(57)【要約】【課題】タービン燃焼器（１２）に添加剤（２８）を送給するための方法及びシステムを提供すること。【解決手段】１つの実施形態では、水噴射システム（２２）が、第１の制御機能を達成するよう可変の流量で水通路（９６）を通ってタービン燃焼器（１２）に水（２４）を配向する。添加剤送給システム（２７）が、第２の制御機能を達成するよう、水通路（９６）を通って燃焼器（１２）にある量の添加剤（２８）を配向する。添加剤（２８）の量は水の流量に基づいており、第１及び第２の制御機能が互いに異なっている。【選択図】      図１
2010242754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼するよう構成された燃焼器（１２）と、
燃焼燃料を受け取るよう構成されたタービン（４２）と、
第１の制御機能を達成するよう可変の流量で少なくとも１つの水通路（９６）を通って前記燃焼器（１２）に水（２４）を配向するよう構成された水噴射システム（２２）と、
第２の制御機能を達成するために、前記少なくとも１つの水通路（９６）を通って前記燃焼器（１２）にある量の添加剤（３０）を配向するよう構成された添加剤送給システム（２７）と、
を備え、
前記添加剤の量が水の流量に基づいており、前記第１及び第２の制御機能が互いに異なっているシステム。
【請求項２】
前記水噴射システム（２２）が、エミッション制御、出力増大又はタービンソーキングを前記第１の制御機能として達成するよう構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記添加剤送給システム（２７）が、前記第２の制御機能として腐食抑制を達成するよう構成された腐食抑制添加剤送給システムを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記添加剤送給システム（２７）が、前記第２の制御機能として煙抑制を達成するよう構成された煙抑制添加剤送給システムを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記燃焼器（１２）が少なくとも１つの燃料ノズル（７０）を含み、該燃焼ノズルが、
前記燃料ノズル（７０）を通って前記燃料（１４）を配向するよう構成された少なくとも１つの燃料通路（９２、９４）と、
前記少なくとも１つの燃料通路（９２、９４）とは別個の前記少なくとも１つの水通路（９６）と、
を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記水噴射システム（２２）が、前記第１の制御機能を達成するために前記添加剤送給システム（２７）とは独立して動作するよう構成され、前記添加剤送給システム（２７）が、前記第２の制御機能を達成するために前記水噴射システム（２２）によって決定される流量に依存して動作するよう構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
システム作動中にガス状燃料から液体燃料に切り替えるように構成される燃料供給システム（１６）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
タービン燃焼器の水噴射システム（２２）の給水源（２６）に加えられる腐食抑制物質（２８）の量を制御する段階を含む方法であって、
前記給水源（２６）の流量が、非腐食抑制制御機能を達成するために前記腐食抑制物質（２８）の量とは独立して可変であり、該腐食抑制物質（２８）の量が、腐食抑制制御機能を達成するために前記給水源（２６）の流量に少なくとも部分的に基づいて可変である、
方法。
【請求項９】
前記タービン燃焼器（１２）に流入する燃料（１４）の燃料流量を検知する段階（１１２）と、
前記燃料流量に基づいて前記腐食抑制添加剤の量を調節する段階と、
を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記タービン燃焼器（１１２）に流入する燃料（１４）内の腐食元素の量を求める段階と、
前記腐食元素の量に基づいて、前記腐食抑制添加剤（２８）を前記タービン燃焼器（１２）に、油性添加剤を前記タービン燃焼器（１２）に選択的に供給する段階と、
