(57)【要約】【課題】圧縮機と、複数の連続燃焼器を有する連続燃焼器装置と、タービンとを備えたガスタービンを運転するための方法を提供する。【解決手段】圧縮機と、複数の連続燃焼器を有する連続燃焼器装置と、連続燃焼器装置の下流のタービンとを少なくとも備えたガスタービンを運転するための方法であって、各連続燃焼器は、第１のバーナと、第１の燃焼室と、第２の燃焼器とを備えており、流入ガスを圧縮する工程と、第１のバーナに第１の燃料を混合する工程と、混合物を燃焼して、燃焼生成物を得る工程と、燃焼生成物と第２の燃料との混合物を燃焼して、燃焼生成物を得る工程と、燃焼生成物を膨張させる工程とを含み、部分負荷運転時、燃料供給を開始すると、第２の燃料流量が、最小流量まで増加され、かつ連続燃焼器の第１のバーナへの第１の燃料の流量および／または連続燃焼器装置の別の連続燃焼器への燃料の流量が減じられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（３）と、複数の連続燃焼器（７）を有する連続燃焼器装置（４）と、該連続燃焼器装置（４）の下流のタービン（５）とを少なくとも備えたガスタービン（１）を運転する方法であって、
各連続燃焼器（７）は、第１のバーナ（９）と、第１の燃焼室（１５）と、連続的に流体接続可能に配置された第２の燃焼器（１４）とを備えており、
前記方法は、
前記圧縮機（３）において流入ガスを圧縮する工程と、
前記連続燃焼器（７）の前記第１のバーナ（９）に第１の燃料（１２）を混合する工程と、
前記第１の燃焼室（１５）において前記第１の燃料（１２）と圧縮ガス（１１）との混合物を燃焼して、第１の燃焼生成物（３９）を得る工程であって、低い相対負荷においては、前記第１のバーナ（９）の下流の前記連続燃焼器（７）にさらなる燃料が噴射されず、高い相対負荷においては、前記第１の燃焼室（１５）の下流の前記連続燃焼器（７）に第２の燃料（１３）が噴射される工程と、
前記第１の燃焼生成物（３９）と前記第２の燃料（１３）との混合物を燃焼して、第２の燃焼器燃焼生成物（１９）を得る工程と、
前記タービン（５）において前記燃焼生成物（１９）を膨張させる工程と、
を含む方法であって、
前記ガスタービン（１）の部分負荷運転時、前記第２の燃料（１３）の燃料供給を開始すると、第２の燃料流量が、最小流量まで増加され、かつ同じ連続燃焼器（７）の前記第１のバーナ（９）への前記第１の燃料（１２）の流量および／または前記連続燃焼器装置（４）の少なくとも１つの別の連続燃焼器（７）への燃料（８）の流量が、前記ガスタービン（１）への前記燃料（８）の全質量流量が実質的に一定になるように減じられる、ことを特徴とする、ガスタービンを運転する方法。
【請求項２】
前記第１の燃焼器燃焼生成物（３９）と前記第２の燃料（１３）との混合物を燃焼する前に、前記第１の燃焼器燃焼生成物（３９）に希釈ガス（１７）を混合する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２の燃料（１３）の流量が開始される同じ連続燃焼器（７）における上流の前記第１のバーナ（９）への前記第１の燃料（１２）の流量が減らされる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
第２の燃料の流量が開始される前記連続燃焼器（７）の少なくとも１つの隣接する連続燃焼器（７）への前記第１の燃料（１２）の流量が減らされる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
複数の連続燃焼器（７）への前記第２の燃料（１３）の流量は同時に開始される、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記連続燃焼器装置（４）の前記連続燃焼器（７）全てへの前記第２の燃料（１３）の流量は同時に開始され、かつ前記連続燃焼器装置（４）の前記第１のバーナ（９）全てへの前記第１の燃料（１２）の流量は同時に減らされる、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記連続燃焼器（７）への前記第２の燃料流量（１３）は、前記ガスタービン負荷、該負荷を示す温度および前記負荷を示す圧力の少なくとも１つに応じて、個別の連続燃焼器（４）に対して連続的に、または連続燃焼器（７）のグループに対して開始される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第２の燃料（１３）の流量の開始によって減少した、同じ連続燃焼器（７）の前記第１のバーナ（９）への前記第１の燃料（１２）の流量および／または少なくとも１つの別の連続燃焼器（７）への前記燃料流量が増やされ、前記第２の燃料（１３）の流量の開始前の前記燃料流量に戻され、次いで、隣接する連続燃焼器（７）または隣接する連続燃焼器（７）のグループへの前記第２の燃料（１３）の流量が開始される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第２の燃料（１３）の流量の開始によって減少した、同じ連続燃焼器装置の前記第１のバーナ（９）への前記燃料流量および／または少なくとも１つの別の連続燃焼器（７）への前記燃料流量が増やされ、前記第２の燃料（１３）の流量の開始前の前記燃料（８）の流量に戻された後、前記第２の燃料（１３）の流量は、前記ガスタービンの前記負荷を制御するために増加して前記最小流量を上回る、請求項６から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の燃料（１３）のスイッチオフは、逆の順序で行われる、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
