(57)【要約】      （修正有）【課題】ＮＯｘを低減する。【解決手段】ガスタービンエンジン１０を開示する。ガスタービンエンジン１０は、第１燃料を燃焼させる第１内部領域２１を有する燃焼器２０と、少なくとも第１燃料の燃焼生成物を受け取るタービン５０と、第２燃料と第１燃料の燃焼生成物とを燃焼させる第２内部領域４１を含む移行区画４３と、第２燃料を第２内部領域に、単一の軸方向、複数の軸方向、単一の軸方向に円形、及び複数の軸方向に円形、のいずれかの態様で供給するように構成された複数の燃料噴射器６０と、第１及び第２内部領域２１、４１で燃焼させる空気を該領域に供給するコンプレッサ３０と、第１及び第２内部領域２１、４１への空気の相対量、及び第１及び第２内部領域２１、４１に燃料回路７０から供給する第１及び第２燃料の相対量を制御する制御システムとを備える。【選択図】図１
2010159956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）であって、
燃料回路（７０）から供給された第１燃料を燃焼させる第１内部領域（２１）を有する燃焼器（２０）と、
回転タービンブレードを有するタービン（５０）であって、少なくとも前記第１燃料の燃焼生成物を受け取り、タービンブレードに回転力を与えるタービン（５０）と、
前記燃料回路（７０）から供給された第２燃料と前記第１燃料の燃焼生成物とを燃焼させる第２内部領域（４１）を含む移行区画（４３）であって、前記燃焼器（２０）及び前記タービン（５０）を互いに流体接続させている移行区画（４３）と、
前記移行区画（４３）によって構造的に支持され、前記燃料回路（７０）に接続された複数の燃料噴射器（６０）であって、前記第２燃料を前記第２内部領域（４１）に、単一の軸方向、複数の軸方向、単一の軸方向に円形、及び、複数の軸方向に円形、のいずれかの態様で供給するように構成された複数の燃料噴射器（６０）と、
前記燃焼器（２０）及び前記移行区画（４３）に流体接続されたコンプレッサ（３０）であって、前記第１及び第２内部領域（２１、４１）で燃焼させる空気を該領域に供給するコンプレッサ（３０）と、
前記燃料回路（７０）に接続された制御システムであって、前記第１及び第２内部領域（２１、４１）への空気の相対量、及び前記第１及び第２内部領域（２１、４１）に前記燃料回路（７０）から供給する前記第１及び第２燃料の相対量を制御する制御システムとを備えた、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記制御システムが、
前記コンプレッサ（３０）及び前記燃焼器（２０）及び前記移行区画（４３）の間において、少なくとも一部がコンプレッサ（３０）の出口近傍に位置するように設置された弁システム（１１０）と、
前記弁システム（１１０）に接続されたコントローラ（８０）であって、前記弁（１１０）それぞれの開閉動作によって、前記第１及び第２内部領域（２１、４１）に供給する空気の相対量の増加及び減少の少なくともいずれかを行うコントローラ（８０）とを備える、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記制御システムが、予め設定された空燃比に従って、前記第１及び第２内部領域に供給する空気の相対量を制御する、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記制御システムが、前記燃焼器（２０）、前記コンプレッサ（３０）、前記移行区画（４３）及び前記タービン（５０）の現在の状態に基づいて、前記第１及び第２内部領域に供給する空気の相対量を制御する、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
燃料回路（７０）から供給された第１燃料を燃焼させる第１内部領域（２１）を有する燃焼器（２０）と、回転タービンブレードを有するタービン（５０）であって、少なくとも前記第１燃料の燃焼生成物を受け取り、タービンブレードに回転力を与えるタービン（５０）を備えたガスタービンエンジンにおいて、
