(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンを低Ｂｔｕ燃料で始動させかつ動作させることを可能にする。【解決手段】燃料ノズルシステム１００は、主燃料オリフィス１１２および主燃料オリフィス１１２と流体連通する主燃料流路１０４を有する主チップ１１０と、燃料ノズル中へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量を制御することが可能な燃料回路とを含む。本システムは、少なくとも第１の低Ｂｔｕ燃料ガスが主燃料オリフィス１１２へと供給され、ガスタービンを始動させるために点火される、点火状態と、少なくとも第２の低Ｂｔｕ燃料ガスがベースロードで燃焼する、ベースロード状態とで動作することが可能である。点火状態において点火された低Ｂｔｕ燃料ガスは、ベースロード状態において燃焼する低Ｂｔｕ燃料ガスの含有量よりも多い第１の低Ｂｔｕ燃料ガスの含有量を有する。【選択図】図２Ａ−２Ｂ
2014185844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンを低Ｂｔｕ燃料で始動させかつ動作させることを可能にするための燃料ノズルシステムであって、
複数の主燃料オリフィスを含む主チップと、
前記主燃料オリフィスと流体連通する主燃料流路と
を備えた、燃料ノズルと、
前記燃料ノズル中へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量を制御することが可能な燃料回路と
を備え、
前記燃料ノズルシステムは、
少なくとも前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスが前記主燃料オリフィスに供給され、前記ガスタービンを始動させるために点火される、点火状態と、
少なくとも前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスが前記ガスタービンを動作させるために燃焼する、ベースロード状態と
で動作することが可能であり、
前記燃料回路は、前記点火状態において点火された前記低Ｂｔｕ燃料ガスが、前記ベースロード状態において燃焼する前記低Ｂｔｕ燃料ガスの含有量よりも多い前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスの含有量を有するように流量を制御するように構成される、
燃料ノズルシステム。
【請求項２】
前記燃料ノズルが、
複数の副燃料オリフィスを含む副チップと、
前記副燃料オリフィスと流体連通する副燃料流路と
をさらに備え、
前記燃料回路は、少なくとも前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスが前記ベースロード状態中に燃焼のために前記副燃料オリフィスへと供給されるように、前記主流路と前記副流路との間の燃料分流の組成を別々に制御するように構成される、
請求項１記載の燃料ノズルシステム。
【請求項３】
圧縮空気が前記点火状態中にパージングのために前記副燃料オリフィスへと流れ、前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方が前記ベースロード状態中に燃焼のために前記主燃料オリフィスへと流れるように構成される、請求項２記載の燃料ノズルシステム。
【請求項４】
圧縮空気が前記点火状態中にパージングのために前記副燃料オリフィスへと流れ、圧縮空気が前記ベースロード状態中にパージングのために前記主燃料オリフィスへと流れるように構成される、請求項２記載の燃料ノズルシステム。
【請求項５】
前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方が前記点火状態中に点火のために前記副燃料オリフィスへと流れ、圧縮空気が前記ベースロード状態中にパージングのために前記主燃料オリフィスへと流れるように構成される、請求項２記載の燃料ノズルシステム。
【請求項６】
前記点火状態中に点火のために前記副燃料オリフィスへと流れる前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方を有し、前記ベースロード状態中に燃焼のために前記主燃料オリフィスへと流れる前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方を有するように構成される、請求項２記載の燃料ノズルシステム。
【請求項７】
前記主チップ内の前記主燃料オリフィスが、前記副チップ内の前記副燃料オリフィスの下流に位置する、請求項２記載の燃料ノズルシステム。
【請求項８】
前記主燃料オリフィスの直径が、前記副燃料オリフィスの直径の１／３未満である、請求項２記載の燃料ノズルシステム。
【請求項９】
前記燃料ノズルが、前記主燃料オリフィスと流体連通する複数の副燃料オリフィスを含む副チップをさらに備え、
前記燃料ノズルシステムは、
少なくとも前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスが、前記点火状態中に点火のために前記主燃料オリフィスおよび前記副燃料オリフィスの両方へと流れ、
少なくとも前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスが、前記ベースロード状態中に燃焼および／またはパージングのために前記主燃料オリフィスおよび前記副燃料オリフィスの両方へと流れる
ように構成される、
請求項１記載の燃料ノズルシステム。
【請求項１０】
前記主チップ内の前記主燃料オリフィスが、前記副チップ内の前記副燃料オリフィスの下流に位置する、請求項９記載の燃料ノズルシステム。
【請求項１１】
前記主燃料オリフィスの直径が、前記副燃料オリフィスの直径の１／３未満である、請求項９記載の燃料ノズルシステム。
【請求項１２】
前記ベースロード状態中に燃焼のために前記主燃料オリフィスへと流れる少なくとも前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスを有するように構成される、請求項１記載の燃料ノズルシステム。
【請求項１３】
燃料ノズルを使用して低Ｂｔｕ燃料でガスタービンを始動させかつ動作させるための方法であって、
第１の低Ｂｔｕ燃料ガスを供給することが可能な第１の低Ｂｔｕ燃料源を設けるステップと、
前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスの発熱量よりも小さな発熱量を有する第２の低Ｂｔｕ燃料ガスを供給することが可能な第２の低Ｂｔｕ燃料源を設けるステップと、
複数の主燃料オリフィスを含む主チップと、
前記主燃料オリフィスと流体連通する主燃料流路と
を備えた、燃料ノズルを設けるステップと、
前記燃料ノズル中へと流れる前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量を制御するための燃料回路を設けるステップと、
点火状態において前記燃料ノズルを動作させるステップであり、
前記ガスタービンを始動させるために前記主燃料オリフィスのところで前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの第１の組み合わせを点火するサブステップ
