(57)【要約】  本発明は、ガスタービン（４０）の動作方法、ガスタービン（４０）の始動および／または動作調節装置（６０）、および発電プラント（４２）に関する。ガスタービンの始動中、燃料切換えの際、かつ／または負荷遮断の際に、燃料システム（１３）の供給圧力が比較的低くても、ガスタービン（４０）の信頼性が高い動作が可能となるように、燃料システム（１３）の供給圧力に比べて圧力が実質的に増大した容積燃料（ＢＶ）を使用し、必要に応じて、前記燃料（Ｂ）の圧力を増大させるために、その容積燃料（ＢＶ）を燃料システム（１３）から抽出された燃料（Ｂ）に短期間送る。比較的高い燃料圧力を実現することによって、パイロット火炎を、必要な動作状況において安定して燃焼させることが可能となる。燃料システム（１３）によって継続して利用できる供給圧力が比較的低い場合でも、熱音響振動、および消炎をも回避することができる。
2013545022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定ガスタービン（４０）の動作方法であって、
−  燃料ネットワーク（１３）から燃料（Ｂ）を継続して抽出する段階と、
−  前記ガスタービン（４０）の少なくとも１つの燃焼室（４６）内で、燃焼空気を加えながら前記燃料（Ｂ）を燃焼させる段階と
を含む、前記方法において、
前記燃焼室（４６）に供給される燃料流（ＢＳ）を一時的に増大させるために、容積燃料（ＢＶ）が燃料貯蔵部（３０）から抽出され、前記燃焼室（４６）にこれから供給される前記燃料（Ｂ）に供給されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
燃料流（ＢＳ）の一時的な増大が、
−  前記ガスタービン（４０）の始動中、
−  燃料切替えの際、および／または
−  負荷遮断の際、もしくはその直後
に実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記容積燃料（ＢＶ）が、前記燃料ネットワーク（１３）から抽出された前記燃料（Ｂ）よりも高圧である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記容積燃料（ＢＶ）の圧力が、前記燃料ネットワーク（１３）の供給圧力よりも２から４倍高い、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記燃焼室に、したがってまた前記ガスタービン（４０）の１または複数のパイロットバーナに供給されるパイロット燃料流（ＢＳ）を一時的に増大させるために、前記燃料貯蔵部（３０）から抽出された前記容積燃料（ＢＶ）が、前記燃焼室（４６）にこれから供給されるパイロット燃料（Ｂ）に供給される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
動作中、前記ガスタービン（４０）が、送電グリッドに接続された発電機（５２）を駆動し、負荷遮断が、前記発電機（５２）によって得られる電力が突然低減した結果として、または前記発電機（５２）が前記送電グリッドから分離した結果として生じる、請求項５、および請求項２、３または４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記負荷遮断が、計画的でないか、またはシミュレートされたものである、請求項２から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記燃料ネットワーク（１３）から抽出され、かつ比較的高圧の容積燃料（ＢＶ）が、前記燃料貯蔵部（３０）に供給される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料貯蔵部（３０）が、前記燃料（Ｂ）の種類とは異なり、好ましくはガス容器に供給された容積燃料（ＢＶ）を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記容積燃料（ＢＶ）が、これから供給される前記燃料（Ｂ）よりも反応性がかなり高い種類のものである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記容積燃料（ＢＶ）が、アセチレンもしくは水素を主に有するか、またはアセチレンもしくは水素で完全に構成される、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
固定ガスタービン（４０）の動作調節装置（６０）であって、
−  追加の燃料要求、またはガス供給圧力不足を表す信号を供給することができる入力（Ｅ）を有し、
