JP2009115086A - ターボ機械が発生する硫黄酸化物排出量を低減するためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械が発生する硫黄酸化物排出量を低減するためのシステムを提供する。
【解決手段】ターボ機械（１００）が発生する排気の一部は、排気ガス再循環システム（１５０）によって吸気部を通して再循環される。システム（１５０）は、再循環させる前に排気流（１６５）内の硫黄酸化物及びその他の成分のレベルを低下させる。システム（１５０）は、スクラビングプロセスの一部として海水、淡水又はそれらの組合せを利用して、硫黄酸化物及びその他の成分のレベルを低下させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボ機械から放出される排気ガスに関し、より具体的には、排気ガスをターボ機械内に再循環して戻す前に該排気ガス内の硫黄酸化物を低減するためのシステムに関する。

窒素酸化物（以下においては、ＮＯｘ）、二酸化炭素（以下においては、ＣＯ₂）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）排出量の環境に対する長期にわたる影響についての関心が益々大きくなってきている。ガスタービンのようなターボ機械が放出する可能性がある排出量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は、放出されるＮＯｘ、ＣＯ₂及びＳＯｘのレベルを低下させる方法を切望している。

排気ガス流内には、大量の凝縮可能な蒸気が存在する。これらの蒸気には通常、水、酸、アルデヒド、炭化水素、硫黄酸化物及び塩素化合物のような多様な成分が含まれる。これらの成分は、未処理のまま放置されてガスタービン内への流入が許された場合には、内部構成要素の腐食及び汚損を加速することになる。

排気ガス再循環（ＥＧＲ）は一般的に、放出排気の一部をターボ機械の吸気部を通して再循環させ、燃焼に先立ってそこで排気の一部を流入空気流と混合することを含む。このプロセスは、濃縮ＣＯ₂の除去及び隔離を可能にし、かつＮＯｘ及びＳＯｘ排出量レベルもまた低下させる。

現在公知のＥＧＲシステムには、幾つかの問題点が存在する。排気ガス内の不純物及び水分は、ＳＯｘ排出量のような放出物の発生を低減するために単純な再循環ループを利用することを妨げる。ターボ機械の内部構成要素のタービン汚損、腐食及び促進摩耗は、ターボ機械の吸気部に排気ガスを直接導入することにより生じることになる。結果として、分流排気ガスは、吸入空気と混合するのに先立って処理すべきである。

上記の理由により、再循環排気ガス流内におけるＳＯｘ排出量のレベルを低下させるためのシステムに対する必要性が存在する。本システムは、ターボ機械構成要素に対する排気ガス流内の有害成分の影響を最少化することになる。

本発明の実施形態によると、吸気部と排気部とを含む１以上のターボ機械１００の１以上の排気流１６５内に放出される硫黄酸化物（ＳＯｘ）を低減するためのシステムを提供し、本システムは、１以上の排気ガス再循環（ＥＧＲ）ファン１６７と上流側熱交換器３００とを含む１以上の排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム１５０を含み、該１以上のＥＧＲシステム１５０は、１以上のターボ機械１００の排気部から第１のレベルでＳＯｘを含む１以上の排気流１６５を第１の温度で受け、該ＳＯｘを第２のレベルまで低減しかつ１以上の排気流１６５が吸気部に第２の温度で流入するのを可能にすることができ、１以上の排気流１６５は、１以上のターボ機械１００から流出する全排気流１４７の一部であり、また上流側熱交換器３００は、１以上のＥＧＲファン１６７の上流に設置される。

排気ガス再循環システム１５０は、１以上の排気流１６５内の成分を第１のレベルから第２のレベルまで低減することができ、それら成分には、ＮＯｘ、ＣＯ₂、水、塩素イオン、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの１以上が含まれる。

本システムはさらに、１以上のターボ機械１００から流出する全排気流１４７から１以上の排気流１６５を分流させるための１以上のＥＧＲダンパ１５５を含むことができる。

本システムはさらに、ターボ機械１００の排気部の下流にかつ上流側熱交換器３００の上流に設置された１以上の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２００を含むことができ、１以上の排気流１６５は、１以上のターボ機械１００の排気部から１以上のＨＲＳＧ２００の入口部に流れ、次に前１以上のＨＲＳＧ２００の出口部から上流側熱交換器３００の入口部に流れる。

ＳＯｘの第１のレベルは、約１０重量ｐｐｂ〜約１００重量ｐｐｂの範囲を含むことができる。さらに、本システムのＳＯｘの第２のレベルは、約０．１重量ｐｐｂ〜約２０重量ｐｐｂの範囲を含むことができる。