を含む、動作させるステップと、
ベースロード状態において前記燃料ノズルを動作させるステップであり、
前記ガスタービンを動作させるために前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの第２の組み合わせを燃焼させるサブスッテプで、前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの前記第２の組み合わせが、前記第１の組み合わせの含有量よりも少ない前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスの含有量を有する、燃焼させるサブステップを
含む、動作させるステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記燃料ノズルを設けるステップが、複数の副燃料オリフィスおよび前記副燃料オリフィスと流体連通する第２の燃料流路を備える副チップを設けるサブステップをさらに含み、
ベースロード状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、前記副燃料オリフィスのところで前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの第２の組み合わせを燃焼させるサブスッテプを含む、
請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
点火状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、パージングのために前記副燃料オリフィスへと圧縮空気を供給するサブステップをさらに含み、
ベースロード状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、前記主燃料オリフィスのところで前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方を燃焼させるサブステップをさらに含む、
請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
点火状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、パージングのために前記副燃料オリフィスへと圧縮空気を供給するサブステップをさらに含み、
ベースロード状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、パージングのために前記主燃料オリフィスへと圧縮空気を供給するサブステップをさらに含む、
請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
点火状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、前記副燃料オリフィスのところで前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方を点火するサブステップをさらに含み、
ベースロード状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、パージングのために前記主燃料オリフィスへと圧縮空気を供給するサブステップをさらに含む、
請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
点火状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、前記副燃料オリフィスのところで前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方を点火するサブステップをさらに含み、
ベースロード状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、前記主燃料オリフィスのところで前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方を燃焼させるサブステップをさらに含む、
請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記燃料ノズルを設けるステップが、
前記主燃料流路と流体連通する複数の副燃料オリフィスを備える副チップを設けるサブステップをさらに含み、
点火状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、
前記主燃料オリフィスおよび前記副燃料オリフィスの両方のところで少なくとも前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスを点火するサブステップを含み、
ベースロード状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、
前記主燃料オリフィスおよび前記副燃料オリフィスの両方のところで少なくとも前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスを燃焼させるサブステップを含む、
請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
ベースロード状態において前記燃料ノズルを動作させるステップが、前記主燃料オリフィスのところで少なくとも前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスを燃焼させるサブステップを含む、請求項１３または１９記載の方法。
【請求項２１】
前記低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方が、合成ガス、高炉ガス、コークス炉ガス、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスが、コークス炉ガスである、請求項１３記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスが、高炉ガスである、請求項１３記載の方法。
【請求項２４】
前記主燃料オリフィスのところで点火される前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは前記第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと前記第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの第１の組み合わせが、体積で約５〜１８％の水素を含む、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンを低Ｂｔｕ燃料で始動させかつ動作させることを可能にするための燃料ノズルシステムおよび低Ｂｔｕ燃料でガスタービンを始動させかつ動作させるために燃料ノズルシステムを使用するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、熱エネルギーを放出する燃料／空気混合物を燃焼させて高温ガス流を形成する。タービンは、高温ガス流からの熱エネルギーをタービンシャフトを回転させる機械エネルギーへと変換する。電力をポンプまたは発電機へ供給するためなどのさまざまな用途において、タービンを使用することができる。
