剤を気化するために、加熱された流体（たとえば、圧縮器排出空気、排気ガス、空気、およびこれらの組み合わせ）を、ガスタービンシステムの気化システム（たとえばＡＩＧシステム）に導くことを提供し得る。たとえば、開示される技法は、ガスタービンシステムの開始時の排気パージ中に生成される圧縮器排出空気を、気化システムに導くことを含む。圧縮器排出空気により、気化システムの様々な構成要素を加熱することができ、このことにより、気化システム内の還元剤の凝結が緩和される。圧縮器排出空気の温度を、周囲空気および／または気化システム内に配設された熱交換器を用いて調整することができる。加えて、本明細書において開示される技法は、ガスタービンエンジン内で生成された排気ガスを気化システムに導いて、還元剤を気化することを含む。たとえば、システムの起動後、ガスタービンシステムは、気化システムおよび還元剤を加熱するために、圧縮器排出空気を用いることから排気ガスを用いることへと移行してよい。排気ガスの温度を下げて、ガスタービンエンジンから出る排気ガスの温度により引き起こされ得る還元剤の有効性の低下を緩和するために、圧縮器排出空気および／または周囲空気などの調節流体を用いることができる。制御システムは、所望の加熱および還元剤の気化を達成するように、加熱流体（たとえば圧縮器排出空気および／または排気ガス）に対する還元剤の比率を調整することができる。このようにして、ガスタービンシステムは、大型の電気加熱器（たとえば７５０ｋＷよりも大きい電力出力を有する加熱器）を使用せずに、気化システムを加熱し還元剤を気化することができる。これに応じて、大型の電気加熱器の使用と一般に関連付けられる寄生損失および長いシステムの起動時間を低減することができ、このことにより、大型の電気加熱器を用いるシステムと比較して、全体的な動作コストが下がり、ガスタービンシステムの効率が改善される。
【００５４】
この書面による説明は、最良の形態を含め、本発明の実施形態を開示するために、ならびにまた、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含め、任意の当業者が本発明を実施できるようにするために、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、これらが特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、またはこれらが特許請求の範囲の文字通りの言語とほとんど異ならない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。
【００５５】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
燃料（３２）を燃焼させて動力および排気ガス（３６）を生成するように構成されたガスタービンエンジン（１２）と、
ガスタービンエンジン（１２）と流体連通しておりガスタービンエンジン（１２）から排気ガス（３６）を受容するように構成された排気ガス経路（４２）と、
排気ガス経路（４２）に流体結合された還元剤スキッド（６５）であって、排気ガス経路（４２）に還元剤（６８）を供給するように構成された噴射システム（７４）を備える、還元剤スキッド（６５）と、
排気ガス経路（４２）とは別個でありガスタービンエンジン（１２）と還元剤スキッド（６５）を流体結合する流れ経路（１５０）であって、第１の流れ経路が還元剤（６８）の気化を補助するために還元剤スキッド（６５）に第１の加熱された流体を供給するように構成される、流れ経路（１５０）と、
を備えるシステム（１０）。
［実施態様２］
流体経路が圧縮器空気排出出口から還元剤スキッド（６５）まで延在し、この結果、第１の加熱された流体がガスタービンエンジン（１２）からの圧縮器排出空気（７８）を含む、実施態様１記載のシステム（１０）。
［実施態様３］
流体経路がガスタービンエンジン（１２）の排気出口から還元剤スキッド（６５）まで延在し、この結果、第１の加熱された流体がガスタービンエンジン（１２）からの排気ガス（３６）を含む、実施態様１記載のシステム（１０）。
