(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジン（１０）を提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン（１０）は、天然ガス及び／又は天然ガスと外部供給源（９０）からの代替ガスとの混合物を含む第１の燃料を内部で燃焼可能な第１の内部空間（２１）を有する燃焼器（２０）と、タービン（５０）と、外部供給源（９０）からの未混合の代替ガスを含む第２の燃料及び第１の燃料の燃焼の生成物を内部で燃焼可能な第２の内部空間（４１）を含む接続ゾーン（４３）と、接続ゾーン（４３）により構造上支持され、燃料回路（７０）に結合され、単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうちいずれかの段において第２の燃料を第２の内部空間（４１）に供給する複数の燃料噴射器（６０）とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料回路（７０）により供給され且つ天然ガス及び／又は天然ガスと外部供給源（９０）から前記燃料回路（７０）により受け入れられる代替ガスとの混合物を含む第１の燃料を内部で燃焼可能な第１の内部空間（２１）を有する燃焼器（２０）と；
複数の回転タービン翼を含み、前記タービン翼の回転の動力を供給するために少なくとも前記第１の燃料の燃焼の生成物が受け入れられるタービン（５０）と；
前記燃料回路（７０）により供給され且つ前記外部供給源（９０）から前記燃料回路（７０）により受け入れられる未混合の前記代替ガスを含む第２の燃料及び前記第１の燃料の燃焼の生成物を内部で燃焼可能な第２の内部空間（４１）を含み、前記燃焼器（２０）及び前記タービン（５０）を互いに流体結合するように配設された接続ゾーン（４３）と；
前記接続ゾーン（４３）により構造上支持され且つ前記燃料回路（７０）に結合され、単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうちいずれか１つの段において前記第２の内部空間（４１）に前記第２の燃料を供給するように構成された複数の燃料噴射器（６０）とを具備するガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記代替ガスは、ガス供給源（９０）から前記燃料回路（７０）により受け入れられる製油所ガスを含む請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
前記燃料回路（７０）により受け入れられる前記代替ガスの量を調整するように構成された制御システムを更に具備する請求項２記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記制御システムは、
前記燃料回路（７０）と前記代替ガスの供給源（９０）との間に配置され且つ前記燃料回路（７０）及び前記供給源（９０）に流体結合された弁（６１）と；
前記弁（９１）に結合され且つ前記燃料回路（７０）により受け入れられる前記代替ガスの量を少なくとも増加又は減少するために前記弁（９１）を開閉するように構成された制御装置（８０）とを具備する請求項３記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記制御装置（８０）は、測定された環境条件に従って前記代替ガスの量を少なくとも増加又は減少する請求項４記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記代替ガスは、メタンより反応性の高い成分を含む請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
前記代替ガスは約０．５ｖｏｌ％を超える量の水素、約５ｖｏｌ％を超える量のエタン、約０．５ｖｏｌ％を超える量のプロパン、約０．５ｖｏｌ％を超える量のブタン及び／又はブタンを超える量の炭化水素を含む請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
