(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）用の燃料供給システム（２００）であって、
燃焼器（２０）の複数のセットにグループ化された複数の燃焼器（１０４）と、
前記燃焼器の複数のセットの各セットに関連付けられ、各々が前記燃焼器のセットのそれぞれに結合され、前記燃焼器のセットのそれぞれに所定の燃料計画で燃料を供給するように構成されている燃料マニホルド（２２０、２２２、４２６）と、
前記燃料マニホルドの各々に動作可能に結合され、第１の燃料マニホルド（２２０）に関連する燃焼器が拡散火炎及びパイロット予混合部分拡散火炎の少なくとも１つで維持され、第２の燃料マニホルド（２２２）に関連する燃焼器が、運転の第１のモードの間に予混合火炎で維持されるように前記燃料マニホルドの各々を通って流れる燃料を制御するよう構成された制御システム（５００）と、
を備える燃料供給システム（２００）。
【請求項２】
前記制御システム（５００）は、前記燃料マニホルド（２２０、２２２、４２６）の全てを通って流れる燃料を制御するように更に構成され、前記複数の燃焼器（１０４）が運転の第２のモードの間に予混合火炎で維持されるようにする、請求項１記載のシステム（２００）。
【請求項３】
前記制御システム（５００）は、第１の燃料計画を使用して第１の燃料マニホルド（２２０）を調節し、運転の第１のモードの間に第２の燃料計画を使用して第２の燃料マニホルド（２２２）を調節するよう更に構成されている、請求項１記載のシステム（２００）。
【請求項４】
前記制御システム（５００）は、運転の第２のモードの間に第２の燃料計画を使用して前記燃焼器（２０）の複数のセットの各セットに関連する前記燃料マニホルド（２２０、２２２、４２６）を調節するよう更に構成されている、請求項１記載のシステム（２００）。
【請求項５】
前記制御システム（５００）は、比較的高いガスタービンエンジン負荷条件の間に予混合火炎を使用して全ての燃焼器（２０）を運転するよう更に構成されている、請求項１記載のシステム（２００）。
【請求項６】
前記制御システム（５００）は、比較的低いガスタービンエンジン負荷条件の間に拡散火炎及びパイロット予混合部分拡散火炎の少なくとも１つを使用して前記燃焼器（２０）の少なくとも１つのセットを運転するよう更に構成されている、請求項１記載のシステム（２００）。
【請求項７】
前記複数の燃焼器（１０４）は、前記ガスタービンエンジン（１０）の長手方向軸の周りに環状に離間して配置されている、請求項１記載のシステム（２００）。
【請求項８】
燃焼器（２０）の第１のセットと、
燃焼器の第２のセットと、
燃焼器の関連するセットに結合された燃料マニホルドを含む燃料供給システム（２００）と、
を備え、
第１の燃料マニホルド（２２０）が、前記燃焼器の第１のセットに結合され、第２の燃料マニホルド（２２２）が、前記燃焼器の第２のセットに結合され、前記燃料供給システムは、前記第１の燃料マニホルドに関連する燃焼器が、拡散火炎及びパイロット予混合部分拡散火炎の少なくとも１つで維持され、前記第２の燃料マニホルドに関連する燃焼器が、運転の第１のモードの間に予混合火炎で維持されるように前記燃料マニホルドの各々を通って流れる燃料を制御するよう構成される、
ガスタービンエンジン組立体（１０）。
【請求項９】
前記燃料供給システム（２００）は、前記第１の燃料マニホルド（２２０）に関連する燃焼器（２０）及び前記第２の燃料マニホルド（２２２）に関連する燃焼器が、運転の第２のモードの間に予混合火炎で維持されるように前記燃料マニホルドの各々を通って流れる燃料を制御するよう構成される、請求項８記載のガスタービンエンジン組立体（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、安定した燃焼及びより低いエミッションを有しながら、極めて低い負荷条件でガスタービンエンジンを運転する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは通常、圧縮機、各々が燃料噴射システムを有する１つ又はそれ以上の燃焼器、及びタービンセクションを含む。複数の燃焼器を有するエンジンにおいて、複数の燃焼器は通常、エンジンの周りに環状配列で配置され、最も典型的には、点火の目的で相互接続される。圧縮機は、入口空気の圧力を上昇させ、次に、この空気を燃焼器に導き、ここで該空気を用いて燃焼チャンバ壁を冷却し、並びに燃焼プロセスに空気を提供する。燃焼チャンバにおいて、加圧空気が燃料と混合され、該混合物は点火源によって点火されて、高温燃焼ガスを生成する。