−  その信号によって作動要素（２８）を制御し、それによって燃料貯蔵部（３０）から抽出することができる容積燃料（ＢＶ）を燃料（Ｂ）に供給することができる出力（６２）を有し、
−  前記入力信号に応じて前記出力信号を制御するユニットを有する、
装置（６０）。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を実行する、請求項１２に記載の装置（６０）。
【請求項１４】
少なくとも１つの燃焼室（４６）、および１つの圧縮機（４４）を有する固定ガスタービン（４０）を備え、前記燃焼室（４６）に、前記圧縮機（４４）によって供給された燃焼空気と、燃料ネットワーク（１３）から継続して抽出することができる燃料（Ｂ）とを供給することができる発電プラント（４２）において、
容積燃料（ＢＶ）を充填することができる燃料貯蔵部（３０）が設けられ、前記容積燃料（ＢＶ）を、前記燃料ネットワーク（１３）から継続して抽出することができる前記燃料（Ｂ）に供給することができる手段が設けられることを特徴とする、発電プラント（４２）。
【請求項１５】
前記手段が、前記燃料貯蔵部（３０）をライン部分（１８）に接続するライン（２６）を備え、前記ライン（２６）に、前記ライン（２６）を開閉するための作動要素（２８）が配置される、請求項１４に記載の発電プラント（４２）。
【請求項１６】
前記燃料ネットワーク（１３）から継続して抽出することができる前記燃料（Ｂ）を供給することができ、かつ前記燃料貯蔵部（３０）から抽出することができる前記容積燃料（ＢＶ）をポンプ流体として供給することができる少なくとも１つのジェットポンプ（３８）を有し、前記ジェットポンプ（３８）がそれぞれ、前記ガスタービン（４０）の少なくとも１つのバーナの出口側に接続される、請求項１５に記載の発電プラント（４２）。
【請求項１７】
請求項１２または１３に記載の装置（６０）を有する、請求項１４、１５、または１６に記載の発電プラント（４２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
−  燃料ネットワークから気体燃料を継続して抽出する段階と、
−  ガスタービンの少なくとも１つの燃焼室内で、燃焼空気を加えながら燃料を燃焼させる段階と
を含む、固定ガスタービンの動作方法に関する。本発明はまた、ガスタービンの動作調節装置に関する。最後に、本発明は、少なくとも１つの燃焼室、および１つの圧縮機を有するガスタービンを備える発電プラントであって、その燃焼室に、圧縮機によって供給される燃焼空気、および燃料ネットワークから継続して抽出することができる燃料を供給することができる、発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
多種多様な固定ガスタービン、およびガスタービンの動作方法が、利用可能な従来技術から知られている。電気エネルギーを生成するために使用される最新構成のガスタービンは、一般に軸流圧縮機、１つまたは複数の燃焼室、およびタービンユニットを有する。動作中、燃焼室に供給された燃料が、圧縮機によって圧縮された周囲空気とともに燃焼して高温ガスを生成し、この高温ガスは、タービンユニット内の、ガスタービンのロータの所で膨張し、その間に仕事が行われる。次いで、このロータが発電機を駆動し、この発電機によって機械エネルギーが電気エネルギーに低損失で変換され、前記電気エネルギーが送電グリッドに送られる。
【０００３】
ガスタービンが始動すると、そのロータは、駆動装置を用いて点火回転速度まで加速し、その後、パイロット燃料流を燃焼室に送り込むことによって、前記燃焼室が点火される。その後、パイロット火炎によってメイン燃料流が点火され、このメイン燃料流もやはり、別個のバーナおよび／または燃料ノズルを介して燃焼室に注入される。それと同時に、駆動装置がロータから切り離される。その後、ロータは、燃焼中に生成される高温ガスだけによって駆動される。ガスタービンの始動工程は、動作回転速度、通常は３０００ｒｐｍまたは３６００ｒｐｍであるが、この速度に達すると終了する。その後、発電機を送電グリッドのグリッド周波数と同期させ、そこに接続することができる。
【０００４】
パイロット燃料およびメイン燃料の、対応するバーナまたはノズルへの供給は、別個に動作するラインシステムを介して行われ、これらのラインシステムに配置された弁によって、それぞれに供給される燃料の容量、およびその圧力を調整することができる。
【０００５】
本明細書では、燃料として、液体燃料、および気体燃料のどちらをも使用する。燃焼室内で特に効率良く、かつ低排気で燃焼を行うために、メイン燃料質量流の燃焼を、パイロット火炎によって継続的に補助することが知られている。パイロット燃料として、燃焼ガス、例えば天然ガスがしばしば使用される。
【０００６】
