(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主として、少なくとも１つの圧縮機（１）と、該圧縮機（１）に後置された、第１のタービン（７）に衝突する高温ガスを有する第１の燃焼器（４）と、第１のタービン（７）に後置された、第２のタービン（１２）に衝突する高温ガスを有する第２の燃焼器（１５）とから成るシーケンシャル燃焼式のガスタービンを低ＣＯエミッション運転するための方法において、第２の燃焼器（１５）の作動中のバーナ（９）の空気比（λ）を最大の空気比（λｍａｘ）未満に保つことを特徴とする、シーケンシャル燃焼式のガスタービンを低ＣＯエミッション運転するための方法。
【請求項２】
第２の燃焼器（１５）内の燃料が自己着火され、最大の空気比（λｍａｘ）がバーナ入口温度に左右される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２の燃焼器（１５）の少なくとも１つのバーナ（９）への燃料供給（１０）を部分負荷時に停止し、これによって、第２のタービン（１２）のタービン入口温度（ＴＩＴ２）を変えずに、運転中のバーナ（９）の空気比（λ）を減少させる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
まず、分離平面（３８）に隣接した少なくとも１つのバーナ（９）への燃料供給（１０）を停止する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
停止されるバーナ（９）の個数が、負荷に反比例している、請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
負荷増加時には、第２の燃焼器（１５）の作動前に、まず、第１のタービン（７）のタービン入口温度（ＴＩＴ１）を部分負荷限界値に上昇させて、調節可能な圧縮機案内羽根列（１４）を開放し、第２の燃焼器（１５）の作動のためにまたは第２の燃焼器（１５）の作動時に、調節可能な圧縮機案内羽根列（１４）を閉鎖して、燃料を第２の燃焼器（１５）内に導入する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
負荷減少時には、第２の燃焼器（１５）の停止前に、まず、調節可能な圧縮機案内羽根列（１４）を閉鎖し、第２の燃焼器（１５）の停止時に、調節可能な圧縮機案内羽根列（１４）を再び開放する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記ガスタービンの負荷減少に際して、ヒステリシスを形成するために、第１のタービン（７）のタービン入口温度（ＴＩＴ１）の部分負荷限界値および開放された調節可能な圧縮機案内羽根列（１４）での第１の燃焼器（４）による運転時に達成される負荷未満である負荷時に初めて第２の燃焼器（１５）を停止する、請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
第１のタービン（７）のタービン出口温度（ＴＡＴ１）および／または第２のタービン（１２）のタービン出口温度（ＴＡＴ２）の部分負荷限界値を所定の部分負荷範囲の間に上昇させ、これによって、調節可能な圧縮機案内羽根列（１４）の開放をより高い負荷にシフトする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
圧縮されたかまたは部分圧縮された圧縮機空気の部分流を膨張させ、吸入空気（２）に混加する、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】
前記負荷に関連して、少なくとも冷却空気温度および／または少なくとも冷却空気質量流量（２２，２３，２４）を調整する、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】
前記負荷に関連して、第１の燃焼器（４）の燃料温度および／または第２の燃焼器（１５）の燃料温度を調整する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法を実施するためのガスタービンにおいて、該ガスタービンが、１つの圧縮機（１）と、該圧縮機（１）に後置された、第１のタービン（７）に衝突する高温ガスを有する第１の燃焼器（４）と、第１のタービン（７）に後置された、第２のタービン（１２）に衝突する高温ガスを有する第２の燃焼器（１５）とを有していることを特徴とする、ガスタービン。
【請求項１４】
第２の燃焼器（１５）の少なくとも１つのバーナ（９）に通じる少なくとも１つの燃料管路（１０）内に個別切換弁（３７）が配置されている、請求項１３記載のガスタービン。
【請求項１５】
第２の燃焼器（１５）の少なくとも１つのバーナ（９）に通じる少なくとも１つの燃料管路（１０）内に個別調整弁（２７）が配置されている、請求項１３または１４記載のガスタービン。
【請求項１６】
燃料分配システムが、第１の燃料調整弁（３３）と、燃料を第１のバーナ分割グループのバーナ（９）に分配するための第１の燃料環状管路（３２）と、少なくとも１つの第２の燃料調整弁（３４）と、前記燃料を少なくとも１つの第２の分割グループのバーナ（９）に分配するための少なくとも１つの第２の燃料環状管路（３１）とを有している、請求項１３から１５までのいずれか１項記載のガスタービン。
【請求項１７】
高圧圧縮機が、全負荷時の確実な運転のために必要となる圧力比よりも高い圧力比に対して設計されている、請求項１３から１６までのいずれか１項記載のガスタービン。
【請求項１８】
タービン出口と排ガス管路とが、最大の全負荷排ガス温度よりも高い第２のタービン（１２）のタービン出口温度（ＴＡＴ２）に対して設計されている、請求項１３から１７までのいずれか１項記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、少なくとも１つの圧縮機と、該圧縮機に後置された、第１のタービンに衝突する高温ガスを有する第１の燃焼器と、第１のタービンに後置された、第２のタービンに衝突する高温ガスを有する第２の燃焼器とから成るシーケンシャル燃焼式のガスタービンを低ＣＯエミッション運転するための方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、このような方法を実施するためのガスタービンに関する。
【０００３】
背景技術
シーケンシャル燃焼式のガスタービン、つまり、再熱式のガスタービンは、かなり以前から商業的に成果を上げて運転されている。シーケンシャル燃焼式のガスタービンでは、圧縮された空気が第１の燃焼器内で燃料と共に燃焼され、高圧タービンと呼ばれる第１のタービンに高温ガスが衝突させられる。高圧タービンから流出させられた高温ガスの温度は、第２の燃焼器において、燃料の再度の添加と燃焼とによって再び上昇させられ、低圧タービンと呼ばれる第２のタービンにこの高温ガスが衝突させられる。
【０００４】
ただ１つの燃焼器を備えた従来のガスタービンに比べて、シーケンシャル燃焼式のガスタービンは、第１の燃焼器と第２の燃焼器とに対する別個の燃料調整の付加的な自由度の点で優れている。さらに、シーケンシャル燃焼式のガスタービンは、まず、第１の燃焼器だけを運転し、負荷がより高くなった場合に初めて第２の燃焼器を作動させる可能性を提供している。これによって、ガスタービンの幅広い運転範囲にわたって良好なエミッション特性を備えたフレキシブルな運転コンセプトが可能となる。