【特許文献１】米国特許第６９８６２５４号明細書
【特許文献２】米国特許第６３９３８２３号明細書
【特許文献３】米国特許第５３４５７５７号明細書
【特許文献４】米国特許第５１４８６６７号明細書
【特許文献５】米国特許第６９６８６９３号明細書
【特許文献６】米国特許第６７３６３３８号明細書
【特許文献７】米国特許第６４９７１０３号明細書
【特許文献８】米国特許第６４８１２０９号明細書
【特許文献９】米国特許第６４０５５２４号明細書
【特許文献１０】米国特許第６３６７２３９号明細書
【特許文献１１】米国特許第５８６５０２４号明細書
【特許文献１２】米国特許第５０２０３２９号明細書
【特許文献１３】米国特許第４１５７０１２号明細書
【特許文献１４】米国特許第６７２２１３５号明細書
【特許文献１５】米国特許第６８１０６５５号明細書
【特許文献１６】米国特許第４２９２８０１号明細書
【特許文献１７】米国特許第７１３７２５６号明細書
【特許文献１８】米国特許第６５９８３８３号明細書
【特許文献１９】米国特許第６３９７６０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
全負荷条件は、発電用に使用される地上用ガスタービンにおける最も一般的な動作点であるが、多くの場合、電気需要は発電機の全負荷を必要とせず、オペレータは、要求負荷のみが生成されるように低負荷設定でエンジンを運転し、これにより燃料コストが節約されることを望む。燃焼システムの従来技術では、低負荷設定では不安定になるが、同時にこれらの低負荷設定、特に５０％負荷未満では容認できないレベルの一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）をもたらすことが知られている。これは、第１に、殆どの燃焼システムは、高負荷設定で最大効率運転を行うように多段にされており、従って、低負荷設定の運転効率が悪化することに起因している。更に、低エミッションは、拡散によってではなく、燃焼前に空気と燃料を共に予混合することによって達成することができ、従って、予混合は一般に、最も低いＮＯｘエミッションでの燃焼を可能にする。しかしながら、燃料計画の様々な方法によってでも、公知のガスタービンエンジンは、依然としてターンダウン能力が限定されている。
【０００４】
潜在的に不安定な燃焼及びより高いエミッションの組合せは、多くの場合、エンジンオペレータが、低負荷設定でエンジンを運転するのが阻止され、エンジンをより高い設定で運転させて更なる燃料を燃焼するか、又は運転を停止させることになり、更に、これにより部分負荷要求からもたらされる可能性のある有用な利益を損失する。エンジンの運転停止に関する別の問題は、エンジンハードウェアが受ける付加的サイクルである。サイクルは、一般に、エンジンが通常の動作領域を通り、これにより時間と共にエンジンハードウェアの摩耗を引き起こす圧力及び温度の全サイクルに曝されるものとして定義される。エンジン製造業者は通常、運転時間又は等価運転サイクルに関してハードウェア寿命を評価する。従って、付加的サイクルを受けることによってハードウェア寿命が短くなり、エンジンオペレータの費用負担で早期の補修又は交換を必要とする可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの実施形態において、ガスタービンエンジンにおける燃料供給方法は、燃焼器の第１のセットに第１の燃料計画で燃料を供給する段階と、運転の第１のモードの間に燃焼器の第２のセットに第１の燃料計画と異なる第２の燃料計画で燃料を供給する段階と、運転の第２のモードの間に燃焼器の第１及び第２のセットに第２の燃料計画で燃料を供給する段階とを含む。
