(57)【要約】【課題】ガスタービンの全体的な性能に悪影響を及ぼすことなく一方の形態の燃料から異なる燃料への使用および移行を効率的で、容易なものにすることが可能なガスタービン用の新しい種類の燃料送出システムを提供する。【解決手段】一方の種類の燃料から別の燃料に効率よく移行するように設計されたガスタービン用の燃料送出システムは、それぞれが異なる液体または気体燃料を燃焼器に供給する、異なる、連携する燃料モジュール、つまり、高水素燃料ガス、留出燃料、およびナフサ燃料モジュールと、ナフサまたは留出液（またはこれらの組み合わせ）用の霧化空気送出システムと、空気抽出システムと、高水素燃料ガス、留出燃料、およびナフサ燃料モジュール用の複数の分配制御弁と、燃焼器への高水素燃料ガス管路をパージし、および／またはナフサ管路を留出液でフラッシングする窒素パージシステムとを備える。【選択図】図１
2013151938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン用の燃料送出システムであって、
水素燃料ガス源を前記ガスタービンの１つまたは複数の燃焼器に送出するための手段を備える高水素燃料ガスモジュールと、
第１の液体燃料を前記燃焼器に送出するための手段を備える留出燃料モジュールと、
ナフサを含む第２の液体燃料を前記燃焼器に送出するための手段を備えるナフサ燃料モジュールと、
前記燃焼器に結合された霧化空気送出システムと、
前記燃焼器の排出部に結合された空気抽出システムと、
前記高水素燃料ガス、留出燃料、およびナフサ燃料モジュールのそれぞれに対する分配制御弁とを備えるガスタービン用の燃料送出システム。
【請求項２】
窒素パージシステムをさらに備える請求項１記載の燃料送出システム。
【請求項３】
前記高水素燃料ガスは、少なくとも５体積％の水素から最大１００％の水素までを含む請求項１記載の燃料送出システム。
【請求項４】
前記分配制御弁のうちの選択されたいくつかの弁は、前記燃焼器に供給される前記高水素燃料ガスを制限し、制御する請求項１記載の燃料送出システム。
【請求項５】
前記分配制御弁のうちの選択されたいくつかの弁は、前記燃焼器に供給される前記留出燃料を制限し、制御する請求項１記載の燃料送出システム。
【請求項６】
前記分配制御弁のうちの選択されたいくつかの弁は、前記燃焼器に供給される前記ナフサ燃料を制限し、制御する請求項１記載の燃料送出システム。
【請求項７】
前記分配制御弁のうちの選択されたいくつかの弁は、前記燃焼器に供給される留出液とナフサ燃料の前記混合を制限し、制御する請求項１記載の燃料送出システム。
【請求項８】
前記第１の液体燃料から前記第２の液体燃料に移行するための制御弁をさらに備える請求項１記載の燃料送出システム。
【請求項９】
前記霧化空気送出システムは、前記燃焼器に供給される前記液体燃料供給物用の霧化器を備える請求項１記載の燃料送出システム。
【請求項１０】
前記高水素燃料ガス、留出燃料、およびナフサ燃料モジュールのそれぞれに対する個別の燃料マニホールドをさらに備える請求項１記載の燃料送出システム。
【請求項１１】
前記窒素パージモジュールは、前記高水素燃料ガスモジュールを窒素でパージするための制御弁を備える請求項２記載の燃料送出システム。
【請求項１２】
ガスタービンの燃焼器に供給される燃料の組成を気体燃料から液体燃料に切り替える方法であって、
制御された量の高水素燃料ガスを前記燃焼器に供給するステップと、
前記高水素燃料ガスの流れを停止するステップと、
前記高水素燃料ガスを搬送する流れ管路を窒素でパージするステップと、
制御された量の液体燃料を前記燃焼器に供給するステップと、
前記液体燃料を霧化するのに十分な圧縮空気を前記燃焼器に供給するステップとを含む方法。
【請求項１３】
前記液体燃料は、留出液を含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記液体燃料は、ナフサを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記液体燃料は、留出燃料とナフサの混合物を含む請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
ガスタービンの燃焼器に供給される燃料を液体燃料から気体燃料に移行する方法であって、
制御された量の液体燃料を前記燃焼器に供給するステップと、
前記燃焼器内の燃焼の前に前記液体燃料を霧化するステップと、
前記高水素燃料ガスを搬送する管路を窒素でパージするステップと、
前記液体燃料の流れを停止するステップと、
前記高揮発性液体燃料を搬送する前記管路を第２の低揮発性液体燃料でパージするステップと、
