(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料を燃焼させる方法および当該方法を実施するための燃焼アプライアンスを開示することである。【解決手段】燃料を燃焼させる方法が開示されており、当該方法は、酸化剤質量流を提供し、第１の酸化剤部分質量流（１０１）を提供し、燃料（１０２）を第１の酸化剤部分質量流において燃焼させ、これにより、燃焼生成物の質量流（１０３）を提供し、燃焼生成物の質量流をダクト（１４）に提供し、燃焼生成物の質量流を前記ダクトを通じて流れ方向へ送ることを含む。方法は、さらに、第１の補助流体の質量流（１０４）を前記ダクト内へ排出し、燃焼生成物（１０３）の流れとほぼ整列した第１の補助流体（１０４）の流れを提供するために、第１の補助流体の質量流を、流れ方向とほぼ整列した排出方向に排出することを含む。第１の補助流体は、酸化剤および予混合された燃料／酸化剤混合物のうちの１つとして選択的に提供される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させる方法であって、該方法は、
酸化剤質量流を提供し、
第１の酸化剤部分質量流（１０１）を提供し、
燃料（１０２）を前記第１の酸化剤部分質量流において燃焼させ、これにより、燃焼生成物の質量流（１０３）を形成し、
前記燃焼生成物の質量流をダクト（１４）に提供し、前記燃焼生成物の質量流を前記ダクトを通じて流れ方向に送り、
第１の補助流体の質量流（１０４）を前記ダクト内へ排出することを含む、燃料を燃焼させる方法において、
前記燃焼生成物の流れ（１０３）とほぼ整列させられた第１の補助流体の流れ（１０４）を提供するために、前記第１の補助流体の質量流を、前記流れ方向とほぼ整列した排出方向に排出することを含み、前記第１の補助流体は、酸化剤および予混合された燃料／酸化剤混合物のうちの１つとして選択的に提供されることを特徴とする、燃料を燃焼させる方法。
【請求項２】
別の補助流体の少なくとも１つの別の質量流（１０５，１０６）を前記ダクト内に排出し、前記別の補助流体は、酸化剤および予混合された燃料／酸化剤混合物のうちの１つとして選択的に提供され、
前記少なくとも１つの別の質量流（１０５，１０６）を前記流れ方向とほぼ整列するように排出し、
前記補助流体の質量流をそれぞれの補助流体の横方向に成層化された層（１１４，１１５，１１６）として提供するために、前記少なくとも１つの別の質量流（１０５，１０６）は、前記第１の補助流体の排出された質量流（１０４）対して横方向にずれて、前記ダクトの流れ横断面を横切って排出されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記別の補助流体の少なくとも２つの別の質量流（１０５，１０６）を排出することを含み、それぞれの前記別の質量流は、補助流体の質量流を、それぞれの補助流体の横方向に成層化された層（１１４，１１５，１１６）として提供するために、第１の補助流体の流れに対して異なる横方向のずれをもって、ダクトの流れ横断面を横切って排出されることを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記別の補助流体の各層（１１４，１１５，１１６）を、前記補助流体の少なくとも１つの別の層に横方向で隣接して提供することを含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記補助流体の各質量流（１０４，１０５，１０６）を前記流れ方向に沿った異なる位置において排出することを含むことを特徴とする、別の補助流体の少なくとも１つの別の質量流の排出が請求されている請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、燃焼アプライアンス（１）において行われ、前記方法は、
前記燃焼アプライアンスを複数の異なる熱負荷で作動させ、
前記燃焼アプライアンスが熱負荷パラメータの第１のしきい値以下で作動させられるときには前記補助流体の各質量流（１０４，１０５，１０６）を酸化剤の質量流として提供し、
前記燃焼アプライアンスが前記熱負荷パラメータの前記第１のしきい値よりも上で作動させられるときには前記少なくとも１つの補助流体の質量流を予混合された燃料／酸化剤質量流として提供する
ことを含むことを特徴とする、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】
前記燃焼アプライアンスが負荷パラメータのそれぞれのしきい値以下で作動させられるときには補助流体を酸化剤として提供し、前記燃焼アプライアンスが前記負荷パラメータのそれぞれのしきい値よりも上で作動させられるときには前記補助流体を予混合された燃料／酸化剤混合物として提供し、これにより、予混合された燃料／酸化剤混合物として提供される補助流体の数は、作動させられる前記燃焼アプライアンスの熱負荷が高まるにつれて段階的に増加し、作動させられる前記アプライアンスの熱負荷が低下するにつれて減少することを特徴とする、燃焼アプライアンスにおける方法の実施に関する請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記負荷パラメータのそれぞれのしきい値を、それぞれの前記補助流体が燃焼生成物の流れのより下流で排出されるほど高くなるように選択することを含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記方法は、ガスタービンエンジンにおける燃料の燃焼として行われ、前記方法は、