前記燃料回路（７０）から供給された第２燃料と前記第１燃料の燃焼生成物とを燃焼させる第２内部領域（４１）を含む移行区画（４３）であって、前記燃焼器（２０）及び前記タービン（５０）を互いに流体接続させている移行区画（４３）と、
前記移行区画（４３）によって構造的に支持され、前記燃料回路（７０）に接続された複数の燃料噴射器（６０）であって、前記第２燃料を前記第２内部領域（４１）に、単一の軸方向、複数の軸方向、単一の軸方向に円形、及び、複数の軸方向に円形、のいずれかの態様で供給するように構成された複数の燃料噴射器（６０）と、
前記燃焼器（２０）及び前記移行区画（４３）に流体接続されたコンプレッサ（３０）であって、前記第１及び第２内部領域（２１、４１）で燃焼させる空気を該領域に供給するコンプレッサ（３０）と、
前記燃料回路（７０）に接続された制御システムであって、前記第１及び第２内部領域（２１、４１）への空気の相対量、及び前記第１及び第２内部領域（２１、４１）に前記燃料回路（７０）から供給する前記第１及び第２燃料の相対量を制御する制御システムとを備えた、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
タービン（５０）が燃焼器（２０）に、両者間の移行区画（４３）を介して流体接続しており、空気がコンプレッサ（３０）から燃焼器（２０）及び前記移行区画（４３）に供給されるガスタービンエンジン（１０）の動作方法であって、
第１燃料を燃焼器（２０）の第１内部領域（２１）に供給すること、
前記第１燃料を前記燃焼器（２０）の前記第１内部領域（２１）で燃焼させること、
第２燃料を前記移行区画（４３）の第２内部領域（４１）に、単一の軸方向、複数の軸方向、単一の軸方向に円形、及び、複数の軸方向に円形、のいずれかの態様で供給すること、
前記第２燃料と前記第１内部領域（２１）から受け取った燃焼生成物の流れとを前記移行区画（４３）の前記第２内部領域（４１）で燃焼させること、並びに、
空気と前記第１及び第２内部領域（２１、４１）に供給された前記第１及び第２燃料との相対量を制御することを含む方法。
【請求項７】
前記制御が、予め設定された空燃比に従って行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記制御が、前記燃焼器（２０）、前記コンプレッサ（３０）、前記移行区画（４３）及び前記タービン（５０）の現在の状態に基づいて行われる、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希薄遅延噴射（ＬＬＩ）燃料のステージング及び希薄遅延噴射の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一部のガスタービンエンジンでは、非効率的な動作により、望ましくない空気汚染物質が排出される。従来の炭化水素燃料を燃焼させるタービンから発生する主な空気汚染排出物は、基本的に、窒素酸化物、一酸化炭素及び未燃焼炭化水素である。ガスタービンエンジンにおける、例えば窒素分子の酸化は、燃焼器内の高温、及び反応物が燃焼器内で高温になる時間の長さの影響を受けて進行する。従って、燃焼器温度をサーマルＮＯｘ形成レベルよりも低く保つことによって、又は、反応物が高温になる時間を制限し、ＮＯｘが形成される時間的猶予を与えないことによって、サーマルＮＯｘを低減させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，９７４，７８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