制御された量の高水素燃料ガスを前記燃焼器に供給するステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記液体燃料は、ナフサ、留出液、またはこれらの混合物を含む請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジン燃料システム（ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ  ｅｎｇｉｎｅ  ｆｕｅｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）に関するものであり、より具体的には、一方が公称的にはナフサまたは留出液を含み、他方は高い体積百分率の自由水素を含有するプロセスガス（または合成ガス）を含む、異なる種類の燃料の制御された混合をガスタービンエンジンの燃焼器に供給し、エンジンの燃料に関する柔軟性と効率とを改善するための燃料送出システムおよび方法（ｆｕｅｌ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ）に関するものである。本発明の他の態様は、エンジンの燃料に関する全体的柔軟性を高めるために一方の種類の燃料から他の種類の燃料へ効率よく移行することに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代のガスタービンエンジンは、長期間にわたってエンジンの性能および効率を所望のレベルに維持するために、燃料システム、特に、燃焼器に供給される燃料混合物のコンポーネントを正確に監視し、制御することを必要とする。かつては、高エネルギー燃料（天然ガスなど）と低エネルギー燃料（例えば、合成ガス）との組み合わせを使用してガスタービンを運転すると、多くの場合、異なる燃料源の不適合による重大な運転上の問題が、特に、燃料の原産国において、燃料のコンポーネントがさまざまに異なる場合、例えば硫黄分が高いか、または発熱量が低く燃料組成が異なる燃料であるときに、生じた。
【０００３】
２系統燃料システムの設計および運転も、単一の燃料に組み合わせたときに候補燃料の化学的特性、熱的特性、および流体移行特性が異なることで複雑なものとなる。例えば、ガスタービンエンジンを低エネルギー燃料で運転するには、高エネルギー燃料のみを利用するタービンに比べて著しく高い体積流量が必要である。それに加えて、上流のガス化プロセスから導出されうる、低エネルギー燃料は、通常温度より高い温度、例えば、５００°Ｆ（２６０℃）までの、またはそれを超える温度でガスタービンエンジンに供給しなければならないことが多く、したがって、燃料温度と体積流量の両方の大きな変動に対応することができ、それを制御することができるハードウェアを必要とする。異なる種類の燃料の混合物を使用する燃焼器の運転も、その結果得られる燃料混合物の平均分子量および熱的特性が時間の経過とともに変化する場合にはさらに難しくなる。
【０００４】
いくつかの工業用ガスタービンは、天然ガスを含めて、液体燃料と気体燃料とで交互に運転することができ、したがって、液体燃料と気体燃料の両方を利用する燃料供給システムを備えるものとしてよい。しかし、このような知られているガスタービンエンジンは、気体燃料と液体燃料の両方を同時に燃焼させることはない。むしろ、タービンが液体燃料を利用しているときには、気体燃料供給（高水素ガスまたは天然ガスなど）は、止められるか、または厳しく制限される可能性が高い。同様に、燃焼器が気体燃料だけを燃焼させる場合、液体燃料供給は、通常、中止される。燃料移送は、燃料供給が液体からガスに切り替えられるガスタービンの運転中に実行されうるが、燃料の一方の種類から他方の種類へのまたその逆の移行は、解決が困難な著しい運転上の燃料制御に関する問題を引き起こす。
【０００５】
液体燃料と気体燃料の両方を交互に燃焼させるガスタービンエンジンも、通常は、液体燃料パージシステムが液体燃料の燃焼器および／または関係する燃料移送管路内の燃料ノズルをきれいにすることを必要とする。例えば、液体燃料システムが止められた場合、パージシステムが動作して、燃焼器のノズルから残留している液体燃料を、通常は、ノズルへの冷却空気流を使用して追い出す。このようなパージ運転に内在する不効率のせいで、特に一次燃料供給が形態または潜在的熱量に変化を生じた場合にエンジン効率が低下する。
【０００６】