を含む、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される対象は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン用添加剤送給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、加圧空気及び燃料の混合気を燃焼させて、高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、１以上のタービン段を通って流れ、負荷及び／又は圧縮機のための出力を発生することができる。ガスタービンオペレータ及び製造業者は、エネルギー需要が増大していることにより、ガスタービンにおいて残留燃料油などの低品質の燃料の使用を次第に模索している。しかしながら、低品質の燃料は、バナジウムなどの大量の不純物を含む可能性があり、ガスタービンの構成部品を腐食する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４５１６０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の実施形態において、本システムは、燃料を燃焼するように構成された燃焼器、燃焼した燃料を受け取るように構成されたタービン、及びある流量で少なくとも１つの水通路を通って燃焼器に水を配向するよう構成される水噴射システムを含む。流量は、第１の制御機能を達成するよう可変である。本システムはまた、ある量の添加剤を少なくとも１つの水通路を通して燃焼器に配向し、第２の制御機能を達成するよう構成される添加剤送給システムを含む。添加剤の量は、水の流量に基づいて可変であり、第１及び第２の制御機能は、互いに異なるものである。
【０００６】
第２の実施形態において、本システムは、水噴射システムによりタービン燃焼器に配向される水の流れに腐食抑制添加剤のある量を供給するよう構成された添加剤送給システムを含む。本システムはまた、水の流れに少なくとも部分的に基づいて腐食抑制添加剤の量を調整するよう構成されたコントローラを含む。水の流れは、腐食抑制添加剤に関連しない機能を達成するために可変である。
【０００７】
第３の実施形態では、方法は、燃焼器の水噴射システムの給水源に加えられる腐食抑制物質の量を制御する段階を含む。給水源の流量は、非腐食抑制制御機能を達成するために物質の量とは独立して可変である。この量は、腐食抑制制御機能を達成するために給水源の流量に少なくとも部分的に基づいて可変である。
【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時、より良好に理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】添加剤を送給するのに利用することができる水噴射システムを有するガスタービンエンジンの１つの実施形態の概略フロー図。
【図２】長手方向軸線で切った図１のガスタービンエンジンの１つの実施形態の断面図。
【図３】図２のガスタービンエンジンの燃焼器の燃料ノズルの部分切り欠き図。
【図４】図１に示す水噴射システムの１つの実施形態による添加剤送給方法を示すフローチャート。
【図５】水噴射システム及び燃料添加剤システムを利用するガスタービンエンジンへの添加剤の送給方法を示すフローチャート。
【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装の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実装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、多数の実装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、製作、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ときに、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】
本開示は、水噴射に使用される既存の通路を通じて添加剤を供給するよう設計された添加剤送給システムを備えたガスタービンエンジンを対象とする。既存の通路は、エミッション制御、出力増大、タービンソーキングのような非添加剤用途で燃焼器に水を供給するのに用いることができる。本発明の実施形態は、これら既存の通路を利用して水と共に燃焼器に添加剤を供給し、別個の専用添加剤噴射通路を利用するか又は水噴射のため燃料通路を利用するのではなく、既存の水通路を使用することによって製造コスト及び／又は複雑さを低減することができる。幾つかの実施形態では、添加剤は、腐食及び／又は煙生成などの運転上の制御機能を達成することができる。例えば、マグネシウムなどの添加剤を燃焼器に噴射し、低品質燃料に含まれる不純物により引き起こされる可能性のある腐食を抑制することができる。以下で説明するように、本発明で開示される添加剤送給システムの一部では、油溶性又は油分散性の添加剤ではなく、水溶性の添加剤を利用することができる。水溶性添加剤は、燃料処理機器の劣化を低減又は排除することができ、特に高濃度の不純物に対して油性添加剤よりも安価にすることができる。
【００１３】
