(57)【要約】【課題】第１の燃焼室と第２の燃焼室との間で希釈ガスと第２の燃料とを混合するための手段を有する２段燃焼器配列を提案する。【解決手段】本発明は、第１の燃焼器Ｉであって、運転中に燃焼器入口ガスに第１の燃料２８を供給するための第１のバーナと、第１の燃料２８を燃焼させるための第１の燃焼室１０１とを有する、第１の燃焼器Ｉと、第１の燃焼室１０１から出てくる第１の燃焼器燃焼生成物３５に希釈ガス３３を混合する希釈ガス混合器ＩＩと、第２の燃料２９を混合する第２のバーナ１０３と、第２の燃焼室１０２と、を備える２段燃焼器配列４に関する。広い運転範囲にわたって良好な混合を保証するために、希釈ガス混合器ＩＩの圧力損失に対する第１の燃焼器Ｉの圧力損失の比は、１〜６の範囲である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２段燃焼器配列であって、
第１の燃焼器（Ｉ）であって、運転中に燃焼器入口ガスに第１の燃料（２８）を供給する第１のバーナ（１０６）および前記第１の燃料（２８）を燃焼させる第１の燃焼室（１０１）を有する、第１の燃焼器（Ｉ）と、
前記第１の燃焼室（１０１）から出てくる第１の燃焼器燃焼生成物（３５）に希釈ガス（３３）を混合する希釈ガス混合器（ＩＩ）と、
第２の燃料（２９）を混合する第２のバーナ（１０３）と、
第２の燃焼室（１０２）と、を備え、
前記第１の燃焼器（Ｉ）と、前記希釈ガス混合器（ＩＩ）と、前記第２のバーナ（１０３）と、前記第２の燃焼室（１０２）とは、流体流れ接続されて順次配置されている、２段燃焼器配列（４）において、
前記希釈ガス混合器（ＩＩ）の圧力損失に対する前記第１の燃焼器（Ｉ）の圧力損失の比は、２〜１２の範囲であることを特徴とする、２段燃焼器配列（４）。
【請求項２】
前記希釈ガス混合器（ＩＩ）の圧力損失に対する前記第１の燃焼器（Ｉ）の圧力損失の比は、３〜１０の範囲である、請求項１記載の２段燃焼器配列（４）。
【請求項３】
前記希釈ガス混合器（ＩＩ）の圧力損失に対する前記第１の燃焼器（Ｉ）の圧力損失の比は、５〜８の範囲である、請求項１記載の２段燃焼器配列（４）。
【請求項４】
前記希釈ガス混合器（ＩＩ）は、少なくとも１つのノズルを通じて運転中に前記第１の燃焼室（１０１）から出てくる第１の燃焼生成物（３５）内に希釈ガス（３３）を導入するために希釈ガス混合器（ＩＩ）内に配置された少なくとも１つの流線形ボディ（３２）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の２段燃焼器配列（４）。
【請求項５】
希釈ガス（３３）用のフィーダが圧縮機プレナム（３０）を前記希釈ガス混合器（ＩＩ）へ接続している、請求項１から４までのいずれか１項記載の２段燃焼器配列（４）。
【請求項６】
前記希釈ガス用のフィーダに希釈ガス制御弁（３６）が配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の２段燃焼器配列（４）。
【請求項７】
前記希釈ガス混合器（ＩＩ）の圧力損失に対する前記第１の燃焼器（Ｉ）の圧力損失の比は、２〜１２の範囲であり、前記第１の燃焼器（Ｉ）および前記混合器（ＩＩ）の圧力損失係数のための基準横断面は、前記第１の燃焼室（１０１）の出口における横断面である、請求項１から６までのいずれか１項記載の２段燃焼器配列（４）。
【請求項８】
圧縮機（３）およびタービン（５）を備えるガスタービン（１）において、前記圧縮機（３）と前記タービン（５）との間に、請求項１から７までのいずれか１項記載の２段燃焼器配列（４）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９】
圧縮機（３）と、タービン（５）と、２段燃焼器配列（４）とを備え、該２段燃焼器配列（４）は、前記圧縮機（３）から出てくる圧縮ガスへの第１のバーナ（１０６）および第１の燃焼室（１０１）を有する第１の燃焼器（Ｉ）と、運転中に前記第１の燃焼室（１０１）から出てくる第１の燃焼器（Ｉ）燃焼生成物への希釈ガス混合器（ＩＩ）と、第２のバーナ（１０３）と、第２の燃焼室（１０２）とを有し、前記第１の燃焼器（Ｉ）と、前記希釈ガス混合器（ＩＩ）と、前記第２のバーナ（１０３）と、前記第２の燃焼室（１０２）とは、流体流れ接続されて順次配置されている、ガスタービン（１）を運転する方法であって、
