(57)【要約】【課題】希薄予混合燃焼システムを有するガス・タービンにおいて、低温周囲温度時及び／又は部分負荷運転時に燃焼器の変動を抑え、また望ましくない空気汚染放出を抑える。【解決手段】燃焼器の内部で作動流体を予熱するシステムが、作動流体を燃焼器に提供する圧縮機を含んでいる。外側ケーシングが、圧縮機の下流に配設されている。外側ケーシングは、燃焼器を少なくとも部分的に包囲する高圧プレナムを少なくとも部分的に画定している。燃焼室が、燃焼器の内部で高圧プレナムの下流に画定されている。触媒燃焼器が、燃焼室の上流で熱エネルギを作動流体に提供するように、高圧プレナムの内部で燃焼室の上流に配設されている。【選択図】図２
2014202475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器の内部で作動流体を予熱するシステムであって、
ａ．前記作動流体を前記燃焼器に提供する圧縮機と、
ｂ．該圧縮機の下流に配設された外側ケーシングであって、前記燃焼器を少なくとも部分的に包囲する高圧プレナムを少なくとも部分的に画定する外側ケーシングと、
ｃ．前記燃焼器の内部に画定された燃焼室であって、前記高圧プレナムの下流に配設された燃焼室と、
ｄ．前記高圧プレナムの内部で前記燃焼室の上流に配設された触媒燃焼器であって、前記燃焼室の上流で熱エネルギを前記作動流体に提供する触媒燃焼器と
を備えたシステム。
【請求項２】
前記圧縮機は、前記高圧プレナムの上流に位置する排出口を含んでおり、前記触媒燃焼器は、前記排出口の近傍に配設されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記触媒燃焼器は、前記外側ケーシングを少なくとも部分的に貫通して延在している、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記燃焼室を少なくとも部分的に包囲する燃焼ライナをさらに含んでおり、前記触媒燃焼器は、前記燃焼ライナの一部を少なくとも部分的に包囲する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記触媒燃焼器と前記燃焼ライナとの間に配設された熱遮蔽をさらに含んでいる請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記燃焼ライナを包囲する流れスリーブと、前記燃焼ライナと前記流れスリーブとの間に画定される流路とをさらに含んでおり、該流路は、前記高圧プレナムと前記燃焼室との間に流体連通を提供し、前記触媒燃焼器は、前記流路の上流に配設されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記触媒燃焼器の下流で且つ前記燃焼室の上流に配設された予混合流動室をさらに含んでいる請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記触媒燃焼器と流体連通している外部オキシダント供給をさらに含んでいる請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記触媒燃焼器と流体連通している高圧燃料供給をさらに含んでいる請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ａ．燃焼ライナと、
ｂ．該燃焼ライナの内部に画定されている燃焼室と、
ｃ．該燃焼室の上流に配設された燃料ノズルであって、予混合流動室を少なくとも部分的に画定している燃料ノズルと、
ｄ．前記燃焼ライナを包囲する外側ケーシングと、
ｅ．該外側ケーシングの内部に画定されている高圧プレナムであって、前記予混合流動室の上流に位置する高圧プレナムと、
ｆ．該高圧プレナムの内部で前記予混合流動室の上流に配設された触媒燃焼器と
を備えたガス・タービン用の燃焼器。
【請求項１１】
前記高圧プレナムは、圧縮機の排出口と流体連通しており、前記触媒燃焼器は、前記排出口に近接して配設されている、請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１２】