【０００３】
近年、ガスタービンは、通常、ガスタービンを点火しそして正常に運転するために燃料を供給する燃料ノズルを備える。ガスタービンを点火しそして運転するために使用する典型的な燃料は、天然ガスである。しかしながら、天然ガス供給源の不足のために、低Ｂｔｕガスなどの他の燃料にますます頼るようになってきている。例えば、少量のコークス炉ガス（ＣＯＧ）をブレンドした高炉ガス（ＢＦＧ）を燃焼させる製鋼所用の工業用ガスタービンがある。しかしながら、例えば、天然ガスを点火するために適した天然ガスチップおよびガスタービンの正常な運転中にＢＦＧを燃焼させるためのＢＦＧチップを有する燃料ノズルを使用することによって、ガスタービンは依然として、天然ガスまたは液体燃料で始動する。天然ガスを点火することによってＢＦＧガスタービンを始動させることは、高級な天然ガスを消費するだけでなく、石油カートリッジおよび石油タンクなどの別の点火燃料システムをも必要とする。その上、状況次第では、製鋼所においてなど、現場において利用可能な天然ガスがないことがある。
【０００４】
これゆえ、ＢＦＧ、ＣＯＧおよび合成ガスなどの低Ｂｔｕ燃料で始動させることが可能な新規なガスタービン燃料ノズル、ならびにこのような新規なガスタービン燃料ノズルを使用することによって低Ｂｔｕ燃料でガスタービンを始動させるための新たな方法を開発することが望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、ガスタービンを低Ｂｔｕ燃料で始動させかつ動作させることを可能にするための燃料ノズルシステムに関する。燃料ノズルシステムは、主燃料オリフィスを含む主チップおよび主燃料オリフィスと流体連通する主燃料流路を備えた燃料ノズルと、燃料ノズル中へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量を制御することが可能な燃料回路とを備える。本システムは、少なくとも第１の低Ｂｔｕ燃料ガスが主燃料オリフィスに供給され、ガスタービンを始動させるために点火される点火状態と、少なくとも第２の低Ｂｔｕ燃料ガスがガスタービンを動作させるためにベースロードで燃焼するベースロード状態とで動作することが可能である。点火状態において点火される低Ｂｔｕ燃料ガスは、ベースロード状態において燃焼する低Ｂｔｕ燃料ガスの含有量よりも多い第１の低Ｂｔｕ燃料ガスの含有量を有する。
【０００６】
本開示は、燃料ノズルを使用して低Ｂｔｕ燃料でガスタービンを始動させかつ動作させるための方法にもやはり関係する。本方法は、第１の低Ｂｔｕ燃料ガスを供給することが可能な第１の低Ｂｔｕ燃料源を設けるステップと、第１の低Ｂｔｕ燃料ガスの発熱量よりも小さな発熱量を有する第２の低Ｂｔｕ燃料ガスを供給することが可能な第２の低Ｂｔｕ燃料源を設けるステップと、複数の主燃料オリフィスを含む主チップと、主燃料オリフィスと流体連通する主燃料流路とを含む、燃料ノズルを設けるステップと、燃料ノズル中へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量を制御するための燃料回路を設けるステップと、ガスタービンを始動させるために主燃料オリフィスのところで第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの第１の組み合わせを点火するサブステップを含む点火状態において燃料ノズルを動作させるステップと、ガスタービンを動作させるためにベースロードにおいて第２の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの第２の組み合わせを燃焼させるサブスッテプ含むベースロード状態において燃料ノズルを動作させるステップとを含む。第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの第２の組み合わせは、第１の組み合わせの含有量よりも少ない第１の低Ｂｔｕ燃料ガスの含有量を有する。
【０００７】
本開示の実施形態の上記およびその他の態様および特徴は、添付した図面を併用すると、下記の詳細な説明を考慮してより明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】デュアルチップおよびデュアル燃料回路を有する燃料ノズルの斜視図である。
【図１Ｂ】燃料ノズルの内部構造を示す図１Ａの燃料ノズルの断面図である。
【図２Ａ−２Ｂ】燃料ノズルの一動作実施形態による、それぞれ、図１Ａの燃料ノズルの点火状態およびベースロード状態を示す図である。
【図３Ａ−３Ｂ】燃料ノズルの別の一動作実施形態による、それぞれ、図１Ａの燃料ノズルの点火状態およびベースロード状態を示す図である。
【図４Ａ−４Ｂ】燃料ノズルのさらに別の一動作実施形態による、それぞれ、図１Ａの燃料ノズルの点火状態およびベースロード状態を示す図である。
【図５Ａ−５Ｂ】燃料ノズルのさらに別の一動作実施形態による、それぞれ、図１Ａの燃料ノズルの点火状態およびベースロード状態を示す図である。
【図６】図１Ａの燃料ノズルを使用する起動モードおよび動作モードを示す図である。
【図７Ａ】デュアルチップおよび単一燃料回路を有する燃料ノズルの斜視図である。
【図７Ｂ】燃料ノズルの内部構造を示す図７Ａの燃料ノズルの断面図である。
【図８Ａ−８Ｂ】それぞれ、図７Ａの燃料ノズルの点火状態およびベースロード状態を示す図である。
【図９Ａ】単一チップおよび単一燃料回路を有する燃料ノズルの斜視図である。
【図９Ｂ】燃料ノズルの内部構造を示す図９Ａの燃料ノズルの断面図である。
【図１０Ａ−１０Ｂ】それぞれ、図９Ａの燃料ノズルの点火状態およびベースロード状態を示す図である。
【図１１】図７Ａの燃料ノズルまたは図９Ａの燃料ノズルを使用する起動モードおよび動作モードを示す図である。
【図１２Ａ−１２Ｂ】それぞれ、例の項において説明する２つの実験の希薄点火限界（ＬＩＬ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の実施形態を、添付した図面を参照して説明する。後に続く説明では、不必要な詳細で本開示を不明瞭にすることを避けるために、良く知られた機能または構成を詳細には説明しない。
【００１０】
明細書および特許請求の範囲の全体を通して本明細書において使用する場合、近似する言いまわしを、それが関係する基本的な機能を変化させずに変えることを許され得る任意の定量的な表現を修飾するために適用することができる。したがって、「約」などの１つまたは複数の用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されない。ある種の実施形態では、「約」という用語は、ある値のプラスまたはマイナス１０パーセント（１０％）を意味する。例えば、「約１００」は９０と１１０との間のいずれかの数字を指すはずである。加えて、「約第１の値−第２の値」の表現を使用するときには、約が両方の値を修飾するものとする。場合によっては、近似する言いまわしは、１つまたは複数の値を測定するための機器の精度に対応することがある。
【００１１】
