(57)【要約】【課題】タービンシステムによって生じる排ガス流に冷却空気を注入する。【解決手段】ガスタービンシステムは、システムのガスタービンエンジンから受け取った排ガスを処理する排気処理システムが含まれる。排気処理システムの排気路は、排ガスを排気処理システムに流す。排気処理システムのテンパリング空気システムは、排ガスを冷やすために排気路にテンパリング空気を導入する。テンパリング空気システムは、テンパリング空気システムの空気入口からテンパリング空気出口まで伸びるテンパリング空気経路を含み、テンパリング空気出口でテンパリング空気はテンパリング空気システムから排気路に導入される。テンパリング空気システムのフィルタシステムは、テンパリング空気経路に沿って位置する疎水性フィルタを有し、該疎水性フィルタは、テンパリング空気経路を流れる空気から吸湿性および潮解性物質を除去する。【選択図】図１
2017120079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンシステム（１０）であって、
ガスタービンエンジン（１２）のタービン（２８）の出口と流体連結されている排気処理システム（２２）であって、前記排気処理システム（２２）が、前記ガスタービンエンジン（１２）によって発生する燃焼生成物を有する排ガス（４４）を受け取り、前記排ガス（４４）が前記ガスタービンシステム（１０）を出る前に前記排ガス（４４）を処理するように構成されている排気処理システム（２２）と；
前記排ガス（４４）を前記排気処理システム（２２）に流すように構成されている前記排気処理システム（２２）の排気路と；
前記排ガス（４４）を冷却するためにテンパリング空気（７０）を前記排気路に導入するように構成されている前記排気処理システム（２２）のテンパリング空気システム（５０）であって、前記テンパリング空気システム（５０）が、前記テンパリング空気システム（５０）の空気入口（９６）から、テンパリング空気（７０）がテンパリング空気システム（５０）から前記排気路に導入されるテンパリング空気出口まで伸びるテンパリング空気経路（９４）を含む、テンパリング空気システム（５０）と；
前記テンパリング空気経路（９４）に沿って配置された疎水性フィルタ（１００）を有する前記テンパリング空気システム（５０）のフィルタシステム（９０）であって、前記疎水性フィルタ（１００）が、前記テンパリング空気経路（９４）を流れる前記空気（９２）から吸湿性および潮解性物質を除去するように構成されている、フィルタシステム（９０）と
を備える、ガスタービンシステム（１０）。
【請求項２】
前記排ガス（４４）中の窒素酸化物（ＮＯx）の濃度を低下させるように構成されている前記排気処理システム（２２）の選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム（４８）を含む請求項１に記載のシステム（１０）であって、前記ＳＣＲシステム（４８）が、前記排気路に沿って配置されて、前記排ガス（４４）中の前記ＮＯxと還元剤（８０）との間の反応を触媒するように構成されている定置式触媒を含み、前記テンパリング空気出口が、前記テンパリング空気（７０）を前記定置式触媒よりも上流の前記排気路に導入するように配置されている、システム（１０）。
【請求項３】
前記疎水性フィルタ（１００）が、前記テンパリング空気経路（９４）を流れる前記空気（９２）から吸湿性および潮解性物質を除去するように構成されていて、そうでなければ前記定置式触媒の活性部位を変えることになる、請求項２に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記テンパリング空気経路（９４）が、空気（３０）を前記ガスタービンエンジン（１２）の圧縮機（２４）に流すように構成されている空気経路から完全に分離されている、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記フィルタシステム（９０）がフィルタハウジングに包含されている請求項４に記載のシステム（１０）であって、前記システム（１０）が、空気（３０）を前記ガスタービンエンジン（１２）の前記圧縮機（２４）に流すように構成されている前記空気経路に沿って位置するさらなるフィルタハウジングに包含されているさらなるフィルタシステム（９０）を含む、システム（１０）。
【請求項６】
前記テンパリング空気システム（５０）の前記フィルタシステム（９０）全体にわたる前記空気（９２）の圧力低下、または前記フィルタシステム（９０）全体にわたる前記空気（９２）の流量変化、あるいはその両方を監視し、かつ、前記圧力低下または前記流量変化、あるいはその両方に関する外部表示を提供するように構成されている１または複数のセンサ（１３２、１３４）を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
１または複数のプロセッサ（１０５）と、１または複数の命令の組を格納するメモリ回路を有するテンパリング空気制御システム（１０４）を含む、請求項６に記載のシステム（１０）であって、前記１または複数の命令の組が前記１または複数のプロセッサ（１０５）によって実施された場合に、
前記フィルタシステム（９０）全体にわたる前記空気（９２）の前記圧力低下または前記フィルタシステム（９０）全体にわたる前記空気（９２）の前記流量変化、あるいはその両方に関する前記外部表示を受け取り；
前記圧力低下または前記流量変化を、前記疎水性フィルタ（１００）の状態と相関させ；
前記疎水性フィルタ（１００）の前記状態に関する、ユーザーが知覚できる表示を、ユーザーインターフェースを介して提供するように構成されている、システム（１０）。
【請求項８】
前記１または複数の命令の組が、前記１または複数のプロセッサ（１０５）によって実行される場合に、前記疎水性フィルタ（１００）の使用時間、または前記疎水性フィルタ（１００）の耐用年数の残り時間、またはその組み合わせを見積もるように構成されている、請求項７に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記テンパリング空気経路（９４）が、前記空気入口（９６）を含む複数の空気入口（９６）を備え、前記複数の空気入口（９６）が、空気（３０）をテンパリング空気ヘッダー（１２２）に通じる独立した平行な流路（１２０）に沿って前記テンパリング空気経路（９４）に進入させるように構成され、前記独立した平行な流路（１２０）が、各々、
それぞれの疎水性フィルタ（１００）を有するそれぞれのフィルタシステム（９０）；
前記それぞれのフィルタシステム（９０）の下流に位置し、空気（３０）を前記それぞれの空気入口（９６）に引き込んで前記それぞれのフィルタシステム（９０）に通し、前記空気（３０）を前記それぞれの独立した平行な流路（１２０）によって動かすように構成されている、それぞれのファン（１２３）；
前記それぞれのフィルタシステム（９０）全体にわたる圧力低下、前記フィルタシステム（９０）全体にわたる流量変化、あるいはその両方を検出し、前記圧力低下または前記流量変化、あるいはその両方に関する外部表示を提供するように構成されている１または複数のそれぞれのセンサ（１３２、１３４）；ならびに
前記テンパリング空気ヘッダー（１２２）に通じるそれぞれの空気出口
を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記テンパリング空気ヘッダー（１２２）が、前記複数の独立した平行な流路（１２０）からのそれぞれの空気の流れを合して、前記それぞれの空気の流れを、テンパリング空気（９２）が前記テンパリング空気システム（５０）から導入されて前記排気路に入る前記テンパリング空気出口に導くように構成されている、請求項９に記載のシステム（１０）。
【請求項１１】
前記複数の独立した平行な流路（１２０）の前記１または複数のそれぞれのセンサ（１３２、１３４）および、前記それぞれのファン（１２３）のそれぞれの作動装置（１２４、１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ、１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ）に通信可能に接続されているテンパリング空気制御システム（１０４）を備える、請求項９に記載のシステム（１０）であって、１または複数のプロセッサ（１０５）および１または複数の命令の組を格納するメモリ回路を有する前記テンパリング空気制御システム（１０４）は、前記１または複数のプロセッサ（１０５）によって実施された場合に、
前記それぞれのフィルタシステム（９０）全体にわたる前記空気（９２）の前記圧力低下または前記それぞれのフィルタシステム（９０）全体にわたる前記空気（９２）の前記流量変化、あるいはその両方に関する前記外部表示を受け取り；
前記圧力低下または前記流量変化を、前記それぞれ疎水性フィルタ（１００）の状態と相関させ；
前記それぞれの疎水性フィルタ（１００）の前記状態が、前記それぞれの疎水性フィルタ（１００）があらかじめ設定した一組のパラメータの範囲内で動作していないようであるとの判断に応答して、前記それぞれの独立した平行な流路（１２０）に沿って空気の流れを調節するために、前記それぞれのファン（１２３）の少なくとも１つの前記それぞれの作動装置（１２４、１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ、１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ）への出力を行うように構成されている、システム（１０）。