燃料回路（７０）により供給され且つ天然ガス及び／又は天然ガスと外部供給源（９０）から前記燃料回路（７０）により受け入れられる代替ガスとの混合物を含む第１の燃料を内部で燃焼可能な第１の内部空間（２１）を有する燃焼器（２０）と、複数の回転タービン翼を含み、前記タービン翼の回転に動力を供給するために少なくとも前記第１の燃料の燃焼の生成物が受け入れられるタービン（５０）とを含むガスタービンエンジン（１０）において、
前記燃料回路（７０）により供給され且つ前記外部供給源（９０）から前記燃料回路（７０）により受け入れられる未混合の前記代替ガスを含む第２の燃料及び前記第１の燃料の燃焼の生成物を内部で燃焼可能な第２の内部空間（４１）を含み、前記燃焼器（２０）及び前記タービン（５０）を互いに流体結合するように配設された接続ゾーン（４３）と；
前記接続ゾーン（４３）により構造上支持され且つ単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうちいずれか１つの段において前記第２の燃料を前記第２の内部空間（４１）に供給するように構成された複数の燃料噴射器（６０）とを具備するガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
タービン（５０）と燃焼器（２０）との間に挿入された接続ゾーン（４３）により前記タービン（５０）が前記燃焼器（２０）に流体結合されているガスタービンエンジン（１０）を動作させる方法において、
天然ガス及び／又は天然ガスと代替ガスとの混合物を含む第１の燃料を前記燃焼器（２０）内部の第１の内部空間（２１）に供給することと；
前記燃焼器（２０）内部の前記第１の内部空間（２１）で前記第１の燃料を燃焼することと；
単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうちいずれか１つの段において未混合で供給される前記代替ガスを含む第２の燃料を前記接続ゾーン（４３）内部の第２の内部空間（４１）に供給することと；
前記接続ゾーン（４３）の中の前記第２の内部空間（４１）で前記第２の燃料及び前記第１の内部空間（２１）から受け入れられる燃焼生成物の流れを燃焼することとから成る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遅延希薄噴射（ＬＬＩ）燃料段構成及びそれを実現する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ガスタービンエンジンの中には、高い効率で動作できず、望ましくない空気汚染物質を放出するものがある。従来の炭化水素燃料を燃焼するタービンにより通常生成される主な空気汚染放出物質は、窒素酸化物、一酸化炭素及び未燃炭化水素である。例えばガスタービンエンジンにおける窒素分子の酸化は、燃焼器の高温及び燃焼器内部における高温環境での反応物質の滞留時間によって左右されるので、熱ＮＯｘが形成されるレベルより低い温度に燃焼器の温度を維持することにより又はＮＯｘ形成反応が進行する時間が十分に与えられないように高温環境における反応物質の滞留時間を制限することにより、熱ＮＯｘ形成レベルは低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，９７４，７８１号公報
【特許文献２】米国特許第６，０４７，５５０号公報
【特許文献３】米国特許第６，１９２，６８８号公報
【特許文献４】米国特許第６，８６８，６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
温度を調整する方法の１つは、燃焼前に希薄混合気を形成するために燃料と空気を予混合することを含む。