【０００５】
過去、開発の主眼は、ＮＯｘエミッションの削減および高い部分負荷効率であった。たとえば欧州特許出願公開第０７１８４７０号明細書に記載されているような公知の方法により運転されるシーケンシャル燃焼式のガスタービンは、極めて低いＮＯｘエミッションを有していて、卓越した部分負荷効率を実現することができる。
【０００６】
しかし、上述した公知の運転コンセプトは、部分負荷が低い場合、特に相対的な負荷の約２０％〜５０％の範囲において、高いＣＯエミッション（一酸化炭素エミッション）を招くことがある。
【０００７】
この高いＣＯエミッションは、部分負荷が低い場合に典型的にシーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器によって発生させられる。従来、低い部分負荷に際して、この第２の燃焼器は、調節可能な圧縮機案内羽根列が閉鎖されていて、高圧タービンの高温ガス温度またはタービン入口温度が上限値に達した場合に点火される。この点火のためには、第２の燃焼器に最小の燃料流量が供給される。この燃料流量は、典型的には、燃料調整弁の調整特性によって設定される。第１のタービンの高い出口温度に基づき、第２の燃焼器に供給された燃料流量の自己着火が引き起こされる。燃料流量は、負荷にわたる負荷調整のために増加させられる。燃料流量が少ない限り、第２の燃焼器内の高温ガスの温度は著しく上昇させられない。相応して、反応速度が比較的低いままであり、燃焼器内での短い滞留時間に基づき、未燃焼の炭化水素とＣＯとが生じることがある。この未燃焼の炭化水素とＣＯとは、特に希薄燃焼時、すなわち、高い空気比λでの燃焼時に生じる。空気比λとは、少なくとも必要となる化学量論的な空気質量に対する、実際に燃焼のために使用される空気質量の比である。空気比λは、空気数、空気比数または空気過剰率とも呼ばれる。
【０００８】
しかし、フレキシブルな発電プラント運転の範囲内では、低い部分負荷でのより長い運転期間を経過する可能性もますます要求される。より低い部分負荷でのより長い運転は、ＣＯエミッションも低いレベルにとどまっている場合にしか実現することができない。従来では、ＣＯエミッションの削減のために、ＣＯ触媒が使用される。このＣＯ触媒は、高い仕入れコストのほかに、ガスタービンの排ガスシステムにおける圧力損失と、これに相俟った出力・効率損失とに繋がる。
【０００９】
発明の開示
本発明の課題は、シーケンシャル燃焼式のガスタービンを運転するための方法ならびにシーケンシャル燃焼式のガスタービンを改良して、ＣＯエミッションが削減された運転が可能となるようにすることである。
【００１０】
この課題を解決するために本発明に係る方法によれば、第２の燃焼器の作動中のバーナの空気比を最大の空気比未満に保つ。
【００１１】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、負荷増加時には、第２の燃焼器の作動前に、まず、第１のタービンのタービン入口温度を部分負荷限界値に上昇させて、調節可能な圧縮機案内羽根列を開放し、第２の燃焼器の作動のためにまたは第２の燃焼器の作動時に、調節可能な圧縮機案内羽根列を閉鎖して、燃料を第２の燃焼器内に導入する。
【００１２】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、負荷減少時には、第２の燃焼器の停止前に、まず、調節可能な圧縮機案内羽根列を閉鎖し、第２の燃焼器の停止時に、調節可能な圧縮機案内羽根列を再び開放する。
【００１３】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、前記ガスタービンの負荷減少に際して、ヒステリシスを形成するために、第１のタービンのタービン入口温度の部分負荷限界値および開放された調節可能な圧縮機案内羽根列での第１の燃焼器による運転時に達成される負荷未満である負荷時に初めて第２の燃焼器を停止する。
【００１４】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、第２の燃焼器の少なくとも１つのバーナへの燃料供給を前記部分負荷時に停止し、これによって、第２のタービンのタービン入口温度を変えずに、運転中のバーナの空気比を減少させる。
【００１５】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、まず、分離平面に隣接した少なくとも１つのバーナへの燃料供給を停止する。
【００１６】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、停止されるバーナの個数が、負荷に反比例している。
【００１７】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、第１のタービンのタービン出口温度および／または第２のタービンのタービン出口温度の前記部分負荷限界値を所定の部分負荷範囲の間に上昇させ、これによって、調節可能な圧縮機案内羽根列の開放をより高い負荷にシフトする。
【００１８】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、圧縮されたかまたは部分圧縮された圧縮機空気の部分流を膨張させ、吸入空気に混加する。
【００１９】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、前記負荷に関連して、少なくとも冷却空気温度および／または少なくとも冷却空気質量流量を調整する。
【００２０】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、前記負荷に関連して、第１の燃焼器の燃料温度および／または第２の燃焼器の燃料温度を調整する。
【００２１】
さらに、前述した課題を解決するために本発明に係るガスタービンによれば、該ガスタービンが、１つの圧縮機と、該圧縮機に後置された、第１のタービンに衝突する高温ガスを有する第１の燃焼器と、第１のタービンに後置された、第２のタービンに衝突する高温ガスを有する第２の燃焼器とを有している。
【００２２】
本発明に係るガスタービンの有利な態様によれば、第２の燃焼器の少なくとも１つのバーナに通じる少なくとも１つの燃料管路内に個別切換弁が配置されている。
【００２３】
本発明に係るガスタービンの有利な態様によれば、第２の燃焼器の少なくとも１つのバーナに通じる少なくとも１つの燃料管路内に個別調整弁が配置されている。
【００２４】
本発明に係るガスタービンの有利な態様によれば、燃料分配システムが、第１の燃料調整弁と、燃料を第１のバーナ分割グループのバーナに分配するための第１の燃料環状管路と、少なくとも１つの第２の燃料調整弁と、前記燃料を少なくとも１つの第２の分割グループのバーナに分配するための少なくとも１つの第２の燃料環状管路とを有している。
【００２５】
本発明に係るガスタービンの有利な態様によれば、高圧圧縮機が、全負荷時の確実な運転のために必要となる圧力比よりも高い圧力比に対して設計されている。
【００２６】
本発明に係るガスタービンの有利な態様によれば、タービン出口と排ガス管路とが、最大の全負荷排ガス温度よりも高い第２のタービンのタービン出口温度に対して設計されている。