【請求項１２】
前記フィルタシステム（９０）が、前記空気入口（９６）に、そして、空気（３０）を前記空気入口（９６）に引き込んで前記フィルタシステム（９０）に通し、前記空気（３０）を前記テンパリング空気経路（９４）によって動かすように構成されているファン（１２３）の上流に位置する、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１３】
前記フィルタシステム（９０）が、前記疎水性フィルタ（１００）を複数の濾過ステージの１つとして有するマルチステージフィルタモジュールを備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１４】
前記マルチステージフィルタモジュールが、前記テンパリング空気経路（９４）を流れる前記空気（９２）の中に存在する乾燥粒子を濾過するように構成されている前置フィルタ（１７４）を含み、前記疎水性フィルタ（１００）が、前記マルチステージフィルタモジュールの中の前記前置フィルタ（１７４）の下流に位置する、請求項１３に記載のシステム（１０）。
【請求項１５】
前記疎水性フィルタ（１００）が、フルオロポリマーでコーティングされた繊維ガラス濾過材、または延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１６】
シンプルサイクルガスタービンシステム（１０）であって、
空気を圧縮機空気入口に引き込み、圧縮空気を生成するように構成されている圧縮機（２４）；
前記圧縮空気の流れと燃料（１４）の流れを受け取り、前記圧縮空気と燃料（１４）の混合物を燃焼させて燃焼ガス（４２）を生成するように構成されている燃焼器；
シャフト（２０）を通じて前記圧縮機（２４）に駆動連結されていて、前記燃焼器からの前記燃焼ガス（４２）を受け取り、前記シャフト（２０）を介して負荷と前記圧縮機（２４）に動力を供給するために前記燃焼ガス（４２）から仕事を取り出すように構成されているタービン（２８）；および
前記タービン（２８）から排ガス（４４）として前記燃焼ガス（４２）を受け取るように構成されているダクト（５８）であって、前記ダクト（５８）が複数の区画を有し、前記ダクト（５８）が、前記排ガス（４４）から生成された処理済みの排ガス（４４）を前記シンプルサイクルガスタービンシステム（１０）から出すように構成されている排気筒（６０）と流体連結されている、ダクト（５８）を備え；かつ
前記ダクト（５８）は、前記ダクト（５８）を通る前記排ガス（４４）の流れに濾過済みのテンパリング空気（１０２）を導入するように構成されているテンパリング空気注入格子（６８）を収容し、前記テンパリング空気出口は、テンパリング空気経路（９４）を流れる空気から吸湿性および潮解性物質を除去するように構成されている疎水性フィルタ（１００）を有するフィルタシステム（９０）を備える前記テンパリング空気経路（９４）を介してテンパリング空気入口（９６）と流体連結されていて、前記フィルタシステム（９０）は、前記テンパリング空気入口（９６）を通して引き込まれた空気（９２）から前記濾過済みのテンパリング空気（１０２）を生成するように構成されている、シンプルサイクルガスタービンシステム（１０）。
【請求項１７】
前記ダクト（５８）の前記複数の区画が、拡散部（５４）、前記拡散部（５４）の下流の移行部（５６）、および前記拡散部（５４）の下流の排気ダクト（５８）を含み、前記排気ダクトが、前記排ガス（４４）中の窒素酸化物（ＮＯx）と還元剤（８０）の反応を触媒するように構成されている選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムの定置式触媒を収容し、かつ、前記テンパリング空気注入格子（６８）が、前記濾過済みのテンパリング空気（１０２）を前記拡散部（５４）または前記移行部（５６）に導入するように位置している、請求項１６に記載のシステム（１０）。
【請求項１８】
１または複数のプロセッサ（１０５）と、１または複数の命令の組を格納するメモリ回路を実装するテンパリング空気制御システム（１０４）を備える請求項１７に記載のシステム（１０）であって、前記命令の組が、前記プロセッサ（１０５）によって実行された場合、
前記フィルタシステム（９０）全体にわたるテンパリング空気（７０）の圧力低下または前記フィルタシステム（９０）全体にわたる前記テンパリング空気（７０）の流量変化、あるいはその両方に関する外部表示を受け取り；
前記圧力低下または前記流量変化を前記疎水性フィルタ（１００）の状態と相関させ；
前記疎水性フィルタ（１００）の状態があらかじめ設定した一組のパラメータの外にあるとの判断に応答して、前記フィルタシステム（９０）を通る前記テンパリング空気（７０）の流れを変えるために流量制御装置（１２６）を作動させる出力を提供すると同時に、前記ＳＣＲシステム（４８）の前記定置式触媒に関連する触媒温度範囲に対応する温度範囲まで前記排ガス（４４）を冷却するのに十分な量の濾過済みのテンパリング空気（１０２）を提供するために、前記濾過済みのテンパリング空気（１０２）を前記ダクト（５８）に導入することを制御もするように構成されている、請求項１７に記載のシステム（１０）。
【請求項１９】
前記１または複数の命令の組が、前記プロセッサ（１０５）によって実行された場合、前記テンパリング空気経路（９４）の複数の独立した平行な流路（１２０）に沿ってテンパリング空気（９２）のそれぞれの流れを制御することによって、前記ＳＣＲシステム（４８）の前記定置式触媒に関連する前記触媒温度範囲に対応する温度範囲まで前記排ガス（４４）を冷却するのに十分な量の濾過済みのテンパリング空気（１０２）を提供するために、前記濾過済みのテンパリング空気（１０２）の前記ダクト（５８）への導入を制御するように構成されている、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項２０】
前記フィルタシステム（９０）が、前記テンパリング空気経路（９４）の入口に位置するフィルタハウジングに包含されている、請求項１６に記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、タービンシステム、より具体的には、タービンシステムによって生じる１または複数の排ガス流に冷却空気を注入するための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、一般に、圧縮機、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して高温の燃焼ガスを発生させるように構成されていて、その高温の燃焼ガスは次にタービンのブレードを動かす。ガスタービンエンジンによって生じる排ガスには、特定の副生成物、例えば窒素酸化物（ＮＯx）、硫黄酸化物（ＳＯx）、炭素酸化物（ＣＯx）、および未燃炭化水素が含まれることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８１８２５８７号明細書
【発明の概要】
【０００４】
一実施形態によれば、ガスタービンシステムには、ガスタービンエンジンのタービンの出口と流体連結されている排気処理システムが含まれてよく、排気処理システムは、ガスタービンエンジンによって発生する燃焼生成物を有する排ガスを受け取り、排ガスがガスタービンシステムを出るまでに排ガスを処理するように構成されている。排気処理システムの排気路は、排ガスを排気処理システムに流すように構成されている。排気処理システムのテンパリング空気（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ  ａｉｒ）システムは、排ガスを冷やすために排気路にテンパリング空気を導入するように構成されている。テンパリング空気システムは、テンパリング空気システムの空気入口からテンパリング空気出口まで伸びるテンパリング空気経路を含み、テンパリング空気出口でテンパリング空気はテンパリング空気システムから排気路に導入される。テンパリング空気システムのフィルタシステムは、テンパリング空気経路に沿って位置する疎水性フィルタを有し、該疎水性フィルタは、テンパリング空気経路を流れる空気から吸湿性および潮解性物質を除去するように構成されている。
【０００５】
別の実施形態によれば、シンプルサイクルガスタービンシステムには、空気を圧縮機空気入口に引き込み、圧縮空気を生成するように構成されている圧縮機、圧縮空気の流れと燃料の流れを受け取り、圧縮空気と燃料の混合物を燃焼させて燃焼ガスを生成するように構成されている燃焼器、シャフトを通じて圧縮機に駆動連結されていて、燃焼器からの燃焼ガスを受け取り、シャフトを介して負荷と圧縮機に動力を供給するために燃焼ガスから仕事を取り出すように構成されているタービン、および、タービンから排ガスとして燃焼ガスを受け取るように構成されているダクトが含まれ、該ダクトは複数の区画を有し、該ダクトは、排ガスから生成された処理済みの排ガスをシンプルサイクルガスタービンシステムから出すように構成されている排気筒と流体連結されている。ダクトは、ダクトを通る排ガスの流れに濾過済みのテンパリング空気を導入するように構成されているテンパリング空気注入格子を収容し、テンパリング空気出口は、テンパリング空気経路を流れる空気から吸湿性および潮解性物質を除去するように構成されている疎水性フィルタを有するフィルタシステムを含むテンパリング空気経路を介してテンパリング空気入口と流体連結されていて、フィルタシステムは、テンパリング空気入口を通して引き込まれた空気から濾過済みのテンパリング空気を生成するように構成されている。