従って、本発明の実施形態では、添加剤送給システムは、水噴射システムと接続されて、水噴射に使用される既存の通路を通して水溶性又は水分散性添加剤を噴射するよう設計される。換言すると、添加剤は、とりわけ、エミッション制御、出力増大、タービンソーキングのような、非添加剤制御機能を行うために水を噴射するのに既に使用されている既存の通路を通じて噴射される。既存の通路を使用することによって、別個の添加剤専用の通路を用いることなく添加剤を燃焼器に提供することが可能になる。例えば、水噴射システムは、液体及び／又はガス状燃料の燃焼中に利用して燃焼器に水を噴射し、酸化窒素及び二酸化窒素（総称してＮＯｘとして知られる）などの化合物のエミッションを低減することができる。
【００１４】
水噴射システムは、給水源から燃料ノズル又は燃焼器内の別個の水専用通路に水を配向することができる。次いで、水は、燃料及び空気と共に燃焼ゾーンに流入することができる。添加剤は、エミッション水噴射システムにより使用される同じ通路を介して燃焼器内に噴射することができる。他の実施例では、水噴射システムを利用して、出力増大又はタービンソーキングのため（例えば、灰分除去のため）燃焼器内に水を噴射することができる。添加剤はまた、出力増大又はタービンソーキングのため水を提供するのに使用される同じ通路を介して噴射してもよい。
【００１５】
幾つかの実施形態では、添加剤は、水と混合されて、水及び添加剤の両方を含有する溶液を形成することができる。次いで、溶液は、非添加剤目的で水を提供するのに使用される既存の水通路を通じて燃焼器に噴射することができる。このようにして、添加剤専用通路又は燃料通路を利用する代わりに既存の水通路を利用して、添加剤を燃焼器に送給することができる。液体燃料通路と流体連通していない水通路を通じて添加剤を送給することにより、燃料システムの汚染を軽減又は排除することができる。更に、水噴射システムにより使用される既存の水通路を通じて添加剤を加えることにより、一般的には油性添加剤よりも安価とすることができる水溶性添加剤を利用することが可能になる。その上、添加剤送給システムは、添加剤送給システムを組み込むように既存の水噴射システムを修正可能にすることにより製造上の柔軟性を提供する。勿論、添加剤送給システムはまた、初期製造中に水噴射システムに組み込むこともできる。
【００１６】
ここで図面を参照し、最初に図１を参照すると、ガスタービンエンジン１０の実施形態のブロック図が示される。ガスタービンエンジン１０は、単純サイクルシステム又は複合サイクルシステムの一部とすることができる。ガスタービンエンジン１０は、燃料供給システム１６から燃料１４を受け取る燃焼器１２を含む。燃料供給システム１６は、天然ガス、蒸留軽及び重油、ナフサ、原油、残油又はシンガスなどの液体もしくはガス状燃料１４をガスタービンエンジン１０に供給することができる。特定の実施形態において、燃料供給システム１６は、ガスタービンエンジン１０が負荷状態で運転している間、液体燃料とガス状燃料とを選択的に切り替えるように、二重燃料運転向けに構成することができる。ガス状燃料及び液体燃料は、（例えば、燃料ノズルを介して）燃焼器１２内の２つの別個の液体及びガス通路に配向してもよい。
【００１７】
燃焼器１２内では、燃料１４は、矢印１８で示すように加圧空気と混合することができ、点火が生じて、ガスタービンエンジン１０を作動させる高温の燃焼ガスを生成することができる。燃料１４及び加圧空気１８に加えて、燃焼器１２は、水噴射システム２２から水溶液２０を受け取ることができる。水噴射システム２２は、給水源２６から燃焼器１２への水２４の流れを調節することができる。水噴射システム２２は、機器スキッドなどの統合パッケージを含むことができ、該スキッドは、ポンプ、流量メータ、バルブ、配管、圧力スイッチ、モータ、及び同様のものなど、給水源２６から燃焼器１２への水２４の流れを調節するよう構成された機器を収容する。水噴射システム２２は、溶液２０を燃焼器１２に供給し、ＮＯｘなどの化合物のエミッション低減のような制御機能を実施することができる。他の実施形態では、水噴射システム２２は、溶液２０を燃焼器１２に供給し、出力増大を可能にすることができる。更に別の実施形態では、水噴射システム２２は、溶液２０を燃焼器１２に供給し、堆積物（例えば、灰分）の除去を容易にするために該タービン堆積物を湿潤させるタービンソーキングを提供することができる。燃焼器１２内では、溶液２０は、液体及びガス状燃料通路並びに空気通路とは別個の水通路を通って流れることができる。
【００１８】