温度制御の一方法には、燃焼前に燃料と空気を予混合して、希薄混合気を生成することが含まれる。しかしながら、大型の産業用ガスタービンの場合、予混合希薄燃料を使用しても、燃焼生成物に必要な温度が非常に高いので、燃焼器の反応区画内をサーマルＮＯｘが形成される温度閾値を上回るピークガス温度となるよう動作させることになる。その結果、多量のＮＯｘが形成される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンは、燃料回路から供給された第１燃料を燃焼させる第１内部領域を有する燃焼器と、回転タービンブレードを有するタービンであって、少なくとも第１燃料の燃焼生成物を受け取り、タービンブレードに回転力を与えるタービンと、燃料回路から供給された第２燃料と第１燃料の燃焼生成物とを燃焼させる第２内部領域を含む移行区画であって、燃焼器及びタービンを互いに流体接続させている移行区画と、移行区画によって構造的に支持され、燃料回路に接続された複数の燃料噴射器であって、第２燃料を第２内部領域に、単一の軸方向、複数の軸方向、単一の軸方向に円形、及び複数の軸方向に円形、のいずれかの態様で供給するように構成された複数の燃料噴射器と、燃焼器及び移行区画に流体接続されたコンプレッサであって、第１及び第２内部領域で燃焼させる空気を該領域に供給するコンプレッサと、燃料回路に接続された制御システムであって、第１及び第２内部領域への空気の相対量、及び第１及び第２内部領域に燃料回路から供給する第１及び第２燃料の相対量を制御する制御システムとを備える。
【０００６】
本発明の別の実施形態に係る、燃料回路から供給された第１燃料を燃焼させる第１内部領域を有する燃焼器と、回転タービンブレードを有するタービンであって、少なくとも第１燃料の燃焼生成物を受け取り、タービンブレードに回転力を与えるタービンを備えたガスタービンエンジンは、燃料回路から供給された第２燃料と第１燃料の燃焼生成物とを燃焼させる第２内部領域を含む移行区画であって、燃焼器及びタービンを互いに流体接続させている移行区画と、移行区画によって構造的に支持され、燃料回路に接続された複数の燃料噴射器であって、第２燃料を第２内部領域に、単一の軸方向、複数の軸方向、単一の軸方向に円形、及び複数の軸方向に円形、のいずれかの態様で供給するように構成された複数の燃料噴射器と、燃焼器及び移行区画に流体接続されたコンプレッサであって、第１及び第２内部領域で燃焼させる空気を該領域に供給するコンプレッサと、燃料回路に接続された制御システムであって、第１及び第２内部領域への空気の相対量、及び第１及び第２内部領域に燃料回路から供給する第１及び第２燃料の相対量を制御する制御システムとを備える。
【０００７】
本発明の更に別の実施形態に係る、タービンが燃焼器に、両者間の移行区画を介して流体接続されており、空気がコンプレッサから燃焼器及び移行区画に供給されるガスタービンエンジンの動作方法は、第１燃料を燃焼器の第１内部領域に供給すること、第１燃料を燃焼器の第１内部領域で燃焼させること、第２燃料を第２内部領域に、単一の軸方向、複数の軸方向、単一の軸方向に円形、及び複数の軸方向に円形、のいずれかの態様で供給すること、第２燃料と第１内部領域から受け取った燃焼生成物の流れとを移行区画の第２内部領域で燃焼させること、並びに、空気と第１及び第２内部領域に供給された第１及び第２燃料との相対量を制御することを含む。
【０００８】
添付図面に対応した以下の説明において、本発明による、以上に記載の及びその他の利点及び特徴が明示されている。
【０００９】
本発明の企図は、添付の特許請求の範囲に明記されている。次に、本発明による、以上に記載の及びその他の利点及び特徴の詳細な説明と対応した添付図面の内容を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】希薄遅延噴射機能を有するタービンの側断面図である。
【図２】図１のタービンのヘッドエンドにおける燃料分割率と着火温度との関係を示すグラフである。
【図３】図１のタービンを動作させる方法を説明するフローチャートである。
【図４Ａ】ヘッドエンド構造の側断面図である。
【図４Ｂ】ヘッドエンド構造の側断面図である。
【図４Ｃ】ヘッドエンド構造の側断面図である。
【図４Ｄ】ヘッドエンド構造の側断面図である。