該方法は、
−前記圧縮機（３）において入口ガスを圧縮するステップと、
−前記第１のバーナ（１０６）において圧縮ガスの少なくとも一部に第１の燃料（２８）を混合するステップと、
−前記第１の燃焼室（１０１）において混合物を燃焼させて第１の燃焼器燃焼生成物（３５）を発生させるステップと、を含む方法において、
前記希釈ガスを、第１の運動量フラックスで、前記希釈ガス混合器（ＩＩ）内への少なくとも１つの希釈ガス開口を通じて混合し、前記第１の燃焼器燃焼生成物（３５）を、第２の運動量フラックスで前記希釈ガス混合器（ＩＩ）へ供給し、前記第２の運動量フラックスに対する前記第１の運動量フラックスの比を、前記第２の運動量フラックスに対する前記第１の運動量フラックスの設計比に対して所定の範囲に保つことを特徴とする、ガスタービン（１）を運転する方法。
【請求項１０】
前記第２の運動量フラックスに対する前記第１の運動量フラックスの比を、前記第２の運動量フラックスに対する前記第１の運動量フラックスの設計比の±２０％の範囲に保つ、請求項９記載のガスタービン（１）を運転する方法。
【請求項１１】
前記第２の運動量フラックスに対する前記第１の運動量フラックスの比を、ガスタービンの５０％〜１００％の相対負荷の負荷範囲において運転中に設計比から所定の範囲に保つ、請求項９または１０記載のガスタービン（１）を運転する方法。
【請求項１２】
前記第２の運動量フラックスに対する前記第１の運動量フラックスの比を、ガスタービンの３０％〜１００％の相対負荷の負荷範囲において運転中に設計比から所定の範囲に保つ、請求項９または１０記載のガスタービン（１）を運転する方法。
【請求項１３】
前記第２の運動量フラックスに対する前記第１の運動量フラックスの比を、ガスタービン（１）の６０％の相対負荷よりも低い負荷においてガスタービン（１）の設計条件における比に対して増大させる、請求項９または１０記載のガスタービン（１）を運転する方法。
【請求項１４】
前記第２の運動量フラックスに対する前記第１の運動量フラックスの比を、ガスタービン（１）の相対負荷および／または少なくとも１つの燃焼器（１０１，１０２）の高温ガス温度に関して制御する、請求項９または１０記載のガスタービン（１）を運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２段燃焼器配列内へ希釈ガスを混合するガスタービンのための２段燃焼器配列に関する。本発明は、加えて、２段燃焼器配列内へ希釈ガスを混合するガスタービンを運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風または太陽などの不安定な再生可能源による発電が増大していることにより、既存のガスタービンベースの発電プラントは、電力需要のバランスを保ち、電力網を安定させるためにますます利用されている。すなわち、改良された運転柔軟性が要求されている。これは、ガスタービンがしばしばベース負荷設計点よりも低い負荷、すなわちより低い燃焼器入口および燃焼温度で運転されることを意味する。
【０００３】
それと同時に、エミッション制限値および全体的なエミッション許容はより厳しくなっているので、より低いエミッション値で運転し、部分負荷運転時および移行中においても低いエミッションを保つことが要求される。なぜならば、これらは、累積エミッション限界の原因でもあるからである。
【０００４】
従来の燃焼システムは、圧縮機入口質量流量を調節することによってまたは異なるバーナ、燃料段または燃焼器の間における燃料分割を制御することによって、作動条件における可変性に対応するように設計されている。しかしながら、これは新たな要求を満たすには不十分である。
【０００５】