大量の電気エネルギーを生成するために大量の燃料が必要となるため、ガスタービンの燃料ラインシステムは、比較的長期間にわたって必要量の燃料を恒久的に抽出することができる燃料ネットワークに接続されることが多い。適切である場合には、燃料ネットワークの供給圧力を、ガスタービンの信頼性が高い動作を確実にすることができる、より高いレベルまで確実に増大させるために、追加のガス圧縮機が、燃料ネットワークと、燃料ラインシステムとの間に接続される。本明細書では、燃焼室への送込みに必要となる燃料圧力は、ガスタービンの圧縮機によって生じる圧力比よりも高い。したがって、燃料がやはり実際に燃焼室に流れ込むように、圧力勾配が設定される。燃料ネットワークによって実現される供給圧力、または追加のガス圧縮機によって送出される供給圧力は、圧縮機によって生じる圧力比よりもかなり高くなることさえあり、これは特に、ロータが動作回転速度まで加速する間、また、負荷遮断の際に、メイン火炎を安定させ、かつ望ましくない熱音響振動、および消炎を確実に防止するために、非常に大量のパイロット燃料が必要となるからである。予混合火炎を生成するパイロットバーナ、いわゆる予混合パイロットバーナは、比較的小さいガス出口孔をさらに有し、そのため、必要となるパイロットガス質量流に達するために、既に高いガス供給圧力をさらに増大させる必要が生じる。このことは、燃料ネットワークの供給圧力が低い場合でも、効率の良い動作を可能とするという要件に相反する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、ガスタービンの動作方法、ガスタービンの動作調節装置、および発電プラントを提供することであり、本方法、および本装置によって、燃料ネットワークの供給圧力が、ガスタービンの圧縮機によって生じることができる最大圧力比を僅かに上回るだけの最小供給圧力の場合でも、信頼性の高い動作が確実になる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ガスタービンの動作方法を対象とした目的は、請求項１の特徴部に記載の方法によって達成される。装置を対象とした目的は、請求項１２の特徴部に記載の装置によって達成される。発電プラントを対象とした目的に関しては、前記目的は、請求項１４の特徴部に記載の発電プラントによって達成される。
【０００９】
これらの解決策は全て共通して、本明細書で提案する本発明では、始動時、燃料切替え時、負荷遮断時など、特別な動作状態の間だけ一時的に燃料圧力を増大させて、または燃料質量流を増大させて、燃料貯蔵部、例えば収集タンクから供給するという概念、および燃料ネットワークから抽出される燃料を、必要に応じて圧力を増大させた形で燃料貯蔵部に供給するという概念に基づく。本発明による方法の実施においては、同一の気体燃料だけを合流させることが好ましい。当初の概算で、１００ＭＷから４００ＭＷの間の電力を出力することができる固定ガスタービンの場合でも、約１ｍ３〜３ｍ３のタンク寸法が、対応する圧力で必要となる燃料量を貯蔵するのに適切であることが判明している。燃料貯蔵部内の圧力を高めるには、低送出量の簡単なガス圧縮機が適しており、その理由は、一般に燃料貯蔵部を充填するのに十分な時間を使用することができるからである。かかるガス圧縮機は、動作中、恒久的に高圧レベルで全燃料質量流を供給し続けなければならない燃料圧縮機よりも遙かに安価であり、かつ信頼性が高い。
【００１０】
従来技術から既知の従前の手法とは異なり、本発明を用いると、燃料ネットワークの供給圧力が比較的低くても、ガスタービンを安全に、かつ信頼性が高く動作させることが可能となる。「始動時」、「燃料切替え時」、および「負荷遮断時」の特別な動作状態中でも、特に１つまたは複数のパイロットバーナのために追加して必要となる燃料質量流が、簡単なガス圧縮機によって予めある量の容積燃料が充填された燃料貯蔵部から抽出される。本明細書では、容積燃料は、燃料ネットワークから予め抽出されていることは自明である。
【００１１】
本明細書で提案される方策によって、燃料ネットワークの供給圧力に対する要求が大幅に低減する。比較的高い燃料圧力が、高い燃料質量流量で求められる燃料圧縮機を省いた結果、第一に、かかる強力な燃料圧縮機を調達するための高い費用、およびガスタービンの動作中にこうした燃料圧縮機を動作させるのにかかる高い費用をなくすことができる。
【００１２】
有利な改良形態が、従属請求項に記載されている。
【００１３】