本明細書において述べられる任意の数値は、任意の小さい方の値と任意の大きい方の値との間に少なくとも２単位の隔たりがある場合、一単位の増分で小さい方の値から大きい方の値までのすべての値を含む。一例として、構成要素のドーズ量または、例えば、温度、圧力、時間、等のようなプロセス変数の値が、例えば、１から９０まで、好ましくは２０から８０まで、より好ましくは３０から７０までであると述べる場合には、１５から８５、２２から６８、４３から５１、３０から３２、等のような値が、本明細書においては明確に列挙されるものとする。１よりも小さい数については、一単位を、適宜０．０００１、０．００１、０．０１、または０．１であると考える。これらは、何が具体的に意図されているかのほんの一例であり、列挙された最小値と最大値との間の数値のすべての可能な組み合わせが、同様な方法で本出願において明確に述べられていると見なされる。
【００１２】
別なふうに定義しない限り、本明細書において使用する技術的用語および科学的用語は、本発明が属する技術の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書において使用する場合、「第１の」、「第２の」、等の用語を、何らかの順番、量、または重要性を意味するのではなく、むしろ１つの要素を別の要素から区別するために使用する。やはり、「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」という用語は、量の限定を意味するのではなく、むしろ引用した品目の少なくとも１つの存在を意味する。
【００１３】
本開示の実施形態は、起動およびベースロード動作の両方のために低Ｂｔｕ燃料ガスを使用するガスタービン燃料ノズルシステムに関する。本明細書において使用する場合、低発熱量（ＬＨＶ）ガスとも呼ばれる「低Ｂｔｕ燃料ガス」は、低発熱量、例えば、標準立法フィート当たり３５０Ｂｔｕ（Ｂｔｕ／ｓｃｆ）（１３，０００ｋＪ／ｍ3）未満を有する燃料ガスを指す。低Ｂｔｕ燃料ガスの例は、ガス化による合成ガス、高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、および，少量のＣＯＧとブレンドしたＢＦＧなどのこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。ある種の実施形態では、ＢＦＧは、製鋼所の副産物であり、約２ｖｏｌ％未満（例えば、約１ｖｏｌ％）の水素（Ｈ2）および約２０〜２５ｖｏｌ％の一酸化炭素（ＣＯ）を含有し、約８０〜１１０Ｂｔｕ／ｓｃｆ（２，９８０〜４，０１０ｋＪ／ｍ3）の比較的低い発熱量を有する。したがって、これは狭い引火性範囲を有する。典型的には、ＢＦＧを、安定した燃焼のために７〜１０ｖｏｌ％のＣＯＧとブレンドする。ＣＯＧは、５０〜６０ｖｏｌ％のＨ2および２０〜２５ｖｏｌ％のメタン（ＣＨ4）を含有し、炎の安定化に役立つ。
【００１４】
燃料ノズルシステムは、燃料ノズルおよび燃料ノズル内の燃料ガスを制御するための少なくとも１つの燃料回路を備えることができる。燃料ノズルは、１つまたは複数のチップを含むことができ、その各々が複数の燃料オリフィスを含む。１つまたは複数のチップは、別々に制御されても別々に制御されなくてもよい。
デュアルチップ、デュアル燃料回路ノズル
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、燃料ノズルシステムは、燃料ノズル１００を備え、これは主燃料流路１０４として機能する内部空洞を画定する主燃料チューブ１０２、および主燃料チューブ１０２を囲みかつ副燃料流路１０８として機能する環状内側流路を画定する副燃料チューブ１０６を含む。主燃料チューブ１０２および副燃料チューブ１０６を、実質的に同軸に配置する。主燃料チューブ１０２は、主チップ１１０で終わり、これは主燃料流路１０４と流体連通する複数の主燃料オリフィス１１２を有する。副燃料チューブ１０６は、副チップ１１４で終わり、これは副燃料流路１０８と流体連通する複数の副燃料オリフィス１１６を有する。
【００１５】
図示した実施形態では、主チップ１１０内の主燃料オリフィス１１２が副チップ１１４内の副燃料オリフィス１１６の下流であるように、主チップ１１０は、副チップ１１４の下流の場所に位置する。本明細書において使用する場合、「下流」という用語は、燃料ノズル１００の縦軸に関して軸流方向に対する方向および向きを指す。副燃料オリフィス１１６の「下流の」主燃料オリフィス１１２は、燃料ノズル１００の縦軸に沿って、副燃料オリフィス１１６が位置する断面の下流の断面のところに、主燃料オリフィス１１２が位置することを意味する。このことは燃料が副燃料オリフィス１１６から主燃料オリフィス１１２へと流れる必要があることを意味してはいないことに留意すべきである。
【００１６】
主燃料チップおよび／または副燃料チップのオリフィスサイズを、用途に応じて変えることができ、例えば、オリフィスを通過する燃料ガスの発熱量またはウォッベ指数に応じて変えることができる。１つの例示的なシステムでは、主燃料オリフィスを、直径で０．１インチ（２．５４ｍｍ）未満とすることができ、副燃料チップオリフィスを、直径で０．２〜０．４インチ（５．０８〜１０．１６ｍｍ）の範囲にすることができる。
【００１７】
本明細書において使用する場合、「ウォッベ指数」は、一定のオリフィスを有するガスバーナによって放出される熱量の尺度を指し、ガスの比重の平方根で割り算した標準温度および圧力における標準立法フィート当たりの英国熱量単位（Ｂｔｕ／ｓｃｆ）でのガスの総カロリー値に等しい。ＶCが高位の発熱量であり、ＧSが比重である場合には、ウォッベ指数、ＩW、は次式として定義される。
【００１８】
ＩW＝ＶC／√（ＧS）
これは、異なるガス間の比較のための根拠として使用することができる燃料ガスの互換性の指標である。
【００１９】
図示した実施形態では、主燃料オリフィス１１２は、副燃料オリフィス１１６よりもサイズが小さく、その結果、主燃料オリフィス１１２の両端の圧力低下は十分に大きく、大部分の燃料ガスに副燃料オリフィスを通過させる。その上、小さな主燃料オリフィスは、比較的大きな燃料注入速度を作り出し、動作中の燃料チップの冷却に役立つ。特定の実施形態では、主燃料オリフィス１１２の直径は、副燃料オリフィス１１６の数に応じて副燃料オリフィス１１６の直径の１／３未満である。
【００２０】
燃料ノズル１００は、主チップ１１０および副チップ１１４に隣接する空気カラー１１８をさらに備え、これはオリフィスのところでの燃料ガスの点火および燃焼中に燃料ノズル１００の外部からの空気が主燃料オリフィス１１２および副燃料オリフィス１１６へと流れることを可能にするための複数の空気流路１２０を画定する。
【００２１】
燃料ノズルシステムは、２つの流路の燃料組成が異なってもよいように、主燃料流路および副燃料流路の間での燃料分流を別々に制御するためのデュアル燃料回路（図示せず）をさらに備える。その上、ある種の実施形態では、デュアル燃料回路は、ライナ温度および他の動作動特性を精密に制御することを可能にすることができる。ある種の実施形態では、デュアル燃料回路は、主燃料流路および副燃料流路を別々に制御するための２つ以上のマニフォールド含むことができる。
【００２２】