したがって、高エネルギー燃料、低エネルギー燃料、またはかなり効率的な方法による高エネルギー燃料と低エネルギー燃料との可変混合物を混ぜて送出し使用することに対応することができ、その送出および使用を制御する効果的な「２系統ガス」タービン燃料システムに対する著しい需要が存在している。また、遷移時に著しい遅延または運転上の変更を引き起こすことなく一方の燃料源から他方の燃料源へ滑らかに遷移する一部として連続的に、または信頼できる形で、異なる燃料（液体とガスの両方）を供給することができる方法およびシステムに対する需要もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７７７０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下で説明されているように、関連する図に関して、本発明は、ガスタービンの全体的な性能に悪影響を及ぼすことなく一方の形態の燃料から異なる燃料への使用および移行を効率的で、容易なものにすることが可能なガスタービン用の新しい種類の燃料送出システムを備える。例示的な実施形態では、本発明は、高体積百分率の自由水素（これ以降「高水素燃料ガス」と称する）を含む燃料ガスモジュールを備える。本発明は、気体燃料をガスタービンの１つまたは複数の燃焼器に送出するための手段、第１の液体燃料を燃焼器に供給する留出燃料モジュール、第２の液体燃料（例えば、ナフサ）を燃焼器に送出するナフサ燃料モジュール、ナフサまたは留出燃料（またはこれらの組み合わせ）のいずれかを霧化するために燃焼器に結合された霧化空気送出システム、燃焼器の排出部に結合された空気抽出システム、ならびに高水素燃料ガス、留出燃料、およびナフサ燃料モジュールのそれぞれ用の複数の分配制御弁も備える。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一方の燃料源から他方の燃料源へ効果的に移行するために、本発明では、個別の窒素パージモジュールを使用して、新しい候補燃料にシフトする分配制御弁を使い燃焼器への既存の高水素燃料ガスまたは液体燃料供給管路を最初にパージすることも企図している。例示的な実施形態では、高水素燃料ガスは、少なくとも５体積％の水素から最大である純粋な水素まで含む。
【００１０】
以下で詳述するように、本発明は、制御された量の高水素燃料ガスを燃焼器に供給することと、複数の分配制御弁を使用して水素ガスの流れを停止することと、高水素燃料ガスを運ぶ管路を窒素でパージすることと、制御された量の液体燃料を同じ燃焼器に供給することと、霧化空気モジュールから燃焼器に圧縮空気を供給して前記液体燃料を霧化することとによってガスタービンの燃焼器に供給される燃料の組成を気体燃料から液体燃料に効率よく切り替えるための関係する方法も含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ガスタービンエンジンへの１回の供給として代替的に使用される液体および気体燃料システムを利用する例示的なガスタービンエンジンシステムの簡素化された概略流れ図である。
【図２】既存の従来技術による燃料システムを使用するが、本発明の利益を含まないガスタービンエンジンの簡素化された流れ図である。
【図３】本発明による燃料システムの例示的なナフサ、留出液、および高水素燃料ガスに対するプロセス用機器、配管構成、および制御システムの主要部を示す簡素化されたプロセス流れ図である。
【図４Ａ】燃焼器に供給される燃料を留出液から組み合わされた留出液と高水素ガスの２系統供給物に、または１００％水素の燃料供給ガスに転換するために順次実行されるステップを示す本発明の第１の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図４Ｂ】燃焼器に供給される燃料を留出液から組み合わされた留出液と高水素ガスの２系統供給物に、または１００％水素の燃料供給ガスに転換するために順次実行されるステップを示す本発明の第１の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図４Ｃ】燃焼器に供給される燃料を留出液から組み合わされた留出液と高水素ガスの２系統供給物に、または１００％水素の燃料供給ガスに転換するために順次実行されるステップを示す本発明の第１の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図４Ｄ】燃焼器に供給される燃料を留出液から組み合わされた留出液と高水素ガスの２系統供給物に、または１００％水素の燃料供給ガスに転換するために順次実行されるステップを示す本発明の第１の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図５Ａ】燃焼器に供給される燃料を高水素燃料供給ガスから組み合わされた高水素燃料ガスとナフサの２系統供給物に転換するために実行されるステップの第２の順番を示す本発明の第２の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図５Ｂ】燃焼器に供給される燃料を高水素燃料供給ガスから組み合わされた高水素燃料ガスとナフサの２系統供給物に転換するために実行されるステップの第２の順番を示す本発明の第２の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図５Ｃ】燃焼器に供給される燃料を高水素燃料供給ガスから組み合わされた高水素燃料ガスとナフサの２系統供給物に転換するために実