【００２７】
本発明の要部は、第２の燃焼器の運転されているバーナの空気比λを部分負荷運転中に最大の空気比λｍａｘ未満に保つ、ガスタービンを運転するための方法である。この方法は、主として、個々にまたは組み合わせて実施することができる新たな３つの要素ならびに補足的な手段の点で優れている。
【００２８】
最大の空気比λｍａｘは、維持したいＣＯエミッション限界値、バーナおよび燃焼器の設計ならびに運転条件、すなわち、特にバーナ入口温度に左右される。
【００２９】
第１の要素は、調節可能な圧縮機案内羽根列の運転形式における変更である。この変更によって、第２の燃焼器をより高い部分負荷の場合に初めて運転することが可能となる。アイドリング運転から出発して、単に第１の燃焼器だけが運転されている間に、調節可能な圧縮機案内羽根列がすでに開放される。これによって、第２の燃焼器を運転することが必要となる前に、より高い相対的な負荷への負荷増加が可能となる。調節可能な圧縮機案内羽根列が開放されていて、高圧タービンの高温ガス温度またはタービン入口温度が限界値に達した場合に、第２の燃焼器に燃料が供給される。引き続き、調節可能な圧縮機案内羽根列が迅速に閉鎖される。この調節可能な圧縮機案内羽根列が高圧タービンのコンスタントなタービン入口温度ＴＩＴのまま閉鎖されることは、対抗策がないと、相対的な出力の著しい低下に繋がる恐れがある。この出力低下を回避するためには、第２の燃焼器内に導入される燃料質量流量が増加させられるようになっている。これによって、第２の燃焼器を運転する場合の最小の負荷と、第２の燃焼器内への最小の燃料流量とが著しく増加させられる。これによって、第２の燃焼器の最小の高温ガス温度が上昇させられ、空気比λが減少させられ、ひいては、ＣＯエミッションが削減される。
【００３０】
均一な負荷増加、すなわち、ガスタービンの出力の増加を実際にコンスタントな勾配で可能にするためには、調節可能な圧縮機案内羽根列が開放されていて、高圧タービンの高温ガス温度またはタービン入口温度が限界値に達した場合に、高圧タービンのコンスタントなタービン入口温度ＴＩＴのまま、調節可能な圧縮機案内羽根列の閉鎖が実施される。引き続き、この調節可能な圧縮機案内羽根列の閉鎖が第２の燃焼器への燃料供給に同期化される。すなわち、両動作が同時に実施されるかまたは互いに僅かな時間遅れを伴って実施される。
【００３１】
調節可能な圧縮機案内羽根列とは、圧縮機の吸入空気質量流量を調整するために、圧縮機案内羽根列の取付け角を調節することができる少なくとも１つの案内羽根列のことである。近年の圧縮機では、典型的に少なくとも１つの圧縮機前段案内羽根列が調節可能である。一般的には、２つまたはそれ以上の案内羽根列が調節可能である。
【００３２】
高圧タービンのタービン入口温度ＴＩＴの限界値は、部分負荷限界値とも呼ばれる。この部分負荷限界値は、一般的に全負荷限界値よりも小さいかまたは全負荷限界値に等しい。なお、この全負荷限界値とは、全負荷時の最大のタービン入口温度のことである。
【００３３】
負荷減少時には、方法が逆転される。すなわち、相対的な負荷、低圧タービンのタービン入口温度ＴＩＴ、低圧タービンのタービン出口温度ＴＡＴ、第２の燃焼器の燃料質量流量または別の適切なパラメータの適切な限界値もしくは組み合わされたパラメータの適切な限界値が達成されるまで、調節可能な圧縮機案内羽根列の閉鎖時に、第２の燃焼器に供給される燃料質量流量の減少によって、負荷が減少させられる。前述した限界値が達成されると、第２の燃焼器への燃料供給が停止され、調節可能な圧縮機案内羽根列が迅速に開放される。
【００３４】
第２の燃焼器の作動および停止の繰返しと、これに相俟った調節可能な圧縮機案内羽根列の開閉とを回避するためには、第２の燃焼器の停止を招く限界値がヒステリシスを備えてよい。すなわち、第２の燃焼器が停止される場合の相対的な負荷が、第２の燃焼器が作動させられる場合の相対的な負荷よりも低く設定されている。
【００３５】
理想的には、第１の燃焼器のタービン入口温度ＴＩＴが、調節可能な圧縮機案内羽根列の迅速な開閉時に調整器によってコンスタントに保たれる。しかし、実際には、調節可能な圧縮機案内羽根列の迅速な閉鎖と、第２の燃焼器の作動および停止とによって、高圧タービンのタービン入口温度ＴＩＴの過昇が生じることがある。このことを回避するために、１つの態様では、第１の燃焼器の燃料調整弁のパイロット制御が提案されている。調節可能な圧縮機案内羽根列の迅速な閉鎖時には、第１の燃焼器の燃料調整弁がパイロット制御によって相応に幾分閉鎖される。類似して、調節可能な圧縮機案内羽根列の迅速な開放時にも、燃料調整弁がパイロット制御によって相応に幾分開放される。
【００３６】
空気比λを減少させるための第２の要素は、部分負荷運転中の高圧タービンのタービン出口温度ＴＡＴ１および／または低圧タービンのタービン出口温度ＴＡＴ２の上昇による運転形式における変更である。この上昇によって、調節可能な圧縮機案内羽根列の開放をより高い負荷点にシフトする（ずらす）ことが可能となる。
【００３７】
従来、第２のタービンの最大のタービン出口温度は全負荷に対して規定されており、この温度に相応して、ガスタービンと、場合により、後置された排熱回収ボイラとが設計されている。これによって、閉鎖された調節可能な圧縮機案内羽根列での部分負荷運転時には、第２のタービンの最大の高温ガス温度が、第２のタービンのタービン入口温度ＴＩＴ２によって制限されるのではなく、第２のタービンのタービン出口温度ＴＡＴ２によって制限されている。閉鎖された少なくとも１つの調節可能な圧縮機案内羽根列での部分負荷時には、タービンに関する質量流量ひいては圧力比が減少させられるので、タービン出口温度に対するタービン入口温度の比も減少させられる。相応して、コンスタントなタービン出口温度ＴＡＴ２においてタービン入口温度ＴＩＴ２も低下させられ、たいてい全負荷値を著しく下回っている。全負荷限界値を超える、典型的には、１０℃〜３０℃のオーダ内でのタービン出口温度ＴＡＴ２の提案された僅かな上昇は、確かに、タービン入口温度ＴＩＴ２の上昇に繋がるものの、この上昇は全負荷値未満に保たれ、実際には寿命損失なしにまたは著しい寿命損失なしに実現することができる。設計または材料選択における適合は不要となるかまたは、典型的には、排ガス側に制限することができる。タービン入口温度ＴＩＴ２を上昇させるためには、高温ガス温度が上昇させられる。このことは、燃料質量流量の増加と、これに相俟った空気比λの減少とによって実現される。相応して、ＣＯエミッションが削減される。
【００３８】
運転中のバーナの空気比λを減少させるための更なる可能性は、コンスタントなタービン入口温度ＴＩＴ２での個々のバーナの停止および燃料の分配変更である。
【００３９】
タービン入口温度ＴＩＴ２を平均的にコンスタントに保つためには、運転中のバーナが、停止されたバーナの個数に相応して、より高温で運転されなければならない。このためには、燃料供給が増加させられ、ひいては、局所的な空気比λが減少させられる。
【００４０】
タービン入口温度として、たとえば、ＩＳＯ２３１４／１９８９に準じた、高温ガスと全ての冷却空気質量流量との理論上の混合温度が使用される。しかし、たとえば、タービンへの流入前の高温ガス温度が使用されてもよいし、いわゆる「燃焼温度」、つまり、第１のタービン案内羽根の下流側の混合温度が使用されてもよい。
