特許 6986844 高温ＳＣＲ触媒のために調整用空気を燃料ガスと混合するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6986844

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】高温ＳＣＲ触媒のために調整用空気を燃料ガスと混合するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20211213BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20211213BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20211213BHJP

   F01D 25/30 20060101ALI20211213BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/24 N

   F01N3/08 B

   B01D53/94 222

   B01D53/94 400

   F01D25/30 B

   F01D25/30 Z

   F02C7/00 B

【請求項の数】13

【外国語出願】

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-29589(P2017-29589)

(22)【出願日】2017年2月21日

(65)【公開番号】特開2017-155747(P2017-155747A)

(43)【公開日】2017年9月7日

【審査請求日】2020年2月18日

(31)【優先権主張番号】15/060,161

(32)【優先日】2016年3月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ホア・チャン

(72)【発明者】

【氏名】ラックシュミカンタ・マーチャント

(72)【発明者】

【氏名】ブラッドリー・アーロン・キッペル

(72)【発明者】

【氏名】バレリー・イワノビッチ・ポンヤヴィン

【審査官】 楠永 吉孝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０３８５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３１８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００４４４７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０４９３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３１９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０３８９４０８２（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３３６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００４１０１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１５８８７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／０８〜 ３／３８

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

Ｆ０１Ｄ ２５／３０

Ｆ０２Ｃ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単純サイクルガスタービンシステム（１０）であって、当該システム（１０）が、
ガスタービンエンジン（１２）から生じた排気ガスを処理する排気処理システム（１４）のダクトに流体を噴射するように構成された複数の噴射管（５６）を含む噴射システム（５４，７２）であって、該排気処理システムが、該排気処理システム（１４）の排気ダクト（７０）内に配置された選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム（８０）であって、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）のレベルを低減するように構成された選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム（８０）を含んでいる、噴射システム（５４，７２）と、
複数の噴射管に隣接しかつ排気処理システム内に配置された混合システム（６４）と
を備えており、混合システムが、流体、排気ガス又はこれらの両方に第１のスワール方向のスワールを与えて、排気処理システムの軸線（１００）に沿って乱流を促進することにより、流体と排気ガスとの混合を助長する複数の回転式タービュレータ（１１０）を備えるグリッドを有する混合モジュールを含んでおり、
混合モジュールが、ガスタービンエンジン（１０）と排気ダクト（７０）との間に位置する移行ダクト（５０）内に配置されて、複数の回転式タービュレータ（１１０）の各回転式タービュレータが、前記軸線（１００）と直交するグリッドの寸法に沿って、他の回転式タービュレータとは異なる位置に配置され、複数の回転式タービュレータ（１１０）の各回転式タービュレータが、軸線（１００）の周りを回転するように構成されている、
システム（１０）。

【請求項2】

前記混合モジュールが第１の混合モジュールであり、複数の回転式タービュレータが第１の複数の回転式タービュレータであり、混合システムが、第１の混合モジュールの下流側に配置された第２の混合モジュールであって、排気処理システム内で流体、排気ガス又はこれらの方向に第２のスワール方向のスワールを与える第２の複数の回転式タービュレータを有する第２の混合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3】

第１のスワール方向と第２のスワール方向が同じである、請求項２に記載のシステム（１０）。

【請求項4】

第１のスワール方向と第２のスワール方向が異なる、請求項２に記載のシステム（１０）。

【請求項5】

第１の複数の回転式タービュレータと第２の複数の回転式タービュレータが、排気処理システムの長手方向軸線に沿って整列する、請求項２に記載のシステム（１０）。

【請求項6】

第１の複数の回転式タービュレータと第２の複数の回転式タービュレータが、排気処理システムの長手方向軸線に沿って千鳥配列で配置される、請求項２に記載のシステム（１０）。

【請求項7】

第１の混合モジュール、第２の混合モジュール又はその両方が、複数の噴射管の各噴射管の間に配置される、請求項２に記載のシステム（１０）。

【請求項8】

複数の回転式タービュレータの各回転式タービュレータが、回転式タービュレータの中心から半径方向に延在する複数のフィンを備え、複数のフィンのフィンが、排気処理システムの長手方向軸線の周りで第１のスワール方向に回転する、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記混合モジュールが、空気、排気ガス又はこれらの両方に少なくとも第１のスワール方向のスワールを与える、複数の波形パッキングプレートを備える、請求項１に記載のシステム（１０）。

【請求項10】

波形パッキングプレートが有孔である、請求項９に記載のシステム（１０）。

【請求項11】

噴射システムが、流体として冷却用空気を移行ダクト内に噴射するように構成され、移行ダクトが、ガスタービンエンジンのタービンに流体接続しており、混合モジュールが、排気処理システムの軸線に沿って排気ガス及び冷却用流体の乱流を促進することにより、冷却用空気と排気ガスとの間の混合及び熱交換を助長するように構成されている、請求項１に記載のシステム（１０）。

【請求項12】

噴射システムが、ＳＣＲシステムの触媒を有する排気ダクト（７０）内に流体として還元剤を噴射するように構成されており、混合システムの第２の混合モジュールが排気ダクト内に配置されて、第２の混合モジュールが、排気処理システムの軸線に沿って排気ガス及び還元剤の乱流を促進して、もって還元剤と排気ガスとの混合を助長する、請求項１に記載のシステム（１０）。

【請求項13】

単純サイクルガスタービンシステム（１０）内で排気ガスを処理する方法であって、当該方法が、
ガスタービンエンジン（１２）からの排気流を排気処理システム（１６）の移行セクション（５０）に流すステップと、
冷却用空気を噴射する複数の空気噴射管（５６）を含む空気噴射システム（５４）を使用して、移行セクション内で冷却用空気を排気流の流れに噴射するステップと、
混合モジュール（１２４）のアレイ（１７０）を有する混合システム（６４）を使用して、排気処理システムの移行セクション内で排気流、冷却用空気又はこれらの両方にスワールを与えるステップであって、混合モジュールのアレイの各混合モジュールが、排気流、冷却用空気又はこれらの両方に、第１の方向、第２の方向又はこれらの両方の方向のスワールを与える複数の回転式タービュレータ（１１０）を備えるグリッドを含んでおり、排気ガス、空気又はこれらの両方にスワールを与えることによって、排気処理システム内の排気流と冷却用空気との間の混合及び熱伝達を助長して冷却排気ガスを生じさせる、ステップと、
冷却排気ガスを選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム（８０）に送るステップと、
ＳＣＲシステムを使用して冷却排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）のレベルを低減するステップと
を含んでおり、混合モジュールのアレイの各混合モジュールが、ガスタービンエンジン（１０）と排気ダクト（７０）との間に位置する移行ダクト（５０）内に配置されて、複数の回転式タービュレータ（１１０）の各回転式タービュレータが、排気処理システムの軸線（１００）と直交するグリッドの寸法に沿って、他の回転式タービュレータとは異なる位置に配置され、複数の回転式タービュレータ（１１０）の各回転式タービュレータが、軸線（１００）の周りを回転するように構成されている、方法。