エミッションをさらに減じかつ運転柔軟性を高めるために、２段燃焼が独国特許出願公開第１０３１２９７１号明細書において提案されている。運転条件、特に第１の燃焼室の高温ガス温度に応じて、ガスが第２のバーナ（シーケンシャルバーナとも呼ばれる）へ進入させられる前に高温ガスを冷却する必要がある。この冷却は、燃料噴射、および第２のバーナにおける第１の燃焼器の高温煙道ガスとの、噴射された燃料の予混合を許容するために有利である。
【０００６】
第２の燃焼室への入口温度の十分な制御、および第１の燃焼器から出るガスとの、第２のバーナにおいて噴射される燃料の十分な混合は、低エミッション値での安定した燃焼のための必要条件である。
【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】
本発明の課題は、第１の燃焼室と第２の燃焼室との間で希釈ガスと第２の燃料とを混合するための手段を有する２段燃焼器配列を提案することである。このような“希釈バーナ”は、ガスタービンの広い運転範囲のために、第２の燃焼室のための適切な入口流れ条件を提供しなければならない。基本的に、第２の燃焼器が運転している全ての運転条件のために、所定の入口条件が保証されなければならない。特に、高温ガスは、所定の高温ガス温度まで冷却される。さらに、速度分布、酸素および燃料含有量は、希釈ガスの適切な混合により、第２の燃焼室のために調節する（例えば規定された分布になるように制御する）ことができる。
【０００９】
規定された入口温度からのずれは、高いエミッション（例えばＮＯｘ、ＣＯおよび未燃焼炭化水素）および／または希釈バーナにおける逆火を生じ得る。逆火およびＮＯｘは、高い入口ガス温度または高い酸素濃度により、噴射された燃料のための自己点火時間が短縮されることにより誘発され、これは、より早い点火（逆火につながる）または燃料空気混合のための時間の短縮を生じ、燃焼中に局所的なホットスポットを生じ、結果的にＮＯｘエミッションの増大につながる。低温領域は、自己点火時間が長くなることにより、ＣＯエミッションを生じ得る。これは、ＣＯからＣＯ2への燃焼のための時間を短縮し、低下した局所的火炎温度は、さらにＣＯからＣＯ2への燃焼を減速させ得る。最後に、局所的なホットスポットは、ミキサの下流のある領域における過熱につながり得る。
【００１０】
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ってよい。圧縮された煙道ガスを希釈ガスとして使用することもできる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
２段燃焼器配列の第１の実施の形態によれば、２段燃焼器配列は、運転中に燃焼器入口ガスに第１の燃料を供給する第１のバーナと、第１の燃料を燃焼器入口ガスとともに燃焼させる第１の燃焼室とを有する第１の燃焼器を備える。通常、燃焼器入口ガスは圧縮空気である。用途に応じて、燃焼器入口ガスは、別のガスまたは例えば空気と煙道ガスとの混合物などのガス混合物であってよい。２段燃焼器配列はさらに、第１の燃焼室から出てくる第１の燃焼器燃焼生成物に希釈ガスを混合する希釈ガス混合器と、第２の燃料を混合する第２のバーナと、第２の燃焼室とを備える。第２の燃料は、第２の燃焼室において、第１の燃焼生成物と希釈空気との混合物とともに燃焼させることができる。第１の燃焼器と、希釈ガス混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室とは、流体流れ接続されて順次配置されている。第１の燃焼器燃焼生成物への希釈空気の良好な混合を保証するために、希釈ガス混合器における高温ガスの圧力損失に対する第１の燃焼器の圧力損失の比は、２〜１２の範囲である。圧力損失の比は、燃焼器の圧力損失係数を有する第１の燃焼器と、混合器の圧力損失係数を有する混合器とを設計することによって実現することができる。第１の燃焼器および混合器の圧力損失係数の基準横断面として、第１の燃焼室の出口における横断面を使用することができる。２〜１２の範囲の圧力損失比を有する第１の燃焼器および希釈ガス混合器を設計することにより、高温燃焼生成物と希釈ガス流との間のほぼ一定の運動量フラックス比での混合器の運転が可能となる。これにより、２段燃焼器入口平面における入口温度分布は、基本的に、様々な運転条件においてほぼ同じままとなる。