燃料ノズルシステムは、ガスタービンを始動させるために相対的に高位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料を点火する点火状態、およびガスタービンを動作させるために相対的に低位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料をベースロードで燃焼させるベースロード状態とで動作させることが可能である。
【００２３】
点火状態では、主燃料チューブ１０２を、第１の低Ｂｔｕ燃料源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源（図示せず）につなげ、主燃料流路１０４を第１の低Ｂｔｕ燃料源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源と流体連通させる。第１の低Ｂｔｕ燃料源および第２の低Ｂｔｕ燃料源は、それぞれ、高位の発熱量を有する第１の低Ｂｔｕ燃料ガス、例えば、ＣＯＧ、および低位の発熱量を有する第２の低Ｂｔｕ燃料ガス、例えば、ＢＦＧ、を供給することが可能である。主燃料流路１０４中へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび／または第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量を制御するためのデュアル燃料回路を使用することによって、主燃料流路１０４内の燃料組成は制御可能である。これゆえ、点火のために主燃料オリフィス１１２へと流れる少なくとも第１の低Ｂｔｕ燃料ガスを有するように制御可能である。ある種の実施形態では、第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量をゼロで制御し、第１の低Ｂｔｕ燃料ガスだけが点火のために主燃料オリフィス１１２へと流れる。ある種の実施形態では、第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの組み合わせが、点火のために主燃料オリフィス１１２へと流れる。点火のために副燃料オリフィス１１６へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方を有するように、副燃料チューブ１０６を第１の低Ｂｔｕ燃料ガス源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料ガス源につなげることもでき、またはパージングのために副燃料オリフィスへと流れる圧縮空気を有するように、副燃料チューブ１０６を圧縮機吐出（ＣＰＤ）空気源（図示せず）につなげることができる。
【００２４】
ベースロード状態では、副燃料チューブ１０６を、第１の低Ｂｔｕ燃料源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源につなげ、副燃料流路１０８を第１の低Ｂｔｕ燃料源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源と流体連通させる。同様に、副燃料流路１０８中へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび／または第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量を制御することによって、燃焼のために副燃料オリフィス１１６へと流れる少なくとも第２の低Ｂｔｕ燃料ガスを有するように制御可能である。ある種の実施形態では、第１の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量をゼロで制御し、第２の低Ｂｔｕ燃料ガスだけが燃焼のために副燃料オリフィス１１６へと流れる。ある種の実施形態では、第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの組み合わせが、燃焼のために副燃料オリフィス１１６へと流れる。燃焼のために主燃料オリフィス１１２へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスまたは第２の低Ｂｔｕ燃料ガスのうちの少なくとも一方を有するように、主燃料チューブ１０２を第１の低Ｂｔｕ燃料ガス源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源にやはりつなげることもでき、またはパージングのために主燃料オリフィス１１２へと流れる圧縮空気を有するように、主燃料チューブ１０２をＣＰＤ空気源につなげることができる。
【００２５】
ベースロード状態中に燃焼のために副燃料オリフィス１１６へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの組み合わせは、点火状態中に点火のために主燃料オリフィス１１２へと流れる第１の低Ｂｔｕ燃料ガスと第２の低Ｂｔｕ燃料ガスとの組み合わせの含有量よりも少ない第１の低Ｂｔｕ燃料ガスの含有量を有し、これゆえ、点火状態中に点火のために主燃料オリフィス１１２へと流れる組み合わせの発熱量よりも低い発熱量を有する。点火状態において副燃料オリフィス１１６へと流れる低Ｂｔｕ燃料ガスは、同じ状態において主燃料オリフィス１１２へと流れる低Ｂｔｕ燃料ガスと同じであっても異なってもどちらでもよい。ベースロード状態において主燃料オリフィス１１２へと流れる低Ｂｔｕ燃料ガスは、同じ状態において副燃料オリフィス１１６へと流れる低Ｂｔｕ燃料ガスと同じであっても異なってもどちらでもよい。
【００２６】
燃料ノズルシステムの４つの例示的な動作実施形態を、図２Ａ〜図５Ｂを参照して説明し、図示する。
【００２７】
図２Ａおよび図２Ｂは、燃料ノズルシステムの第１の例示的な動作実施形態を示す。図２Ａに示したように、点火状態では、相対的に高位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料ガスが、ガスタービン（図示せず）を始動する点火のために主燃料オリフィス１１２へと主燃料流路１０４を通って流れる一方で、ＣＰＤ空気は、パージングのために副燃料オリフィス１１６へと副燃料流路１０８を通って流れる。点火の後で、ガスタービン（ＧＴ）が中心ＧＴ速度／ＧＴ負荷に達すると、燃料ノズルシステムは、ベースロード状態へと移行する。図２Ｂに示したように、ベースロード状態では、副燃料流路１０８には、相対的に低位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料を供給し、主燃料流路１０４には、相対的に高位の発熱量もしくは低位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料ガス、またはこれらの両者とは異なる低Ｂｔｕ燃料ガスを供給する。これらの低Ｂｔｕ燃料ガスは、燃焼のために副燃料オリフィス１１６および主燃料オリフィス１１２へとそれぞれ流れ、ガスタービンがベースロードにおいて運転することを可能にするエネルギーを与える。点火および燃焼中には、低Ｂｔｕ燃料ガスは、空気カラー１１８上で空気流路１２０を通って注入される空気と混合する。
【００２８】
