(57)【要約】【課題】ガスタービン発電機において火炎安定性を制御するための方法及び装置を提供すること。【解決手段】方法は、ガスタービン発電機の燃焼器の複数の燃料ノズルにおいて可燃性混合物を形成すること、複数の燃料ノズルの選択された燃料ノズルにおいて可燃性混合物の１以上の酸素濃度を変更すること及び、複数の燃料ノズルにおいて可燃性混合物を燃焼させることであって、それにより、ガスタービン発電機の火炎安定性を制御する、燃焼させることを含む。【選択図】図１
2013253771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン発電機において火炎安定性を制御する方法であって、
前記ガスタービン発電機の燃焼器の複数の燃料ノズルにおいて可燃性混合物を形成すること、
前記複数の燃料ノズルの選択された燃料ノズルにおいて前記可燃性混合物の１以上の酸素濃度を変更すること及び、
前記複数の燃料ノズルにおいて前記可燃性混合物を燃焼させることであって、それにより、前記ガスタービン発電機の火炎安定性を制御する、燃焼させることを含む方法。
【請求項２】
前記酸素濃度を変更することは、前記選択された燃料ノズルの前記酸素濃度を増加させること及び、前記複数の燃料ノズルの他の燃料ノズルの前記酸素濃度を減少させることをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記可燃性混合物は、再循環排ガス及びコントロールガスを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記１以上の可燃性混合物の前記酸素濃度を変更することは、（ｉ）前記１以上のノズルに供給される酸素の量を変更すること、（ｉｉ）前記１以上のノズルに供給される不活性ガスの量を変更すること及び（ｉｉｉ）前記１以上のノズルに供給される再循環排ガスの量を変更することの少なくとも１つを実施することをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記コントロールガスは不活性ガスを含む請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記酸素濃度を変更することは、（ｉ）前記コントロールガスのフローを能動的に制御すること及び（ｉｉ）前記コントロールガスのフローを受動的に制御することの一方をさらに含む請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記選択された燃料ノズルにおいて前記酸素濃度を変更することは、前記選択された燃料ノズルにおいて前記酸素濃度を増加させ、それにより前記選択された燃料ノズルにおいて火炎の火炎安定性を増加させることをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記選択された燃料ノズルにおいて前記可燃性混合物の燃料当量比を調整し、それにより前記選択された燃料ノズルにおいて前記火炎安定性を制御することをさらに含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
ガスタービン発電機の火炎安定性を制御するための装置であって、
複数の可燃性混合物を形成するように構成された前記ガスタービン発電機における燃焼チャンバの複数の燃料ノズルと、
前記複数の燃料ノズルの選択された燃料ノズルにおいて可燃性混合物の酸素濃度を変更して、前記可燃性混合物を燃焼させることによって得られる火炎の火炎安定性を制御するように構成されたフロー要素とを備える装置。
【請求項１０】