【００４１】
第２の燃焼器の全てのバーナが運転されている高い負荷から出発して、たとえば負荷に反比例してバーナが停止される種々異なる運転形式が可能である。
【００４２】
ＣＯエミッションに対して最適化された運転のためには、分離平面を備えたガスタービンにおいて、典型的には、まず、分離平面に隣接したバーナが停止される。なお、分離平面とは、典型的には、ハウジングを上側の半部と下側の半部とに分割する平面のことである。各ハウジング半部は分離平面において、たとえばフランジで結合されている。
【００４３】
その結果、この隣接バーナが停止されるかまたは燃焼器の反対の側で分離平面に隣接した１つのバーナが停止され、その結果、分離平面から出発して燃焼器の両側で隣接バーナが常に交互に順次停止される。
【００４４】
ガスタービンの分離平面は、典型的には、絶対的に密でなく、たいてい、漏れ流によって、燃焼ガスの僅かな冷却および希釈ひいては局所的に高められたＣＯエミッションが生じるので、有利には、まず、分離平面に隣接した１つのバーナが停止される。この分離平面に隣接したバーナの停止によって、局所的なＣＯエミッションが回避される。
【００４５】
しかし、妥協策として、個々のバーナの停止によって、運転されない低温の隣接バーナと共に少なくとも２つのバーナが作業することが甘受されなければならない。１つの低温の隣接バーナに対する各境界は潜在的にＣＯエミッションの増加に繋がる。したがって、低温のバーナのグループの個数が最小限に抑えられなければならない。ガスタービンの設計、特に分離平面の領域における漏れに関して、停止されたバーナのただ１つのグループ、分離平面の両側に配置された停止されたバーナの２つのグループまたは停止されたバーナの多数のグループが有利である。
【００４６】
空気比λを減少させるための別の可能性は、調整された「ステージング」である。環状燃焼器において、均質な燃焼過程は脈動を招くことがある。このことは、高い負荷の場合、典型的には、いわゆる「ステージング」によって回避される。「ステージング」とは、少なくとも１つのバーナへの燃料供給を次第に減らすことを意味している。このためには、次第に弱めたい少なくとも１つのバーナの燃料管路内にオリフィス絞りまたは別の絞りエレメントが不動に組み込まれる。次第に弱められた少なくとも１つのバーナの空気比λは、減少させられた燃料量に相応して、全ての運転状態の間、より大きくなる。このことは、高い負荷の場合、環状燃焼器における所望の不均質性に繋がる。しかし、この不均質性は、低い負荷の場合、次第に弱められた少なくとも１つのバーナのＣＯ生成の過剰な増加を招く。ステージングによって回避したい燃焼不安定性は、通常、低い負荷時にはもはや生じないかまたは無視することができるほど小さい。したがって、１つの態様では、燃料供給を次第に減らすかもしくはバーナを次第に弱めることを不動のオリフィス絞りによって実施するのではなく、少なくとも１つの調整弁によって実施することが提案される。この少なくとも１つの調整弁は、低い負荷の場合、作動させられている全てのバーナを、いわば均質に低い空気比λで運転することができるように開放される。高い負荷の場合には、少なくとも１つの調整弁が絞られ、これによって、ステージングが実現される。
【００４７】
少なくとも１つの調整弁は、個別バーナの供給管路内に配置されていてよい。択一的には、バーナが、それぞれ１つの調整弁と、燃料を分配するためのそれぞれ１つの環状管路とを備えた少なくとも２つのグループにまとめられてもよい。
【００４８】
別の態様では、部分負荷時に空気比λを減少させるために、圧縮機最終空気または圧縮機流出空気（抽出空気とも呼ばれる）が膨張させられ、吸入空気に混加される。このことは、たとえば、空気を圧縮機プレナムから吸入空気内に混加して、吸入空気温度を上昇させる、いわゆる「凍結防止システム」の作動によって実現することができる。圧縮機空気の分岐は、燃焼器を通流する空気量の減少に繋がる。さらに、ガスタービンの総出力に関連した圧縮機仕事が増加させられる。圧縮機の出力消費の増加を補償するためには、タービン出力ひいては燃料量が増加させられなければならない。両者は空気比λの減少ひいてはＣＯエミッションの削減に繋がる。
【００４９】
ＣＯエミッションを削減するための別の可能性は、冷却空気質量流量および／または冷却空気温度の調整によって見い出される。
【００５０】
部分負荷時には、たとえば第１のタービンのタービン入口温度ＴＩＴ１が低下させられてよい。低下させられた高温ガス温度に相応して、高温ガス部分がより低温になり、冷却空気冷却器の下流側の高圧側冷却空気質量流量の減少および／または高圧側冷却空気温度の上昇によって、冷却出力を減少させることができる。この減少させられた冷却出力に相応して、冷却空気と冷却空気漏れとによって生じる低温の筋または流域が減少させられる。したがって、第２の燃焼器内への流入時の温度分布がより均質になる。均質な流入分布によって、火炎の局所的な冷却が回避され、ひいては、ＣＯエミッションが削減される。
【００５１】
相応して、部分負荷時には、低下させられた第２のタービンのタービン入口温度ＴＩＴ２により、冷却空気冷却器の下流側の低圧側冷却空気質量流量の減少および／または低圧側冷却空気温度の上昇によって、低圧側冷却出力を減少させることができる。この冷却出力の減少によって、燃焼器内の低温の領域が直接軽減される、すなわち、高温ガス温度に対して相対的に中温のかつ低温の筋が減少させられ、相応して、ＣＯエミッションが削減される。
【００５２】
択一的には、冷却空気システムに応じて、低圧側冷却空気量が増加させられてよい。低圧側冷却空気の大部分が第２のタービン内に導入されると、これによって、バーナと燃焼器とを通る空気質量流量を減少させることができる。これによって、空気比λが減少させられ、ＣＯエミッションの削減を達成することができる。
【００５３】
低圧側冷却空気システムをバイパスとして両燃焼器、特に第２の燃焼器に対して効率よく使用することができるようにするために、本発明の１つの態様では、第２の燃焼器と第２のタービンとに対して、低圧側冷却空気システムの分割が提案されている。冷却空気流は少なくとも一方の部分システムに対して調整可能に形成されている。理想的には、両部分システムが調整可能であり、これによって、部分負荷時にバーナと燃焼器とへの冷却空気質量流量が減少させられるのに対して、同時に第２のタービンへの冷却空気質量流量は増加させられる。
【００５４】
冷却空気システムのこの調整は、典型的には、負荷または相対的な負荷に関連して実施される。圧縮機前段案内羽根列の位置、圧縮機出口圧、第１のタービンのタービン入口温度ＴＩＴ１、第２のタービンのタービン入口温度ＴＩＴ２または別の適切なパラメータと、組み合わされたパラメータとに関連した調整も同じく可能である。
【００５５】
冷却空気質量流量および／または冷却空気温度の調整の代わりに、たとえば同じパラメータまたはパラメータ組合せに関連した制御が使用されてもよい。
【００５６】
別の態様では、予熱器内で上昇させられる燃料温度が、負荷に関連して調整される。ＣＯ部分負荷エミッションを削減するためには、部分負荷時に燃料温度が上昇させられる。この燃料温度の上昇によって、反応速度が高まり、火炎が上流側に移動する。このことは、より安定した火炎を発生させ、より良好な完全燃焼と、相応して、削減されたＣＯエミッションとに繋がる。
