(57)【要約】      （修正有）【課題】液体燃料により又はデュアルフューエルユニットとして動作するガスタービンでは、液体燃料のコークス化及び炭素堆積は、ユニットの信頼性及び可用性に影響を及ぼす基本的な問題である。このため、燃料送給システムを含む、タービン組立体用燃料パージシステムを提供する。【解決手段】燃料送給システム１４は、タービン組立体に燃料を提供するための燃料源３８と、燃料の燃料流を調整するための制御弁４６と、少なくとも１つの燃焼器２４に燃料を選択的に送給するための分流器４８と、少なくとも１つの燃焼器２４の上流に配置された燃焼器弁５０とを含む。燃料パージシステム５２は、燃焼器弁５０の上流の位置で燃料送給システム１４に蒸気を送給するための蒸気源５４をさらに含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン組立体用燃料パージシステムであって、
前記タービン組立体に燃料を提供するための燃料源、
前記燃料の燃料流を調整するための制御弁、
少なくとも１つの燃焼器に前記燃料を選択的に送給するための分流器、及び
少なくとも１つの燃焼器の上流に配置された燃焼器弁
を含む燃料送給システムと、
前記燃焼器弁の上流の位置で前記燃料送給システムに蒸気を送給するための蒸気源と
を含む燃料パージシステム。
【請求項２】
前記蒸気の蒸気流を調整するための蒸気制御弁をさらに含む、請求項１記載の燃料パージシステム。
【請求項３】
前記蒸気は、前記分流器の上流に送給される、請求項２記載の燃料パージシステム。
【請求項４】
前記制御弁の下流で前記分流器の上流に配置された燃料ポンプをさらに含む、請求項１記載の燃料パージシステム。
【請求項５】
前記蒸気の蒸気流を調整するための蒸気制御弁をさらに含み、前記蒸気は、前記燃料ポンプの上流に送給される、請求項４記載の燃料パージシステム。
【請求項６】
蒸気制御弁と、前記燃料送給システムに前記蒸気を選択的に送給するための蒸気マニホールドとをさらに含む、請求項１記載の燃料パージシステム。
【請求項７】
前記制御弁の下流で前記分流器の上流に配置された燃料ポンプをさらに含む、請求項６記載の燃料パージシステム。
【請求項８】
前記蒸気は、前記燃料ポンプの上流で前記燃料送給システムに送給される、請求項７記載の燃料パージシステム。
【請求項９】
前記蒸気源は、熱回収蒸気発生器である、請求項１記載の燃料パージシステム。
【請求項１０】
前記燃料送給システムに前記蒸気を送給する前に前記蒸気を冷却するための冷却器をさらに含む、請求項６記載の燃料パージシステム。
【請求項１１】
タービン組立体から燃料をパージする方法であって、
燃料供給部、及び燃焼器の上流に配置された燃焼器弁を有する燃料送給システムを提供するステップと、
蒸気源を提供するステップと、
前記蒸気源を前記燃料送給システムに動作可能に接続するステップと、
前記燃焼器弁の上流の位置で前記蒸気源から前記燃料送給システムに蒸気を選択的に送給するステップと
を含む、燃料をパージする方法。
【請求項１２】
タービン組立体始動シーケンス中に前記蒸気を選択的に送給するステップをさらに含む、請求項１１記載の燃料をパージする方法。
【請求項１３】
タービン組立体停止シーケンス中に前記蒸気を選択的に送給するステップをさらに含む、請求項１１記載の燃料をパージする方法。
【請求項１４】
前記燃料送給システムは、燃料ポンプ及び分流器をさらに含む、請求項１１記載の燃料をパージする方法。
【請求項１５】
前記分流器の上流で前記燃料送給システムに前記蒸気を選択的に送給するステップをさらに含む、請求項１４記載の燃料をパージする方法。
【請求項１６】
前記燃料ポンプの上流で前記燃料送給システムに前記蒸気を選択的に送給するステップをさらに含む、請求項１４記載の燃料をパージする方法。
【請求項１７】
タービン組立体から液体燃料をパージする方法であって、
液体燃料供給部、液体燃料制御弁、及び燃焼器の上流に配置された燃焼器弁を有する液体燃料送給システムを提供するステップと、
蒸気源及び蒸気制御弁を有する蒸気送給システムを提供するステップと、
前記蒸気送給システムを前記液体燃料送給システムに動作可能に接続するステップと、
前記燃焼器弁の上流の位置で前記蒸気送給システムから前記液体燃料送給システムに蒸気を選択的に送給するステップと