行されるステップの第２の順番を示す本発明の第２の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図６Ａ】燃焼器に供給される燃料をナフサ供給物から組み合わされた高水素燃料ガスと留出液の２系統供給物に転換するために実行されるステップの順番を示す本発明の第３の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図６Ｂ】燃焼器に供給される燃料をナフサ供給物から組み合わされた高水素燃料ガスと留出液の２系統供給物に転換するために実行されるステップの順番を示す本発明の第３の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図６Ｃ】燃焼器に供給される燃料をナフサ供給物から組み合わされた高水素燃料ガスと留出液の２系統供給物に転換するために実行されるステップの順番を示す本発明の第３の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図６Ｄ】燃焼器に供給される燃料をナフサ供給物から組み合わされた高水素燃料ガスと留出液の２系統供給物に転換するために実行されるステップの順番を示す本発明の第３の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図６Ｅ】燃焼器に供給される燃料をナフサ供給物から組み合わされた高水素燃料ガスと留出液の２系統供給物に転換するために実行されるステップの順番を示す本発明の第３の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図７Ａ】窒素を使用してプロセス流れ管路をパージするために実行されるステップの順番を示し、またシステムが高水素燃料ガスとナフサの２系統供給物からトリップされた後に留出液を使用してナフサ管路をフラッシュするために実行されるステップを示す本発明の第４の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図７Ｂ】窒素を使用してプロセス流れ管路をパージするために実行されるステップの順番を示し、またシステムが高水素燃料ガスとナフサの２系統供給物からトリップされた後に留出液を使用してナフサ管路をフラッシュするために実行されるステップを示す本発明の第４の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【図７Ｃ】窒素を使用してプロセス流れ管路をパージするために実行されるステップの順番を示し、またシステムが高水素燃料ガスとナフサの２系統供給物からトリップされた後に留出液を使用してナフサ管路をフラッシュするために実行されるステップを示す本発明の第４の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上で述べたように、本発明は、異なる候補燃料の組成および熱的特性を考慮しながら、ガスタービンエンジン用の一次燃料源として使用される一方の燃料源から異なる燃料源へより効率的に制御された方法で移行するための新しい方法に関する。本明細書で説明されている燃料移行は、ガスタービンエンジンに動力を供給するために利用可能な燃料（ナフサ、さまざまな留出液、高水素燃料ガス、およびさらには純粋な水素を含む）の正確な組成および入手性によって、異なる。結局、一方の燃料源から他方の燃料源への移行は、ガスタービンエンジン全体の燃料運転時の柔軟性を著しく高める。
【００１３】
本発明は、公称的に、１つまたは複数の種類の燃料、つまり、ナフサ（揮発性の液体）、さまざまな留出液（これもまた液体）、または比較的高い体積百分率の自由水素、つまり、５体積％を超える水素を含有するプロセス燃料ガスを使用する。ナフサ、留出液、および／または高水素燃料ガスは、大部分は特定の時点におけるエンジンの燃焼ダイナミックスに基づき所定の配合で組み合わされる。例示的な実施形態では、ナフサおよび留出液を、所定の混合エンベロープ（ｍｉｘｉｎｇ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ）により組み合わせ、混合物の燃焼の準備をする。あるいは、高水素燃料ガスを、液体燃料供給物のうちの１つまたは複数の代わりに使用することができる。
【００１４】
本発明では、さまざまな異なる液体およびガス燃料を、その組成および熱的特性ならびにガスタービンエンジンの特定の需要に応じて使用することも企図している。本明細書で説明されている例示的な実施形態では、自由窒素は、公称的に、一方の燃料源から他方の燃料源への、場合によっては再び戻る、滑らかで制御された遷移が確実になされるように高水素燃料ガスとナフサ（または留出液）との間の緩衝材として使用される。窒素パージの後に、新しい燃料供給を、燃焼器に供給される所定の、制御された最終燃料組成を実現するノズル圧縮比の限界を使用して燃焼時に監視し、制御する。