【０００６】
さらなる実施形態によれば、シンプルサイクルガスタービンシステムを運転する方法には、シンプルサイクルガスタービンシステムのガスタービンエンジンを用いて排ガスを生成するための仕事を燃焼ガスから取り出すことによって負荷を駆動させる工程、排ガスをガスタービンエンジンと流体連結されているダクト内に導く工程、１または複数のテンパリング空気入口とダクトに位置するテンパリング空気注入格子とを連結するテンパリング空気経路の１または複数のテンパリング空気入口に空気を引き込む工程（該空気はテンパリング空気として引き込まれる）、テンパリング空気から吸湿性および潮解性物質を除去するための１または複数のフィルタシステムの少なくとも疎水性フィルタにテンパリング空気を引き込むことによって、１または複数のテンパリング空気入口の近くにそれぞれ位置する１または複数のフィルタシステム内でテンパリング空気を濾過して濾過済みのテンパリング空気を生成する工程、濾過済みのテンパリング空気を第１区画に注入するために、ダクトの第１区画に位置するテンパリング空気注入格子に濾過済みのテンパリング空気を導く工程、濾過済みのテンパリング空気と排ガスとをダクトの第１区画内で混合して排ガスからの熱を濾過済みのテンパリング空気に移し、それによって冷却された排ガスを生成する工程、および冷却された排ガスと還元剤を、ダクトの第２区画内の選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムの定置式触媒の存在下で反応させ、冷却された排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を低下させて処理済みの排ガスを生成する工程が含まれる。
【０００７】
本発明のこれらおよびその他の特徴、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以下の詳細な説明を読むとより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一態様による、ガスタービンエンジン、排気処理システム、および、テンパリング空気を濾過するように構成されている疎水性フィルタを有するテンパリング空気システムを有するシンプルサイクルガスタービンシステムの一実施形態の側立面図である。
【図２】本開示の一態様による、図１のテンパリング空気システムおよび排気処理システムの一実施形態の側立面図である。テンパリング空気システムは複数の独立した平行な流路を有し、各経路はそれぞれの疎水性フィルタを備えたフィルタシステムを有する。
【図３】フィルタシステムが複数の濾過ステージを含み、疎水性フィルタが濾過ステージの１つに相当する、図１および２のフィルタシステムの一実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１または複数の実施形態が以下に説明される。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実行のすべての特徴は本明細書に記載されない。そのような実際の実行の開発において、エンジニアリングまたは設計プロジェクトでもそうであるように、実行ごとに変化することのある、開発者の特定の目標、例えばシステムに関連する制約およびビジネスに関連する制約の順守を達成するために、実行に特有の多数の決定がなされなければならないことは当然理解される。さらに、そのような開発努力は複雑で時間のかかるものであるかもしれないが、それでも本開示の利益を有する当業者のために設計、作製、および製造する日常的な仕事であり得ることは当然理解される。
【００１０】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合、冠詞の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記」は、その要素が１またはそれ以上存在することを意味するものである。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、含むことを意味し、列挙される要素以外にさらなる要素があり得ることを意味する。
【００１１】
上述のように、ガスタービンエンジンによって生じる排ガスの中に存在する特定の燃焼生成物の存在を減らすことが望ましいであろう。そのような生成物には、窒素酸化物（ＮＯx）、硫黄酸化物（ＳＯx）、炭素酸化物（ＣＯx）、および未燃炭化水素を挙げることができる。通常、排ガスの中のこれらの生成物の相対濃度を減らすことには、触媒の存在下でそのような生成物とその他の反応体とを反応させることが含まれ得る。例えば、ＮＯxとアンモニア（ＮＨ3）などの還元剤との反応は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムの金属酸化物触媒の存在下排気ダクト内で起こり得る。触媒は、窒素ガス（Ｎ2）および水（Ｈ2Ｏ）を生成する、ＮＯxとアンモニアとの反応の活性化エネルギーを低下させ、それによって排ガスがガスタービンシステムから放出される前に排ガス中のＮＯxの量を減少させる。
【００１２】
ＳＣＲシステムは、比較的小規模のシステムから大型の高負荷ガスタービンシステムに及ぶ、多様な異なるガスタービンシステムで使用されてよい。小規模システムは、比較的低い温度のる排ガスを生成するが、高負荷ガスタービンシステムは、非常に高い温度の排ガスを生成する。小規模システムからの排ガスは、通常、ＳＣＲプロセスで処理することのできる温度範囲を有するが、高負荷システムによって生成される排ガスの温度は、ＳＣＲプロセスの許容される運転範囲（例えば、ＳＣＲ触媒の安定性を維持するために適した温度）よりもはるかに高い場合が多い。例えば、本開示の一実施形態によれば、高負荷ガスタービンエンジンによって生成される排ガスの等温線温度は、約１０００°Ｆ（例えば、約５４０℃）よりも高い、例えば約１１００°Ｆ〜約１３００°Ｆ（例えば、約５９０℃〜約７０５℃）の間であり得るが、「高温」ＳＣＲシステム（その他のＳＣＲシステムと比較して比較的高い運転温度範囲を有するＳＣＲシステム）の許容される運転範囲は、約８００°Ｆ〜約９００°Ｆ（例えば、約４２５℃〜約４８５℃）の間であり得る。
【００１３】
これらの高温の排ガスの温度をＳＣＲシステムに許容される運転範囲まで低下させるために、排ガスをテンパリング空気と混合して熱を排ガスからテンパリング空気に移し、それによって排ガスを冷却することができる。そのため、テンパリング空気の量が排ガスから除去される熱の量を決定する。
【００１４】
現在、高負荷システムで生じる排ガス温度を低下させるために使用されるテンパリング空気の量は、その他のシステムで使用される量よりもはるかに多いことが認められている。例えば、そのようなシステムにおいて排ガスをＳＣＲシステムに適切な温度まで冷却するために適切なテンパリング空気の流量は、排気流量の約２０％〜約５０％の間、例えば約３０％などに相当し得る。したがって、より低温の排ガスを減らすために必要とされる相対流量が非常に少ないために伝統的に無視されてきたテンパリング空気の組成が、ガスタービンシステムおよび特にＳＣＲ触媒の運転に大きな影響を及ぼし得ることも現在認められている。
【００１５】
例えば、外気が一般的にテンパリング空気システムに使用される。しかし、特定の場所（例えば、沿岸の場所、工業的な場所）の外気は、特定の汚染物質、例えば海塩（塩化ナトリウム）およびその他のハロゲン化物または金属ハロゲン化物を含有する物質を含むことがある。これらの汚染物質は、ＳＣＲ触媒に有害作用を及ぼすことができ、一部の例では、触媒を変化させる（例えば、毒するかまたは汚す）ことができる。よって、外気が比較的高レベルの触媒毒を有する場所から外気が引き込まれる状況においてさえも、そのような汚染物質の濃度が比較的低いテンパリング空気が必要とされている。
【００１６】
これらの触媒毒の多くが吸湿性および／または潮解性の材料であること、および、微粒子の濾過は特定の外気の構成要素の除去に許容されるが、疎水性フィルタがこれらの触媒毒を高い効率で除去することができることが現在認識されている。よって、本開示の一実施形態によれば、ガスタービンシステムにおいて排ガスを冷却するために使用されるテンパリング空気システムは、吸湿性（吸水性）、潮解性（水を吸収して溶ける傾向がある）、または潮解（水を吸収して溶解した）物質として存在する外気の汚染物質を除去するために１または複数の疎水性フィルタを利用することができる。
【００１７】
本開示は、いくつかの異なるガスタービンシステムに適用可能であり得るが、本明細書に記載される実施形態は、比較的高温の排ガス（例えば、１０００°Ｆ、約５４０℃よりも高温）を生成するシンプルサイクル高負荷ガスタービンシステムにおいて特に有用であり得る。本開示の特定の態様に従う構成を有するシステムの一例は、シンプルサイクルガスタービンシステム１０の一実施形態の側立面図である図１に表されている。