を含む、液体燃料をパージする方法。
【請求項１８】
前記液体燃料制御弁を開放位置から完全閉鎖位置に移行させるステップを含む液体燃料停止シーケンスを開始させるステップをさらに含む、請求項１７記載の燃料をパージする方法。
【請求項１９】
前記液体燃料制御弁が前記完全閉鎖位置に移行する前に前記蒸気制御弁を開放するステップをさらに含む、請求項１８記載の燃料をパージする方法。
【請求項２０】
前記蒸気制御弁を開放するステップは、前記液体燃料制御弁を前記完全閉鎖位置に移行させた後に起こる、請求項１８記載の燃料をパージする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、タービン組立体の燃料送給システムに関し、より詳細には、その中の燃料をパージすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電に使用されるガスタービンは、ガス燃料（例えば、天然ガス、合成ガスなど）、又は蒸留油若しくはナフサなどの液体燃料を使用する。いくつかのガスタービンは、ガス燃料でのみ動作し、いくつかのガスタービンは、液体燃料でのみ動作するが、他のガスタービンは、液体燃料の補助により動作する。この場合、液体燃料は、始動及び停止には使用されない。さらに、デュアルフューエルタービンとして知られている他のタービンは、液体燃料及びガス燃料を使用し、液体燃料又はガス燃料は、一次燃料として働く。
【０００３】
液体燃料により又はデュアルフューエルユニットとして動作するガスタービンでは、液体燃料のコークス化及び炭素堆積は、ユニットの信頼性及び可用性に影響を及ぼす基本的な問題である。コークス形成は、コークスが逆止弁、分配弁、燃料ノズル、及び液体燃料管を閉塞させる可能性があるので、システム故障の原因である。蒸留における概算的なコークス形成温度は、酸素の存在下では２５０°Ｆ（約１２１℃）、無酸素状態では３５０°Ｆ（約１７７℃）である。今日使用されるコークス化軽減策には、液体燃料再循環、Ｎ2パージシステム、エアパージシステム、及び水冷式逆止弁が含まれる。これらの方法は、コークス形成に対してある程度の効果があるが、いくつかの方法は高価であり、さらに、他の方法は、コークス形成後のコークスを除去するとき、完全に信頼できるとは限らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１６５４３５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、タービン組立体用燃料パージシステムは、燃料送給システムを含む。燃料送給システムは、タービン組立体に燃料を提供するための燃料源、燃料の燃料流を調整するための制御弁、少なくとも１つの燃焼器に燃料を選択的に送給するための分流器、及び少なくとも１つの燃焼器の上流に配置された燃焼器弁を含む。燃料パージシステムは、燃焼器弁の上流の位置で燃料送給システムに蒸気を送給するための蒸気源をさらに含む。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、タービン組立体から燃料をパージする方法は、燃料供給部、及び燃焼器の上流に配置された燃焼器弁を有する燃料送給システムを提供するステップを含む。蒸気源を提供するステップも含まれる。蒸気源を燃料送給システムに動作可能に接続するステップがさらに含まれる。燃焼器弁の上流の位置で蒸気源から燃料送給システムに蒸気を選択的に送給するステップもさらに含まれる。
【０００７】
本発明のさらに別の態様によれば、タービン組立体から液体燃料をパージする方法は、液体燃料供給部、液体燃料制御弁、及び燃焼器の上流に配置された燃焼器弁を有する液体燃料送給システムを提供するステップを含む。蒸気源及び蒸気制御弁を有する蒸気送給システムを提供するステップも含まれる。蒸気送給システムを液体燃料送給システムに動作可能に接続するステップがさらに含まれる。燃焼器弁の上流の位置で蒸気送給システムから液体燃料送給システムに蒸気を選択的に送給するステップもさらに含まれる。
【０００８】
これら及び他の利点及び特徴は、図面と併せて以下の説明を読むことにより、より明らかになる。
【０００９】