【００５７】
燃料温度のこの調整は、典型的には、負荷または相対的な負荷に関連して実施される。圧縮機前段案内羽根列の位置、圧縮機出口圧、第１のタービンのタービン入口温度ＴＩＴ１、第２のタービンのタービン入口温度ＴＩＴ２または別の適切なパラメータと、組み合わされたパラメータとに関連した調整も同じく可能である。
【００５８】
燃料温度の調整の代わりに、たとえば同じパラメータまたはパラメータ組合せに関連した制御が使用されてもよい。
【００５９】
本発明の対象は、方法のほかに、この方法を実施するためのガスタービンである。選択された方法または方法の組合せに応じて、ガスタービンの設計が適合されなければならず、かつ／または燃料分配システムおよび／または冷却空気システムが適合されなければならず、これによって、方法の実施可能性が保証される。
【００６０】
部分負荷時の個々のバーナの停止を可能にするためには、第２の燃焼器の少なくとも１つのバーナに通じる少なくとも１つの燃料管路内に個別切換弁が設けられていてよい。
【００６１】
負荷に関連したステージングを実現するためには、第２の燃焼器の少なくとも１つのバーナに通じる少なくとも１つの燃料管路内に調整弁が設けられていてよい。択一的には、燃料分配システムが、対応する燃料分配部を備えたバーナの少なくとも２つの分割グループに分割されてよい。各分割グループは、１つの燃料調整弁と、燃料を各分割グループのバーナに分配するための１つの燃料環状管路とを有している。
【００６２】
調節可能な圧縮機案内羽根列の開放を可能にするためには、たとえば翼配列をずらすことによって、高圧圧縮機の圧送間隔の検査と、場合により、圧縮機内の増圧の適合とが実施されなければならない。
【００６３】
部分負荷タービン出口温度の上昇を実現するためには、少なくともタービン出口と排ガス管路とが、最大の全負荷排ガス温度よりも高いタービン出口温度に対して設計されていなければならない。
【００６４】
冷却空気質量流量および温度の調整を実現するためには、１つまたはそれ以上の冷却空気冷却器が調整可能に形成されていなければならず、冷却空気システムに対する調整弁が設けられていなければならない。さらに、システムが、拡張された運転範囲内で、冷却器の下流側の冷却空気流量の増加および最高温度の上昇に対して設計されていなければならない。
【００６５】
本発明の更なる利点および態様は従属請求項に記載してあり、明細書および添付の図面から明らかである。説明した全ての利点は、それぞれ記載した組合せだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなしに、別の組合せでも、単独でも使用可能である。
【００６６】
１つの態様は、たとえば、局所的に生じる空気比λを減少させるための種々異なる構成要素の調整の点で優れている。ガスタービンの全ての構成部材は、許容可能な誤差の範囲内にある。この誤差は、各構成要素に対して、僅かに異なるジオメトリおよび特性に繋がる。このことは、運転中に、特にそれぞれ異なる圧力損失および流量にも繋がる。誤差は、通常運転中、特に高い部分負荷および全負荷に際して、実際に運転特性に影響を与えないように選択されている。しかし、高い空気比λでの部分負荷時には、すでに小さな障害がＣＯエミッションに著しい影響を与えることがある条件下で燃焼器が運転される。たとえば、低い流量係数を備えたバーナランスが、大きな横断面を備えたバーナ内に組み込まれる場合には、この組合せが、局所的に高められたＣＯ生成を招く局所的な空気比λの増加に繋がることがある。このことを回避するためには、局所的に生じる空気比λを減少させるための構成要素の調整が提案される。このためには、種々異なる構成部材のジオメトリおよび／または流量係数が測定され、高い流量を備えた部材と、低い流量を備えた部材とが、第２の燃焼器の内部で組み合わされる。
【００６７】
バーナランスは、第２の燃焼器のバーナへの燃料供給部材に対する１つの例である。このバーナランスは、この態様でも、別の態様でも、一例として形成されている。別の種類の燃料供給、たとえば燃料ノズルを備えた管または異形材の態様も同じく有効である。
【００６８】
典型的な例は、大きな横断面と、相応に低い圧力損失とを備えたバーナへの、高い流量を備えたバーナランスの組込みである。
【００６９】
更なる最適化可能性は、第１の燃焼器に対する第２の燃焼器の調整によって提供される。この態様では、通常、第１の燃焼器に設けられた高い流量を備えた構成部材が、第２の燃焼器に設けられた低い流量を備えた構成部材に組み合わされる。
【００７０】
たとえば、第１の燃焼器の、高い燃料流量を有するバーナの下流側に、低い流量を備えたバーナランスが配置される。第１の燃焼器内の局所的に高い流量は、第１の燃焼器からの局所的に高い出口温度ひいては下流側に位置する第２の燃焼器のバーナへの局所的に高められた入口温度を招く。このバーナに対する上昇させられた入口温度に相応して、このバーナ内に噴射された燃料の反応速度が、全てのバーナの平均よりも高くなる。したがって、このバーナを局所的により高い最大の空気比λｍａｘで運転することができる。この位置には、第１の燃焼器に対する調整のために、小さな流量係数を備えたランスを組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】シーケンシャル燃焼式のガスタービンを示す図である。
【図２】シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の断面図ならびに１つの燃料環状管路と、８つのバーナを次第に弱めるための８つの個別切換弁とを備えた燃料分配システムの断面図である。
【図３】シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の断面図ならびに１つの燃料環状管路と、４つのバーナの燃料流量を調整するための４つの個別調整弁とを備えた燃料分配システムの断面図である。
【図４】シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の断面図ならびに互いに別個に調整可能な２つの分割グループと、２つの燃料環状管路とを備えた燃料分配システムの断面図である。
【図５】シーケンシャル燃焼式のガスタービンを調整するための従来の方法を示す図である。
【図６】負荷増加に際して、第１の燃焼器だけでの運転の間、調節可能な圧縮機案内羽根列が開放され、その後、この調節可能な圧縮機案内羽根列が第２の燃焼器の作動時に急激に閉鎖される、シーケンシャル燃焼式のガスタービンを調整するための方法を示す図である。
【図７】負荷増加に際して、第２の燃焼器の作動後、ＴＡＴ２限界値が全負荷限界値を上回って増加させられる、シーケンシャル燃焼式のガスタービンを調整するための方法を示す図である。
【図８】全てのバーナが運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の横断面図である。
【図８ａ】左右において、それぞれ分離平面に隣接したバーナが停止されていて、残りのバーナが運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の横断面図である。
【図８ｂ】左右において、分離平面に隣接したそれぞれ２つのバーナが停止されていて、残りのバーナが運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の横断面図である。