水噴射システム２２は、添加剤送給システム２７に流体結合され、燃焼器１２に添加剤２８を供給することができる。添加剤送給システム２７は、添加剤２８を水噴射システム２２に供給し、水噴射通路を介して燃焼器１２に送給することができる。添加剤２８は、液体、固体又は気体状態で存在することができ、ガスタービンエンジン１０内での腐食及び／又は煙生成を抑制するよう設計することができる。例えば、添加剤は、煙生成を低減するためにバリウム又はマンガン化合物を含むことができる。別の実施例では、添加剤は、燃焼器中に含まれる五酸化バナジウム又は他のバナジウム化合物（例えば、燃焼生成物）と反応して腐食を抑制するマンガンベースの化合物のような腐食抑制添加剤とすることができる。腐食抑制添加剤は、とりわけ、酸化、硫化、及び／又は高温腐食を低減又は阻止することができる。特定の実施形態では、添加剤２８は、硫化マグネシウム、塩化マグネシウム又は硝酸マグネシウムの水溶性溶液を含むことができる。添加剤２８はまた、とりわけ、ニッケル又はカルシウムを含むことができる。他の実施形態では、添加剤２８は、硫酸マグネシウム又は有機酸のマグネシウム塩など、油溶性添加剤を含むことができる。更に、とりわけ、シリコン、クロム、及び塩素などの他の元素及び／又は化合物が添加剤２８内に存在することができる。
【００１９】
添加剤２８は、種々のタイプの混合気の水噴射システム２２内で水２４と組み合わせることができる。例えば、添加剤２８は、水２４中に分散、懸濁又は溶解粒子を含むことができる。別の実施例において、添加剤２８は、水２４とエマルジョンを形成する油性溶液中に存在することができる。更に別の実施例において、添加剤２８は、水２４により希釈される水性溶液中に存在することができる。
【００２０】
添加剤送給システム２７は、水噴射システム２２に供給されることになるある量の添加剤２８を保管する、タンク３０などの貯蔵容器を含むことができる。特定の実施形態において、タンク３０は、約１００〜２００ガロンの高濃度の水性添加溶液を貯蔵することができる。しかしながら、他の実施形態では、タンクは、とりわけ、ガスタービンのサイズ、所望の添加剤の量、及び所望の添加剤の強度などの要因に基づいてあらゆる量の添加液を貯蔵することができる。他の実施形態では、タンク３０は、粉体状態で添加剤を貯蔵することができる。水噴射システム２２は、配管及び同様の機器を通じて添加剤２８を受け取ることができ、水２４及び添加剤２８を混合して、水２４及び添加剤２８を含有する溶液２０を形成することができる。特定の実施形態において、溶液２０は、水２４及び添加剤２８の均一な混合物を含むことができる。しかしながら、他の実施形態では、溶液２０は、不均一な混合物、及び／又は水２４及び添加剤２８が別個のストリームとして存在する二重ストリーム流れを含むことができる。次いで、混合物のタイプとは無関係に、溶液２０は、水噴射システム２２により燃焼器１２に供給することができる。図示のように、タンク３０は、水噴射システム２２の上流側に位置付けられるので、添加剤２８は、水噴射システム２２において水２４と混合することができる。しかしながら、他の実施形態では、タンク３０は、水噴射システム２２の下流側に位置付けてもよく、水２４は、水噴射システム２２から出た後に添加剤２８と混合することができる。その上、他の実施形態では、タンク３０は、給水源２６又は別個の給水源に接続され、タンク３０内の添加剤２８の溶液を準備するため、及び／又はタンク３０内の添加剤２８の濃度を変えるために水を受け入れることができる。
【００２１】
燃焼器１２に達すると、溶液２０は、燃焼器１２の燃料ノズル内又は燃焼器１２自体内の水通路を通って燃焼ゾーンに導入することができる。例えば、溶液２０は、燃焼器１２の燃料ノズル内の専用水通路を通って燃焼器１２に流入することができる。溶液２０はまた、燃料ノズルの冷却側に装着されたノズルを介して、燃焼器１２の端部カバーに装着されたノズルを介して、１次燃料ノズルの下流側の燃焼器１２の端部カバー上に装着された２次燃料ノズルを介して、或いは、燃焼器１２の下流側の移行セクション内の水通路を介して（例えば、流れに対して横方向に又は種々の角度で流れストリーム内に噴射される）、燃焼器１２に流入することができる。
【００２２】
燃焼器１２内では、加圧空気１８が燃料１４と共に燃焼して、高温の燃焼ガス４０を生成することができる。加圧空気１８は、吸気セクション３４を通ってガスタービンエンジン１０に流入し、圧縮機３８を通って流れる吸入口３２を含むことができる。加圧空気１８は、燃焼器１２に流入し、ここで加圧空気が燃料１４と混合して燃焼し、高温燃焼ガス４０を生成することができる。溶液２０は、燃料１４と共に燃焼ゾーンに配向することができ、ここで水２４がエミッションを低減することができ、添加剤２８は腐食を抑制することができる。高温燃焼ガス４０は、燃焼器１２からタービン４２を通って流れ、該タービンが、シャフト４４を介して圧縮機３８を駆動することができる。例えば、燃焼ガス４０は、タービン４２内でタービンロータブレードに推進力を加え、シャフト４４を回転させることができる。高温燃焼ガスは、タービン４２を流れた後、排気セクション４８を通ってガスタービンシステム１０から出ることができる。
【００２３】
