(57)【要約】  本発明によれば、ガスタービン群を運転している間に絶えず決定的な燃料ガス特性（ＸＧ  ）が測定される。この場合、特に興味をひくのは、燃料ガスのＣ２＋アルカン含有量である。何故なら、Ｃ２＋アルカン含有量は、燃焼室内での燃料ガスの着火性への本質的な影響を有するからである。本発明によれば、測定された燃料ガス特性に依存して直接ガスタービン群の運転パラメータが介入を受ける。特に、シーケンシャルな燃焼を有するガスタービン群を運転する際、ガスタービン群の燃焼室（４，８）間の燃料質量流（ｍ’ＥＶ，ｍ’ＳＥＶ  ）の配分は変化させられる。更に、水又は蒸気のような不活性媒体の導入部が設けられている場合、測定された燃料特性に依存して、不活性媒体質量流（ｍ’ＳＴ）を制御することができる。
2005515358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃料ガス供給部内に、燃料ガス特性を設定するための装置（Ｓ）が配設されており、燃料ガスが供給されるガスタービン群を運転するための方法において、
この装置によって設定される少なくとも１つの決定的な燃料ガス特性（ＸＧ  ）が、ガスタービン群の調整システムに供給されること、そしてこの燃料ガス特性に依存して、ガスタービン群の運転に対する調整介入が行なわれ、その際、特に燃料ガス供給及び／又は燃料ガス配分及び／又はガスタービン群のバーナの燃焼空気供給及び／又は水噴射及び／又は蒸気噴射が介入を受けることを特徴とする方法。
【請求項２】
Ｃ２＋アルカンの含有量が、決定的な燃料ガス特性として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
発熱量又はウォッベ指数が、別の燃料ガス特性として使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
燃料ガス特性を設定するために、少なくとも２つのスペクトル領域内での赤外線吸収が検出され、その際、第１のスペクトル領域内での吸収が、Ｃ２＋アルカンによって引き起こされ、第２のスペクトル領域内での吸収が、メタンによって引き起こされるように、スペクトル領域が選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの第３のスペクトル領域内での赤外線吸収が検出され、その際、吸収が二酸化炭素によって引き起こされるように、第３のスペクトル領域が選択されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項６】
燃料ガスの熱伝導率が設定されることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
確認された燃料ガス特性に依存して、シーケンシャルな燃焼を有するガスタービン群の第１の燃焼室（４）と第２の燃焼室（８）との間の燃料配分が変化させられ、特に、第２の燃焼室に供給される燃料質量流（ｍ’ＳＥＶ  ）のＣ２＋アルカン含有量の増加と共に減少させられ、第１の燃焼室に供給される燃料質量流（ｍ’ＥＶ）に応じて増加させられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
確認された燃料特性に依存して、予混合バーナの中心の軸方向空気流が変化させられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
確認された燃料ガス特性に依存して、複数の燃料供給部（２３，２５，３５，３８）を有するバーナ内での燃料配分が変化させられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
確認された燃料特性に依存して、マルチバーナシステム（５１；６１，６２，６３，６４，６５）内での燃料配分が変化させられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
確認された燃料特性に依存して、燃料ガスへの不活性な媒体（ｍ’ＳＴ）の、特に蒸気の、混和が介入を受けることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
確認された燃料特性に依存して、燃焼空気又は燃焼ゾーンへの不活性な媒体（ｍ’ＳＴ）の、特に蒸気又は水の、混和が介入を受けることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
確認された燃料特性に依存して、圧縮の前及び／又は圧縮の間の燃焼空気の冷却が作用を受けることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
特にＣ２＋アルカン濃度の一定の測定された限界値を超過した場合、ガスタービン群の出力が低下させられることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
特にＣ２＋アルカン濃度の一定の測定された限界値を超過した場合、ガスタービン群の遮断が実施されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１つに記載の方法を実施するためのガスタービン群において、
ガスタービン群の少なくとも１つの燃料ガス供給ライン内に、燃料ガス特性（ＸＧ  ）を設定するための測定機器（Ｓ）が配設されており、この測定機器が、燃料ガス特性を伝送するために、ガスタービン群の制御及び調整の少なくとも１つの機能ブロック（１９）と接続しており、この機能ブロックが、燃料ガス特性から入力値として少なくとも１つの出力値（Ｙ）を構成し、この出力値が、少なくとも１つの調整機構（１６，１７，１８，２７，２８，４０，４２）と信号接続していることを特徴とするガスタービン群。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念によるガスタービン群を運転するための方法に関する。更に本発明は、この方法を実施するためのガスタービン群に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のガスタービンの予混合バーナにおける燃焼の安定性は、決定的に、共に、使用される燃料の着火性に、しかしながらまた特に発熱量又はウォッベ指数のような他の燃料特性に依存する。
【０００３】
このような予混合バーナは、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３又は特許文献４から公知になっている。バーナ構造の基本にある共通の思想は、燃料をスワールさせた燃焼空気流内へと導入し、できるだけ均質で、通常は化学量論の下での希薄燃料空気混合物を発生させることである。燃焼室への移行に際し、スワール流は横断面移行部においてはじけ、これにより、バーナ合流部の前に逆流地帯が形成され、この逆流地帯は、火炎安定化のために役立つ。この場合、火炎は、バーナの熱的な過負荷を回避するためには、バーナ合流部の非常に近くで安定化することは許されない。しかしながら、安定化ゾーンがバーナ合流部の下流に非常に離れて位置する場合は不安定になる。
【０００４】
燃焼ゾーンの位置は、決定的に、使用される燃料の着火性にも依存する。これは、例えば燃料ガスが、エタン、ブタン、プロパン、またＣ２＋アルカンと呼ばれるもののような高級飽和炭化水素の高い割合を備える場合に劇的に変化する。燃料空気混合物が予め混合されて供給されるので、バーナへのフラッシュバックの緊急の危険がある。その場合には、おそらく部品が故障する。
【０００５】
同様の問題提起は、例えば特許文献６から公知になっているようなシーケンシャルな燃焼を有するガスタービン群における、特許文献５から公知のタイプの自己着火燃焼室の運転に際しても見られる。ここでも、燃料ガスの高い着火性によって引き起こされるフラッシュバックは、大事故に通じる。
【０００６】
変化する燃料ガス組成は、更にまた、排出物及び燃焼室脈動への作用も有する。
【０００７】