【０００６】
更に別の実施形態において、ガスタービンエンジン用の燃料供給システムは、燃焼器の複数のセットにグループ化された複数の燃焼器と、燃焼器の複数のセットの各セットに関連付けられ、各々が燃焼器のセットのそれぞれに結合され、且つ燃焼器のセットのそれぞれに所定の燃料計画で燃料を供給するように構成されている燃料マニホルドと、前記燃料マニホルドの各々に動作可能に結合され、第１の燃料マニホルドに関連する燃焼器が拡散火炎及びパイロット予混合部分拡散火炎の少なくとも１つで維持され、第２の燃料マニホルドに関連する燃焼器が運転の第１のモードの間に予混合火炎で維持されるように前記燃料マニホルドの各々を通って流れる燃料を制御するよう構成された制御システムとを含む。
【０００７】
別の実施形態において、ガスタービンエンジン組立体は、燃焼器の第１のセットと、燃焼器の第２のセットと、燃焼器の関連するセットに結合された燃料マニホルドを有する燃料供給システムとを含み、第１の燃料マニホルドが燃焼器の第１のセットに結合され、第２の燃料マニホルドが燃焼器の第２のセットに結合される。燃料供給システムは、第１の燃料マニホルドに関連する燃焼器が拡散火炎及びパイロット予混合部分拡散火炎の少なくとも１つで維持され、第２の燃料マニホルドに関連する燃焼器が運転の第１のモードの間に予混合火炎で維持されるように燃料マニホルドの各々を通って流れる燃料を制御するよう構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の詳細な説明は、限定ではなく実施例として本開示を例証する。本説明により、当業者が本発明の開示内容を実施及び利用できるようにしていることは明らかであり、本開示を実施する最良の形態であると現在考えられているものを含む、本開示の幾つかの実施形態、適合形態、変形形態、代替形態及び利用について説明される。本開示は、好ましい実施形態、すなわちガスタービンエンジンにおける燃料供給プロセスに適用されるものとして説明している。しかしながら、本開示は、限定ではないが、炉、ボイラ、窯及び焼却炉など、燃焼器以外の他のバーナを有する装置に燃料を供給する一般的な応用があることが企図される。
【０００９】
図１は、例示的なガスタービンエンジン１００の概略図である。エンジン１００は、圧縮機１０２及び複数の缶アニュラ型燃焼器１０４を含む。エンジン１００はまた、タービン１０８及び共通の圧縮機／タービンシャフト１１０（場合によってはロータ１１０と呼ばれる）を含む。
【００１０】
運転中、空気が圧縮機１０２を通って流れ、加圧された空気が燃焼器１０４に供給される。燃料が燃焼器１０４内の燃焼領域に導かれ、ここで燃料が空気と混合されて点火される。燃焼ガスが生成されてタービン１０８に導かれ、ここでガス流熱エネルギが機械的回転エネルギに変換される。タービン１０８は、シャフト１１０に対して回転可能に結合されて該シャフトを駆動する。
【００１１】
図２は、燃焼器１０４の概略断面図である。燃焼器組立体１０４は、タービン組立体１０８及び圧縮機組立体１０２と流れ連通状態で結合される。圧縮機組立体１０２は、ディフューザ１１２及び圧縮機吐出プレナム１１４を含み、互いに流れ連通状態で結合されている。
【００１２】
例示的な実施形態において、燃焼器組立体１０４は、複数の燃料ノズル１２２に構造的支持を提供する端部カバー１２０を含む。端部カバー１２０は、保持金具（図２には示さず）により燃焼器ケーシング１２４に結合される。燃焼器ライナ１２６は、ケーシング１２４内に配置されてケーシングに結合され、該ライナ１２６が燃焼チャンバ１２８を形成するようになる。環状燃焼チャンバ冷却通路１２９は、燃焼器ケーシング１２４と燃焼器ライナ１２６との間で延びる。
【００１３】