前記触媒燃焼器は、前記外側ケーシングを少なくとも部分的に貫通して延在している、請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１３】
前記触媒燃焼器は、前記燃焼ライナの一部を少なくとも部分的に包囲する、請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１４】
前記触媒燃焼器と前記燃焼ライナとの間に配設された熱遮蔽をさらに含んでいる請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１５】
前記燃焼ライナを包囲する流れスリーブと、前記燃焼ライナと前記流れスリーブとの間に画定された流路とをさらに含んでおり、前記触媒燃焼器は、前記流路の上流の位置において前記燃焼ライナの一部を少なくとも部分的に包囲する、請求項１０に記載の燃焼器。
【請求項１６】
前記触媒燃焼器と流体連通している外部オキシダント供給をさらに含んでおり、該外部オキシダント供給は補助圧縮機を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
ａ．圧縮された作動流体の流れを提供する圧縮機と、
ｂ．該圧縮機の下流に配設された燃焼区画であって、高圧プレナムを画定する外側ケーシングを有する燃焼区画と、
ｃ．該燃焼区画の下流に配設されたタービンと
を備えたガス・タービンであって、
ｄ．前記燃焼区画は、
ｉ．前記高圧プレナムの内部に延在している燃焼器であって、燃焼ライナと、該燃焼ライナの内部で前記高圧プレナムの下流に画定された燃焼室と、該燃焼室の上流に配設された燃料ノズルとを有する燃焼器と、
ｉｉ．前記高圧プレナムの内部で前記燃焼室の上流に配設された触媒燃焼器であって、熱エネルギを前記圧縮された作動流体の前記流れに提供する触媒燃焼器と
をさらに含んでいる、ガス・タービン。
【請求項１８】
前記触媒燃焼器は、前記外側ケーシングと一体化されている、請求項１７に記載のガス・タービン。
【請求項１９】
前記触媒燃焼器は、前記燃焼ライナの一部を少なくとも部分的に包囲する、請求項１７に記載のガス・タービン。
【請求項２０】
前記燃焼ライナを包囲する流れスリーブと、前記燃焼ライナと前記流れスリーブとの間に画定された流路とをさらに含んでおり、前記触媒燃焼器は、前記流路の上流の位置において前記燃焼ライナの一部を少なくとも部分的に包囲する、請求項１７に記載のガス・タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、ガス・タービンに関する。さらに具体的には、本発明は、ガス・タービンの燃焼器の内部に画定されている燃焼室の上流で作動流体を加熱する触媒燃焼空気加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガス・タービンは、入口区画と、圧縮機区画と、燃焼区画と、タービン区画と、排気区画とを含んでいる。入口区画は作動流体（例えば空気）を浄化して調節し、圧縮機区画へ供給する。圧縮機区画は作動流体の圧力を累進的に高めて、圧縮された作動流体を燃焼区画へ供給する。圧縮された作動流体と燃料とが燃焼区画の内部で混合されて、燃焼室において燃焼させられて、高温及び高圧を有する燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは熱ガス経路に沿ってタービン区画まで送られて、ここで膨張して仕事を生成する。例えば、タービン区画での燃焼ガスの膨張によって、発電機に接続されたシャフトを回転させて電気を発生することができる。
【０００３】
燃焼区画は一般的には、円環状に配列されて圧縮機区画とタービン区画との間に配設された１又は複数の燃焼器を含んでいる。様々なパラメータが燃焼器の設計及び動作に影響を与える。例えば、ガス・タービン製造者は、望ましくない空気汚染放出を発生せずにガス・タービン効率を高めることを常に求められる。従来の炭化水素燃料を燃焼させるガス・タービンによって典型的に発生される主要な空気汚染放出は、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び未燃炭化水素（ＵＨＣ）である。ガス・タービンのような空気吸込型エンジンにおける分子窒素の酸化、従ってＮＯｘの形成は、温度の指数関数である。燃焼ガスの温度が高まるほど、望ましくないＮＯｘ放出の形成速度が高まる。