全ての第１のバーナ（９）および第２の燃料噴射（１３）が作動させられた後、前記連続燃焼器（７）への全燃料流量が変わらないように、少なくとも１つの第１のバーナ（９）への前記燃料流量は増やされ、前記連続燃焼器装置（４）の少なくとも別の第１のバーナ（９）への前記燃料流量を上回り、かつ前記連続燃焼器の前記第１のバーナ（９）への燃料流量が増加されている前記連続燃焼器の前記第２の燃料噴射（１３）への前記燃料流量は、前記連続燃焼器装置（４）の少なくとも別の第２の燃料噴射（１３）への前記燃料流量に比べて減らされる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
圧縮機（３）と、複数の連続燃焼器（７）を有する連続燃焼器装置（４）と、前記連続燃焼器装置（４）の下流のタービン（５）とを少なくとも備えるガスタービン（１）であって、
各連続燃焼器（７）は、第１の燃料噴射（１２）を有する第１のバーナ（９）と、第１の燃焼室（１５）と、第２の燃料噴射（１３）を有する第２の燃焼器（１４）と、連続的に流体接続可能に配置された第２の反応域（２１）と、燃料を前記第１の燃料噴射（１２）および前記第２の燃料噴射（１３）に供給する燃料分配システムとを備えており、
該燃料分配システムは、前記第１の燃料噴射（１２）に燃料を供給するための、燃料制御弁（２３，２４，２７）と燃料環状主管（３０，２５，２６）とを備えており、
前記第１の燃料噴射（１２）へ燃料を供給するための前記燃料制御弁（２３，２４，２７，３６）の下流において、前記第２の燃料噴射（１３）への少なくとも１つの供給ラインが分岐しており、かつ前記第２の燃料噴射（１３）への前記供給ラインに、第２の燃料制御弁（２８，３３，３４，３８）が配置されている、ことを特徴とするガスタービン（１）。
【請求項１３】
前記連続燃焼器装置（４）は、
第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管（２５）に接続された第１のバーナ（９）の第１のグループと、
第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管（２６）に接続された第１のバーナ（９）の第２のグループと、
第１の連続グループ燃料環状主管（３１）に接続された第２の燃料噴射器（１３）の第１のグループと、
第２の連続グループ燃料環状主管（３２）に接続された第２の燃料噴射器（１３）の第２のグループとを備え、
前記第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管（２５）への供給ラインに、第１のバーナグループ燃料制御弁（２３）が配置されており、
前記第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管（２６）への供給ラインに、第２のバーナグループ燃料制御弁（２４）が配置されており、
前記第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁（２３）の下流で、前記第１の連続グループ燃料環状主管（３１）用の供給ラインが分岐されており、かつ該分岐ラインに第１の連続グループ燃料制御弁（３３）が配置されており、
前記第２の、第１のバーナグループ燃料制御弁（２４）の下流で、前記第２の連続グループ燃料環状主管（３２）用の供給ラインが分岐されており、かつ該分岐ラインに第２の連続グループ燃料制御弁（３４）が配置されており、
１つの連続燃焼器（７）において、前記第１のバーナ（９）の前記第１のグループの１つの第１のバーナ（９）の下流に、前記第２の燃料噴射器（１３）の前記第１のグループの各第２の燃料噴射器（１３）が配置されている、請求項１２記載のガスタービン（１）。
【請求項１４】
前記連続燃焼器装置（４）は、
第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管（２５）に接続された第１のバーナ（９）の第１のグループと、
第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管（２６）に接続された第１のバーナ（９）の第２のグループと、
第１の連続グループ燃料環状主管（３１）に接続された第２の燃料噴射器（１３）の第１のグループと、
第２の連続グループ燃料環状主管（３２）に接続された第２の燃料噴射器（１３）の第２のグループとを備え、
前記第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管（２５）への供給ラインに、第１のバーナグループ燃料制御弁（２３）が配置されており、
前記第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管（２６）への供給ラインに、第２のバーナグループ燃料制御弁（２４）が配置されており、
前記第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁（２３）の下流で、前記第１の連続グループ燃料環状主管（３１）用の供給ラインが分岐されており、かつ該分岐ラインに第１の連続グループ燃料制御弁（３３）が配置されており、
前記第２の、第１のバーナグループ燃料制御弁（２４）の下流で、前記第２の連続グループ燃料環状主管（３２）用の供給ラインが分岐されており、かつ該分岐ラインに第２の連続グループ燃料制御弁（３４）が配置されており、
１つの連続燃焼器（７）において、前記第１のバーナ（９）の前記第２のグループの１つの第１のバーナ（９）の下流に、前記第２の燃料噴射器（１３）の前記第１のグループの各第２の燃料噴射器（１３）が配置されている、請求項１２記載のガスタービン（１）。
【請求項１５】
前記燃料制御弁（２３，２４，２５，３７）の下流において分岐した供給ラインに、単一の噴射器燃料制御弁（３７）を有する燃料供給部（１０）とともに、前記連続燃焼器装置（４）の各第２の燃料噴射器（１２）が接続されている、請求項１２記載のガスタービン（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続燃焼器装置を備えたガスタービンを運転する方法に関する。さらに、本発明は、その方法を実施するように適合した燃料分配システムを備えたガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