トランジションピース１３０が燃焼器ケーシング１２４に結合され、チャンバ１２８において生成された燃焼ガスをタービンノズル１３２に向けて送るのを可能にする。例示的な実施形態において、トランジションピース１３０は、外壁１３６内に形成された複数の開口１３４を含む。要素１３０はまた、内壁１４０と外壁１３６との間に形成された環状通路１３８を含む。内壁１４０は、ガイドキャビティ１４２を形成する。
【００１４】
運転中に、タービン組立体１０８は、シャフト１１０（図１に示す）を介して圧縮機組立体１０２を駆動する。圧縮機組立体１０２が、回転すると、関連の矢印で示すように、加圧空気がディフューザ１１２内に吐出される。例示的な実施形態において、圧縮機組立体１０２から吐出された空気の大部分は、圧縮機吐出プレナム１１４を通して燃焼器組立体１０４に向けて送られ、加圧空気の小部分は、エンジン１００構成要素を冷却するのに使用するために送ることができる。より具体的には、プレナム１１４内の加圧圧縮空気は、外壁開口１３４を介してトランジションピース１３０内に、及び通路１３８内に送られる。次いで空気は、トランジションピース環状通路１３８から燃焼チャンバ冷却通路１２９内に送られる。空気は、通路１２９から吐出され、燃料ノズル１２２内に送られる。
【００１５】
燃料及び空気は、燃焼チャンバ１２８内で混合されて点火される。ケーシング１２４は、燃焼チャンバ１２８及びその関連する燃焼プロセスを、例えばタービン構成要素を囲む外部環境から隔離することを可能にする。生成された燃焼ガスは、チャンバ１２８からトランジションピースガイドキャビティ１４２を通ってタービンノズル１３２に向けて送られる。例示的な実施形態において、燃料ノズル組立体１２２は、燃料ノズルフランジ１４４を介して端部カバー１２０に結合される。
【００１６】
図３は、図１及び図２に示すガスタービンエンジンで利用することができる例示的な燃料供給システム２００の簡易ブロック図である。図４は、図１及び図２に示すガスタービンエンジンで利用することができる別の例示的な燃料供給システム２００の簡易ブロック図である。図３に示す例示的な実施形態において、ガスタービンエンジン１０は、実施形態においてアニュラリングを形成した１８個の燃焼器セクション２０を含む。別の実施形態においては、燃焼器セクション２０の別の数（例えば１４個）を使用する。例示的な実施形態において、各燃焼器セクション２０は、少なくとも１つの燃料ノズル組立体２２を含む。
【００１７】
燃料ノズル組立体２２は、燃焼器セクション２０に近接したエンジン１０の外周部の周りに円周方向に配置される。具体的には、燃焼器セクション２０は、ガスタービンエンジンの内周部の周りにアニュラリングを形成し、従って、燃料ノズル組立体及び燃料マニホルドはまた、ガスタービンエンジン１０の周りで円周方向にアニュラリングを形成する。
【００１８】
例示的な実施形態では、１８個の燃焼器セクション２０及び１８個の燃料ノズル組立体２２を含むガスタービンエンジン１０を示しているが、燃料システム２００は、ｎ個の燃焼器セクション及びｎ＊ｘ個の燃料ノズル２２（ｎ≧２及びｘ≧１）を含むガスタービンエンジンで利用することができる点を理解されたい。例えば、ガスタービンエンジン１０は、ｎ＝１８個の燃焼器を含むことができ、更に、ｘ＝１である場合、エンジン１０は、１８個の燃料ノズル、すなわち燃焼器当たりに１個の燃料ノズルを含む。任意選択的に、ｘ＝２である場合、エンジン１０は、３６個の燃料ノズル、すなわち燃焼器当たり２個の燃料ノズルを含む、などとなる。加えて、燃焼チャンバ内のノズルは、燃焼チャンバレベルにおいて内部又は外部マニホルドによって更にサブグループ化することができ、アレイレベルにおける外部マニホルドでは、所与のノズルサブグループは、アレイ又はアレイサブセットレベルにおいて共通の供給源を有するようになる。
【００１９】