【０００４】
燃焼ガスの温度を低下させ、従ってＮＯｘの形成を制御する一つの方法は、希薄予混合燃焼システムを配備するものである。希薄予混合燃焼システムは、燃料と作動流体とを予混合して、希薄な（又は空気に富んだ）予混合済み可燃性混合物を燃焼室へ供給する。結果として、燃焼中に、空気に富んだ可燃性混合物又は希薄可燃性混合物に存在する過剰な空気の熱容量又は熱キャパシタンスが、燃焼室の内部での熱吸収を可能にし、このようにして燃焼ガスの温度を低下させ、これによりＮＯｘ放出の形成を減少させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
希薄予混合モードでの希薄予混合燃焼システムの動作可能範囲を決定する一要因は、圧縮された作動流体が燃焼室に流入するときの温度である。例えば、燃焼室に入る圧縮された作動流体の温度が何らかの温度を下回った場合には、希薄予混合可燃性混合物が燃焼すると燃焼室の内部で且つ燃焼システムを横断して大きい温度上昇及び大きい熱放出が生じ得る。結果として、燃焼変動（combustion dynamics）としても公知の燃焼器の内部での様々な圧力脈動の振幅が増大し得る。加えて、大きい温度上昇及び熱放出はまた、放出準拠規格を上回り得るＣＯ生成を生じ得る。
【０００６】
圧縮された作動流体の温度は一般的には、ガス・タービンの動作モード及び圧縮機の入口での局所的な周囲温度によって影響される。殆どの希薄予混合燃焼システムは、電力業界では華氏５９度の周囲温度に対応するＩＳＯ標準日条件において、希薄予混合モードの範囲内で動作するように設計されている。一般的には、圧縮機が全能力未満で動作しているような部分負荷運転時のようにガス・タービンが全速／全負荷条件未満で動作しているときには、局所的な周囲温度が燃焼器変動及びＣＯレベルに最大の影響を有する。結果として、圧縮機を通って燃焼器に流入しているときの作動流体に伝達される熱エネルギが少なくなる。従って、圧縮された作動流体を、燃焼器の内部で燃焼室の上流で加熱するシステムがあると有用である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の観点及び利点が以下の記載に述べられており、記載から明らかである場合もあり、又は発明の実施を通じて習得される場合もある。
【０００８】
本発明の一実施形態は、燃焼器の内部の圧縮された作動流体を加熱するシステムである。このシステムは、圧縮された作動流体を燃焼器へ提供する圧縮機を含んでいる。外側ケーシングが、圧縮機の下流に配設されている。外側ケーシングは、燃焼器を少なくとも部分的に包囲する高圧プレナムを少なくとも部分的に画定している。燃焼室が、燃焼器の内部で高圧プレナムの下流に画定されている。触媒燃焼器が、高圧プレナムの内部で燃焼室の上流に配設されている。触媒燃焼器は、燃焼室の上流で熱エネルギを作動流体に提供する。
【０００９】
本発明のもう一つの実施形態は、ガス・タービン用の燃焼器である。この燃焼器は、燃焼ライナと、燃焼ライナの内部に少なくとも部分的に画定されている燃焼室とを含んでいる。燃料ノズルが、燃焼室の上流に配設されている。燃料ノズルは、燃焼室の上流に位置する予混合流動室を少なくとも部分的に画定している。外側ケーシングが、燃焼ライナの少なくとも一部を少なくとも部分的に包囲している。高圧プレナムが、外側ケーシングの内部で予混合流動室の上流に画定されている。触媒燃焼器が、高圧プレナムの内部で予混合流動室の上流に配設されている。
【００１０】
本発明のもう一つの実施形態は、ガス・タービンを含んでいる。このガス・タービンは、圧縮された作動流体の流れを提供する圧縮機を含んでいる。燃焼区画が、圧縮機の下流に配設されており、高圧プレナムを画定する外側ケーシングを含んでいる。タービンが、燃焼区画の下流に配設されている。燃焼区画はさらに、高圧プレナムの内部に延在している燃焼器を含んでいる。燃焼器は、燃焼ライナと、燃焼ライナの内部で高圧プレナムの下流に画定されている燃焼室と、燃焼室の上流に配設されている燃料ノズルとを含んでいる。ガス・タービンはさらに、熱エネルギを圧縮された作動流体の流れに提供するように、高圧プレナムの内部で燃焼室の上流に配設された触媒燃焼器を含んでいる。