前記フロー要素は、前記選択された燃料ノズルの酸素濃度を増加させ、また、前記複数の燃料ノズルの他の燃料ノズルの酸素濃度を減少させるように構成される請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記可燃性混合物は、再循環排ガス及びコントロールガスを含む請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記フロー要素は、（ｉ）前記１以上のノズルに供給される酸素の量を変更すること、（ｉｉ）前記１以上のノズルに供給される不活性ガスの量を変更すること及び（ｉｉｉ）前記１以上のノズルに供給される再循環排ガスの量を変更することの少なくとも１つを実施することによって、前記可燃性混合物の前記酸素濃度を変更するようにさらに構成される請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記コントロールガスは不活性ガスを含む請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
前記フロー要素は、（ｉ）前記コントロールガスの能動的制御及び（ｉｉ）前記コントロールガスの受動的制御の一方によって、前記可燃性混合物に対する前記コントロールガスのフローを制御するようにさらに構成される請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
前記フロー要素は、増加した火炎安定性の範囲を前記選択されたノズルにおいて提供するために、前記選択された燃料ノズルにおいて前記可燃性混合物の前記酸素濃度を増加させるようにさらに構成される請求項９記載の装置。
【請求項１６】
前記選択されたノズルにおいて、前記増加した火炎安定性の範囲内で前記可燃性混合物の燃料当量比を提供するように構成されたコントロールユニットをさらに備える請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
ガスタービン発電機であって、
燃焼器であって、燃焼器内で燃焼するための可燃性混合物を形成するように構成された複数の燃料ノズルを有する、燃焼器と、
前記複数の燃料ノズルの１以上の燃料ノズルにおける可燃性混合物の酸素濃度を、前記複数の燃料ノズルの他の燃料ノズルにおける前記可燃性混合物の酸素濃度と異なるように変更するように構成された１以上のフロー要素とを備え、前記燃焼器は、実質的に同じ酸素濃度を有する可燃性混合物を燃焼させるときと実質的に同じ排気レベルを、異なる酸素濃度を有する前記可燃性混合物を燃焼させるときに生じるガスタービン発電機。
【請求項１８】
前記フロー要素は、前記複数の燃料ノズルの選択された燃料ノズルの酸素濃度を増加させ、また、前記複数の燃料ノズルの他の燃料ノズルの前記酸素濃度を減少させるように構成される請求項１７記載のガスタービン発電機。
【請求項１９】
前記フロー要素は、（ｉ）前記１以上のノズルに供給される酸素の量を変更すること及び（ｉｉ）前記１以上のノズルに供給される不活性ガスの量を変更すること及び（ｉｉｉ）前記１以上のノズルに供給される再循環排ガスの量を変更することの少なくとも１つを実施することによって、前記酸素濃度を変更するように構成される請求項１７記載のガスタービン発電機。
【請求項２０】
前記フロー要素は、（ｉ）前記不活性ガスの能動的注入及び（ｉｉ）前記不活性ガスの受動的注入の一方によって、前記不活性ガスの前記注入を変更するようにさらに構成される請求項１９記載のガスタービン発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、ガスタービン発電機において火炎安定性を制御するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電機は、ロータリドライブシャフトの回転をもたらす作動ガスを生成するために圧縮空気と燃料の可燃性混合物を燃焼させることによって運転する。ガスタービンからの排気物は、様々量のＮＯＸ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ及びＯ２から構成される。ガスタービン発電機を運転するときの重要な問題は、これらの排気のレベルを低減すること又は制御することである。これらのレベルを制御する１つの方法は、燃料当量比の選択された領域内に存在する燃料／空気混合物を燃焼させることを含む。ガスタービンが使用される目的又は種々の排気制限に応じて、この選択される領域は小さくなる可能性がある。排気レベルはまた、可燃性混合物の酸素濃度を下げることによって低減し得る。しかし、酸素濃度を過剰に下げると、火炎は火炎不安定性又は消炎を起こし易くなる。したがって、本開示は、選択された排気レベルを維持しながら、ガスタービン発電機における火炎燃焼の安定性を増加させる方法を提供する
