JP2009108848A - ターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムを提供する。
【解決手段】ターボ機械１００で発生した排ガスの一部分は、排気ガス再循環システム１５０によって入口部分を通して再循環される。本システム１５０は、排ガスを再循環させる前に該排ガス内の有害成分のレベルを低下させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボ機械から放出された排気ガスに関し、より具体的には、排気ガスを再循環させてターボ機械内に戻す前に該排気ガス内の有害成分を減少させるためのシステムに関する。

環境に対する亜酸化窒素（以下ではＮＯｘ）及び二酸化炭素（以下では「ＣＯ_２」）及びサルファ（硫黄）エミッションの長期間にわたる影響への懸念がますます増大してきている。ガスタービンのようなターボ機械によって放出される可能性があるＮＯｘ及びＣＯ_２の許容可能レベルは、厳しく規制されている。ターボ機械のオペレータにより、放出ＮＯｘ及びＣＯ_２のレベルを低下させる方法が所望されている。

排気ガス再循環（ＥＧＲ）は一般的に、ターボ機械の入口部分を通して放出排ガスの一部分を再循環させることを含み、その場合、排気ガスは燃焼前に流入空気流と混合する。このプロセスにより、放出ＮＯｘ及び高濃度ＣＯ_２レベルの除去及び隔離を可能にし、それによって正味エミッションレベルを低下させる。

現在知られているＥＧＲシステムに関しては、幾つかの問題がある。排気ガス内の不純物及び水分は、単純再循環ループを利用するのを妨げて、ＣＯ_２及びＮＯｘ低減効果を低下させる。タービンにおける内部タービン構成部品の汚染、腐食及び促進摩耗は、排気ガスを直接ターボ機械入口部分に導入することによって生じることになる。その結果からして、分流排気ガスは、入口空気と混合する前に処理する必要がある。排気ガスストリーム内には、大量の凝縮性蒸気が存在する。これらの蒸気は通常、水蒸気、酸、アルデヒド、炭化水素、硫黄及び塩素化合物などの様々な成分を含有する。処理しないまま放置すると、これらの成分は、ガスタービンの入口に流入することが可能である場合、内部構成部品の腐食及び汚染を促進することになる。

前述の理由により、ターボ機械構成部品に対する排気ガスストリーム内の有害成分の影響を最小にするように再循環排気ガスストリームを処理するためのシステムに対する必要性が存在する。

本発明の実施形態によると、入口部分及び排出部分を備えた少なくとも１つのターボ機械１００の少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の成分を減少させるためのシステムを提供し、本システムは、少なくとも１つのスクラバ１７０を備えた少なくとも１つの排気ガス再循環システム（ＥＧＲ）１５０を設けることを含み、少なくとも１つのスクラバ１７０は、少なくとも１つのターボ機械１００の排出部分から第１の温度で少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受け、第１のレベルで成分を含む該少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受け、該成分を第２のレベルまで減少させかつ該少なくとも１つの排気ストリーム１６５を第２の温度で流出させることを可能にすることができ、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのターボ機械１００から流出する全排ガスの一部分であり、少なくとも１つのＥＧＲ１５０は、少なくとも１つのスクラバ１７０から流出する少なくとも１つの排気ストリーム１６５を入口部分に再循環させる。

本システムはさらに、排出部分の下流かつ少なくとも１つのスクラバ１７０の上流に据え付けられた少なくとも１つの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２００を含むことができ、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのターボ機械１００の排出部分からＨＲＳＧ２００の入口部分に流れ、次にＨＲＳＧ２００の出口部分から少なくとも１つのスクラバ１７０の入口部分に流れる。

成分は、水、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの少なくとも１つを含むことができる。

流出する少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、約１０，０００ポンド／時間〜約５０，０００，０００ポンド／時間の流量及び約１００°Ｆ〜約１５００°Ｆの温度を含むことができる。

本システムは、少なくとも１つのターボ機械１００から流出する全排ガスから少なくとも１つの排気ストリーム１６５を分流させるようになった少なくとも１つのＥＧＲ流量調整装置１５５を含むことができる。

本システムはさらに、少なくとも１つのスクラバ１７０の出口部分から少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受けかつ該少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させる少なくとも１つの下流側熱交換器２２０と、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０の下流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５から水を除去する少なくとも１つのデミスタ２３０と、少なくとも１つのターボ機械１００の入口部分の上流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５を少なくとも１つのターボ機械１００に流入する入口空気１２５と混合する少なくとも１つの混合ステーション２４０と含むことができる。