しかし、重構造型ガスタービンの場合、予混合希薄燃料を使用しても、要求される燃焼生成物の温度が非常に高いため、反応ゾーンにおけるピークガス温度が熱ＮＯｘ形成閾値温度を超える状態で燃焼器を動作させなければならず、その結果、大量のＮＯｘが形成されてしまうことがわかっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、ガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、燃料回路により供給され且つ天然ガス及び／又は天然ガスと外部供給源から燃料回路により受け入れられる代替ガスとの混合物を含む第１の燃料を内部で燃焼可能な第１の内部空間を有する燃焼器と、複数の回転タービン翼を含み、タービン翼の回転に動力を供給するために少なくとも第１の燃料の燃焼の生成物が受け入れられるタービンと、燃料回路により供給され且つ外部供給源から燃料回路により受け入れられる未混合の代替ガスを含む第２の燃料及び第１の燃料の燃焼の生成物を内部で燃焼可能な第２の内部空間を含み、燃焼器及びタービンを互いに流体結合するように配設された接続ゾーンと、接続ゾーンにより構造上支持され且つ燃料回路に結合され、単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうち任意の１つの段において第２の燃料を第２の内部空間に供給するように構成された複数の燃料噴射器とを含む。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、燃料回路により供給され且つ天然ガス及び／又は天然ガスと外部供給源から燃料回路により受け入れられる代替ガスとの混合物を含む第１の燃料を内部で燃焼可能な第１の内部空間を有する燃焼器と、複数の回転タービン翼を含み、タービン翼の回転に動力を供給するために少なくとも第１の燃料の燃焼の生成物が受け入れられるタービンとを含むガスタービンエンジンが提供され、ガスタービンエンジンは、燃料回路により供給され且つ外部供給源から燃料回路により受け入れられる未混合の代替ガスを含む第２の燃料及び第１の燃料の燃焼の生成物を内部で燃焼可能である第２の内部空間を含み、燃焼器及びタービンを互いに流体結合するように配設された接続ゾーンと、接続ゾーンにより構造上支持され且つ燃料回路に結合され、単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうち任意の１つの段において第２の燃料を第２の内部空間に供給するように構成された複数の燃料噴射器とを含む。
【０００７】
本発明の更に別の態様によれば、タービンと燃焼器との間に挿入された接続ゾーンによりタービンが燃焼器に流体結合されているガスタービンエンジンを動作させる方法が提供され、方法は、天然ガス及び／又は天然ガスと代替ガスとの混合物を含む第１の燃料を燃焼器内部の第１の内部空間に供給することと、燃焼器内部の第１の内部空間で第１の燃料を燃焼することと、供給される未混合の代替ガスを単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうち任意の１つの段において接続ゾーン内部の第２の内部空間に供給することと、接続ゾーン内部の第２の内部空間で第２の燃料及び第１の内部空間から受け入れられる燃焼生成物の流れを燃焼することとを含む。
【０００８】
上記の利点及び特徴並びに他の特徴及び利点は、添付の図面と関連させた以下の説明から更に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明であるとみなされる主題は、本明細書の末尾の特許請求の範囲において特定して指示され且つ明確に特許請求される。本発明の上記の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付の図面と関連させた以下の詳細な説明から明らかである。
【図１】図１は遅延希薄噴射能力を含むタービンを示した側断面図である。
【図２】図２は図１のタービンのヘッドエンド燃料分割比率と点火温度との関係を示したグラフである。
【図３】図３は図１のタービンを動作させる方法を示したフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは種々のヘッドエンド構成を示した側断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは種々のヘッドエンド構成を示した側断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは種々のヘッドエンド構成を示した側断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは種々のヘッドエンド構成を示した側断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは種々の燃料噴射器構成を示した斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは種々の燃料噴射器構成を示した斜視図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは種々の燃料噴射器構成を示した斜視図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは種々の燃料噴射器構成を示した斜視図である。