［実施態様４］
流れ経路（１５０）が、ガスタービンエンジン（１２）の圧縮器部分および還元剤スキッド（６５）内に配設された加熱システム（７０）に流体結合し、加熱システム（７０）が第１の加熱された流体および還元剤（６８）の流れを受容するように、ならびに第１の加熱された流体と還元剤（６８）との間で熱交換を引き起こして還元剤（６８）を気化させるように構成される、実施態様１記載のシステム（１０）。
［実施態様５］
流れ経路（１５０）が、ガスタービンエンジン（１２）のタービン部分および還元剤スキッド（６５）内に配設された加熱システム（７０）に流体結合され、加熱システム（７０）が第１の加熱された流体および還元剤（６８）の流れを受容するように、ならびに第１の加熱された流体と還元剤（６８）との間で熱交換を引き起こして還元剤（６８）を気化するように構成される、実施態様１記載のシステム（１０）。
［実施態様６］
ガスタービンエンジン（１２）の起動中に、ガスタービンエンジン（１２）の圧縮器部分から噴射システム（７４）に至る第１の加熱された流体の流れを制御するための命令を有する１つまたは複数の有形非一時的機械可読媒体を備える制御システム（１０４）を備え、第１の加熱された流体が圧縮器排出空気（７８）を含む、実施態様１記載のシステム（１０）。
［実施態様７］
１つまたは複数の有形非一時的機械可読媒体が、ガスタービンエンジン（１２）の定常状態の動作中に還元剤スキッド（６５）に圧縮器排出空気（７８）を流すことから還元剤スキッド（６５）に第２の加熱された流体を流すことへと移行するための命令をさらに含む、実施態様６記載のシステム（１０）。
［実施態様８］
第２の加熱された流体がガスタービンエンジン（１２）内で生成された排気ガス（３６）を含む、実施態様７記載のシステム（１０）。
［実施態様９］
システム（１０）が単純サイクルのシステムである、実施態様１記載のシステム（１０）。
［実施態様１０］
燃料（３２）を燃焼させるようにおよび排気ガス（３６）を生成するように構成されたガスタービンエンジン（１２）と、
ガスタービンエンジン（１２）から排気ガスを受容するように構成された排気ガス経路（４２）と、
排気ガス経路（４２）に流体結合された還元剤スキッド（６５）であって、還元薬を気化するように構成された加熱システム（７０）および排気ガス経路（４２）に気化した還元薬を供給するように構成された噴射システム（７４）を備える、還元剤スキッド（６５）と、
排気ガス経路（４２）とは別個でありガスタービンエンジン（１２）の第１の部分と還元剤スキッド（６５）を流体結合する第１の流れ経路であって、還元剤スキッド（６５）に第１の加熱された流体を供給するように構成される、第１の流れ経路と、
排気ガス経路（４２）および第１の流れ経路とは別個の第２の流れ経路であって、ガスタービンエンジン（１２）の第２の部分および還元剤スキッド（６５）に流体結合され、還元剤スキッド（６５）に第２の加熱された流体を供給するように構成される、第２の流れ経路と、
を備えるシステム（１０）。
［実施態様１１］
第２の加熱された流体が、ガスタービンエンジン（１２）からの排気ガス（３６）の少なくとも一部を含む、実施態様１０記載のシステム（１０）。
［実施態様１２］
還元剤スキッド（６５）内に第１および第２の流れ経路に流体結合された第３の流れ経路に沿って配設された熱交換器（１８０）を備え、熱交換器（１８０）が第１の加熱された流体を加熱するように構成される、実施態様１０記載のシステム（１０）。
［実施態様１３］
熱交換器（１８０）が約１００キロワットおよび約１０００キロワットの電力出力を有する電気加熱器を備える、実施態様１２記載のシステム（１０）。
［実施態様１４］
第１の流れ経路が、ガスタービンエンジン（１２）の第１の部分内に配設された圧縮器排出出口から還元剤スキッド（６５）まで延在し、この結果、第１の加熱された流体が、圧縮器排出空気（７８）または圧縮器排出空気（７８）と周囲空気の混合物を含む、実施態様１０記載のシステム（１０）。