【００１５】
そこで、本発明を使用すると、液体燃料のみで運転するガスタービン（特にナフサのみのエンジン）を高水素燃料ガス、さらには２種類の燃料の混合物へと容易に転換することができる。エンジンの信頼性も、ナフサおよび高水素燃料ガス成分の混合物を同時燃焼することによって改善されうる。２種類の燃料のうちの一方が利用できない場合、エンジンは、自動的に他方の候補燃料に移行することができる。ナフサ成分は、その本質的な揮発性のため、通常は、ナフサ供給が中断した後、高速ディーゼル燃料または同等の留出液などの留出液でパージされなければならない。例えば、図７Ａ〜７Ｃに関して以下の説明を参照のこと。
【００１６】
したがって、本発明は、高エネルギー燃料、低エネルギー燃料、または高エネルギー燃料と低エネルギー燃料との可変混合物を混ぜて使用することで効果的な「２系統ガス」タービン燃料システムを実現する。したがって、この方法およびシステムでは、著しい運転の切り替えを燃焼器の上流において必要とすることなく一方の燃料源から他方の燃料源への滑らかな遷移に基づきもっぱらナフサ、水素、またはさまざまな留出液を含むさまざまな範囲の異なる燃料源を連続して使用することができる。要約すると（関連する図に示されているように）、本発明は、留出液のみの供給から高水素燃料ガスのみに、または高水素燃料ガスと留出液の混合物に、または高水素燃料ガスおよびナフサ混合物（およびその逆）に、ナフサのみの供給から高水素燃料ガスのみに、または高水素燃料ガスおよび留出液混合物もしくは高水素燃料ガスおよびナフサ混合物（およびその逆）に移行することも企図する。図４Ａから６Ｅを参照のこと。
【００１７】
図を参照すると、図１は、代替的に、ただし別々に使用される液体および気体燃料システムを組み合わせる例示的な従来技術のガスタービンエンジンシステムの簡素化された概略流れ図である。図１は、液体燃料供給物２９、霧化空気圧縮機２４、および液体燃料パージ２８を有するガスタービンエンジン１０を示している。通常は、ガスタービンは、天然ガスまたは合成ガスなどの気体または液体燃料で稼働するように設計されており、そのため、気体燃料システム１５、気体燃料パージシステム１６、および液体燃料システム２９を備える。ガスタービンの他の主要なコンポーネントとして、主圧縮機１４、燃焼器１１および２２、ならびにガスタービン１３が挙げられる。ガスタービンの出力は、電力を発生するために発電機２６に結合されうる回転タービン軸２５を備える。
【００１８】
図１に示されている例示的な工業用ガスタービンでは、燃焼器は、典型的には、複数の燃焼器「筒」を備え、それぞれ液体燃料ノズル１２と気体燃料ノズル２３を有する（単一の燃焼器は、設計に応じて１つまたは複数の気体もしくは液体燃料ノズルを有することができる）。燃焼は、ノズルのわずかに下流のところの地点の燃焼筒内で開始する。圧縮機１４からの空気が、燃焼筒の周りに流れ、燃焼筒の中を通り、燃焼のための酸素を供給する。
【００１９】
液体燃料システムパージ用の空気も、圧縮機１４によって供給することができる。ガスタービンが液体燃料単独で動作する場合、霧化空気圧縮機２４からの霧化空気が液体燃料供給物２９内に吹き込まれて液体燃料ノズル１２を通り、連続する空気の流れをノズルに供給する。システムが液体燃料から気体燃料に移行するときに、液体燃料パージ２８を使用することができる。同様にして、システムが液体燃料に切り替わる場合に、気体燃料パージ１６が空気を気体燃料システム１５内に注入し、残留気体燃料をパージし、気体燃料ノズル２３を冷やす。
【００２０】
図２は、既存の従来技術による燃料システムを備えるが、本発明の利益を含まないガスタービンエンジンの簡素化された流れ図である。液体燃料は、液体燃料源４１から液体燃料システム４０に供給される。液体燃料システム４０に対する流路は、分流器４８を備え、流れは低圧（「ＬＰ」）フィルタ４３、燃料ポンプ４５、バイパス制御弁４６、および停止弁４７を通過する。圧力逃し弁４４、バイパス制御弁４６、および停止弁４７は、再循環管路を通り低圧フィルタ４３の上流側に流れる液体燃料を再循環させるように連係動作する。再循環管路内の逆止弁４２により、再循環管路内の逆流が防止される。分流器４８は、液体燃料流を燃焼器筒５２に至る複数の液体燃料流路に分割する。分流器の下流にあるそれぞれの液体燃料流路は、公称的に、燃焼器筒５２に入る前のところに三方弁４９および分配弁５０を備える。
【００２１】
三方弁４９により、液体燃料流路から、または液体燃料パージ５３から燃焼器ノズル５１への流れを引き起こすことができる。同様に、三方弁４９は、液体燃料パージ空気システムへの燃料の逆流を防止しつつ液体燃料から燃焼器ノズルに流れるようにすること、またはパージ空気を個別の燃焼器ノズル５１に送れるようにすることを選択的に行えるように設計される。三方弁４９は、パージ空気が弁の上流の液体燃料システム内に逆流するのを防止する。気体燃料がタービンに供給されるときに、三方弁４９は、燃焼器内の燃料ノズルを冷却することを目的として、液体燃料流をブロックし、パージ空気を通せる位置に置かれる。パージは、液体燃料がオンにされたときに停止されなければならない。