【００１１】
当業者は、本明細書を検討すればかかる実施形態の特徴及び観点並びに他の特徴及び観点をさらに十分に認められよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の最良の態様を含めた本発明の完全で且つ実施可能な当業者に対する開示が、添付図面の参照を含めて本明細書の残部にさらに具体的に記述される。
【図１】本発明の範囲内のガス・タービンの一例の機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な実施形態を組み入れ得るガス・タービンの一例の一部の断面側面図である。
【図３】本発明の少なくとも一実施形態による燃焼器の一例の機能ブロック図である。
【図４】本発明の少なくとも一つの実施形態による図２に示すようなガス・タービンの一例の一部の断面側面図である。
【図５】本発明の少なくとも一つの実施形態による図２に示すようなガス・タービンの例の一部の断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の各実施形態を提示するために詳細な参照を行ない、これらの実施形態の１又は複数の実例を添付図面に示す。詳細な説明は、数値指示及び文字指示を用いて図面の各特徴を参照する。図面及び記載における類似した又は同様の指示は、本発明の類似した又は同様の部材を参照するために用いられている。
【００１４】
本書で用いられる「第一」、「第二」及び「第三」との用語は、一つの構成要素を他の構成要素と識別するために互換的に用いられる場合があり、個々の構成要素の位置又は重要性を意味するものではない。また、「上流」、「下流」、「半径方向に」、及び「軸方向に」との用語は、流体の経路における流体の流れに関する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体の流れが流れていく方向を指す。同様に、「半径方向」は、流体の流れに実質的に垂直な相対的方向を指し、「軸方向」は、流体の流れに実質的に平行な相対的方向を指す。「円周方向に」との用語は、特定の構成要素の軸方向中心線の周りに延在する相対的方向を指す。
【００１５】
各々の例は、発明の制限のためではなく発明の説明のために掲げられている。実際に、本発明の範囲又は要旨から逸脱することなく本発明に改変及び変形を施し得ることは当業者には明らかとなろう。例えば、一実施形態の一部として図示され又は記載される各特徴を他の実施形態に対して用いて、さらに他の実施形態を得てもよい。このように、本発明は、特許請求の範囲及び均等構成の範囲内にあるような改変及び変形を網羅するものとする。
【００１６】
図面を参照すると、各図面全体を通して同じ参照番号が同じ要素を示しており、図１は、本発明の様々な実施形態を組み入れ得るガス・タービン１０の一例の機能ブロック図を掲げる。図示のように、ガス・タービン１０は一般的には、入口区画１２を含んでおり、入口区画１２は、ガス・タービン１０に流入する作動流体（例えば空気）１４を精製しまた他の方法で調整するための一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又は他装置を含み得る。作動流体１４は圧縮機区画に流入し、ここで圧縮機１６が作動流体１４に運動エネルギ及び熱エネルギを累進的に与えて、高エネルギを与えられた状態の圧縮された作動流体１８を生成する。
【００１７】
圧縮された作動流体１８は圧縮機から燃焼区画２０へ流れて、ここで燃料供給システム２４からの燃料２２と混合されて、１又は複数の燃焼器２６の内部で可燃性混合物を形成する。可燃性混合物は燃焼させられて、高温及び高圧を有する燃焼ガス２８を生成する。燃焼ガス２８はタービン区画のタービン３０を通って流れて、仕事を生成する。例えば、タービン３０は、当該タービン３０の回転によって圧縮機１６を駆動して圧縮された作動流体１８を生成するようにシャフト３２に接続され得る。代替的に又は加えて、シャフト２８はタービン３０を発電機３４に接続して電気を発生することができる。タービン３０からの排ガス３６は、タービン３０を当該タービン３０の下流の排気スタック４０に接続する排気区画３８を流れる。排気区画３８は、例えば環境への放出の前に排ガス３６を浄化して排ガス３６から付加的な熱を抽出する熱回収蒸気発電機（不図示）を含み得る。