燃料供給システム２００は、燃料供給源（図示せず）から燃料を受けるように構成された燃料ポンプ２１０を含む。燃料ポンプ２１０は、少なくとも第１の燃料マニホルド２２０及び第２の燃料マニホルド２２２に燃料を供給するために利用される。第１及び第２の燃料マニホルド２２０及び２２２は共に、ガスタービンエンジンに供給される燃料の量に適した圧力比が燃料供給システム２００内で達成されるように調量され且つ大きさにされる。第１及び第２の燃料マニホルド２２０及び２２２自体は、複数のサブセットマニホルドの集合体とすることができ、この場合第１及び第２の装置は共に、燃焼器チャンバレベルでノズルサブグループに独立して燃料供給し且つ制御するマニホルドを含む。図４に示すように、燃料供給システム２００の別の実施形態には、燃焼器セクション２０の第３のセットに燃料を供給するように構成された第３の燃料マニホルド４２６が含まれる。
【００２０】
具体的には、燃料供給システム２００は、燃料源２３１から燃料ポンプ２１０の入口に延びる燃料吸込ライン２３０と、燃料ポンプ２１０の吐出側から第１及び第２の燃料マニホルド２２０及び２２２の各々に延びる吐出ライン２３２とを含む。例示的な実施形態において、第１のステージングバルブ２４０は、ポンプ２１０と第１のマニホルド２２０との間の吐出ライン２３２内に配置され、第２のステージングバルブ２４２は、ポンプ２１０と第２のマニホルド２２２との間の吐出ライン２３２内に配置される。図４に示す実施形態において、第３のステージングバルブ４４６は、ポンプ２１０と第３のマニホルド４２６との間の吐出ライン２３２内に配置される。
【００２１】
図３に示す例示的な実施形態は、２つのマニホルド２２０及び２２２を含むものとして燃料供給システム２００を示しているが、該燃料供給システム２００は、３つ又はそれ以上の燃料マニホルドを有することができる点を理解されたい。例えば、図３は、第１のマニホルド２２０が９つの燃焼器セクション２０に燃料を供給し、第２のマニホルド２２２もまた９つの燃焼器セクション２０に燃料を供給することを示している。しかしながら、燃料供給システムは、各マニホルドが図４に示すように６つの燃焼器セクションに燃料を供給するような３つのマニホルドを含むことができる。例示的な実施形態において、燃焼器アレイは、各サブセットが複数のノズルサブグループを含むことができる、複数の燃焼器缶サブセットを含むことができる。加えて、間隔及び各マニホルドによって燃料供給される缶の間隔及び数は、空力学又は他のシステムの考慮事項に応じて変わる場合がある。
【００２２】
図５は、図３に示す例示的な燃料供給システム２００を作動及び／又は制御するのに利用することができる例示的な制御システム５００である。制御システム５００は、全自動デジタルエンジン制御装置（ＦＡＤＥＣ）又は先端デジタルエンジン制御装置（ＭＤＥＣ）のような電子制御ユニット（ＥＣＵ）又はエンジン監視ユニット（ＥＭＵ）を含むことができる。別の実施形態において、エンジン制御システム３００は、ガスタービンエンジン１０との間で信号を送受信して、燃料供給システム２００の制御及び／又は監視を可能にするように構成されたあらゆるエンジンコントローラを含む。具体的には、本明細書に使用する場合、ＥＣＵは、エンジン上又はその周りに置かれ、燃料供給システム２００を制御及び／又は監視するようにプログラムされたソフトウェア、ファームウェア、及び／又はハードウェアの少なくとも１つとプロセッサとを含む、あらゆる電子装置とすることができる。
【００２３】
ガスタービンエンジン１０の運転に関連する選択データパラメータを感知するために、複数のエンジンデータセンサ５０２が設けられる。このようなデータパラメータは、限定ではないが、排出ガス温度、オイル温度、エンジン燃料流量、ガスタービンエンジン速度、圧縮機吐出圧、タービン排気圧力、及び／又は、ガスタービンエンジン１０から受け取った複数の他の信号などのエンジンパラメータと、周囲空気温度とを含むことができる。
【００２４】
制御システム５００は、選択エンジン運転条件の間に、上述のエンジンセンサから受け取ったデータをサンプリングし、第１及び第２のステージングバルブ２４０、２４２の各々に制御信号を出力する制御インターフェースセクション５１０を含む。図４におけるように２つよりも多いステージングバルブが使用される実施形態において、インターフェースセクション５１０はまた、それぞれのバルブ、例えばバルブ４４６を制御する。