本システムはさらに、入口部及び出口部を含む１以上のスクラバ１７０と、下流側熱交換器２２０とを含むことができ、１以上のスクラバ１７０の入口部は、上流側熱交換器３００の出口部から１以上の排気流１６５を受け、１以上のスクラバ１７０の出口部は、１以上の排気流１６５が１以上のＥＧＲファン１６７の入口部に流れるのを可能にし、１以上のスクラバ１７０は、１以上の排気流１６５を受けかつ１以上の排気流１６５内の成分を第１のレベルから第２のレベルまで低減することができ、それら成分には、ＮＯｘ、ＣＯ₂、水、塩素イオン、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの１以上が含まれ、下流側熱交換器２２０は、１以上のスクラバ１７０の出口部の下流にかつＥＧＲファン１６７の上流に設置され、下流側熱交換器２２０は、１以上の排気流１６５の温度を低下させ、１以上の上流側熱交換器３００から流出する１以上の排気流１６５の温度は、約１２０°Ｆ〜約１５０°Ｆであり、また１以上の下流側熱交換器２２０から流出する１以上の排気流１６５の温度は、約６０°Ｆ〜約１００°Ｆである。本システムの１以上のスクラバ１７０は、淡水、海水又はそれらの組合せを含むスクラバ流体１７２、１７４を利用することができる。

それに代えて、本システムはさらに、入口部及び出口部を含む１以上のスクラバ１７０と、１以上のターボ機械１００の排気部の下流にかつＨＲＳＧ２００の上流に連結されまた排気ガス再循環システムと統合されたバイパス排気筒２３０と、バイパス排気筒２３０と統合されて１以上の排気流１６５の逆流を防止する複数のダンパドア２４０、２４２、２４４、２４６とを含むことができ、１以上のスクラバ１７０の入口部は、上流側熱交換器３００の出口部から１以上の排気流１６５を受け、１以上のスクラバ１７０の出口部は、１以上の排気流１６５が１以上のＥＧＲファン１６７の入口部に流れるのを可能にし、１以上のスクラバ１７０は、硫黄酸化物排出量を第１のレベルで含む１以上の排気流１６５を受けかつ１以上の排気流１６５内の成分を第１のレベルから第２のレベルまで低減することができ、それら成分には、ＮＯｘ、ＣＯ₂、水、塩素イオン、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの１以上が含まれる。ここでは、１以上のスクラバ１７０は、淡水、海水又はそれらの組合せを含むスクラバ流体１７２、１７４を利用する。

好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、本発明の特定の実施形態を示す添付図面を参照する。異なる構造及び作動を有するその他の実施形態も、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、特定の用語は、専ら読者の便宜のために使用しており、本発明の技術的範囲に対する限定として解釈すべきではない。例えば、「上方」、「下方」、「左側」、「右側」、「前部」、「後部」、「頂部」、「底部」、「水平」、「垂直」、「上流」、「下流」、「前方」、「後方」等々のような用語は、図に示す構成を単に記述しているに過ぎない。実際には、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、従ってこれらの用語は、特に断わらない限り、そのような様々な形態を含むものと理解されたい。

本発明の実施形態は、１以上のターボ機械の排気の一部を再循環させることによって、ＳＯｘ排出量のレベルを低下させることができるシステムの形態をとっており、この排気の一部は、ターボ機械に再流入させるのに先立って、ユニットの信頼性及び可用性に悪影響を与えない状態で吸入空気と混合することができる。

本発明は、それらの全てが排気の一部（以下においては、「排気流」又は同様のもの）内に存在する可能性があるＳＯｘ、ＮＯｘ、濃縮ＣＯ₂及びその他の有害成分のレベルを低下させる技術的効果を有する。これらのレベルは、第１のレベルから第２のレベルまで低下させることができる。本発明は、ＳＯｘ、ＮＯｘ、濃縮ＣＯ₂及びその他の有害成分のレベルを低下させる２つの方法を組入れることができる。

本発明は、前述の成分を凝縮しかつ次に除去することができる飽和温度に排気流の温度を低下させることができる。本発明はまた、排気流の温度を低下させ、かつ該排気流温度でスクラビングプロセス（又は、同様のもの）を使用することができる。

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（以下においては、「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で作動するガスタービンに適用することができる。

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、複数の要素を含む。それらの要素の構成及び配列は、排気ガスの組成と使用する冷却流体のタイプによって決定することができる。一般に、排気ガス再循環プロセスに含むステップは、冷却すること、成分を低減すること及び混合することである。本発明を利用する場合には、吸入空気と混合する分流ガスは、有害物質を含まない状態でタービン吸入口に導入することができる。以下で説明するように、排気ガス処理を達成するために多様な装置を使用することができる。

以下で説明するように、本発明の実施形態は、１以上のＥＧＲファンと上流側熱交換器、或いは１以上のＥＧＲファンと上流側熱交換器と１以上のスクラバ、或いは１以上のＥＧＲファンと上流側熱交換器と１以上のスクラバと１以上の下流側熱交換器を利用することができる。

本発明のこの実施形態のいずれも、ターボ機械の一部内への排気流の逆流を防止することができる複数のダンパドアを含むことができる。また、この実施形態のいずれもまた、排気流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１以上のインジェクタを含むことができ、また亜硫酸粒子を含む前述の成分を除去するための１以上の湿式電気集塵装置を含むことができる。