第１の有利な方法の特徴によれば、燃料貯蔵部内の容積燃料は、燃料ネットワークの供給圧力よりも高圧である。容積燃料の圧力は、燃料ネットワークの供給圧力よりも２から４倍高いことが好ましい。したがって、必要に応じて、容積燃料を遅延なく、適切な量で、燃焼室内で燃焼させるように確実に供給することができる。上記を達成するために、燃料圧縮機によって、ガスタービンの動作中、かつ／または休止段階中に、燃料を燃料ネットワークから抽出し、燃料貯蔵部に貯蔵することが可能である。したがって、燃料貯蔵部を充填するために使用できる時間が適切に長期間であるので、比較的低電力の燃料圧縮機を使用することが可能である。
【００１４】
さらに、本方法によって、燃焼室に供給され、したがってガスタービンのパイロットバーナ、または複数のパイロットバーナにもやはり供給されるパイロット燃料流を一時的に増大させるために、燃料貯蔵部から抽出された容積燃料が、燃焼室にこれから供給されるパイロット燃料に供給されることになる。このようにすると、特に、望ましくなく、不安定な燃焼状態を回避することができる。
【００１５】
燃料ネットワークから抽出することができる燃料ではなく、別の種類の燃料を容積燃料として燃料貯蔵部に供給する場合、この燃料貯蔵部に、好ましくは１つまたは複数のガス容器の形を設けることが可能である。こうすることによって、燃料圧縮機を使用する必要がなくなる。さらに、異なる種類の燃料を用い、その燃料が供給される燃料よりも反応性が高い場合、供給される燃料の燃焼をさらに向上させることができる。上記によって、燃焼効率が増し、それによって一般に必要となる熱入力、すなわち火力が低減する。天然ガスまたは合成ガスが、気体燃料として通常使用されるので、反応性がより高い燃料とは、例えば水素またはアセチレンである。反応性は、着火遅延時間がより短くなることによって説明することができる。燃料中における、反応性がより高い容積燃料の割合が高くなると、火炎速度が増大し、着火遅延時間が減少する。したがって、どちらの特徴変数も、水素またはアセチレンを混合することによって、かなり迅速で、かつより密な燃焼を実現することができ、したがって燃焼室内に高温ガスが滞留する所与の時間の間の燃焼の向上がもたらされることの指標となる。本明細書では、供給される全燃料流中において、反応性がより高い燃料の容量の割合が１０％から３０％であると、熱効率が増し、かつ不燃焼燃料、特に不燃焼炭化水素、および一酸化炭素の全体的な排出が低減するのにもはや適していることが判明している。後者は、メイン燃焼が、例えば負荷遮断の場合に、実際上、さらには完全に停止した場合のパイロット燃焼に特にあてはまる。それと同時に、（パイロット）燃料流の所与の質量流での熱燃焼の向上によって、燃焼時の全体的な熱音響挙動がより安定することになる。
【００１６】
エネルギー生成のために使用されるガスタービンの場合、ガスタービンのロータは、好ましくは、動作中に発電機に結合され、この発電機は、送電グリッドに接続される。本願の例では、負荷遮断とは、発電機によって得られる電力が突然低減すること、さらには発電機が送電グリッドから分離すること、すなわち発電機によって得られる電力が突然０になることを意味すると理解されたい。かかる負荷遮断は、通常は計画的なものではなく、したがって故障の場合にのみ生じる。また、ガスタービンの商業運転を開始する前に、そのガスタービンの信頼性が高く、かつ安全な動作を保証することができるように、かかる負荷遮断を固定ガスタービンの試運転中にシミュレートすることも可能である。
【００１７】
本発明によれば、上述の方法、およびその好ましい実施形態を実行するために、ガスタービンの動作調節装置が提供され、前記装置は、
−  特別な動作状態において、追加の燃料要求、および／またはガス供給圧力不足を表す信号を供給することができる入力と、
−  その信号によって作動要素を制御し、それによって燃料貯蔵部から抽出することができる容積燃料を燃料に供給することができる出力と、
−  入力信号に応じて出力信号を制御するユニットと
を備える。本発明によれば、発電プラントは、少なくとも１つのガスタービン、および容積燃料を充填することができる燃料貯蔵部を備え、その容積燃料を、燃料ネットワークから継続して抽出することができる燃料に供給することができる手段も備える。
【００１８】
上述の手段は、好ましくは燃料貯蔵部をライン部分に接続するラインを備え、このラインには、そのラインを開閉するための作動要素が配置されている。合流した燃料流の圧力衝撃を防止するために、燃料ラインシステムに少なくとも１つのジェットポンプを設けることが可能であり、このジェットポンプには、燃料ネットワークから継続して抽出することができる燃料をポンプ媒体として供給することができ、また、このジェットポンプには、燃料貯蔵部から抽出することができる容積燃料をポンプ流体として供給することができ、これらのジェットポンプはそれぞれ、ガスタービンの少なくとも１つのバーナの出口側に接続される。
【００１９】