【００１２】
燃焼器の圧力損失は、概して、使用されるバーナのタイプおよび所要の高温ガス温度によって決定することができる。混合器による小さな付加的な圧力損失は、２段燃焼器配列の全体的な圧力損失を減じる。しかしながら、混合器における小さな圧力損失は、希釈ガス混合器に対する第１の燃焼器の圧力損失係数の比を高める。希釈ガス混合器に対する第１の燃焼器の圧力損失の比が大きく、例えば１２よりも大きくなりすぎると、混合品質は、第１および第２の燃焼室の運転条件の変化により変化する可能性があり、特に、第２の燃焼室における燃焼に悪影響を与える可能性がある。これは、高いエミッション、または脈動などの不安定な燃焼につながる可能性がある。
【００１３】
混合器の圧力損失の増大は、希釈ガスを混合するための安定した境界条件を提供する。しかしながら、混合器における大きな圧力損失は、２段燃焼器配列の合計圧力損失を増大させる。このような大きな圧力損失は、ガスタービンにおいて提供されると、全体的な電力および効率に対して著しい悪影響を与える恐れがある。したがって、希釈ガス混合器の圧力損失に対する第１の燃焼器の圧力損失の比は、２よりも大きく保たれるべきである。したがって、希釈ガス混合器の圧力損失係数に対する第１の燃焼器の圧力損失係数の比は、２よりも大きく保たれるべきである。
【００１４】
２段燃焼器配列の別の実施の形態によれば、希釈ガス混合器の圧力損失に対する第１の燃焼器の圧力損失の比は、３〜１０の範囲である。
【００１５】
対応して、希釈ガス混合器の圧力損失係数に対する第１の燃焼器の圧力損失係数の比は、３〜１０の範囲である。
【００１６】
２段燃焼器配列のさらに別の実施の形態によれば、希釈ガス混合器の圧力損失に対する第１の燃焼器の圧力損失の比は、５〜８の範囲である。
【００１７】
対応して、希釈ガス混合器の圧力損失係数に対する第１の燃焼器の圧力損失係数の比は、５〜８の範囲である。
【００１８】
２段燃焼器配列の混合器は、第１の燃焼器燃焼生成物に希釈空気を噴射するために、側壁に配置された開口またはノズルを有することができる。希釈ガス混合器は、運転中に第１の燃焼室から出てくる第１の燃焼生成物内に希釈ガスを導入するために、希釈ガス混合器内に配置された少なくとも１つの流線形ボディを有することもできる。希釈ガスは、流線形ボディの壁部に配置された少なくとも１つのノズルを通じて第１の燃焼器燃焼生成物内へ供給することができる。流線形ボディは、例えば、１つの面または後縁にノズルを備えた輪郭であることができる。流線形ボディは、希釈ガスを混合するための開放した端部を備える、第１の燃焼器燃焼生成物の流れ内へ延びた単なる管であることができる。混合器は、壁部ノズルと、希釈ガス供給のための少なくとも１つの流線形ボディとの組合せを含むこともできる。
【００１９】
２段燃焼器配列の実施の形態によれば、２段燃焼器配列は、希釈ガス用のフィーダを有する。このフィーダは、希釈ガス混合器を圧縮機プレナムへ接続しており、圧縮機プレナムから希釈ガスは混合器へ供給される。
【００２０】
２段燃焼器配列の別の実施の形態によれば、希釈ガスフィーダに希釈ガス制御弁が配置されている。このような制御弁は、第２の燃焼室のための入口条件を制御することによって、２段燃焼器配列の運転柔軟性を高めることができる。
【００２１】
２段燃焼器配列の他に、このような２段燃焼器配列を備えたガスタービン、およびこのような２段燃焼器配列を備えたガスタービンを運転する方法が、本開示の主体である。
【００２２】