【００１０】
詳細な説明は、例として図面を参照しながら本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を参照すると、ガスタービンエンジン１０が示される。ガスタービンエンジン１０は、燃料回路７０により供給される第１の燃料を内部で燃焼可能な第１の内部空間２１を有する燃焼器２０と、吸気を圧縮し且つ圧縮された空気を少なくとも燃焼器２０及び接続ゾーン４３に供給する圧縮機３０と、複数の回転タービン翼を含むタービン５０とを含む。タービン翼の回転に動力を供給するために、少なくとも第１の燃料の燃焼の生成物がタービン５０に受け入れられる。接続ゾーン４３は、燃焼器２０及びタービン５０を流体結合するように配設される。接続ゾーン４３は、燃料回路７０により供給される第２の燃料及び第１の燃料の燃焼の生成物を内部で燃焼可能な第２の内部空間４１を含む。図示されるように、燃焼器２０及び接続ゾーン４３は、一般にヘッドエンド１１の形態を有するように互いに組み合わされる。以下に説明されるように、ヘッドエンド１１は種々の構成を有してよい。
【００１２】
図１に示されるように、ヘッドエンド１１は多数の予混合ノズル１２を含んでもよい。しかし、図４Ａ〜図４Ｄに示されるように、ヘッドエンド１１の他の構成も可能である。そのような代替構成は、図４Ａの標準燃焼器構成１３、図４Ｂの乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）１＋燃焼器構成１４、図４ＣのＤＬＮ２＋燃焼器構成１５及び図４ＤのＤＬＮ２．６／２．６＋燃焼器構成１６を含むが、それらに限定されない。更に他の燃焼器構成は、一体型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マルチノズル低騒音燃焼（ＭＮＱＣ）型ヘッドエンドを含む。
【００１３】
上記のヘッドエンド１１の構成の各々に関して、それらの構成のバージョンは遅延希薄噴射（ＬＬＩ）に適合してもよいことが理解される。ＬＬＩ適合燃焼器は、２，５００°Ｆを超える出口温度を有するか又は高温側滞留時間が１０ｍｓを超えるメタンより反応性の高い成分を含む燃料を燃焼するかのいずれかである燃焼器である。一例として、ＤＬＮ１＋燃焼器構成１４のＬＬＩ適合バージョンは、２，５００°Ｆ未満の出口温度を有するが、メタンより反応性の高い成分を含む燃料を燃焼してもよい。拡散型ヘッドエンド燃焼器のＬＬＩ適合バージョンは、２，５００°Ｆを超える出口温度を有し且つメタンより反応性の高い成分を含む燃料を燃焼してもよい。同様に、ＤＬＮ２．０／ＤＬＮ２＋燃焼器構成１５のＬＬＩ適合バージョンは、２，５００°Ｆを超える出口温度を有し且つメタンより反応性の高い成分を含む燃料を燃焼してもよく、触媒ヘッドエンド又はＤＬＮ２．６／２．６＋燃焼器構成１６のＬＬＩ適合バージョンは、２，５００°Ｆを超える出口温度を有し且つメタンより反応性の高い成分を含む燃料を燃焼してもよい。
【００１４】
複数の燃料噴射器６０は、接続ゾーン４３の外壁により又は接続ゾーン４３を取り囲むスリーブ４０の外壁によりそれぞれ構造上支持され、第２の内部空間４１の中へそれぞれ異なる長さで延出する。この構成によって、各燃料噴射器６０は、ＬＬＩ燃料段を形成できるように構成される。すなわち、各燃料噴射器６０は、単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうちいずれか１つの段において、例えば接続ゾーン４３を通る燃料の主な流れ方向に対して一般に横方向である方向の燃料噴射により、第２の燃料（すなわちＬＬＩ燃料）を第２の内部空間４１に供給するように構成される。これを実行することによって、燃焼器２０及び接続ゾーン４３の内部の状態は、複数の局所安定燃焼ゾーンを形成するように段階付けられる。