図３Ａおよび図３Ｂは、燃料ノズルシステムの第２の例示的な動作実施形態を示す。この実施形態では、点火状態は、図２Ａに示したような第１の実施形態の点火状態と同じである。相対的に高位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料ガスが、点火のために主燃料オリフィス１１２へと主燃料流路１０４を通って流れる一方で、ＣＰＤ空気は、パージングのために副燃料オリフィス１１６へと副燃料流路１０８を通って流れる。点火の後で、ガスタービンが中心ＧＴ速度／ＧＴ負荷に達すると、燃料ノズルシステムは、ベースロード状態へと移行する。図３Ｂに示したように、ベースロード状態では、副燃料流路１０８には、燃焼のために副燃料オリフィス１１６へと流れる相対的に低位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料ガスを供給し、主燃料流路１０４には、パージングのために主燃料オリフィス１１２へと流れるＣＰＤ空気を供給する。
【００２９】
図４Ａおよび図４Ｂは、燃料ノズルシステムの第３の例示的な動作実施形態を示す。図４Ａに示したように、点火状態では、主燃料流路１０４には、相対的に高位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料ガスを供給する一方で、副燃料流路１０８には、その低Ｂｔｕ燃料ガスと同じであるまたはこれとは異なるいずれかの低Ｂｔｕ燃料ガスを供給する。これらの第１の低Ｂｔｕ燃料ガスは、点火のために主燃料オリフィス１１２および副燃料オリフィス１１６へとそれぞれ流れる。図４Ｂに示したように、ベースロード状態では、主燃料流路１０４には、パージングのために主燃料オリフィス１１２へと流れるＣＰＤ空気を供給し、副燃料流路１０８には、燃焼のために副燃料オリフィス１１６へと流れる相対的に低位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料を供給する。
【００３０】
図５Ａおよび図５Ｂは、燃料ノズルシステムの第４の例示的な動作実施形態を示す。この実施形態では、点火状態は、図４Ａに示したような第３の実施形態の点火状態と同じである。ベースロード状態では、副燃料流路１０８には、相対的に低位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料を供給し、主燃料流路１０４には、その低Ｂｔｕ燃料ガスと同じであるまたはこれとは異なるいずれかの低Ｂｔｕ燃料ガスを供給する。これらの低Ｂｔｕ燃料ガスは、燃焼のために副燃料オリフィス１１６および主燃料オリフィス１１２へとそれぞれ流れる。
【００３１】
ある種の実施形態では、相対的に高位の発熱量または低位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料の両者は、ＢＦＧ−ＣＯＧブレンドであるが、異なるＢＦＧ／ＣＯＧ比である。相対的に高位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料ガス中のＣＯＧ含有量は、相対的に低位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料ガス中のＣＯＧ含有量よりも多い。これら両者は、同じＢＦＧの供給源および同じＣＯＧの供給源から来てもよい。ＢＦＧおよびＣＯＧの流量を個々に制御することによって、異なるＢＦＧ／ＣＯＧ比を有するブレンドを与えることが可能である。特定の実施形態では、図６に示したように、ＣＯＧを単独で、点火状態において点火する。ガスタービンが最高速度無負荷（ＦＳＮＬ）点（または任意の適切な移行点）に達すると、ＢＦＧ−ＣＯＧブレンドは燃焼し、ガスタービンを部分負荷またはベースロードにする。ＢＦＧおよびＣＯＧの流量の変化を図６に示す。
【００３２】
上記の動作実施形態をより容易に理解するために、特定の動作プロセスの非限定的な例を下記に図説する。図２Ａおよび図２Ｂに示したようなモードで動作すると、燃料ノズルシステムは、ガスタービンを始動させるために主チップ１１０からのＣＯＧを（単独で）点火するステップと、一旦ガスタービンがＦＳＮＬ点に達すると、主チップのＣＯＧ炎を維持しながら、副チップ１１４からのＢＦＧを（単独で）燃焼させ始めるステップと、を含むプロセスで動作することができる。ＣＯＧ炎はパイロット炎として働き、ＢＦＧ炎を安定化させる。ＣＯＧ炎が非常に強く消えにくいので、メインＢＦＧ炎を安定化することができる。ＣＯＧがメインＢＦＧ炎チップとは異なるチップのところでパイロット炎として燃焼するこのような燃焼モードは、共通チップにおいてＢＦＧ−ＣＯＧブレンドを燃焼させるよりもはるかに少ないＣＯＧしか消費せず、より優れた安定化効果を有することが可能である。
【００３３】
これゆえ、燃料ノズルシステムは、ガスタービンをＣＯＧで始動させかつ少ないＣＯＧブレンドで動作することを可能にし、少なくとも２つの主要な利点を提供する。第１に、ガスタービンをＣＯＧ単独で始動させることができ、その結果、液体燃料システムまたは天然ガスシステムを排除する。これは、起動／停止サイクル当たり約１０トンである場合がある起動時における液体燃料の消費を節約する。第２に、ベースロードまたは低動作を、ＣＯＧ消費量を削減した状態でＢＦＧを用いて実現することができる。液体燃料システムまたは天然ガスシステムを排除することおよびＣＯＧ消費量を削減できることで、この燃料ノズルシステムが、天然ガスを利用できず、利用可能なＣＯＧが現場においては限定される場合がある製鋼所または石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）プラントにおける用途のために特に適したものになることができる。
デュアルチップ、単一燃料回路ノズル
図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、燃料ノズルシステムは、燃料ノズル２００を備え、これは燃料流路２０４として機能する内部空洞を画定する燃料チューブ２０２を含む。燃料チューブ２０２は、複数の主燃料オリフィス２１２を有する主チップ２１０および主燃料オリフィス２１２よりもサイズが大きい複数の副燃料オリフィス２１６を有する副チップ２１４で終わる。主燃料オリフィス２１２および副燃料オリフィス２１６は、燃料流路２０４と流体連通する。図示した実施形態では、主チップ２１０は、副チップ２１４と一体的に形成され、図１Ａおよび図１Ｂに示したようなノズル１００におけるものと同様に、副チップ２１４の下流の場所に位置する。燃料ノズル２００は、主チップ２１０および副チップ２１４に隣接する空気カラー２１８をさらに備え、これは、オリフィスのところでの燃料ガスの点火中および燃焼中に、ノズル２００の外部からの空気が主燃料オリフィス２１２および副燃料オリフィス２１６へと流れることを可能にするための複数の空気流路２２０を画定する。
【００３４】
燃料ノズルシステムは、主チップ２１０および副チップ２１４への両方の燃料分流を制御するための単一燃料回路（図示せず）をさらに備え、その結果、２つのチップのところで点火するまたは燃焼する燃料ガスの組成を、同じにすることができる。主チップ２１０および副チップ２１４への燃料分流を共通に制御することが可能な単一燃料回路を使用することは、制御を単純化するだけでなく、ハードウェアにおけるコストを節約し、したがって製造のコストを削減することもできる。
【００３５】