【００１８】
図１において、ガスタービンシステム１０は、燃料１４と圧縮された酸化剤１６（例えば、圧縮空気）の混合物を燃焼して、次に、格子に電力を供給するように構成されている発電機などの負荷１８を駆動するように構成されているガスタービンエンジン１２を含む。図示されるガスタービンエンジンは、シャフト２０を介して負荷１８に駆動連結され、燃料１４および圧縮された酸化剤１６の燃焼から生じる生成物を処理するように構成されている排気処理システム２２と流体連結されている。
【００１９】
ガスタービンエンジン１２は、この燃焼プロセスを促進するための様々な特徴機能を含み、それには圧縮機２４、燃焼器部２６、およびタービン２８が含まれる。タービン２８は、シャフト２０を介して圧縮機２４および負荷１８に駆動連結されていてよい。運転中、空気３０（酸化剤）は空気供給源（例えば、周囲環境）から、空気３０を濾過し（例えば、フィルタ３４を使用）、吸気システム３２への空気の流入に関連する騒音を抑制する（例えば、消音器３６を使用）ように構成されている経路３３を含む吸気システム３２を通じてガスタービンエンジン１２に入る。
【００２０】
吸気システム３２を通過した空気３０は、経路３３に沿って圧縮機入口３８まで流れ、そこで空気３０は制御可能な方法で圧縮機２４の中に引き込まれる。例えば、圧縮機入口３８には様々な特徴機能、例えば、圧縮機２４に引き込むことのできる空気の量を変えるために利用され調節される入口ガイドベーンなどが含まれてよい。圧縮機２４には、シャフト２０に連結された複数の圧縮機ブレードが含まれてよい。圧縮機ブレードは、１または複数のステージに存在してよく、シャフト２０の回転が圧縮機ブレードの回転を引き起こし、それは次に圧縮機入口３８の圧力よりも実質的に高い圧力を有する圧縮空気（すなわち圧縮された酸化剤１６）を生成する。この回転はまた、それによって、空気３０を圧縮機入口３８に引き込む、圧縮機２４全体にわたる圧力差を引き起こす。圧縮された酸化剤１６は、その後、圧縮機出口４０から燃焼器部２６に供給される。
【００２１】
燃焼器部２６には、１または複数の燃焼器が含まれてよい。ある種の実施形態では、複数の燃焼器は、一般にシャフト２０に対して円形または環状の構成の、複数の周方向の位置に配置されてよい。圧縮された酸化剤１６が圧縮機２４を出て燃焼器部２６に入る時に、圧縮された酸化剤１６は、燃焼器内での燃焼のための（燃料供給源からの）燃料１４と混合されてよい。
【００２２】
限定されない例として、燃焼器には、燃焼、排出制御、燃料消費、電力出力などに対して適した比で燃料−空気混合物を燃焼器に噴射する１または複数の燃料ノズルが含まれてよい。燃焼器の数および大きさ、ならびに特定の燃焼パラメータ（例えば、燃料対空気比、希釈レベル）はすべて、この燃焼から生成される燃焼ガス４２（すなわち燃焼生成物）の性質に影響を及ぼす。例えば、炭素酸化物（ＣＯx）（例えば、二酸化炭素、一酸化炭素）、窒素酸化物（ＮＯx）、硫黄酸化物（ＳＯx）、水、未燃酸化剤および／または炭化水素などの燃焼生成物の相対比は、燃焼パラメータ、燃料体空気比などに影響を受けることがある。
【００２３】
燃焼ガス４２は、タービン２８の中の１または複数のタービンステージ（各々が複数のタービンブレードを有する）を駆動するために利用される。運転中、タービン２８に流入しそれを通る燃焼ガス４２は、タービンブレードに逆らって、かつタービンブレード間を流れ、それによりタービンブレードを駆動させ、したがってシャフト２０を回転させる。次に、シャフト２０は、負荷１８、例えば発電所の発電機などを駆動することができる。上述のように、シャフト２０の回転はまた、圧縮機入口３８および吸気システム３２で受け取った空気３０を、圧縮機２４内のブレードに引き込ませ、加圧させる。このように、タービンのステージによって燃焼ガス４２から仕事が取り出され、それは次第に燃焼ガス４２の温度および圧力を低下させ、それを排ガス４４として放出する。上記のように、ガスタービンエンジン１２が高負荷ガスタービンエンジンである実施形態では、排ガス４４の温度は、限定されない例として、約１０００°Ｆ（例えば、約５４０℃）よりも高い、例えば約１１００°Ｆ〜約１３００°Ｆの間（例えば、約５９０℃〜約７０５℃の間）であり得る。次に、排ガス４４は、とりわけ排ガス４４中に存在する特定の燃焼生成物の濃度を低下させるための処理のために、排気処理システム２２に供給される。
【００２４】
当業者に理解されるように、シンプルサイクルガスタービンシステム、例えば図１に示されるシステム１０などは、システムがガスタービンエンジン１２によって生じた排ガス４４を利用して（例えば、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）を用いて）蒸気を生成することができ、それが次に蒸気タービンエンジンを駆動するために使用されるという点で、複合サイクルシステムとは異なり得る。よって、システム１０がそうではなく複合サイクルシステムである実施形態では、システム１０は排ガス４４から蒸気を生成する（すなわち、仕事を取り出す）ように構成されている特徴機能も含むことになり、それは排ガス４４の温度および圧力をさらに低下させるように作用する。この結果、有利にも多様な触媒を使用する処理に適した排ガス４４の温度がもたらされる。
【００２５】
一方、図１に示されるようなシンプルサイクルでは、排ガス４４から仕事をさらに取り出すことは、タービン２８の下流では通常起こらない。しかし、燃焼副生成物のレベルはなお低下させる必要があり得る。例えばＳＣＲシステム４８の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒４６を用いる排ガス４４のさらなる処理を促進するために、排ガス４４は、下でさらに詳細に説明されるテンパリング空気システム５０を用いて冷却することができる。
【００２６】
テンパリング空気システム５０の特定の要素の構成および配置を説明することを助けるために、排気処理システム２２の様々な区画が参照される。それは互いに連続的であってもよいし、区画の外壁が互いに連続していない分割された構成を有していてもよい。例示されるように、排ガス４４は、タービン２８から排気処理システム２２に供給され、その描写される実施形態は、複数の区画を有する（例えば、複数の区画から形成される）ダクト５２を含む。ダクト５２は、ダクト５２内に位置する特定の特徴機能の考察を容易にするために断面によって例示される。複数の区画には、限定されるものではないが、拡散部５４、移行部５６、および排気ダクト５８が含まれ、排ガス４４は、排ガスが排気筒６０を介してシステム１０を出るまでこれらの区画を連続的に通って流れる。
【００２７】
拡散部５４および移行部５６は、一般的な意味で、排気処理システム２２内でのさらなる処理のための排ガス４４を調製するように構成されている。限定されない例として、拡散部５４には、排ガス４４をダクト５２内の１または複数の拡散角に沿って拡散（または分散）するように構成されている翼形部などの様々な特徴機能が含まれてよい。拡散は、排気流の軸方向６４（例えば、シャフト２０と実質的に平行）に対して複数の半径方向６２であり得る。このように、拡散部５４の下流の軸方向位置で受け取る排ガス４４の流れの径方向の断面は、拡散部５４の上流の軸方向位置で受け取る流れの同様の断面よりも分散している。
【００２８】
本開示の態様によれば、移行部５６には、排ガス４４を主に層流状態からより乱流状態へ移行させ、排ガス４４を冷却する（または熱伝達流体を用いて排ガス４４を冷却し始める）ように構成されている特徴機能が含まれる。限定されない例として、移行部５６には、移行部５６内の１または複数のテンパリング空気注入の特徴機能に隣接しているかまたはそれと交互に配置される、ターニングベーン、多孔板などの乱流翼６６が含まれてよい。
【００２９】
テンパリング空気注入の特徴機能には、例として、テンパリング空気（通常矢印７０として表示される）を１または複数の多孔管または開管の空気注入管７２を介して注入するように構成されているテンパリング空気注入格子６８が含まれてよい。テンパリング空気注入格子６８は、テンパリング空気システム５０のテンパリング空気出口の全部または一部を構成してよい。示されるように、多孔空気注入管７２は、移行部５６に沿って異なる軸方向および径方向の位置（例えば、千鳥配置）に位置する。そのような構成は、ますます乱流となる排ガスと注入されたテンパリング空気７０との混合および伝熱を促進することができる。しかし、空気注入管７２の位置は、別の、千鳥配置以外の構成であってもよい。実際に、空気注入管７２のどんな適した構成も、本実施形態にしたがって利用することができる。
【００３０】
注入したテンパリング空気７０と排ガス４４の混合物は、次に排気ダクト５８に導かれ、排気ダクト５８には注入したテンパリング空気７０と排ガス４４のさらなる混合および伝熱を促すさらなる乱流翼７４が含まれてよい。ＣＯ触媒７６は、移行部５６内に置かれてよい。ＣＯ触媒７６は、通常、一酸化炭素などの特定の炭素質種と他の物質の酸化の活性化エネルギーを下げるように構成されている。ＣＯ触媒７６は、通常、そのような炭素質種に対して選択性であり、ＳＣＲ触媒４６ほど高温の排ガスに敏感でない。その上、酸化プロセスは発熱性であり得る。
【００３１】