Ｃ２＋アルカンの含有量以外に、発熱量又はウォッベ指数も、燃焼の挙動への影響を有する。この影響は、予混合バーナシステムにおいては、第１に、燃料ガスのウォッベ指数が異なる場合の燃料ガス及び空気の変化するパルス率に起因する。特許文献７には、ウォッベ指数が一定に維持されるように、可変の燃料ガス予熱を調整することが記載されている。一定のウォッベ指数への調整は、閉鎖された調整回路内での不活性成分の可変の混和によっても可能である。特許文献８では、激しく変化する組成の残留ガスを燃焼させる場合に、ウォッベ指数を天然ガスと窒素の調整された混和によって一定に維持することが提案されている。
【０００８】
しかしながら、従来技術は、Ｃ２＋アルカンの含有量に関して変化する燃料ガス組成にどのように応じるべきかに対するいかなる指摘も与えない。この場合、不利な損傷が、フラッシュバックによって非常に急速に生じ得ると言えるままである。従って、ガスタービン群の燃料ガスにおいて変化するＣ２＋アルカン含有量に応じるべきである方法は、ほぼ遅延なく働かなければならない。燃料ガス特性の規則正しい一定維持は、この場合、閉鎖された調整回路内で働く調整の代わりに、開放した制御チェーン内での制御された介入を優先すべきであるように、潜在的に非常に緩慢に応じる。
【特許文献１】欧州特許第３２１  ８０９号明細書
【特許文献２】欧州特許第７８０  ６２９号明細書
【特許文献３】国際公開第９３／１７２７９号パンフレット
【特許文献４】国際公開第９２／１９９１３号パンフレット
【特許文献５】欧州特許第６６９  ５００号明細書
【特許文献６】欧州特許第６２０  ３６２号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０８２，０９２号明細書
【特許文献８】独国特許第１９７  ３１  ２０９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の基本にある課題は、従来技術の欠点を回避することができる冒頭で述べた様式の方法を提供することである。この方法は、特に、燃料ガスによってガスタービン群を運転する場合、決定的な燃料特性の変化に応じることに適しているべきである。この反応は、例えばＣ２＋アルカン含有量が激しく変化する場合にフラッシュバックを回避するために、迅速で十分に行なわれなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１の特徴の全体を使用して解決される。有利かつ好ましい実施形は、従属する下位の請求項から得られる。
【００１１】
即ち、本発明の核心は、ガスタービン群への燃料ガス供給部に、有利なことに遅延なくリアルタイムに働く燃料ガス特性を設定するための装置を配設し、少なくともこのようにして確認された燃料ガス特性をガスタービン群の調整システムに組み込むことである。その際、燃料ガス特性に依存して、燃焼に影響を与えるガスタービン群のパラメータへの適切な介入が行なわれる。
【００１２】
決定的な燃料特性は、特に燃料のＣ２＋アルカン含有量であり、このＣ２＋アルカン含有量は、直接フラッシュバックの危険に影響を与える。加えて、直接、発熱量又はウォッベ指数は、別の燃料ガス特性としてこの方法を実施する場合に使用することができる。
【００１３】
この方法の機能のための本質的な前提は、測定が非常に迅速に行なわれること、そして測定値ができるだけリアルタイムに使用可能であることである。従って、好ましい実施形にあっては、Hoppe und Worf によって“IR Instrument For Gas Property Determination In Industrial Processes“, IGRC 2001, Amsterdam, 6.11.2001において紹介されたような赤外線測定技術が使用される。この場合、異なった２つのスペクトル領域内での燃料ガスによる赤外線吸収を設定することが提案される。第１にエタン、プロパン及びブタンの含有量に応じる３．５μｍの第１のスペクトル領域内での吸収を設定すること、並びに吸収が本質的に測定ガスのメタン含有量に応じる７．９μｍの第２のスペクトル領域内での吸収を設定することが提案される。スペクトル領域間の横感度は、僅かであり、必要な場合に容易に修正することができる。この方法で、Ｃ２＋アルカン含有量は、連続的かつ迅速に設定することができる。原理的に、本発明による方法を実施するために、３．５μｍのＣ２＋アルカンに敏感なスペクトル領域においてのみの測定でも十分である。これは、完全に変化する燃料ガス組成の質的確認のため及び相応の反応のために十分であり、より正確で、量的出力のためにそれ自身必要であるのは、両方の波長領域内での測定である。この方法の有利な発展構成にあっては、付加的に４．３μｍの波長領域内での赤外線吸収が設定され、この赤外線吸収は、第１に、ＣＯ２  含有量に応じる。特有のガス成分に敏感に応じる別のスペクトル領域への拡大は、同様に可能である。別の好ましい発展構成にあっては、熱伝導率が、窒素（Ｎ２  ）含有量のための尺度として測定される。場合によっては横感度修正アルゴリズムを適用して、燃料ガス組成が、この方法で非常に正確に連続的かつリアルタイムに設定することができる。これは、発熱量又はウォッベ指数の確認も可能にする。
【００１４】
本発明による方法は、有利なことに、特許文献６から公知になっているように、シーケンシャルな燃焼を有するガスタービン群において適用することができ、第２の燃焼室として欧州特許第６２０  ４０３号明細書又は特許文献５から公知のタイプの自己着火燃焼室が配設されている場合が大いに有利である。自己着火燃焼室は、特に大量のフラッシュバックにおける高い混合物温度に基づいて危険にさらされている。このタイプのガスタービン群の場合、燃料特性に依存して第１と第２の燃焼室の間の燃料配分は、例えば、Ｃ２＋含有量が増加する場合、第２の燃焼室に供給される燃料量が回避され、第１の燃焼室に供給される燃料量は相応に高められるように変化させることができる。
【００１５】
欧州特許第１  １９９  ５１６号明細書からは、予混合バーナにおいて中心の軸方向空気流を可変に形成することが公知になっている。本発明による方法と関連して、このようにして設定された燃料特性に依存してこの軸方向流に介入することが有利である。従って、例えば燃料ガスのＣ２＋アルカン含有量が増加する場合、軸方向流が強められ、従って、バーナ内部へのフラッシュバックの危険を回避することができる。
【００１６】
今日使用されるタイプの予混合バーナは、しばしば複数の互いに依存しない燃料を作用可能な燃料供給部を、例えば、拡散燃焼モードで燃焼されるパイロット燃料と予混合燃料との独立した作用を与えるために備える。このようなバーナは、例えば、国際公開第０１／９６７８５号パンフレット、欧州特許第１９３  ８３８号明細書、欧州特許第１０８  ３６１号明細書、国際公開第００／１２９３６号パンフレット、欧州特許第９４５  ６７７号明細書、又は特許文献１に示されている。測定された燃料特性に依存して、燃料の分配は、一方で十分な火炎安定性を保証し、同時にフラッシュバック又は部品過熱を回避し、そして排出物値をほぼ一定に維持するために変化させることができる。
【００１７】
当業者に良く知られているマルチバーナシステム内では、本発明の実施形において、個々のバーナ及び／又はバーナ群間の燃料配分が、測定された燃料特性に依存して変化させられる。
【００１８】
同様に、燃料特性に依存して、不活性な媒体を燃料ガス内に導入することができ、その際、この導入は、好ましくはできるだけガスタービン群の近傍で行なわれ、これは、僅かな反応時間を保証する。更に、不活性の媒体、特に蒸気又は水は、測定された燃料特性に依存して燃焼ゾーンへと導入することができる。後者の措置は、特に、いずれにしろ排出物のコントロールをするための水及び／又は蒸気の噴射装置を装備されているガスタービン群の場合に適している。何故なら、これは、火炎位置及び燃焼安定性を制御するためにも良く適していると分かったからである。基本的に、例えば窒素又は二酸化炭素も不活性ガスとして問題になるが、但し、水と蒸気は、通常は比較的簡単に使用可能である。
【００１９】