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７５２３６０３号
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様によれば、ガスタービン発電機において火炎安定性を制御するための方法が提供され、方法は、ガスタービン発電機の燃焼器の複数の燃料ノズルにおいて可燃性混合物を形成すること、複数の燃料ノズルの選択された燃料ノズルにおいて可燃性混合物の１以上の酸素濃度を変更すること及び、複数の燃料ノズルにおいて可燃性混合物を燃焼させることであって、それにより、ガスタービン発電機の火炎安定性を制御する、燃焼させることを含む。
【０００５】
本開示の別の態様によれば、ガスタービン発電機の火炎安定性を制御するための装置が提供され、装置は、複数の可燃性混合物を形成するように構成されたガスタービン発電機における燃焼チャンバの複数の燃料ノズルと、複数の燃料ノズルの選択された燃料ノズルにおいて可燃性混合物の酸素濃度を変更して、可燃性混合物を燃焼させることによって得られる火炎の火炎安定性を制御するように構成されたフロー要素とを含む。
【０００６】
本開示のさらに別の態様によれば、ガスタービン発電機が提供され、ガスタービン発電機は、燃焼器であって、燃焼器内で燃焼するための可燃性混合物を形成するように構成された複数の燃料ノズルを有する、燃焼器と、可燃性混合物の酸素濃度を変更するように構成されたフロー要素とを含み、変更された酸素濃度を有する可燃性混合物を燃焼させることは、実質的に同じ酸素濃度を有する可燃性混合物を燃焼させることと実質的に同じ排気レベルを生じる。
【０００７】
これらのまた他の利点及び特徴は、図面に関連して考えられる以下の説明からより明らかになるであろう。
【０００８】
本発明とみなされる主題は、本仕様書の終りの特許請求の範囲において特に指摘され明確に請求される。本発明の先のまた他の特徴及び利点は、添付図面に関連して考えられる以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態における例示的なガスタービン発電機を示す図である。
【図２】本開示の例示的な実施形態における燃焼チャンバに対するコントロールガスの能動的供給を示す例示的なガスタービン発電機の燃焼チャンバを示す図である。
【図３】燃料ノズルに対するコントロールガスの供給を制御するための受動的フロー要素を示す図である。
【図４】燃料ノズルに対するコントロールガスの供給を制御するための受動的フロー要素を示す図である。
【図５】本開示の例示的な実施形態による火炎の種々の運転領域を示す火炎安定性線図である。
【図６】燃焼火炎の安定性を制御するための、ガスの選択的な注入の例示的なプロセスの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明は、図面を参照して、例として、利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１は、本開示の一実施形態における例示的なガスタービン発電機１００を示す。一般に、ガスタービン発電機１００は、圧縮機セクション１１０、燃焼セクション１２０及びタービンセクション１３０を含む。圧縮機セクション１１０は、空気を圧縮するための複数の圧縮機段１０２ａ…１０２ｎを含む。