ＣＯ触媒７６は、排ガス４４中の炭素質種の酸化を促すが、ＳＣＲ触媒４６は、上述のように排ガス４４中の窒素酸化物（ＮＯx）の化学的還元を促進する。そのような還元を可能にするために、ＳＣＲシステム４８は、還元剤、例えばアンモニア（ＮＨ3）を、ＣＯ触媒７６の下流の排気ダクト５８内に位置するアンモニア注入格子（ＡＩＧ）７８を用いて導入するように構成されている。ＡＩＧ７８は、排ガス４４に導入するための複数のアンモニア注入出口８２にアンモニア（一般に矢印８０で表される）を分配するマニホールドを含んでよい。ＡＩＧ７８は、アンモニア８０と排ガス４４の均質混合を促進するために、異なるアンモニア注入出口８２じゅうに、したがって排気ダクト５８の径方向の断面全体にわたって実質的に同じ量のアンモニアを分配するように構成されている。
【００３２】
還元剤の流量制御および供給システム８４は、アンモニア（および／またはその他の還元剤）の受け取り、貯蔵、温度制御、および流量制御を提供することができる。例えば、還元剤の流量制御および供給システム８４には、アンモニア（例えば、乾燥アンモニアとして、またはアンモニア水／アンモニウム混合物として）を貯蔵するように構成されている１または複数の貯蔵タンク、アンモニアをその他の物質（例えば、水）から分離するように構成されている１または複数の蒸発器、アンモニアの温度を制御するように構成されている１または複数の熱交換器または混合管、および、ＡＩＧ７８へのアンモニアの流れを制御するように構成されている１または複数の流量制御装置（例えば、昇圧ブロア、ファン）が含まれてよい。
【００３３】
ＳＣＲ触媒４６は、ＡＩＧ７８の下流の排気ダクト５８内に位置する。ＳＣＲ触媒４６は、通常、Ｎ2およびＨ2Ｏを生成するＮＯxとＮＨ3の反応を触媒する触媒を含む。限定されない例として、ＳＣＲ触媒４６は、ハニカム状の支持構造上の金属酸化物（例えば、セラミック）コーティングとして導入されてよい。そのような実施形態では、主にテンパリング空気７０を用いる制御冷却によってＳＣＲプロセスに適した温度を有するアンモニアと排ガスの混合物は、コーティングされたハニカム構造の上方を、そしてハニカム構造を通って流れ、それは排気筒６０を介してガスタービンシステム１０から放出される処理済みの排ガス８６を生成するためのＮＯxの還元を促進する。
【００３４】
この場合も、排ガス４４は、主にテンパリング空気７０を使用することによって、ＳＣＲプロセスに適切な温度に冷却される。しかし、ダクト５２は、排ガス４４と混合される空気から有害物質を除去することのできる特徴機能を含まず、ＳＣＲ触媒４６を変更（例えば、毒作用または汚れ）に対して脆弱にすることがある。
【００３５】
そのような物質がダクト５２に流入することを防ぐために、テンパリング空気システム５０は、テンパリング空気経路９４からテンパリング空気注入格子６８まで提供されるテンパリング空気９２から吸湿性、潮解性、および潮解物質を除去するように構成されているフィルタシステム９０を含む。具体的には、フィルタシステム９０は、テンパリング空気入口９６と流量制御の特徴機能（例えば、ファン）９８との間のテンパリング空気経路９４に沿って位置する。その他の実施形態では、フィルタシステム９０は、流量制御の特徴機能９８の下流（例えば、ファンの下流）に位置してよい。流量制御の特徴機能９８は、外気３０をテンパリング空気入口９６を通じてテンパリング空気としてテンパリング空気経路９４に引き込み、テンパリング空気経路９４を通ってテンパリング空気注入格子６８の方にテンパリング空気を動かすように構成されている。示されるように、フィルタシステム９０は、吸湿性、潮解性、および潮解物質である特定の物質をテンパリング空気から除去するように構成されている疎水性フィルタ１００を含む。よって、フィルタシステム９０は、そうでなければＣＯ触媒７６またはＳＣＲ触媒４６を汚すか、または排気筒６０からの排出物として現れることができ得る水溶性物質がテンパリング空気経路９４を通過するのを防ぐかまたは抵抗する。このように、フィルタシステム９０は、テンパリング空気注入格子６８に送達するための濾過済みのテンパリング空気１０２を生成し、それによって触媒毒がテンパリング空気を介して排ガス４４の流れに導入されることを防ぐことによって少なくともＳＣＲ触媒４６の寿命を延ばす。
【００３６】
テンパリング空気制御システム（ＴＡＣＳ）１０４は、テンパリング空気システム５０の様々な動作態様を調節することができる。例えば、ＴＡＣＳ１０４は、流量、温度、圧力、組成などの調節を容易にする多様な構成部品と通信可能に接続されている。図１に表されるように、ＴＡＣＳ１０４は、フィルタシステム９０および流量制御の特徴機能９８に関連するセンシングおよび／または制御の特徴機能と通信する。
【００３７】
ＴＡＣＳ１０４は、任意の適したプログラム可能なアーキテクチャー、例えば１または複数のプロセッサ１０５および１または複数のメモリ１０７をはじめとするアーキテクチャーなどに実装されてよい。ひとたびプログラムされると、ＴＡＣＳ１０４は、そのプログラミングに関連するアルゴリズム構造に少なくとも基づくテンパリング空気システム５０に関する特定の態様を制御するように構成されている、特別に構成された装置を構成すると考えられ得る。このように、ＴＡＣＳ１０４は、特定の機能を実行するように構成されてよく、これらの機能は、１または複数のプロセッサ１０５および１または複数のメモリ１０７に関連するＴＡＣＳ１０４の特定のアルゴリズム構造を示すと考えるべきである。
【００３８】
限定されない例として、ＴＡＣＳ１０４には、１または複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１または複数の開発現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、１または複数の汎用プロセッサ、またはその任意の組み合わせが含まれてよい。さらに、ＴＡＣＳ１０４のプロセッサ１０５によって実施される命令を格納するメモリ１０７としては、限定されるものではないが、揮発性メモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および／または不揮発性メモリ、例えばリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、光学ドライブ、ハードディスクドライブ、またはソリッドステートドライブを挙げることができる。さらに、ＴＡＣＳ１０４は、より大きな制御装置（例えば、ガスタービン制御装置）の一部として、かつ／あるいは多様な制御装置および／またはテンパリング空気システム５０全体に分散したサブシステム（例えば、分散制御装置）として実装されてよい。そのため、制御装置および／またはサブシステムには、上記の処理およびメモリ回路構成のいずれか１つまたはその組み合わせが含まれてよい。その上、ＴＡＣＳ１０４は様々な入力装置を含み、それには、ディスプレイの形のユーザーインターフェース、またはユーザーの演算装置との有線または無線接続によってアクセス可能なコネクタの形のユーザーインターフェースを挙げることができる。
【００３９】
テンパリング空気システム５０の様々な特徴機能が排気処理システム２２にテンパリング空気を供給する働きをする方法を例示するのを助けるための、図２は、複数の独立した平行な流路１２０を有するテンパリング空気経路９４の一実施形態を含むガスタービンシステム１０の部分図である。具体的には、例示される実施形態は、第１の独立した平行な流路１２０Ａ、第２の独立した平行な流路１２０Ｂ、および第３の独立した平行な流路１２０Ｃを含み、その各々が、そのそれぞれの空気入口９６（第１の空気入口９６Ａ、第２の空気入口９６Ｂ、および第３の空気入口９６Ｃ）から、テンパリング空気ヘッダー１２２まで伸びている。そのような経路を３本含むとして例示したが、どんな数（例えば、１または複数）を用いてもよい。テンパリング空気ヘッダー１２２は、独立した平行な流路１２０の任意の組み合わせから提供された濾過済みのテンパリング空気１０２を合して、複合流（テンパリング空気ヘッダー１２２からの出力１２１として）をテンパリング空気注入格子６８に提供するように構成されている。ある種の実施形態では、テンパリング空気ヘッダー１２２には、様々な流量制御装置、熱交換器、通気孔なども含まれてよい。
【００４０】
以下では異なるフィルタシステム９０を有する独立した平行な流路１２０が参照されているが、独立した平行な流路１２０は１または複数のフィルタシステム９０の全部または一部を共有してもよいことに留意されるべきである。例えば、独立した平行な流路１２０の全部またはサブセットは、単一のフィルタシステム９０のフィルタハウスおよび／または１または複数の濾過ステージを共有してもよい。フィルタシステム９０の構成は、以下で図３に関してさらに詳細に説明される。
【００４１】