介入に対する別の可能性は、ガスタービン群がコンプレッサの前又はコンプレッサ内又はコンプレッサ段の間の作業手段を冷却するための手段を備える場合にある。比較的激しい冷却によって、燃焼空気の温度は下げられ、これにより着火性が低下させられる。更に、液体、例えば水の導入による冷却をコンプレッサの前又はコンプレッサ内で実現し、その際、例えば水滴がコンプレッサ内へと侵入し、圧縮の間に蒸発することが公知である。これは、比較的最近の過去において、「湿り圧縮」、「高噴霧」、又は「過剰噴霧」という名の下に一般的になっており、例えば米国特許第２,７８６,６２６号明細書に記載されているのに対して、仏国特許第１．５６３．７４９号明細書には、ガスタービン群の出力データへの能動的な作用が記載されている。これにより引き起こされる燃焼空気の加湿は、着火性を更に低下させる。
【００２０】
本発明の別の実施形にあっては、測定された燃料特性に依存して、例えば一定のＣ２＋アルカン濃度を超過する場合に燃料供給又はガスタービン群の出力基準値が低下させられるほどに、直接ガスタービン群の保護システムが介入を受ける。更に、別の限界値を超過した場合に、ガスタービン群の直接の遮断が行なわれるように保護介入を行なうことができる。
【００２１】
当然、ガスタービン群への介入のこれらの異なった様式は、容易に設備に特有の状況を考慮して組み合わせることもできる。本発明の枠内では、特に、ガスタービン群の運転への介入を実施するために、測定された燃料ガス特性を、脈動及び／又は放出物の値のようなガスタービン群の測定された他の値、測定された火炎位置、材料温度等と組み合わせることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を、以下で、図面と関連させた実施例を基にして詳細に説明する。
【００２３】
実施例及び図は、純粋に参考と理解すべきであり、請求項に特徴付けられた発明を制限するために引き合いに出されるべきではない。
【００２４】
図１には、本発明による方法を実施するための第１の例が図示されている。コンプレッサ１、第１のタービン６及び第２のタービン１０は、共通の軸１２上に配設されている。更に、ジェネレータ１３は、同じ軸系統に連結されている。コンプレッサ１は、環境空気２を吸引する。環境空気は、圧縮され、圧縮された燃焼空気３として第１の燃焼室４に流入する。典型的であり、しかしながら決して制限するものではないことに、これは、上で引用した様式の予混合バーナを装備されている燃焼室である。燃焼室４内で、燃焼空気３から、燃料量ｍ’ＥＶが配量され、燃焼される。その際に発生する高温で高圧の排気ガス５は、第１のタービン６に流入し、そこで軸出力を送出しつつ部分的に圧力除去され、典型的に２の圧力比を有する。部分的に圧力除去された排気ガス７は、常に未だ高い温度で、タービン６から出て、第２の燃焼室８に流入する。これは、例えば特許文献５から公知のタイプの燃焼室である。約１５％〜１７％の酸素含有量を備える排気ガス７から、別の燃料量ｍ’ＳＥＶ  が配量され、燃焼室８内で燃焼される。再加熱された排気ガス９は、第２のタービン１０に流入し、第２のタービン１０を貫流する際に再び軸出力を送出しつつ、今度はほぼ環境圧力に圧力除去される。根本的に、特許文献６から公知の構造のガスタービン群であり、この刊行物は、この点に関しては、統合する明細書の構成要素である。排気１１は、常に未だ数１００°Ｃの温度を備え、この廃熱ポテンシャルは、それ自身公知の、ここでは図示されてない方法で、更に利用することができる。タービン６及び１０の軸出力送出は、コンプレッサ１及びジェネレータ１３を駆動するために使用される。この場合、ジェネレータ１３は、電気的な最大出力ＰＡＣＴ  を発生する。最大出力信号は、第１の調整器１４において基準主力ＰＳＥＴ  と比較される。調整値の偏差ＰＳＥＴ  −ＰＡＣＴ  から、燃料量調整機構１５に作用する燃料量調整値ＹＦＵＥＬが構成され、この方法で、ガスタービン群の燃焼室４，８への全燃料供給が制御される。２つの調整機構１６及び１７は、両方の燃焼室４及び８への全燃料量の分配を遂行する。この燃料量分配が一般的に行なわれる基準は、他の所で詳しく説明されている。本発明によれば、ガス供給ライン内に、燃料ガス特性ＸＧ  を確認するためのセンサＳが配設されている。燃料特性ＸＧ  から、機能ブロック１９内で、調整値ＹＥＶ、ＹＳＥＶ  、及びＹＳＴが構成される。調整値ＹＥＶは、調整機構１６に作用し、これにより第１の燃焼室４の燃料量ｍ’ＥＶを制御する。調整値ＹＳＥＶ  は、調整機構１７に作用し、これにより第２の燃焼室８の燃料量ｍ’ＳＥＶ  を制御する。調整値ＹＳＴは、調整機構１８に作用し、この調整機構は、不活性な媒体、例えば蒸気の質量流ｍ’ＳＴを第１の燃焼室４へと配量する。燃焼室内へのこのような蒸気噴射は、例えば排出物コントロールをするために、当業者に良く知られた従来技術として使用される。本発明によれば、以下の調整経過が行なわれる：第１の運転状態で、ガスタービン群は、その基準出力に調整されている。全燃料量は、調整機構１５を介して調整される。調整機構１６及び１７によって、他の所で詳細に説明される運転コンセ��トに従った両方の燃焼室４及び８への燃料の分配が行なわれる。測定装置Ｓは、連続的又は準連続的及びほぼ時間遅れなく燃料特性ＸＧ  、特に、２又はそれより多くの炭素原子を有する高級飽和炭化水素、即ちいわゆるＣ２＋アルカン又は飽和したＮＭＣＨの含有量を測定する。燃料内のＣ２＋含有量が増加した場合、燃料の着火性及びこれにより特に自己着火性タイプの燃焼室内でのフラッシュバックの危険が増加する。従って、燃料ガス内のＣ２＋アルカン濃度の上昇が測定された場合、第２の燃焼室の燃料質量流ｍ’ＳＥＶ  が減少させられ、第１の燃焼室４の燃料質量流ｍ’ＥＶが同じ程度で増加させられるように、調整値ＹＥＶ及びＹＳＥＶ  を介して両方の燃焼室４及び８への燃料分配が介入を受ける。従って、第２の燃焼室８内でのフラッシュバックの危険は取り除かれる。しかしながら今や、運転状態に応じて、第１の燃焼室４内でのフラッシュバックの危険が増加する。従って、調整値ＹＳＴを介して、調整機構１８が開放され、蒸気量ｍ’ＳＴが第１の燃焼室４内へと導入され、これにより、ここでも燃料ガスの高い着火性が考慮される。燃料ガスのＣ２＋アルカン含有量が限界値を超過した場合、更に有利なことに、図示されてない、しかしながら当業者に良く知られた方法で、ガスタービン群の保護システムは、例えば出力基準値ＰＳＥＴ  が自動的に低下させられることによって介入を受ける。更に、別の限界値を超過した場合には、ガスタービン群の急速遮断を行なうことができる。
【００２５】
図２は、本発明による運転方法と関連した国際公開第０１／９６７８５号パンフレットから公知の構造のガスタービン群のための第１のバーナを示す。バーナ２０は、シリンダ形のスワール発生器２１及び円錐形の内部ボディ２２を有する。更に、バーナは、互いに依存しないで燃料を作用可能な燃料ガス開口部２３及び２５の異なった２つのグループを備え、これらの燃料ガス開口部は、分離された燃料ガス接続部２４及び２６によって燃料を供給される。燃料ガス開口部２３及び２５への燃料の配量は、２つの調整機構２７及び２８によって行なわれる。その供給ラインは、内部に燃料ガス特性ＸＧ  を設定するための測定装置Ｓが配設されている共通の燃料ガス供給ラインから分岐する。機能ブロック２９内で、燃料特性ＸＧ  から出発して調整値Ｙ１  及びＹ２  が構成され、これらの調整値は、調整機構２７及び２８に作用する。ガスタービング群の燃焼室内で図示されたバーナを運転する場合、調整機構２７及び２８は、特有の基準に応じて制御され、従って、燃料ガス開口部２３及び２５のグループへの燃料量のそれぞれ有利な分配を得ることができる。センサＳは、連続的に燃料ガス特性ＸＧ  を設定し、相応の変化がある場合、バーナ内の燃料分配を適当な方法で変化させるために、調整機構２７及び２８が介入を受ける。
【００２６】
図３は、国際公開第０１／９６１８５号パンフレットから公知の別のバーナ構造を示す。バーナ２０は、特許文献１から公知になっているような円錐形のスワール発生器２１を備える。バーナは、燃料ガス開口部の２つのグループ２３及び２５を備える。調整機構２７及び２８を有する供給ライン２４及び２６を介して、これらのグループは互いに依存しないで燃料ガスの作用を受けることができる。調整機構２７及び２８の上流で、接続部が、共通のガス供給ラインから分岐する。図示されたバーナは、更に、欧州特許第１  １９９  ５１６号明細書から公知になっているような可変の中心の軸方向空気供給部を備える。ガス供給ライン内に、測定装置Ｓが配設されており、この測定装置は、燃料ガス特性を確認し、この燃料ガス特性をユニット２９に供給する。ガスタービン群の燃焼室内で運転する場合、グループ２３及び２５への燃料量分配並びに軸方向空気流は、適当な方法で予め選択される。燃料ガス特性が変化する場合、測定された燃料ガス特性ＸＧ  に依存して、調整値Ｙ１  及びＹ２  を介して燃料配分が、また調整値ＹＬ  を介して軸方向空気流が影響を受ける。特に、Ｃ２＋アルカンの含有量が増加する場合、調整値ＹＬ  を介して中心の軸方向空気流は強化することができる。これにより、火炎安定化は、更にバーナ合流部の下流で行なわれ、フラッシュバックの危険は回避される。