前記ガスタービンエンジンを該ガスタービンエンジンの複数の異なる負荷で作動させ、前記ガスタービンエンジンが該ガスタービンエンジンの負荷パラメータの第１のしきい値以下で作動させられるときには補助流体の質量流のそれぞれを酸化剤の質量流として提供し、前記ガスタービンエンジンが該ガスタービンエンジンの前記負荷パラメータの前記第１のしきい値よりも上で作動させられるときには前記少なくとも１つの補助流体の前記質量流を予混合された燃料／酸化剤質量流として提供することを含むことを特徴とする、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】
前記ガスタービンエンジンが該ガスタービンエンジンの負荷パラメータのそれぞれのしきい値以下で作動させられるときには補助流体（１０４，１０５，１０６）を酸化剤として提供し、前記ガスタービンエンジンが該ガスタービンエンジンの負荷パラメータのそれぞれのしきい値よりも上で作動させられるときには前記補助流体を予混合された燃料／酸化剤混合物として提供し、これにより、予混合された燃料／酸化剤混合物として提供される補助流体の数は、前記ガスタービンエンジンの負荷が高まるにつれて段階的に増加し、前記ガスタービンエンジンの負荷が低下するにつれて減少することを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記ガスタービンエンジンの前記負荷パラメータのそれぞれのしきい値を、それぞれの前記補助流体が燃焼生成物の流れのより下流で排出されるほど高くなるように選択することを含むことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
燃焼アプライアンス（１）であって、該燃焼アプライアンスは、第１の燃焼段（１１）と、該第１の燃焼段から燃焼生成物（１０３）を受け取るように設けられたダクト（１４）とを有しており、燃料／酸化剤予混合装置が設けられている、燃焼アプライアンス（１）において、前記燃料／酸化剤予混合装置は、その排出端部において、ダクトに設けられた排出アプライアンスと流体連通しており、該排出アプライアンスは、燃料／酸化剤予混合装置から受け取られた流体（１０４，１０５，１０６）をダクトにおける燃焼生成物の流れへ前記燃焼生成物の流れの流れ方向とほぼ整列させて排出するように配置および構成されていることを特徴とする、燃焼アプライアンス（１）。
【請求項１３】
少なくとも１つの別の燃料／酸化剤予混合装置を有し、該別の燃料／酸化剤予混合装置は、その排出端部において、前記ダクト（１４）に設けられた別の排出アプライアンスと流体連通しており、前記別の排出アプライアンスは、前記別の燃料／酸化剤予混合装置から受け取られた流体（１０４，１０５，１０６）を前記ダクトにおける燃焼生成物（１０３）の流れへ前記燃焼生成物の流れの流れ方向とほぼ整列させて排出するように配置および構成されており、それぞれの前記別の排出アプライアンスは、それぞれの流体（１０４，１０５，１０６）を、ダクト（１４）の通流横断面においてそれぞれの他の排出アプライアンスから排出された流体に対して横方向にずらして排出するように配置および構成されており、これにより、特に、排出アプライアンスからの排出流は、ダクトの通流横断面において重なり合うことなく提供されることを特徴とする、請求項１２記載の燃焼アプライアンス。
【請求項１４】
複数の異なる燃料／酸化剤予混合装置と流体連通した前記排出アプライアンスは、前記ダクトの通流方向で互いにずれを有して前記ダクトに設けられていることを特徴とする、請求項１３記載の燃焼アプライアンス。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの流体排出装置は、膨張タービン入口に隣接して、該膨張タービン入口の上流に設けられていることを特徴とする、燃焼アプライアンスに関する請求項１から１４までのいずれか１項記載の少なくとも１つの燃焼アプライアンスを含むガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、特にガスタービンエンジンにおいて、燃料を燃焼させる方法に関する。本開示は、さらに、当該方法を実施するのに特に適した燃焼アプライアンスに関する。
【０００２】
開示の背景