【図９ａ】右側において、分離平面に隣接した１つのバーナが停止されていて、残りのバーナが運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の横断面図である。
【図９ｂ】左右において、それぞれ分離平面に隣接したそれぞれ１つのバーナが停止されていて、残りのバーナが運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の横断面図である。
【図１０】３つのグループのバーナが停止されていて、残りのバーナが運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の横断面図である。
【図１１】１つのグループのバーナが停止されていて、残りのバーナが運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器の横断面図である。
【００７２】
発明の実施の形態
本発明を、図１〜図１１に示した実施の形態につき概略的に説明する。
【００７３】
図１には、本発明に係る方法を実施するためのシーケンシャル燃焼式のガスタービン、つまり、再熱式のガスタービンが示してある。このガスタービンは、圧縮機１と、第１の燃焼器４と、第１のタービン７と、第２の燃焼器１５と、第２のタービン１２とを有している。典型的には、ガスタービンは発電機１９を有している。この発電機１９は、ガスタービンの低温の端部、すなわち、圧縮機１において、ガスタービンの軸１８に連結されている。
【００７４】
第１の燃焼器４内には、燃料供給部材５を介して燃料、たとえばガスまたはオイルが導入され、圧縮機１で圧縮された空気に混合され、燃焼させられる。高温ガス６が、仕事実行のもと、後続の第１のタービン７内で部分膨張させられる。
【００７５】
第２の燃焼器１５が運転されると、部分膨張させられたガス８に第２の燃焼器１５のバーナ９において燃料供給部材１０を介して更なる燃料が混加され、第２の燃焼器１５内で燃焼させられる。高温ガス１１が、仕事実行のもと、後続の第２のタービン１２内で膨張させられる。排ガス１３は、複合サイクル発電プラントの排熱回収ボイラまたは別の廃熱利用設備に有益に供給することができる。
【００７６】
吸入質量流量を調整するためには、圧縮機１が、少なくとも１つの調節可能な圧縮機案内羽根（静翼）列１４を有している。
【００７７】
吸入空気２の温度を上昇させることができるようにするためには、凍結防止管路２６が設けられている。この凍結防止管路２６を通して、圧縮された空気３の一部を吸入空気２に供給することができる。調整のためには、凍結防止調整弁２５が設けられている。この凍結防止調整弁２５は、従来、周辺空気中に高い相対的な空気湿分が含まれている寒い日に作動させられ、これによって、圧縮機１の凍結の危険が予防される。
【００７８】
圧縮された空気３の一部は高圧側冷却空気２２として分岐され、高圧側冷却空気冷却器３５を介して冷却され、第１の燃焼器４（冷却空気管路は図示せず）と第１のタービン７とに冷却空気２２として供給される。
【００７９】
高圧側冷却空気２２の、高圧タービン７に供給される質量流量は、この実施の形態では、高圧側冷却空気調整弁２１によって調整することができる。
【００８０】
高圧側冷却空気２２の一部は、いわゆる「担持空気２４」として第２の燃焼器１５のバーナ９のバーナランスに供給される。担持空気２４の質量流量は担持空気調整弁１７によって調整することができる。
【００８１】
圧縮機１から、空気の一部が部分圧縮されて分岐され、低圧側冷却空気冷却器３６を介して冷却され、第２の燃焼器１５と第２のタービン１２とに冷却空気２３として供給される。この冷却空気２３の質量流量は、この実施の形態では、冷却空気調整弁１６によって調整することができる。
【００８２】
燃焼器は、図２および図３に第２の燃焼器１５の例で示したように、たとえば多数の個別バーナ９を備えた環状燃焼器として形成されている。各バーナ９には、燃料分配システムと燃料供給部材１０とを介して燃料が供給される。
【００８３】
図２には、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの、バーナ９を備えた第２の燃焼器１５の断面図ならびに１つの燃料環状管路３０と、８つのバーナ９を停止するための８つの個別切換弁３７とを備えた燃料分配システムの断面図が示してある。個別切換弁３７の閉鎖によって、個々のバーナ９への燃料供給が停止され、燃料が残りのバーナ９に分配される。全燃料質量流量は調整弁２８を介して調整される。これによって、運転中のバーナ９の空気比λが減少させられる。
【００８４】
図３には、第２の燃焼器１５の断面図ならびに１つの燃料環状管路３０と、個々のバーナ９への燃料供給部材１０とを備えた燃料分配システムの断面図が示してある。この実施の形態では、４つのバーナ９が、これらの各バーナ９の燃料供給部材１０内の燃料流量を調整するための個別調整弁２７を備えている。全燃料質量流量は調整弁２８を介して調整される。個別調整弁２７による４つのバーナ９への燃料質量流量の別個の調整によって、ステージングが可能となる。４つの個別調整弁２７は、部分負荷が低い場合には、第２の燃焼器１５の全てのバーナ９に均一に燃料が供給されるように完全に開放されており、これによって、全てのバーナ９が等しい空気比λで運転されて、ＣＯエミッションが最小限に抑えられる。相対的な負荷が高まるにつれて、特にたとえば相対的な負荷の７０％を上回って、高められた脈動が生じる場合には、個別調整弁２７が僅かに閉鎖され、これによって、ステージングが実現され、ひいては、燃焼が安定化させられる。この場合には、僅かに閉鎖された個別調整弁２７を介して燃料供給されるバーナ９の空気比λが高められる。しかし、このことは、負荷が高い場合には、ＣＯエミッションに関して問題とならない。
【００８５】
図４には、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器１５の断面図ならびに別個に調整可能な２つの分割グループのバーナ９を備えた燃料分配システムの断面図が示してある。この燃料分配システムは、それぞれ第１の分割グループに対する燃料環状管路３２と、第２の分割グループに対する燃料環状管路３１と、対応する燃料供給部材１０とを有している。両分割システムの燃料量を独立して調整するためには、第１の分割グループに対する燃料調整弁３３と、第２の分割グループに対する燃料調整弁３４とが設けられている。
【００８６】
第１の分割グループに対する燃料調整弁３３と、第２の分割グループに対する燃料調整弁３４とは、部分負荷が低い場合には、各バーナ９の燃料質量流量が等しいように調整されている。
【００８７】
これによって、第２の燃焼器１５の全てのバーナ９に均一に燃料が供給されるので、全てのバーナ９が等しい空気比λで運転されて、ＣＯエミッションが最小限に抑えられる。相対的な負荷が高まるにつれて、特にたとえば相対的な負荷の７０％を上回って、高められた脈動が生じる場合には、第１の分割グループの調整弁３３が、第２の分割グループの調整弁３４ほど十分に開放されず、これによって、ステージングが実現され、ひいては、燃焼が安定させられる。
【００８８】