本システムはさらに、少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の成分の一部分を吸着するための少なくとも１つの試薬を、少なくとも１つのスクラバ１７０内に注入するようになった少なくとも１つのインジェクタ５００と、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０の下流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の成分の一部分を除去する少なくとも１つの湿式電気集塵器５１０とを含むことができる。

本システムはさらに、少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受け、該少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させかつ該少なくとも１つの排気ストリーム１６５を少なくとも１つのスクラバ１７０の入口部分に流すことを可能にすることができる少なくとも１つの上流側熱交換器３００と、少なくとも１つのスクラバ１７０の下流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５から水を除去する少なくとも１つのデミスタ２３０と、少なくとも１つのターボ機械１００の入口部分の上流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５を少なくとも１つのターボ機械１００に流入する入口空気１２５と混合する少なくとも１つの混合ステーション２４０とを含むことができる。

本システムはさらに、少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受け、該少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させかつ該少なくとも１つの排気ストリーム１６５を少なくとも１つのスクラバ１７０の入口部分に流すことを可能にすることができる少なくとも１つの上流側熱交換器３００と、少なくとも１つのスクラバ１７０の出口部分から少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受けかつ該少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させる少なくとも１つの下流側熱交換器２２０と、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０の下流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５から水を除去する少なくとも１つのデミスタ２３０と、少なくとも１つのターボ機械１００の入口部分の上流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５を少なくとも１つのターボ機械１００に流入する入口空気１２５と混合する少なくとも１つの混合ステーション２４０とを含むことができる。

本システムはさらに、少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の成分の一部分を吸着するための少なくとも１つの試薬を、少なくとも１つのスクラバ１７０内に注入するようになった少なくとも１つのインジェクタ５００と、少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受け、該少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させかつ該少なくとも１つの排気ストリーム１６５を少なくとも１つのスクラバ１７０の入口部分に流すことを可能にすることができる少なくとも１つの上流側熱交換器３００と、少なくとも１つのスクラバ１７０の出口部分から少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受けかつ該少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させる少なくとも１つの下流側熱交換器２２０と、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０の下流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の成分の一部分を除去する少なくとも１つの湿式電気集塵器５１０と、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０の下流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５から水を除去する少なくとも１つのデミスタ２３０と、少なくとも１つのターボ機械１００の入口部分の上流に連結されかつ少なくとも１つの排気ストリーム１６５を少なくとも１つのターボ機械１００に流入する入口空気１２５と混合する少なくとも１つの混合ステーション２４０とをさらに含むことができる。

好ましい実施形態の以下の詳細な説明では、本発明の特定の実施形態を示す添付図面を参照する。様々な構造及び作動を有する他の実施形態は、本発明の技術的範囲から逸脱するものではない。

本明細書では、読者の便宜のためだけに特定の専門用語を用いているが、本発明の技術的範囲の限定として解釈すべきではない。例えば、「上方」、「下方」、「左方」、「右方」、「前方」、「後方」、「上部」、「下部」、「水平」、「垂直」、「上流」、「下流」、「前部」、「後部」及び同様のものなどのような用語は、図に示す構成を単に記述しているに過ぎない。実際に、本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、あらゆる方向に配向することができ、従って、専門用語は、特にそうではないことを明記しない限りそのような変形形態を包含するものと理解すべきである。

本発明の実施形態は、少なくとも１つのターボ機械の排ガスの一部分を再循環させることができ、その場合にユニットの信頼性及び有用性に悪影響を与えることなく排ガスを入口空気と混合しかつターボ機械に再流入させることができるようなシステムの形態を取っている。

一般的に、本発明の実施形態の排気ガス再循環システムは、複数の要素からなる。要素の構成及びシーケンスは、排気ガスの組成によって決定することができる。一般的には、排気ガス再循環プロセスを含む段階は、冷却すること、洗浄（スクラビング）すること、デミスト（水除去）すること、高効率で微粒子及び小滴を除去すること、及び混合することを含む。本発明を利用すると、入口空気と混合された分流ガスは、有害な影響なくタービン入口に導入することができる。下記に説明するように、排気ガス処理を達成するのに用いることができる複数の構成が存在する。

本発明は、ＮＯｘ、高濃度ＣＯ_２及び有害成分のレベルを低下させる技術的効果を有し、これらの全ては、排ガス（以下では、「排気ストリーム」又は同様のもの）の一部分内に存在している可能性がある。これらのレベルは、第１のレベルから、ターボ機械のオペレータが決定することができる第２のレベルに低下させることができる。本発明の実施形態はまた、高濃度ＣＯ_２エミッションの除去及び隔離を可能にすることができる。