【００１５】
図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、燃料噴射器６０は種々の特徴及び機能を有してよいことがわかる。例えば、図５Ａに示されるように、燃料噴射器６０は入れ子管噴射器構成１２５を含んでもよい。この構成において、燃料は、管１３０の中のノズルを介して接続ゾーン４３の内部空間４１へ能動的に送り出され、空気は、管１３０と、衝突スリーブ面１４０から接合部分１５０まで延出するスリーブ１４５との間の環状空間を介して受動的に送り出される。図５Ｂに示されるように、燃料噴射器６０は渦巻噴射器１５５を更に含んでもよい。この構成において、燃料は、マニホルド１６０を介して接続ゾーン４３の内部空間４１へ能動的に送り出され、空気は、中央パージ穴１６５を介して及び／又はスワーラ１７０によって受動的に送り出される。更に、図５Ｃ及び図５Ｄに示されるように、燃料噴射器６０の他の構成例は、濃厚触媒要素１８０を含む濃厚触媒噴射器構成１７５、及び接続ゾーン４３へ燃料を送り出す多数の管１９０を含む多重管／シャワーヘッド噴射器構成１８５を含む。これらの構成の各々において、接続ゾーン４３の外面に既存の希釈穴４２があれば、それらの希釈穴４２に対応する場所で、燃料噴射器６０は接続ゾーン４３に結合されてもよいことがわかる。従って、接続ゾーン４３の外面に改めて穴をあける必要がないので、製造コスト及び性能への悪影響は制限されるか又は相当に低減される。既存の希釈穴４２が存在しない場合、燃料噴射器６０は、必要に応じて接続ゾーン４３の外側に配置されてもよい。
【００１６】
実施形態によれば、単一軸流段は、現在動作中の単一の燃料噴射器６０を含み、多重軸流段（この場合多重にする優先的な根拠は存在しない）は、接続ゾーン４３の多数の軸方向場所にそれぞれ配設された現在動作中の多数の燃料噴射器６０を含み、単一軸流周囲流段は、接続ゾーン４３の１つの軸方向場所の周囲に沿ってそれぞれ配置された現在動作中の多数の燃料噴射器６０を含み、多重軸流周囲流段は、接続ゾーン４３の多数の軸方向場所に接続ゾーン４３の周囲に沿って配設された現在動作中の多数の燃料噴射器６０を含む。
【００１７】
接続ゾーン４３の周囲に沿って多数の燃料噴射器６０が配設されている場合、燃料噴射器６０は互いにほぼ等間隔で配置されてもよいし、それぞれ異なる離間距離で配置されてもよい。一例として、８個又は１０個の燃料噴射器６０が採用される場合、接続ゾーン４３の上半分及び下半分において互いに異なる離間角度で２個、３個、４個又は５個の燃料噴射器６０が設置された特定の周囲流段が形成されてもよい。また、接続ゾーン４３の多数の軸流段に多数の燃料噴射器６０が配設される場合、燃料噴射器６０は互いに関して１列に配置されてもよく且つ／又は互いに食い違うように配列されてもよい。
【００１８】
ガスタービンエンジン１０の動作中、単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうち現時点で有効な段を形成するように、各燃料噴射器６０は一斉に起動又は停止されてもよいし、あるいは個別に起動又は停止されてもよい。この目的のために、燃料回路７０によって、適切な燃料噴射器６０と燃料回路７０の分岐路７１又は７２との間に配設された弁６１を介してＬＬＩ燃料が各燃料噴射器６０に供給されてもよいことが理解される。弁６１は、弁６１を開閉させることにより対応する燃料噴射器６０を起動又は停止させる信号を弁６１へ送出する制御装置８０と信号通信する。
【００１９】
従って、各燃料噴射器６０を起動させることが現在望ましい場合（すなわち多重軸流周囲流段の場合）、制御装置８０は、各々の弁６１を開くことにより各燃料噴射器６０を起動するための信号を各弁６１へ送出する。逆に、接続ゾーン４３の特定の１つの軸流段の各燃料噴射器６０を起動させることが現在望ましい場合（すなわち単一軸流周囲流段の場合）、制御装置８０は、その単一軸流周囲流段の燃料噴射器６０のみに対応する弁６１の各々を開くことにより各燃料噴射器６０を起動するための信号を各弁６１へ送出する。当然ここで説明した制御システムは単なる例であり、燃料噴射器構製の種々の組み合わせが可能であり、燃料噴射器６０の起動及び停止のうち少なくとも一方を制御する他のシステム及び方法も利用可能である。