図面に示す例示的な実施形態に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】発電プラントの燃料供給システムの第１の例示的な実施形態を示す図である。
【図２】ジェットポンプを有する、発電プラントの燃料供給システムの代替実施形態を示す図である。
【図３】反応性がより高い容積燃料用のガス容器から形成された燃料貯蔵部を有する、発電プラントの燃料供給システムのさらなる代替実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、ガスタービン４０を有する発電プラント４２を示す。前記ガスタービンは、軸型構成の圧縮機４４、１つまたは複数の燃焼室４６、および同じく軸型構成のタービンユニット４８を備える。ガスタービン４０の動作中、周囲空気が、圧縮機４４によって吸気ライン５０を介して吸引され、圧縮された圧縮機出口空気として燃焼室４６に送られる。パイロット燃料流、およびメイン燃料流のどちらも、１つまたは複数のバーナまたは段を介して燃焼室４６に供給され、圧縮された周囲空気とともに燃焼して高温ガスを生成し、この高温ガスは、タービンユニット４８内の、ガスタービン４０のロータ５１の所で膨張し、その間に仕事が行われる。前記ロータは、そこに結合された発電機５２を駆動して、電気エネルギーを生成する。
【００２２】
発電プラント４２のガスタービン４０は、燃料供給システム１０を介して燃料ネットワーク１３に接続されている。燃料ネットワーク１３は、ガスタービン４０を定格負荷で恒久的に動作させるために必要な量の気体燃料を送出することが可能である。詳細には、燃料供給システム１０は、図示していないさらなる構成要素は別として、第１の燃料ライン１２を備え、その入口は、燃料ネットワーク１３に接続されている。第１の弁１４が、安全遮断装置として、第１の燃料ライン１２に配置されている。第１の弁１４の下流で、第１の燃料ライン１２は、２つのライン部分１６、１８に分岐している。第１のライン部分１６は、メイン燃料供給システムの一部であり、第２の弁２０に達し、この第２の弁２０によって、ガスタービン４０に達するメイン燃料質量流の容量を調整することができる。第２のライン部分１８は、パイロット燃料供給システムの一部であり、第１の逆止め弁２２を介して第３の弁２４に達し、この第３の弁２４によって、ガスタービン４０のパイロットバーナに送ることができるパイロット質量流の容量を調整することができる。
【００２３】
逆止め弁２２下流の送込み点２７で、さらなる燃料ライン２６がライン部分１８に流入している。遮断弁２８、および圧力低減ユニット２９が、前記さらなる燃料ライン２６に設けられている。燃料ライン２６の流入側端部は、燃料貯蔵部３０に接続されており、この燃料貯蔵部３０は、燃料タンクとして、例えば２ｍ３の容量を備える。燃料は、燃料ネットワーク１３から供給ライン３２を介して燃料貯蔵部３０に供給することができ、この供給ライン３２には、ガス圧縮機３４、および逆止め弁３６が直列に接続され、この燃料を、特別な動作状態において容積燃料ＢＶとして使用することができる。圧力低減ユニット２９を使用することによって、遮断弁２８を開いた際の圧力変動を補償しやすくなる。
【００２４】
図２に示す燃料供給システム１０の代替実施形態では、前記燃料供給システムは、送込み点２７ではなく、ジェットポンプ３８を有し、ここでは、ライン部分１８を比較的低い圧力で流れる燃料Ｂの全体圧力を増大させるために、燃料貯蔵部３０内に貯蔵することができるある量の容積燃料ＢＶをポンプ流体として、ライン２６、およびそこに配置された弁２８を介して前記ジェットポンプに供給することができる。
【００２５】
ガスタービン４０の始動中、燃料切替え中、および／または負荷遮断中に、ガスタービン４０の燃焼室４６内で行われる燃焼の安定化に関して、図１および図２に示す２つの実施形態は、以下で説明するように同様に動作する。
【００２６】
ガスタービンの始動前、または燃料貯蔵部３０から容積燃料ＢＶを抽出した後、ガス圧縮機３４は、燃料貯蔵部３０に容積燃料ＢＶを（再）充填するように動作する。ここで、燃料貯蔵部３０内に貯蔵された容積燃料ＢＶは、予め規定された比較的高い圧力、すなわち燃料ネットワーク１３の供給圧力よりも数倍、例えば３倍高い圧力、または圧縮機４４によって生じることができる最大圧力比よりも高い圧力にある。
【００２７】