【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に関し、より具体的には排気ガス処理に関する。

【背景技術】

【0002】

一般にガスタービンシステムは、圧縮機、燃焼器、及びタービンを有する１以上のガスタービンエンジンを含む。燃焼器は、燃料及び圧縮空気の混合気を燃焼させて高温燃焼ガスを生成し、その後、高温燃焼ガスは、タービンのブレードを駆動する。ガスタービンエンジンから生じる排気ガスは、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭素酸化物（ＣＯｘ）、及び未燃炭化水素などの特定の副生成物を含むことができる。一般に、排気ガスがガスタービンシステムを出る前に、排気ガス内の当該副生成物の量を除去するか又は実質的に低減することが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第８５９６０７３号明細書

【発明の概要】

【0004】

最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある一部の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。

【0005】

第１の実施形態では、単純サイクルガスタービンシステムは、ガスタービンエンジンから生じた排気ガスを処理することができる排気処理システムのダクトに流体を噴射することができる複数の噴射管を含む噴射システムを備える。排気処理システムは、排気ガス内の窒素酸化物（ＮＯｘ）のレベルを低減することができる選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムと、複数の噴射管に隣接しかつ排気処理システム内に配置された混合システムとを含む。混合システムは、流体、排気ガス、又はこれらの両方に第１のスワール方向でスワールを与えて、排気処理システムの軸線に沿って乱流を促進して、流体と排気ガスとの間の混合を助長することができる複数のタービュレータを有する混合モジュールを含む。

【0006】

第２の実施形態では、単純サイクル高出力ガスタービンシステムは、該単純サイクル高出力ガスタービンシステムの排気処理システム内に配置された混合システムを含む。混合システムは、冷却用空気、単純サイクル高出力ガスタービンシステムの高出力ガスタービンエンジンから生じた排気流、又はこれらの両方に第１のスワール方向でスワールを与えるように構成されかつ排気処理システム内に配置された第１の複数のタービュレータを含む第１の混合モジュールと、冷却用空気、排気流、又はこれらの両方に第２のスワール方向でスワールを与えるように構成された第２の複数のタービュレータを含む第２の混合モジュールとを含む。

【0007】

第３の実施形態では、単純サイクルガスタービンシステム内で排気ガスを処理する方法は、ガスタービンエンジンからの排気流を排気処理システムの移行セクションに流すステップと、冷却用空気を噴射する複数の空気噴射管を含む空気噴射システムを使用して、移行セクション内で冷却用空気を排気流の流れに噴射するステップと、混合モジュールのアレイを有する混合システムを使用して、排気処理システムの移行セクション内で排気流、又は冷却用空気、又はこれらの両方にスワールを与えるステップとを含む。混合モジュールのアレイの各混合モジュールは、排気流、冷却用空気、又はこれらの両方に、第１の方向、第２の方向、又はこれらの両方の方向でスワールを与える複数のタービュレータを含み、排気ガス、空気、又はこれらの両方にスワールを与えることは、排気処理システムの中の排気流と冷却用空気との間の混合及び熱伝達を助長して冷却排気ガスを生じる。本方法は、冷却排気ガスを選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムに送るステップと、ＳＣＲシステムを使用して冷却排気ガス内の窒素酸化物（ＮＯｘ）のレベルを低減するステップとをさらに含む。

【0008】

本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、より良好に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態による、排気処理システムの中で排気ガスを冷却用空気と混合する混合システムを含むガスタービンシステムのブロック図。

【図2】本開示の実施形態による、排気処理システムの移行ダクト及び排気ダクトの中に配置され、タービュレータを有する複数の混合モジュールを含む図１の排気処理システムの断面図。

【図3】本開示の実施形態による、混合モジュール上で垂直及び水平方向の両方に整列したタービュレータを有する図２の混合モジュールの正面図。

【図4】本開示の実施形態による、混合モジュール上で千鳥配列に配置されたタービュレータを有する図２の混合モジュールの正面図。

【図5】本開示の実施形態による、複数の混合モジュールを有し、各混合モジュールが、タービュレータの異なる配列を有する図２の排気処理システムの平面図。

【図6】本開示の実施形態による、タービュレータが排気処理システムの長手方向軸線に実質的に平行に配向された軸線の周りで回転するフィンを有する、図３及び４の混合モジュールのタービュレータの斜視図。

【図7】本開示の実施形態による、タービュレータが単一の半径方向に延在する列に配置された波形金属パッキングプレートを含む、図２及び５の混合モジュールのタービュレータの正面図。

【図8】本開示の実施形態による、タービュレータが複数の半径方向に延在する列に配置された波形金属パッキングプレートを含む、図２及び５の混合モジュールのタービュレータの正面図。

【図9】本開示の実施形態による、図７及び８の波形金属パッキングプレートに用いることができる無孔金属プレートの側面図。

【図10】本開示の実施形態による、図７及び８の波形金属パッキングプレートに用いることができる有孔金属プレートの側面図。

【図11】本開示の実施形態による、ライン１１−１１に沿った異なる角度で配向された孔を有する有孔金属プレートの断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の１以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を行うために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実施構成の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実施構成毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実施時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製造、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。

【0011】

本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。

【0012】

本明細書に開示される実施形態は、一般に、排気ガス流を冷却するか又は調整するための技術に関する。例えば、ガスタービンシステムでは、１又は２以上のガスタービンエンジンは、燃料を燃焼させて１又は２以上のタービンブレードを駆動するための燃焼ガスを生成することができる。燃焼させる燃料の種類に応じて、燃焼プロセスから生じるエミッション（例えば、排気ガス）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭素酸化物（ＣＯｘ）、及び未燃炭化水素を含むことができる。多くの場合、ガスタービンシステムの効率的な運転を維持しながら、排気ガスがガスタービンシステム、例えばガスタービン発電プラントなどから放出される前にこれらの成分レベルを低減することが望ましい場合がある。

