(57)【要約】【課題】乾式低ＮＯｘ燃焼システムのための燃料システムを提供する。【解決手段】本燃料システム（１００）は、第１のポート（１０１）及び第２のポート（１０７）を有する燃料ノズル（１１０）と、第１のポート（１０１）に連結された第１のマニホルド（１０２）と、第１のマニホルド（１０２）及び加圧空気源（１１３）間に配置された第１の不活性ガスバッファ部分（１１６）とを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料システム（１００）であって、
第１のポート（１０１）及び第２のポート（１０７）を有する燃料ノズル（１１０）と、
第１のポート（１０１）に連結された第１のマニホルド（１０２）と、
第１のマニホルド（１０２）及び加圧空気源（１１３）間に配置された第１の不活性ガスバッファ部分（１１６）と
を含むシステム。
【請求項２】
第２のポート（１０７）に連結された第２のマニホルド（１０８）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
第１のマニホルド（１０２）及び第２のマニホルド（１０８）に連結された第１の燃料源マニホルド（１２４）と、
第１の燃料源マニホルド（１２４）に連結された第１の燃料源（１２０）と
をさらに含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
第１のマニホルド（１０２）及び第２のマニホルド（１０８）に連結された第２の燃料源マニホルド（１２６）と、
第２の燃料源マニホルド（１２６）に連結された第２の燃料源（１２２）と
をさらに含む、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
第２の燃料源マニホルド（１２６）及び第１のマニホルド（１０２）間に配置された第２の不活性ガスバッファ部分（１１８）をさらに含む、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
第１の不活性ガスバッファ部分（１１６）が、不活性ガス源（１２３）及び第１のベントバルブに連結された第１のバルブを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
第１のマニホルド（１０２）に連結された不活性ガス源（１２３）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
第２のマニホルド（１０８）に連結された不活性ガス源（１２３）をさらに含む、請求項２記載のシステム。
【請求項９】
第２の燃料源マニホルド（１２６）に連結された不活性ガス源（１２３）をさらに含む、請求項４記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃料ノズル（１１０）が、
第３のポート（１０３）と、
第３のポート（１０３）及び第２の燃料源マニホルド（１２６）に連結された第３のマニホルド（１０４）と
をさらに含む、請求項３記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃料システムに関し、より具体的には、乾式低窒素酸化物（ＮＯｘ）燃焼システムのための燃料システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高水素含有量低ＢＴＵ気体燃料（合成ガス）は、例えば石炭ガス化プロセスを含む種々の供給源或いはコークスガス及びその他の工業化学プロセスのような別の供給源から派生させることができる。
【０００３】
乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）システムは、例えば天然ガスのような高ＢＴＵ気体燃料とブレンドした比較的高水素含有量を有する合成ガス又はその他のガスを使用することを含むことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６２０１０２９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様によると、燃料システムは、第１のポート及び第２のポートを有する燃料ノズルと、第１のポートに連結された第１のマニホルドと、第１のマニホルド及び加圧空気源間に配置された第１の不活性ガスバッファ部分とを含む。
【０００６】
本発明の別の態様によると、燃料システムを制御する方法は、第１の燃料源マニホルドを不活性ガスでパージするステップと、燃料システムの不活性ガスバッファ部分を不活性ガスでパージするステップと、不活性ガスバッファ部分に連結されたベントバルブを閉鎖するステップと、第１の燃料源マニホルドのパージを停止するステップとを含む。
【０００７】
これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。
【０００８】
本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料システムの例示的な実施形態を示す図。