このようなガスタービンは、圧縮機と、タービンと、圧縮機とタービンとの間に配置された２段燃焼器配列とを備える。２段燃焼器配列は、運転中に燃焼器入口ガスに第１の燃料を供給する第１のバーナおよび第１の燃料を燃焼させる第１の燃焼室を有する第１の燃焼器と、運転中に第１の燃焼室から出てくる第１の燃焼器燃焼生成物に希釈ガスを混合する希釈ガス混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室とを備える。第１の燃焼器と、希釈ガス混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室とは、流体流れ接続されて順次配置されている。希釈ガス混合器に対する第１の燃焼器の圧力損失の比は、このような２段燃焼器配列において１〜６の範囲である。
【００２３】
ガスタービンの別の実施の形態は、２段燃焼器配列の前の実施の形態に説明されたような２段燃焼器配列を備える。
【００２４】
このようなガスタービンを運転する方法は、以下のステップ、すなわち
−圧縮機において入口ガスを圧縮するステップと、
−第１のバーナにおいて、圧縮されたガスの少なくとも一部に第１の燃料を混合するステップと、
−第１の燃焼室において混合物を燃焼させて第１の燃焼器燃焼生成物を発生させるステップとを含む。
【００２５】
これらの慣用のステップの後、第１の燃焼生成物は第２の運動量フラックスで希釈ガス混合器へ供給される。第１の燃焼器燃焼生成物を冷却するために、希釈ガス流は、第１の運動量フラックスで、混合器を流過する第１の燃焼器燃焼生成物に供給される。混合器の出口において、混合されたガスの所定の温度分布を得るために、希釈ガスの運動量フラックスは、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの比が、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの設計比に対して所定の範囲に保たれるような水準に維持される。
【００２６】
方法の１つの実施の形態によれば、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの設計比に対する所定の範囲は、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの設計比の設計比±２０％である。特定の実施の形態では、前記範囲は、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの設計比の設計比±１０％に制限されている。
【００２７】
設計比は、ガスタービンのベース負荷（すなわち全負荷）運転のために規定することができる。典型的には、例えばＩＳＯ条件（１５℃、１０１３ｍｂａｒ、６０％相対湿度）などの周囲条件も、設計条件のために規定される。これに代えて、設計比を、部分負荷運転点、例えば８０％または９０％相対負荷（ベース負荷によって正規化された負荷）のために規定することもできる。
【００２８】
方法の別の実施の形態によれば、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの比は、ガスタービンの５０％〜１００％の相対負荷の負荷範囲において運転中に設計比から所定の範囲に保たれる。
【００２９】
方法の別の実施の形態によれば、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの比は、ガスタービンの２０％〜１００％の相対負荷の負荷範囲において運転中に設計比から所定の範囲に保たれる。
【００３０】
さらに、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの比は、１０％〜１００％の相対負荷の負荷範囲において運転中に設計比から所定の範囲に保たれることもできる。
【００３１】
１０％〜３０％の相対負荷の範囲の低い部分負荷においてまたは遅くとも高い相対負荷において、例えば５０％よりも高い相対負荷において、第１および第２の燃焼器は両方とも運転しており、すなわち、第１の燃料は第１のバーナに導入され、第１の燃焼室において燃焼させられ、第２の燃料は第２のバーナに導入され、第２の燃焼室において燃焼させられる。第２のバーナが運転している限り、第２の燃焼に良好な入口条件を提供することが重要である。これは、第１の燃焼室からの高温ガスの運動量フラックスに対する正確な運動量フラックス、すなわち運動量フラックスの正確な比で、希釈ガスを混合することによって実現される。