本発明は、それに限定されないが、高出力ガスタービン、航空転用ガスタービン又は同様のもの（以下では、「ガスタービン」と呼ぶ）のようなガス状流体を生成する様々なターボ機械に適用することができる。本発明の実施形態は、単一のガスタービン又は複数のガスタービンのいずれかに適用することができる。本発明の実施形態は、単純サイクル又は複合サイクル構成として作動するガスタービンに適用することができる。

下記に説明するように、本発明の実施形態は、少なくとも１つのスクラバ、又は少なくとも１つのスクラバと少なくとも１つの下流側熱交換器、又は少なくとも１つのスクラバと少なくとも１つの上流側熱交換器、又は少なくとも１つのスクラバと少なくとも１つの下流側熱交換器と少なくとも１つの上流側熱交換器、又はそれらの様々な組合せを利用することができる。さらに、前述の実施形態の各々及びいずれかは、排気ストリーム内の有害成分のレベルを低下させるための試薬を導入することができるインジェクタと、成分を除去するための湿式電気集塵器とを含むことができる。

それに限定されないが、スクラバ及び熱交換器のような本発明の要素は、その下で排気ガス再循環システムが機能しかつ作動することができる作動環境に耐えることができるあらゆる材料で製作することができる。

次に、幾つかの図にわたって様々な参照符号が同様の要素を表わしている図を参照すると、図１は、本発明の実施形態によるターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図である。図１は、ガスタービン１００及び排気ガス再循環システム１５０を示している。

ターボ機械（以下では、「ガスタービン」）１００は、シャフト１２０を有する圧縮機１１０を含む。空気は、参照符号１２５として圧縮機の入口に流入し、圧縮機１１０によって加圧され、次に燃焼システム１３０に吐出され、燃焼システム１３０において、それに限定されないが天然ガスのような燃料１３５を燃焼させて高エネルギー燃焼ガス１４０を形成し、この高エネルギー燃焼ガスが、タービン１４５を駆動する。タービン１４５において、高温ガスのエネルギーは仕事に変換され、その仕事の幾らかは、シャフト１２０を介して圧縮機１１０を駆動するために使用され、その残りは、負荷（図示せず）を駆動するような有用な仕事に利用することができる。

図１に示すように、排気ガス再循環システム１５０は、少なくとも１つのＥＧＲ流量調整装置１５５及び少なくとも１つのスクラバ１７０を含む。

少なくとも１つのＥＧＲ流量調整装置１５５は、非再循環排ガス１６０と少なくとも１つの排気ストリーム１６５との間に全排ガス流量（図１に図示せず）を分配することができる。少なくとも１つのＥＧＲ流量調整装置１５５は、それに限定されないが約１０，０００ポンド／時間〜約５０，０００，０００ポンド／時間の流量及び約１００°Ｆ〜約１５００°Ｆの温度のような物理的特性の寸法のものとすることができそのような物理的特性に耐えることができる材料で製作することができる。

ガスタービン１００のオペレータは、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の所望の流量に基づいて少なくとも１つのＥＧＲ流量調整装置１５５の（開閉）位置を決定することができる。少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのＥＧＲ流量調整装置１５５から下流方向に少なくとも１つのスクラバ１７０の入口部分に流れることができる。

スクラバシステム（以下では、「スクラバ」）は一般的に、産業排気ストリームから微粒子及び／又は他のエミッションを除去することができる空気汚染制御装置と見なされる。スクラバは、ガスストリームから望ましくない汚染物質を「洗浄する」ための液体を含む「洗浄（スクラビング）プロセス」又は同様のものを用いることができる。

本発明の実施形態では、少なくとも１つのスクラバ１７０は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受けた後に幾つかの機能を実行することができる。少なくとも１つのスクラバ１７０は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲に低下させることができる。少なくとも１つのスクラバ１７０はまた、少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の複数の成分（図示せず）の一部分を第１のレベルから第２のレベルまで除去することができる。本発明の実施形態では、少なくとも１つのターボ機械のオペレータは、第２のレベルの要求値を決定することができる。成分には、例えばそれに限定されないが、水蒸気、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの少なくとも１つを含むことができる。

少なくとも１つのスクラバ１７０は、スクラバ冷却流体１７２、１７４を受けかつ後で吐出することができ、これらのスクラバ冷却流体１７２、１７４は、説明したように、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させるのに必要な熱伝達を可能にするタイプのものとすることができる。

少なくとも１つのスクラバ１７０は、前述の成分及び高濃度ＣＯ_２の一部分を除去することができる少なくとも１つのスクラバブローダウンライン１７６を含むことができる。凝縮ライン１７８は、洗浄プロセスの間に凝縮する可能性がある少なくとも１つの排気ストリーム１６５の一部分を除去することができる。スクラバ再循環ライン１８０は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の一部分を再循環させて、洗浄プロセスの有効性を高めることができる。