【図２】図1の燃料システムの例示的な配置構成を示す図。
【図３】図1の燃料システムの例示的な配置構成を示す図。
【図４】図1の燃料システムの例示的な配置構成を示す図。
【図５】図1の燃料システムの例示的な配置構成を示す図。
【図６】図1の燃料システムの例示的な配置構成を示す図。
【図７】図1の燃料システムの例示的な配置構成を示す図。
【図８】図1の燃料システムの例示的な配置構成を示す図。
【図９】図1の燃料システムの例示的な配置構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
【００１１】
乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）ガスタービンシステムは、例えばＨ2含有量が５％未満の合成ガスのような燃料及び天然ガス燃料を使用することが多い。Ｈ2含有量の高い（５％超）燃料（以下、Ｈ2ブレンドガスという。）の使用は、燃料システムの配管及びマニホルド内での望ましくない燃焼の危険性を増大させる。以下に説明するシステム及び方法は、ガスタービンシステム運転モードの範囲全体にわたってＨ2ブレンドガス及び天然ガスを安全に使用するのを可能にするＤＬＮシステムを含む。
【００１２】
図１は、燃料システム１００の例示的な実施形態を示している。図１は、点火モードにおける燃料システム１００の実施例を示しており、以下に詳細に説明する。システム１００は、複数のポートを有することができる１つ又はそれ以上の燃料ノズル１１０を含む。この図示した実施形態では、ポートは、一次内側ポート１０１、一次外側ポート１０３、トランスファポート１０５及び二次／パイロットポート１０７を含む。ポートは各々、そのポートにガスを導く関連するマニホルドに連結される。マニホルドは、一次内側マニホルド１０２、一次外側マニホルド１０４、トランスファマニホルド１０６及び二次マニホルド１０８を含む。圧縮機吐出空気（ＣＰＤ）１１３を圧縮機タービン（図示せず）から受け、圧縮機吐出空気（ＣＰＤ）１１３は、ＣＰＤマニホルド１１４を介してシステム１００に送給される。ＣＰＤ空気１１３は、燃料ノズル１１０を冷却するために使用されかつマニホルドをパージするために使用される。例えば天然ガスを含むことができる第１のガス供給源１２０は、第１のガスを第１のガス供給マニホルド１２４を介して燃料ノズル１１０に供給する。システム１００は、不活性ガスバッファ１１６及び１１８を含む。不活性ガスバッファは、不活性ガス供給源（図示せず）から例えばＮ2又はＣＯ2のような不活性ガス１２３を受ける。不活性ガスバッファ１１６及び１１８は、ＣＰＤ１１３ガスを第２のガス供給源１２２から受けたガスと分離するために使用することができる。第２のガスは、第２のガス供給マニホルド１２６を介して燃料ノズル１１０に供給される。システム１００は、幾つかの停止バルブ及び流量制御バルブを含み、流量制御バルブは、システム１００内のガスの流量を制御する。
【００１３】
図１は、点火モードにおけるシステム１００の配置構成の実施例を示している。陰影付き（黒塗り）バルブは、閉鎖位置にあるバルブを表しており、一方、陰影なし（白抜き）バルブは、開放位置にあるバルブを表している。この関連で、ＶＳ４−１、ＶＳＲ−１及びＶＧＣ−１バルブは、開放していて、一次外側ポート１０３が一次外側マニホルド１０４を介して第１のガス供給源１２０からガスを受けるのを可能にする。ＶＡ１３−１３、ＶＡ１３−１４、ＶＡ１３−３及びＶＡ１３−４バルブは、開放していて、一次内側ポート１０１及びトランスファポート１０５がＣＰＤ空気１１３を受けるのを可能にする。ＶＧＣ−２バルブは、閉鎖されて、二次ポート１０７を隔離する。
【００１４】
図２は、「リーン−リーン（希薄−希薄）」燃料運転モードにおけるシステム１００の配置構成の実施例を示している。ＶＧＣ−２バルブは、開放していて、ガスを第１のガス供給源１２０から二次マニホルド１０８を介して二次／パイロットポート１０７に送る。
【００１５】
図３は、トランスファポート１０５が燃料を受けている場合におけるシステム１００の配置構成の実施例を示している。この図示した実施例では、ＶＡ１３−３及びＶＡ１３−４バルブは、閉鎖されていて、トランスファマニホルド１０６へのＣＰＤ１１３ガスの流れを停止しているが、ＶＡ１３−１６バルブは、ベントに開放されている。ＶＧＣ−３バルブは、開放されて、第１のガス供給源１２０からのガスがトランスファマニホルド１０６を介してトランスファポート１０５に流れるのを可能にする。ＶＧＣ−１バルブは、閉鎖されていて、燃料が一次外側ポート１０３に流れるのを阻止している。
【００１６】
図４は、システム１００が第１のガス供給源１２０及び第２のガス供給源１２２から燃料を受けかつ一次外側ポート１０３を介してブレンド燃料を出力するように準備している該システム１００の配置構成の実施例を示している。ＶＧＣ−１バルブは、開放されていて、第１のガス供給源１２０からの燃料が一次外側ポート１０３に流れるのを可能にしている。ＶＧＣ−３バルブは、閉鎖されていて、第１のガス供給源１２０からの燃料がトランスファポート１０５に流れるのを阻止している。ＶＡ１３−３及びＶＡ１３−４バルブは、開放されていて、またＶＡ１３−１６バルブは、閉鎖されて、ＣＰＤ１１３ガスがトランスファポート１０５に流れるのを可能にする。