本発明は、ＳＯｘ化合物を除去する、また排気流の温度を低下させる可能性がある１以上のスクラバを使用することについて記述しているが、その他の手段を使用することもできる。例えば、それに限定されないが、噴霧搭、蒸発ガス調整搭又は同様のものを含むその他の吸収槽を使用して、スクラバの機能を実行することができる。

以下で説明する本発明のこの実施形態では、スクラバは、淡水、海水又はそれらの組合せを含むスクラバ流体を使用することができる。

一般的に、海水の組成は、個々の水源間でまた個々の水源内において絶えず変化する。海水のアルカリ度における変動は、ＳＯｘ除去の効率に影響を及ぼす可能性があり、またスクラバ内で使用する流体（以下においては、「スクラバ流体」）の流量に影響を及ぼす可能性がある。ＥＧＲ１５０の性能に対するスクラバ流体特性の影響を最少化するために、本発明の実施形態は、１以上のスクラバ１７０内に導入するのに先立って、海水と淡水とを混合することができる。混合した流体は、海水組成における変動の影響を最少化することができる。

それに限定されないが、ＥＧＲファン、スクラバ及び熱交換器のような本発明の要素は、排気ガス再循環システムを機能させかつ作動させることができる動作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、幾つかの図を通して様々な参照符号が同様な要素を表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、ＳＯｘ排出量を低減す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、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２００及び排気ガス再循環システム１５０を示している。

それに代えて、排気ガス再循環システム１５０は、ＨＲＳＧ２００を有しないサイトに設置されたガスタービン１００上で利用することもできる。

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において圧縮機１１０の入口に流入し、該圧縮機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を形成し、この高エネルギー燃焼ガスによりタービン１４５を駆動する。タービン１４５内では、高温ガスのエネルギーが仕事に変換され、その仕事の幾らかを使用してシャフト１２０を介して圧縮機１１０を駆動し、残りの部分は、負荷（図示せず）を駆動するような有用な仕事に使用可能である。

図１に示すような排気ガス再循環システム１５０は、１以上のＥＧＲダンパ１５５と、１以上の上流側熱交換器３００と、１以上のＥＧＲファン１６７とを含む。

１以上のＥＧＲダンパ１５５は、全排気流１４７を非再循環排気１６０と１以上の排気流１６５とに分配することができる。１以上のＥＧＲダンパ１５５は、それに限定されないが約１００００Ｌｂ／ｈｒ〜約５００００００Ｌｂ／ｈｒの流量及び約１００°Ｆ〜約１５００°Ｆの温度のような１以上の排気流１６５の物理特性に耐えることができるような寸法のものとすることができかつ該物理特性に耐えることができるような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、１以上の排気流１６５の所望の流量に基づいて１以上のＥＧＲダンパ１５５の位置を決定することができる。１以上の排気流１６５は、１以上のＥＧＲダンパ１５５から下流方向に１以上の上流側熱交換器３００の入口部に流れることができる。

１以上の上流側熱交換器３００は、１以上のＥＧＲダンパ１５５の下流に設置することができ、かつＥＧＲダンパ１５５から流出する１以上の排気流１６５を受けることができる。１以上の上流側熱交換器３００及び１以上の下流側熱交換器２２０（図１には図示せず）は、単独で又は協働して作用して１以上の排気流１６５の温度を飽和温度以下に低下させることができる。このことは、上述した有害成分を含む可能性がある１以上の排気流１６５の一部（以下においては、「凝縮物」）を凝縮させることを可能にする。各熱交換器２２０、３００は、凝縮によって捕捉された粒子の除去を可能にする凝縮物回収システム（図示せず）を含む。

従って、１以上の上流側熱交換器３００は、１以上の排気流１６５を約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲まで冷却することができる。

１以上の上流側熱交換器３００は、上流側冷却流体３０２、３０４を受けかつ吐出することができ、上述べたように１以上の排気流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。

１以上のＥＧＲファン１６７は、ＥＧＲシステム１５０の圧力低下を克服する働きをする。従って、１以上のＥＧＲファン１６７は、１以上の排気流１６５がＥＧＲシステム１５０全体を通って流れるのを可能にすることができる。１以上のスクラバ１７０もまた、１以上の排気流１６５内のＳＯｘ排出量の一部を第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、１以上のターボ機械のオペレータは、第２のレベルの必要条件を決定することができる。

１以上のＥＧＲファン１６７を通って流れた後に、１以上の排気流１６５は、圧縮機１１０に向かって下流方向に流れることができる。排気ガス再循環システム１５０は次に、圧縮機１１０によって行われる加圧に先立って、吸入空気１２５を１以上の排気流１６５と混合させることができる。

使用中に、本発明の上記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の運転時に機能する。ＥＧＲダンパ１５５は、１以上の排気流１６５の所望の流量を可能にするように位置決めすることができ、非再循環排気１６０は、排気筒（図示せず）又は同様のものを通って流れることができる。１以上の排気流１６５は次に、上述したように、１以上の上流側熱交換器３００を通って下流方向に流れることができる。１以上の上流側熱交換器３００において、１以上の排気流１６５の温度は、第１のレベルから第２のレベルまでＳＯｘ排出量を低減するのを可能にする温度範囲に低下させることができる。次に１以上の排気流１６５は、１以上のＥＧＲファン１６７に流れ、次に下流方向に圧縮機１１０内に流入することができる。