洗浄プロセス後に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、下流方向に圧縮機１１０に流れることができる。次に、排気ガス再循環システム１５０は、圧縮機１１０によって加圧が行われる前に、入口空気１２５を少なくとも１つの排気ストリーム１６５と混合することができる。

使用中に、本発明の上述の実施形態の排気ガス再循環システム１５０は、ガスタービン１００が作動状態にある間に機能する。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の所望の流量を可能にするように位置することができ、非再循環排ガス１６０は、排気筒（図示せず）又は同様のもの、或いはそれに限定されないが熱回収蒸気発生器（図示せず）のような他の場所を通して流すことができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、上述のように少なくとも１つのスクラバ１７０を通って下流方向に流れることができる。少なくとも１つのスクラバ１７０において、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度は、飽和温度以下に低下させることができる。スクラバ冷却流体１７２、１７４の使用及び少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度の低下により、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の一部分がスクラバ再循環ライン１８０を通って流れるようにすることができる。ここで、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の凝縮性蒸気の一部分は、凝縮ライン１７８を介して除去することができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのスクラバ１７０から下流方向に圧縮機１１０内に流れることができる。

下記に説明しかつ図２〜図５に示す本発明の別の実施形態は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の流路及び排気ガス再循環システム１５０の構成を変更している。各実施形態の説明では、上述の実施形態との相違を強調することにする。さらに、図２〜図５は、複合サイクル作動用として構成された少なくとも１つのガスタービン１００を示している。ここで、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２００は、ガスタービン１００の全排ガスを受ける。図２〜図５に示すように、ＥＧＲ流量調整装置１５５は、ＨＲＳＧ２００の下流に連結しかつ前述のように機能させることができる。

図２は、本発明の第２の実施形態によるターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図である。本発明のこの第２の実施形態では、排気ガス再循環システム１５０は、少なくとも１つのスクラバ１７０、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０、少なくとも１つのデミスタ２３０及び少なくとも１つの混合ステーション２４０を含むことができる。

本スクラバ１７０のこの第２の実施形態では、少なくとも１つのスクラバ１７０は、説明したように、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させることができ、また少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の複数の成分（図示せず）の一部分を除去することができる。

少なくとも１つのスクラバ１７０は、説明したように、少なくとも１つのスクラバブローダウンライン１７６、及び少なくとも１つのスクラバ再循環ライン１８０を含むことができる。少なくとも１つのスクラバ１７０はまた、洗浄プロセスにおいて用いる流体を供給することができる少なくとも１つのスクラバ補給ライン２１０を含むことができる。

少なくとも１つの下流側熱交換器２２０は、少なくとも１つのスクラバ１７０の下流に設置することができ、少なくとも１つの排気ストリーム１６５を冷却して、ガスタービン１００の性能が高温入口空気１３０の温度による悪影響を受ける可能性がないような適正な温度まで低下させることができる。例えば、それに限定されないが、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を約３５°Ｆ（ほぼ氷結温度）〜約１００°Ｆの範囲に低下させることができる。

少なくとも１つの下流側熱交換器２２０は、下流冷却流体２２２、２２４を受けかつ後で吐出することができ、これらの冷却流体２２２、２２４は、説明したように、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させるのに必要な熱伝達量を可能にするタイプのものとすることができる。

少なくとも１つの下流側熱交換器２２０はまた、熱交換プロセスの間に凝縮する可能性がある少なくとも１つの排気ストリーム１６５の一部分を除去することができる少なくとも１つの凝縮ライン１７８を含むことができる。

少なくとも１つのデミスタ２３０は、本発明のこの第２の実施形態では少なくとも１つの下流側熱交換器２２０の下流に設置することができる。少なくとも１つのデミスタ２３０は、洗浄及び熱交換プロセスにより持ち込まれた可能性がある水滴を少なくとも１つの排気ストリーム１６５から除去することができる。

説明するように、本発明の実施形態は、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０の下流に設置することができる少なくとも１つの混合ステーション２４０を含むことができる。少なくとも１つの混合ステーション２４０は、入口空気１２５と少なくとも１つの排気ストリーム１６５とを混合しかつ圧縮機２４０に流入する入口流体２５０を形成する装置と見なすことができる。

少なくとも１つの混合ステーション２４０は、例えばそれに限定されないが、バッフル、流れ方向転換装置又は同様のものを利用して、入口空気１２５を少なくとも１つの排気ストリーム１６５と混合することができる。