【００２２】
上で指摘されているように、図２に示されている流れ図は、使用することができる気体もしくは液体燃料の量および組成の柔軟性に欠いている。このようなシステムは、一方の燃料源から他方の燃料源に効率的にシフトするために修正もしくはエンジン休止時間も必要になる可能性があり、気体もしくは液体燃料組成の変化に容易に対応できない。
【００２３】
図３は、本発明による第１の燃料システム６０の例示的なナフサ、留出液、および高水素燃料ガスに対する機器、プロセス構成、および制御システムの主要部を示す簡素化されたプロセス流れ図である。すべての図に示されているように、図３は、弁が黒く塗りつぶされた形で示されている「閉じた」流れ管路を示している。「開放」管路は、弁が黒く塗りつぶされていない、開いた形の状態で示されている。通常の運転状態の下で、高水素燃料ガスモジュール６１は、高水素燃料ガスをガスタービンエンジン内の１つまたは複数の燃焼器７３（「筒」）に直接供給し、図示されているように燃料の流れは遮断弁６２、停止弁６９、および制御弁７０を通り、燃焼器内に入り、主高水素燃料ガス供給管路７１を通る。
【００２４】
図３は、高水素燃料ガス通気管路９０および９１ならびにパージ通気弁９２も含んでいる。システムが高水素燃料ガスから上で説明されているような組み合わされた留出液／ナフサ供給物に切り替わるときに、弁６２、６９、７０は閉じたままである。燃焼器への供給管路は、窒素パージに続く留出液／ナフサ燃料の導入前に、窒素供給管路６３、窒素パージ隔離弁９３、および窒素遮断弁６４、６５、６６、および６７を通して最初にパージされる。
【００２５】
気体燃料システムを通じて窒素によりパージした後、燃焼器への組み合わされた留出液／ナフサ供給物を使用してシステムを運転するために、留出液８２またはナフサ液８３を遠心力ポンプ８４に送り、これにより、液体燃料制御弁８５およびナフサ／留出液分流器８６を通る組み合わされた燃料供給物の圧力を高め、次いで、逆止弁７７を通して燃焼器液体燃料供給物８７として供給される制御された量の留出液／ナフサを１つまたは複数の燃焼器筒７３内に送り込む。液体燃料供給物７５が燃焼器筒に送られるのと同時に、最初に空気を熱交換器７８に通し、その後霧化空気圧縮機７９に通して圧縮機吐き出し管路７４内の空気圧を高め、一定の流れを作り出して、燃焼器内に入る液体燃料７５を霧化することによって霧化空気（「ＡＡ」）８８を燃焼器に供給する。
【００２６】
システムを比較的純粋な、例えば、１００％の高水素燃料ガス供給物に戻される必要がある場合、霧化空気供給物７６を使用し、圧縮空気を燃焼器筒に通すことによって液体燃料パージマニホールドを通じて液体燃料ノズルをパージすることができ、パージの後の空気流は空気抽出管路８０を通して放出される。ここでもまた、上で述べたように、ガスタービンエンジンを停止することなく燃料システム全体を一方の燃料源から他方の燃料源へ素早く、効率的にシフトすることができる。
【００２７】
図４Ａから４Ｄは、燃焼器に供給される燃料を留出液から組み合わされた留出液と高水素ガス供給物に転換するために順次実行される特定のプロセスステップを示す本発明の第１の態様に対する一連の関係するプロセス流れ図である。図４Ａにおいて、隣接するプロセス流れ図を結ぶ大きな矢印は、中間の窒素パージ段階のある純粋液体留出液運転からその後、組み合わされた留出液／高水素燃料ガス供給物、最終的に留出液が燃焼器への供給物中に存在しない１００％の高水素燃料ガスの運転に移行するために順次実行される異なるプロセスステップを示している。一方の段階から他の段階への遷移を示す際にわかりやすく、参照しやすくするために、プロセス機器および流体流管路の同じ主要部分は、段階毎に示すが、遷移の実行を反映するように異なる弁が開閉される。
【００２８】
図４Ａで「留出液の操作」というラベルが付けられ、留出液相１００として一般的に識別されている操作の開始段階において、ナフサ供給物１２１および留出液供給物１２２は供給連結部１２３のところで組み合わされ、分流器１２３の配列内を通過する。次いで、個別の供給混合物１２５を液体燃料ノズル１２０に通して燃焼器１１８内に供給し、燃焼器燃料管路１２８に通す。同時に、空気を霧化空気（「ＡＡ」）マニホールド１１６およびＡＡノズル１１７に通し１つまたは複数の燃焼器１１８内に供給する。空気は、圧縮機の排出ケーシングからの空気抽出マニホールド１０６から発生して、熱交換器１０８、逆止弁１０９、および空気圧縮機１１０を通り、より高い圧縮空気流１１５を供給する。次いで、圧縮空気は、ＡＡマニホールド１１６を通り（あるいはパージ運転時に液体燃料（「ＬＦ」）パージマニホールド１１２を通り）、燃焼器１１８の１つまたは複数の中に入る。