【0013】

排気ガス流中のＮＯｘの量を除去又は低減するための１つの技術は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）による。ＳＣＲプロセスでは、還元剤、例えばアンモニア（ＮＨ₃）などは、排気ガス流に噴射され、排気ガス中のＮＯｘと反応して、触媒の存在下で窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）を生成する。ＳＣＲプロセスの有効性は、少なくとも部分的に処理される排気ガスの温度に依存する可能性があり、ＳＣＲシステムが用いる特定の触媒に依存する可能性がある。例えば、ＮＯｘを除去するためのＳＣＲプロセスは、約７００〜９００°Ｆの温度で特に効果的とすることができる。従って、タービンエンジンからの排気ガス出力がＳＣＲの有効温度範囲よりも高い場合、ＳＣＲプロセスの有効性（例えば、ＮＯｘの除去）を高めるために、ＳＣＲの前に排気ガスを冷却することが有益であろう。

【0014】

従って、本開示の実施形態によれば、ガスタービンシステム、例えば単純サイクル高出力ガスタービンシステムは、冷却用流体（例えば、空気）を排気ガス流に噴射するように構成された噴射システムが含むことができる。加えて、ガスタービンシステムは、冷却用流体と排気ガスとの混合を促進する複数のタービュレータを含む混合モジュールを有する混合システムを含むことができる。以下に詳細に説明するように、混合システムは、空気噴射システムの下流側（すなわち、排気ガス流に対して）であるがＳＣＲシステムの上流側に設けることができる。混合システムのタービュレータは、冷却用流体、排気ガス、又はその両方の流れにスワールを与えて冷却用流体と排気ガスとの均一な混合を促進するためのスワール構造体を含むことができる。特定の実施形態では、ガスタービンシステムは、混合モジュールのアレイを含むことができる。アレイ形態の各混合モジュールは、同じ又は異なるスワールパターンを与えることができる。本開示の技術によれば、混合システムは、ＳＣＲシステムが受け取る冷却排気ガス（例えば、冷却用流体と排気ガスとの混合気）の温度及び／又は速度分布の均一性を改善するために設けることができる。さらに、本開示の技術は、以下に説明するように、特に単純サイクル高出力ガスタービンシステムで有用であるが、例えば、複合サイクルガスタービンシステムを含む、何らかの適切に構成されたシステムにより実施できることを理解されたい。

【0015】

前述のことを念頭に置いて、図１は、ガスタービンエンジン１２及び排気処理システム１４を含む例示的なタービンシステム１０の概略ブロック図である。特定の実施形態では、タービンシステム１０は発電システム全体又はその一部とすることができる。ガスタービンシステム１０は、運転のために天然ガス及び／又は水素リッチ合成ガスなどの液体又はガス燃料を使用することができる。

【0016】

図示のように、ガスタービンエンジン１２は、吸気セクション１６、圧縮機１８、燃焼器セクション２０、及びタービン２２を含む。タービン２２は、シャフト２４を介して圧縮機１８に駆動結合することができる。作動時、吸気セクション１６を通ってタービンエンジン１２に入る空気（矢印２６で示す）は、圧縮機１８で加圧される。空気２６は、１又は２以上の空気供給源２８（例えば、限定されるものではないが外気）から供給することができる。特定の実施形態では、空気２６は、圧縮機１８と空気供給源２８との間に配置されたフィルター及び／又は消音器を通過することができる。圧縮機１８は、シャフト２４に結合した複数の圧縮機段を含むことができる。圧縮機１８の各段は、複数の圧縮機ブレードを備えたホイールを含む。シャフト２４が回転すると圧縮機ブレードが回転して空気を圧縮機１８に引き込み、燃焼器セクション２０に入る前に空気２６を圧縮して圧縮空気３０を生成する。

【0017】

燃焼器セクション２０は、１又は２以上の燃焼器を含むことができる。一実施形態では、複数の燃焼器は、シャフト２４の周りに略円形又は環状構成で複数の円周方向位置に配置することができる。圧縮空気３０が圧縮機１８を出て燃焼器セクション２０に入る際に、圧縮空気３０は、燃料３２と混合して燃焼器内で燃焼する。例えば、燃焼器は、最適な燃焼、エッミッション、燃料消費量、出力などのために適切な比率でもって、燃料−空気混合気を燃焼器に噴射することができる１又は２以上の燃料ノズルを含むことができる。

【0018】

空気３０及び燃料３２の燃焼により高温加圧排気ガス３６（例えば、燃焼ガス）が発生し、その後、タービン２２内の１又は２以上のタービンブレードを駆動するために利用することができる。作動時、タービン２２に流入して通過する燃焼ガスは、タービンブレードに接触してその間を流れ、それによってタービンブレードを駆動し、結果として、シャフト２４が回転して発電プラントの発電機などの負荷を駆動する。また、前述のようにシャフト２４が回転すると、圧縮機１８内のブレードは吸気セクション１６が受け取った空気を引き込んで加圧する。

【0019】

タービン２２を通過する燃焼ガスは、排気ガス流４２としてタービン２２の下流端４０から出る。排気ガス流４２は、排気処理システム１４に向かって下流方向４６に流れ続ける。例えば、タービン２２の下流端４０は、排気処理システム１４に、具体的には移行ダクト５０に流体接続することができる。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の上流側に排気ディフューザを含むことができる。

【0020】

前述のように、燃焼プロセスの結果として、排気ガス流４２は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭素酸化物（ＣＯｘ）及び未燃炭化水素などの特定の副生成物を含むことができる。排気処理システム１４は、排気ガス流がシステム１０から出る前に当該副生成物の濃度を低減又は実質的に最小限にするために用いることができる。前述のように、排気ガス流内のＮＯｘ量を除去又は低減するための１つの技術は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）プロセスの使用による。例えば、排気ガス流４２からＮＯｘを除去するためのＳＣＲプロセスにおいて、アンモニア（ＮＨ₃）は、排気ガス流に噴射され、触媒の存在下でＮＯｘと反応して窒素（Ｎ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）を生成する。