以下で説明しかつ図２〜図５に示す本発明の別の実施形態は、１以上の排気流１６５の流れ経路及び排気ガス再循環システム１５０の構成を変更したものである。各実施形態の説明は、上述の実施形態との差異を強調することにする。

図２は、本発明の第２の実施形態による、ＳＯｘ排出量を低減するためのシステムの実施例を示す概略図である。図２に示すように、この第２の実施形態と第１の実施形態との間の主要な相違点は、１以上の上流側熱交換器３００の位置である。この第２の実施形態では、１以上の上流側熱交換器３００は、ＨＲＳＧ２００の下流にかつ１以上のＥＧＲダンパ１５５の上流に設置することができる。この構成は、全排気流１４７からのより大きな熱抽出を可能にすることができる。次に非再循環排気１６０は、それに限定されないが、プロセス処理及び／又は発電のために蒸気を発生することができるボイラ内におけるような他の場所で使用することができる。

図３は、本発明の第３の実施形態による、ＳＯｘ排出量を低減す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の実施形態では、排気ガス再循環システム１５０は、１以上のＥＧＲダンパ１５５と、１以上の上流側熱交換器３００と、１以上のスクラバ１７０と、再循環タンク１８０と、１以上のＥＧＲファン１６７とを含むことができる。

１以上のＥＧＲダンパ１５５及び１以上の上流側熱交換器３００は、前述したように機能することができる。

スクラバシステム（以下においては、「スクラバ」と呼ぶ）は一般的に、産業排気流からの粒子及び／又はその他の排出量を除去することができる空気汚染制御装置であると考えられる。

１以上のスクラバ１７０は、スクラバ流体１７２、１７４を受けかつ次にその後それら流体を吐出することができ、スクラバ流体１７２、１７４は、上述したように１以上の排気流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とすることができる。スクラバ流体１７２、１７４は一般的に、１以上の排気流１６５内の有害成分の一部を吸収する。

本発明のこの第３の実施形態では、スクラバ流体１７２、１７４は、淡水とすることができる。淡水は、それに限定されないが、淡水湖又は井戸のような天然水源から供給することができる。淡水はまた、それに限定されないが、都市用水システム又は同様もののような公的水源によっても供給することができる。

本発明の実施形態では、１以上のスクラバ１７０は、水平に配置することができ、水平に配置することにより、大量の１以上の排気流１６５を経済的かつ効率的な方法で取り扱うのを可能にする。水平配置式スクラバ１７０は、同様な垂直配置式スクラバよりもその製作をより安価に、その設置をより容易に、またその保守をより安価とすることができる。

本発明の実施形態では、１以上のスクラバ１７０は、ＳＯｘ排出量を第１のレベルから第２のレベルまで低減することができる。例えば、それに限定されないが、ＳＯｘ排出量の低減は、約１０重量ｐｐｂ〜約１００重量ｐｐｂの範囲の第１のレベルと、約０．１重量ｐｐｂ〜約２０重量ｐｐｂの範囲の第２のレベルとを含むことができる。

１以上のスクラバ１７０はまた、１以上の排気流１６５内の複数の成分（図示せず）の一部を第１のレベルから第２のレベルまで除去することもできる。本発明の実施形態では、１以上のターボ機械のオペレータは、第２のレベルの必要条件を決定することができる。それら成分には、それに限定されないが、例えばＮＯｘ、ＣＯ²、水、塩素イオン、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの１以上を含むことができる。

排気ガス再循環システム１５０は、１以上のスクラバ１７０が高い流量を提供することを必要とする可能性がある。本発明の実施形態では、再循環タンク１８０を使用して、スクラバ流体１７２、１７４の流量を増大させることができる。図示するように、スクラバ流体１７２、１７４の一部１７４は、再循環タンク１８０内に流入し、次に管路１７２を介して１以上のスクラバ１７０に再流入することができる。

淡水源に応じて、１以上の浄水装置１７７を１以上のスクラバ１７０又は再循環タンク１８０と統合することができる。１以上の浄水装置１７７は、淡水中に存在する可能性がある有害汚染物質を除去することができる。図示するように、１以上の浄水装置１７７は、スクラバ１７０の入口部に隣接させて、再循環タンク１８０の入口部に隣接させて及び／又は再循環タンク１８０の吐出部に隣接させて設置することができる。

本発明は、再循環タンク１８０からの再循環タンク吐出流１８２が１以上の上流側熱交換器３００に対する冷却流体供給源として機能するのを可能にすることによって、排気ガス再循環システム１５０に供給される新規な水量を減少させることができる。この場合に、それに限定されないが、例えば再循環タンク吐出流１８２は、１以上の上流側熱交換器３００内への独立した流れ経路を形成することができる。それに代えて、再循環タンク吐出流１８２は、上流側冷却流体供給流れ経路３０２と混合させることができる。