本発明とみなされる主題は、明細書の結論の特許請求の範囲において、具体的に指摘され、明確に請求される。本発明の上述及び他の特徴及び利点は、添付の図面と併せて読めば、以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】タービンシステムの概略図である。
【図２】第１の実施形態のタービン組立体用蒸気パージシステムの概略図である。
【図３】第２の実施形態の蒸気パージシステムの概略図である。
【図４】第３の実施形態の蒸気パージシステムの概略図である。
【図５】第４の実施形態の蒸気パージシステムの概略図である。
【図６】タービン組立体から燃料をパージする方法を示す流れ図である。
【図７】弁のシーケンスの方法を示す流れ図である。
【図８】弁のシーケンスの方法のグラフである。
【図９】弁のシーケンスの方法のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明は、例として図面を参照して、利点及び特徴と共に、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１を参照すれば、タービンシステム１０が、概略的に示されており、タービンコンパートメント１２、液体燃料送給システム１４、及びガス送給システム１６を含む。例示的な実施形態では、タービンシステム１０は、デュアルフューエル燃焼タービンエンジンであるが、液体燃料のみを燃焼させるエンジンなどの他のタイプのエンジン、より具体的には、どんな場合でも液体燃料を使用する任意のタービン組立体１０を使用できることを理解されたい。タービンコンパートメント１２は、圧縮機１８、燃焼器２４、及びタービン２２を含む。
【００１３】
運転の際、空気は圧縮機１８に流入し、圧縮されて高圧ガスになる。高圧ガスは、燃焼器２４に供給され、プロセスガス及び／又は合成物質ガス（合成ガス）などの燃料と混合される。燃料及び圧縮空気は、燃焼器２４に入り、点火されて、タービン２２を駆動するのに使用される高温高圧燃焼生成物又は空気流を形成する。タービン２２は、圧縮機／タービンシャフト又はロータ２５を通して圧縮機１８に動作可能に接続する複数の回転組立体又は段を含む。
【００１４】
ここで図２を参照すれば、燃焼器２４は、典型的には複数の燃料ノズルを含む燃料ノズル組立体２６を含む。より具体的には、各燃料ノズル組立体２６は、ガス燃料源３２と流体連通状態で結合するガス燃料ノズル３０を含む。限定されないが、クリーンな合成ガス及び天然ガスを含めて、そうしたガス燃料により、本明細書に説明するタービン組立体１０の動作が可能になる。さらに、各燃料ノズル組立体２６は、液体燃料源３８と流体連通状態で結合する液体燃料ノズル３４を含む。そうした液体燃料は、限定されないが、蒸留油又はナフサを含めて、本明細書に説明するタービン組立体１０の動作を可能にする炭素質液体燃料である。
【００１５】
液体燃料送給システム１４は、タービンコンパートメント１２に選択的に送給するための液体燃料を貯蔵するタンクなどの液体燃料源３８を含む。液体燃料は、例えばストレーナなどのフィルタ４０を通過することにより、１つ又は複数の浄化段を通過し、次に、第１の液体燃料ポンプ４２及び第２の液体燃料ポンプ４３として示された１つ又は複数のポンプにより、必要な圧力までポンプアップされる。液体燃料は、燃料送給システム１４内の熱源４４により加熱することができるが、様々な熱源を加熱のために使用することができる。制御弁４６は、タービン組立体１０の状態及び要求に基づいて燃料流を制御する。分流器４８は、燃焼器２４に至る液体燃料を測定する。燃焼器弁５０は、燃焼器２４に実際に送給される前に、さらに別の流量制御機構を提供する。燃焼器弁５０は、液体燃料を受け取り、燃焼器２４の液体燃料ノズル３４にも、適宜液体燃料を液体燃料源３８に戻す液体燃料再循環システムにも液体燃料を送給する能力を提供する３方弁とすることができる。
【００１６】