【００１８】
燃焼器２４は、当技術分野で公知の任意の形式の燃焼器を含むことができ、本発明は、特許請求の範囲に特に記載のない限り如何なる特定の燃焼器設計にも限定されない。例えば、燃焼器２４は、キャン型又はキャン円環型の燃焼器であってよい。図２は、本発明の様々な実施形態を組み入れ得る圧縮機１６及び燃焼区画２０の一部を含むガス・タービン１０の一例の一部の断面側面図を掲げる。図２に示すように、燃焼区画２０は一般的には、圧縮機１６の排出口５２の下流に配設された外側ケーシング５０を含んでいる。外側ケーシング５０は、圧縮機１６からの圧縮された作動流体１８を収容する高圧プレナム５４を少なくとも部分的に画定している。
【００１９】
燃焼器２６は一般的には、外側ケーシング５０に結合された端部カバー５６を含んでいる。端部カバー５６は、高圧プレナム５４を少なくとも部分的に画定し得る。少なくとも一つの燃料ノズル５８が、端部カバー５６の下流に且つ／又は高圧プレナム５４の下流に延在している。
【００２０】
燃焼ライナ６０が、外側ケーシング５０の内部で高圧プレナム５４を少なくとも部分的に貫通して燃料ノズル５８の下流に延在している。高圧プレナム５４の下流には燃焼室６２が画定されている。一実施形態では、燃焼室６２は、燃焼ライナ６０の内部に少なくとも部分的に画定されている。燃焼室６２は、燃料ノズル５８の下流に配設されている。尾筒ダクト６４が燃焼ライナ６０及び／又は燃焼室６２の下流に延在している。尾筒ダクト６４は一般的には、タービン３０（図１）の入口６６に隣接して終端している。図２に示すように、燃焼ライナ６０及び尾筒ダクト６４は、高圧プレナム５４を通してタービン３０（図１）の入口６６へ向けて燃焼ガス２８を送る熱ガス経路６８を少なくとも部分的に画定している。
【００２１】
一実施形態では、燃焼器２４は、燃焼ライナ６０の少なくとも一部を少なくとも部分的に包囲する流れスリーブ７０を含んでいる。流れスリーブ７０は、間に流路７２を画定するように燃焼ライナ６０から半径方向に離隔されている。流路７２への入口７４が流れスリーブ７０の上流端７６に画定されている。流路７２は、高圧プレナム５４と燃焼室６２との間での圧縮された作動流体１８の流体連通を提供している。一実施形態では、流路７２は、燃料ノズル５８を介して高圧プレナム５４と燃焼室６２との間の流体連通を提供している。
【００２２】
図３は、本発明の少なくとも一つの実施形態による予混合室７８を含む燃焼器２６の一例の機能ブロック図を掲げる。図３に示すように、予混合室７８は高圧プレナム５４の下流に画定されている。一実施形態では、予混合室は、流路７２の下流で且つ燃焼室６６の上流に配設されている。予混合室７８は、燃料ノズル５８によって少なくとも部分的に画定され得る。
【００２３】
図４及び図５は、本発明の様々な実施形態による図２に示すようなガス・タービン１０の一例の断面側面図を掲げる。図２、図３、図４及び図５に示すように、触媒燃焼器又は加熱器８０が、燃焼室６６の上流で且つ／又は予混合室７８の上流で熱エネルギを作動流体１８に提供するように、高圧プレナム５４の内部で且つ／又は流路７２の内部で燃焼室６２の上流に且つ／又は予混合室７８の上流に配設されている。触媒燃焼器８０は、高圧プレナム５４の内部で且つ／又は予混合室７８の上流で熱又は熱エネルギを放出するように、燃料酸化に適した任意の触媒を含み得る。例えば、触媒は、セラミック触媒及び／又は金属触媒であってよい。金属触媒は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金のような白金族金属の少なくとも一つを含み得る。加えて又は代替的には、金属触媒は、ペロブスカイト、六アルミン酸塩若しくはゼオライト、又は他の任意の適当な触媒を含み得る。
【００２４】