風または太陽光などの非定常な再生可能資源による発電量が増加したため、電力需要のバランスを取り、かつ送電網を安定化させるために、既存のガスタービンをベースとする発電プラントがますます使用されている。このため、改善された運転柔軟性が必要とされている。このことは、ガスタービンは、ベース負荷設計点よりも低い負荷で、すなわち低い燃焼器入口温度および低い燃焼温度で作動していることが多いことを示唆している。
【０００３】
同時に、排出限界値および全排出量許容値はより厳しくなっており、そのため、部分負荷運転時および過渡現象時も、それらが累積排出限界に関して重要であることから、低い排出値で運転し、かつ低い排出量を保つ必要がある。
【０００４】
最先端の燃焼システムは、例えば、圧縮機入口質量流量を調整することによって、または異なるバーナの間、異なる燃料段の間、または異なる燃焼器の間における燃料分割を制御することによって、運転条件の一定の変動に対処するように設計されている。しかし、これは新しい要件を満たすのに十分ではない。
【０００５】
排出量をさらに減らし、かつ運転柔軟性を増すために、連続燃焼が提案されている。運転条件、特に第１の燃焼室の高温ガス温度に応じて、高温ガスが（連続バーナとも呼ばれる）第２のバーナに供給される前に、その高温ガスを冷却することは有利であり得る。そのような冷却は、独国特許出願公開第１０３１２９７１号明細書に記載されている。燃料を噴射することおよび第２のバーナにおいてその噴射燃料を第１の燃焼器の高温煙道ガスと予混合することを可能にすることは有利であり得る。
【０００６】
ベース負荷における定常状態のための運転方法は連続燃焼に関して記載されている。しかし、連続燃焼装置の第２段のスイッチを切り替えると、第１段から第２段へのまたはその逆方向での燃料流量の転換によって、火炎不安定性および排出量の増加が起こることがある。こうした燃料流量の転換によって、局所的な燃料燃焼空気比または燃料酸化剤比が、清浄な安定燃焼のための設計範囲外に変化し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３１２９７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示は、圧縮機と、複数の連続燃焼器を有する連続燃焼器装置と、連続燃焼器装置の下流のタービンとを少なくとも備えるガスタービンを運転するための方法を提案することを目的とする。各連続燃焼器は、第１のバーナと、第１の燃焼室と、連続的に流体接続可能に配置された第２の燃焼器とを備えている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一般的に、そのような連続燃焼器装置は、缶型構造に連続燃焼器を備えている。連続燃焼器装置は、第１のバーナの下流に環状の第１の燃焼室を備えた環状装置であることもできる。第２の燃焼器は、環状構造に配置することもできる。缶型構造の第１の燃焼室と環状の第２の燃焼器の組み合わせ、または環状の第１の燃焼室と缶型構造の第２の燃焼器との組み合わせも考え得る。
【００１０】
運転方法は、圧縮機において流入ガスを圧縮する工程と、連続燃焼器の第１のバーナにおいて第１の燃料を混合する工程と、第１の燃焼室において第１の燃料と圧縮ガスとの混合物を燃焼させ、第１の燃焼器燃焼生成物を得る工程とを含む。この方法は、第１の燃焼器燃焼生成物に希釈ガスを混合させる工程をさらに含むことができる。
【００１１】
第２の燃焼器に噴射される希釈ガスは、例えば、圧縮空気、または空気とガスタービンの煙道ガスとの混合物であり得る。圧縮煙道ガスを希釈ガスとして使用することもできる。希釈ガスは、第２の燃焼器における温度および温度分布を制御するために噴射される。
【００１２】
低い相対負荷では、第１のバーナの下流の連続燃焼器に燃料はそれ以上噴射されず、かつ第１の燃焼器燃焼生成物は、第２の燃焼器を通過した後にタービンにおいて膨張される。高い相対負荷では、第２の燃料が第１の燃焼室の下流の連続燃焼器に噴射され、かつ第１の燃焼器燃焼生成物と、第２の燃料と、（混合されていれば）希釈ガスとの混合物が燃焼され、第２の燃焼器燃焼生成物が得られる。これらの燃焼生成物はタービンにおいて膨張される。
【００１３】
第２の燃焼器への燃料流量が開始された際の過渡現象変化時の排出量および燃焼安定性の問題を最小化するために、この方法は、ガスタービンへの全燃料質量流量を実質的に一定に保つために、第２の燃料流量を最小流量まで増やす工程と、同じ連続燃焼器の第１のバーナへの第１の燃料流量および／または連続燃焼器装置の少なくとも１つの別の連続燃焼器への燃料流量を減らす工程とをさらに含む。
【００１４】
最小燃料は第２の燃焼器への設計質量流量の５％〜２０％のオーダであってよく、通常は、１０％未満であってよい。最小流量は、第２の燃焼器における安定した燃焼または発熱反応を保証する。特に、燃料の不安定な流入による脈動またはＣＯ排出は防がれなければならない。さらに、最小流量は、燃料ガス分配システムへの高温ガスの逆流が起こらないことを保証する。
【００１５】
第２の燃焼器への燃料供給を開始する際に第１のバーナの燃料質量流量を減らすことによって、ＮＯx排出量を減らすこともできる。
【００１６】
通常、低い相対負荷は、５０％相対負荷を下回る負荷、すなわち、各周囲条件（環境条件、すなわち温度、圧力および湿度）においてプラントのベース負荷電力で正規化された負荷である。通常、高い相対負荷は、５０％相対負荷を上回る負荷、すなわち、各周囲条件においてプラントのベース負荷電力で正規化された負荷である。低い相対負荷および高い相対負荷の間のしきい値は、ガスタービン設計、運転条件および排出目標に応じて決まり、一方では、３０％相対負荷未満もしくは２０％または１０％未満でさえあることができ、他方では、６０％または７０％の高さでさえあることができる。