タービン組立体１０は、蒸気源５４を含む蒸気送給システム５２をさらに含む。蒸気源５４は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）、ボイラ、又は蒸気を貯蔵し、送給することができる他の任意の適当な構造体を含むことができる。ＨＲＳＧの場合、蒸気は、利用可能な範囲で、低圧（ＬＰ）区域、中圧（ＩＰ）区域、又は高圧（ＨＰ）区域から取り出すことができる。例示的な実施形態は、蒸気をＬＰ区域から取り出し、蒸気がタービンコンパートメント１２における圧力損失要求を満たすようにする。蒸気制御弁５６は、燃料送給システム１４と流体連通する蒸気送給ライン５８を介して液体燃料送給システム１４に選択的に送給される蒸気流を調整する。図示した実施形態では、蒸気は、制御弁４６の下流及び分流器４８の上流、場合により第２の液体燃料ポンプ４３の上流の位置において液体燃料送給システム１４に送給される。用語「上流」及び「下流」は、一般に、蒸気又は液体燃料に関する流れの方向を指す。
【００１７】
運転の際、デュアルフューエルユニットでは、タービン組立体１０のガス燃料運転の停止中に、液体燃料パージが行われる。タービン組立体１０の停止が開始されると、制御システムは、所定の値に達するまで負荷を低減し始める。この時点で、蒸気制御弁５６は、開放し、液体燃料送給システム１４をパージする。このパージにより、液体燃料送給システム１４からの全ての残留液体燃料、及び運転中に発生した可能性がある、いかなるコークス及び炭素堆積物も除去される。蒸気パージのタイミングは、液体燃料及びいかなる炭素堆積物も低減又は除去されるように、一定の回数の体積浄化を行うように設計される。
【００１８】
タービン組立体１０の始動中の動作では、蒸気は、液体燃料送給システム１４に導かれ、いかなる残留炭素及び液体燃料も除去し、タービン組立体１０がそうした動作を要求すると、液体燃料へのスムーズな移行を確実にする。
【００１９】
図３を参照して、別の例示的な実施形態を概略的に示す。液体送給システム１４は、上述したものと同様である。蒸気送給システム５２は、蒸気源５４及び蒸気制御弁５６を含むが、蒸気を燃料送給システム１４に選択的に送給するための蒸気マニホールド６０をさらに含む。蒸気は、分流器４８の下流で燃焼器弁５０の上流の位置において液体燃料送給システム１４に送給される。この場合、蒸気は、蒸気マニホールド６０を介して導かれ、下流の制御弁４６に戻り、それにより、燃焼器弁５０、及び分流器４８の下流の管などの、コークス化に影響されやすい重要領域において液体燃料送給システム１４をパージする。
【００２０】
図４を参照して、蒸気送給システム５２のさらに別の例示的な実施形態を概略的に示す。図示した実施形態では、タービンシステム１０上に既に存在する既存の蒸気源５４は、液体燃料送給システム１４に対する蒸気送給選択肢を含むように変更される。上述の実施形態と同様に、蒸気は、制御弁４６の下流及び分流器４８の上流、適宜第２の液体燃料ポンプ４３の上流の位置において液体燃料送給システム１４に導かれる。既存の蒸気源５４は、ＮＯX軽減及び／又は出力増強のために予め使用されてきた可能性がある。
【００２１】
ここで図５を参照して、別の例示的な実施形態を概略的に示す。蒸気送給システム５２は、上述のように、蒸気源５４、蒸気制御弁５６、及び蒸気マニホールド６０を含む。蒸気送給システム５２のプロセス条件は、液体燃料送給システム１４からパージされる液体燃料の引火点及び自己点火温度により少なくとも部分的に決定される。例えば、蒸気源５４からの予想される蒸気条件が、使用中の液体燃料の自己点火温度よりも高い場合、パージするのに使用される蒸気は、液体燃料送給システム１４に注入される前に冷却する必要がある。この場合、蒸気を液体燃料送給システム１４に導く前に冷却する可能性があるので、冷却器６２を使用する。それに加えて、液体燃料送給システム１４に向かう途中で蒸気を冷却器６２に通すかどうかを選択的に制御するために、バイパス弁６４を含む。
【００２２】
図６を参照すれば、流れ図は、液体燃料送給システム１４内の燃料をパージするための方法を示し、本方法を全体的に７０と呼ぶ。本方法７０は、タービン組立体１０の停止プロセス中に液体燃料送給システム１４の蒸気パージを使用することを示す。デュアルフューエルユニットでは、タービン組立体１０は、液体燃料運転状態７２で特定の時間の間に動作する。あるタイプのタービン組立体１０は、ユニット停止前及び停止時にガス燃料運転状態７４で機能する。タービン組立体１０の停止シーケンス７６が開始すると、制御システムは、負荷を所定の値まで低減し、そのとき、蒸気パージシーケンス７８が開始する。蒸気パージシーケンス７８は、残留液体燃料７９並びに運転中に発生した可能性があるいかなるコークス及び炭素堆積物も除去するために液体燃料送給システム１４の様々な部分を通して蒸気を選択的に送給するステップを含む。