例示的な圧縮機段は、圧縮機セクション１１０の外側ハウジング１０４によって支持される静翼及び共通の圧縮機シャフト１０８上に搭載される回転ブレードを含む。周囲空気９５は、入口９８を通して導入され、ブレードの回転によって各圧縮機段で連続して圧縮される。最終圧縮機段（１０２ｎ）で圧縮された後、圧縮空気は、圧縮機セクション１１０から環状ディフューザ１２２を通り、燃焼セクション１２０の燃焼チャンバ１２６及びトランジション部材１２８を囲む圧縮空気チャンバ１２４に放出される。圧縮空気は、通常、一般にＮＯＸ排気を低減するために、圧縮空気チャンバ１２４内で再循環排ガス（ＥＧＲ）と混合される。圧縮空気とＥＧＲの混合物は、燃焼チャンバ１２６に供給され、そこで燃料及びコントロールガスと混合されて、選択された酸素濃度を有する燃料とガスの可燃性混合物を形成する。この可燃性混合物は、その後、燃焼チャンバ１２６内で燃焼して、作動ガスを生成する。作動ガスは、トランジション部材１２８及びタービンノズル１３２に送られて、タービンセクション１３０に入る。タービンセクション１３０は、段の直列配置構成で作られ、各段はバケット１３６として知られる回転ブレードを有する。バケットは回転シャフト１３５によって支持される。トランジション部材１２８を出る作動ガスは、直列段を通して膨張して、バケット１３６の回転を引起す。バケットの回転は、次に、回転シャフト１３５に回転を与える。一態様では、回転シャフト１３５は、圧縮機シャフト１０８に結合されるため、回転シャフト１３５の回転は、圧縮機セクション１１０のブレードの回転を駆動する。発電所用途では、回転システム１３５は、一般に、発電機（図示せず）のロータに結合されて、発電機を駆動し、それにより、電気を生成する。作動ガスは、最終的に、タービンセクション１３０の排気部１３９で放出され、排気筒を通して雰囲気に、冷却ユニット又は熱交換器に送られうる。導管１４０は、排ガスの一部分を、圧縮空気と混合するためにタービン排気部１３９から燃焼チャンバ１２６へ再循環させる。導管１４０内のＥＧＲ弁１４２は、再循環される排ガスの量を制御するために調整し得る。
【００１２】
発電機システム１００は、さらに、燃焼チャンバ１２６内で燃焼させるために燃焼セクション１２０に燃料を提供するための燃料システム１０６を含む。１つ以上の燃料ライン１０７ａ〜１０７ｄは、燃料システム１０６から図２に示す燃焼チャンバ１２６の種々の燃料ノズルに燃料を提供する。ガスコントロール弁１４４ａ〜１４４ｄは、燃料ライン１０７ａ〜１０７ｄのそれぞれに結合され、燃料ライン１０７ａ〜１０７ｄ内の燃料のフローを制御するために個々に調整し得る。コントロールガス供給部２２０は、コントロールガスライン２０２を介して燃料ノズル及び燃焼チャンバにコントロールガスを提供する。コントロールガスは、不活性ガス、酸素、環状ディフューザ１２２から導管１６０を介して供給される周囲空気、又は導管１６１を介したＥＧＲでありうる。不活性ガス供給部は、不活性ガス及び／又は酸素をコントロールガス供給部２２０に供給するために使用し得る。
【００１３】
例示的な実施形態では、コントロールユニット１５０は、燃焼チャンバ１２６の燃料ノズルの燃料混合物を制御する。コントロールユニット１５０は、コントロール弁１４２及びガスコントロール弁１４４ａ〜１４４ｄに結合されて、燃焼チャンバ１２６において可燃性混合物の組成を制御しうる。コントロールガスは、さらに、コントロールガス供給部２２０に結合されて、コントロールガスの組成を制御しうる。種々の実施形態では、コントロールユニット１５０は、ＥＧＲ弁１４２及びガスコントロール弁１４４ａ〜１４４ｄ並びに燃料ノズルへのコントロールガスの供給を制御するガス供給弁の弁構成を制御しうる。種々の弁は、可燃性混合物の酸素濃度を制御するために、燃焼チャンバへの排ガスの再循環、燃料流量及び燃料ノズルへのコントロールガスの流れのうちの少なくとも１つを制御するように制御し得る。