【００２９】
図４Ａは、純粋な留出燃料運転時のプロセス流れ構成、つまり、図３に関連して上で説明されている窒素パージシステムを含む（窒素パージ供給管路１０１を使用する）、高水素燃料ガス１０２のみとともに使用する代替的構成の潜在的に「休眠中の」部分を示している。上で説明されている留出液運転時に、高水素燃料ガス供給物は、図４Ｄと比較したときに停止されており（図示されているように弁が閉じられている）、高水素燃料ガス１０２は一連のゲートおよび制御弁を通り、主高水素燃料ガス供給管路１１３に入り、そこを通って、高水素燃料ガスマニホールド１１９内に入り、次いで、高水素燃料ガス運転モードのときに所定の量の高水素燃料ガスを１つまたは複数の燃焼器１１８に供給する。図４Ａは、一般的な流れのパターンおよび窒素パージを制御するために使用される弁、つまり、通常はパージが開始する（図４Ｂを参照）まで閉じられる弁１０５、１０４および制御弁１２９を使用することも示している。
【００３０】
図４Ｂは、留出液供給から例えば比較的高い（例えば、１００％の）高水素燃料ガス運転に遷移するときの主プロセス管路の中間窒素パージを達成するための例示的な配管構成を示している。窒素パージ１０１は、弁１０５、１０４、および１２９を含む、高水素燃料ガス供給物と同じ配管を通して導入される。パージは、３つ異なる流れ領域内で行われ、これらは（ｉ）ガス弁１３１と１３２との間の領域をパージし、次いで、通気弁１４１を通して通気する弁１０５を通じての制御された窒素パージ、（ｉｉ）ガスパージ弁１３４と１３５との間の領域をパージし、次いで、通気弁１４３を通して通気する弁１０４を通じての窒素パージ、および（ｉｉｉ）燃焼器内に供給するガスマニホールド１１９をパージする制御弁１２９を通じての窒素パージである。
【００３１】
関係する図４Ｃおよび４Ｄは、同じ基本的な弁および配管構成をとる、「留出液および高水素ガス２系統燃料運転」（図４Ｃ）から「高水素燃料ガス運転」（図４Ｄ）の窒素パージステップの後にシステムが引き続き遷移するときの本発明による継続する運転段階を示す。しかし、それぞれの異なる段階に対して、それぞれの連続するモードを達成するのに必要な弁の位置および配管は、連続する図のそれぞれが示しているように、モードに応じて、開いているか、または閉じられているものとして示されている弁とともに図示されている。
【００３２】
図５Ａ〜５Ｃは、燃焼器に供給される燃料を高水素燃料ガス供給物から最初に高水素燃料ガスと留出液の組み合わせの混合燃焼運転に、それ以降、高水素燃料ガスとナフサの混合同時燃焼供給物に転換するために実行される一連のステップを示す本発明の第２の態様（一般的に２００で識別される）の簡略化されたプロセス流れ図を示している。参照しやすくするために、図５Ａ〜５Ｃは、図４Ａ〜４Ｄに示されているのと同じ主要プロセスコンポーネント（例えば、燃焼器、圧縮機、制御弁などを含む）を示している。しかし、図５Ａから５Ｃは、ここでもまたガスタービンの運転または効率全体において著しい低下を引き起こすことなく、一方の運転モードから次の運転モードに移行し（異なる段階は各凡例で識別される）、次いで、第２のモードから元の運転モードに移行するために必要な流れパターンの違いも示す。
【００３３】
図５Ａに示されているように、「高水素燃料ガス運転」では、高水素燃料ガス供給管路は開いたままにする必要があり（図５Ａにおいて上で述べたように開いている弁で示されている）、水素ガスは直接高水素燃料ガスマニホールドを通り燃焼器筒内に入る。運転を高水素燃料ガスのみから「高水素燃料ガスおよび留出液２系統燃料運転」モード（図５Ｂ）にシフトする決定が下された後、図５Ｂの実施形態に関して上で説明されているのと類似の方法で、液体燃料（この例では、留出液のみを使用する）を霧化空気と一緒に各マニホールドに通し、燃焼器内に供給する。同様にして、「高水素燃料ガスおよびナフサ２系統燃料運転」（図５Ｃ）として図示され識別されているように高水素燃料ガス／留出液モードを高水素燃料ガスおよびナフサの組み合わせ供給にシフトすることができ、また、弁開口部の変化および異なる流れパターンは修正された図に示されているとおりである。一方の流れパターンから次のパターンへの矢印は、運転モード（例えば、高水素燃料ガスおよびナフサを組み合わされた燃料供給物として使用する）が必要ならば高水素燃料ガス／留出液モードに戻すことができることを確認するものでもある。
【００３４】