【００２７】
図４は、国際公開第００／１２９３６号パンフレットから公知のバーナを示す。このバーナは、燃料ガス開口部３５及び３８の２つのグループを備え、これらのグループは、リング状通路３６及び３７、供給ライン３９及び４１、並びに調整機構４０及び４２を介して互いに依存しないで燃料を作用可能である。前記の例と同様に、燃料ガス特性ＸＧ  の確認が行なわれ、これに依存して燃料ガス開口部３５及び３８のグループへの燃料分配への影響が上で説明した措置と同様に行なわれる。
【００２８】
図５には、ガスタービン群の燃焼室のマルチバーナシステムの部分が図示されている。バーナ５１は、リング状ライン５２に接続されている。このリング状ラインを介して、バーナの予混合運転のための燃料ガス開口部はピン留めされている。バーナ６１，６２，６３，６４，６５は、燃料ライン６６及び６７に接続されている。リング状ライン６６によって、例えば予混合燃焼のためのガスを噴射するために形成されているバーナ６１，６２，６３，６４，６５の燃料ガス開口部の第１のグループは、燃料ガスを供給される。リング状ライン６７によって、例えば拡散燃焼モードで燃焼すべき燃料ガスを導入するために形成されているバーナ６１，６２，６３，６４，６５の別の燃料ガス開口部が燃料ガスを供給される。リング状ライン自身は、共通のガス供給部に接続されている。調整機構を介して、個々のリング状ラインとこれに付設されたバーナ又はバーナ群又は燃料ガス開口部に流入する燃料ガス質量流は、互いに依存しないで調整することができる。このような運転コンセプトは、例えば本出願人のガスタービンＧＴ１３Ｅ２によって公知であり、その際、リング状ラインへの燃料質量流の分配は、本質的に出力に依存して行なわれる。本発明によれば、燃料ガス特性ＸＧ  を設定するためのセンサＳは、共通の燃料ガスライン内に配設されている。燃料ガス特性ＸＧ  から、調整値Ｙ１  ，Ｙ２  及びＹ３  が構成され、これらの調整値は、リング状ラインの燃料量調整機構に作用する。この方法で、更にまた燃料ガス特性が変化する場合に、バーナシステム内での燃料の配分に介入することができる。
【００２９】
図６は、結局、その機能は前記の構成に照らして更には説明する必要のないガスタービン群を示す。燃料量調整器１４は、出力の調整値偏差ＰＳＥＴ  −ＰＡＣＴ  が直に調整され、即ち解消されるように、燃料量調整値ＹＦＵＥＬ及び燃料量調整機構１５を介して燃焼室４への燃料質量流を調整する。燃料ガスライン内に、燃料ガス特性ＸＧ  を設定するための測定装置Ｓが配設されている。確認された値に依存して、調整機構１８の調整に作用する調整値ＹＳＴが構成される。この調整値は、更にまた、燃料ガスに燃焼室４への導入部の上流で混和される不活性媒体質量流ｍ’ＳＴを設定する。今や、例えば燃料ガスのＮＭＣＨ含有量及び又はその発熱量が増加した場合、この場では、蒸気又は他の不活性の媒体が、ガスの着火性又は発熱量を再び低下させるために混和される。この不活性媒体の導入が制御されて経過し、測定位置Ｓに逆作用を及ぼさないことは、強調すべきである。これは、本発明による方法を、基本的に例えば閉鎖された調整回路内のガス混合ステーションの調整と区別する。後者が比較的緩慢に働くのに対し、本発明による措置は、ほぼ時間の遅れなく応じることができる。何故なら、測定位置が媒体混和の上流に配設されているからである。従って、燃料ガス特性の変化は、その燃焼室内での効力発揮の前の時間間隔を記録される。しかしながら、不活性媒体混和の位置は本質的に燃焼室の近傍に配設されているので、介入の効力発揮に至るまでの時間は僅かである。従って、この方法は、緊急の機械損傷に対する対抗措置を変化した燃料ガス組成に基づいて導入するために、はるかに良く適している。
【００３０】
説明した実施例は、当然、各請求項において特徴付けられた本発明の１つの小さな部分をカバーすることしかできない。特に、図示された方法の変形例は、多数を合理的に組み合せて応用することができる。前記の調整値を構成するための脈動及び／又は排出物の値、測定された火炎位置、材料温度等との測定された燃料特性の組合せも可能である。当業者には、上で行なった説明に照らして、発明とは無関係に多数の可能な、またそれぞれ機械の特色に合わせて選択すべき方法の変形例が開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による方法に従って運転するためのシーケンシャルな燃焼を有するガスタービン群を示す。
【図２】第１のバーナ構造と本発明による方法に従ったその運転を示す。
【図３】第２のバーナ構造と本発明による方法に従ったその運転を示す。
【図４】第３のバーナ構造と本発明による方法に従ったその運転を示す。
【図５】マルチバーナシステムと本発明による方法に従ったその運転を示す。
【図６】本発明により運転されるガスタービン群のための別の例を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１        コンプレッサ
２        吸気
３        圧縮された空気、燃焼空気
４        燃焼室
５        高圧の排気ガス
６        タービン
７        部分的に圧力除去した排気ガス
８        燃焼室
９        再加熱された排気ガス
１０      タービン
１１      排気
１２      軸
１３      ジェネレータ
１４      調整器
１５      調整機構
１６      調整機構
１７      調整機構
１８      調整機構
１９      機能ブロック
２０      バーナ
２１      スワール発生器
２２      内部ボディ
２３      燃料ガス開口部のグループ
２４      燃料ガス供給部
２５      燃料ガス開口部のグループ
２６      燃料ガス供給部
２７      調整機構
２８      調整機構
２９      機能ブロック
３０      バーナ
３１      バーナ内部ボディ
３２      バーナ外部ハウジング
３３      バーナリング状空間
３４      燃焼空気伝導ブレード、スワール発生器
３５      燃料ガス開口部
３６      燃料ガスリング状ライン
３７      燃料ガスリング状空間
３８      燃料ガス開口部
３９      燃料ガスライン
４０      調整機構
４１      燃料ガスライン
４２      調整機構
５１      バーナ
５２      燃料ガスリング状ライン
６１      バーナ
６２      バーナ
６３      バーナ
６４      バーナ
６５      バーナ
６６      燃料ガスリング状ライン
６７      燃料ガスリング状ライン
ｍ’ＥＶ    燃料ガス質量流
ｍ’ＳＥＶ    燃料ガス質量流
ｍ’Ｇ      燃料ガス質量流
ｍ’ＳＴ    不活性媒体質量流、蒸気質量流
ＰＡＣＴ      最大出力
ＰＳＥＴ      基準出力
Ｓ        燃料ガス特性のための測定装置
ＸＧ        燃料ガス特性のための測定信号
Ｙ１        調整値
Ｙ２        調整値
Ｙ３        調整値
ＹＦＵＥＬ      燃料量調整値
ＹＥＶ      調整値
ＹＳＥＶ      調整値
ＹＳＴ      調整値
【図１】
2005515358.tif 000003
【図２】
2005515358.tif 000004
【図３】
2005515358.tif 000005
【図４】
2005515358.tif 000006
【図５】
2005515358.tif 000007