【００１７】
第２の燃焼器の反応域への所定の流入温度からの逸脱は、高排出（例えば、ＮＯx、ＣＯおよび未燃焼炭化水素）および／または第２の燃焼器における逆火の原因になり得る。逆火およびＮＯxは、高い燃焼器入口温度または高い酸素濃度による、噴射燃料の自己着火時間の短縮により生じ、それによって、（逆火につながる）早期着火または燃料空気混合の時間の短縮を引き起こし、燃焼時の局所的なホットスポット、ひいてはＮＯx排出の増加の原因となる。低い温度領域は、自己着火時間が延びることにより、ＣＯ排出の原因となり得る。これにより、ＣＯからＣＯ2への燃焼時間を短くし、かつ局所的な火炎温度が低下し、それにより、ＣＯからＣＯ2への燃焼をさらに遅くすることがある。最後に、局所的なホットスポットは、第２の燃料噴射の下流の一定の領域における過熱の原因となり得る。希釈ガスは、第２の燃焼器の反応域への流入条件を制御するために噴射することができる。希釈ガスは、個別にまたは第２の燃料との混合物として噴射することができる。
【００１８】
この方法のさらなる実施の形態では、連続燃焼器装置への全燃料流量を実質的に一定に保つために、第２の燃料流量の開始時に、第２の燃料流量の最小流量への増加および同じ連続燃焼器の第１のバーナへの燃料流量の減少および／または少なくとも一つの別の連続燃焼器への燃料流量の減少が同時に行われる。
【００１９】
この方法の別の実施の形態によれば、第２の燃料流量が開始される同じ連続燃焼器における第１のバーナへの第１の燃料流量は減らされる。これによって、この特定の連続燃焼器への全燃料流量は、第２の燃料噴射の開始時、一定に保つことができる。
【００２０】
この方法の代替的な実施の形態によれば、第２の燃料流量が開始される連続燃焼器の少なくとも１つの隣接する連続燃焼器への燃料流量は減らされる。
【００２１】
この方法のさらなる実施の形態では、複数の連続燃焼器への第２の燃料流量が同時に開始される。
【００２２】
この方法のまた別の実施の形態では、連続燃焼器装置の全ての連続燃焼器への第２の燃料流量は同時に開始され、連続燃焼器装置の全ての第１のバーナへの第１の燃料流量は同時に減らされる。
【００２３】
１つの燃焼器への第２の燃料流量の開始は、基本的に１つの負荷設定で、かつ負荷の変化なしで行うことができるが、後続の第２の燃料噴射の開始は、負荷に比例し得る。第２の燃料噴射の開始後、ガスタービンへの全燃料流量は、局所的な燃料空気比が次の第２の燃料噴射の開始のための限界値に戻るまで、負荷の増加により増し、次いで、追加の第２の燃料噴射が行われる。次の第２の燃料噴射の開始のための限界値は、例えば、温度または圧力、特に燃焼温度または高温ガス温度であり得る。
【００２４】
この方法の１つの実施の形態によれば、連続燃焼器への第２の燃料流量の開始は、負荷もしくは負荷を示す温度または圧力に応じて、個別の連続燃焼器に対して連続的に、または連続燃焼器のグループに対して行われる。
【００２５】
ガスタービン負荷を示す温度は、例えば、タービン入口温度、高温ガス温度、タービン排気温度または火炎温度である。ガスタービン負荷を示す圧力は、例えば、圧縮機出口圧力または燃焼圧力である。これらの圧力または温度は、直接測定することができるか、または、ガスタービンの他の位置で行われる、例えば抽気または冷却空気の温度および圧力に関する測定に基づいて推定することができる。
【００２６】
さらに、燃焼器脈動レベルは、第１のバーナと第２の燃料噴射との間の分割を制御するために使用することもでき、第２の燃料噴射の開始およびスイッチオフは、燃焼器脈動に応じて制御することができる。特に、ガスタービンの負荷を増したときに第１のバーナにおける脈動のしきい値を超えた場合、第２の燃料噴射への燃料供給を開始することができる。第２の燃焼器が既に作動中である場合、第２の燃料噴射へより多くの燃料を転換することができる。ガスタービンの負荷を減らしたときに第２の反応域における脈動のしきい値を超えた場合、第２の燃料噴射への燃料供給を止めることができる。
【００２７】
この方法のさらなる実施の形態によれば、第２の燃料流量の開始によって減少した、同じ連続燃焼器の第１のバーナへの第１の燃料流量および／または少なくとも１つの別の連続燃焼器への燃料流量が増やされ、第２の燃料流量の開始前の燃料流量に戻される。最初の燃料流量に達して初めて、隣接する連続燃焼器または隣接するグループの連続燃焼器への第２の燃料流量が開始される。
【００２８】
より詳細には、この方法によれば、第２の燃料流量の開始によって減少した、同じ連続燃焼器装置の第１のバーナへの燃料流量および／または少なくとも１つの別の連続燃焼器への燃料流量が増やされ、第２の燃料の開始前の燃料流量に戻される。第２の燃料噴射の開始前の燃料流量に再び達した後、第２の燃料流量は増加して最小流量を上回り、ガスタービンの負荷を制御する。
【００２９】
この方法のさらなる実施の形態によれば、第２の燃料噴射のスイッチオフは、逆の順序で行われる。
【００３０】
特に、この方法は、ガスタービンへの全燃料質量流量を一定に保つために、第２の燃料噴射への燃料流量を最小燃料に減らす工程と、第２の燃料噴射を止める工程と、同時に、同じ連続燃焼器の第１のバーナへのまたは連続燃焼器装置の少なくとも１つの連続燃焼器への燃料流量を増やす工程とを含む。
【００３１】
この方法の特定の実施の形態によれば、第１のバーナおよび第２の燃料噴射の全てが作動させられ、かつ少なくとも１つの第１のバーナへの燃料流量が増やされ、連続燃焼器装置の少なくとも別の第１のバーナへの燃料流量を上回る。同時に、連続燃焼器への全燃料流量が変わらないように、その第１のバーナへの燃料流量が増加している連続燃焼器の第２の燃料噴射への燃料流量は、連続燃焼器装置の少なくとも別の第２の燃料噴射への燃料流量に比べて減らされる。第１のバーナおよび第２の燃焼器への燃料流量のそのような増加または減少は、連続燃焼器の間におけるステージングにつながり、火炎安定性を増すことができる。