一実施形態では、図２及び図３に示すように、触媒燃焼器８０は、燃焼室６６の上流で流路７２の少なくとも部分的に内部まで延在している。特定的な一実施形態では、図３に示すように、触媒燃焼器８０は、高圧プレナム５４の下流で且つ予混合室７８の上流で流路７２の少なくとも部分的に内部まで延在している。触媒燃焼器８０は、外側ケーシング５０及び／又は流れスリーブ７０を少なくとも部分的に貫通して延在し得る。代替的には、触媒燃焼器８０は流れスリーブ７０の外面（不図示）と熱連通し得る。触媒燃焼器８０は、外側ケーシング５０と一体化されていてよい。触媒燃焼器８０は、外側ケーシング５０の一部、燃焼ライナ６０の一部又は流れスリーブ７０の一部の少なくとも一つの少なくとも部分的に周囲に延在し得る。
【００２５】
代替的な実施形態では、図４に示すように、触媒燃焼器８０は、流路７２への入口７４の上流で燃焼ライナ６０の少なくとも一部を少なくとも部分的に包囲している。本実施形態では、触媒燃焼器８０は、高圧プレナム５４の完全に内部に配設されている。もう一つの実施形態では、図５に示すように、触媒燃焼器８０は、圧縮機排出口５２に近接し又は隣接して高圧プレナム５４の内部で外側ケーシング５０の完全に内部に配設される。本実施形態では、触媒燃焼器８０は、シャフト３２（図１）の少なくとも一部の周囲に円周方向に延在し得る。少なくとも一つの実施形態では、図５に示すように、触媒燃焼器８０と燃焼ライナ６０及び／又は尾筒ダクト６６との間に熱遮蔽８２が配設される。
【００２６】
図２から図５に示し、本書で上に開示されているような様々な実施形態では、触媒燃焼器８０は、当該触媒燃焼器８０に天然ガスのような燃料８６を提供するように燃料供給８４に結合され得る。特定の実施形態では、触媒燃焼器８０は、圧縮された作動流体１８の一部のようなオキシダント９０を触媒燃焼器８０へ提供するオキシダント供給８８に接続されている。オキシダント供給８８は、高圧プレナム５４（図２、図４及び図５）、圧縮機１６（図２）、又は外部オキシダント源（不図示）を含んでいてもよいし、且つ／又はこれらと流体連通していてもよい。一実施形態では、オキシダント供給８８は、触媒燃焼器８０への導入の前にオキシダント９０の圧力を高めるために、高圧ポンプ９２（図３）及び／又は補助圧縮機９４（図４）を含んでいてもよいし、且つ／又はこれらと流体連通していてもよい。
【００２７】
動作について述べると、図３、図４及び図５に示すように、燃料８６及びオキシダント９０は燃料酸化を提供するように触媒燃焼器８０に供給され、これにより図３に示すような流路７２の内部、並びに／又は図４及び図５に示すような高圧プレナム５４の内部に熱エネルギ９６の放出を結果として生ずる。図３、図４及び図５に示すように、付加的な熱エネルギ９６が、燃料酸化過程又は触媒燃焼過程から生ずる排ガスによって提供され得る。熱エネルギ９６は、触媒燃焼器８０を横断し且つ／又は触媒燃焼器８０を通過する圧縮された作動流体１８に伝達され、これにより圧縮された作動流体１８の温度を高め、また触媒燃焼器８０の下流に燃焼室６２の内部まで流れる熱せられた圧縮された作動流体９８を提供する。
【００２８】
触媒燃焼器８０から圧縮された作動流体１８へ伝達される熱エネルギ９６の量は、限定しないがガス・タービン１０の周囲温度及び負荷条件を含めたガス・タービン１０の様々な動作条件の関数として制御され得る。例えば、部分負荷運転時には、燃焼器まで流れる圧縮された作動流体１８の温度は、基底負荷運転時又は全速度／全負荷運転時よりも遥かに低く、これにより燃焼器２６の予混合動作可能範囲に影響を与える。しかしながら、触媒燃焼器８０は、十分な熱エネルギ９６を圧縮された作動流体１８へ供給して、部分負荷条件時及び／又は低温周囲温度条件時の燃焼器の予混合動作可能範囲を拡張し、これにより放出性能を高めることができる。
【００２９】
特定の実施形態では、図３に示すように、熱せられた圧縮された作動流体９８は予混合室７８に送られて燃料供給２４からの燃料２２と混合され、熱せられた希薄予混合可燃性混合物１００を燃焼室６２へ提供して燃焼させる。結果として、燃焼室６２の内部での且つ／又は燃焼システムを横断する熱上昇及び熱放出が減少し、これにより燃焼変動の可能性を小さくし、またＣＯ放出を減少させる。
【００３０】