図１に示すように、本発明の実施形態は、少なくとも１つの混合ステーション２４０を必要としない場合がある。ここで、例えばそれに限定されないが、入口空気１２５及び少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、それに限定されないが、プレナム内、入口フィルタハウジング近傍又は同様な位置の入口ダクトのような圧縮機１１０に隣接する区域内で混合することができる。

使用中に、本発明の第２の実施形態の排気ガス再循環システム１５０は、ガスタービン１００が作動状態にある間に機能する。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、前述のように、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の所望の流量を可能にするように位置することができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、上述のように、少なくとも１つのスクラバ１７０を通って下流方向に流れることができる。少なくとも１つのスクラバ１７０において、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度は、飽和温度以下に低下させることができる。スクラバ冷却流体１７２、１７４の使用及び少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度の低下により、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の一部分がスクラバ再循環ライン１８０を通って流れるようにすることができる。スクラバ１７０内で用いる流体の一部分は、スクラバ補給ライン２１０を介して新たな流体と置き換えることができる。

次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのスクラバ１７０から下流方向に少なくとも１つの下流側熱交換器２２０に流れ、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０において、凝縮ライン１７８を介して少なくとも１つの排気ストリーム１６５の凝縮性蒸気の一部分を除去することができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのデミスタ２３０を通って流れ、その後少なくとも１つの混合ステーション２４０内に流れることができるが、これらの全ては上述している。少なくとも１つの混合ステーション２４０から下流方向に、入口流体２５０は、圧縮機１１０内に流れることができる。本発明のこの第２の実施形態は、少なくとも１つのデミスタ２３０及び少なくとも１つの混合ステーション２４０の別の構成を可能にする。例えばそれに限定されないが、排気ガス再循環システム１５０は、少なくとも１つの混合ステーション２４０が少なくとも１つの下流側熱交換器２２０の直ぐ下流に設置され、従って少なくとも１つのデミスタ２３０が少なくとも１つの混合ステーション２４０の下流に設置されるように構成することができる。

図３は、本発明の第３の実施形態によるターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図である。本発明のこの第３の実施形態と第２の実施形態との間の重要な相違点は、排気ガス再循環システム１５０内で少なくとも１つの熱交換器が設置される場所である。前述のように、本発明の第２の実施形態は、少なくとも１つのスクラバ１７０の下流に設置された少なくとも１つの下流側熱交換器２２０を含むことができる。しかしながら、下記に説明する本発明の第３の実施形態は、少なくとも１つのスクラバ１７０の上流に設置された少なくとも１つの上流側熱交換器３００を含むことができる。本発明のこの第３の実施形態では、排気ガス再循環システム１５０は、少なくとも１つのスクラバ１７０、少なくとも１つの上流側熱交換器３００、少なくとも１つのデミスタ２３０及び少なくとも１つの混合ステーション２４０を含むことができる。

少なくとも１つの上流側熱交換器３００は、少なくとも１つのスクラバ１７０の上流に設置することができ、ＥＧＲ流量調整装置１５５から流出する少なくとも１つの排気ストリーム１６５を受けることができる。少なくとも１つの上流側熱交換器３００は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５を約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲に冷却することができる。

少なくとも１つの上流側熱交換器３００は、上流冷却流体３０２、３０４を受けかつ後で吐出することができ、これらの冷却流体３０２、３０４は、説明したように、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を低下させるのに必要な熱伝達量を可能にするタイプのものとすることができる。

少なくとも１つの上流側熱交換器３００はまた、熱交換プロセスの間に凝縮する可能性がある少なくとも１つの排気ストリーム１６５の一部分を除去することができる少なくとも１つの凝縮ライン１７８を含むことができる。

使用中に、本発明の第３の実施形態の排気ガス再循環システム１５０は、ガスタービン１００が作動状態にある間に機能する。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、前述のように、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の所望の流量を可能にするように位置することができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つの上流側熱交換器３００を通って下流方向に流れることができ、少なくとも１つの上流側熱交換器３００において、凝縮ライン１７８を介して少なくとも１つの排気ストリーム１６５の凝縮性蒸気の一部分を除去することができる。

次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、上述のように、少なくとも１つのスクラバ１７０を通って下流方向に流れることができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのスクラバ１７０から下流方向に少なくとも１つのデミスタ２３０に流れ、その後少なくとも１つの混合ステーション２４０内に流れることができるが、これらの全ては上述している。少なくとも１つの混合ステーション２４０から下流方向に、入口流体２５０は、圧縮機１１０内に流れることができる。本発明のこの第３の実施形態は、少なくとも１つのデミスタ２３０及び少なくとも１つの混合ステーション２４０の別の構成を可能にする。例えばそれに限定されないが、排気ガス再循環システム１５０は、少なくとも１つの混合ステーション２４０が少なくとも１つの下流側熱交換器２２０の直ぐ下流に設置され、従って少なくとも１つのデミスタ２３０が少なくとも１つの混合ステーション２４０の下流に設置されるように構成することができる。