添加剤送給システム２７の動作は、コントローラ５０により管理することができる。コントローラ５０は、センサ５２、５４、及び５６からの入力を受け取り、燃焼器１２に供給する添加剤２８のレベルを判定することができる。センサ５２及び５４は、燃焼器１２に流入する燃料１４の特性を検知することができる。具体的には、センサ５２は、燃料流量を検知することができ、センサ５４は、燃料中のバナジウムなどの元素の量を検知することができる。センサ５６は、水噴射システム２２に流入する水２４の流量を検知することができる。
【００２４】
コントローラ５０は、バルブ５８に作動可能に結合され、センサ５２、５４、及び５６からの入力に基づいてタンク３０から水噴射システム２２に流入する添加剤２８の量を調節することができる。例えば、コントローラ５０は、燃焼器２０に流入する添加剤２８の量と、燃焼器２０に流入する燃料１４の量との一定の比率を維持するために、ハードウェア又はソフトウェア制御アルゴリズムを実行することができる。センサ５２を通じて受け取った燃料流量に基づき、コントローラ５０は、バルブ５８を通る流量を変化させ、燃焼器１２に流入する燃料１４と添加剤２８の特定比を維持することができる。
【００２５】
コントローラ５０はまた、センサ５６を通って受け取る水２４の流量を用いて、水噴射システム２２に流入する添加剤２８の流量を変化させることができる。水噴射システム２２に流入する水の流量は、とりわけ、エミッション制御、出力増大又はタービンソーキングなどの非添加剤関連の制御機能を達成するために変えることができる。コントローラ５０は、センサ５６からの指定水の流量を受け取り、この水の流量に基づいて水噴射システム２２に流入する添加剤２８の量を変えることができる。コントローラ５０は、この流量を考慮し、燃料１４及び添加剤２８中の化合物又は元素の一定の比を維持することができる。例えば、コントローラ５０は、マグネシウム系添加剤２８と燃料１４中のバナジウムの量との比率をほぼ３：１にするよう、バルブ３８を調節することができる。この実施例では、センサ５４は、燃料１４中のバナジウムの量を検知し、この情報をコントローラ５０に提供することができる。コントローラは、この情報を用いて添加剤２８の流量を変化させ、添加剤と燃料中の化合物又は元素との所定比を維持することができる。特定の実施形態において、コントローラ５０は、燃焼器内で腐食抑制添加剤及び燃料中の腐食性元素との間の所定比を維持することができる。所定比は、腐食抑制添加剤及び腐食性元素に応じて変えることができる。例えば、特定の実施形態において、所定比は、約１：１、２：１、３：１、４：１又は５：１とすることができる。しかしながら、他の実施形態では、あらゆる好適な比を利用することができる。
【００２６】
他の実施形態では、添加剤流量は、燃料１４中の他の化合物又は元素に基づいて調節することができる。更に、特定の実施形態において、燃料１４中の元素又は化合物の量は、例えばユーザがコントローラ５０に入力することができ、センサ５４は利用しなくてもよい。しかしながら、コントローラ５０は、センサ５６を通る水の流量を受け取り、水噴射システム２２に流入する添加剤２８の量を変化させたときの水の流量を考慮することができる。
【００２７】
例示的な実施形態によれば、制御回路は、アナログ・デジタルコンバータ、マイクロプロセッサ、不揮発性メモリ、及びインタフェースボードなどの構成要素を含むことができる。勿論、溶液２０及び／又は燃料１４の温度及び圧力を検知する追加の圧力及び／又は温度トランスデューサ又はスイッチのような、他のデバイスをシステムに含めることができる。その上、他の実施形態では、コントローラ５０は、他の動作パラメータを用いてバルブ５８を調節し、添加剤２８と燃料１４との比を制御することができる。例えば、コントローラ５０は、とりわけ、トルク、排気エミッション又は出力などの動作パラメータを用いて、燃焼器１２に適用すべき添加剤２８の量を示すことができる。更に、特定の実施形態において、コントローラ５０は、水噴射システム２２に対する２以上の異なる添加剤の供給を独立して制御することができる。例えば、複数のバルブ及び配管構成をバルブ５８と並行して含めて、水噴射システム２２に流入する異なる添加剤の流れを調節することができる。コントローラ５０は、水噴射システム２２に流入する各添加剤の量を独立して制御することができる。例えば、添加剤２８は、燃料中の腐食元素の量に基づいて調節することができるが、別の添加剤は、タービンエンジン１０の別の動作パラメータに基づいて調節される。
【００２８】