【００２５】
より具体的には、制御インターフェースセクション５１０は、エンジンセンサから受け取ったデータを後続の処理のためにデジタル信号に変換する。コンピュータ５１２は、サンプリングされデジタル化されたセンサデータを制御インターフェースセクション５１０から受信し、高速データ解析を行なう。コンピュータ５１２はまた、キーボード５１４を介してオペレータからのコマンドを受けることができる。限定ではないが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、及び／又は陰極線管のような関連するモニタ５１６により、コンピュータ５１２から受け取ったデータをオペレータが観測できるようになる。コンピュータ５１２は、オペレータ供給コマンド及びパラメータを用いて、制御インターフェースセクション５１０に制御信号及び情報を提供する。
【００２６】
１つの実施形態において、コンピュータ５１２は、例えばフロッピディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、磁気光学ディスク（ＭＯＤ）デバイス、及び／又はイーサネット（登録商標）デバイスのようなネットワーク接続デバイスを含むあらゆるその他のデジタル装置などの装置３１８を含み、該装置３１８は、フロッピディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、或いはネットワーク又はインタネット及び今後さらに開発されるデジタル手段などのその他のデジタルソースのようなコンピュータ可読媒体３２０から命令及び／又はデータを読取るようになっている。別の実施形態においては、コンピュータ５１２は、ファームウェア（図示せず）内に格納された命令を実行する。コンピュータ５１２は、本明細書に記載した機能を実行するようにプログラムされ、本明細書で使用する場合のコンピュータという用語は、コンピュータとして一般に知られている集積回路だけに限定されず、広くコンピュータ、プロセッサ、マイクロメータコントローラ、マイクロメータコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、特定用途集積回路、及び他のプログラマブル回路を指し、本明細書ではこれらの用語を同義的に使用する。
【００２７】
運転中、燃料供給システム２００は、全ての運転条件の間にガスタービンエンジン１０に対し燃料を供給することができる。具体的には、制御システム５００は、運転の第１のモードの間にバルブ２４０及び２４２を開放し調節するよう構成されている。別の実施形態において、制御システム５００は、運転の第１のモードの間にステージングバルブ２４０及び２４２に対して構成され、該ステージングバルブ２４０及び２４２に関連する燃焼器の調節及び制御は、下流側で、例えば該ステージングバルブ２４０及び２４２に関連する各燃焼器又は燃焼器のセットの制御マニホルド（図示せず）において制御される。例えば、初期エンジン始動モード又は低出力運転モードの間に、コンピュータ５１２は、第１のステージングバルブ２４０を開放し、第２のステージングバルブ２４２を調節するようプログラムすることができ、この結果、第１のステージングバルブ２４０に関連する燃焼器のセットが、第１の火炎モード、例えば予混合モードで動作し、第２のステージングバルブ２４２に関連する燃焼器のセットが、第２の火炎モード、例えば拡散火炎及び／又はパイロット予混合部分拡散火炎で運転されるようにする。運転の第１のモードにおいて、燃料は、ポンプ２１０を介して第１のステージングバルブ２４０及び第１のマニホルド２２０を通って複数の燃焼器セクション２０内に供給される。図３及び図４に示すように、運転のこのモードにおいて、予混合運転のための燃料は、燃焼器セクション２０の一部分のみに供給され、拡散又はパイロット予混合部分拡散運転のための燃料は、残りの燃焼器セクションに供給される。