図４は、本発明の第４の実施形態によるターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図である。本発明のこの第４の実施形態の構成は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の熱除去を少なくとも１つのスクラバ１７０の上流及び下流に設置した複数の熱交換器によって達成することを可能にすることができる。この構成は、前述の実施形態の熱交換器よりも比較的小型の熱交換器を可能にすることができる。

本発明のこの第４の実施形態と第２及び第３の実施形態との重要な相違点は、排気ガス再循環システム１５０内に少なくとも１つの下流側熱交換器２２０及び少なくとも１つの上流側熱交換器３００の両方を含んでいる点である。本発明のこの第４の実施形態では、排気ガス再循環システム１５０は、少なくとも１つのスクラバ１７０、少なくとも１つの上流側熱交換器３００、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０、少なくとも１つのデミスタ２３０及び少なくとも１つの混合ステーション２４０を含むことができる。

本発明の第４の実施形態は、少なくとも１つの上流側熱交換器３００、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０及び少なくとも１つのスクラバ１７０の作動を統合して、次に説明するように複数の段階において少なくとも１つの排気ストリーム１６５から熱を除去し、従ってその温度を低下させることができる。

使用中に、本発明の第４の実施形態の排気ガス再循環システム１５０は、ガスタービン１００が作動状態にある間に機能する。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、前述のように、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の所望の流量を可能にするように位置することができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つの上流側熱交換器３００を通って下流方向に流れることができ、少なくとも１つの上流側熱交換器３００は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を約１２０°Ｆ〜約１５０°Ｆの範囲に低下させることができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、上述のように、その後少なくとも１つのスクラバ１７０を通って下流方向に流れることができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのスクラバ１７０から下流方向に少なくとも１つの下流側熱交換器２２０を通って流れることができ、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲に低下させることができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのデミスタ２３０を通って流れ、その後少なくとも１つの混合ステーション２４０内に流れることができるが、これらの全ては上述している。少なくとも１つの混合ステーション２４０から下流方向に、入口流体２５０は、圧縮機１１０内に流れることができる。本発明のこの第４の実施形態は、上述のように、少なくとも１つのデミスタ２３０及び少なくとも１つの混合ステーション２４０の別の構成を可能にする。

本発明の第４の実施形態はまた、少なくとも１つの排気ストリーム１６５からの熱除去の別の段階化を可能にすることができる。例えばそれに限定されないが、少なくとも１つの上流側熱交換器３００は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を約１５０°Ｆ〜約３５０°Ｆの範囲に低下させることができ、次に少なくとも１つのスクラバ１７０は、その温度を約１２０°Ｆ〜約１５０°Ｆの範囲に低下させることができ、次に少なくとも１つの下流側熱交換器２２０は、その温度を約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲に低下させることができる。

図５は、本発明の第５の実施形態によるターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図である。本発明のこの第５の実施形態と第４の実施形態との重要な相違点は、少なくとも１つのインジェクタ５００及び少なくとも１つの湿式電気集塵器５１０を含んでいる点である。説明したように、少なくとも１つのスクラバ１７０は、洗浄プロセスにおいて流体を用いて、少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の成分の一部分を除去することができる。成分の性質により、成分の除去を助ける試薬が必要となる場合がある。試薬は、成分を除去するために吸着プロセスを行うことができる。試薬は、例えばそれに限定されないが、アンモニア、石灰石ベース液体試薬、水、又は同様のもの、及びそれらの組合せを含むことができる。少なくとも１つのインジェクタ５００は、排気ガス再循環システム１５０の少なくとも１つのスクラバ１７０内に試薬を注入することができる。

試薬を用いる吸着プロセスは、微粒子物質を生成する可能性があり、これら微粒子物質は、少なくとも１つのスクラバ１７０から除去しなければならない。少なくとも１つの湿式電気集塵器５１０は、微粒子物質を除去することができる。一般的には、湿式電気集塵器５１０は、少なくとも１つのスクラバ１７０から微粒子物質を除去する際に、静電荷を誘導しかつ液体を利用して洗浄に似た作用を実行することができる。

少なくとも１つのインジェクタ５００及び少なくとも１つの湿式電気集塵器５１０は、前述の実施形態のいずれにも付加することができる。下記に説明するように、少なくとも１つのインジェクタ５００及び少なくとも１つの湿式電気集塵器５１０は、前述の凝縮及び洗浄プロセスでは少なくとも１つの排気ストリーム１６５内の成分が第２のレベルまで減少しない場合に利用することができる。