【0021】

このＳＣＲプロセスの有効性は、少なくとも一部は処理される排気ガスの温度に依存する。例えば、ＮＯｘを除去するためのＳＣＲプロセスは、華氏約５００から９００度（oＦ）の温度で特に有効である。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３０に入る排気ガス流４２は、約１０００から１５００oＦ、より具体的には１１００から１２００oＦの温度とすることができる。従って、ＮＯｘを除去するためのＳＣＲプロセスの有効性を高めるために、排気処理システム１４は、排気ガス流４２に冷却用空気を噴射してＳＣＲの前で排気ガス流４２を冷却するように構成された空気噴射システム５４を含むことができる。有効温度は、ガス流れ２６から除去される成分及び／又は用いる触媒に応じて様々であることを理解されたい。

【0022】

図１に示すように、空気噴射システム５４は、移行ダクト５０内に配置することができる。空気噴射システム５４は、１又は２以上の空気供給源２８から供給された冷却用空気５８を移行ダクト５０に噴射して排気ガス流４２と混合するように構成された複数の空気噴射孔を有する複数の空気噴射管５６を含むことができる。例えば、一実施形態では、空気供給源２８は、１又は２以上の送風機、圧縮機（例えば、圧縮機１８）、熱交換器、又はこれらの組合せを含むことができる。理解できるように、用語「冷却する」は、空気流５８を説明するために用いられる場合、空気流５８がタービン２２を出る排気ガス流４２に比較してより冷たいことを意味することを理解されたい。例えば、空気供給源２８から供給された冷却用空気５８は大気とすること、又は熱交換器又は他のタイプの適切な冷却機構を用いて冷却することができる。また、空気噴射システム５４は、冷却用空気流れ５８を調節するためのバルブを含むことができる。単に例示的に、一実施形態では、タービン２２から出た排気ガス流４２は、約１０００ポンド／秒の割合で移行ダクト５０に流入することができ、冷却用空気５８は、約５００ポンド／秒の割合で移行ダクト５０に噴射することができる（空気噴射システム５４によって）。しかしながら、排気ガス流４２の流量及び冷却用空気５８の流量は様々とすることができる。冷却用空気５８は、排気ガス流４２と混合して、冷却排気ガス流６０をもたらすことができる。前述のように、冷却排気ガス６０は、華氏約５００から９００度の温度、すなわち、ＳＣＲプロセスのＮＯｘ除去を高める又は実質的に最大にするのに適した温度とすることができる。以下で詳細に説明するように、排気処理システム１４は、排気ガス流４２、６０の流路に沿って、排気ガス流４２と冷却用空気５８との混合を促進して、下流ＳＣＲ処理の前に冷却排気ガス６０の温度分布を均一にするように構成された混合システム６４、６８を含む。

【0023】

さらに図１を参照すると、冷却排気ガス流６０は、下流側に（例えば、方向４６に）連続して流れて排気ダクト７０に入ることができ、ここでは排気ガス流６０は、還元剤７４（例えば、アンモニア（ＮＨ₃））を冷却排気ガス流６０に噴射するように構成された噴射システム７２を通過することができる。一実施形態では、噴射グリッド７２は、還元剤７４を冷却排気ガス流６０に噴射するための開口を備えた管網を含むことができる。還元剤７４は、噴射グリッド７２に流入する前に蒸発器７６内で気化することができる。

【0024】

噴射グリッド７２の下流側において、ＳＣＲシステム８０は、ハニカム又はプレート構成などの何らかの適切な幾何形状を有する担持触媒システムを含むことができる。ＳＣＲシステム８０内で、還元剤７４は、冷却排気ガス６０中のＮＯｘと反応して窒素（Ｎ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）を生成し、結果的に、流れ矢印８６で示すように、スタック８４を通ってガスタービンシステム１０から出る前に冷却排気ガス６０からＮＯｘを除去する。幾つかの実施形態では、スタック８４は、消音器又はマフラーを含むことができる。非限定的な例において、排気処理システム１４は、空気噴射システム５４、混合システム６４、６８、及びＳＣＲシステム８０を利用して、処理される排気ガス流８６中のＮＯｘ組成物を約３ｐｐｍ以下に低減することができる。別の実施形態では、排気ガス温度を下げるために、霧状水を冷却用空気５８と混ぜること及び水−空気混合気を移行ダクト５０に噴射することができる。

【0025】

本開示は、ＮＯｘを排気ガス流４２、６０から除去する処理に関する複数の実施形態を説明するが、特定の実施形態は、一酸化炭素又は未燃炭化水素などの他の燃焼副生成物を除去するために提示される。このため、提供される触媒は、排気ガス流４２、６０から除去される組成物に応じて様々とすることができる。加えて、本明細書に開示された実施形態は、１つのＳＣＲシステム８０の使用に限定されず、多重ＳＣＲシステム８０、多重触媒システムなどを含むことができることを理解されたい。

【0026】

システム１０からのエミッションの制御を可能にするために、システム１０は、スタック８４から出る処理済み排気流れ８６の組成を連続して監視する連続エミッション監視（ＣＥＭ）システム９０を含むこともできる。ＣＥＭシステム９０が、処理済み排気流れ８６の組成物が所定のパラメータセットの範囲にないことを検出すると（例えば、温度、圧力、特定の燃焼生成物）、ＣＥＭシステム９０は、適切な規制団体（例えば、環境保護庁）に通知を行うことができ、その規制団体は、システム１０に生成された処理済みの排気流れ８８が規制要件に従っていると判定される、さらなる動き、例えばシステム１０のオペレータに運転パラメータを調節するか、点検を実施するか、又は別の場合にはシステム１０を運転することを止めるように通知することなどを教唆する任務を負う場合がある。幾つかの実施形態では、ＣＥＭシステム９０は、ガスタービン燃焼温度、冷却用空気５８の流量、ダクト５０に噴射される還元剤７４の量などを調節するといった、特に排気処理システム１４に関連する修正措置を実施することができる。

【0027】

ここで図２を参照すると、一実施形態による排気処理システム１４の部分断面図が示されている。排気処理システム１４の種々の特徴要素は、ガスタービンエンジン及び排気ダクト７０に対する軸方向すなわち軸線９４、半径方向すなわち軸線９６、及び円周方向すなわち軸線９８を参照して説明することができる。例えば、軸線９４は、ガスタービンエンジンの長手方向軸線１００又は縦方向に対応し、軸線９６は、長手方向軸線１００に対する横方向又は半径方向に対応し、軸線９８は、軸方向軸線９４（例えば、長手方向軸線１０）の周りの円周方向に対応する。移行ダクト５０の上流端１０４は、移行ダクト５０をタービン２２に流体接続して排気ガス流４２を受け入れる開口１０６を含むことができる。さらに、図２は、それぞれ移行ダクト５０及び排気ダクト７０の中に設けられた混合システム６４、６８の実施形態を示す。混合システム６４、６８は、排気処理システム１４の第１の壁１１６と第２の壁１１８との間で、長手方向軸線１００の周りで半径方向９６及び円周方向９８に複数のタービュレータ１１０、１１２を含むことができる（つまり、この移行ダクトを横切るように排気ガスの流路内に配置される）。壁１１６、１１８は、通路１２０を定め、排気ガス流４２及び冷却用流体５８は、ここを通って移行セクション５０から排気ダクト７２に流れる。