独立した平行な流路１２０の各々は、実質的に同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。示されるように、複数の独立した平行な流路の中のそれぞれの独立した平行な流路は、疎水性フィルタ１００の実施形態を有するフィルタシステム９０の実施形態を含み、それぞれの流量制御の特徴機能９８（図１参照）は、テンパリング空気経路９４に入りそれを通る流体流を制御するように構成されている。例えば、例示される流路１２０の各々には、それぞれの入口９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃを介してテンパリング空気９２としてテンパリング空気経路９４の中に外気３０を引き込むように構成されているそれぞれのファン１２３（第１のファン１２３Ａ、第２のファン１２３Ｂ、および第３のファン１２３Ｃと例示）が含まれる。各々のファン１２３も、濾過済みのテンパリング空気１０２を生成するための疎水性フィルタ１００をはじめとする、対応するフィルタシステム９０を通してテンパリング空気９２を引き込むように構成されている。各ファン１２３に関連するそれぞれの作動装置１２４は、ファン１２３の運転を調節して、対応する平行な中間の流路１２０を通ってテンパリング空気ヘッダー１２２までの、濾過済みのテンパリング空気１０２の圧力および／または流量を調節するように構成されている。
【００４２】
経路１２０を通るテンパリング空気の流れのさらなる制御を可能にするために、各経路１２０は、それぞれの流量制御装置１２６（例えば、流量制御弁またはダンパー１２８および関連する作動装置１３０）も含んでよい。例えば、ファン１２３は粗い流量制御に使用され得るが、流量制御装置１２６は微細な制御に使用され得る。その上に、またはその代わりに、流量制御装置１２６は、（例えば、ＴＡＣＳ１０４または一部のその他の制御装置からの）遮断シグナルの受信に応答して、対応する独立した平行な流路１２０を閉じ、流体流を止めるように構成されている遮断弁として構成されてよい。
【００４３】
排気処理システム２２から提供されるテンパリング空気の監視を行うために、テンパリング空気システム５０には、テンパリング空気経路９４に沿って配置された様々なセンサ１３２も含まれてよい。図２の例示される実施形態では、１または複数のセンサ１３２は、独立した平行な流路１２０に沿って位置する。見やすくするために、１つのセンサ１３２しか各流路１２０に配置されているように例示されていない。しかし、例示されるセンサ１３２は、１または複数の温度センサ（例えば、熱電対）、流量計、圧力センサ、水センサ、化学分析装置（例えば、ガスクロマトグラフまたは同様の分離および分析装置）、またはその任意の組み合わせをはじめとするセンサのいずれか１つまたはその組み合わせを示すことが意図される。各センサ１３２には、例えば、テンパリング空気のパラメータを測定するように構成されている変換装置、およびテンパリング空気の感知パラメータに関して外部表示を提供するように構成されている指示装置が含まれてよい。
【００４４】
限定されない例として、いくつかのセンサ１３２は、フィルタシステム９０の下流およびファン１２３の下流に位置してよく、それはテンパリング空気ヘッダー１２２に供給される前の濾過済みのテンパリング空気１０２の監視と、各々の独立した平行な流路１２０からの出力の監視を個別に可能にする。フィルタシステム９０の下流を監視することにより、フィルタシステム９０の効率に関する決定、例えばその健全性の状態、ならびに推定使用時間または残っている使用可能時間との相関に関する決定も可能にすることができる。
【００４５】
本開示の特定の態様によれば、いくつかのセンサ１３２の出力は、ＴＡＣＳ１０４によって疎水性フィルタ１００の状態に関連付けることができる。例えば、フィルタシステム９０の上流と下流の両方に位置する水または水分センサは、外気３０と比較して濾過済みのテンパリング空気１０２中の減水のレベルを求めることによって、疎水性フィルタ１００が適切に作動しているかどうかについて示す指標を提供することができる。同様に配置された化学分析装置は、フィルタシステム９０の疎水性フィルタ１００によって、特定のアルカリ金属および／またはハロゲン化物を含有する化合物の減少レベルについて示す指標を提供することができる。
【００４６】
圧力および／または流量変化は、フィルタシステム９０の動作または状態、そして一部の実施形態では、より具体的には、疎水性フィルタ１００などのフィルタシステム９０の部分に相関していることがある。例示されるように、テンパリング空気システム５０には、各々のフィルタシステム９０全体にわたる圧力の低下またはテンパリング空気の流量の変化を求めるためのタップインポイントがフィルタシステム９０の上流および下流に位置するセンサ１３４が含まれてよい。
【００４７】
センサ１３２、１３４は、ＴＡＣＳ１０４と通信可能に接続されていてよく、ＴＡＣＳ１０４はプログラムされ、メモリ１０７に格納され、プロセッサ１０５によって実行される１または複数の命令の組（例えば、アルゴリズム）にしたがって様々な制御ルーチンを実行することができる。ＴＡＣＳ１０４は、センサ１３２、１３４と通信し、センサ１３２、１３４から受け取った入力を処理して制御ルーチン用の入力を生成するように構成されている任意の適した通信デバイス（例えば、入出力装置）を含んでよい。例えば、センサ１３２、１３４は、有線または無線通信能力を有してよく、ＴＡＣＳ１０４は、適切なプロトコールにしたがってセンサ１３２、１３４と通信することができる。ＴＡＣＳ１０４は、例えば特定の診断および制御ルーチンを（例えば、計算によって、かつ／または制御出力を送ることによって）実行することができる。実際に、特定の実施形態では、ＴＡＣＳ１０４は、圧力低下および／または流量変化をフィルタシステム９０の状態、例えば疎水性フィルタ１００の状態と相関させることができる。ＴＡＣＳ１０４はまた、疎水性フィルタ１００および／またはフィルタシステム９０全体が、センサ１３２、１３４からの出力と疎水性フィルタ１００の具体的な構成との間の様々な相関関係に基づいて予測されるパラメータの範囲内で動作しているかどうかを判断することもできる。以下に考察されるように、そのような決定は、その他の入力を用いて実行されてもよい。
【００４８】
さらに、センサ１３２、１３４から受け取った入力に基づく特定の決定に応答して、ＴＡＣＳ１０４は、テンパリング空気システム５０の動作パラメータを調節する様々な制御動作を実行してよい。例示される実施形態においてそのような制御を提供するために、ＴＡＣＳ１０４は、それぞれファン１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃの作動装置１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ、それぞれ流量制御装置１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃの作動装置１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、またはそれらの任意の組み合わせと通信可能に接続されていてよい。それぞれの経路１２０の１つに沿ったテンパリング空気の流量および／または圧力の変化が適切であり得るとの判断に応答して、ＴＡＣＳ１０４は、ファン１２３および／または弁１２８の動作を調節するために適切な１または複数の作動装置（例えば、作動装置１２４および／または作動装置１３０）に影響を及ぼす出力を提供することができる。例えば、ＴＡＣＳ１０４は、経路の１つを待機状態にしておくために、またはメンテナンスのために１または複数の経路１２０に沿ったテンパリング空気の流れを止めるための出力を作動装置１２４、１３０のいずれか１つまたはその組み合わせに送ることができる。同様に、ＴＡＣＳ１０４は、例えば、待機状態の後またはメンテナンスの後に（例えば、フィルタシステム９０のメンテナンスの後に）、経路１２０をオンラインにするために経路１２０の１つに沿った流れを開始させるための出力を作動装置１２４、１３０のいずれか１つまたはその組み合わせに送ることができる。ＴＡＣＳ１０４はまた、排ガス４４の冷却に望ましい量を提供するために必要な濾過済みのテンパリング空気１０２の量の変動を説明するためにテンパリング空気の流量および／または圧力を経路１２０に沿って調節することもできる。言い換えれば、ＴＡＣＳ１０４は、疎水性フィルタ１００の状態が、あらかじめ設定した一組のパラメータの外にあるとの判断に応答して、フィルタシステム９０を通るテンパリング空気の流れを変えるために１または複数のファン１２３および／または流量制御装置１２６を作動させるための出力を提供することができる。ＴＡＣＳ１０４は、そのような制御を行うことができるが、一方で、ＳＣＲ触媒４６に関連する触媒温度範囲に対応する温度範囲まで排ガス４４を冷却するのに十分な量の濾過済みのテンパリング空気１０２を提供するために、ダクト５２への濾過済みのテンパリング空気１０２の導入を制御することもできる。
【００４９】
その目的のため、ＴＡＣＳ１０４は、テンパリング空気で冷却する前、テンパリング空気で冷却した後、および／またはＳＣＲ触媒４６で処理した後にフィードフォワードまたはフィードバック入力として排ガス４４の様々な態様をモニターすることもできる。ＴＡＣＳ１０４は、これらのフィードフォワードまたはフィードバック入力をテンパリング空気ヘッダー出力１２１の適切な流れ（すなわち圧力および流量）を決定するように構成されている制御スキームで使用することができる。
【００５０】