【図５Ａ】燃料噴射器構造の斜視図である。
【図５Ｂ】燃料噴射器構造の斜視図である。
【図５Ｃ】燃料噴射器構造の斜視図である。
【図５Ｄ】燃料噴射器構造の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
これより、添付図面を参照しながら本発明の実施例、利点及び特徴について詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すガスタービンエンジン１０は、燃料回路７０から供給された第１燃料を燃焼させる第１内部領域２１を有する燃焼器２０と、吸気を圧縮して少なくとも燃焼器２０及び移行区画４３に導入するコンプレッサ３０と、回転タービンブレードを有するタービン５０を備える。このタービン５０は、少なくとも第１燃料の燃焼生成物を受け取り、タービンブレードに回転力を与える。燃焼器とタービンは、移行区画４３を介して流体接続しており、移行区画４３には、燃料回路７０から供給された第２燃料と第１燃料の燃焼生成物とを燃焼させる第２内部領域４１が含まれる。図示のように、燃焼器２０と移行区画４３は連通しており、全体としてヘッドエンド１１を構成しているが、この構造は、後述するように様々であってよい。
【００１３】
図１のように、ヘッドエンド１１は、複数の予混合ノズル１２を有してもよい。しかしながら、ヘッドエンド１１は、図４Ａ〜Ｄのようなその他の構造であってもよい。そのような代替構造には、例えば、図４Ａの標準燃焼器１３、図４Ｂの乾燥低ＮＯｘ（ＤＬＮ）１＋燃焼器１４、図４ＣのＤＬＮ２＋燃焼器１５及び図４ＤのＤＬＮ２．６／２．６＋燃焼器１６がある。更に別の燃焼器の構造としては、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）ヘッドエンド、触媒ヘッドエンド、拡散型ヘッドエンド、及び複数のノズル式静音燃焼（ＭＮＱＣ）ヘッドエンドがある。
【００１４】
ヘッドエンド１１の上記構造にはそれぞれ、希薄遅延噴射（ＬＬＩ）を適用可能であることが理解できよう。ＬＬＩを行うには、燃焼器として、出口温度が２５００°Ｆ超の任意の燃焼器を用いるか、メタンよりも反応性の高い成分を含有し、高温側滞留時間が１０ｍｓを上回る燃料を用いる。例えば、ＤＬＮ１＋燃焼器１４におけるＬＬＩの場合、出口温度が２５００°Ｆ未満であってもよいが、メタンよりも反応性が高い成分を含有する燃料を用いる。拡散式ヘッドエンド燃焼器におけるＬＬＩの場合、出口温度を２５００°Ｆ超とし、メタンよりも反応性が高い成分を含有する燃料を用いる。同様に、ＤＬＮ２．０／ＤＬＮ２＋燃焼器１５におけるＬＬＩの場合、出口温度を２５００°Ｆ超とし、メタンよりも反応性が高い成分を含有する燃料を用い、触媒ヘッドエンド又はＤＬＮ２．６／２．６＋燃焼器１６におけるＬＬＩの場合、出口温度を２５００°Ｆ超とし、メタンよりも反応性が高い成分を含有する燃料を用いる。
【００１５】
移行区画４３の外壁、すなわち移行区画４３周囲のスリーブ４０の外壁によって、複数の燃料噴射器６０のそれぞれが構造的に支持されており、燃料噴射器６０は、第２内部領域４１に任意の長さだけ延出している。この構造において、燃料噴射器６０のそれぞれによって、ＬＬＩ燃料のステージングが行われる。すなわち、燃料噴射器６０はそれぞれ、第２燃料（すなわちＬＬＩ燃料）を第２内部領域４１へ、例えば、移行区画４３を通る主流の方向にほぼ直交するように、且つ、単一の軸方向、複数の軸方向、単一の軸方向に円形、及び複数の軸方向に円形、のいずれかの態様で供給する。このとき、局所的な燃焼区画を安定して形成するよう、燃焼器２０と移行区画４３を各段に区切る。
【００１６】