コントロールユニット１５０は、メモリ１５４、本明細書で述べる本開示の方法に従ってガスタービン発電機１００を運転するための命令をメモリ１５４に記憶するプログラム１５６のセット、並びに、プログラム１５６のセット及びメモリ１５４のコンテンツにアクセスできるプロセッサ１５２を含む。プロセッサ１５２は、本明細書で開示する方法に従って火炎安定性を制御するための種々のプログラム１５６を実行するように構成される。さらに、種々の入力１６２が、コントロールユニット１５０に提供されることができ、種々の入力１６２は、本明細書で開示する種々の方法によるガスタービンの運転時に使用される、例えば目標燃料／不活性ガス比、種々の温度、燃料流量、ＥＧＲ流量などを含む。
【００１４】
図２は、例示的な実施形態における燃焼チャンバに対するコントロールガスの能動的供給を示す、本開示の例示的な燃焼チャンバ１２６を示す。燃焼チャンバ１２６は、燃料とガスを混合して、燃焼するための可燃性混合物を形成するために使用される複数の燃料ノズル２０５ａ〜２０５ｄを含む。それぞれのノズル２０５ａ〜２０５ｄに燃料を供給する燃料ライン１０７ａ〜１０７ｄが示される。それぞれのノズル２０５ａ〜２０５ｄにコントロールガスを供給するコントロールガスライン２０２ａ〜２０２ｄもまた示される。コントロールガスは、一般に、不活性ガスを含み、例えば窒素及び／又は蒸気あるいはＥＧＲを含みうる。コントロールガスライン２０２ａ〜２０２ｄは、種々のレベルで燃料ノズルにコントロールガスを供給するように個々に構成し得るガス供給弁２１０ａ〜２１０ｄなどのフロー要素を含む。例示的な実施形態は４つのノズルを含むが、代替の実施形態では、任意の数のノズル及び燃料ライン（及び弁）が実装し得る。圧縮空気チャンバ１２４からの圧縮空気とＥＧＲの混合物２０３は、通路２０８を通して複数の燃料ノズルに入るように燃料ノズルの後端部に循環される。例示のために燃料ノズル２０５ａを参照すると、圧縮空気とＥＧＲの混合物２０３は、可燃性混合物を形成するために燃料ノズル２０５ａにおいて燃料１０７ａとコントロールガス２０２ａと混合される。可燃性混合物は、燃料ノズル２０５ａの前端部で燃焼される。本開示の例示的な実施形態では、例示的な燃料ノズル２０５ａにおけるコントロールガスの量は、減少又は増加され、それにより、例示的な燃料ノズル２０５ａにおける可燃性混合物の酸素濃度を増加又は減少させうる。図２に示すように、コントロールガスの供給は、例示的な供給ガス弁２１０ａ〜２１０ｄによって能動的に制御し得る。あるいは、コントロールガスの供給は、受動的フロー要素によって受動的に制御し得る。図３は、コントロールガスを受取るための、断面積の異なるオリフィスを有する２つの例示的な燃料ノズル２０５ａ及び２０５ｂを示す。燃料ノズル２０５ａ用のオリフィス２２１ａは、燃料ノズル２０５ｂ用のオリフィスより小さく、燃料ノズル２０５ａの酸素濃度を、燃料ノズル２０５ｂの酸素濃度より大きくさせる。図４は、コントロールガスを、コントロールガス供給部２２０から燃料ノズル２０５ａ〜２０５ｄに提供するための導管を示す。各フロー分割器の断面は、燃料ノズル２０５ａ〜２０５ｂに対して選択された比率でコントロールガスを提供するように選択される。そのため、コントロールガスのフローは、選択されたサイズを有するノズルのオリフィス、コントロールガスの選択的な分配を可能にする多岐管、選択的なフロー分割装置、又はコントロールガスを分割することが可能な他のデバイスなどのフロー要素を通して制御し得る。
【００１５】