ガスタービン４０の始動中、そのロータ５１は、回転装置（図示せず）によって、または発電機５２によって点火回転速度まで加速する。その後、少なくとも弁１４、２４が開き、パイロット火炎が点火され、したがって燃焼室４６内で燃焼が行われる。その後、第２の弁２０が開いて、メイン燃焼が開始される。その後、ロータは、燃料質量流を連続的に増大させることによって動作回転速度まで加速する。それぞれの回転速度に達した際、またはその直後に、燃料貯蔵部３０から抽出された追加の容積燃料ＢＶが、燃料ネットワーク１３から抽出されて第２のライン部分１８を流れる燃料Ｂとともに、例えばパイロットバーナを介して燃焼室４６に供給されると、この期間中に生じる燃焼不安定性は、確実に回避することができる。この場合、それぞれの回転速度を超えるまで、特に大量の燃料Ｂを、特に高い圧力で燃焼室４６に送ることができる。上記のようにパイロット燃料の量が増大するため、パイロットバーナによって生成される火炎は安定する。それと同時に、望ましくない熱音響振動、および消炎が確実に防止される。
【００２８】
弁２４の上流の第２のライン部分１８で、圧力が突然増大するのを防止するために、弁２８は、それに対応してゆっくり開かねばならない。弁２４を経由する燃料流ＢＳもやはり、その圧力が、第２のライン部分１８に行き渡った通常の供給圧力に降下するまで、燃料貯蔵部３０から送り出される。
【００２９】
負荷遮断の際には、ロータの加速が過剰な回転速度まで達するのをできる限り有効に防止するように、メインバーナの燃料弁の大部分、または全てが、直ちに、または実質的に閉じ、一方、パイロットバーナの燃料弁は、ガスタービンが継続して動作するように開いたままとなる。ガスタービン４０の試運転中に、負荷遮断を計画的であろうとなかろうと実施しなければならない場合、１つまたは複数の燃焼室４６内のパイロット火炎を安定させることが可能であり、これは、負荷遮断の際、またはその直後に、弁２８を開くことによって気体の容積燃料ＢＶが燃料貯蔵部３０から抽出され、燃料ネットワーク１３から抽出されて第２のライン部分１８を流れる燃料Ｂに供給されることになり、それによって送込み点２７下流の合流燃料流ＢＳの圧力Ｐが増大することになるからである。圧力の増大によって、燃焼室４６により多くの燃料量が流れ込むことになり、これには安定化作用がある。
【００３０】
上述の方法はまた、ガスタービン４０の動作中に燃料切替えが行われる場合にも実施することができる。燃料の切替え中、液体メイン燃料から気体メイン燃料へと、またはその逆への切替えが行われる。前記切替え工程は、約３０秒から約１８０秒続き、その間パイロット火炎を安定して燃焼させる必要があり、これは、前記期間中に追加して注入される容積燃料ＢＶによってのみ実現される。この点から、容積燃料ＢＶを燃料に追加することから生じる圧力の増大による火炎安定化動作は、短期間の間しか生じない。燃料の切替え後は、動作を通常通り、すなわち容積燃料ＢＶを追加せずに続けることができる。
【００３１】
図２による実施形態では、燃料貯蔵部３０内に貯蔵された容積燃料ＢＶは、第２のライン部分１８を流れる燃料Ｂ用のポンプ流体として動作し、この容積燃料ＢＶは、もともと燃料ネットワーク１３から抽出されたものである。燃料Ｂと、容積燃料ＢＶとの合流による燃料流ＢＳの形成は、ジェットポンプ３８内で行われ、したがって２つの燃料流ＢとＢＶとの相互作用によって、ライン部分１８のジェットポンプ３８下流に必要となる圧力増大をもたらす働きをする。ジェットポンプ３８を使用する結果、燃料貯蔵部３０をより小型に設計することができる。このようにしてもやはり、弁２８を開く間の、弁２４上流の圧力増大をかなり円滑にすることが可能となる。このようにすると、弁２８をおそらくは遙かに簡単に、したがって費用をかけずに設計することができる。適切な場合には、弁２８はまた、切替え弁として設計することができ、その場合調節弁は必要でなくなる。
【００３２】
弁２８の制御は、装置６０によって実施される。装置６０はまず、追加の燃料要求、またはガス供給圧力不足を表す信号を供給することができる入力Ｅを有する。前記信号は、好ましくはガスタービンロータ５１の現在の回転速度、ガスタービン４０の負荷状態を表す信号、または燃料切替えを表す信号である。さらに、装置６０は、その信号によって作動要素、好ましくは弁２８を制御する出力６２を備え、それによって燃料貯蔵部３０から抽出することができる容積燃料ＢＶを、第２のライン部分１８を流れる燃料Ｂに供給することができる。さらに、装置６０は、指定された方法に従い、入力信号に応じて出力信号を制御するユニットを備える。
【００３３】
図３による例示的な実施形態では、図１による例示的な実施形態とは異なり、燃料貯蔵部３０は、ガス容器の形、または複数のガス容器６４が並列に接続された電池の形である。前記ガス容器６４内には、容積燃料ＢＶとして使用される燃料が貯蔵され、この燃料は、燃料ネットワーク１３から抽出することができる燃料Ｂよりも反応性がかなり高い燃料である。例えば水素またはアセチレンが、ガス容器６４内に貯蔵される。前記燃料は、上述の応用例の容積燃料ＢＶと同様に、燃焼を向上させ、かつ燃焼の熱音響安定性を実現するために、燃料ネットワーク１３から抽出される燃料Ｂに一時的に加えることができる。