択一的には、第１の分割グループの調整弁３３が第２の調整弁３４の下流側に接続されてよい。この形態では、図３に示した形態に類似して、部分負荷時に第１の分割グループの調整弁３３が完全に開放されなければならず、高い部分負荷時には絞られなければならず、これによって、ステージングが実現される。全燃料質量流量は調整弁３４を介して調整される。燃料が液状燃料、たとえばオイルである形態では、バーナの種類に応じて、ＮＯｘエミッションを減少させるために、水噴射が必要となる。この水噴射は、たとえば燃料供給に類似して実施され、相応の管路および調整システムが設けられていなければならない。
【００８９】
液状燃料、たとえばオイルだけでなく、燃焼ガス、たとえば天然ガスでも運転することができる、いわゆる「デュアルフューエルガスタービン」では、各燃料に対して別個の燃料分配システムが設けられていなければならない。
【００９０】
図５には、シーケンシャル燃焼式のガスタービンを調整するための従来の方法が示してある。ガスタービンには、アイドリング、すなわち、０％の相対的な負荷Ｐｒｅｌから出発して、全負荷、すなわち、１００％の相対的な負荷Ｐｒｅｌまで負荷がかけられる。０％の相対的な負荷Ｐｒｅｌの場合には、調節可能な圧縮機案内羽根列１４が閉鎖されている、すなわち、最小の開き角に調整されている。
【００９１】
第１の燃焼器５が点火されている。このことは、第１のタービン７のタービン入口温度ＴＩＴ１と、対応するタービン出口温度ＴＡＴ１とを招く。第２の燃焼器１５はまだ運転されておらず、これによって、第２の燃焼器１５内でのガスの加熱は行われていない。第１のタービン７から流出するガスの温度ＴＡＴ１は、燃焼器冷却と低圧タービン冷却の考慮とによって第２のタービン１２のタービン入口温度ＴＩＴ２に低下させられる。第２のタービン１２から、膨張させられたガスが温度ＴＡＴ２で流出する。
【００９２】
方法の段階Ｉでは、０％の相対的な負荷Ｐｒｅｌから出発して、出力向上のために、まず、タービン入口温度ＴＩＴ１がＴＩＴ１限界値にまで上昇させられる。タービン入口温度ＴＩＴ１の上昇につれて、出口温度ＴＡＴ１および後続の第２のタービン１２の温度ＴＩＴ２，ＴＡＴ２も上昇する。
【００９３】
ＴＩＴ１限界値への到達後、出力を引き続き高めるためには、段階ＩＩの初めに第２の燃焼器１５が点火され、この第２の燃焼器１５のバーナ９への燃料供給が負荷に比例して増加させられる。タービン入口温度ＴＩＴ２およびタービン出口温度ＴＡＴ２は、このタービン出口温度ＴＡＴ２の第１の限界値が達成されるまで、段階ＩＩでの負荷にわたって相応に急勾配で上昇する。従来では、ＴＡＴ２限界値がＴＡＴ２全負荷限界値と同一である。
【００９４】
ＴＡＴ２限界値への到達後、出力を引き続き高めるためには、方法の段階ＩＩＩにおいて、調節可能な圧縮機案内羽根列１４が開放され、これによって、吸入質量流量の増加により出力が調整される。吸入質量流量に比例して、第２のタービン１２の圧力比が増加する。したがって、コンスタントなタービン出口温度ＴＡＴ２のままタービン入口温度ＴＩＴ２が相対的な出力Ｐｒｅｌにわたって引き続き上昇させられ、その後、第１のＴＩＴ２限界値が達成される。
【００９５】
この第１のＴＩＴ２限界値への到達後、相対的な負荷Ｐｒｅｌを引き続き高めるためには、方法の段階ＩＶにおいて、コンスタントなタービン入口温度ＴＩＴ２のまま、調節可能な圧縮機案内羽根列１４が、最大限に開放された位置に到達するまで引き続き開放される。
【００９６】
図示の例では、方法の段階Ｖにおいて、１００％の相対的な負荷Ｐｒｅｌが達成されるまで、タービン入口温度ＴＩＴ２が、調節可能な圧縮機案内羽根列１４のコンスタントな位置のまま、第１のＴＩＴ２限界値から第２のＴＩＴ２限界値に上昇させられる。
【００９７】
図６には、図５に示した方法に比べて段階ＩＩが変更された、シーケンシャル燃焼式のガスタービンを調整するための方法が示してある。段階ＩＩは、この実施の形態では、２つの部分に分割されている。段階Ｉの終わりにタービン入口温度ＴＩＴ１が限界値に到達させられると、段階ＩＩａにおいて、調節可能な圧縮機案内羽根列１４が開放されることによって、負荷が高められる。第２の燃焼器１５は段階ＩＩａの間まだ運転されていない。調節可能な圧縮機案内羽根列１４が段階ＩＩａの終わりに開放位置を達成すると、第２の燃焼器１５が作動させられ、調節可能な圧縮機案内羽根列１４が迅速に閉鎖される。この調節可能な圧縮機案内羽根列１４の閉鎖に同期して、第２の燃焼器１５に供給される燃料質量流量が増加させられる。これによって、第２の燃焼器１５が、著しく高い負荷の場合に初めて、著しく増加させられた燃料質量流量および著しく上昇させられたタービン入口温度ＴＩＴ２で定常運転される。第２の燃焼器１５が定常運転される場合には、吸入質量流量が変わることなく最小流量であるので、空気比λが著しく減少させられ、これによって、ＣＯエミッションが削減される。段階ＩＩｂでは、出力が、タービン入口温度ＴＩＴ２の上昇によって、ＴＡＴ２限界値への到達まで、段階ＩＩに対して説明した方法に類似して高められる。調節可能な圧縮機案内羽根列１４の迅速な閉鎖の間、ＣＯエミッションが増加させられることがある。したがって、調節可能な圧縮機案内羽根列１４は可能な限り高い角速度で閉鎖される。この角速度は、１つには、調節可能な圧縮機案内羽根列１４のアクチュエータの制限によって制限され、もう１つには、過度に迅速な閉鎖時に負荷変動およびタービン入口温度の調整における問題が生じることがある。アクチュエータによって、調節可能な圧縮機案内羽根列１４の閉鎖が数秒の範囲内で可能となる場合でも、調節可能な圧縮機案内羽根列１４は、たとえば数分の時間間隔、有利には１／２分（＝３０秒）よりも少ない間隔を置いて閉鎖される。
【００９８】
図７には、図５に示した方法に比べて段階ＩＩＩが変更された、シーケンシャル燃焼式のガスタービンを調整するための方法が示してある。図７には、２つの変更点が示してある。
【００９９】
段階ＩＩＩの第１の変更点は、ＴＡＴ２全負荷限界値よりも高い第２の限界値へのＴＡＴ２限界値の増加である。これによって、この第２のＴＡＴ２限界値が達成されるまで、タービン入口温度ＴＩＴ２の更なる上昇が可能となる。調節可能な圧縮機案内羽根列１４は段階ＩＩＩａの終わりまで閉鎖されたままである。調節可能な圧縮機案内羽根列１４が閉鎖されたままであり、タービン入口温度ＴＩＴ２と共に燃料質量流量が増加することによって、空気比λが著しく減少させられ、これによって、ＣＯ部分負荷エミッションが削減される。段階ＩＩＩｂでは、この段階ＩＩＩｂの終わりに第１のＴＡＴ２限界値が達成されるまで、ＴＡＴ２限界値が負荷に比例して減少させられる。タービン出口温度ＴＡＴ２の低下にもかかわらず、出力を高めるためには、調節可能な圧縮機案内羽根列１４が急勾配で開放される。この調節可能な圧縮機案内羽根列１４の開放に比例して、第２のタービン１２に関する質量流量ひいては圧力比が増加させられる。この圧力比によって、タービン出口温度ＴＡＴ２に対するタービン入口温度ＴＩＴ２の温度比が増加させられ、これによって、タービン出口温度ＴＡＴ２の低下にもかかわらず、段階ＩＩＩｂの終わりに第１のＴＩＴ２限界値が達成されるまで、タービン入口温度ＴＩＴ２が引き続き上昇させられる。
【０１００】