排ガス４４に関する入力を提供するため、そしてフィルタシステム９０に関する（より具体的には、疎水性フィルタに関する）決定を可能にするために、例示される排気処理システム２２には、システム２２内の様々な段階で排ガス４４に関する情報をＴＡＣＳ１０４に提供するように位置し、構成されているいくつかのセンサが含まれる。例えば、センサは、排ガス４４に関する圧力、流れ、温度、および／または組成情報を一括してまたは個別に提供することができる。一例として、そして例示されるように、テンパリング空気注入格子６８の上流に位置する第１の排ガスセンサ１４０は、排ガス４４に関する第１の入力をＴＡＣＳ１０４に提供することができる。第１の入力は、通常どんなパラメータであってもよいが、特定の実施形態では、テンパリング空気７０と熱交換する前の排ガス４４の流れパラメータおよび／または排ガス４４の温度に関する。ＴＡＣＳ１０４は、そのため、テンパリング空気注入格子６８によって提供されるテンパリング空気７０の流れおよび／または温度を決定するためのフィードフォワード入力としてこの入力を利用することができる。
【００５１】
第２の排気センサ１４２は、テンパリング空気注入格子６８の下流であるがＳＣＲ触媒４６の上流（例えば、直近の上流）に、排ガス４４、還元剤８０、およびテンパリング空気７０の混合物（通常、矢印１４４として表される）の温度をモニターするように位置し、構成されている。第２の排気センサ１４２によって提供される温度入力は、ＴＡＣＳ１０４にとって重要なフィードバックであり得る。例えば、混合物１４４の温度は、ＳＣＲ触媒４６が安定した動作に耐えることが可能な温度範囲内にあることが通常望ましいであろう。したがって、混合物１４４の温度がこの範囲外にある場合、ＴＡＣＳ１０４は、テンパリング空気注入格子６８によって提供されるテンパリング空気７０の流れを調節することが適切であろうと判断することがある。
【００５２】
本実施形態によれば、ＴＡＣＳ１０４は、排気処理システム２２内の特定のセンサからの情報を利用してＳＣＲ触媒４６へのテンパリング空気の作用を評価するように構成されてよく、そして次にこれを使用してフィルタシステム９０を利用する方法を制御してもよい。例えば、例示されるように、第３の排気センサ１４６は、触媒４６全体にわたる排ガスの圧力および／流量の変化を判断するためのタップインをＳＣＲ触媒４６の上流および下流に有してよい。圧力および／流量の変化が予測されるかまたは許容可能な範囲内にない状況では、ＴＡＣＳ１０４は、ＳＣＲ触媒４６が適切に作動していないこと、あるいは圧力および／または流れに有害に作用する物理的劣化量を経験したことを判断することができる。例えば、ＴＡＣＳ１０４は、ＳＣＲ触媒４６の分解を示すそのようなフィードバックを、１または複数のフィルタシステム９０が望ましい量の触媒毒をテンパリング空気７０から除去するために機能していない可能性があることを示す指標として活用することができる（図１参照）。
【００５３】
１または複数のセンサはまた、ＳＣＲ触媒４６の下流の１または複数のポイントで（例えば、排気筒６０内で）排ガスの組成をモニターするように構成されていてもよい。ＴＡＣＳ１０４は、特定の実施形態では、このフィードバックをテンパリング空気制御アルゴリズムに対する入力として使用することができる。例えば、例示される実施形態では、排気処理システム２２には、排気筒６０を介してシステム１０から排出される排ガス中のＮＯxのレベルを測定するように構成されているＮＯxセンサ１５０が含まれる。例示される排気処理システム２２にはまた、排気筒６０を介して排出される排ガス中の未反応のアンモニアを測定するように構成されているアンモニアセンサ１５２も含まれる。
【００５４】
排気筒６０の排ガス（すなわち排出された排ガス）中のこれらの成分の相対濃度を制御するために、排気処理システム２２には、連続排出監視システム（ＣＥＭＳ）１５４も含まれてよい。ＣＥＭＳ１５４は、示されるように、ＮＯxセンサ１５０およびアンモニアセンサ１５２からフィードバックを受け取り、このフィードバックを使用してアンモニア注入量またはＳＣＲシステム４８のその他の態様を調節するように構成されている。そのような制御を可能にするために、ＣＥＭＳ１５４には、関連する処理装置１５６およびメモリ装置１５８が含まれてよい。ＣＥＭＳ１５４には、ＴＡＣＳ１０４について上に記載されるものに類似した種類の装置が含まれてよいが、異なるプログラミングおよび、そのためにアルゴリズム構造が含まれてよい。さらに、ＣＥＭＳ１５４およびＴＡＣＳ１０４は、モジュール（例えば、回路または別個のソフトウェアアプリケーション）として、または大型の制御装置の類似した部分、例えばガスタービンシステム１０の大部分またはすべての動作態様の動作を制御する制御装置として一緒に実装されてよい。
【００５５】
また、例示されるように、ＣＥＭＳ１５４およびＴＡＣＳ１０４は、互いに通信可能に接続されていてよい。ＴＡＣＳ１０４は、ＣＥＭＳ１５４によって得た情報をテンパリング空気流制御アルゴリズムのさらなる入力として使用することができる。例えば、ＴＡＣＳ１０４は、１または複数のファン１２３および／または流量制御装置１２８の動作を調節して、流れを調節することができる。
【００５６】
その上に、またはその代わりに、ＴＡＣＳ１０４は、使用中のフィルタシステム９０の状態を判断するためにＣＥＭＳ１５４からの情報を利用することができる。例えば、ＣＥＭＳ１５４は、ＳＣＲ触媒４６があらかじめ規定した一組のパラメータの範囲内で動作していない（例えば、触媒活性があらかじめ設定した範囲内にない）ことを判断することができる。この判断は、排出された排ガス中の感知したＮＯxレベルおよび／またはアンモニアレベルが所定の（例えば、許容される）範囲外であることに応答して実施されるルーチンによって行うことができる。ＳＣＲ触媒４６が予測した通り動作していないという判断に応答して、ＴＡＣＳ１０４は、次に、フィルタシステム９０（疎水性フィルタ１００を含む）が予測した通り動作しているかどうかを確認する特定の診断ルーチンを実行することができる。フィルタシステム９０が予測した通り動作していない状況では、ＴＡＣＳ１０４は、特定の是正処置を実行するか、またはフィルタのメンテナンスが適切であり得るというユーザーが知覚できる表示を行うことができる。
【００５７】
フィルタシステム９０の働きは、複数の濾過ステージ１７０を有するフィルタシステム９０の一実施形態の側立面図である図３を参照してさらに理解されるであろう。図３に示されるように、フィルタシステム９０は３つのステージを含むが、本開示にしたがって構成されるフィルタシステム９０は、ステージとして疎水性フィルタ１００をはじめとする任意の数のステージを含んでよい。特定の実施形態では、２つのステージしか使用されないことがある（例えば、乾燥または粗い粒子の濾過などの別のステージに加えて、ステージとして疎水性フィルタ１００）。なおさらなる実施形態では、疎水性フィルタだけが、（テンパリング空気として引き込まれた）外気３０を濾過するために使用されてよい。
【００５８】
より具体的には、フィルタシステム９０には、分離器１７２（例えば、ベーン分離器などの水分離器）、前置フィルタ１７４、および疎水性フィルタ１００などの複数の濾過ステージ１７０が含まれる。特定の実施形態では、分離器１７２は存在しなくてもよい。フィルタハウス１７６は、複数の濾過ステージ１７０を覆い、支持し（例えば、収容し）、例示される実施形態では、テンパリング空気入口９６を含む。フィルタハウス１７６は、外気３０をテンパリング空気として受け取り、濾過済みのテンパリング空気１０２を生成するためにテンパリング空気をテンパリング空気経路９４に沿って複数の濾過ステージ１７０を通過して流すように構成されているダクト（プレナム）の形態であってよい。上に考察されるように、テンパリング空気１０２は、最終的に排気処理システム２２に送達される。特定の実施形態では、フィルタハウス１７６に関連するテンパリング空気入口９６は、テンパリング空気入口９６の覆い（例えば、閉鎖）を可能にするように構成されている複数のカバーまたはベーン１７８を含む。なおさらなる実施形態では、カバーまたはベーン１７８は、入口流を調節するために（例えば、作動装置１８０による）可動式であってよい。さらなる例として、カバーまたはベーン１７８は、雨水および同様の環境要素がフィルタハウス１７６内に進入することに抵抗するように構成されているテンパリング空気入口９６に位置する吸込み雨よけに相当するか、またはそれを含んでよい。
【００５９】
複数の濾過ステージ１７０のうち、分離器１７２は、水除去の最初のステージをフィルタシステム９０に提供することができるが、一部の実施形態では存在しなくてもよい。分離器１７２には、液滴核生成によってテンパリング空気から水を除去することのできる任意の適した物質が含まれてよい。例えば、分離器１７２は、特定のサイズ範囲を有するエアロゾル液滴の水滴核生成を促進し、著しい水の進入を除去するように構成されていてよい。フィルタシステム９０の水除去の特徴機能（図示せず）は、フィルタシステム９０から（例えば、分離器１７２および／または疎水性フィルタ１００に関連するドレインから）十分に核となったかまたは凝集した水滴を除去することができる。
【００６０】
前置フィルタ１７４は、分離器１７２と疎水性フィルタ１００の間に位置し、例えば、ちり、汚れ、およびその他の粗い粒子などの乾燥粒子を濾過することによって疎水性フィルタ１００の寿命を延長するように構成されている。前置フィルタ１７４は、疎水性フィルタ１００による濾過の前に大きい（例えば、粗い）粒子のかなりの部分を除去する、複数ステージ１７０の２番目に相当すると考えることができる。言い換えれば、前置フィルタ１７４は、いくつかの異なる物質（例えば、繊維、充填材）から形成される、サイズに基づくフィルタであり得る。
【００６１】