図６Ａ〜６Ｅは、燃焼器に供給される燃料を１００％ナフサ供給物（「ナフサ運転」）から留出液運転（図６Ｂ）に、その後、燃料システムの窒素パージ（図６Ｃ）（図４Ｂと同じ流れパターンを使用する）に、その後、同時燃焼２系統燃料モード（図６Ｄ）の高水素燃料ガスと留出液の組み合わせに、最後に高水素燃料ガスおよびナフサ混合同時燃焼供給物（図６Ｅ）に転換するために実行される一連のステップを示す本発明の第３の態様（一般的に３００で識別される）の一連の簡略化されたプロセス流れ図である。図４および５の実施形態に関連して上で指摘したように、同じプロセスラインおよび機器が図示されているが、一方の運転モードから他方の運転モードへの異なる遷移を行うために必要に応じて異なる弁および流れパターン（開いているか、または閉じている）を使用する。
【００３５】
最後に、図７Ａから７Ｃは、窒素または不活性パージ（図７Ｂ）のいずれかを使用し、次いで、システムが高水素燃料ガスおよびナフサ同時燃焼燃料２系統燃料モードからトリップされた後、ナフサ管路を留出液（図７Ｃ）でフラッシングする高水素ガス燃料管路をパージするために実行される一連のステップを示す簡略化された一連のプロセス流れ図である。ここでもまた、実施されるときの窒素およびナフサパージに対する弁およびプロセスライン構成の違いは、弁の開閉の関連する変更において見ることができる。
【００３６】
本発明は、最も実用的で、好ましい実施形態であると現在考えられているものに関して説明されているが、本発明は、開示されている実施形態に限定されず、却って、付属の請求項の精神および範囲内に含まれるさまざまな修正形態および同等の配列を対象とすることを意図されている。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ガスタービンエンジン
２９  液体燃料供給物
２４  霧化空気圧縮機
２８  液体燃料パージ
１５  気体燃料システム
１６  気体燃料パージシステム
１４  主圧縮機
１１および２２  燃焼器
１３  ガスタービン
２５  回転タービン軸
２６  発電機
１２  液体燃料ノズル
２３  気体燃料ノズル
４０  液体燃料システム
４１  液体燃料源
４８  分流器
４３  低圧（「ＬＰ」）フィルタ
４５  燃料ポンプ
４６  バイパス制御弁
４７  停止弁
４４  圧力逃し弁
４７  停止弁
４２  逆止弁
５２  燃焼器筒
４９  三方弁
５０  分配弁
５１  燃焼器ノズル
５３  液体燃料パージ
６０  第１の燃料システム
６１  高水素燃料ガスモジュール
７３  燃焼器（「筒」）
６２  遮断弁
６９  停止弁
７０  制御弁
７１  主高水素燃料ガス供給管路
９０および９１  高水素燃料ガス通気管路
９２  パージ通気弁
６３  窒素供給管路
９３  窒素パージ隔離弁
６４、６５、６６、および６７  窒素遮断弁
８２  留出液
８３  液体ナフサ
８４  遠心力ポンプ
８５  液体燃料制御弁
８６  ナフサ／留出液分流器
８７  燃焼器液体燃料供給物
７７  逆止弁
７３  燃焼器筒
７５  液体燃料供給物
８８  霧化空気（「ＡＡ」）
７８  熱交換器
７９  霧化空気圧縮機
７４  圧縮機吐き出し管路
７６  霧化空気供給物
８０  空気抽出管路
１００  留出液相
１２１  ナフサ供給物
１２２  留出液供給物
１２３  供給連結部
１２４  分流器
１２５  個別の供給混合物
１２０  液体燃料ノズル
１２８  燃焼器燃料管路
１１６  霧化空気（「ＡＡ」）マニホールド
１１７  ＡＡノズル
１１８  燃焼器
１０６  空気抽出マニホールド
１０８  熱交換器
１０９  逆止弁
１１０  空気圧縮機
１１５  より高い圧縮空気流
１１２  液体燃料（「ＬＦ」）パージマニホールド
１０２  高水素燃料ガス
１０１  窒素パージ供給管路
１１３  主高水素燃料ガス供給管路
１１９  高水素燃料ガスマニホールド
１０４、１０５  弁
１３１および１３２  ガス弁
１４１  通気弁
１３４および１３５  ガスパージ弁
１４３  通気弁
１２９  制御弁
【図１】
2013151938.tif 000003
【図２】
2013151938.tif 000004
【図３】
2013151938.tif 000005
【図４Ａ】
2013151938.tif 000006
【図４Ｂ】
2013151938.tif 000007
【図４Ｃ】
2013151938.tif 000008
【図４Ｄ】
2013151938.tif 000009
【図５Ａ】
2013151938.tif 000010
【図５Ｂ】
2013151938.tif 000011
【図５Ｃ】
2013151938.tif 000012
【図６Ａ】
2013151938.tif 000013
【図６Ｂ】
2013151938.tif 000014
【図６Ｃ】
2013151938.tif 000015
【図６Ｄ】
2013151938.tif 000016
【図６Ｅ】
2013151938.tif 000017
【図７Ａ】
2013151938.tif 000018
【図７Ｂ】
2013151938.tif 000019
【図７Ｃ】
2013151938.tif 000020