図７に示した第２の変更点は、段階ＩＩＩａの初めのタービン入口温度ＴＩＴ１およびタービン出口温度ＴＡＴ１の上昇である。図示のこの上昇は、単に一例として段階ＩＩＩの間に示してあるに過ぎない。この上昇は、方法または段階の移行点に依存していない。この上昇は、ＣＯエミッションに関して問題となる各部分負荷範囲内で実施されてよい。この形態では、空気比λに直接影響は与えられない。低エミッション燃焼を達成するための最小の空気比λｍｉｎは、燃焼の周辺条件に左右される。タービン出口温度ＴＡＴ１の上昇によって、周辺条件が改善される。タービン出口温度ＴＡＴ１の上昇によって、第２の燃焼器１５内の温度と反応速度とが高められる。これによって、完全燃焼が改善され、ＣＯエミッションが削減される。
【０１０１】
図８には、全てのバーナ９が運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器１５の概略的な横断面図が示してある。バーナ９は、それぞれ符号Ｘによって運転されているものとして図示してある。
【０１０２】
図８ａには、左右において、それぞれ分離平面３８に隣接したバーナ９が停止されていて、残りのバーナ９が運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器１５の横断面図が示してある。停止されているバーナ９は、符号Ｏによって運転されていないものとして示してある。
【０１０３】
図８ｂには、左右において、分離平面３８に隣接したそれぞれ２つのバーナ９が停止されていて、残りのバーナ９が運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器１５の横断面図が示してある。
【０１０４】
図８ａおよび図８ｂに示した個別バーナを切り換えるためには、たとえば、図２に示したように、個々のバーナ９への燃料供給部材１０に個別切換弁３７が設けられてよい。本発明に係る方法の実施の形態では、高い相対的な負荷Ｐｒｅｌにおいて、全てのバーナ９が運転されている。相対的な負荷Ｐｒｅｌの限界値未満への負荷の減少時には、まず、図８ａに相応して、分離平面３８に隣接したバーナ９が停止される。
【０１０５】
さらに、相対的な負荷Ｐｒｅｌのより低い限界値未満への負荷の更なる減少後、図８ｂに相応して、分離平面３８から位置２つ分だけ遠ざけられたバーナ９も停止される。
【０１０６】
図９ａには、右側において、分離平面３８に隣接した１つのバーナ９が停止されていて、残りのバーナ９が運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービン第２の燃焼器１５の横断面図が示してある。
【０１０７】
図９ｂには、左右において、それぞれ分離平面３８に隣接した１つのバーナ９が停止されていて、残りのバーナ９が運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービン第２の燃焼器１５の横断面図が示してある。
【０１０８】
図８ａ／図８ｂに示したバーナ分割グループの停止に対して択一的には、全てのバーナ９が運転されている高い負荷から出発して、個々のバーナ９が停止されてもよい。まず、図９ａに示したように、観察方向で見て右側に位置する、分離平面３８に隣接したただ１つのバーナ９が停止される。次のステップにおいて、観察方向で見て左側に位置する、分離平面３８に隣接した１つのバーナ９が停止される。
【０１０９】
また、負荷に反比例して、更なるバーナ９が停止されてもよい。
【０１１０】
図１０には、３つのグループのバーナ９が停止されていて、残りのバーナ９が運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器１５の横断面図が示してある。このような構成は、たとえば、ＣＯエミッションに与えられる、分離平面３８における漏れの影響が小さく、さらに、作動させられているバーナ９のＣＯエミッションに与えられる、停止されている低温の隣接バーナの影響が小さい場合に選択することができる。この配置形態の利点は、燃焼器１５の出口における比較的均質な温度分布である。
【０１１１】
図１１には、ただ１つのグループのバーナ９だけが停止されていて、残りのバーナ９は運転されている、シーケンシャル燃焼式のガスタービンの第２の燃焼器１５の横断面図が示してある。この配置形態は、作動させられているバーナ９のＣＯエミッションに与えられる、停止されている低温の隣接バーナの影響が極めて大きく、この場合に生じる燃焼器１５の好ましくない出口温度分布を後続の第２のタービン１２によって許容することができるかまたは温度分布に冷却を適合させることができる場合に有利である。
【０１１２】
上述した全ての利点は、記載した組合せに限定されているだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなしに、別の組合せでも、単独でも使用可能である。たとえば、個々のバーナ９またはバーナ９のグループを停止するための任意に異なる形態が可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  圧縮機
２  吸入空気
３  圧縮された空気
４  第１の燃焼器
５  燃料供給部材
６  高温ガス
７  第１のタービン
８  部分膨張させられた高温ガス
９  第２の燃焼器のバーナ
１０  燃料供給部材
１１  高温ガス
１２  第２のタービン
１３  （排熱回収ボイラへの）排ガス
１４  調節可能な圧縮機案内羽根
１５  第２の燃焼器
１６  低圧側冷却空気調整弁
１７  担持空気調整弁
１８  軸
１９  発電機
２１  高圧側冷却空気調整弁
２２  高圧側冷却空気
２３  冷却空気
２４  担持空気
２５  凍結防止調整弁
２６  凍結防止管路
２７  個別調整弁
２８  燃料調整弁
２９  燃料供給部材
３０  燃料環状管路
３１  第２の分割グループに対する燃料環状管路
３２  第１の分割グループに対する燃料環状管路
３３  第１の分割グループに対する燃料調整弁
３４  第２の分割グループに対する燃料調整弁
３５  高圧側冷却空気冷却器
３６  低圧側冷却空気冷却器
３７  個別切換弁
３８  分離平面
ＴＡＴ  タービン出口温度
ＴＡＴ１  第１のタービンのタービン出口温度
ＴＡＴ２  第２のタービンのタービン出口温度
ＴＩＴ  タービン入口温度
ＴＩＴ１  第１のタービンのタービン入口温度
ＴＩＴ２  第２のタービンのタービン入口温度
Ｐｒｅｌ  相対的な出力
Ｘ  作動させられているバーナ
Ｏ  停止されているバーナ
【図１】
0005680053.tif 000002
【図２】
0005680053.tif 000003
【図３】
0005680053.tif 000004
【図４】
0005680053.tif 000005
【図５】
0005680053.tif 000006
【図６】
0005680053.tif 000007
【図７】
0005680053.tif 000008
【図８】
0005680053.tif 000009
【図８ａ】
0005680053.tif 000010
【図８ｂ】
0005680053.tif 000011
【図９ａ】
0005680053.tif 000012
【図９ｂ】
0005680053.tif 000013
【図１０】
0005680053.tif 000014
【図１１】
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