再循環タンク吐出流１８２を１以上の上流側熱交換器３００と統合することにより、排気ガス再循環システム１５０の全体効率を増大させることができる。

スクラビングプロセス後に、１以上の排気流１６５は、前述したように、１以上のＥＧＲファン１６７に向って下流方向に流れることができる。排気ガス再循環システム１５０は次に、前述したように、圧縮機１１０によって行われる加圧に先立って、吸入空気１２５を１以上の排気流１６５と混合させることができる。

使用中に、本発明の上記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の運転時に機能する。ＥＧＲダンパ１５５は、１以上の排気流１６５の所望の流量を可能にするように位置決めすることができ、非再循環排気１６０は、排気筒（図示せず）又は同様のものを通って流れることができる。１以上の排気流１６５は次に、上述したように、１以上の上流側熱交換器３００を通って下流方向に流れることができる。１以上の上流側熱交換器３００において、１以上の排気流１６５の温度は、第１のレベルから第２のレベルまでＳＯｘ排出量を低減するのを可能にする温度範囲に低下させることができる。

次に、１以上の排気流１６５は次に、１以上のスクラバ１７０に流れることができる。１以上のスクラバ１７０においては、１以上の排気流１６５の温度は、飽和温度以下に低下させることができる。スクラバ流体１７２、１７４の使用により、再循環タンク１８０を通して流すのを可能にし、再循環タンク１８０において、１以上の浄水装置１７７により淡水内の有害成分を除去することができる。

次に、１以上の排気流１６５は、１以上のスクラバ１７０から下流方向に１以上のＥＧＲファン１６７に向かって流れ、次に下流方向に圧縮機１１０内に流入することができる。

図４は、本発明の第４の実施形態による、ＳＯｘ排出量を低減す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の実施形態と第３の実施形態との間の主要な相違点は、この第４の実施形態では、１以上のスクラバ１７０内で、スクラバ流体として淡水ではなく海水が使用することである。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、１以上のＥＧＲダンパ１５５と、１以上の上流側熱交換器３００と、１以上のスクラバ１７０と、１以上のＥＧＲファン１６７と、１以上のフィルタ２１０とを含むことができる。

１以上のＥＧＲダンパ１５５及び１以上の上流側熱交換器３００は、前述したように機能することができる。

上述したように、スクラバは、ガス流から望ましくない汚染物質を「洗い落とす」液体を含む「スクラビングプロセス」又は同様のものを使用することができる。海水を利用するスクラバは、試薬を必要としないものとすることができる。それどころか、海水のアルカリ度つまり緩衝能力は、排気ガスのＳＯｘを中和するように使用される。

１以上のスクラバ１７０は、上述したように水平に配置することができ、またスクラバ流体１７２、１７４を受けかつ次にその後それら流体を吐出することができ、スクラバ流体１７２、１７４は、上述したように１以上の排気流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とすることができる。本発明のこの第４の実施形態では、スクラバ流体１７２、１７４は、海水である。

本発明は、スクラバ流体１７２、１７４の吐出流１７４が１以上の上流側熱交換器３００に対する冷却流体供給源となるのを可能にすることによって、排気ガス再循環システム１５０に供給される新規な水量を減少させることができる。この場合に、それに限定されないが、例えば吐出流１７４は、１以上の上流側熱交換器３００内への独立した流れ経路を形成することができる。それに代えて、吐出流１７４は、上流側冷却流体供給流れ経路３０２と混合させることができる。

吐出流１７４を１以上の上流側熱交換器３００と統合することにより、排気ガス再循環システム１５０の全体効率を増大させることができる。

本発明の実施形態では、１以上のスクラバ１７０は、上述したように、ＳＯｘ排出量を第１のレベルから第２のレベルまで低減することができる。例えば、それに限定されないが、ＳＯｘ排出量の低減は、約１０重量ｐｐｂ〜約１００重量ｐｐｂの範囲の第１のレベルと、約０．１重量ｐｐｂ〜約２０重量ｐｐｂの範囲の第２のレベルとを含むことができる。

１以上のスクラバ１７０はまた、１以上の排気流１６５内の複数の成分（図示せず）の一部を第１のレベルから第２のレベルまで除去することもできる。

海水源に応じて、１以上の浄水装置１７７を１以上のスクラバ１７０と統合することができる。１以上の浄水装置１７７は、上述したように、海水中に存在する可能性がある有害汚染物質を除去することができる。図示するように、１以上の浄水装置１７７は、スクラバ１７０の入口部に隣接させて設置することができる。

スクラビングプロセス後に、１以上の排気流１６５は、前述したように、１以上のＥＧＲファン１６７に向って下流方向に流れることができる。排気ガス再循環システム１５０は次に、それに限定されないが、吸入口フィルタシステムのような１以上のフィルタ２１０に向って下流方向に流れることができ、このフィルタ２１０は、ガスタービン１００に利用されているあらゆる現存のフィルタ又はフィルタシステムに対する補足のものとすることができる。１以上のフィルタ２１０は、ガスタービン１００の吸入口に悪影響を及ぼすおそれがある塩種及び酸種を含有する可能性がある同伴水を除去するデミスタとしての働きをすることができる。１以上のフィルタ２１０はまた、塩を除去することができる。