すなわち、予混合モードで動作する燃焼器セクションは、拡散火炎又はパイロット予混合部分拡散火炎モードで動作している燃料セクションの間に配置される。より具体的には、予混合運転用の燃料を受け取る各燃焼器セクションは、運転の第１のモードにおいて、拡散火炎又はパイロット予混合部分拡散火炎運転のための燃料を受け取る燃焼器セクションに隣接して配置される。アレイサブセットの所与の間隔及び配置は、所望の出力レベル及びタービンセクションの空力学的考慮事項によって決まる。混合火炎モード、例えば予混合モード及び拡散火炎又はパイロット予混合部分拡散火炎における運転により、エンジン１０が、全ての燃焼器を運転の予混合モードで使用して起こり得るであろうよりも相対的に低い出力レベルで動作し、且つ全ての燃焼器が拡散モードで動作している状態で起こり得るであろうよりも低いエミッションレベルで動作することを同時に可能にする。加えて、拡散火炎又はパイロット予混合部分拡散火炎モードで動作している個々の燃焼器は、予混合モードで動作している燃焼器よりも相対的に高いＮＯｘを放出する可能性があるが、排出ガススタックにおける全ての燃焼器からの混合排出ガスは、より低い負荷及び燃料使用量レベルで運転可能にしながら、許容可能限界に保持される。
【００２８】
運転の第２のモードにおいて、制御システム５００は、第２のステージングバルブ２４２を開放又は調節するよう構成され、燃料が、ポンプ２１０を介して第２のステージングバルブ２４２及び第２のマニホルド２２２を通って残りの燃焼器セクション内に供給されるようになる。別の実施形態においては、制御システム５００は、運転の第２のモードの間に第２のステージングバルブ２４２を開放するよう構成され、第２のステージングバルブ２４２に関連する燃焼器の調節及び制御は、下流側で、例えば、第２のステージングバルブ２４２に関連する各燃焼器又は燃焼器のセットにおける制御マニホルド（図示せず）で制御される。例えば、運転の第２のモードの間に、燃料供給システム２００は、残りの燃焼器セクション２０に追加の燃料を流し、予混合火炎運転に移行させてガスタービンエンジン１０の出力を増加させることを可能にする。従って、運転の第２のモードにおいて、第１及び第２のマニホルドの両方は、燃料を燃焼器セクションの全てに供給し、全ての燃焼器は予混合火炎モードで動作している。この運転モードにおいて、燃料供給システム２００は、燃焼システムに対して２つの独立制御される並列燃料供給源を構築する。より具体的には、ベース負荷又は高レベルの部分負荷の間に、両システムは、既存の制御曲線又は燃料計画に基づいて同一に制御される。
【００２９】
本明細書で出力の「ターンダウン」モードと呼ばれる第３の運転モードにおいて、ガスタービンエンジンからの出力の低下が望ましい場合、適切な燃料回路を燃焼器缶の選択セットへの拡散火炎又はパイロット予混合部分拡散火炎の燃料流に移行させる。この実施形態では、第１又は第２のステージングバルブ２４０又は２４２のいずれかは、予混合火炎運転が燃焼器セクション２０の半部分だけで使用されるように調節される。
【００３０】
本明細書で説明しているのは、燃焼器の選択可能なセットに対して運転の拡散火炎又はパイロット予混合部分拡散火炎モードを選択して燃料流量を調節し、選択運転条件の間のエミッションを減少させるように構成された例示的な燃料供給システムである。この例示的な燃料供給システムはまた、ガスタービンエンジンの出力ターンダウン運転を最適化し、エンドユーザがより有利に運転すると同時に、エミッションを低減できるように構成される。加えて、燃料供給システムは、ピーキング又は負荷追従用途においてガスタービンのロバスト性を改善し、例えば、不利な運転停止／始動サイクルを受けるのではなく、最低ターンダウン条件で動作する。
【００３１】