図５は、本開示の例示的な実施形態による、火炎安定性の種々の領域を示す火炎安定性の線図を示す。ｘ軸は、その火炎における可燃性混合物の燃料当量比を示す。可燃性混合物の酸素濃度（パーセント酸素）は、ｙ軸に沿ってプロットされる。燃料当量比は、一般に、その火炎に供給される燃料と、利用可能な酸素によって消費される燃料の量との比である。当量比が１であるとき、これらの量は等しい。当量比が１未満であるとき、燃料混合物はリーン（希薄）であると考えられる。リーンブローアウト閾値５０２は、それより低いと、火炎に供給される可燃性混合物の燃料含量がリーン過ぎて火炎を維持できない境界値を示す。リーン運転可能領域５１０は、１．０の当量比及びリーンブローアウト閾値５０２によって境界付けられる。リーン運転可能領域５１０では、可燃性混合物は、燃焼時に過剰の酸素（０２）を含む排ガスを生成する傾向がある。同様に、１より大きい当量比は、燃料濃厚混合物を含む。濃厚ブローアウト閾値５０４は、それを超えると、可燃性混合物の燃料含量が濃厚過ぎて火炎を維持できない境界値を示す。ＣＯ限界ライン５０８及び濃厚ブローアウト閾値５０４によって境界付けられる領域５１４では、可燃性混合物は、燃焼時に高い量のＣＯを含む排ガスを生成する傾向がある。
【００１６】
図５を見てわかるように、リーンブローアウト閾値５０２及び濃厚ブローアウト閾値５０４は、２１％未満のある酸素濃度で交差する。そのため、交差の酸素濃度より低い混合物は、燃料濃度比によらず点火しない。種々の実施形態では、リーンブローアウト閾値５０２及び濃厚ブローアウト閾値５０４は、約１３％の酸素濃度で交差する。しかし、この交差点は、本開示の制限として意味されない。周囲空気は、運転可能範囲５１５の上部分を境界付ける、約２１％の酸素を含有する。したがって、ガスタービンの火炎における可燃性混合物の化学組成は、リーンブローアウト閾値５０２、濃厚ブローアウト閾値５０４及び周囲酸素濃度内にある。安全マージンを供給するために、可燃性混合物は、通常、５０２ａ、５０４ａ及び５１５による境界内に存在する。１の当量比５０６、ＣＯ上限５０８、周囲Ｏ２５１５及び濃厚ブローアウト境界５０４ａによって規定される領域５１２内でガスタービン発電機を運転することは、領域５１０における排気物中の過剰のＯ２と領域５１４における排気物中の高いＣＯの両方を回避する。５０６と５０８との間の分離は、酸素含量に伴って増加する。発電機は、通常、耐久性及びＮＯＸ排気のため火炎温度を減少させるために低酸素濃度（領域５２０）で運転される。領域５２０では、火炎は、非常に狭い範囲の当量比にわたって安定であり、ブローアウトに近い。領域５２２などの高い酸素濃度では、利用可能な当量比空間はより大きく、火炎は、ブローアウト制限からより離れる。領域５２２内での運転についてのトレードオフは、火炎温度がより高いことである。したがって、より高い酸素濃度で燃焼する火炎は、安定して燃焼できるより広い範囲の燃料当量比値を有する。
【００１７】
本開示の一実施形態では、選択された燃料ノズルにおける選択された火炎は、より高い酸素濃度の領域５２２で運転され、一方、他の燃料ノズルにおける火炎は、領域５２０又はより低い酸素濃度の領域で運転される。領域５２２で運転する火炎は、領域５２０で運転する火炎より広い範囲の燃料当量比にわたって安定である。したがって、選択された火炎の安定性は、燃焼チャンバ１２６の他の燃料ノズルにおける火炎に対して安定性を提供する。選択された燃料ノズルにおいて酸素濃度を上げることは、選択された燃料ノズルにおける総排気レベルを増加させる。したがって、総排気レベルを維持するために、他の燃料ノズルの酸素濃度が減少させられ、それにより、他の燃料ノズルにおける排気レベルが低減される。
【００１８】
図６は、燃焼火炎の安定性を制御するための、ガスの選択的な注入の例示的なプロセスの概要を示す。圧縮機セクションから放出される圧縮空気６０２及び再循環排ガス（ＥＧＲ）６０４は、圧縮空気チャンバ１２４内で混合される。混合物は、その後、燃焼チャンバ１２６の複数のノズル６１２に送られる。燃料ノズル６１２において、圧縮空気／ＥＧＲ混合物は、燃料６０８及びコントロールガス６１０とさらに混合されて、可燃性混合物を形成する。コントロールガスは、燃料ノズルに、受動的に又は能動的に供給し得る。可燃性混合物は、その後、燃焼チャンバ１２６内で燃焼される６１４。コントロールガスは、通常、不活性ガスの１以上の組成を含み、また同様に、空気、窒素及び水を種々の量で含みうる。コントロールガスの組成は、特定の酸素濃度を得るために調整される。