コントローラ５０はまた、水噴射システム２２の動作を管理することができる。例えば、特定の実施形態において、水２４は、ガスタービンエンジン１０が液体燃料１４で運転しているときに燃焼器１２に供給することができる。しかしながら、添加剤送給システム２７は、燃焼器１２が液体又はガス状燃料１４の何れかで運転しているときに燃焼器１２に添加剤２８を送給するよう構成することができる。これらの実施形態では、コントローラ５０は、給水源２６から水噴射システム２２への水２４の流れを調節するバルブ５９に動作可能に結合することができる。ガスタービンエンジン１０がガス状燃料で運転しているときには、コントローラ５０は、燃焼器１２に添加剤２８を送給する水噴射システム２２が水２４を供給し、溶液２０を形成できるようにすることができる。これらの実施形態では、コントローラ５０を通るバルブ６６を調節することで、低流量の水を利用することができる。換言すると、燃焼器１２内のエミッション制御などの非添加剤機能を実施するのに水２４を利用できない場合でも、ある特定量の水２４を提供して、所望のレベルの添加剤２４を燃焼器１２内に維持することができる。
【００２９】
他の実施形態では、コントローラ５０は、水噴射システム２２内の水２４の流れを制御することができ、別個のバルブ５９を省くことができる。更に、特定の実施形態において、添加剤送給システム２７は、水噴射システム２２に一体化することができる。しかしながら、特に既存の水噴射システム２２を修正する他の実施形態では、添加剤送給システム２７は、独立式構成要素として存在することができる。更に、ポンプ、駆動部、流量メータ、圧力及び温度トランスデューサ、並びにコントローラなどの追加の機器は、添加剤送給システム２７内に含めることができる。
【００３０】
水性添加剤送給システム２７に加えて、ガスタービンエンジン１０は、任意選択の油性添加剤送給システム６０を含むことができる。油性システム６０は、バルブ６６を通って燃料供給システム１６に油性添加剤６４を配向する添加剤供給源６２を含む。油性添加剤６４は、マグネシウムスルホネート、高分子量の脂肪族化合物などの有機酸のマグネシウム塩、ナフテン酸、並びに、腐食を抑制するように設計された、とりわけ石油スルホネート及びナフテン酸マグネシウムを含む石油スルホン酸といった、油溶性添加剤を含むことができる。しかしながら、他の実施形態では、油性添加剤６４は、粒子又は粉体の懸濁、分散又はエマルジョンを含むことができる。
【００３１】
油性添加剤システム６０は、比較的低レベルの元素又は化合物を含有する燃料１４に利用することができる。例えば、約０〜３０ｐｐｍのバナジウムを含有する燃料を用いると、腐食を抑制するために、水溶性添加剤２８の代わりに油性添加剤６４を利用することは、コスト効果をより高くすることができる。更に具体的には、油性添加剤６４は、約５から１５ｐｐｍ及びこれらの間の部分範囲のバナジウムを含有する燃料を使用する際に利用することができる。これらの実施形態では、センサ５４は、燃料１４中のバナジウムの量を検知し、この量をコントローラ５０に提供することができる。例えば、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９又は２０ｐｐｍである特定の閾値を下回るレベルになると、コントローラ５０は、バルブ５８を閉鎖し且つバルブ６６を開放して、油性添加剤６４を燃料供給システム１６に配向することができる。例えば、バナジウムのレベルが、約５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４又は１５ｐｐｍを上回るほど増大すると、コントローラ５０  は、バルブ６６を閉鎖し且つバルブ５８を開放して、水性添加剤送給システム２７を作動させることができる。
【００３２】
特定の実施形態において、コントローラ５０はまた、水性添加剤送給システム２７及び油性添加剤送給システム６０の両方を使用不能にするよう構成することができる。例えば、センサ５４が約１、２又は３ｐｐｍ未満のバナジウムのレベルを検知すると、コントローラ５０は、送給システム２７及び６０の両方を使用不能にすることができる。コントローラ５０はまた、バルブ５８、５９、及び６６に加えて、システム２７、６０内のポンプ及び駆動部などの他の機器の作動を管理することができる。
【００３３】
図２は、図１のガスタービンエンジン１０の１つの実施形態の側断面図である。ガスタービンエンジン１０は、燃焼器１２のヘッド端部６９に位置付けられた燃料ノズル７０を含む。特定の実施形態において、ガスタービンエンジン１０は、環状配列で配置された複数の燃焼器１２を含むことができる。燃料ノズル７０は、液体燃料接続部７２から液体燃料１４（図１）と、ガス状燃料接続部７４からガス状燃料１４（図１）とを受け取る。燃料接続部７２、７４は、燃料１４を受けるよう燃料供給システム１６（図１）に結合することができる。燃料１４に加えて、燃料ノズル７０は、水噴射システム２２（図１）に結合された水噴射接続部７６を通って水溶液２０（図１）を受け取ることができる。しかしながら、他の実施形態では、水溶液２０は、燃料ノズルの冷却側に装着されたノズル、燃焼器１２の端部カバーに装着されたノズル、１次燃料ノズルの下流側の燃焼器１２の端部カバーに装着された２次燃料ノズル、或いは、燃焼器１２の下流側の移行セクション８０内の水通路など、他の位置にあるノズルを通って燃焼器に供給することができる。
【００３４】