【００２０】
更に、先に説明したように、多数の燃料噴射器構成を有する多数の燃料噴射器６０が存在する場合、制御装置８０は、ある任意の時点である特定の燃料噴射器構成を有する燃料噴射器６０のみを起動するように更に構成されてもよい。従って、入れ子管噴射器構成１２５を有する各燃料噴射器６０のみを起動させることが現在望まれる場合、制御装置８０は、それらの燃料噴射器６０に対応する各弁６１を開放するための信号を各弁６１へ送出する。逆に、渦巻噴射器１５５を含む各噴射器６０を起動させることが現在望まれる場合、制御装置８０は、渦巻噴射器１５５を含む燃料噴射器６０のみに対応する弁６１の各々を開放するための信号を各弁６１へ送出する。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、タービン５０と燃焼器２０との間に挿入された接続ゾーン４３によりタービン５０が燃焼器２０に流体結合されているガスタービンエンジン１０を動作させる方法が提供される。方法は、燃焼器２０の中の第１の内部空間２１に第１の燃料を供給することと、燃焼器２０の中の第１の内部空間２１で第１の燃料を燃焼することと、単一軸流段、多重軸流段、単一軸流周囲流段及び多重軸流周囲流段のうちいずれか１つの段において接続ゾーン４３の中の第２の内部空間４１に第２の燃料を供給することと、接続ゾーンの中の第２の内部空間４１で第２の燃料及び第１の内部空間２１から受け入れられる燃焼生成物の流れを燃焼することとを含む。
【００２２】
単一軸流段において第２の内部空間４１に第２の燃料を供給することは、単一の燃料噴射器６０を起動することを含み、多重軸流段において第２の内部空間４１に第２の燃料を供給することは、接続ゾーン４３の多数の軸方向場所にそれぞれ配設された多数の燃料噴射器６０を起動することを含み、単一軸周囲流段において第２の内部空間４１に第２の燃料を供給することは、接続ゾーン４３の１つの軸方向場所に接続ゾーン４３の周囲に沿ってそれぞれ配設された多数の燃料噴射器６０を起動することを含み、多重軸流周囲流段において内部空間４１に第２の燃料を供給することは、接続ゾーン４３の多数の軸方向場所に接続ゾーン４３の周囲に沿ってそれぞれ配設された多数の燃料噴射器６０を起動することを含む。
【００２３】
図２を参照すると、図２は、燃料分割調整の種々のオプションを示したグラフであることがわかる。図２において、燃焼器２０及び／又は接続ゾーン４３の内部の温度の測定値であるTfire値に対してヘッドエンド燃料分割の比率が示される。制御装置８０は、ヘッドエンド１１及び／又は燃料噴射器６０に向かう第１の燃料及び第２の燃料の流れ方向を制御するように更に構成されるので、図２に示される調整オプションに従ってＬＬＩ燃料段の形成も制御装置８０により更に制御可能であることがわかる。この目的のために、燃料噴射器６０への第２の燃料の供給を制御し且つヘッドエンド１１への第１の燃料及び／又はＬＬＩ燃料の供給を制御するように、制御装置８０は、前述のように弁６１に結合されると共に弁７３に結合される。
【００２４】
図２に示されるように、燃料分割調整の第１のオプションは、あらかじめ選択されたTfire値に達した後、ＬＬＩ燃料段形成のためにある比率（＜１００％）の第１の燃料及び／又はＬＬＩ燃料が接続ゾーン４３へ送り出される固定ヘッドエンド分割を採用する。その時点から、接続ゾーン４３へ送り出される燃料の比率はほぼ一定のままである。第２のオプションはヘッドエンド分割スケジュールを採用する。この場合、Tfireの値があらかじめ選択された値を超えて増加するにつれて、ＬＬＩ燃料の比率はそれに比例して増加するか、又は他の何らかの適切な関数に従って増加する。第３のオプションは、燃焼器２０、圧縮機３０、接続ゾーン４３及び／又はタービン５０の内部環境のいくつかの特性のうち任意の１つ以上の特性の関数としてＬＬＩ燃料の比率を設定する。例えば、燃焼器排気温度条件及び排気圧力条件の測定値であるTcd又はPcd、燃焼器２０、圧縮機３０又は接続ゾーン４３から読み取られる湿度値、ガスタービン排気温度及び／又は計算上の燃焼器出口温度であるT39の関数として比率が設定されることも可能であろう。