海水は、ＳＯｘの除去を助ける天然塩を含んでいる。しかしながら、これらの塩は、ガスタービン１００の圧縮機１１０への流入に先立って１以上の排気流１６５から除去されるべきである。１以上のフィルタ２１０は、塩を除去するための高塩化物成分又は同様のものを含むことができる。

１以上のフィルタ２１０を通って流れた後に、１以上の排気流１６５は次に、前述したように、圧縮機１１０によって行われる加圧に先立って、吸入空気１２５と混合することができる。

使用中に、本発明の上記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の運転時に機能する。ＥＧＲダンパ１５５は、１以上の排気流１６５の所望の流量を可能にするように位置決めすることができ、非再循環排気１６０は、排気筒（図示せず）又は同様のものを通って流れることができる。１以上の排気流１６５は次に、上述したように、１以上の上流側熱交換器３００を通って下流方向に流れることができる。１以上の上流側熱交換器３００において、１以上の排気流１６５の温度は、第１のレベルから第２のレベルまでＳＯｘ排出量を低減するのを可能にする温度範囲に低下させることができる。

次に、１以上の排気流１６５は次に、１以上のスクラバ１７０に流れることができる。１以上のスクラバ１７０においては、１以上の排気流１６５の温度は、飽和温度以下に低下させることができる。スクラバ流体１７２、１７４の使用により、再循環タンク１８０を通して流すのを可能にし、再循環タンク１８０において、１以上の浄水装置１７７により海水内の有害成分を除去することができる。

次に、１以上の排気流１６５は、１以上のスクラバ１７０から下流方向に１以上のＥＧＲファン１６７に向かって流れ、次に１以上のフィルタ２１０を通って流れ、次に下流方向に圧縮機１１０内に流入することができる。

図５は、本発明の第５の実施形態による、ＳＯｘ排出量を低減す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の実施形態の構成は、１以上の排気流１６５からの熱除去が、１以上のスクラバ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されることを可能にすることができる。

本発明の第５の実施形態と第４の実施形態との間の主要な相違点は、排気ガス再循環システム１５０内に１以上の下流側熱交換器２２０を含むことである。複数の熱交換器を使用することの利点には、本実施形態内における一次熱交換器、すなわち１以上の上流側熱交換器３００に対する腐食の影響を最少化することが含まれる。本実施形態内における二次熱交換器、すなわち１以上の下流側熱交換器２２０は、有害成分の大部分を除去した後に、１以上の排気流１６５の温度をさらに低下させることができる。この構成は、前述の実施形態の熱交換器よりも比較的小形の熱交換器を可能にすることができる。

図５に示すように、複数の熱交換器を利用することのもう１つの利点は、排気ガス再循環システム１５０に供給される新規の水量が減少することである。１以上の下流側熱交換器２２０の吐出流２２４は、浄化し、かつ次に１以上の上流側熱交換器３００のための上流側冷却流体３０２と混合することができる。

本発明のこの第５の実施形態では、排気ガス再循環システム１５０は、１以上のＥＧＲダンパ１５５と、１以上の上流側熱交換器３００と、１以上のスクラバ１７０と、１以上の下流側熱交換器２２０と、１以上のＥＧＲファン１６７と、１以上のフィルタ２１０とを含むことができ、これらの全ては、以下で説明する１以上の下流側熱交換器２２０を除いて、前述した通りである。

１以上の下流側熱交換器２２０は、１以上のスクラバ１７０の下流にかつ１以上のＥＧＲファン１６７の上流に設置することができる。１以上の下流側熱交換器２２０は、ガスタービン１００の性能が高温吸入空気によって悪影響を受ける可能性がないような妥当な温度まで１以上の排気流１６５を冷却することができる。例えば、それに限定されないが、１以上の下流側熱交換器２２０は、１以上の排気流１６５の温度を約３５°Ｆ（大まかに言って、凍結温度以上）〜約１００°Ｆの範囲まで低下させることができる。

１以上の下流側熱交換器２２０は、下流側冷却流体２２２、２２４を受けかつ次にその後それら流体を吐出することができ、下流側冷却流体２２２、２２４は、１以上の排気流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とすることができる。

図示するように、下流側冷却流体２２２、２２４の吐出流２２４は、１以上の上流側熱交換器３００に対する冷却流体供給源を構成することができる。この場合に、それに限定されないが、例えば吐出流２２４は、１以上の上流側熱交換器３００内への独立した流れ経路を形成することができる。それに代えて、吐出流２２４は、上流側冷却流体供給流れ経路３０２と混合させることができる。