種々の実施形態では、ＥＧＲ６０４及びコントロールガス６１０の一方又は両方は、可燃性混合物の酸素含量を増加させるために、選択されたノズルにおいて燃料混合物を提供するように制御し得る。同様に、コントロールガス又はＥＧＲは、酸素濃度を低下させるために他の燃料ノズルにおいて制御し得る。一実施形態では、選択される燃料ノズルは、火炎安定性線図の領域５２２で運転され、一方、他の燃料ノズルは、領域５２０又はわずかに低い酸素濃度の領域で運転される。代替の実施形態では、燃料ノズルのうちの２つ以上の燃料ノズルは、領域５２２で運転され、他の燃料ノズルの酸素濃度は、相応して調整される。
【００１９】
したがって、一態様では、本開示は、ガスタービン発電機において火炎安定性を制御する方法を提供し、方法は、ガスタービン発電機の燃焼器の複数の燃料ノズルにおいて可燃性混合物を形成すること、複数の燃料ノズルの選択された燃料ノズルにおいて可燃性混合物の１以上の酸素濃度を変更すること及び、複数の燃料ノズルにおいて可燃性混合物を燃焼させることであって、それにより、ガスタービン発電機の火炎安定性を制御する、燃焼させることを含む。例示的な実施形態では、酸素濃度を変更することは、選択された燃料ノズルの酸素濃度を増加させること及び、複数の燃料ノズルの他の燃料ノズルの酸素濃度を減少させることをさらに含む。可燃性混合物は、再循環排ガス及びコントロールガスを含みうる。１以上の可燃性混合物の酸素濃度を変更することは、（ｉ）１以上のノズルに供給される酸素の量を変更すること、（ｉｉ）１以上のノズルに供給される不活性ガスの量を変更すること及び（ｉｉｉ）１以上のノズルに供給される再循環排ガスの量を変更することの少なくとも１つを実施することをさらに含む。コントロールガスは、通常、不活性ガスを含む。酸素濃度を変更することは、（ｉ）コントロールガスのフローを能動的に制御すること及び（ｉｉ）コントロールガスのフローを受動的に制御することの一方をさらに含む。選択された燃料ノズルにおいて酸素濃度を変更することは、選択された燃料ノズルにおいて酸素濃度を増加させることであって、それにより、選択された燃料ノズルにおいて火炎の火炎安定性を増加させる、増加させることを含みうる。一実施形態では、可燃性混合物の燃料当量比は、選択された燃料ノズルにおいて火炎安定性を制御するために選択された燃料ノズルにおいて調整される。
【００２０】
別の態様では、本開示は、ガスタービン発電機の火炎安定性を制御するための装置を提供し、装置は、複数の可燃性混合物を形成するように構成されたガスタービン発電機における燃焼チャンバの複数の燃料ノズルと、複数の燃料ノズルの選択された燃料ノズルにおいて可燃性混合物の酸素濃度を変更して、可燃性混合物を燃焼させることによって得られる火炎の火炎安定性を制御するように構成されたフロー要素とを含む。一実施形態では、フロー要素は、選択された燃料ノズルの酸素濃度を増加させ、また、複数の燃料ノズルの他の燃料ノズルの酸素濃度を減少させるように構成される。可燃性混合物は、再循環排ガス及びコントロールガスを含む。一実施形態では、フロー要素は、（ｉ）１以上のノズルに供給される酸素の量を変更すること、（ｉｉ）１以上のノズルに供給される不活性ガスの量を変更すること、又は（ｉｉｉ）１以上のノズルに供給される再循環排ガスの量を変更することによって、可燃性混合物の酸素濃度を変更するように構成される。コントロールガスは、通常、不活性ガスを含む。種々の実施形態では、フロー要素は、（ｉ）コントロールガスの能動的制御及び（ｉｉ）コントロールガスの受動的制御の一方によって、可燃性混合物に対するコントロールガスのフローを供給するように構成される。フロー要素は、増加した火炎安定性の範囲を選択された燃料ノズルにおいて提供するために、選択された燃料ノズルにおいて可燃性混合物の酸素濃度を増加させるようにさらに構成し得る。一実施形態では、コントロールユニットは、選択されたノズルにおいて、増加した火炎安定性の範囲内で可燃性混合物の燃料当量比を提供するように構成される。