【００２５】
上述の第３のオプションは、現時点の修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）を考慮に入れるように変形されてもよい。この場合、ＭＷＩが燃料のエネルギー密度を測定すること及び所定の燃料ノズル面積に対して、低いＭＷＩはヘッドエンド燃料ノズルの両側の圧力比の増加を示し、その結果、望ましくないダイナミクスが生じるが、ＬＬＩ燃料ノズルはその影響を受けにくいことがわかっているので、ＬＬＩ燃料の比率をＭＷＩの関数として設定することも可能であろう。従って、ＭＷＩが増加するにつれて、接続ゾーン４３へ方向転換されるＬＬＩ燃料の比率は増加する。上記のオプションの各々に従って、燃焼器２０、圧縮機３０、接続ゾーン４３及びタービン５０の内部の温度及び圧力を測定する必要があると考えられる場合、燃焼器２０、圧縮機３０、接続ゾーン４３及び／又はタービン５０の内部に熱電対／圧力計１００又は他の任意の適切な環境測定装置が設置されてもよいことは理解される。
【００２６】
図３を参照すると、ＬＬＩ能力を有するタービンを制御する方法は、タービンを動作させること（３００）と、ある特定の長さの時間の後に又はあらかじめ選択されたTfireの値に達した後にＬＬＩを開始すること（３１０）と、第１のオプションに従って、同一のレベルでＬＬＩを動作させ続けること（３５０）とを含む。逆に、第２のオプションに従う場合、方法はより高いレベルでＬＬＩを動作させ続けること（３５０）を含む。これに対し、第３のオプションに従う場合、燃焼器２０、圧縮機３０及び／又は接続ゾーン４３の任意の特定の特性の測定値が所定のパラメータ（３２０）を超えたか又は下回るかが判定され、その判定の結果に基づいて、ＬＬＩレベルは減少される（３３０）か、増加される（３４０）か又は維持され、その後、ＬＬＩ動作は継続される（３５０）。
【００２７】
図１に戻って説明する。制御装置８０は、三方弁１１０を制御すると共に、いくつかの実施形態において、燃料噴射器６０の周囲のマニホルドに配設された別の弁又は先に述べたように弁６１を制御するように更に構成される。従って、制御装置８０は、圧縮機３０により燃焼器２０及び接続ゾーン４３へ又は各燃料噴射器６０へ送り出される吸気の空気量分割を調整可能である。このように、制御装置８０は燃料分割の比率と空気分割の比率を同時に変更可能である。これにより、制御装置８０は、燃焼系統の最適の燃料対空気比を考慮した燃焼系統の動作経路を形成できる。本発明の種々の実施形態によれば、三方弁１１０は、空冷系統全体、ターンダウン拡大及び／又はエネルギー省（ＤｏＥ）プログラムの一部として更に組み込まれてもよいであろう。
【００２８】
先に説明したように、燃焼系統の燃料対空気比を最適化するために、三方弁１１０の制御が実行される。それらの比は燃焼器２０及び接続ゾーン４３の仕様に基づいてあらかじめ選択されてもよいし、あるいは現在の環境条件に基づいてもよい。この場合、制御装置８０は、燃焼器２０、圧縮機３０、接続ゾーン４３及びタービン５０の内部に設置された熱電対／圧力計１００により発生される温度読み値及び／又は圧力読み値に基づいて、燃焼器２０又は接続ゾーン４３のいずれかにおいて燃料対空気比を増加してもよいであろう。
【００２９】
遅延希薄噴射（ＬＬＩ）により、非ＬＬＩ燃焼器では一般に処理できない製油所ガスなどの代替ガスを含む多数のガス流れを接続ゾーン４３に噴射することも可能になる。製油所ガスなどの反応性の高いガスの場合、予混合器において望ましくない保炎現象が心配されるため、予混合燃焼器はそのようなガスを通常処理できない。その一方で、製油所ガスが天然ガスと混合される又はされないに関わらず、特に燃料噴射器６０で保炎が許容される場合、そのような問題を引き起こすことなく製油所ガスを接続ゾーン４３に直接噴射可能である。製油所ガスが天然ガスと混合される場合、使用される天然ガスの量は、先に説明した通り、Tcd、Pcd及びT39の関数であってもよい。また、製油所ガスが接続ゾーン４３に噴射される場合、保炎発生を阻止するか又はその確率を相当に低下させるために、ヘッドエンド１１で保炎感知予混合器を採用できることが理解される。