疎水性フィルタ１００は、示されるように、前置フィルタ１７４の下流に配置される。上述のように、疎水性フィルタ１００は、吸湿性、潮解性、および潮解物質をテンパリング空気から除去するように構成されている。一例として、疎水性フィルタ１００には、適した疎水性物質、例えばフルオロポリマー（例えば、ＰＴＦＥ）でコーティングされた繊維ガラスが含まれてよく、または、延伸ＰＴＦＥ膜、あるいはこれらまたはその他の適した疎水性物質の任意の組み合わせが含まれてよい。この点で、疎水性フィルタ１００は、水性物質を除去するだけでなく、そうでなければサイズに基づくフィルタを通過することになる塩微粒子も除去するように構成されている。疎水性フィルタ１００は、水滴の凝集を促すことができ、それはフィルタシステム９０の水除去の特徴機能（図示せず）によって除去することができる。特定の実施形態では、疎水性フィルタ１００は、実質的にサイズが２０ミクロンよりも大きいすべての水滴を除去することができ、実質的にサイズが１ミクロンよりも大きいすべての塩粒子を除去することができる。一実施形態では、除去された塩および水は、塩水として取り出すことができる。
【００６２】
フィルタシステム９０の出口１８２（例えば、テンパリング空気経路９４のプレナムに至る）は、特定の実施形態では、移行部１８４を含む。移行部１８４は、テンパリング空気経路９４の様々な流量制御装置に向かう流れを促進する円錐台の形状を有してよい。
【００６３】
述のように、ＴＡＣＳ１０４は、テンパリング空気に望ましく低レベルのＳＣＲ触媒毒を提供するフィルタシステム９０（とりわけ、疎水性フィルタ１００を含む）と併せて、様々な監視および制御スキームを実行することができる。ＴＡＣＳ１０４は、通常、そのような監視および制御スキームを連動して実行する。
【００６４】
例として、監視スキームの一実施形態には、単独で、または、フィルタシステム９０の状態（例えば、その性能）に関するフィードバックとして排気流の情報およびテンパリング空気流の情報と組み合わせて、処理済みの排ガス中のＮＯxおよび／またはアンモニアレベルの監視が含まれてよい。具体的には、特定の実施形態では、ＴＡＣＳ１０４は、ＳＣＲ触媒４６による触媒効率の低下を示すフィードバックと疎水性フィルタ１００の濾過効率を相関させる（例えば、定量的に帰属させる）ことができる。つまり、疎水性フィルタ１００は、テンパリング空気中の触媒毒の主なフィルタであるように構成されているので、テンパリング空気の存在下で触媒活性低下が表示されることは、特に、疎水性フィルタ１００の効率の低下に起因していることがある。例えば、一実施形態では、触媒活性の低下と疎水性フィルタの動作態様の相関は、その他の可能性のあるエフェクターを排除して、例えばその他の濾過ステージによる性能の低下を排除して行われてよい。しかし、その他の実施形態では、この相関は、その他の可能性のあるエフェクターを考慮しながら行われてよい。
【００６５】
特定の経路１２０の疎水性フィルタ１００（図２参照）が適切に機能しないとの判断に応答して、ＴＡＣＳ１０４は、特定の是正処置および／または診断ルーチンを実行することができる。例えば、ＴＡＣＳ１０４は、さらなる独立した平行な流路１２０をオンラインにすることによって是正処置を実行することができる。これには、さらなる独立した平行な経路１２０のテンパリング空気入口９６を開けること、および外気３０を経路１２０にその関連する疎水性フィルタ１００を通して引き込むことが含まれ得る。実質的に同時に、ＴＡＣＳ１０４は、そのあらかじめ設定したパラメータの組の範囲内で機能しないと示された疎水性フィルタ１００を通るテンパリング空気流を減少させるかまたは完全に止めることができる。言い換えれば、ＴＡＣＳ１０４が、例えば第１の経路１２０Ａからのテンパリング空気７０が許容されないほど高レベルの触媒毒を有すると判断した場合、ＴＡＣＳ１０４はさらなる流路、例えば第２の経路１２０Ｂまたは第３の経路１２０Ｃをオンラインにすることができ、同時に第１の経路１２０Ａを通る空気の流量を減らすことができる。流量を減らすがさらなる流れをオンラインにすることによって、排ガス４４の冷却要件はなお満たすことができる。
【００６６】
ＴＡＣＳ１０４はまた、排ガス４４に結び付けられたルーチンに加えて、またはそれとは別の、その他の診断ルーチンを実行することができる。例えば、第１のフィルタシステム９０Ａ（具体的には、その疎水性フィルタ１００）が適切に機能していない可能性があるとの判断に応答して、ＴＡＣＳ１０４は、第１のフィルタシステム９０Ａを通じて様々なテンパリング空気流の調節を実行することができ、テンパリング空気流がどのように影響を受けるのかを監視することができる（例えば、流れが調節される時の圧力および／または流量が変化する方法のプロフィールを監視することによって）。流れプロフィールが予想した流れプロフィールとあまり類似しない場合には、ＴＡＣＳ１０４は、疎水性フィルタ１００が遮断されているかまたはあるいはメンテナンスの必要があると判断する。ＴＡＣＳ１０４は、ユーザーが知覚できる表示（例えば、ユーザーインターフェースを介して）をこの効果に提供することができる。
【００６７】
本発明の技術的効果としては、限定されるものではないが、排ガスに注入されるテンパリング空気の濾過の改善が挙げられる。濾過を改善することにより、テンパリング空気の中に存在する特定のＳＣＲ触媒毒の相対レベルを低下させることができ、それによってＳＣＲ触媒の運転寿命および関連するＮＯxの排ガスからの除去を改善することができる。
【００６８】
本記載の説明は、本発明を開示するために、最良の形態を含む、また、当業者が本発明を実践することを可能にするために、装置またはシステムを作成および使用し、組み込まれた方法を実行することを含む、例を使用している。本発明の特許適格性を有する範囲は、特許請求の範囲に規定され、それには当業者の念頭に浮かぶその他の例が含まれてよい。そのようなその他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの意味と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの意味との実質的な差異のない等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１０  シンプルサイクルガスタービンシステム
１２  ガスタービンエンジン
１４  燃料
１６  圧縮された酸化剤
１８  負荷
２０  シャフト
２２  排気処理システム
２４  圧縮機
２６  燃焼器部
２８  タービン
３０  空気、外気
３２  吸気システム
３３  経路
３４  フィルタ
３６  消音器
３８  圧縮機入口
４０  圧縮機出口
４２  燃焼ガス
４４  排ガス
４６  選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒
４８  ＳＣＲシステム
５０  テンパリング空気システム
５２  ダクト
５４  拡散部
５６  移行部
５８  排気ダクト
６０  排気筒
６２  半径方向
６４  軸方向
６６  乱流翼
６８  テンパリング空気注入格子
７０  テンパリング空気
７２  空気注入管
７４  乱流翼
７６  ＣＯ触媒
７８  アンモニア注入格子（ＡＩＧ）
８０  アンモニア、還元剤
８２  アンモニア注入出口
８４  還元剤の流量制御および供給システム
８６  処理済みの排ガス
９０  フィルタシステム
９２  テンパリング空気
９４  テンパリング空気経路
９６  テンパリング空気入口
９６Ａ  第１の空気入口
９６Ｂ  第２の空気入口
９６Ｃ  第３の空気入口
９８  流量制御の特徴機能
１００  疎水性フィルタ
１０２  濾過済みのテンパリング空気
１０４  テンパリング空気制御システム（ＴＡＣＳ）
１０５  プロセッサ
１０７  メモリ
１２０  独立した平行な流路
１２０Ａ  第１の経路
１２０Ｂ  第２の経路
１２０Ｃ  第３の経路
１２１  テンパリング空気ヘッダー出力
１２２  テンパリング空気ヘッダー
１２３  ファン
１２３Ａ  第１のファン
１２３Ｂ  第２のファン
１２３Ｃ  第３のファン
１２４、１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ  作動装置
１２６、１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃ  流量制御装置
１２８  ダンパー、流量制御弁、流量制御装置
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ  作動装置
１３２  センサ
１３４  センサ
１４０  第１の排ガスセンサ
１４２  第２の排気センサ
１４４  混合物
１４６  第３の排気センサ
１５０  ＮＯｘセンサ
１５２  アンモニアセンサ
１５４  連続排出監視システム（ＣＥＭＳ）
１５６  処理装置
１５８  メモリ装置
１７０  濾過ステージ
１７２  分離器
１７４  前置フィルタ
１７６  フィルタハウス
１７８  ベーン
１８０  作動装置
１８２  出口
１８４  移行部
【図１】
2017120079.tif 000003
【図２】
2017120079.tif 000004
【図３】
2017120079.tif 000005
【外国語明細書】
2017120079000001.pdf