【００２３】
上述の方法７０は、タービン組立体１０に関する停止手順に言及するが、始動及びガス燃料から液体燃料の間又はその逆の移行などの他のタービン組立体１０運転中に蒸気パージを使用することができることを理解されたい。
【００２４】
図７及び８を参照して、蒸気パージ開始中の弁動作のシーケンス８０を示す。例示した図は、液体燃料運転の停止に関し、液体燃料制御弁４６を開放位置から閉鎖位置に移行させ、それにより、タービンコンパートメント１２に向かう液体燃料の流れを停止させる。弁動作のシーケンス８０は、液体燃料制御弁８２を徐々に閉鎖するステップを含む。液体燃料制御弁４６を完全に閉鎖する前に蒸気制御弁５６を開放し、それにより、液体燃料制御弁４６を完全に閉鎖する前に蒸気パージ８４を開始する。蒸気パージ８４の開始は、タービンへの熱入力測定値、又はタービンへの液体燃料の流量により、液体燃料制御弁４６の所望の特定の弁位置で行うことができる。蒸気制御弁５６の開放を開始させることができる液体燃料制御弁４６位置のそうした範囲は、使用する用途に応じて変化する可能性がある。液体燃料制御弁４６を完全に閉鎖する前に蒸気パージ８４を開始することにより、蒸気は、液体燃料と混合し、燃焼器２４に加わる不明なエネルギーを低減する。それに加えて、弁動作のシーケンス８０は、燃焼器２４のノズル組立体２６において正の圧力を保つのを助ける。
【００２５】
図９を参照すれば、液体燃料制御弁４６を完全に閉鎖する前に蒸気制御弁５６を開放するステップを含むシーケンスとして上述したが、弁動作のシーケンス８０は、液体燃料制御弁４６の閉鎖８６後に蒸気制御弁を開放するステップを含むことも企図されることを理解されたい。
【００２６】
本発明は、限られた数の実施形態のみに関して詳細に説明してきたが、本発明は、そうした開示実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明は、これまで説明しなかったが、本発明の技術的思想及び範囲と整合する、任意の数の変形形態、修正形態、代替形態、又は均等な構成を組み合わせて変更することができる。それに加えて、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、説明した実施形態のいくつかのみを含むことができることを理解されたい。したがって、本発明は、以上の説明により限定されるものとみなすべきでないが、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】
【００２７】
１０  タービンシステム
１２  タービンコンパートメント
１４  液体燃料送給システム
１６  ガス送給システム
１８  圧縮機
２４  燃焼器
２２  タービン
２５  ロータ
２６  燃料ノズル組立体
３０  ガス燃料ノズル
３２  ガス燃料源
３４  液体燃料ノズル
３８  液体燃料源
４０  フィルタ
４２  第１の液体燃料ポンプ
４３  第２の液体燃料ポンプ
４４  熱源
４６  制御弁
４８  分流器
５０  燃焼器弁
５２  蒸気送給システム
５４  蒸気源
５６  蒸気制御弁
５８  蒸気送給ライン
６０  蒸気マニホールド
６２  冷却器
６４  バイパス弁
７２  液体燃料運転
７４  ガス燃料運転への移行を開始する
７６  液体燃料停止シーケンスを開始する
７８  液体燃料送給システムの蒸気パージを開始する
７９  蒸気パージは、液体燃料送給システムから残留液体燃料、コークス、及び炭素堆積物を除去する
８０  弁動作
８２  液体燃料停止を開始する
８４  液体燃料停止の完了前に蒸気パージを開始する
８６  液体燃料制御弁の閉鎖後に蒸気パージを開始する
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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