【００３２】
１つの実施の形態によれば、低負荷運転では第１の燃焼器のみが運転しており、すなわち、第１の燃料のみが第１のバーナに導入され、第１の燃焼室において燃焼させられ、第２の燃料は導入されない。これは、例えば、ガスタービンの３０％未満の負荷または例えば１０％未満の相対負荷におけるものであり得る。
【００３３】
方法のさらに別の実施の形態では、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの比は、ガスタービンの例えば１０％未満の負荷または例えば３０％未満の相対負荷において、ガスタービンの設計条件における比に対して増大させられる。運動量フラックスの比の増大は、希釈ガス流の相対的な増大に相当する。この増大は、第１の燃焼器を通る質量流量を減じる可能性があり、混合器の設計出口条件からのずれにつながる可能性がある。低負荷では、第１の燃焼器質量流量の減少は、第１の燃焼器における減少した燃料流量での安定した燃焼を可能にするために好ましいことがある。特に、低負荷条件において第２の燃焼器が運転していない場合、歪められた混合器出口分布を許容することができる。
【００３４】
希釈ガス混合器は、ダンパと組み合わせることができるかまたは欧州特許出願公開第１２１８９６８５号明細書に記載されているような減衰体積へのコネクタとして組み合わせることもできる。前記欧州特許出願公開は、ここで引用したことにより本明細書に組み込まれる。
【００３５】
ガスタービンは、煙道ガス再循環システムを有することができ、この煙道ガス再循環システムにおいて、タービンから出た煙道ガスの一部は、ガスタービンの圧縮機入口ガスに混合される。
【００３６】
希釈ガスを圧縮機プレナムから直接に希釈ガス混合器へ供給することができる。希釈ガスを、混合される前に、第１または第２の燃焼室壁部またはライナおよび希釈ガス混合器の壁部を冷却するために使用することもできる。
【００３７】
第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの比を、希釈ガス混合器への供給ラインに配置された希釈空気制御弁によって設計値に調節することができる。このような希釈ガス制御弁は、例えば第２の燃焼器の相対負荷または高温ガス温度、または第１の燃焼器の高温ガス温度、またはこれらのパラメータ組合せなどの、ガスタービンの運転パラメータに関して、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの比を制御するために使用することもできる。
【００３８】
様々な冷却技術が、燃焼器ライナおよび混合器壁部を冷却するために使用されてよい。例えば、しみ出し冷却、インピンジメント冷却、対流冷却、または冷却方法の組合せを用いることができる。
【００３９】
２段燃焼に関して、燃焼器の組合せを以下のように配置することができる：
・両方とも、第１および第２燃焼器は、連続した缶型−缶型構成として構成されている。
・第１燃焼器は、環状燃焼室として構成されており、第２燃焼器は、缶型構成として構成されている。
・第１燃焼器は缶型構成として構成されており、第２燃焼器は、環状燃焼室として構成されている。
・両方とも、第１および第２燃焼器は、環状燃焼室として構成されている。
【００４０】
様々なバーナタイプを用いることができる。第１燃焼器用に、例えば欧州特許第０３２１８０９号明細書から公知のいわゆるＥＶバーナ、または例えば独国特許第１９５４７９１３号明細書から公知のＡＥＶバーナを例えば使用することができる。引用したことにより本明細書に組み込まれる欧州特許出願第１２１８９３８８．７号明細書に記載されているような旋回室を有するＢＥＶバーナを使用することができる。缶型構成では、缶型燃焼器ごとに１つまたは複数のバーナ配列を使用することができる。さらに、引用したことにより本明細書に組み込まれる米国特許第６９３５１１６号明細書または米国特許第７２３７３８４号明細書に記載されているような火炎シート燃焼器を第１燃焼器として使用することができる。