【0028】

混合システム６４、６８は、隣接するタービュレータ１１０、１１２に対して千鳥配置で及び／又は一直線に配列されたタービュレータ１１０、１１２を含む１又は２以上の混合モジュール１２４を備えることができる。排気ガス４２及び冷却用空気５８が混合モジュール１２４を通過する際に、排気ガス流４２及び冷却用空気５８は、矢印１２５で示す層流から矢印１２７で示す乱流へと遷移する。排気ガス４２及び冷却用空気５８の乱流１２７は、排気ガス４２と冷却用空気５８との均一な混合を促進する。

【0029】

特定の実施形態では、混合システム６４は、多重混合モジュール１２４を含むことができる。例えば、図２に戻ると、例示の混合システム６４は、長手方向軸線１００に沿って異なる位置で段階的に配置されたモジュール１２４のアレイを含む。例示の実施形態では、３つの混合モジュール１２４（例えば、３段階混合）が示されている。しかしながら、混合システム６４は、任意の適切な数の混合モジュール１２４を含むことができる。例えば、混合システム６４は、１、２、３、４、５、１０、２０、３０、４０、５０、又は１００の混合モジュール１２４を含むことができる。

【0030】

移行ダクト５０は、全体的に下流方向４６に拡大する。非限定的な例において、移行ダクト５０の上流端１０４は、所定の寸法１４２を有することができ、移行ダクト５０の反対側の下流端１４６は、上流端１０４の寸法４１２よりも約１０％から約７５％だけ大きな寸法１４８を有することができる。特定の実施形態では、排気ガス４２及び冷却用空気５８のための流路のサイズの増大に対処するために、各混合モジュール１２４は、異なる寸法１５０とすることができる。例えば、各モジュール１２４の寸法１５０は、下流方向４６に増大することができ、移行ダクト５０の拡大形状に適合する。換言すると、上流端１０４に最も近い混合モジュール１２４の寸法１５０は、下流端１４６に最も近い混合モジュール１２４の寸法１５０よりも小さいものとすることができる。特定の実施形態では、例えば、移行ダクト５０の寸法１４２、１４８が同じ又は混合モジュール１２４が壁１１６まで延在していない実施形態では、混合モジュール１２４の寸法１５０は同じとすることができる。

【0031】

混合モジュール１２４のアレイは、各モジュール１２４が空気噴射システム５４の空気噴射管５６に隣接して配列されるように配置することができる。例えば、特定の実施形態では、空気噴射管５６は、長手方向軸線１００に沿って徐々に異なる垂直及び水平位置に配置することができる。各空気噴射管５６は、特に、移行ダクト５０のサイズ、移行ダクト５０内の混合領域の所望の数、混合モジュール１２４のサイズに応じて寸法１５６だけ隣接する空気噴射管５６から離間することができる。このため、混合モジュール１２４のうちの１つは、各空気噴射管５６の間の空間内に位置付けることができる。各空気噴射管５６の間にアレイの各混合モジュール１２４を位置決めすることで、混合モジュール１２４は、排気ガス流４２と冷却用空気５８との間の混合を改善することができ、冷却排気ガス６０の均一な温度分布が得られる。換言すると、混合モジュール１２４及び空気噴射管５６は互いに交互しており、移行ダクト５０内に噴射ステージ及び混合ステージを形成することができる。

【0032】

例えば、排気ガスと冷却用空気の混合気の流れ特性は、混合気が下流方向４６に流れる際に各混合モジュール１２４によって反復的に変更することができる。混合気の流れ特性の反復的変化変更は、混合気内で乱流を発達させることができるので、排気ガス流４２及び冷却用空気６０の均一な分布が促進されかつ移行ダクト５０内の排気ガス４２の冷却が促進される。このように、冷却排気ガス６０をＳＣＲ処理に有効な所望温度まで十分に冷却することができ、さらに均一な温度分布をもたらすこともできる。冷却排気ガス６０の均一な温度分布により、燃焼副生成物（例えば、ＮＯｘ）の除去のためのＳＣＲプロセスの有効性を高めることができる。

【0033】

前述のように、ＳＣＲプロセスは、少なくとも一部は排気ガスの温度に依存する場合がある。移行ダクト５０内の排気ガスの冷却の間に、冷却用空気５８は、排気ガス流内で均一に分布しない。排気ガス及び冷却用空気の不均一混合により、冷却排気ガス内に局所的な高温排気ガス領域（例えば、ホットスポット）が生じる。この高温排気ガスの局所領域は、ＳＣＲプロセスに関して適切な温度ではないので、ＳＣＲプロセスの有効性が低下する。しかしながら、排気ガス流４２、冷却用空気５８、又は両者の流れ特性を分散及び変更するために混合モジュール１２４を使用することで、混合システム６４、６８を備えていないシステムに比較して、移行ダクト５０内の排気ガス流４２及び冷却用空気５８の混合効率を高めることができる。加えて、排気ガス流４２及び冷却用空気５８の改善された混合により、冷却排気ガス６０は、排気ガスの有効なＳＣＲ処理に適した均一な温度分布を有することができる。

【0034】

例示の実施形態では混合システム６４の混合モジュール１２４は空気噴射管５６と交互しているが、他の実施形態では、混合モジュール１２４の全て又はセットは、空気噴射システム５４の上流側に位置付けることができる。例えば、混合システム６４は、開口１０６と空気噴射システム５４との間に設けることができる（例えば、空気噴射システム５４の第１の空気噴射管５６の上流側）。混合モジュール１２４は、排気ガス流４２がタービン２２を出て移行ダクト５０に入る際に、排気ガス流４２を複数の方向でスワールさせることができる。排気流れ４２をスワールさせることで乱流が促進され、通路１２０を通して排気ガス流４２を分散させることができる。この排気ガス流４２の分散により、排気ガス流４２を排気処理システム１４内に分散させることで冷却を促進することができ、冷却用空気５８は、排気ガス流４２が移行ダクト５０内で均一に分散しないシステムに比較して、排気ガス流４２をより一層冷却することができる。