図５に示すような本発明の第５の実施形態では、排気ガス再循環システム１５０は、少なくとも１つのスクラバ１７０、少なくとも１つのインジェクタ５００、少なくとも１つの上流側熱交換器３００、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０、少なくとも１つの湿式電気集塵器５１０、少なくとも１つのデミスタ２３０及び少なくとも１つの混合ステーション２４０を含むことができる。

使用中に、図５に示すような本発明の第５の実施形態の排気ガス再循環システム１５０は、ガスタービン１００が作動状態にある間に機能する。ＥＧＲ流量調整装置１５５は、前述のように、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の所望の流量を可能にするように位置することができる。少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つの上流側熱交換器３００を通って下流方向に流れることができ、少なくとも１つの上流側熱交換器３００は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を約１２０°Ｆ〜約１５０°Ｆの範囲に低下させることができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、説明したように、その後下流方向に少なくとも１つのスクラバ１７０に流れることができ、少なくとも１つのインジェクタ５００が、少なくとも１つの試薬を注入することができる。次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つのスクラバ１７０から下流方向に少なくとも１つの下流側熱交換器２２０を通って流れることができ、少なくとも１つの下流側熱交換器２２０は、少なくとも１つの排気ストリーム１６５の温度を約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲に低下させることができる。

次に、少なくとも１つの排気ストリーム１６５は、少なくとも１つの湿式電気集塵器５１０、次に少なくとも１つのデミスタ２３０を通って流れ、その後少なくとも１つの混合ステーション２４０内に流れることができるが、これらの全ては上述している。少なくとも１つの混合ステーション２４０から下流方向に、入口流体２５０は、圧縮機１１０内に流れることができる。

本発明の第５の実施形態は、上述のように、少なくとも１つのデミスタ２３０及び少なくとも１つの混合ステーション２４０の別の構成を可能にする。本発明の第５の実施形態はまた、説明したように、少なくとも１つの排気ストリーム１６５からの熱除去の別の段階化を可能にすることができる。

本明細書で用いる専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で用いる場合に、数詞のない形の表現は、そうではないことを明確に示していない限り複数の形態も同様に含むことを意図している。本明細書で用いる場合に、「含む」及び／又は「含んだ」という用語は、記載した特徴、整数、段階、動作、要素及び／又は構成部品の存在を特定するが、１つ又はそれ以上のその他の特徴、整数、段階、動作、要素、構成部品及び／又はその群の存在又は付加を排除するものではないことをさらに理解されたい。

本明細書では、特定の実施形態を示しかつ説明してきたが、同じ目的を達成するのに適したあらゆる構成は、示した特定の実施形態と置き換えることができること、また本発明は、他の環境においてその他の用途を有することを理解されたい。本出願は、本発明のあらゆる改造又は変形を保護することを意図している。特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲を本明細書に記載した特定の実施形態に限定することを決して意図するものではない。

本発明の実施形態による、ターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図。 本発明の第２の実施形態による、ターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図。 本発明の第３の実施形態による、ターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図。 本発明の第４の実施形態による、ターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図。 本発明の第５の実施形態による、ターボ機械の排ガスを再循環させるためのシステムの実施例を示す概略図。

符号の説明

１００ ターボ機械、ガスタービン
１１０ 圧縮機
１２０ シャフト
１２５ 入口空気
１３０ 燃焼システム
１３５ 燃料
１４０ 高エネルギー燃焼ガス
１４５ タービン
１５０ 排気ガス再循環システム
１５５ ＥＧＲ流量調整装置
１６０ 非再循環排ガス
１６５ 排気ストリーム
１７０ スクラバ
１７２ スクラバ冷却流体
１７４ スクラバ冷却流体
１７６ スクラバブローダウンライン
１７８ 凝縮ライン
１８０ スクラバ再循環ライン
２００ 熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
２１０ スクラバ補給ライン
２２０ 下流側熱交換器
２２２ 下流冷却流体
２２４ 下流冷却流体
２３０ デミスタ
２４０ 混合ステーション
２５０ 入口流体
３００ 上流側熱交換器
３０２ 上流冷却流体
３０４ 上流冷却流体
５００ インジェクタ
５１０ 湿式電気集塵器

Claims (10)