【００４１】
開示、その性質及びその利点は、添付の概略的な図面を用いて以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１のバーナと、第１の燃焼室と、希釈ガスを混合するための混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室とを有する２段燃焼配列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、希釈ガスを混合するための流線形ボディを有する混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室とを有する２段燃焼配列を備えたガスタービンを示す図である。
【図３】第１のバーナと、第１の燃焼室と、希釈ガスの制御された混合のための希釈ガス制御弁を備える混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室とを有する２段燃焼配列を備えたガスタービンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、２段燃焼器配列４を備えるガスタービン１を示している。ガスタービン１は、圧縮機３と、２段燃焼器配列４と、タービン５とを有する。
【００４４】
２段燃焼器配列４は、第１のバーナ１０６と、第１の燃焼室１０１と、運転中に第１の燃焼室１０１から出てくる高温ガスに希釈ガス３３を混合するための混合器ＩＩとを有する。混合器ＩＩの下流において、２段燃焼器配列４は、さらに、第２のバーナ１０３と、第２の燃焼室１０２とを有する。第１のバーナ１０６、第１の燃焼室１０１、混合器ＩＩ、第２のバーナ１０３および第２の燃焼室１０２は、流体流れ接続して順次配置されている。２段燃焼器配列４は、燃焼器ケーシング３１に収容されている。圧縮機３から出た圧縮ガス８は、圧縮機３から出たガスの動的圧力を少なくとも部分的に回収するためにディフューザを通過する。
【００４５】
運転中、希釈ガス噴射部１１０において希釈ガス混合器内に希釈ガスが噴射される。噴射される希釈ガス３３の一部は、希釈ガス噴射部１１０に到達する前に第１の燃焼室１０１の壁部を冷却するために使用されている。噴射される希釈ガス３３の一部は、希釈ガス噴射部１１０に到達する前に第２の燃焼室１０２の壁部および第２のバーナ１０３を冷却するために使用されている。噴射される希釈ガス３３の別の部分は、圧縮機プレナム３０から取り込まれ、混合器ＩＩ内へ直接に噴射される。
【００４６】
第２のバーナ１０３のための良好な入口条件、例えば均一な温度分布または均一な速度分布を保証するために、希釈ガス混合器（ＩＩ）の圧力損失に対する第１の燃焼器（Ｉ）の圧力損失は、２〜１２の範囲である。
【００４７】
２段燃焼器配列４は、さらに、第１の燃焼室の壁部に沿って冷却ガスを案内するための第１の燃焼器ライナ１０４と、第２の燃焼室１０２の壁部に沿って冷却ガスを案内するための第２の燃焼器ライナ１０５とを有する。
【００４８】
第１の燃料２８を、第１の燃料噴射によって第１のバーナ１０６へ導入し、圧縮機３において圧縮された圧縮ガス８と混合し、第１の燃焼室１０１において燃焼させることができる。希釈ガス３３は、後続の混合器ＩＩにおいて混合される。第２の燃料２９を、第２の燃料噴射器によって第２のバーナ１０３へ導入し、混合器ＩＩから出た高温ガスと混合し、第２の燃焼室１０２において燃焼させることができる。第２の燃焼室１０２から出た高温ガスは、後続のタービン５において膨張させられ、仕事を行う。タービン５および圧縮機３はシャフト２に配置されている。
【００４９】
タービン５から出た排ガス７の残りの熱はさらに、蒸気を発生するために排熱回収蒸気発生器またはボイラ（図示せず）において利用することができる。
【００５０】