燃料ノズルシステムは、相対的に高位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料がガスタービンを始動するために点火される点火状態、および相対的に低位の発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料がガスタービンを動作させるために燃焼するベースロード状態において動作することが可能である。図８Ａに示したように、点火状態においては、燃料チューブ２０２を、第１の低Ｂｔｕ燃料源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源（図示せず）につなげ、燃料流路２０４を第１の低Ｂｔｕ燃料源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源と流体連通させ、その結果、異なる比率でブレンドすることができるそれぞれ第１の供給源および第２の供給源からの第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび第２の低Ｂｔｕ燃料ガスは、点火のために主燃料オリフィス２１２へと流れることが可能である。図８Ｂに示したように、ベースロード状態においては、燃料チューブ２０２を、第１の低Ｂｔｕ燃料源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源に今までどおりつなげることができる。第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび／または第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量を変えることによって、点火状態において点火のために主燃料オリフィス２１２へと流れる低Ｂｔｕ燃料ガスの発熱量よりも低い発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料ガスを、燃焼のために主燃料オリフィス２１２および副燃料オリフィス２１６へと供給することが可能である。主燃料オリフィス２１２が副燃料オリフィス２１６よりも小さいので、主燃料オリフィス２１２から注入される低Ｂｔｕ燃料ガスは、比較的大きな圧力降下を受けかつ比較的大きな注入速度を有し、燃料チップオーバーヒーティングを防止するためのパージング流としてやはり機能することができる。
単一チップ、単一燃料回路ノズル
図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、燃料ノズルシステムは、燃料ノズル３００を備え、これは燃料流路３０４として機能する内部空洞を画定する燃料チューブ３０２を含む。燃料チューブ３０２は、複数の燃料オリフィス３１２を有するチップ３１０で終わる。燃料オリフィス３１２は、燃料流路３０４と流体連通する。燃料ノズル３００は、チップ３１０に隣接する空気カラー３１８をさらに備え、これは、オリフィスのところでの燃料ガスの点火中および燃焼中に、ノズル３００の外部からの空気が燃料オリフィス３１２へと流れることを可能にするための複数の空気流路３２０を画定する。燃料ノズルシステムは、チップ３１０への燃料組成を制御するための単一燃料回路（図示せず）をさらに備え、その結果、点火状態において点火する燃料ガスの組成を、ベースロード状態において燃焼する燃料ガスの組成と異ならせることができる。
【００３６】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示したように、点火状態において、燃料チューブ３０２を、第１の低Ｂｔｕ燃料源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源（図示せず）につなげ、燃料流路３０４を第１の低Ｂｔｕ燃料源および／または第２の低Ｂｔｕ燃料源と流体連通させ、その結果、異なる比率でブレンドすることができるそれぞれ第１の供給源および第２の供給源からの第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび第２の低Ｂｔｕ燃料ガスは、点火のために燃料オリフィス３１２へと流れることが可能である。ベースロード状態において、燃料チューブ３０２を低Ｂｔｕ燃料源に今までどおりつなげることができる。第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび／または第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの流量を変えることによって、点火状態において点火のために主燃料オリフィス３１２へと流れる低Ｂｔｕ燃料ガスの発熱量よりも低い発熱量を有する低Ｂｔｕ燃料ガスを、燃焼のために燃料オリフィス３１２へと供給することが可能である。
【００３７】
燃料ノズル３００は、設計が単純であり、これゆえ、ハードウェアにおけるコストを節約することができ、製造のコストを著しく削減することができる。燃料オリフィス３１２のサイズは、点火または燃焼のために燃料オリフィスを通過する燃料ガスの発熱量またはウォッベ指数に依存する。通過する燃料ガスの発熱量またはウォッベ指数に基づいて燃料オリフィスをスケーリングすることによって、チップ３１０は、タービン起動条件において異なる比率のＢＦＧ／ＣＯＧブレンドを点火することが可能であり、これは、ホットスタートの失敗または停止の際にタービン排気ダクト内で自然発火させずに、燃料オリフィス両端の最小圧力比（通常１．０１程度）の必要条件を満足する。例えば、１２３Ｂｔｕ／ｓｃｆ（４，５８０ｋＪ／ｍ3）の発熱量を有する燃料ガスに対して、直径で０．３２インチ（８．１３ｍｍ）程度の１６個の副燃料オリフィスを有する燃料ノズルは、１．０２８の圧力比を発生することができる。
【００３８】
これゆえ、図７Ａおよび図９Ａに示したものなどの単一燃料回路ノズルシステムは、液体燃料または天然ガス消費を排除することおよびＣＯＧ消費を削減することが可能であるだけでなく、設計が単純でもあり、これは、動作を単純化することができ、ノズル自体の製造コストを削減することができる。
【００３９】
図１Ａに示したような燃料ノズルシステムと同様に、単一燃料回路ノズルシステムでは、第１の低Ｂｔｕ燃料ガスおよび第２の低Ｂｔｕ燃料ガスの両者を、それぞれ、ＢＦＧおよびＣＯＧとすることができる。単一燃料回路ノズルを使用する起動モードおよび動作モードの非限定的な例を、図１１に示す。
【００４０】
ある種の実施形態では、点火状態における点火用の低Ｂｔｕ燃料ガスは、約５〜１８ｖｏｌ％、または好ましくは約６〜１５ｖｏｌ％、またはより好ましくは６〜１１ｖｏｌ％のＨ2を含む。ある種の実施形態では、点火状態における点火用の低Ｂｔｕ燃料ガスは、８２〜９０ｖｏｌ％のＢＦＧおよび１０〜１８ｖｏｌ％のＣＯＧを含むＢＦＧ−ＣＯＧブレンドである。例えば、特定の実施形態では、点火状態における点火用の低Ｂｔｕ燃料ガスは、８５ｖｏｌ％のＢＦＧおよび１５ｖｏｌ％のＣＯＧを含むＢＦＧ−ＣＯＧブレンドである。
【００４１】
ある種の実施形態では、ベースロード状態における燃焼用の低Ｂｔｕ燃料ガスは、約５〜１５ｖｏｌ％、または好ましくは約５〜１０ｖｏｌ％、またはより好ましくは５〜８ｖｏｌ％のＨ2を含む。ある種の実施形態では、ベースロード状態における燃焼用の低Ｂｔｕ燃料ガスは、８８〜９３ｖｏｌ％のＢＦＧおよび７〜１２ｖｏｌ％のＣＯＧを含むＢＦＧ−ＣＯＧブレンドである。例えば、特定の実施形態では、ベースロード状態における燃焼用の低Ｂｔｕ燃料ガスは、９３ｖｏｌ％のＢＦＧおよび７ｖｏｌ％のＣＯＧを含むＢＦＧ−ＣＯＧブレンドである。