【００３２】
従って、隣り合うバーナの間のステージングは、全ての連続燃焼器に関して周方向で均一なタービン入口温度を維持しながら、第１の燃焼室および第２の燃焼器に関して実現することができる。
【００３３】
第２の燃料噴射のスイッチオフを引き起こす限界値は、相対負荷または別の運転パラメータの小さな変化による第２の燃料噴射の開始およびスイッチオフの繰り返しを避けるために、ヒステリシスを含むことができ、それは第２の燃料噴射への燃料供給を開始するためのしきい値として使用することができる。言い換えれば、例えば、第２の燃料噴射が止まる相対負荷は、第２の燃料噴射が開始される相対負荷よりも小さい。
【００３４】
この方法に加えて、この方法を実施するためのガスタービンが本発明の主題である。選択した方法または方法の組み合わせに応じて、この方法の実現可能性を保証するために、ガスタービンの設計を適合させる必要があり、かつ／または燃料分配システムを適合させる必要がある。
【００３５】
第１の実施の形態によれば、ガスタービンは、圧縮機と、複数の連続燃焼器を有する連続燃焼器装置と、連続燃焼器装置の下流のタービンとを少なくとも備えている。各連続燃焼器は、第１の燃料噴射を有する第１のバーナと、第１の燃焼室と、連続的に流体接続可能に配置された、第２の燃料噴射および第２の反応域を備えた第２の燃焼器とを備えている。さらに、ガスタービンは、燃料を第１の燃料噴射と第２の燃料噴射とに供給する燃料分配システムを備えている。燃料分配システムは、燃料制御弁と、第１の燃料噴射への燃料を供給かつ制御する燃料環状主管とを備えている。燃料分配システムは、第２の燃料噴射への少なくとも１つの供給ラインが、第１の燃料噴射への燃料を供給するために、燃料制御弁の下流で分岐していることと、第２の燃料制御弁が第２の燃料噴射への供給ラインに配置されていることとを特徴としている。
【００３６】
第２の燃料制御弁により、燃料供給を、第１の燃料噴射または第１の燃焼器から、第２の燃料噴射に転換することができる。
【００３７】
実施の形態によれば、連続燃焼器装置は、第２の反応域の上流で、第２の燃焼器への希釈ガス噴射をさらに備えることができる。
【００３８】
さらなる実施の形態によれば、ガスタービンの連続燃焼器装置は、第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管に接続された第１のバーナの第１のグループと、第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管に接続された第１のバーナの第２のグループと、第１の連続グループ燃料環状主管に接続された第２の燃料噴射器の第１のグループと、第２の連続グループ燃料環状主管に接続された第２の燃料噴射器の第２のグループとを備える。
【００３９】
この連続燃焼器装置の燃料ガス分配システムにおいて、第１のバーナグループ燃料制御弁は、第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管への供給ラインに配置されており、第２のバーナグループ燃料制御弁は、第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管への供給ラインに配置されており、第１の連続グループ燃料環状主管の供給ラインは、第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁の下流で分岐しており、かつ第１の連続グループ燃料制御弁はこの分岐ラインに配置されている。さらに、第２の連続グループ燃料環状主管の供給ラインは、第２の、第１のバーナグループ燃料制御弁の下流で分岐しており、かつ第２の連続グループ燃料制御弁はこの分岐ラインに配置されている。この連続燃焼器装置において、第２の燃料噴射器の第１のグループの各第２の燃料噴射器は、１つの連続燃焼器において、第１のバーナの第１のグループの１つの第１のバーナの下流に配置されている。
【００４０】
代替的な実施の形態によれば、ガスタービンの連続燃焼器装置は、第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管に接続された第１のバーナの第１のグループと、第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管に接続された第１のバーナの第２のグループと、第１の連続グループ燃料環状主管に接続された第２の燃料噴射器の第１のグループと、第２の連続グループ燃料環状主管に接続された第２の燃料噴射器の第２のグループとを備える。
【００４１】
この連続燃焼器装置の燃料ガス分配システムにおいて、第１のバーナグループ燃料制御弁は、第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管への供給ラインに配置されており、第２のバーナグループ燃料制御弁は、第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管への供給ラインに配置されており、第１の連続グループ燃料環状主管の供給ラインは、第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁の下流で分岐しており、かつ第１の連続グループ燃料制御弁は、この分岐ラインに配置されている。さらに、第２の連続グループ燃料環状主管の供給ラインは、第２の、第１のバーナグループ燃料制御弁の下流で分岐しており、かつ第２の連続グループ燃料制御弁はこの分岐ラインに配置されている。この連続燃焼器装置において、第２の燃料噴射器の第１のグループの各第２の燃料噴射器は、１つの連続燃焼器において、第１のバーナの第２のグループの１つの第１のバーナの下流に配置されている。