【図６】
2005515358.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月12日(2003.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃料ガス供給部内に、燃料ガス特性を設定するための装置（Ｓ）が配設されており、燃料ガスが供給されるガスタービン群を運転するための方法であって、この方法が、装置によって少なくとも１つの決定的な燃料ガス特性（ＸＧ  ）を設定し、この決定的な燃料特性をガスタービン群の調整システムに供給することを包含する方法において、
燃料特性に依存して、異なった燃料ガス流出開口部への燃料ガス質量流の分配、及び／又はバーナの燃焼空気供給、及び／又は不活性媒体、特に水及び／又は蒸気の噴射が作用を受けることを特徴とする方法。
【請求項２】
Ｃ２＋アルカンの含有量が、決定的な燃料ガス特性として使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
発熱量又はウォッベ指数が、別の燃料ガス特性として使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
燃料ガス特性を設定するために、少なくとも２つのスペクトル領域内での赤外線吸収が検出され、その際、第１のスペクトル領域内での吸収が、Ｃ２＋アルカンによって引き起こされ、第２のスペクトル領域内での吸収が、メタンによって引き起こされるように、スペクトル領域が選択されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの第３のスペクトル領域内での赤外線吸収が検出され、その際、吸収が二酸化炭素によって引き起こされるように、第３のスペクトル領域が選択されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項６】
燃料ガスの熱伝導率が設定されることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
確認された燃料ガス特性に依存して、シーケンシャルな燃焼を有するガスタービン群の第１の燃焼室（４）と第２の燃焼室（８）との間の燃料配分が変化させられ、特に、第２の燃焼室に供給される燃料質量流（ｍ’ＳＥＶ  ）のＣ２＋アルカン含有量の増加と共に減少させられ、第１の燃焼室に供給される燃料質量流（ｍ’ＥＶ）に応じて増加させられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
確認された燃料特性に依存して、予混合バーナの中心の軸方向空気流が変化させられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
確認された燃料ガス特性に依存して、複数の燃料供給部（２３，２５，３５，３８）を有するバーナ内での燃料配分が変化させられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
確認された燃料特性に依存して、マルチバーナシステム（５１；６１，６２，６３，６４，６５）内での燃料配分が変化させられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
確認された燃料特性に依存して、燃料ガスへの不活性な媒体（ｍ’ＳＴ）の、特に蒸気の、混和が介入を受けることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
確認された燃料特性に依存して、燃焼空気又は燃焼ゾーンへの不活性な媒体（ｍ’ＳＴ）の、特に蒸気又は水の、混和が介入を受けることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
確認された燃料特性に依存して、圧縮の前及び／又は圧縮の間の燃焼空気の冷却が作用を受けることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
特にＣ２＋アルカン濃度の一定の測定された限界値を超過した場合、ガスタービン群の出力が低下させられることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
特にＣ２＋アルカン濃度の一定の測定された限界値を超過した場合、ガスタービン群の遮断が実施されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１つに記載の方法を実施するためのガスタービン群であって、燃料ガス供給ライン；燃料ガス特性（ＸＧ  ）を設定するための測定機器（Ｓ）；入力値としての実出力（ＰＡＣＴ  ）及び基準出力（ＰＳＥＴ  ）と、また燃料質量流調整をするための調整機構（１５）と信号接続している第１の出力値（ＹＦＵＥＬ）と接続されている第１の機能ブロック（１４）を有するガスタービン群において、
第２の機能ブロック（１９，２９）が設けられており、この機能ブロックが、測定機器によって設定された入力値としての燃料ガス特性と、燃料質量流及び／又は燃焼空気及び／又は不活性媒体の噴射を制御するための少なくとも１つの調整機構（１６，１７，１８，２７，２８，４０，４２）と信号接続している少なくとも１つの出力値（Ｙ）と接続されていることを特徴とするガスタービン群。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念によるガスタービン群を運転するための方法に関する。更に本発明は、この方法を実施するためのガスタービン群に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のガスタービンの予混合バーナにおける燃焼の安定性は、決定的に、共に、使用される燃料の着火性に、しかしながらまた特に発熱量又はウォッベ指数のような他の燃料特性に依存する。
【０００３】
このような予混合バーナは、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３又は特許文献４から公知になっている。バーナ構造の基本にある共通の思想は、燃料をスワールさせた燃焼空気流内へと導入し、できるだけ均質で、通常は化学量論の下での希薄燃料空気混合物を発生させることである。燃焼室への移行に際し、スワール流は横断面移行部においてはじけ、これにより、バーナ合流部の前に逆流地帯が形成され、この逆流地帯は、火炎安定化のために役立つ。この場合、火炎は、バーナの熱的な過負荷を回避するためには、バーナ合流部の非常に近くで安定化することは許されない。しかしながら、安定化ゾーンがバーナ合流部の下流に非常に離れて位置する場合は不安定になる。
【０００４】
燃焼ゾーンの位置は、決定的に、使用される燃料の着火性にも依存する。これは、例えば燃料ガスが、エタン、ブタン、プロパン、またＣ２＋アルカンと呼ばれるもののような高級飽和炭化水素の高い割合を備える場合に劇的に変化する。燃料空気混合物が予め混合されて供給されるので、バーナへのフラッシュバックの緊急の危険がある。その場合には、おそらく部品が故障する。
【０００５】
同様の問題提起は、例えば特許文献６から公知になっているようなシーケンシャルな燃焼を有するガスタービン群における、特許文献５から公知のタイプの自己着火燃焼室の運転に際しても見られる。ここでも、燃料ガスの高い着火性によって引き起こされるフラッシュバックは、大事故に通じる。
【０００６】
変化する燃料ガス組成は、更にまた、排出物及び燃焼室脈動への作用も有する。
【０００７】
Ｃ２＋アルカンの含有量以外に、発熱量又はウォッベ指数も、燃焼の挙動への影響を有する。この影響は、予混合バーナシステムにおいては、第１に、燃料ガスのウォッベ指数が異なる場合の燃料ガス及び空気の変化するパルス率に起因する。特許文献７には、ウォッベ指数が一定に維持されるように、可変の燃料ガス予熱を調整することが記載されている。一定のウォッベ指数への調整は、閉鎖された調整回路内での不活性成分の可変の混和によっても可能である。特許文献８では、激しく変化する組成の残留ガスを燃焼させる場合に、ウォッベ指数を天然ガスと窒素の調整された混和によって一定に維持することが提案されている。