【００３４】
図１、図２、および図３に示す例示的な実施形態は、単に本発明を説明するためのものにすぎず、本発明を限定するものではなく、互いに組み合わせることもできる。したがって、特に、それぞれが１つのパイロットバーナ、および１つのメインバーナを備え、それぞれが１つまたは複数の段を有し、前記パイロットバーナが、燃料供給システム１０に接続される、複数の燃焼室４６を設けることが可能である。同様の動作状態中に、メイン火炎を安定させるために、メインバーナに、燃料貯蔵部から抽出された容積燃料ＢＶを、同様の形でさらに供給することもやはり可能であることは自明である。気体燃料を用いた例に基づいて本発明を説明してきた。しかし、気体燃料の使用は、必須ではない。本発明に従って、液体燃料を燃料供給システム１０に搬送することもやはり可能であることは自明である。液体燃料と気体燃料との組合せもやはり可能であるが、その場合、液体燃料と気体燃料との混合は、送込み点２７で、またはジェットポンプ３８内で行うのではなく、パイロット燃料とメイン燃料とに関して、気体燃料と液体燃料とを別個に供給し、すなわちパイロット燃料を気体として、メイン燃料を液体として、またはその逆の形で供給することができる。
【００３５】
発電プラント４２はまた、ロータが例示の発電機５２と同様に共通シャフトに結合された蒸気タービンユニット（詳細には説明せず）を備えることができ、その場合、前記シャフトはシャフト列とも呼ばれる。
【００３６】
したがって、全体として、本発明は、ガスタービン４０の始動方法、負荷遮断時、または燃料切替えの際のガスタービン４０の動作方法、ガスタービン４０の動作調節装置６０、および発電プラント４２について明記するものである。始動中、負荷遮断の際、または燃料切替えの際に、燃料ネットワーク１３の供給圧力が比較的低くても、ガスタービン４０の信頼性が高い動作が可能となるように、燃料ネットワーク１３の供給圧力に比べて圧力が大幅に増大した容積燃料ＢＶを設け、必要に応じて、燃料Ｂの圧力を増大させるために、その容積燃料ＢＶが燃料ネットワーク１３から抽出された燃料Ｂに一時的に供給される。比較的高い燃料圧力を実現することによって、パイロット火炎を、必要な動作状況において安定して燃焼させることができる。燃料ネットワーク１３によって恒久的にもたらされる供給圧力が比較的低い場合でも、熱音響振動、および消炎をも防止することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  燃料供給システム
１２  第１の燃料ライン
１３  燃料ネットワーク
１４  第１の弁
１６  第１のライン部分
１８  第２のライン部分
２０  第２の弁
２２  第１の逆止め弁
２４  第３の弁
２６  燃料ライン
２７  送込み点
２８  遮断弁
２９  圧力低減ユニット
３０  燃料貯蔵部
３２  供給ライン
３４  ガス圧縮機
３６  逆止め弁
３８  ジェットポンプ
４０  ガスタービン
４２  発電プラント
４４  圧縮機
４６  燃焼室
４８  タービンユニット
５０  吸気ライン
５１  ロータ
５２  発電機
６０  装置
６２  出力
６４  ガス容器
Ｂ  燃料
ＢＳ  パイロット燃料流
ＢＶ  容積燃料
Ｅ  入力
Ｐ  圧力
【図１】
2013545022.tif 000003
【図２】
2013545022.tif 000004
【図３】
2013545022.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月17日(2013.10.17)
【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】
固定ガスタービン（４０）の動作方法であって、
−  燃料ネットワーク（１３）から燃料（Ｂ）を継続して抽出する段階と、
−  前記ガスタービン（４０）の少なくとも１つの燃焼室（４６）内で、燃焼空気を加えながら前記燃料（Ｂ）を燃焼させる段階と
を含む、前記方法において、
前記燃焼室（４６）に供給される燃料流（ＢＳ）を一時的に増大させるために、容積燃料（ＢＶ）が燃料貯蔵部（３０）から抽出され、前記燃焼室（４６）にこれから供給される前記燃料（Ｂ）に供給されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
燃料流（ＢＳ）の一時的な増大が、
−  前記ガスタービン（４０）の始動中、
−  燃料切替えの際、および／または
−  負荷遮断の際、もしくはその直後