図５Ａ〜Ｄのように、燃料噴射器６０は、様々な特徴及び機能を有する。例えば、図５Ａのように、燃料噴射器６０は、チューブ・イン・チューブ（tube-in-tube）式の噴射器１２５を含む。この構造の場合、燃料は、チューブ１３０内のノズルから移行区画４３の内部領域４１に能動的に供給され、空気は、チューブ１３０とスリーブ衝突面１４０から接合部分１５０まで延在するスリーブ１４５との間にある環状空間を介して受動的に供給される。図５Ｂのように、燃料噴射器６０は、スワール噴射器１５５を有してもよい。この構造の場合、燃料は、マニホルド１６０を介して移行区画４３の内部領域４１に能動的に供給され、空気は、中央パージ１６５を介して、且つ／又はスワーラ１７０によって受動的に供給される。燃料噴射器６０の他の例として、図５Ｃ及び図５Ｄのように、高濃度触媒要素１８０を含む高濃度触媒噴射器１７５や、燃料が移行区画４３に供給される際に通る複数のチューブ１９０を有する複数のチューブ／シャワーヘッド噴射器１８５がある。明らかなように、いずれの場合も、移行区画４３の外面上に既存の希釈孔４２が存在すれば、適当な場所において燃料噴射器６０を移行区画４３に接続することができる。このように、追加の孔を移行区画４３の外面に穿孔する必要がないので、大幅に製造コストを抑えながら性能を維持することができる。既存の希釈孔４２がない場合、燃料噴射器６０を必要に応じて移行区画４３の外側に設けることができる。
【００１７】
一実施形態において、単一の軸方向の段は、動作中の単一の燃料噴射器６０を含む。複数の段は図示されていないが、複数の軸方向の段は、移行区画４３の複数の軸方向位置にそれぞれ配置された複数の動作中の燃料噴射器６０を含み、単一の軸方向の円形段は、移行区画４３の単一の軸方向に円形配置された複数の動作中の燃料噴射器６０を含み、複数の軸方向の円形段は、移行区画４３の複数の軸方向に円形配置された複数の動作中の燃料噴射器６０を含む。
【００１８】
ここで、複数の燃料噴射器６０を移行区画４３に円形配置する場合、燃料噴射器６０を互いにほぼ等間隔で配置しても、異なる間隔で配置してもよい。例えば、ある特定の円形段に８個〜１０個の燃料噴射器６０を用いて、２個、３個、４個又は５個の燃料噴射器６０を移行区画４３の北半球及び南半球に互いに異なる間隔で設置する。また、複数の燃料噴射器６０を移行区画４３の複数の軸方向段として配置する場合、燃料噴射器６０を互いに一直線状に配置しても、互い違いに配置してもよい。
【００１９】
ガスタービンエンジン１０の動作中、燃料噴射器６０の各々を集合的又は個別に作動又は停止させることによって、単一軸方向の段、複数の軸方向の段、単一の軸方向の円形段及び複数の軸方向の円形段のうち適宜の段を形成することができる。その際、それぞれの燃料噴射器６０には、対応の燃料噴射器６０と燃料回路７０のブランチ７１又は７２との間にある弁６１を介して、燃料回路７０からＬＬＩ燃料が供給されることが理解できよう。弁６１は、コントローラ８０と信号をやり取りし、コントローラ８０は、弁６１を開放又は閉鎖することによって、対応の燃料噴射器６０を作動又は停止させる信号を弁６１に送る。
【００２０】
従って、それぞれの燃料噴射器６０を作動させること（すなわち、複数の軸方向の円形段）が現時点で望ましい場合、コントローラ８０は弁６１のそれぞれを開放する、すなわち、燃料噴射器６０のそれぞれを作動させる信号を送る。反対に、移行区画４３のある特定の軸方向段の燃料噴射器６０を作動させること（すなわち、単一の軸方向の円形段）が現時点で望ましい場合、コントローラ８０は単一の軸方向の円形段の燃料噴射器６０にだけ対応する弁６１を開放する、すなわち、対応する燃料噴射器６０を作動させる信号を送る。もちろん、この制御システムは単なる一例であって、燃料噴射器には複数の構造を組み合わせて用いることができ、燃料噴射器６０の作動及び停止の少なくともいずれかを制御するその他のシステム及び方法も使用可能である。
【００２１】
また、上述のような複数の燃料噴射器構造を有する複数の燃料噴射器６０が存在する場合、更に、コントローラ８０により、任意のある時点で特定の燃料噴射器構造を有する燃料噴射器６０だけを作動させることができる。従って、チューブ・イン・チューブ式の噴射器１２５を有する各燃料噴射器６０を作動させることが現時点で望ましい場合、コントローラ８０は、それらの燃料噴射器６０に対応する弁６１を開放するように信号を送る。反対に、スワール噴射器１５５を含む各燃料噴射器６０を有することが現時点で望ましい場合、コントローラ８０は、スワール噴射器１５５を含む燃料噴射器６０に対応する弁６１だけを開放するように信号を送る。