吐出流２２４を１以上の上流側熱交換器３００と統合することにより、排気ガス再循環システム１５０の全体効率を増大させることができる。

本発明の第５の実施形態は、１以上の上流側熱交換器３００、１以上の下流側熱交換器２２０及び１以上のスクラバ１７０の作動を統合して、次に説明するように各段の１以上の排気流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が作動している間に機能する。ＥＧＲダンパ１５５は、前述したように、１以上の排気流１６５の所望の流量を可能にするように位置決めすることができる。１以上の排気流１６５は次に、１以上の上流側熱交換器３００を通って下流方向に流れることができ、この１以上の上流側熱交換器３００は、１以上の排気流１６５の温度を約１２０°Ｆ〜約１５０°Ｆの範囲まで低下させることができる。

次に、１以上の排気流１６５は次に、上述したように、１以上のスクラバ１７０に向って下流方向に流れることができる。１以上の排気流１６５は次に、１以上のスクラバ１７０から下流方向に１以上の下流側熱交換器２２０を通って流れることができ、この下流側熱交換器２２０は、１以上の排気流１６５の温度を約６０°Ｆ〜約１００°Ｆの範囲まで低下させることができる。

次に、１以上の排気流１６５は、１以上のスクラバ１７０から下流方向に１以上のＥＧＲファン１６７に向かって流れ、次に１以上のフィルタ２１０を通って流れ、次に下流方向に圧縮機１１０内に流入することができる。

図６は、本発明の第６の実施形態による、ＳＯｘ排出量を低減す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６の実施形態と全ての前述の実施形態との間の主要な相違点は、排気ガス再循環システム１５０内に複数のダンパドア２４０、２４２、２４４、２４６とバイパス排気筒２３０とを含むことである。この第６の実施形態の特徴形状部は、本発明の前述の実施形態のいずれにも組み込むことができる。

バイパス排気筒２３０及び複数のダンパドア２４０、２４２、２４４、２４６は、１以上のＥＧＲダンパ１５５と組合せて使用して、排気ガス再循環システム１５０が完全ＥＧＲシステム流を生じるようにすることができる。バイパス排気筒２３０及び複数のダンパドア２４０、２４２、２４４、２４６は、排気ガス再循環システム１５０への内部アクセスを可能にしかつ排気ガス再循環システム１５０の総冷却時間の短縮を可能にすることができる。バイパス排気筒２３０及び複数のダンパドア２４０、２４２、２４４、２４６はまた、ガスタービン１００の速度及び運転性を排気ガス再循環システム１５０の速度及び動作性とは分離したものにする働きをすることができる。

複数のダンパドア２４０、２４２、２４４、２４６の各々は、１以上の排気流１６５がガスタービン１００内に逆流する可能性を減少させることのできるチェック弁を含むことができる。

ダンパドア２４２及び２４４は、排気ガス再循環システム１５０の故障時における吸込みから圧縮機１１０を保護するように作動させることができる。ダンパドア２４６は、排気ガス再循環システム１５０が作動していない時に、該排気ガス再循環システム１５０が１以上の排気流１６５を受けるのを防止することができる。

本明細書で使用する用語は、専ら特定の実施形態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。本明細書で使用する場合に、数詞のない表現は、文脈がそうでないことを明示していない限り、複数の形態も同様に含むことを意図している。さらに、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「有する」という用語は、そこに述べた形状部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の形状部、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではない。

本明細書では特定の実施形態を図示しかつ説明してきたが、図示した特定の実施形態は、同一の目的を達成するために考えられるあらゆる構成と置き換えることができこと、また本発明は他の環境におけるその他の用途も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及び変更を保護することを意図している。提出した特許請求の範囲は、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、ＳＯｘ排出量を低減す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、ＳＯｘ排出量を低減す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、ＳＯｘ排出量を低減す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、ＳＯｘ排出量を低減す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、ＳＯｘ排出量を低減するためのシステムの実施例を示す概略図。 本発明の第６の実施形態による、ＳＯｘ排出量を低減す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
１１０ 圧縮機
１２０ シャフト
１２５ 吸入空気
１３０ 燃焼システム
１３５ 燃料
１４０ 燃焼ガス
１４５ タービン
１４７ 全排気流
１５０ 排気ガス再循環システム（ＥＧＲ）
１５５ ＥＧＲダンパ
１６０ 非再循環排気
１６５ 排気流
１６７ ＥＧＲファン
１７０ スクラバ
１７２、１７４ スクラバ流体
１７７ 浄水装置
１８０ 再循環タンク
１８２ 再循環タンク吐出流
２００ ＨＲＳＧ
２１０ フィルタ
２２０ 下流側熱交換器
２２２、２２４ 下流側冷却流体
２３０ バイパス排気筒
２４０、２４２、２４４、２４６ ダンパドア
３００ 上流側熱交換器
３０２、３０４ 上流側冷却流体

Claims (10)