【0035】

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の下流側に混合システムを含むことができる。例えば、図２に示すように、混合システム６８は、排気ダクト７０内に設けることができる。混合システム６８は、噴射システム７２に隣接してその上流側に位置付けることができる。混合システム６８を噴射システム７２に隣接して配置すると、燃焼副生成物を除去するためのＳＣＲプロセスの有効性を高めることができる。例えば、前述のように、冷却排気ガス６０は、移行ダクト５０から排気ダクト７０に流入し、ここで還元剤７４と反応する。冷却排気ガス７０は混合モジュール１２４から離れて移行ダクト５０を通って流れ続けるので、冷却排気ガス７０の流れは、乱流からもとの層流に遷移することができる。従って、排気ダクト７０内に噴射システム７２に隣接して混合システム６８を含むことが望ましい場合がある。このため、混合システム６８は、排気ダクト７０を流れる際に、層流を乱流に変えて冷却排気ガス６０を分散させることができ、これにより冷却排気ガス６０が還元剤７４と均一に混合するのを促進する。従って、排気ダクト７０内に混合システム６８などの混合システムを含んでいないシステムと比較して、還元剤７４と冷却排気ガス６０中の燃焼副生成物（例えば、ＮＯｘ）との間の反応が改善される。その結果として、ＳＣＲプロセスの有効性も高くなる。

【0036】

例えば、図３は、混合モジュール１２４の中心軸線１３０に対して種々の水平及び垂直位置においてモジュール１２４の寸法１２６に沿って配置されたタービュレータ１１０、１１２を有する混合システム６４、６８の混合モジュール１２４を示す。混合システム６４、６８の中心線軸１３０は、排気処理システム１４の長手方向軸線１００に対して横方向（例えば、直交）とすることができ、タービュレータ１１０、１１２の垂直及び水平位置は、長手方向軸線１００の周りで円周方向９８及び半径方向９６である。モジュール１２４は、中心線軸１３０に対して平行に（例えば、垂直に）、又は横方向に（例えば、直交して（水平に））配向された複数の支持梁１２８を含む。支持梁１２８は、寸法１２６に沿って種々の点１３２で交差することができ、グリッド状の支持構造体を形成する。モジュール１２４は、タービュレータ１１０、１１２を支持するための適切な数の支持梁１２８を含むことができる。支持梁１２８の各々は、隣接する支持梁１２８のうちの１つから中心線軸１３０に対して垂直及び水平方向の両方に離間することができ、その結果、排気ガス流４２、冷却用空気５８、又はその両方が通過できる通路１３４を形成する。図３に示すように、タービュレータ１１０、１１２は、モジュール１２４の交差点１３２の各々に位置付けることができる。従って、各タービュレータ１１０、１１２は、隣接する支持梁１２８の他のタービュレータ１１０、１１２に整列することができる。

【0037】

他の実施形態では、図４に示すように、タービュレータ１１０、１１２は、モジュール１２４上で千鳥配列とすることができる（例えば、ガスタービンエンジン１２の半径方向に対して交互している）。例えば、図示の実施形態では、タービュレータ１１０、１１２の第１列１３８は、中心線軸１３０に沿った交差点に位置付けることができ、タービュレータ１１０、１１２の第２列１４０は、中心線軸１３０に沿った交差点１３２からオフセットすることができる。従って、第１列１３８のタービュレータ１１０、１１２は、第２列１４０のタービュレータ１１０に対して１列に並んでいなくてもよい。

【0038】

前述のように、移行ダクト５０内に設けられた混合システム６４は、排気処理システム１４の長手方向軸線１００に沿って任意の水平位置に配置された混合モジュール１２４のアレイを有することができる。排気ダクト７０に設けられた混合システム６８も同様の構成とすることができる。図５は、混合モジュール１２４のアレイ１７０の実施形態を示し、アレイ１７０は、移行ダクト５０又は排気ダクト７０の中に位置付けることができる。アレイ１７０は、任意の適切な数の混合モジュール１２４を含むことができる。例えば、アレイ１７０は、２から１００、２から５０、２から２０、２から１０、４から６の間などの、２、３、４、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、８０、又は１００の混合モジュール１２４を含むことができる。アレイ１７０の混合モジュール１２４は、アレイ１７０の各混合モジュール１２４のタービュレータ１１０、１１２が、隣接する混合モジュール１２４のタービュレータ１１０、１１２と一列に並ぶように配置することができる。換言すると、アレイ１７０は、タービュレータ１１０、１１２がモジュール１２４上で同じ各位置を有する、混合モジュール１２４を有することができる。他の実施形態では、アレイ１７０の各混合モジュール１２４は、タービュレータ１１０、１１２の異なる配列を有することができる。例えば、図５に示すように、混合モジュール１２４はタービュレータ１１０、１１２の異なる配列を有する。このようにタービュレータ１１０、１１２を千鳥配列にすると、ダクト５０、７０内の層流領域を低減するのを助けることができる。従って、１つの混合モジュール１２のタービュレータ１１０、１１２は、隣接の混合モジュール１２４のタービュレータ１１０、１１２に対して千鳥配置とすることができる。

【0039】

タービュレータ１１０、１１２の動作は、混合モジュール１２４及びタービュレータ１１０、１１２の一部の斜視図である図６を参照して十分に理解することができる。図示の実施形態では、タービュレータ１１０、１１２は、通路１７７（例えば、環状通路）を定める中心リング１７６（例えば、環状）を含み、ここを排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０が通過することができる。中心リング１７６は、中心リング１７６から離れて半径方向９８に延在するフィンを有する。各フィンは、中心リング１７６の外周に沿って円周方向９８に離間する。図示の実施形態では、タービュレータ１１０、１１２は、３つのフィン１７８を有する。しかしながら、タービュレータ１１０、１１２は、任意の数のフィン１７８を有することができる。例えば。タービュレータは、２から２０、２から１０、２から６の間などの２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、又はそれ以上のフィン１７８を有することができる。