【００２２】
本発明の別の実施形態において、タービン５０と燃焼器２０とが両者間の移行区画４３を介して流体接続されているガスタービンエンジン１０を動作させる方法を開示する。本方法は、第１燃料を燃焼器２０の第１内部領域２１に供給すること、燃焼器２０の第１内部領域２１で第１燃料を燃焼させること、第２燃料を移行区画４３の第２内部領域４１の単一の軸方向、複数の軸方向、単一の軸方向に円形、及び複数の軸方向に円形、のいずれかの態様で供給すること、並びに、第２燃料及び第１内部領域２１から受け取った燃焼生成物流を移行区画４３内の第２内部領域４１で燃焼させることを含む。
【００２３】
単一の軸方向段で第２燃料を第２内部領域４１に供給することには、単一の燃料噴射器６０を作動させることが含まれる。複数の軸方向段で第２燃料を第２内部領域４１に供給することには、移行区画４３の複数の軸方向にそれぞれ配置された複数の燃料噴射器６０を作動させることが含まれる。単一の軸方向の円形段で第２燃料を第２内部領域４１に供給することには、移行区画４３の単一の軸方向位置において円形配置された複数の燃料噴射器６０を作動させることが含まれる。複数の軸方向の円形段で第２燃料を第２内部領域４１に供給することには、移行区画４３の複数の軸方向位置において円形配置された複数の燃料噴射器６０を作動させることが含まれる。
【００２４】
図２は、種々の燃料分割制御を示したグラフである。図２では、ヘッドエンドの燃料分割率と、燃焼器２０及び／又は移行区画４３内の温度の測定値であるＴｆｉｒｅ値との関係を示している。コントローラ８０は、更に、ヘッドエンド１１及び／又は燃料噴射器６０に向かう第１及び第２燃料の流れ方向を制御するので、ＬＬＩ燃料のステージングの制御も、図２の制御方式に従って、コントローラ８０を用いて制御することができる。この場合、コントローラ８０は、上記のように弁６１及び弁７３に接続されており、これにより、燃料噴射器６０への第２燃料の送出と、ヘッドエンド１１への第１及び／又はＬＬＩ燃料の送出を制御する。
【００２５】
図２において、かかる制御の第１方式は、固定ヘッドエンド分割を用いるものである。この場合、Ｔｆｉｒｅ値が所定値に達すると、第１及び／又はＬＬＩ燃料の何パーセントか（＜１００％）をＬＬＩ燃料のステージング用に移行区画４３に送出する。従って、移行区画４３に送られる燃料のパーセント比はほぼ一定である。第２方式は、ヘッドエンド分割スケジュールを用いるものである。この場合、Ｔｆｉｒｅ値が増加して予め設定した値を上回るので、ＬＬＩ燃料のパーセント比は比例して、又は、何らかの他の適当な関数に従って増加する。第３方式は、ＬＬＩ燃料のパーセント比を燃焼器２０、コンプレッサ３０、移行区画４３、及び／又は、タービン５０の内部環境の幾つかの特徴のいずれかに基づく、１つ又は複数の関数にすることである。例えば、パーセント比を、測定されたコンプレッサ排出温度及び圧力状態であるＴｃｄ又はＰｃｄ、燃焼器２０、コンプレッサ３０又は移行区画４３内からの湿度読み取り値、ガスタービン排気温度、及び／又は計算燃焼器出口温度であるＴ３９の関数にすることができよう。
【００２６】
上記の第３方式を、現在の修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）を示すように修正してもよい。ＭＷＩは、燃料のエネルギー密度であり、ある燃料ノズル面積において、ＭＷＩが低くなると、ヘッドエンド燃料のノズル全体での圧力比がそれだけ増加する。これは、動力学的の望ましくなく、ＬＬＩ燃料ノズルを利用できなくなる可能性があることがわかっているので、ＬＬＩ燃料のパーセント比をＭＷＩの関数にしてもよい。このように、ＭＷＩが増加すると、移行区画４３に分岐するＬＬＩ燃料のパーセント比が大きくなる。熱電対／圧力計１００又は何らかの他の適当な環境測定装置を燃焼器２０、コンプレッサ３０、移行区画４３及び／又はタービン５０に設置して、上記の方式に従って、燃焼器２０、コンプレッサ３０、移行区画４３及びタービン５０内の温度及び圧力を測定する。