1. 吸気部と排気部とを含む１以上のターボ機械（１００）の１以上の排気流（１６５）内に放出される硫黄酸化物（ＳＯｘ）を低減するためのシステムであって、
   １以上の排気ガス再循環（ＥＧＲ）ファン（１６７）と上流側熱交換器（３００）とを含む１以上の排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム（１５０）を含み、前記１以上のＥＧＲシステム（１５０）が、
   前記１以上のターボ機械（１００）の排気部から第１のレベルでＳＯｘを含む前記１以上の排気流（１６５）を第１の温度で受け、
   前記ＳＯｘを第２のレベルまで低減し、かつ
   前記１以上の排気流（１６５）が前記吸気部に第２の温度で流入するのを可能にする、ことができ、
   前記１以上の排気流（１６５）が、前記１以上のターボ機械（１００）から流出する全排気流（１４７）の一部であり、
   前記上流側熱交換器（３００）が、前記１以上のＥＧＲファン（１６７）の上流に設置される、システム。
2. 前記排気ガス再循環システム（１５０）が、前記１以上の排気流（１６５）内の成分を第１のレベルから第２のレベルまで低減し、
   前記成分が、ＮＯｘ、ＣＯ₂、水、塩素イオン、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの１以上を含む、請求項１記載のシステム。
3. 前記１以上のターボ機械（１００）から流出する前記全排気流（１４７）から前記１以上の排気流（１６５）を分流させるための１以上のＥＧＲダンパ（１５５）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
4. 前記ターボ機械（１００）の排気部の下流にかつ前記上流側熱交換器（３００）の上流に設置された１以上の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（２００）をさらに含み、
   前記１以上の排気流（１６５）が、前記１以上のターボ機械（１００）の排気部から前記１以上のＨＲＳＧ（２００）の入口部に流れ、次に前記１以上のＨＲＳＧ（２００）の出口部から前記上流側熱交換器（３００）の入口部に流れる、請求項１記載のシステム。
5. 前記ＳＯｘの第１のレベルが、約１０重量ｐｐｂ〜約１００重量ｐｐｂの範囲を含む、請求項１記載のシステム。
6. 前記ＳＯｘの第２のレベルが、約０．１重量ｐｐｂ〜約２０重量ｐｐｂの範囲を含む、請求項１記載のシステム。
7. 入口部及び出口部を含む１以上のスクラバ（１７０）と、
   下流側熱交換器（２２０）と、をさらに含み、
   前記１以上のスクラバ（１７０）の入口部が、前記上流側熱交換器（３００）の出口部から前記１以上の排気流（１６５）を受け、
   前記１以上のスクラバ（１７０）の出口部が、前記１以上の排気流（１６５）が前記１以上のＥＧＲファン（１６７）の入口部に流れるのを可能にし、
   前記１以上のスクラバ（１７０）が、前記１以上の排気流（１６５）を受け、かつ前記１以上の排気流（１６５）内の成分を第１のレベルから第２のレベルまで低減することができ、
   前記成分が、ＮＯｘ、ＣＯ₂、水、塩素イオン、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの１以上を含み、
   前記下流側熱交換器（２２０）が、前記１以上のスクラバ（１７０）の出口部の下流にかつ前記ＥＧＲファン（１６７）の上流に設置され、
   前記下流側熱交換器（２２０）が、前記１以上の排気流（１６５）の温度を低下させ、
   前記１以上の上流側熱交換器（３００）から流出する前記１以上の排気流（１６５）の温度が、約１２０°Ｆ〜約１５０°Ｆであり、
   前記１以上の下流側熱交換器（２２０）から流出する前記１以上の排気流（１６５）の温度が、約６０°Ｆ〜約１００°Ｆである、請求項５記載のシステム。
8. 前記１以上のスクラバ（１７０）が、淡水、海水又はそれらの組合せを含むスクラバ流体（１７２、１７４）を利用する、請求項７記載のシステム。
9. 入口部及び出口部を含む１以上のスクラバ（１７０）と、
   前記１以上のターボ機械（１００）の排気部の下流にかつ前記ＨＲＳＧ（２００）の上流に連結されまた前記排気ガス再循環システムと統合されたバイパス排気筒（２３０）と、
   前記バイパス排気筒（２３０）と統合されて前記１以上の排気流（１６５）の逆流を防止する複数のダンパドア（２４０、２４２、２４４、２４６）と、をさらに含み、
   前記１以上のスクラバ（１７０）の入口部が、前記上流側熱交換器（３００）の出口部から前記１以上の排気流（１６５）を受け、
   前記１以上のスクラバ（１７０）の出口部が、前記１以上の排気流（１６５）が前記１以上のＥＧＲファン（１６７）の入口部に流れるのを可能にし、
   前記１以上のスクラバ（１７０）が、硫黄酸化物排出量を第１のレベルで含む前記１以上の排気流（１６５）を受け、かつ前記１以上の排気流（１６５）内の成分を第１のレベルから第２のレベルまで低減することができ、
   前記成分が、ＮＯｘ、ＣＯ₂、水、塩素イオン、酸、アルデヒド、炭化水素又はそれらの組合せの１以上を含む、請求項５記載のシステム。
10. 前記１以上のスクラバ（１７０）が、淡水、海水又はそれらの組合せを含むスクラバ流体（１７２、１７４）を利用する、請求項９記載のシステム。

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