【００４２】
また別の代替的な実施の形態において、連続燃焼器装置の各第２の燃料噴射器は、単一の噴射器燃料制御弁を有する燃料供給部とともに、第１のバーナへの燃料噴射を制御する燃料制御弁の下流で分岐した供給ラインに接続されている。
【００４３】
第１の燃焼器には、種々のバーナタイプを使用することができる。例として、例えば欧州特許出願公開第０３２１８０９号明細書から公知である、いわゆるＥＶバーナ、または例えば独国特許出願公開第１９５４７９１３号明細書から公知である、ＡＥＶバーナを使用することができる。また、欧州特許出願公開第１２１８９３８８．７号明細書に記載される渦流室を備えたＢＥＶバーナを使用することができ、開示内容を引用例として本明細書に取り込む。缶型構造において、１つの缶型燃焼器につき、１つまたは複数のバーナ装置を使用することができる。さらに、米国特許出願公開第２００４／０２１１１８６号明細書に記載の火炎面燃焼器を第１の燃焼器として使用することができ、開示内容を引用例として本明細書に取り込む。
【００４４】
第２の燃焼器は、単に、第２の燃料噴射と、それに続いて反応域とを備えることができる。第２の燃焼器は、第２の燃料噴射の上流に希釈ガス混合器を追加的に備えることができる。
【００４５】
第２の燃焼器は、例えば、燃料噴射および燃料を第１の燃焼器の燃焼生成物と混合するためのバーナと、バーナの下流に配置された燃焼室とを備えることもできる。そのような第２のバーナは、希釈ガス混合器をさらに備えることができる。
【００４６】
本開示、その特性およびその利点は、添付の概略図を用いてより詳細に以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】圧縮機と、連続燃焼装置と、タービンとを備えたガスタービンを示す図である。
【図２】第１のバーナと、第１の燃焼室と、燃料噴射、希釈ガス噴射および第２の燃焼域を有する第２の燃焼器とを備えた連続燃焼装置を示す図である。
【図３】第１のバーナと、第１の燃焼室と、希釈ガス混合器、第２の燃料噴射および第２の燃焼域を有する第２の燃焼器とを備えた連続燃焼装置を示す図である。
【図４】第１のバーナと、第１の燃焼室と、希釈ガス混合器および燃料噴射を有する第２のバーナと、それに続いて第２の燃焼域を有する第２の燃焼室とを備えた連続燃焼装置を有するガスタービンを示す図である。
【図５】図５ａ〜図５ｅは第２の燃焼器のための異なる燃料および希釈ガス噴射装置を示す図である。
【図６】第１のバーナの断面Ａ−Ａおよび第２の燃焼器の断面Ｂ−Ｂの断面図を、同じグループの連続燃焼器の第１のバーナと第２の燃料噴射との間において燃料分配を転換することができる、２つのバーナグループのための燃料ガス分配システムとともに示す図である。
【図７】第１のバーナの断面Ａ−Ａおよび第２の燃焼器の断面Ｂ−Ｂの断面図を、第１のバーナのグループの第１のバーナと、隣接するグループの連続燃焼器の第２の燃焼噴射との間において燃料分配を転換することができる、同じサイズの２つのバーナグループのための燃料ガス分配システムとともに示す図である。
【図８】第１のバーナの断面Ａ−Ａおよび第２の燃焼器の断面Ｂ−Ｂの断面図を、全ての第１のバーナおよび全ての第２の燃料噴射のための個別の燃料ガス制御弁を有する燃料ガス分配システムとともに示す図である。
【図９】第１のバーナの断面Ａ−Ａおよび第２の燃焼器の断面Ｂ−Ｂの断面図を、各連続燃焼器の第１のバーナと第２の燃料噴射との間で燃料ガスを転換するように配置された、全ての第１のバーナおよび全ての第２の燃料噴射のための個別の燃料ガス制御弁を有する燃料ガス分配システムとともに示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、連続燃焼器装置４を備えたガスタービン１を示している。ガスタービン１は、圧縮機３と、連続燃焼器装置４と、タービン５とを備えている。
【００４９】
吸気２は、圧縮機３によって圧縮ガス１１に圧縮される。燃料８は、連続燃焼器装置４において圧縮ガスとともに燃焼され、燃焼生成物１９を発生させる。これらはタービン６において膨張され、機械仕事を発生させる。
【００５０】
通常、ガスタービンシステムは、ガスタービン１のシャフト６に連結された発電機３８を備えている。ガスタービン１は、タービン５および連続燃焼器装置４のための冷却システムをさらに備えているが、それは本開示の主題ではないことから図示しない。
【００５１】
排ガス２２が、タービン５から排出される。通常、余熱は後続の水蒸気サイクルにおいて使用されるが、これも本明細書においては図示しない。
【００５２】
連続燃焼器装置４の第１の例が、図２に示されている。この連続燃焼器装置４は、第１のバーナ９を備えている。第１のバーナ９には、圧縮ガス１１および第１の燃料１２が供給される。圧縮ガス１１と第１の燃料１２との混合物は、第１の燃焼室１５において燃焼され、第１の燃焼生成物３９を発生させる。第１の燃焼生成物３９は、第１の燃焼室の下流に配置された第２の燃焼器１４に流入する。
【００５３】
缶型構造を備えたこの実施の形態では、第１の燃焼室１５は、円滑な円筒状の流路を有している。第１の燃焼室１５の円形断面から出口、すなわちタービン入口における環状または実質的に矩形の流れ断面の一部の形状を有する断面への移行部は、第２の燃焼器１４と一体化している。
【００５４】
第２の燃焼器１４は、希釈ガス噴射１７と第２の燃料噴射１３とを備えている。第１の燃焼生成物３９と、希釈ガス１７と、第２の燃料１３との混合物は、第２の燃焼器１４の第２の反応域２１において反応し、燃焼生成物１９を形成する。燃焼生成物１９は、第２の燃焼器１４から排出され、タービンに供給される。
【００５５】
この例において、第１の燃料１２および第２の燃料１３は、共通の燃料８供給部を有している。しかし、第１の燃料１２および第２の燃料１３は、異なる燃料タイプを使用する別個の燃料源を有することもできる。