【００１７】
図５は、システム１００が一次外側ポート１０３を介してブレンド燃料を出力するように準備している該システム１００の配置構成の実施例を示している。この図示した実施例では、ＶＡＨ１−５バルブは、開放される。ＶＡＨ１−５バルブを開放することにより、不活性ガス１２３が不活性ガスバッファ１１８を通りかつＶＡ１３−１７バルブを介してベントに流れることが可能になる。不活性ガスバッファ１１８を通る不活性ガス１２３の流れは、例えば気体燃料又はＣＰＤ空気１１３のようなあらゆる非不活性ガスの不活性ガスバッファをパージする。ＶＡＨ１−１バルブは、開放されて、ＶＡ１３−２２バルブを介してベントされる不活性ガス１２３で第２のガス供給マニホルド１２６をパージする。ＶＡ１３−２０バルブは閉鎖され、またＶＳ４−１１バルブは開放される。
【００１８】
図６は、一次外側ポート１０３が第１及び第２のガス供給源１２０及び１２２から燃料のブレンドを受けている場合におけるシステム１００の配置構成の実施例を示している。この図示した実施例では、ＶＡ１３−１７バルブは閉鎖され、また不活性ガス１２３は、ＣＰＤ空気１１３、第１のガス１２０及び第２のガス１２２よりも高い圧力に維持される。不活性ガス１２３のより高圧は、非不活性ガスが不活性ガスバッファ１１８に流入するのを阻止して、第２のガス供給源１２２を非不活性ガスから安全に隔離する。ＶＳＲ−１１及びＶＧＣ−１１バルブは、開放されて、第２のガス供給源１２２からの燃料が第１のガス供給源１２０からの燃料と混合しかつ一次外側ポート１０３に流れるのを可能にする。
【００１９】
図７は、システム１００が一次内側ポート１０１を介してブレンド燃料を出力するように準備している該システム１００の配置構成の実施例を示している。ＶＡ１３−１７バルブは、開放されて、ＶＡ１３−１７バルブを介してベントされる不活性ガス１２３で不活性ガスバッファ１１８がパージされるのを可能にする。ＶＡ１３−３及びＶＡ１３−４バルブは、閉鎖されて、ＣＰＤ空気１１３が一次内側マニホルド１０２を通って流れるのを阻止する。ＶＡＨ１−３及びＶＡ１３−１５バルブは、開放されて、ＶＡ１３−１５バルブを介してベントされる不活性ガス１２３で不活性ガスバッファ１１８をパージする。ＶＡＨ１−２バルブは、開放されて、不活性ガス１２３で一次内側マニホルド１０２及び一次内側ポート１０１をパージする。
【００２０】
図８は、一次内側ポート１０１が第１及び第２のガス供給源１２０及び１２２から燃料のブレンドを受けている場合におけるシステム１００の配置構成の実施例を示している。ＶＡ１３−１５バルブは、閉鎖されて、不活性ガス１２３で不活性ガスバッファ１１６を加圧する。ＶＡＨ１−２バルブは、閉鎖される。ＶＧＣ−４バルブは、開放されて、第１のガス供給源１２０からの燃料が一次内側マニホルド１０２に流れるのを可能にする。ＶＳ４−１２及びＶＧＣ−１２バルブは、開放されて、第２のガス供給源１２２からの燃料が一次内側マニホルド１０２に流れかつ第１のガス供給源１２０からの燃料と混合するのを可能にする。混合かつブレンド燃料は、一次内側ポート１０１に流れる。
【００２１】
図９は、システム１００が「トリップ」つまり保護モードにある場合における該システム１００の配置構成の実施例を示している。この図示した実施例では、ベントバルブＶＡ１３−３１及びＶＡ１３−２７を含むベントバルブは、開放される。不活性ガス１２３の流れを制御する、バルブＶＡＨ１−４を含むバルブは、開放されて、不活性ガス１２３がポート１０１及び１０３を通してパージしかつベントし、また不活性ガスバッファ１１６及び１１８からパージしかつベントするのを可能にする。燃料及びＣＰＤ空気１１３の流れを制御するバルブは、閉鎖される。
【００２２】
限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２３】
１００  燃料システム
１０１  一次内側ポート
１０２  一次内側マニホルド
１０３  一次外側ポート
１０４  一次外側マニホルド
１０５  トランスファポート
１０６  トランスファマニホルド
１０７  二次／パイロットポート
１０８  二次マニホルド
１１０  燃料ノズル
１１３  圧縮機吐出空気（ＣＰＤ）
１１４  ＣＰＤマニホルド
１１６  不活性ガスバッファ
１１８  不活性ガスバッファ
１２０  第１のガス供給源
１２２  第２のガス供給源
１２３  不活性ガス
１２４  第１のガス供給マニホルド
１２６  第２のガス供給マニホルド
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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