【００２１】
別の実施形態では、本開示は、ガスタービン発電機を提供し、ガスタービン発電機は、燃焼器であって、燃焼器内で燃焼するための可燃性混合物を形成するように構成された複数の燃料ノズルを有する、燃焼器と、複数の燃料ノズルの１以上の燃料ノズルにおける可燃性混合物の酸素濃度を、複数の燃料ノズルの他の燃料ノズルにおける可燃性混合物の酸素濃度と異なるように変更するように構成された１以上のフロー要素とを含み、燃焼器は、実質的に同じ酸素濃度を有する可燃性混合物を燃焼させるときと実質的に同じ排気レベルを、異なる酸素濃度を有する可燃性混合物を燃焼させるときに生じる。一実施形態では、フロー要素は、複数の燃料ノズルの選択された燃料ノズルの酸素濃度を増加させ、また、複数の燃料ノズルの他の燃料ノズルの酸素濃度を減少させるように構成される。フロー要素は、（ｉ）１以上のノズルに供給される酸素の量を変更すること、（ｉｉ）１以上のノズルに供給される不活性ガスの量を変更すること、又は（ｉｉｉ）１以上のノズルに供給される再循環排ガスの量を変更することによって、酸素濃度を変更するように構成し得る。種々の実施形態では、フロー要素は、（ｉ）不活性ガスの能動的注入及び（ｉｉ）不活性ガスの受動的注入の一方によって、不活性ガスの注入を変更するように構成される。
【００２２】
本発明が、限られた数の実施形態だけに関連して詳細に説明されたが、本発明が、こうして開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるべきである。むしろ、本発明を修正して、これまで述べられていないが本発明の趣旨及び範囲に対応する任意の数の変形形態、代替形態、置換形態、又は同等の構成を組み込むことができる。さらに、本発明の種々の実施形態が述べられたが、本発明の態様は述べられた実施形態の一部のみを含むことができることが理解される。したがって、本発明は、先の説明に限定されると見なされるのではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２３】
９５  周囲空気
９８  入口
１００  ガスタービン発電機
１０２ａ…１０２ｎ  圧縮機段
１０２ｎ  最終圧縮機段
１０４  外側ハウジング
１０６  燃料システム
１０７ａ〜１０７ｄ  燃料ライン
１０８  圧縮機シャフト
１１０  圧縮機セクション
１２０  燃焼セクション
１２２  環状ディフューザ
１２４  圧縮空気チャンバ
１２６  燃焼チャンバ
１２８  トランジション部材
１３０  タービンセクション
１３２  タービンノズル
１３５  回転シャフト
１３６  バケット
１３９  タービン排気部
１４０  導管
１４２  ＥＧＲ弁
１４４ａ〜１４４ｄ  ガスコントロール弁
１５０  コントロールユニット
１５２  プロセッサ
１５４  メモリ
１５６  プログラム
１６０  導管
１６１  導管
１６２  入力
２０２  コントロールガスライン
２０２ａ〜２０２ｄ  コントロールガスライン
２０３  ＥＧＲ混合物
２０５ａ〜２０５ｄ  燃料ノズル
２０８  通路
２１０ａ〜２１０ｄ  ガス供給弁
２２０  コントロールガス供給部
２２１  オリフィス
５０２  リーンブローアウト閾値
５０４  濃厚ブローアウト閾値
５０４ａ  濃厚ブローアウト境界
５０６  １の当量比の境界
５０８  ＣＯ上限
５１０  リーン運転可能領域
５１２  領域
５１４  領域
５１５  運転可能領域
５２０  領域
５２２  領域
６０２  圧縮空気
６０４  再循環排ガス
６０８  燃料
６１０  コントロールガス
６１２  燃料ノズル
６１４  可燃性混合物
【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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