【００５６】
図３および図４の実施の形態は図２に基づいている。図３に示されている例において、希釈ガス１７および第１の燃焼生成物３９は、第２の燃料１３が噴射される前に、希釈ガス混合器１６において混合される。
【００５７】
図４に示されている例において、第２の燃焼器は、第２のバーナ２０を備えている。第１の燃焼生成物３９は、第２のバーナ２０に上流端部において供給されている。希釈ガス１７は、第２のバーナ２０と一体化された混合器１６において混合され、第２の燃料１３は、第２のバーナ２０に噴射され、かつ第１の燃焼生成物３９、希釈ガス１７および第２の燃料１３と混合される。第２の燃料１３は、混合器１６に供給され、かつ混合器１６において第１の燃焼生成物３９および希釈ガス１７と混合されることもできる（ここでは図示しない）。
【００５８】
この例では、火炎安定化のため、第２のバーナ２０の出口における流路の断面は、後続の第２の反応域２１の断面よりも小さくなっている。
【００５９】
第２の燃焼器のための燃料および希釈ガス噴射装置の種々の例示的な実施の形態が、図５ａ〜図５ｅに示されている。
【００６０】
図５ａは、第２の燃料噴射１３のための燃料ランス４０を備えた第２の燃焼器１４に第２の燃料を混合する例を示している。
【００６１】
図５ｂは、第２の燃料噴射１３のためのフルート装置４１を備えた第２の燃焼器１４に第２の燃料を混合する例を示している。
【００６２】
図５ｃは、第２の燃料噴射１３のためのひだ状混合部４２を備えた第２の燃焼器１４に第２の燃料を混合する例を示している。
【００６３】
図５ｄは、第２の燃料噴射１３のための周方向に分布された側壁孔４３を備えた第２の燃焼器１４に第２の燃料を混合する例を示している。
【００６４】
図５ｅは、第２の燃料噴射１３のための周方向に分布された側壁噴射管４４を備えた第２の燃焼器１４に第２の燃料を混合する例を示している。
【００６５】
全ての例において、希釈ガス１７（図示せず）は、第２の燃料１３とともに噴射することができる。
【００６６】
燃料ガス分配システムの種々の例示的な実施の形態の詳細が、図６〜図１０に示されている。
【００６７】
図６は、図２の第１のバーナを通る断面Ａ−Ａおよび図２の第２の燃焼器を通る断面Ｂ−Ｂを、例示的な燃料分配システムとともに示している。
【００６８】
燃料８は、主燃料ラインを介して供給され、かつ第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管２５への供給ラインと、第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管２６への供給ラインとに分岐される。第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁２３が、第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管２５への燃料ラインに配置されており、かつ第２の、第１のバーナグループ燃料制御弁２４が、第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管２６への燃料ラインに配置されている。各第１のバーナ９には、燃料供給部１０を介して、燃料環状主管２５，２６から燃料が供給される。図示されている例において、バーナ９の半数は、第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管２５に接続されており、残りの半数のバーナ９は、第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管２６に接続されている。バーナは、第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管２５または第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管２６に交互に接続することができる。この例において、いくつかのバーナは２つの燃料環状主管２５，２６に交互に接続されており、いくつかは対になって接続されており、このことは、脈動を緩和するのに有利であり得る。
【００６９】
第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁２３の下流において、燃料ラインが第１の連続グループ燃料環状主管３１に分岐しており、かつ第２の、第１のバーナグループ燃料制御弁２４の下流において、燃料ラインが第２の連続グループ燃料環状主管３２に分岐している。
【００７０】
第１の連続グループ燃料制御弁３３が、第１の連続グループ燃料環状主管３１への燃料ラインに配置されており、かつ第２の連続グループ燃料制御弁３４が、第２の連続グループ燃料環状主管３２への燃料ラインに配置されている。各第２の燃焼器１４には、燃料供給部１０を介して、連続グループ燃料環状主管３１，３２から燃料が供給されている。
【００７１】
第１の連続グループの第２の燃焼器１４は、連続燃焼器装置において、第１の、第１のバーナグループの第１の燃焼器９の下流に配置されている。第２の連続グループ燃料制御弁３４を開けると、燃料は、第１の、第１のバーナグループから第１の連続グループの第２の燃焼器１４に転換される。同様に、第１の連続グループ燃料制御弁３３が開けられると、燃料は、第２の、第１のバーナグループから第２の連続グループの第２の燃焼器に転換される。
【００７２】
図７は、図６に基づいているが、第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁２３は、第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管２６への燃料ラインの分岐の上流に配置されている。このため、第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁２３は、燃料８の全流量を効果的に制御する。