【００４２】
本開示の上記の実施形態では、第１の低Ｂｔｕ燃料源および第２の低Ｂｔｕ燃料源の他に、点火および／または燃焼用により多くの低Ｂｔｕ燃料ガスを与えるように燃料ノズルにつなげることが可能である追加の低Ｂｔｕ燃料源がある場合がある。
【００４３】
本開示の上記の実施形態では、燃料ノズルシステムは、燃料ノズルへの適正な燃料計量用の燃料システムをさらに備えるまたはこれにつなげることができる。燃料システムは、燃料制御器、速度調整器、分流器、ポンプ、マニフォールド、および気化チューブを備えることができる。燃料ガスを、自在管路または固定式管路によってこれらの構成部品間で伝送することができる。燃料システムは、燃料ノズルに正確に計量した燃料ガスを供給することが可能である。
【００４４】
その上、燃料ノズル内でのフラッシュバックを防止するために、点火用に流れる空気および燃料ガスを、ある値よりも高く保ち、比較的高いノズル圧力比（通常、１．０１を超える）を確実にする必要がある。ホットリスタートの失敗または停止の際に熱回収蒸気発生器へのガスタービン排気ダクト内での自然発火を防止するために、ある種の実施形態では、窒素または水蒸気または水を、排気中へと吹き込むことができる。
例
燃料ノズルが低Ｂｔｕ燃料でガスタービンを始動することができることを実証するために、点火実験を、ＢＦＧ／ＣＯＧ混合物を点火するために実行した。６〜２４％（体積含有量）のＨ2含有量に対応する１０〜４０％（体積含有量）まで変わるＣＯＧブレンドを試験し、点火性能を評価した。天然ガスも、ベースライン比較として使用した。実験において使用したＢＦＧおよびＣＯＧの特性を、下記の表に列挙する。
【００４５】
【表１】
2014185844.tif 000003
実験を、典型的なガスタービン点火条件、すなわち、５９Ｆ（１５℃）の空気および燃料温度、ならびに大気圧で行った。空気流を、ガスタービンの単一ノズルに対してスケーリングし、それぞれ、主燃料オリフィスについては５〜１８％タービンシャフト速度に対応し、および副燃料オリフィスについては８〜２７％シャフト速度に対応した。この空気流範囲は、通常では１０〜１５％タービンシャフト速度の範囲である典型的なガスタービン起動速度をカバーするためには十分に広い。実験を下記に説明する手順で行った。
【００４６】
（ａ）最小の空気流において、良好な点火をもたらすことが可能な最小の当量比である希薄点火限界（ＬＩＬ）を見つける。当量比を、化学量論的な燃料／空気比に対する実際の燃料／空気比の比率として定義する。化学量論的な燃料／空気比は、空気が、何も過剰なＯ2を残さずにＣＯ2およびＨ2Ｏの形態へと燃料をちょうど完全に酸化することが可能な燃料／空気比である。
【００４７】
（ｂ）空気流を増加させて、最大のタービンシャフト速度に対応する最大の空気流に達するまで、ステップ（ａ）で説明したような希薄点火限界を見つける。
【００４８】
（ｃ）最大のＣＯＧブレンドに達するまで、ＣＯＧブレンドを増加させてステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返す。
【００４９】
（ｄ）天然ガスを使用してステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返す。
【００５０】
次に、点火性能を希薄点火限界の点で評価した、ここでは、希薄点火限界が低いほど、点火するためのマージンが大きいことを示す、すなわち、より優れた点火性能を示す。
【００５１】
２つの実験を、それぞれ、主燃料オリフィスだけを有する燃料ノズルシステムおよび副燃料オリフィスだけを有する燃料ノズルシステムを使用して行った。第１の実験では、図７Ａおよび図７Ｂに図示したものと同様であるが副チップ２１４上に副燃料オリフィス２１６がない単一燃料回路タイプのノズルシステムを使用した。燃料ノズルは、直径で０．１インチ（２．５４ｍｍ）の１３個の主燃料オリフィスを有する。第１の実験の希薄点火限界を図１２Ａに示す。第２の実験では、図９Ａおよび図９Ｂに図示したものに類似の副燃料オリフィスだけを有する燃料ノズルシステムを使用した。ノズルは、直径で０．３２インチ（８．１３ｍｍ）の１６個の副オリフィスを有する。第２の実験の希薄点火限界を図１２Ｂに表示する。
【００５２】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示したように、２つの実験両方について、ＢＦＧ／ＣＯＧ混合物は、１０％のＣＯＧブレンドを有するＢＦＧ／ＣＯＧ混合物を除いて、天然ガスよりも優れた点火性能（より低いＬＩＬ）を有する。これゆえ、主オリフィス、または副燃料オリフィス、または主燃料オリフィスと副燃料オリフィスとの組み合わせを有する燃料ノズルを、ＢＦＧおよびＣＯＧなどの低Ｂｔｕ燃料を用いてガスタービンを始動するために使用することができる。
【００５３】
本開示が典型的な実施形態において図示され説明されてきているが、さまざまな変形形態および置換形態を、本開示の精神から多少なりとも逸脱せずに行うことが可能であるので、示された詳細に限定されないものとする。したがって、本明細書において開示した本開示のさらなる変形形態および等価物を、日常的な実験法以上を使用しないで当業者なら思い付くことができ、すべてのそのような変形形態および等価物は、以下の特許請求の範囲によって規定されるような本開示の精神および範囲内であると考えられる。
【符号の説明】
【００５４】
１００  燃料ノズル
１０２  主燃料チューブ
１０４  主燃料流路
１０６  副燃料チューブ
１０８  副燃料流路
１１０  主チップ
１１２  主燃料オリフィス
１１４  副チップ
１１６  副燃料オリフィス
１１８  空気カラー
１２０  空気流路
２００  燃料ノズル
２０２  燃料チューブ
２０４  燃料流路
２１０  主チップ
２１２  主燃料オリフィス
２１４  副チップ
２１６  副燃料オリフィス
２１８  空気カラー
２２０  空気流路
３００  燃料ノズル
３０２  燃料チューブ
３０４  燃料流路
３１０  チップ
３１２  燃料オリフィス
３１８  空気カラー
３２０  空気流路
【図１Ａ】
2014185844.tif 000004
【図１Ｂ】
2014185844.tif 000005
【図２Ａ−２Ｂ】
2014185844.tif 000006
【図３Ａ−３Ｂ】
2014185844.tif 000007
【図４Ａ−４Ｂ】
2014185844.tif 000008
【図５Ａ−５Ｂ】
2014185844.tif 000009
【図６】
2014185844.tif 000010
【図７Ａ】
2014185844.tif 000011
【図７Ｂ】
2014185844.tif 000012
【図８Ａ−８Ｂ】
2014185844.tif 000013
【図９Ａ】
2014185844.tif 000014
【図９Ｂ】
2014185844.tif 000015
【図１０Ａ−１０Ｂ】
2014185844.tif 000016
【図１１】
2014185844.tif 000017
【図１２Ａ−１２Ｂ】
2014185844.tif 000018