【００２７】
図３に、ＬＬＩ機能を備えたタービンの制御方法を示す。本方法は、タービンを作動させること（ステップ３００）、一定時間後に、又はＴｆｉｒｅが所定値に達したら、ＬＬＩを始動させること（ステップ３１０）、更に、第１方式においては、ＬＬＩを同一レベルで動作させ続けること（ステップ３５０）を含む。本方法の第２方式の場合、ステップ３５０では、ＬＬＩを増加レベルで動作させ続ける。第３方式の場合、ステップ３２０において燃焼器２０、コンプレッサ３０及び／又は移行区画４３で測定された任意の特性が設定されたパラメータを上回っているか下回っているかを判定し、その決定結果に基づいて、ＬＬＩレベルを減少させたり（ステップ３３０）、増加又は維持したり（ステップ３４０）し、その後、ステップ３５０においてＬＬＩ動作を継続する。
【００２８】
再び図１を参照されたい。コントローラ８０は更に、三方弁１１０の他に、一部の実施形態では、燃料噴射器６０周囲のマニホルド上にある追加の弁、又は、上述のように弁６１を制御する。すなわち、コントローラ８０を用いて、コンプレッサ３０から燃焼器２０及び移行区画４３に、又は、各燃料噴射器６０に送られた吸気の気流分割を制御することができる。このように、コントローラ８０を用いて、燃料分割及び気流分割を同時に制御することができる。従って、コントローラ８０により、燃焼システムの最適空燃比に基づいて、燃焼システムの作動経路を形成することができる。本発明の実施形態として、三方弁１１０は、更に、あらゆる空気冷却システムにも適用可能であり、ひいては、ターンダウン活動及び／又はエネルギー省（ＤｏＥ）プログラムの一助となるであろう。
【００２９】
上述のように、三方弁１１０の制御により、燃焼システムの空燃比を最適化することができる。燃焼器２０及び移行区画４３の仕様、又は、現在の動作状態に基づいて、この空燃比を予め設定しておくことができる。そうすると、燃焼器２０、コンプレッサ３０、移行区画４３及びタービン５０内に設置された熱電対／圧力計１００からの温度及び／又は圧力読み取り値に基づいて、コントローラ８０は、燃焼器２０又は移行区画４３のいずれか一方の空燃比を増加させる。
【００３０】
希薄遅延噴射（ＬＬＩ）により、一般的にはＬＬＩに対応していない燃焼器では使えない、製油所ガスなどの代替ガスをはじめとする様々なガス流を移行区画４３に噴射できるようになる。製油所ガスなどの反応性が非常に高いガスは、通常、予混合器内の保炎性の観点から、予混合燃焼器で取り扱うことができない。しかし、特に燃料噴射器６０に耐火性がある場合、製油所ガスを、天然ガスと混合しても（しなくてもよいが）、そのような問題を伴わないで移行区画４３内へ直接噴射できることもある。ここで、製油所ガスを天然ガスと混合する場合、天然ガスの使用量は、例えば上述のように、Ｔｃｄ、Ｐｃｄ及びＴ３９の関数である。また、製油所ガスを移行区画４３内へ噴射する場合、保炎事故を防止するために、火炎を検知可能な予混合器をヘッドエンド１１に用いることができる。
【００３１】
図１の例では、代替ガスを、供給源９０から、コントローラ８０によって制御された製油所ガス弁９１を介して、燃料回路７０のブランチ７１又は７２へ噴射する。このように、代替ガスを移行区画４３内へ噴射すると決定した場合、コントローラ８０は、製油所ガス弁９１を開き、燃料回路７０を介して代替ガスを燃料噴射器６０に送る。
【００３２】
別の実施形態として、代替ガスを天然ガスと混合して、使用時にヘッドエンド１１の耐性に合った組成の第１燃料を生成することができる。第２燃料の生成には、そのような混合を行っても、行わなくても、代替ガスを準備することができる。
【００３３】