に実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記容積燃料（ＢＶ）が、前記燃料ネットワーク（１３）から抽出された前記燃料（Ｂ）よりも高圧である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記容積燃料（ＢＶ）の圧力が、前記燃料ネットワーク（１３）の供給圧力よりも２から４倍高い、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記燃焼室に、したがってまた前記ガスタービン（４０）の１または複数のパイロットバーナに供給されるパイロット燃料流（ＢＳ）を一時的に増大させるために、前記燃料貯蔵部（３０）から抽出された前記容積燃料（ＢＶ）が、前記燃焼室（４６）にこれから供給されるパイロット燃料（Ｂ）に供給される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
動作中、前記ガスタービン（４０）が、送電グリッドに接続された発電機（５２）を駆動し、負荷遮断が、前記発電機（５２）によって得られる電力が突然低減した結果として、または前記発電機（５２）が前記送電グリッドから分離した結果として生じる、請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記負荷遮断が、計画的でないか、またはシミュレートされたものである、請求項２から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記燃料ネットワーク（１３）から抽出され、かつ前記燃料ネットワークの供給圧力よりも高圧の容積燃料（ＢＶ）が、前記燃料貯蔵部（３０）に供給される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記燃料貯蔵部（３０）が、前記燃料（Ｂ）の種類とは異なり、ガス容器に供給された容積燃料（ＢＶ）を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記容積燃料（ＢＶ）が、これから供給される前記燃料（Ｂ）よりも反応性がかなり高い種類のものである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記容積燃料（ＢＶ）が、アセチレンもしくは水素を主に有するか、またはアセチレンもしくは水素で完全に構成される、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
固定ガスタービン（４０）の動作調節装置（６０）であって、
−  追加の燃料要求、またはガス供給圧力不足を表す信号を供給することができる入力（Ｅ）を有し、
−  その信号によって作動要素（２８）を制御し、それによって燃料貯蔵部（３０）から抽出することができる容積燃料（ＢＶ）を燃料（Ｂ）に供給することができる出力（６２）を有し、
−  前記入力信号に応じて前記出力信号を制御するユニットを有する、
装置（６０）。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を実行する、請求項１２に記載の装置（６０）。
【請求項１４】
少なくとも１つの燃焼室（４６）、および１つの圧縮機（４４）を有する固定ガスタービン（４０）を備え、前記燃焼室（４６）に、前記圧縮機（４４）によって供給された燃焼空気と、燃料ネットワーク（１３）から継続して抽出することができる燃料（Ｂ）とを供給することができる発電プラント（４２）において、
容積燃料（ＢＶ）を充填することができる燃料貯蔵部（３０）が設けられ、前記容積燃料（ＢＶ）を、前記燃料ネットワーク（１３）から継続して抽出することができる前記燃料（Ｂ）に供給することができる手段が設けられることを特徴とする、発電プラント（４２）。
【請求項１５】
前記手段が、前記燃料貯蔵部（３０）をライン部分（１８）に接続するライン（２６）を備え、前記ライン（２６）に、前記ライン（２６）を開閉するための作動要素（２８）が配置される、請求項１４に記載の発電プラント（４２）。
【請求項１６】
前記燃料ネットワーク（１３）から継続して抽出することができる前記燃料（Ｂ）を供給することができ、かつ前記燃料貯蔵部（３０）から抽出することができる前記容積燃料（ＢＶ）をポンプ流体として供給することができる少なくとも１つのジェットポンプ（３８）を有し、前記ジェットポンプ（３８）がそれぞれ、前記ガスタービン（４０）の少なくとも１つのバーナの出口側に接続される、請求項１５に記載の発電プラント（４２）。
【請求項１７】
請求項１２または１３に記載の装置（６０）を有する、請求項１４、１５、または１６に記載の発電プラント（４２）。
【国際調査報告】
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