図１に関して上述したように、空気は、吸気セクション３４を通ってシステム１０に流入し、圧縮機３８により加圧することができる。次いで、圧縮機３８からの加圧空気は、燃焼器１２に配向することができる。特定の実施形態において、加圧空気の一部は、付加的な圧縮及び／又は冷却などの処理を更に受けて、噴霧空気接続部７１を通って噴霧空気として燃焼器１２に配向することができる。燃焼器１２内では、空気が燃料１４と混合され、燃料接続部７２及び７４を通って燃焼器１２に流入することができる。特定の実施形態において、燃料ノズル７０は、燃料混合気を最適な燃焼、エミッション、燃料消費量、及び出力に好適な比率で燃焼器１２に噴射することができる。接続部７２又は７４の何れかを通って燃料が噴射されると、水噴射接続部７６を通して溶液２０を燃焼器１２に供給し、腐食抑制添加剤を提供することができる。燃焼器１２内で燃焼が行われて、高温燃焼ガスを生成すると、水溶液２０を燃焼器１２に噴射し、エミッション低減、腐食抑制、及び／又は煙生成の抑制を行うことができる。
【００３５】
燃焼ガスは、燃焼器１２から移行セクション８０に流出し、移行セクション８０を介してタービン４２に流れることができる。タービン４２内では、燃焼ガスがタービン４２内に半径方向に延びるブレード７８を転回させ、排気セクション４８から出る前にシャフト４４（図１）を回転させることができる。
【００３６】
図３は、燃焼器１２の燃料ノズルの１つの実施形態の切り欠き図である。燃料ノズル７０は、フランジ９０に装着され、該フランジは燃料ノズル７０を燃焼器１２のヘッド端部６９に装着することができる。フランジ９０は、接続部７２、７４、及び７６に流体結合することができ、燃料ノズル７０を介して噴霧空気、燃料１４、及び水溶液２０（図１）を燃焼器１２内に送る導管又はチャンネルを含むことができる。液体燃料は、液体通路９２を流れることができ、ガス状燃料は、ガス通路９４を通って流れることができる。図１に関して上述したように、燃焼器１２は、ガス状燃料及び液体燃料の両方を受け取るよう構成することができる。添加剤２８及び水２４を含有する水溶液２０は、水通路９６を通って流れ、燃料１４と共に燃焼器１２内に放出することができる。噴霧空気は、液体燃料を霧化するよう設計された噴霧空気通路９８を通って燃焼器１２に流入することができる。図３に示すように、液体通路９２、ガス通路９４、水通路９６、及び空気通路９８は、燃料ノズル７０内で同軸に配置されている。しかしながら、他の実施形態では、通路９２、９４、９６、９８の位置、サイズ、及び形状は変わることができる。例えば、通路９２、９４、９６、９８は同軸でなくてもよい。別の実施例では、燃料及び／又は水については複数の軸方向に交互にされた噴射ポイントが存在することができる。更に、特定の実施形態において、通路９２、９４、９６、９８の１つ又は全ては、複数の独立した回路を含むことができる。更に、単一の燃料ノズル設計が図示されているが、添加剤送給システムはまた、複数の燃料ノズルを有する燃焼器、複数の燃料タイプを受け取るように構成された燃焼器、複数の燃焼段を有する燃焼器、及び／又は複数の燃焼器及び／又は複数の燃焼反応段を含むシステムにおいて利用することができる。
【００３７】
図４は、添加剤を燃焼器に送給する例示的な方法１１０を示している。本方法は、燃料流量を検知する段階（ブロック１１２）で始まることができる。例えば、センサ５２（図１）は、燃焼器１２に流入する燃料１４の流量を検知することができる。燃料流量を使用すると、コントローラ５０（図１）は、燃焼器１２（図１）に供給するための添加剤の量を決定する（ブロック１１４）ことができる。例えば、コントローラ５０は、燃料流量に基づいて又は燃料１４内に含有される元素又は化合物の量に基づいて添加剤の設定量を供給するよう構成することができる。例えば、特定の実施形態において、燃料内のバナジウムの各割合に対して、マグネシウムベースの添加剤の割合を約３で供給することができる。他の実施形態では、添加剤の量は、燃料１４内の他の腐食元素又は化合物が存在することに基づいて、制御することができる。図１に関して上述されたように、燃料１４内の元素又は化合物の量は、図１に示すセンサ５４のようなセンサを用いて決定することができる。
【００３８】