特許文献９からは、燃料の発熱量を設定し、この測定値により燃料質量流を設定することが公知である。しかしながら特許文献９も、変化するガスの着火性と、これから結果として生じるフラッシュバックの危険をどのように相殺すべきかに対するいかなる指摘も与えない。
【０００８】
しかしながら、従来技術は、Ｃ２＋アルカンの含有量に関して変化する燃料ガス組成にどのように応じるべきかに対するいかなる指摘も与えない。この場合、不利な損傷が、フラッシュバックによって非常に急速に生じ得ると言えるままである。従って、ガスタービン群の燃料ガスにおいて変化するＣ２＋アルカン含有量に応じるべきである方法は、ほぼ遅延なく働かなければならない。燃料ガス特性の規則正しい一定維持は、この場合、閉鎖された調整回路内で働く調整の代わりに、開放した制御チェーン内での制御された介入を優先すべきであるように、潜在的に非常に緩慢に応じる。
【特許文献１】欧州特許第３２１  ８０９号明細書
【特許文献２】欧州特許第７８０  ６２９号明細書
【特許文献３】国際公開第９３／１７２７９号パンフレット
【特許文献４】国際公開第９２／１９９１３号パンフレット
【特許文献５】欧州特許第６６９  ５００号明細書
【特許文献６】欧州特許第６２０  ３６２号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０８２，０９２号明細書
【特許文献８】独国特許第１９７  ３１  ２０９号明細書
【特許文献９】独国特許出願公開第１９９  ２１  ９８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の基本にある課題は、従来技術の欠点を回避することができる冒頭で述べた様式の方法を提供することである。この方法は、特に、燃料ガスによってガスタービン群を運転する場合、決定的な燃料特性の変化に応じることに適しているべきである。この反応は、例えばＣ２＋アルカン含有量が激しく変化する場合にフラッシュバックを回避するために、迅速で十分に行なわれなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１の特徴の全体を使用して解決される。有利かつ好ましい実施形は、従属する下位の請求項から得られる。
【００１１】
即ち、本発明の核心は、ガスタービン群への燃料ガス供給部に、有利なことに遅延なくリアルタイムに働く燃料ガス特性を設定するための装置を配設し、少なくともこのようにして確認された燃料ガス特性をガスタービン群の調整システムに組み込むことである。その際、燃料ガス特性に依存して、燃焼に影響を与えるガスタービン群のパラメータへの適切な介入が行なわれる。
【００１２】
決定的な燃料特性は、特に燃料のＣ２＋アルカン含有量であり、このＣ２＋アルカン含有量は、直接フラッシュバックの危険に影響を与える。加えて、直接、発熱量又はウォッベ指数は、別の燃料ガス特性としてこの方法を実施する場合に使用することができる。
【００１３】
この方法の機能のための本質的な前提は、測定が非常に迅速に行なわれること、そして測定値ができるだけリアルタイムに使用可能であることである。従って、好ましい実施形にあっては、Hoppe und Worf によって“IR Instrument For Gas Property Determination In Industrial Processes“, IGRC 2001, Amsterdam, 6.11.2001において紹介されたような赤外線測定技術が使用される。この場合、異なった２つのスペクトル領域内での燃料ガスによる赤外線吸収を設定することが提案される。第１にエタン、プロパン及びブタンの含有量に応じる３．５μｍの第１のスペクトル領域内での吸収を設定すること、並びに吸収が本質的に測定ガスのメタン含有量に応じる７．９μｍの第２のスペクトル領域内での吸収を設定することが提案される。スペクトル領域間の横感度は、僅かであり、必要な場合に容易に修正することができる。この方法で、Ｃ２＋アルカン含有量は、連続的かつ迅速に設定することができる。原理的に、本発明による方法を実施するために、３．５μｍのＣ２＋アルカンに敏感なスペクトル領域においてのみの測定でも十分である。これは、完全に変化する燃料ガス組成の質的確認のため及び相応の反応のために十分であり、より正確で、量的出力のためにそれ自身必要であるのは、両方の波長領域内での測定である。この方法の有利な発展構成にあっては、付加的に４．３μｍの波長領域内での赤外線吸収が設定され、この赤外線吸収は、第１に、ＣＯ２  含有量に応じる。特有のガス成分に敏感に応じる別のスペクトル領域への拡大は、同様に可能である。別の好ましい発展構成にあっては、熱伝導率が、窒素（Ｎ２  ）含有量のための尺度として測定される。場合によっては横感度修正アルゴリズムを適用して、燃料ガス組成が、この方法で非常に正確に連続的かつリアルタイムに設定することができる。これは、発熱量又はウォッベ指数の確認も可能にする。
【００１４】
本発明による方法は、有利なことに、特許文献６から公知になっているように、シーケンシャルな燃焼を有するガスタービン群において適用することができ、第２の燃焼室として欧州特許第６２０  ４０３号明細書又は特許文献５から公知のタイプの自己着火燃焼室が配設されている場合が大いに有利である。自己着火燃焼室は、特に大量のフラッシュバックにおける高い混合物温度に基づいて危険にさらされている。このタイプのガスタービン群の場合、燃料特性に依存して第１と第２の燃焼室の間の燃料配分は、例えば、Ｃ２＋含有量が増加する場合、第２の燃焼室に供給される燃料量が回避され、第１の燃焼室に供給される燃料量は相応に高められるように変化させることができる。
【００１５】
欧州特許第１  １９９  ５１６号明細書からは、予混合バーナにおいて中心の軸方向空気流を可変に形成することが公知になっている。本発明による方法と関連して、このようにして設定された燃料特性に依存してこの軸方向流に介入することが有利である。従って、例えば燃料ガスのＣ２＋アルカン含有量が増加する場合、軸方向流が強められ、従って、バーナ内部へのフラッシュバックの危険を回避することができる。
【００１６】
今日使用されるタイプの予混合バーナは、しばしば複数の互いに依存しない燃料を作用可能な燃料供給部を、例えば、拡散燃焼モードで燃焼されるパイロット燃料と予混合燃料との独立した作用を与えるために備える。このようなバーナは、例えば、国際公開第０１／９６７８５号パンフレット、欧州特許第１９３  ８３８号明細書、欧州特許第１０８  ３６１号明細書、国際公開第００／１２９３６号パンフレット、欧州特許第９４５  ６７７号明細書、又は特許文献１に示されている。測定された燃料特性に依存して、燃料の分配は、一方で十分な火炎安定性を保証し、同時にフラッシュバック又は部品過熱を回避し、そして排出物値をほぼ一定に維持するために変化させることができる。
【００１７】
当業者に良く知られているマルチバーナシステム内では、本発明の実施形において、個々のバーナ及び／又はバーナ群間の燃料配分が、測定された燃料特性に依存して変化させられる。
【００１８】
同様に、燃料特性に依存して、不活性な媒体を燃料ガス内に導入することができ、その際、この導入は、好ましくはできるだけガスタービン群の近傍で行なわれ、これは、僅かな反応時間を保証する。更に、不活性の媒体、特に蒸気又は水は、測定された燃料特性に依存して燃焼ゾーンへと導入することができる。後者の措置は、特に、いずれにしろ排出物のコントロールをするための水及び／又は蒸気の噴射装置を装備されているガスタービン群の場合に適している。何故なら、これは、火炎位置及び燃焼安定性を制御するためにも良く適していると分かったからである。基本的に、例えば窒素又は二酸化炭素も不活性ガスとして問題になるが、但し、水と蒸気は、通常は比較的簡単に使用可能である。
【００１９】