本システムは、低部分負荷条件を含む、缶方向において燃焼システムのガスタービンエンジンの全運転条件を通して火炎安定性及び低エミッションの利点を提供する。本システムは、低負荷条件で効率的に運転され、従って、高負荷運転が要求されないとき、又は運転停止時にエンジンハードウェアに付加的なサイクルを受けないときの無駄な燃料を排除することができる。例示的な燃料供給システムはまた、現在実施可能であるものよりも出力ターンダウンが有意に低いレベルを可能にする。
【００３２】
例えば、ベース負荷又は高いレベルの部分負荷の間に、第１のマニホルド及び第２のマニホルドの両方は、現在の制御曲線及び／又は燃料計画に基づいて同一に制御される。最低出力ターンダウンのコマンドが出されると、適切な燃料回路を燃焼缶の選択されたセットに対して拡散火炎モード又は部分拡散火炎モード（例えば、パイロット予混合モード）に移行させる。従って、出力の低下は、燃焼器の１つのセットにおける燃焼温度の低下を必要としないが、拡散火炎又はパイロットモードで動作している各燃焼器からの予想される増大したエミッションと予混合モードで未だに動作している燃焼器からのエミッションとを組み合わせることにより、合計エミッションが法令順守を維持することができるようになる。従って、出力の低下は、システムのエミッション出力に悪影響を及ぼさないことになる。更に、ターンダウンの著しく低いレベルを管理可能になる。
【００３３】
本開示の実施形態を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本開示の実施形態は、請求項の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できる点は理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の例示的な実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１に示すガスタービンエンジンで使用することができる燃焼器の概略断面図。
【図３】図１に示すガスタービンエンジンで利用することができる例示的な燃料供給システムの簡易ブロック図。
【図４】図１に示すガスタービンエンジンで利用することができる別の例示的な燃料供給システムの簡易ブロック図。
【図５】図３に示す例示的な燃料供給システムを運転及び／又は制御するのに利用することができる例示的な制御システム。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ガスタービンエンジン
２０  燃焼器セクション
２２  燃料ノズル組立体
１００  冷却エンジン又はガスタービンエンジン
１０２  圧縮機組立体
１０４  燃焼器組立体
１０８  タービン組立体
１１０  圧縮機／タービンシャフト又はロータ
１１２  ディフューザ
１１４  圧縮機吐出プレナム
１２０  端部カバー
１２２  燃料ノズル組立体
１２４  燃焼器ケーシング
１２６  燃焼器ライナ
１２８  燃焼チャンバ
１２９  燃焼チャンバ冷却通路
１３０  トランジションピース
１３２  タービンノズル
１３４  外壁開口
１３６  外壁
１３８  トランジションピース環状通路
１４０  内壁
１４２  トランジションピースガイドキャビティ
１４４  燃料ノズルフランジ
２００  燃料供給システム
２１０  燃料ポンプ
２２０  第１の燃料マニホルド
２２２  第２の燃料マニホルド
２３０  燃料吸込ライン
２３１  燃料源
２３２  吐出ライン
２４０  第１のステージングバルブ
２４２  第２のステージングバルブ
３００  エンジン制御システム
４２６  第３の燃料マニホルド
４４６  第３のステージングバルブ
５００  制御システム
５０２  エンジンデータセンサ
５１０  制御インターフェースセクション
５１２  コンピュータ
５１４  キーボード
５１６  関連モニタ
５１８  装置
５２０  コンピュータ読み取り可能媒体
【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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