［実施態様１５］
ガスタービンエンジン（１２）の起動中に、ガスタービンエンジン（１２）の第１の部分から還元剤スキッド（６５）に、圧縮器排出空気（７８）を含む第１の加熱された流体を供給するための命令、および
ガスタービンエンジン（１２）の定常状態の動作中に、ガスタービンエンジン（１２）の第２の部分から還元剤スキッド（６５）に至る、排気ガスの一部を含む第２の加熱された流体で、第１の加熱された流体を補完または置換するための命令
を備える、１つまたは複数の有形非一時的機械可読媒体を備える、実施態様１０記載のシステム（１０）。
［実施態様１６］
ガスタービンエンジン（１２）の第１の部分から、この第１の部分を還元剤スキッド（６５）に流体結合する第１の流れ経路を通して、第１の流体を流すことであって、還元剤スキッド（６５）が、ガスタービンエンジン（１２）内で生成された排気ガス（３６）を受容するように構成された排気流れ経路に流体結合される、流すことと、
第１の流体を用いて還元剤スキッド（６５）を加熱することと、
ガスタービンエンジン（１２）の第２の部分を還元剤スキッド（６５）に流体結合する第２の流れ経路を通して第２の流体を流して、第１の流体を補完または置換することと、
第２の流体で還元剤スキッド（６５）内の還元剤（６８）を気化することと、
を含む方法（２００、２２０）。
［実施態様１７］
第１の流体が第１の部分内で生成された圧縮器排出空気（７８）を含み、第１の部分がガスタービンエンジン（１２）の圧縮器部分である、実施態様１６記載の方法（２００、２２０）。
［実施態様１８］
圧縮器排出空気（７８）を還元剤スキッド（６５）内に配設された熱交換器（１８０）で加熱することを含む、実施態様１６記載の方法（２００、２２０）。
［実施態様１９］
第２の流体が第２の部分内で生成された排気ガス（３６）を含み、第２の部分がガスタービンエンジン（１２）の燃焼器部分（２０）またはタービン部分である、実施態様１６記載の方法（２００、２２０）。
［実施態様２０］
ガスタービンエンジン（１２）の定常状態の動作中に、第１の流体を補完または置換することを含む、実施態様１６記載の方法（２００、２２０）。
【符号の説明】
【００５６】
１０  例としてのタービンシステム
１２  ガスタービンエンジン
１４  排気処理システム
１６  空気取込部
１８  圧縮器
２０  燃焼器部
２２  タービン
２４  シャフト
２６  矢印
２８  空気源
３０  圧縮された空気を生み出す
３２  燃料
３６  加圧された排気ガス
４０  下流端
４２  排気ガス
４６  下流方向
５０  移行ダクト
５２  排気ガス流
５６  矢印
５８  空気の流れ
６０  排気ダクト
６８  還元剤
６５  アンモニア噴射システム
６４  ＡＩＧ
７０  加熱システム
７４  噴射システム
７８  圧縮器排出空気
８０  一部
８２  矢印
９０  スタック
９２  矢印
１００  流れ制御システム
１０４  制御システム
１０６  ＳＣＲシステム
８６  処理済みの排気ガス流
１０８  ＣＥＭシステム
１１２  メモリ回路構成
１１０  マイクロプロセッサ
１３８  入力信号
１４０  出力信号
１１６  第１の導管
１１８  第２の導管
１２０  濾過ユニット
１２６  ブロワ
１２８  弁
１３２  センサ
１４６  第１の流量計
１５０  流れ経路
１５２  第２の弁
１６０  還元剤タンク
１６２  還元剤導管
１６４  弁
１６８  弁
１７０  ポンプ
１７２  第２の流量計
１８０  熱交換器
２００  方法
２０４  ブロック
２０６  ブロック
２０６  ブロック
２１０  ブロック
２２０  方法
２２４  ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017187031.tif 000007
【図６】
2017187031.tif 000008
【図７】
2017187031.tif 000009
【外国語明細書】
2017187031000001.pdf