【００７３】
加えて、図７の例は、第１の連続グループ燃料環状主管３１への燃料ラインが、第２の、第１のバーナグループ燃料制御弁２４の下流で分岐している点と、第２の連続グループ燃料環状主管３２への燃料ラインが、第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁２３と第２の、第１のバーナグループ燃料制御弁２４との間で分岐している点とで異なっている。
【００７４】
第２の連続グループ燃料制御弁３４を開けると、燃料は、第１の、第１のバーナグループから第２の連続グループの第２の燃焼器に転換される。同様に、第１の連続グループ燃料制御弁３３が開けられると、燃料は、第２の、第１のバーナグループから第１の連続グループの第２の燃焼器に転換される。
【００７５】
図８は、図２の第１のバーナを通る断面Ａ−Ａおよび図２の第２の燃焼器を通る断面Ｂ−Ｂにおける燃料分配システムの別の例を示している。
【００７６】
燃料８は、主燃料ラインを介して供給されており、全燃料流量は主燃料制御弁２７により制御されている。燃料ラインは、第１のバーナ燃料環状主管３０への供給ラインと、第２の燃料噴射燃料環状主管３５への供給ラインとに分岐されている。
【００７７】
第１のバーナ燃料環状主管３０を通じて、各第１のバーナ９には、燃料供給部１０および単一の第１のバーナ燃料制御弁３６を介して、燃料が供給されている。
【００７８】
第２の燃料噴射燃料環状主管３５通じて、各第２の燃焼器１４には、燃料供給部１０および単一の噴射器燃料制御弁３７を介して、燃料が供給されている。
【００７９】
この構成により、各第１のバーナ９および各第２の燃焼器１４への個別の流量制御が可能になる。これにより、流れを、第１のバーナ９から第２の燃焼器へ、また第１のバーナ９間、および第２の燃焼器１４間で、任意の所望の運転コンセプトに従って転換することができる。
【００８０】
図に示されるように、第２の燃料制御弁２８は、第１のバーナ９と第２の燃焼器１４との間の燃料分割全体を制御するために、第２の燃料噴射燃料環状主管３５の供給ラインへの燃料ラインに配置することができる。しかし、第２の燃料制御弁２８は、別の実施の形態において省略することもできる。
【００８１】
図９は、図８に基づいているが、第２の燃料噴射燃料環状主管３５、第２の燃料噴射燃料環状主管３５に分岐する供給ラインおよび第２の燃料制御弁２８が設けられていない。
【００８２】
この例において、各第２の燃焼器１４には、単一の第１のバーナ燃料制御弁２６の下流で、第１のバーナ９の燃料供給部１０から分岐した個別の燃料供給ラインａ，ｂ，ｃ，．．．，ｔにより供給される。
【００８３】
この構成により、各第１のバーナ９および各第２の燃焼器１４への個別の流量制御が可能になる。これにより、流れを、任意の所望の運転コンセプトにしたがって、第１のバーナ９から第２の燃焼器へ、また第１のバーナ９間、および第２の燃焼器１４間で転換することができる。各第２の燃焼器１４の燃料供給は、各単一の第１のバーナ燃料制御弁３６の下流の上流バーナ９の燃料供給部１０から分岐されているので、燃料流量は、燃料８の全体流量へ実質的に影響を与えることなく、任意の第１のバーナ９から下流の第２の燃焼器１４に転換することができる。
【００８４】
示されている全ての構成に関して、缶型構造または環状構造もしくはそれらの任意の組み合わせが可能である。
【００８５】
説明されている全ての利点は、本開示の範囲から逸脱することなく、特定の組み合わせには限定されておらず、別の組み合わせまたは単独で使用することもできる。例えば、個別の連続燃焼器７、すなわち第１のバーナ９および第２の燃焼器１４、または連続燃焼器７のグループを部分負荷運転で停止するための別の可能性が随意に考え得る。さらに、希釈ガス１７は、希釈ガスとして使用する前に、冷却ガス冷却器において再冷却することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  ガスタービン
２  吸気
３  圧縮機
４  連続燃焼器装置
５  タービン
６  シャフト
７  連続燃焼器
８  燃料
９  第１のバーナ
１０  燃料供給部
１１  圧縮ガス
１２  第１の燃料
１３  第２の燃料
１４  第２の燃焼器
１５  第１の燃焼室
１６  混合器
１７  希釈空気
１８  第２のバーナ
１９  燃焼生成物
２０  第２のバーナ
２１  第２の反応域
２２  排ガス
２３  第１の、第１のバーナグループ燃料制御弁
２４  第２の、第１のバーナグループ燃料制御弁
２５  第１の、第１のバーナグループ燃料環状主管
２６  第２の、第１のバーナグループ燃料環状主管
２７  主燃料制御弁
２８  第２の燃料制御弁
２９  燃料供給部
３０  第１のバーナ燃料環状主管
３１  第１の連続グループ燃料環状主管
３２  第２の連続グループ燃料環状主管
３３  第１の連続グループ燃料制御弁
３４  第２の連続グループ燃料制御弁
３５  第２の燃料噴射燃料環状主管
３６  単一の第１のバーナ燃料制御弁
３７  単一の噴射器燃料制御弁
３８  発電機
３９  第１の燃焼生成物
４０  燃料ランス
４１  フルート
４２  ひだ状混合部
４３  壁部孔混合部
４４  壁部噴射管
ａ，ｂ，ｃ，．．．ｔ  単一の第２の噴射器燃料ライン
【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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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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