コントローラ５０が添加剤の量を決定した後、コントローラ５０は、例えば、センサ５６（図１）を用いて水流量を検知することができる（ブロック１１６）。水流量及び燃料流量に基づいて、コントローラ５０は、目標添加剤流量を決定することができる。添加剤送給システムは、水噴射システムを用いて添加剤を燃焼器に送るように設計されているので、コントローラ５０は、水噴射システムにより現在使用されている水流量に基づいて添加剤流量を決定することができる。水流量は、エミッション制御、出力増大、タービンソーキングなどの非添加剤制御機能を行うように設定することができる。非添加剤制御機能に対する障害を低減するために、コントローラ５０は、既存の水流量に基づいて添加剤流量を調整することができる。次いで、コントローラ５０は、添加剤流量が目標流量に達するまで該添加剤流量を調整する（ブロック１１８）ことができる。例えば、コントローラ５０は、バルブ５８（図１）の開閉によって添加剤流量を調整することができる。添加剤流量を水流量に基づいて調整し、所望のレベルの添加剤を提供することができる。特定の実施形態において、コントローラ５０は、燃料流量の変化が検知されるまでは、添加剤流量を目標流量に調節することができる。他の実施形態では、コントローラ５０はまた、添加剤供給源（例えば図１に示すタンク３０）への水の流れを調節し、水噴射システムに流入する添加剤の濃度を調整することができる。コントローラ５０は、給水源２６（図１）又は独立した給水源（図示せず）から添加剤タンク３０への水の流れを調節することができる。例えば、非添加剤制御機能を達成するために、配向される水が無いか又は少量である場合、コントローラ５０は、タンク３０に流入する水の量を変化させ、添加剤流量を調整することができる。次いで、本方法は、燃料流量を検知（ブロック１１２）することにより再度始まることができる。
【００３９】
特定の実施形態において、コントローラ５０は、水性添加剤送給システム２７（図１）及び油性添加剤送給システム６０（図１）を選択的に使用可能にすることができる。図５は、水性添加剤送給システム２７と油性添加剤送給システム６０とを切り替えるための例示的な方法１２０を示す。本方法１２０は、燃料１４の組成を決定（ブロック１２２）することにより始めることができる。例えば、センサ５４（図１）は、燃料１４内のバナジウムなどの化合物又は元素の量を検知し、コントローラ５０にその情報を提供することができる。他の実施形態では、燃料組成は、他の制御システム又はユーザによりコントローラ５０に入力することができる。次いで、コントローラ５０は、燃料組成が最小設定点を上回るかどうかを判定（ブロック１２４）することができる。例えば、特定の実施形態において、設定点は、燃料１４内のバナジウムの約１から２ｐｐｍとすることができる。燃料組成が最小設定点を下回る場合、コントローラ５０は、添加剤システムを使用不能にする（ブロック１２６）ことができる。例えば、図１に示すように、コントローラ５０は、バルブ５８及び６６を閉鎖し、油性添加剤送給システム６０及び水性添加剤送給システム２７の両方を使用不能にすることができる。
【００４０】
燃料組成が最小設定点を上回る場合、コントローラ５０は、燃料組成が油性添加剤の設定点を上回るかどうかを判定（ブロック１２８）することができる。例えば、特定の実施形態において、油性設定点は、バナジウムの約３、４又は５ｐｐｍとすることができる。燃料組成が油性添加剤の設定点以下である場合、コントローラは、油性添加剤送給システム６０（図１）を作動（ブロック１３０）させることができる。例えば、コントローラ５０は、バルブ６６を開放し、燃料供給システム１６に添加剤６２を供給することができる。コントローラ５０はまた、バルブ５８を閉鎖し、水噴射システム２２への添加剤２８の供給を遮断することができる。しかしながら、バナジウムのレベルが油性設定点を上回る場合、コントローラは、水性添加剤システム２７（図１）を作動（ブロック１３２）させることができる。例えば、コントローラ５０は、バルブ６６を閉鎖し、バルブ５８を開放して、水噴射システム２２に水性添加剤２８を供給することができる。理解できるように、油性及び水性添加剤送給システム６０、２７の作動は、種々の制御アルゴリズム及び制御デバイスを用いて管理することができる。例えば、特定の実施形態において、コントローラ５０は、とりわけ、ポンプ、バルブ、メータ、駆動部、及びセンサなどの種々の機器を使用可能及び不能にし、システム６０及び２７の各々を使用可能及び不能にすることができる。更に、設定点は、例証として提供されており、限定を意図するものではない。最小設定点及び油性設定点は、燃料の種々の成分に基づくことができ、種々の値及び範囲を含むことができる。その上、特定の実施形態において、設定点は、燃料１４内の複数の成分に基づくことができる。
【００４１】
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、更に、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及びあらゆる包含の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有する場合、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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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