【0040】

タービュレータ１１０、１１２は、方向１８０（例えば、時計回り）で円周方向９８に回転して、排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０の乱流特性を促進する。フィン１７８の先端１８４は、方向１８０に湾曲することができ、タービュレータ１１０、１１２の回転を助けるように（例えば、回転時のタービュレータ１１０、１１２上の抗力を低減する）、及びフィン１７８の直下流の低流量領域を低減する。他の実施形態では、タービュレータ１１０、１１２は、実質的に方向１８０の逆方向（例えば、反時計回り）に回転することができる。これらの特定の実施形態では、フィン１７８の先端１８４は、方向１８０の実質的に逆方向に湾曲ことができる。加えて、フィン１７８は、約５度から約７５度の間のねじり角度を有することができる。

【0041】

他の実施形態では、タービュレータ１１０、１１２は、波形の（例えば、隆起した、溝付き）パッキングプレートを含むことができる。例えば、図７及び８は、それぞれ混合モジュール１２４に使用することができる波形パッキングプレート１８４、１８６の正面図を示す。波形パッキングプレート１８４、１８６は、波形表面を有する金属プレート１９０の層を含む。金属プレート１９０は、排気ガス流４２、排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０が金属プレート１９０の波形表面に衝突する際にもたらされる乱流に一部は起因して、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０の熱伝達及び均一な分散を高める。

【0042】

金属プレート１９０は、波形パッキングプレート１８４の寸法１９６の少なくとも一部で半径方向９６に延在する列１９４の形態で配置することができる。例えば、図７に示すように、各列１９４は、実質的に同じ半径方向９６で寸法１９６に沿って半径方向に延在する。しかしながら、他の実施形態では、各列１９４は、異なる半径方向９６で寸法１９６の一部を横切って半径方向に延在することができる。例えば、図８に示す波形パッキングプレート１８６は、１つの半径方向９６（第１の半径方向）に延在する列１９４の１つのセットと、異なる半径方向９６（第１の半径方向とは異なる第２の半径方向）に延在する列１９８の別のセットとを有する。従って、各列１９４は、各列１９８に対して所定の角度（例えば、直角又は鋭角）で配向することができる。図８に示す各プレートは、軸線９４に対して異なる角度で配向されている隆起部（例えば溝）を含むが、プレート１９０は、総じて１つの方向に延在する。

【0043】

列１９４、１９８は、各金属プレート１９０の間に通路２００を形成し、通路２００は、排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０が波形パッキングプレート１８４を通過するのを可能にする。流体（例えば、排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０）が通路２００を通過する場合、流体は、金属プレート１９０の波形表面に衝突し、タービュレータ１１０、１１２内で流れ方向が変わって乱流がもたらされる。

【0044】

波形パッキングプレート１８４、１８６は、無孔プレート、有孔プレート、又はその両方を含むことができる。例えば、図９は、無孔金属プレート２０４の側面図を示し、このプレート２０４は、波形パッキングプレート１８４、１８６として使用して、排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０の流れ特性を変えることができる。無孔金属プレート２０４は、波形パッキングプレート１８４、１８６を通過する流体が隣接する列１９４、１９８に流入するのを阻止するが、通路２００内の乱流を促進することができる。換言すると、図９に示す構成は、乱流の複数ゾーンをもたらすことができる。

【0045】

図１０は、有孔金属プレート２０８の側面図を示し、このプレート２０８は、波形パッキングプレート１８４、１８６として使用して、排気ガス流４２、冷却用空気５８、冷却排気ガス６０、又はこれらの組合せの流れ特性を変えることができる。有孔金属プレート２０８は、有孔金属プレート２０８の軸線２１２に対して種々の軸線９４及び半径方向９６の位置で１又は２以上の孔２１０を含むことができる。孔２１０は、有孔金属プレート１９４の寸法２１４、２１６の少なくとも一部に沿ってそれぞれ軸方向９４及び半径方向９６に延在する。例えば、図示の実施形態では、孔２１０は、プレート上流端２１８からプレート下流端２２０まで延在する。孔２１０により、波形パッキングプレート１８４、１８６の各通路２００の間の流体連通が可能になり、流体（例えば、排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０）は、金属プレート１９０に沿ってかつそこを通って流れることができる。これにより、流体の混合システム６４、６８を通過する際の均一な混合、及び冷却排気ガス６０の均一な温度分布を促すことができる。

【0046】

また、有孔金属プレート２０８は、有孔部分２２４及び無孔部分２２６を含むことができる。各部分２２４、２２６は、何らかの適切なパターンで配列することができる。図１０に示すように、各部分２２４、２２６は、寸法２１６に沿って半径方向９６に交互に配置される。従って、各有孔部分２２４は、無孔部分２２８に隣接する。しかしながら、他の実施形態では、複数の有孔部分２２４及び／又は無孔部分２２６が互いに隣接することができる。各部分２２４、２２６の特定の構成は、流体の流れ特性の所望の変更をもたらすことができ、波形パッキングプレート１８４、１８６の内部及び下流側での均一な混合が可能になる。

【0047】

特定の実施形態では、有孔プレート２０８の孔２１０は、軸線２０１に沿って一定の又は可変の寸法（例えば、孔が環状である場合）とすることができる。直径は、第１のプレート端２１８から第２のプレート端２２０に（又はその逆で）漸増又は漸減することができる。また、孔２１０の直径は、軸線２１２に沿ってプレート端２１８、２２０の両方に向かって漸増又は漸減することができる。加えて、孔は、軸線２１２に対して所定の角度で配向することができる。例えば、図１１は、線１１に沿った有孔金属プレート２０８の一部の断面図を示す。図示の実施形態では、有孔金属プレート２０８の孔２１０は、異なる角度（軸線２１２に対して垂直又は鋭角）で配向される。角度を付けて孔２１０を配向することで、波形パッキングプレート１８４、１８６を通過する際の流体（排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０）の混合及び熱伝達効率を向上させることができる。例えば、角度付き孔２１０は、有孔金属プレート２０８を通過して隣接する通路２００に入り、金属プレート１９０の波形表面上に衝突する場合に流体の流れ方向を変えることができる。流体の流れ方向が変わることで、波形表面に衝突する際にもたらされる乱流を強化することができ、結果的に、流体の均一な混合（例えば、排気ガス流４２、冷却用空気５８、冷却排気ガス６０、及び還元剤７４の混合）が可能になる。従って、排気処理システム１４内に混合システム６４、６８を備えていないシステムに比較して、燃焼副生成物（例えば、ＮＯｘ）を除去するためのＳＣＲプロセスの有効性を改善することができる。