加えて、代替ガスは、上述のように、燃料回路７０が供給源９０から受け取った製油所ガス、及びメタンより反応性が高い成分を含有するガスであってもよい。代替ガスは、例えば、約０．５体積％を上回る水素と、約５体積％を上回るエタンと、約１０体積％を上回るプロパンと、約５体積％を上回るブタン又はブタンより上位の炭化水素を含有するガスであってもよい。
【００３４】
燃料流に応じて、燃料回路７０に複数のブランチ７１及び７２を組み込むこともできる。複数のブランチ７１及び７２によって燃料流の面積を増やすことで、又は、燃焼モード（すなわち、拡散及び予混合）を適用して燃料を導入することで、組成が大きく異なる燃料にも対応できる。ブランチ７１及び７２により、燃料ウォッベ指数や、燃料組成の調節、流れの変更も可能である。燃料回路７０のブランチ７１及び７２は、燃料回路７０のブランチとしても、移行区画４３の追加の燃料ノズルとしても、この組み合わせとしても、又は、その他の適当な態様で使用可能である。
【００３５】
ブランチ７１及び７２は、更に、長さ方向に沿って配置された触媒部分酸化反応器（ＣＰＣＲ）１２０を含んでもよい。ＣＰＣＲ１２０により、第１又は第２燃料内のメタンを水素に変換し、且つ／又は、窒素酸化物を生じることなくメタンを部分的に酸化することができる。その結果、ＬＬＩに使用する反応済み燃料が既に部分的に酸化された状態で、ＣＰＣＲ１２０を使用しない場合よりも、更に遅らせて燃料を移行区画４３内へ噴射することができる。
【００３６】
以上、一部の実施形態についてのみ、本発明を説明してきたが、明らかなように、本発明の実施形態は本明細書に記載のものに限られない。これらの実施形態にいかなる修正、改変、代替、等価の措置を加えても、本発明の実施形態として認められる。また、本発明の実施形態の態様うち、開示の内容はその一部にすぎない。本発明は、添付の特許請求の範囲に基づいてのみ解釈されるべきであって、本明細書の説明に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ガスタービンエンジン
１１  ヘッドエンド
１２  複数の予混合ノズル
１３  一般的な燃焼器
１４  （ＤＬＮ）１＋燃焼器
１５  （ＤＬＮ）２＋燃焼器
１６  ＤＬＮ２．６／２．６＋燃焼器
２０  燃焼器
２１  第１内部領域
４０  スリーブ
４１  第２内部領域
４２  希釈孔
４３  移行区画
５０  タービン
６０  燃料噴射器
６１  弁
７０  燃料回路
７１、７２  ブランチ
８０  コントローラ
９０  供給源
９１  製油所ガス弁
１００  熱電対／圧力計
１１０  三方弁
１２０  触媒部分酸化反応器
１２５  チューブ・イン・チューブ噴射器
１３０  チューブ
１４０  スリーブ衝突面
１４５  スリーブ
１５０  接合部分
１５５  スワール噴射器
１６０  マニホルド
１６５  パージ
１７０  スワーラ
１７５  高濃度触媒噴射器
１８０  高濃度触媒要素
１８５  複数のチューブ／シャワーヘッド噴射器
１９０  複数のチューブ
３００  タービンを動作させる
３１０  ＬＬＩを始動する
３２０  判定を行う
３３０  ＬＬＩレベルを減少させる
３４０  ＬＬＩを増加させる
３５０  ＬＬＩの動作を継続
【図１】
2010159956.tif 000003
【図２】
2010159956.tif 000004
【図３】
2010159956.tif 000005
【図４Ａ】
2010159956.tif 000006
【図４Ｂ】
2010159956.tif 000007
【図４Ｃ】
2010159956.tif 000008
【図４Ｄ】
2010159956.tif 000009
【図５Ａ】
2010159956.tif 000010
【図５Ｂ】
2010159956.tif 000011
【図５Ｃ】
2010159956.tif 000012
【図５Ｄ】
2010159956.tif 000013
【外国語明細書】
2010159956000001.pdf