【００３０】
図１に示されるように、制御装置８０により制御される製油所ガス弁９１を介して代替ガス供給源９０から燃料回路７０の分岐路７１又は７２に代替ガスを噴射できる。従って、接続ゾーン４３に代替ガスを噴射すべきであると判定された場合、制御装置８０は、代替ガスが燃料回路７０を介して燃料噴射器６０に向かって搬送されるように製油所ガス弁９１を開放できる。
【００３１】
更なる実施形態として、使用中の特定のヘッドエンド１１の許容差を反映した組成の第１の燃料を形成するために、代替ガスが天然ガスと混合されてもよいことは理解される。第２の燃料を形成する場合、代替ガスは天然ガスと混合されてもよいし、あるいは混合は実行されなくてもよい。
【００３２】
更に、前述のように、代替ガスは、供給源９０から燃料回路７０により受け入れられた製油所ガスと、メタンより反応性の高い成分から成るガスとを含んでもよい。特に、代替ガスは、約０．５ｖｏｌ％を超える量の水素、約５ｖｏｌ％を超える量のエタン、約１０ｖｏｌ％を超える量のプロパン、約５ｖｏｌ％を超える量のブタン又はブタンを超える量の炭化水素を含むガスを含んでもよい。
【００３３】
燃料回路７０は、燃料流れの変化に対応するための複数の分岐路７１及び７２を更に含んでもよい。複数の分岐路７１及び７２は、燃料が流れる面積を拡大することにより又は複数の別個の燃焼モード（すなわち拡散及び予混合）を実現するように燃料を導入することにより、燃料組成を大きく変化させるために使用されてもよい。更に、分岐路７１及び７２は、燃料のウォッベ数及び燃料組成の変化を可能にし且つ動的調整を可能にする。燃料回路７０の分岐路７１及び７２は、燃料回路７０の分岐路として又は接続ゾーン４３の補助燃料ノズルとして実現されてもよく、あるいはそれらのオプション並びに他の適切なオプションの組み合わせとして実現されてもよい。
【００３４】
分岐路７１及び７２は、その長さに沿って配置された触媒部分酸化反応器（ＣＰＣＲ）１２０を更に含んでもよい。ＣＰＣＲ１２０は、第１の燃料又は第２の燃料の中のメタンを水素に変換し且つ／又は窒素酸化物を生成せずにメタンを部分酸化する。その結果、ＬＬＩに使用される反応済み燃料は既に部分酸化されているので、ＣＰＣＲを採用しない場合と比べて遅い時点でも燃料を接続ゾーン４３に噴射可能である。
【００３５】
限られた数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に説明したが、開示されたそのような実施形態に本発明が限定されないことは容易に理解されるはずである。本明細書の中では説明されなかったが、本発明の真の趣旨と一致する任意の数の変形、変更、代替又は同等の構成を取り入れるために本発明を変形することは可能である。更に、本発明の種々の実施形態が説明されたが、本発明の態様が説明された実施形態のうち一部のみを含んでもよいことを理解すべきである。従って、本発明は以上の説明により限定されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３６】
１０    ガスタービンエンジン
２０    燃焼器
２１    第１の内部空間
３０    圧縮機
４１    第２の内部空間
４３    接続ゾーン
５０    タービン
６０    燃料噴射器
６１    弁
７０    燃料回路
８０    制御装置
９０    外部供給源
９１    製油所ガス弁
【図１】
2010159955.tif 000003
【図２】
2010159955.tif 000004
【図３】
2010159955.tif 000005
【図４Ａ】
2010159955.tif 000006
【図４Ｂ】
2010159955.tif 000007
【図４Ｃ】
2010159955.tif 000008
【図４Ｄ】
2010159955.tif 000009
【図５Ａ】
2010159955.tif 000010
【図５Ｂ】
2010159955.tif 000011
【図５Ｃ】
2010159955.tif 000012
【図５Ｄ】
2010159955.tif 000013
【外国語明細書】
2010159955000001.pdf