もう一つの実施形態では、図４に示すように、圧縮された作動流体は圧縮機出口５２から高圧プレナム５４に流入する。圧縮された作動流体１８は触媒燃焼器８０を横断して送られ、圧縮された作動流体１８が触媒燃焼器８０を横断して流路７４に流入するのに伴って、熱エネルギ９６が圧縮された作動流体１８に伝達される。次いで、熱せられた圧縮された作動流体９８は、流路７２を通して端部カバー５６へ向けて送られる。次いで、熱せられた圧縮された作動流体９８は、燃料ノズル５８を通して且つ／又は予混合室７８（図３）の内部まで導かれて燃料２２と混合し、これにより圧縮された作動流体１８の温度を高めて、熱せられた希薄予混合可燃性混合物１００を燃焼室６２へ提供することができる。
【００３１】
もう一つの実施形態では、図５に示すように、圧縮された作動流体は圧縮機出口５２から触媒燃焼器８０を横断して高圧プレナム５４に流入する。圧縮された作動流体１８が触媒燃焼器８０を横断して高圧プレナム５４に流入するのに伴って、熱エネルギ９６が圧縮された作動流体１８に伝達される。次いで、熱せられた圧縮された作動流体９８は、流路７２を通して端部カバー５６へ向けて送られる。次いで、熱せられた圧縮された作動流体９８は、燃料ノズル５８を通して且つ／又は予混合室７８（図３）の内部まで導かれて燃料２２と混合し、これにより熱せられた希薄予混合可燃性混合物１００を燃焼室６２へ提供することができる。
【００３２】
本書に記載され図２、図３、図４及び図５の範囲内に図示された幾つかの実施形態は、ガス・タービンの低温周囲温度運転時及び／又は部分負荷運転時に燃焼器の内部の圧縮された作動流体の温度を高めるための既存の技術を凌ぐ様々な技術的利点を提供する。例えば、一つの利点は、ガス・タービン燃焼器が、入口抽気熱の補助なしに希薄予混合モードにおいて運転され得ることである。このことは、寒冷気候において特に望ましい。寒冷気候では、燃焼システムが大変動圧力脈動の範囲で動作することを防ぐために、ガス・タービン予混合燃焼システムに流入する空気温度を実効的に高める入口抽気熱スケジュールが必要であるためである。加えて、触媒燃焼器は、圧縮された作動流体への局所的で直接的な熱入力を提供して、低温周囲温度運転時及び／又は部分負荷運転時に燃焼室の内部での境界条件を実質的に一定に保ち、これにより減量運転時のＮＯｘ放出及び／又はＣＯ放出を潜在的に低下させ、また燃焼室の内部での大きい熱上昇及び熱放出に一般に起因する燃焼室の変動圧力レベルを制御する。結果として、ガス・タービンは、配電制御状態（dispatched）又はオンラインに留まったままで電力需要オフ・ピーク時に送電網に電力を移出させ易くなり、これによりガス・タービン始動サイクルの数を減少させることにより運転費用及び保守費用を減少させる。加えて、触媒燃焼器によって与えられる熱量は、限定しないが周囲温度及びガス・タービンの負荷百分率を含む様々な動作条件の関数として制御され得る。これにより、さらに十分な制御が可能になる。
【００３３】
この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を含む場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１０：ガス・タービン
１２：入口区画
１４：作動流体
１６：圧縮機
１８：圧縮された作動流体
２０：燃焼区画
２２：燃料
２４：燃料供給
２６：燃焼器
２８：燃焼ガス
３０：タービン
３２：シャフト
３４：発電機／モータ
３６：排ガス
３８：排気区画
４０：排気スタック
５０：ケーシング
５２：排出口
５４：高圧プレナム
５６：端部カバー
５８：燃料ノズル
６０：燃焼ライナ
６２：燃焼室
６４：尾筒ダクト
６６：入口
６８：熱ガス経路
７０：流れスリーブ
７２：流路
７４：入口
７６：上流端
７８：予混合室
８０：触媒燃焼器
８２：熱遮蔽
８４：燃料供給
８６：燃料
８８：オキシダント供給
９０：オキシダント
９２：高圧ポンプ
９４：補助圧縮機
９６：熱エネルギ
９８：熱せられた圧縮された作動流体
１００：希薄予混合可燃性混合物
【図１】
2014202475.tif 000003
【図２】
2014202475.tif 000004
【図３】
2014202475.tif 000005
【図４】
2014202475.tif 000006
【図５】
2014202475.tif 000007