ここに示された例においては、圧縮ガス８は希釈ガス３３として混合される。通常、圧縮機ガス８は、圧縮された周囲空気である。煙道ガス再循環（図示せず）を備えたガスタービンの場合、圧縮機ガスは、周囲空気と再循環された煙道ガスとの混合物である。
【００５１】
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２に連結された発電機（図示せず）を含む。ガスタービン１はさらに、タービン用の冷却システムを有するが、この冷却システムも、発明の主体ではないので示されていない。
【００５２】
図２の実施の形態は、混合器ＩＩが、希釈ガス３３を第１の燃焼器燃焼生成物へ噴射するための流線形ボディ３２を有するという点において図１の燃焼器配列と異なる。希釈ガス３３の少なくとも一部は、まず流線形ボディ３２内へ導入され、流線形ボディ３２から混合器ＩＩ内へ噴射される。示された例において、流線形ボディ３２は、ちょうど混合器ＩＩへの入口に配置されている。流線形ボディが混合器ＩＩにおいてさらに下流に配置された実施の形態も考えられる。
【００５３】
図３の実施の形態は図１に基づく。この例では、希釈ガス３３の一部は、圧縮機プレナム３０から直接に取り込まれ、希釈ガス制御弁３６を通って混合器ＩＩへ供給され、第１の燃焼器燃焼生成物内へ噴射される。希釈ガス制御弁３６は、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの比を設計値に調節するために使用することができる。希釈ガス制御弁３６は、例えば第２の燃焼器１０２の相対負荷または高温ガス温度、または第１の燃焼器の高温ガス温度、またはこれらの組合せなどの、ガスタービンの運転パラメータに関して、第２の運動量フラックスに対する第１の運動量フラックスの比を制御するために使用することもできる。
【００５４】
図３において、第１のライナ１０４のための冷却ガスの冷却空気流の示された流れ方向は変更されている。第２の燃焼器ライナ１０５における冷却流方向を反転することもできる。冷却方式および技術は、ここで示されたものに限定されるわけではなく、第１の燃焼器１０１、第２の燃焼器１０２、希釈ガス混合器ＩＩ、および第２のバーナ１０３のための冷却方式の異なる組合せが考えられる。
【００５５】
全ての図示された配列のために、缶型構成または環状構成、または両者のあらゆる組合せが可能である。缶型構成および環状構成のために、火炎シート、ＥＶ、ＡＥＶまたはＢＥＶバーナを使用することができる。
【００５６】
混合器ＩＩの混合の質は安定したクリーンな燃焼のために決定的である。なぜならば、第２の燃焼室１０２のバーナシステムは、規定された入口条件を要求するからである。
【００５７】
全ての説明した利点は、明記した組合せに限定されるのではなく、開示の範囲から逸脱することなく、その他の組合せにおいてまたは単独で使用することもできる。例えば部分負荷運転において個々のバーナまたはバーナの複数のグループを作動停止させるために、その他の可能性が選択的に考えられる。さらに、冷却ガスおよび希釈ガスは、冷却ガスもしくは希釈ガスとしての使用の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】
【００５８】
１  ガスタービン
２  シャフト
３  圧縮機
４  ２段燃焼器配列
５  タービン
７  排ガス
８  圧縮ガス
９  燃焼生成物
２８  第１の燃料噴射部
２９  第２の燃料噴射部
３０  圧縮機プレナム
３１  圧縮機ケーシング
３２  流線形ボディ
３３  希釈ガス
３４  混合セクション
３５  第１の燃焼生成物
３６  希釈ガス制御弁
１０１  第１の燃焼室
１０２  第２の燃焼室
１０３  第２のバーナ
１０４  第１の燃焼器ライナ
１０５  第２の燃焼器ライナ
１０６  第１のバーナ
１１０  希釈ガス噴射部
Ｉ  第１の燃焼器
ＩＩ  希釈ガス混合器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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