介入に対する別の可能性は、ガスタービン群がコンプレッサの前又はコンプレッサ内又はコンプレッサ段の間の作業手段を冷却するための手段を備える場合にある。比較的激しい冷却によって、燃焼空気の温度は下げられ、これにより着火性が低下させられる。更に、液体、例えば水の導入による冷却をコンプレッサの前又はコンプレッサ内で実現し、その際、例えば水滴がコンプレッサ内へと侵入し、圧縮の間に蒸発することが公知である。これは、比較的最近の過去において、「湿り圧縮」、「高噴霧」、又は「過剰噴霧」という名の下に一般的になっており、例えば米国特許第２,７８６,６２６号明細書に記載されているのに対して、仏国特許第１．５６３．７４９号明細書には、ガスタービン群の出力データへの能動的な作用が記載されている。これにより引き起こされる燃焼空気の加湿は、着火性を更に低下させる。
【００２０】
本発明の別の実施形にあっては、測定された燃料特性に依存して、例えば一定のＣ２＋アルカン濃度を超過する場合に燃料供給又はガスタービン群の出力基準値が低下させられるほどに、直接ガスタービン群の保護システムが介入を受ける。更に、別の限界値を超過した場合に、ガスタービン群の直接の遮断が行なわれるように保護介入を行なうことができる。
【００２１】
当然、ガスタービン群への介入のこれらの異なった様式は、容易に設備に特有の状況を考慮して組み合わせることもできる。本発明の枠内では、特に、ガスタービン群の運転への介入を実施するために、測定された燃料ガス特性を、脈動及び／又は放出物の値のようなガスタービン群の測定された他の値、測定された火炎位置、材料温度等と組み合わせることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を、以下で、図面と関連させた実施例を基にして詳細に説明する。
【００２３】
実施例及び図は、純粋に参考と理解すべきであり、請求項に特徴付けられた発明を制限するために引き合いに出されるべきではない。
【００２４】
図１には、本発明による方法を実施するための第１の例が図示されている。コンプレッサ１、第１のタービン６及び第２のタービン１０は、共通の軸１２上に配設されている。更に、ジェネレータ１３は、同じ軸系統に連結されている。コンプレッサ１は、環境空気２を吸引する。環境空気は、圧縮され、圧縮された燃焼空気３として第１の燃焼室４に流入する。典型的であり、しかしながら決して制限するものではないことに、これは、上で引用した様式の予混合バーナを装備されている燃焼室である。燃焼室４内で、燃焼空気３から、燃料量ｍ’ＥＶが配量され、燃焼される。その際に発生する高温で高圧の排気ガス５は、第１のタービン６に流入し、そこで軸出力を送出しつつ部分的に圧力除去され、典型的に２の圧力比を有する。部分的に圧力除去された排気ガス７は、常に未だ高い温度で、タービン６から出て、第２の燃焼室８に流入する。これは、例えば特許文献５から公知のタイプの燃焼室である。約１５％〜１７％の酸素含有量を備える排気ガス７から、別の燃料量ｍ’ＳＥＶ  が配量され、燃焼室８内で燃焼される。再加熱された排気ガス９は、第２のタービン１０に流入し、第２のタービン１０を貫流する際に再び軸出力を送出しつつ、今度はほぼ環境圧力に圧力除去される。根本的に、特許文献６から公知の構造のガスタービン群であり、この刊行物は、この点に関しては、統合する明細書の構成要素である。排気１１は、常に未だ数１００°Ｃの温度を備え、この廃熱ポテンシャルは、それ自身公知の、ここでは図示されてない方法で、更に利用することができる。タービン６及び１０の軸出力送出は、コンプレッサ１及びジェネレータ１３を駆動するために使用される。この場合、ジェネレータ１３は、電気的な最大出力ＰＡＣＴ  を発生する。最大出力信号は、第１の調整器１４において基準主力ＰＳＥＴ  と比較される。調整値の偏差ＰＳＥＴ  −ＰＡＣＴ  から、燃料量調整機構１５に作用する燃料量調整値ＹＦＵＥＬが構成され、この方法で、ガスタービン群の燃焼室４，８への全燃料供給が制御される。２つの調整機構１６及び１７は、両方の燃焼室４及び８への全燃料量の分配を遂行する。この燃料量分配が一般的に行なわれる基準は、他の所で詳しく説明されている。本発明によれば、ガス供給ライン内に、燃料ガス特性ＸＧ  を確認するためのセンサＳが配設されている。燃料特性ＸＧ  から、機能ブロック１９内で、調整値ＹＥＶ、ＹＳＥＶ  、及びＹＳＴが構成される。調整値ＹＥＶは、調整機構１６に作用し、これにより第１の燃焼室４の燃料量ｍ’ＥＶを制御する。調整値ＹＳＥＶ  は、調整機構１７に作用し、これにより第２の燃焼室８の燃料量ｍ’ＳＥＶ  を制御する。調整値ＹＳＴは、調整機構１８に作用し、この調整機構は、不活性な媒体、例えば蒸気の質量流ｍ’ＳＴを第１の燃焼室４へと配量する。燃焼室内へのこのような蒸気噴射は、例えば排出物コントロールをするために、当業者に良く知られた従来技術として使用される。本発明によれば、以下の調整経過が行なわれる：第１の運転状態で、ガスタービン群は、その基準出力に調整されている。全燃料量は、調整機構１５を介して調整される。調整機構１６及び１７によって、他の所で詳細に説明される運転コンセ��トに従った両方の燃焼室４及び８への燃料の分配が行なわれる。測定装置Ｓは、連続的又は準連続的及びほぼ時間遅れなく燃料特性ＸＧ  、特に、２又はそれより多くの炭素原子を有する高級飽和炭化水素、即ちいわゆるＣ２＋アルカン又は飽和したＮＭＣＨの含有量を測定する。燃料内のＣ２＋含有量が増加した場合、燃料の着火性及びこれにより特に自己着火性タイプの燃焼室内でのフラッシュバックの危険が増加する。従って、燃料ガス内のＣ２＋アルカン濃度の上昇が測定された場合、第２の燃焼室の燃料質量流ｍ’ＳＥＶ  が減少させられ、第１の燃焼室４の燃料質量流ｍ’ＥＶが同じ程度で増加させられるように、調整値ＹＥＶ及びＹＳＥＶ  を介して両方の燃焼室４及び８への燃料分配が介入を受ける。従って、第２の燃焼室８内でのフラッシュバックの危険は取り除かれる。しかしながら今や、運転状態に応じて、第１の燃焼室４内でのフラッシュバックの危険が増加する。従って、調整値ＹＳＴを介して、調整機構１８が開放され、蒸気量ｍ’ＳＴが第１の燃焼室４内へと導入され、これにより、ここでも燃料ガスの高い着火性が考慮される。燃料ガスのＣ２＋アルカン含有量が限界値を超過した場合、更に有利なことに、図示されてない、しかしながら当業者に良く知られた方法で、ガスタービン群の保護システムは、例えば出力基準値ＰＳＥＴ  が自動的に低下させられることによって介入を受ける。更に、別の限界値を超過した場合には、ガスタービン群の急速遮断を行なうことができる。
【００２５】
図２は、本発明による運転方法と関連した国際公開第０１／９６７８５号パンフレットから公知の構造のガスタービン群のための第１のバーナを示す。バーナ２０は、シリンダ形のスワール発生器２１及び円錐形の内部ボディ２２を有する。更に、バーナは、互いに依存しないで燃料を作用可能な燃料ガス開口部２３及び２５の異なった２つのグループを備え、これらの燃料ガス開口部は、分離された燃料ガス接続部２４及び２６によって燃料を供給される。燃料ガス開口部２３及び２５への燃料の配量は、２つの調整機構２７及び２８によって行なわれる。その供給ラインは、内部に燃料ガス特性ＸＧ  を設定するための測定装置Ｓが配設されている共通の燃料ガス供給ラインから分岐する。機能ブロック２９内で、燃料特性ＸＧ  から出発して調整値Ｙ１  及びＹ２  が構成され、これらの調整値は、調整機構２７及び２８に作用する。ガスタービング群の燃焼室内で図示されたバーナを運転する場合、調整機構２７及び２８は、特有の基準に応じて制御され、従って、燃料ガス開口部２３及び２５のグループへの燃料量のそれぞれ有利な分配を得ることができる。センサＳは、連続的に燃料ガス特性ＸＧ  を設定し、相応の変化がある場合、バーナ内の燃料分配を適当な方法で変化させるために、調整機構２７及び２８が介入を受ける。
【００２６】
図３は、国際公開第０１／９６１８５号パンフレットから公知の別のバーナ構造を示す。バーナ２０は、特許文献１から公知になっているような円錐形のスワール発生器２１を備える。バーナは、燃料ガス開口部の２つのグループ２３及び２５を備える。調整機構２７及び２８を有する供給ライン２４及び２６を介して、これらのグループは互いに依存しないで燃料ガスの作用を受けることができる。調整機構２７及び２８の上流で、接続部が、共通のガス供給ラインから分岐する。図示されたバーナは、更に、欧州特許第１  １９９  ５１６号明細書から公知になっているような可変の中心の軸方向空気供給部を備える。ガス供給ライン内に、測定装置Ｓが配設されており、この測定装置は、燃料ガス特性を確認し、この燃料ガス特性をユニット２９に供給する。ガスタービン群の燃焼室内で運転する場合、グループ２３及び２５への燃料量分配並びに軸方向空気流は、適当な方法で予め選択される。燃料ガス特性が変化する場合、測定された燃料ガス特性ＸＧ  に依存して、調整値Ｙ１  及びＹ２  を介して燃料配分が、また調整値ＹＬ  を介して軸方向空気流が影響を受ける。特に、Ｃ２＋アルカンの含有量が増加する場合、調整値ＹＬ  を介して中心の軸方向空気流は強化することができる。これにより、火炎安定化は、更にバーナ合流部の下流で行なわれ、フラッシュバックの危険は回避される。