1. 入口部分及び排出部分を備えた少なくとも１つのターボ機械（１００）の少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）内の成分を減少させるためのシステムであって、
   少なくとも１つのスクラバ（１７０）を備えた少なくとも１つの排気ガス再循環システム（ＥＧＲ）（１５０）を設けることを含み、前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）が、
   前記少なくとも１つのターボ機械（１００）の排出部分から第１の温度で前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を受け、
   第１のレベルで成分を含む前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を受け、
   前記成分を第２のレベルまで減少させ、かつ
   前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を第２の温度で流出させることを可能にする、ことができ、
   前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）が、前記少なくとも１つのターボ機械（１００）から流出する全排ガスの一部分であり、
   前記少なくとも１つのＥＧＲ（１５０）が、前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）から流出する前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を前記入口部分に再循環させる、
   システム。
2. 前記排出部分の下流かつ前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）の上流に据え付けられた少なくとも１つの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（２００）をさらに含み、
   前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）が、前記少なくとも１つのターボ機械（１００）の排出部分から前記ＨＲＳＧ（２００）の入口部分に流れ、次に前記ＨＲＳＧ（２００）の出口部分から前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）の入口部分に流れる、
   請求項１記載のシステム。
3. 前記成分が、水、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム。
4. 流出する前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）が、約１０，０００ポンド／時間〜約５０，０００，０００ポンド／時間の流量及び約１００°Ｆ〜約１５００°Ｆの温度を含む、請求項１記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つのターボ機械（１００）から流出する前記全排ガスから前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を分流させるようになった少なくとも１つのＥＧＲ流量調整装置（１５５）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）の出口部分から前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を受けかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）の温度を低下させる少なくとも１つの下流側熱交換器（２２０）と、
   前記少なくとも１つの下流側熱交換器（２２０）の下流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）から水を除去する少なくとも１つのデミスタ（２３０）と、
   前記少なくとも１つのターボ機械（１００）の入口部分の上流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を前記少なくとも１つのターボ機械（１００）に流入する入口空気（１２５）と混合する少なくとも１つの混合ステーション（２４０）と、
   をさらに含む、請求項５記載のシステム。
7. 前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）内の前記成分の一部分を吸着するための少なくとも１つの試薬を、前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）内に注入するようになった少なくとも１つのインジェクタ（５００）と、
   前記少なくとも１つの下流側熱交換器（２２０）の下流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）内の前記成分の一部分を除去する少なくとも１つの湿式電気集塵器（５１０）と、
   をさらに含む、請求項６記載のシステム。
8. 前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を受け、
   前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）の温度を低下させ、かつ
   前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）の入口部分に流すことを可能にする、
   ことができる少なくとも１つの上流側熱交換器（３００）と、
   前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）の下流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）から水を除去する少なくとも１つのデミスタ（２３０）と、
   前記少なくとも１つのターボ機械（１００）の入口部分の上流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を前記少なくとも１つのターボ機械（１００）に流入する入口空気（１２５）と混合する少なくとも１つの混合ステーション（２４０）と、
   をさらに含む、請求項５記載のシステム。
9. 前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を受け、
   前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）の温度を低下させ、かつ
   前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）の入口部分に流すことを可能にする、
   ことができる少なくとも１つの上流側熱交換器（３００）と、
   前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）の出口部分から前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を受けかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）の温度を低下させる少なくとも１つの下流側熱交換器（２２０）と、
   前記少なくとも１つの下流側熱交換器（２２０）の下流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）から水を除去する少なくとも１つのデミスタ（２３０）と、
   前記少なくとも１つのターボ機械（１００）の入口部分の上流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を前記少なくとも１つのターボ機械（１００）に流入する入口空気（１２５）と混合する少なくとも１つの混合ステーション（２４０）と、
   をさらに含む、請求項５記載のシステム。
10. 前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）内の前記成分の一部分を吸着するための少なくとも１つの試薬を、前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）内に注入するようになった少なくとも１つのインジェクタ（５００）と、
    前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を受け、
    前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）の温度を低下させ、かつ
    前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）の入口部分に流すことを可能にする、
    ことができる少なくとも１つの上流側熱交換器（３００）と、
    前記少なくとも１つのスクラバ（１７０）の出口部分から前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を受けかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）の温度を低下させる少なくとも１つの下流側熱交換器（２２０）と、
    前記少なくとも１つの下流側熱交換器（２２０）の下流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）内の前記成分の一部分を除去する少なくとも１つの湿式電気集塵器（５１０）と、
    前記少なくとも１つの下流側熱交換器（２２０）の下流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）から水を除去する少なくとも１つのデミスタ（２３０）と、
    前記少なくとも１つのターボ機械（１００）の入口部分の上流に連結されかつ前記少なくとも１つの排気ストリーム（１６５）を前記少なくとも１つのターボ機械（１００）に流入する入口空気（１２５）と混合する少なくとも１つの混合ステーション（２４０）と、
    をさらに含む、請求項５記載のシステム。

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