【0048】

本明細書に記載の何らかの実施形態は、何らかの適切な組合せで使用して所望の熱伝達及び流体流れ特性を実現することができる。例えば、図３及び４を参照して前述したように、混合モジュール１２４は、寸法１２６に沿って異なる垂直及び水平位置に配列された複数のタービュレータ１１０、１１２を有することができる。特定の実施形態では、混合モジュール１２４の各タービュレータ１１０、１１２は、排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０の種々の流れ特性を高めることができる。例えば、再度図６を参照すると、タービュレータ１１０、１１２は、排気処理システム１４の長手方向軸線１００の周りを回転することができる。特定の実施形態では、タービュレータ１１０、１１２は、同じ方向（例えば、方向１８０（時計回り））に、又は方向１８０の逆方向（反時計回り）に回転することができる。他の実施形態では、混合モジュール１２４のタービュレータ１１０、１１２の一部が方向１８０（例えば、時計回り）に回転し、タービュレータ１１０、１１２の他の部分が実質的に方向１８０の逆方向（例えば、反時計回り）に回転することができる。

【0049】

同様に、混合システム６８、６４のアレイ１７０（図５参照）の各モジュール１２４のタービュレータ１１０、１１２は、アレイ１７０の隣接する混合モジュール１２４と同じ方向に又は異なる方向に回転することができる。例示的に、移行ダクト５０の上流端１０４に最も近い混合モジュール１２４は、方向１８０（例えば、時計回り）に回転し、下流方向４６の後続の混合モジュール１２４は、実質的に方向１８０の逆方向（例えば、反時計回り）に回転することができる。タービュレータ１１０、１１２の回転方向（例えば、方向１８０）を変えると、排気処理システム１４内に乱流をもたらすことができ、排気ガス流４２及び冷却空気５８は、均一に混合して排気処理システム１４全体にわたって分散する。このようにして、冷却排気ガス６０中の均一な温度分布が実現される。さらに、冷却用空気５８は、混合システム６４を用いることで排気ガス流４２と効率的に混合することができるので、混合システム６４を用いないシステムに比較して、冷却排気ガス６０をＳＣＲシステム８０での燃焼副生成物（例えば、ＮＯｘ）の効率的な除去に適した温度まで冷却することができる。加えて、混合システム６８の単一混合モジュール１２４内の又はアレイ１７０の各混合モジュール１２４の間の可変回転により、排気ダクト７０内での冷却排気ガス６０と還元剤７４との均一な混合（例えば、混合システム６８による）が可能になり、これにより、排気ダクト７０内に混合モジュール１２４を備えていないシステムに比較して、ＳＣＲプロセスがさらに改善される。

【0050】

特定の実施形態では、混合モジュール１２４は、他のタイプのタービュレータ１１０、１１２を有することができる。例えば、アレイ１７０の１つの混合モジュール１２４は、図６に示す回転式タービュレータを使用することができ、アレイ１７０の他の混合モジュール１２４は、波形パッキングプレート１８４、１８６を使用することができる。他の実施形態では、異なるタイプのタービュレータ１１０、１１２を単一の混合モジュール１２４内に設けることができる。例えば、混合モジュール１２４のタービュレータ１１０、１１２の一部を波形パッキングプレート１８４、１８６として、タービュレータ１１０、１１２の他の部分を回転式タービュレータ（例えば、図６参照）とすることができる。アレイ１７０及び／又は各混合モジュール１２４の中に異なるタイプのタービュレータ１１０、１１２を設けることで、排気処理システム１４内で排気ガス流４２、冷却用空気５８、及び／又は冷却排気ガス６０を効率的に分散及び混合するための所望の乱流を生成することができ、ＳＣＲシステム８０に入る前に冷却排気ガス６０の均一な温度分布をもたらすことができる。

【0051】

前述のように、本明細書に記載の種々の技術は、排気ガス流の温度及び／又は速度分布の均一性を高めるための排気ガス流と冷却用空気の混合を可能にするが、選択的触媒還元プロセスの有効性を高めるために排気ガス流の冷却も可能にする。例えば、本明細書に記載の技術は、排気ガス流、冷却用空気、及び／又は冷却排気ガスの流れ特性を変える、混合モジュール及びタービュレータ構成の何らかの組合せをカバーすることができる。排気ガス、冷却用空気、及び／又は冷却排気ガスの流れ特性を変えると、乱流をもたらすことができ、乱流はガスタービンエンジンから出る排気ガス流の混合及び冷却を助長することができる。混合システム６４、６８の開示された技術及び構成は、特定の実施形態の単なる例であることが意図されており、限定的と解釈すべきではない。

【0052】

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を含む場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

【符号の説明】

【0053】

１０ 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 吸気セクション
１８ 圧縮機
２０ 燃焼器セクション
２２ タービン
２４ シャフト
２６ 矢印
２８ 空気供給源
３０ 圧縮空気
３２ 燃料
３６ 加圧排気ガス
４０ 下流端
４２ 排気ガス
４６ 下流方向
５０ 移行ダクト
５４ 空気噴射システム
５６ 空気噴射管
５８ 冷却用空気
６０ 冷却排気ガス
６４ 混合システム
６８ 混合システム
７０ 排気ダクト
７２ 噴射グリッド
７４ 還元剤
７６ 蒸発器
８０ ＳＣＲシステム
８４ スタック
８６ 流れ矢印
９０ ＣＥＭシステム
９４ 軸線
９６ 軸線
９８ 軸線
１００ 長手方向軸線
１０４ 上流端
１０６ 開口
１１０ タービュレータ
１１２ タービュレータ
１１６ 第１の壁
１１８ 第２の壁
１２０ 通路
１２４ 混合モジュール
１２６ 寸法
１３０ 中心線軸
１２８ 支持梁
１３２ 点
１３４ 通路
１３８ 第１列
１４０ 第２列
１４２ 寸法
１４６ 下流端
１４８ 寸法
１５０ 寸法
１５６ 寸法
１７０ アレイ
１７６ 中心リング
１７７ 通路
１７８ フィン
１８０ 方向
１８４ 先端
１８６ 波形パッキングプレート
１９０ 金属プレート
１９４ 列
１９６ 寸法
１９８ 列
２００ 通路
２０４ 無孔金属プレート
２０８ 有孔金属プレート
２１０ 孔
２１２ 軸線
２１４ 寸法
２１６ 寸法
２１８ 第１のプレート端
２２０ 第２のプレート端
２２４ 有孔部分
２２６ 無孔部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】