【００２７】
図４は、国際公開第００／１２９３６号パンフレットから公知のバーナを示す。このバーナは、燃料ガス開口部３５及び３８の２つのグループを備え、これらのグループは、リング状通路３６及び３７、供給ライン３９及び４１、並びに調整機構４０及び４２を介して互いに依存しないで燃料を作用可能である。前記の例と同様に、燃料ガス特性ＸＧ  の確認が行なわれ、これに依存して燃料ガス開口部３５及び３８のグループへの燃料分配への影響が上で説明した措置と同様に行なわれる。
【００２８】
図５には、ガスタービン群の燃焼室のマルチバーナシステムの部分が図示されている。バーナ５１は、リング状ライン５２に接続されている。このリング状ラインを介して、バーナの予混合運転のための燃料ガス開口部はピン留めされている。バーナ６１，６２，６３，６４，６５は、燃料ライン６６及び６７に接続されている。リング状ライン６６によって、例えば予混合燃焼のためのガスを噴射するために形成されているバーナ６１，６２，６３，６４，６５の燃料ガス開口部の第１のグループは、燃料ガスを供給される。リング状ライン６７によって、例えば拡散燃焼モードで燃焼すべき燃料ガスを導入するために形成されているバーナ６１，６２，６３，６４，６５の別の燃料ガス開口部が燃料ガスを供給される。リング状ライン自身は、共通のガス供給部に接続されている。調整機構を介して、個々のリング状ラインとこれに付設されたバーナ又はバーナ群又は燃料ガス開口部に流入する燃料ガス質量流は、互いに依存しないで調整することができる。このような運転コンセプトは、例えば本出願人のガスタービンＧＴ１３Ｅ２によって公知であり、その際、リング状ラインへの燃料質量流の分配は、本質的に出力に依存して行なわれる。本発明によれば、燃料ガス特性ＸＧ  を設定するためのセンサＳは、共通の燃料ガスライン内に配設されている。燃料ガス特性ＸＧ  から、調整値Ｙ１  ，Ｙ２  及びＹ３  が構成され、これらの調整値は、リング状ラインの燃料量調整機構に作用する。この方法で、更にまた燃料ガス特性が変化する場合に、バーナシステム内での燃料の配分に介入することができる。
【００２９】
図６は、結局、その機能は前記の構成に照らして更には説明する必要のないガスタービン群を示す。燃料量調整器１４は、出力の調整値偏差ＰＳＥＴ  −ＰＡＣＴ  が直に調整され、即ち解消されるように、燃料量調整値ＹＦＵＥＬ及び燃料量調整機構１５を介して燃焼室４への燃料質量流を調整する。燃料ガスライン内に、燃料ガス特性ＸＧ  を設定するための測定装置Ｓが配設されている。確認された値に依存して、調整機構１８の調整に作用する調整値ＹＳＴが構成される。この調整値は、更にまた、燃料ガスに燃焼室４への導入部の上流で混和される不活性媒体質量流ｍ’ＳＴを設定する。今や、例えば燃料ガスのＮＭＣＨ含有量及び又はその発熱量が増加した場合、この場では、蒸気又は他の不活性の媒体が、ガスの着火性又は発熱量を再び低下させるために混和される。この不活性媒体の導入が制御されて経過し、測定位置Ｓに逆作用を及ぼさないことは、強調すべきである。これは、本発明による方法を、基本的に例えば閉鎖された調整回路内のガス混合ステーションの調整と区別する。後者が比較的緩慢に働くのに対し、本発明による措置は、ほぼ時間の遅れなく応じることができる。何故なら、測定位置が媒体混和の上流に配設されているからである。従って、燃料ガス特性の変化は、その燃焼室内での効力発揮の前の時間間隔を記録される。しかしながら、不活性媒体混和の位置は本質的に燃焼室の近傍に配設されているので、介入の効力発揮に至るまでの時間は僅かである。従って、この方法は、緊急の機械損傷に対する対抗措置を変化した燃料ガス組成に基づいて導入するために、はるかに良く適している。
【００３０】
説明した実施例は、当然、各請求項において特徴付けられた本発明の１つの小さな部分をカバーすることしかできない。特に、図示された方法の変形例は、多数を合理的に組み合せて応用することができる。前記の調整値を構成するための脈動及び／又は排出物の値、測定された火炎位置、材料温度等との測定された燃料特性の組合せも可能である。当業者には、上で行なった説明に照らして、発明とは無関係に多数の可能な、またそれぞれ機械の特色に合わせて選択すべき方法の変形例が開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による方法に従って運転するためのシーケンシャルな燃焼を有するガスタービン群を示す。
【図２】第１のバーナ構造と本発明による方法に従ったその運転を示す。
【図３】第２のバーナ構造と本発明による方法に従ったその運転を示す。
【図４】第３のバーナ構造と本発明による方法に従ったその運転を示す。
【図５】マルチバーナシステムと本発明による方法に従ったその運転を示す。
【図６】本発明により運転されるガスタービン群のための別の例を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１        コンプレッサ
２        吸気
３        圧縮された空気、燃焼空気
４        燃焼室
５        高圧の排気ガス
６        タービン
７        部分的に圧力除去した排気ガス
８        燃焼室
９        再加熱された排気ガス
１０      タービン
１１      排気
１２      軸
１３      ジェネレータ
１４      調整器
１５      調整機構
１６      調整機構
１７      調整機構
１８      調整機構
１９      機能ブロック
２０      バーナ
２１      スワール発生器
２２      内部ボディ
２３      燃料ガス開口部のグループ
２４      燃料ガス供給部
２５      燃料ガス開口部のグループ
２６      燃料ガス供給部
２７      調整機構
２８      調整機構
２９      機能ブロック
３０      バーナ
３１      バーナ内部ボディ
３２      バーナ外部ハウジング
３３      バーナリング状空間
３４      燃焼空気伝導ブレード、スワール発生器
３５      燃料ガス開口部
３６      燃料ガスリング状ライン
３７      燃料ガスリング状空間
３８      燃料ガス開口部
３９      燃料ガスライン
４０      調整機構
４１      燃料ガスライン
４２      調整機構
５１      バーナ
５２      燃料ガスリング状ライン
６１      バーナ
６２      バーナ
６３      バーナ
６４      バーナ
６５      バーナ
６６      燃料ガスリング状ライン
６７      燃料ガスリング状ライン
ｍ’ＥＶ    燃料ガス質量流
ｍ’ＳＥＶ    燃料ガス質量流
ｍ’Ｇ      燃料ガス質量流
ｍ’ＳＴ    不活性媒体質量流、蒸気質量流
ＰＡＣＴ      最大出力
ＰＳＥＴ      基準出力
Ｓ        燃料ガス特性のための測定装置
ＸＧ        燃料ガス特性のための測定信号
Ｙ１        調整値
Ｙ２        調整値
Ｙ３        調整値
ＹＦＵＥＬ      燃料量調整値
ＹＥＶ      調整値
ＹＳＥＶ      調整値
ＹＳＴ      調整値
【国際調査報告】
2005515358.tif 000009
2005515358.tif 000010
2005515358.tif 000011
2005515358.tif 000012
2005515358.tif 000013
2005515358.tif 000014