軸方向段階燃焼は、単一段燃焼システムと比較して、ターンダウン能力を向上させ、すなわち部分負荷挙動を改善し、高負荷における酸化窒素エミッションを減じる可能性を有する。軸方向段階燃焼において、総燃料の一部は第１の燃焼段において燃焼させられる。その結果生じた燃焼生成物は、次いで、第２の燃焼段へ送られ、さらに、燃料と、空気、またはより一般的に言えば酸化剤が、燃焼生成物の高温の流れ内へ排出され、第２段燃焼が行われる。段階燃焼のための重要な設計上のパラメータは、第１および第２の段における流体の滞留時間である。別の重要な設計上のパラメータは、２つの段の間における酸化剤の分配である。極めて低い負荷にまでターンダウン能力を著しく向上させるためには、負荷を増大させながら第２の燃焼段を作動させ、負荷を減少させるときには第２の燃焼段を作動停止させることができる必要がある。単一段バーナと比較して低減された酸化窒素エミッションを達成し、それと同時に、一酸化炭素および未燃焼炭化水素またはその他の不完全燃焼した燃料残留物エミッションを回避するために十分な燃料燃え切りを達成するために、第２の燃焼器段は第１の段よりも高温で作動しなければならず、第２段滞留時間は、少なくとも高負荷においては短く保たれなければならない。
【０００３】
米国特許第８１１２２１６号明細書（US 8,112,216）は、燃料が第１の燃焼段において燃焼させられ、別の燃料が、このようにして生ぜしめられた燃焼生成物内へタービンのすぐ上流において噴射される、ガスタービンエンジンにおいて燃料を燃焼させる方法および装置を開示している。前記別の燃料は、第１の燃焼段からの燃焼生成物と共に燃焼させられる。
【０００４】
本開示の対象の説明
本開示の課題は、燃料を燃焼させる方法および当該方法を実施するための燃焼アプライアンスを開示することである。１つの態様において、極めて低い燃焼負荷においてさえも良好な部分負荷運転挙動を示す方法および燃焼アプライアンスが開示される。低い燃焼負荷とは、これに関して、低い全体的当量比において方法を実施しかつアプライアンスを作動させること、すなわち燃焼プロセスが全体的に極めて希薄な条件下で行われることを意味する。良好な部分負荷運転挙動とは、部分負荷において、例えば一酸化炭素および／または未燃焼炭化水素などの不完全燃焼した燃料残留物を大量に排出しないように、火炎消滅傾向のない安定した燃焼と、供給された燃料の良好な燃え切りとの両方を含む。それと同時に、高負荷では、熱的に誘発される酸化窒素の形成を制限することが要求される。別の態様では、本開示の課題は、空気、またはより一般的に言えば酸化剤の分配の制御が省略され得る方法を開示することである。これにより、方法の制御および方法を実施するためのアプライアンスを大幅に単純化することができる。
【０００５】
さらに別の態様では、ガスタービンエンジンの枠内において使用されるのに特に適した、方法および燃焼アプライアンスが開示される。
【０００６】
これは、請求項１に記載された対象によって達成される。
【０００７】
開示された対象のその他の効果および利点は、明示的に言及されているかどうかにかかわらず、以下に提供される開示を考慮して明らかになるであろう。
【０００８】
したがって、酸化剤質量流を提供し、前記酸化剤質量流の第１の酸化剤部分質量流を提供し、第１の酸化剤部分質量流において燃料を燃焼させ、これにより、燃焼生成物の質量流を提供することを含む、燃料を燃焼させる方法が開示される。燃焼生成物の質量流は、ダクトへ提供され、前記ダクトを通って流れ方向に案内される。第１の補助流体の質量流が、前記ダクト内へ排出される。方法は、さらに、燃焼生成物の流れと少なくともほぼ整列した第１の補助流体の流れを提供するために、流れ方向と少なくともほぼ整列した排出方向に第１の補助流体の質量流を排出することを含み、第１の補助流体は、選択的に、酸化剤および予混合された燃料／酸化剤混合物のうちの１つとして提供される。燃焼生成物は、一般的に、燃焼した燃料成分および残留酸化剤を含む。
【０００９】
第１の酸化剤部分質量流における燃料は、幾つかの例において、従来公知の希薄予混合燃焼において燃焼させられてもよい。
【００１０】
補助流体が、燃焼生成物の質量流の流れ方向と少なくともほぼ整列した排出方向に配置されることにより、補助流体は、ダクト内に流体層として提供される。流体層と燃焼生物の質量流との間の境界面におけるせん断力は最小限に減じられる。これにより、補助流体と燃焼生成物との間の混合は少なくともほとんど回避され、混合は、補助流体と燃焼生成物の質量流との間の境界面における残留せん断力および拡散効果のみにより生じる。補助流体が、予混合された燃料／酸化剤混合物として提供されるならば、燃料は、補助流体の酸化剤部分において燃焼させられる。これにより、局所的な燃焼温度は高く維持され、低負荷においてさえも完全な燃料燃え切りのための十分に高い温度を保証する。
【００１１】
特に、燃焼プロセスに関与する酸化剤質量流の合計、すなわち、補助流体の質量流に供給された全ての酸化剤質量流の合計、または補助流体の質量流に第１の酸化剤部分質量流を加えたものに対する、１つまたは複数の補助流体の質量流に供給された酸化剤の質量流比は、アクティブに制御されない、または一定である。前記質量流比は、“第２段空気スプリット”、または、より一般的に“酸化剤スプリット”とも呼ばれており、これは、燃焼器酸化剤質量流の合計に関連したときの、軸方向段階燃焼段における第２の燃焼段において排出された酸化剤の質量を意味する。すなわち、酸化剤のための複雑な流体管理システムは必要とされない。酸化剤質量流は、燃料質量流をかなり超過し、ガスタービンエンジンにおいては容易に数百ｋｇ／ｓの範囲になり得ることが理解される。
【００１２】
別の態様では、方法は、別の補助流体の少なくとも１つの別の質量流をダクト内に排出し、この場合、別の補助流体は、酸化剤および予混合された燃料／酸化剤混合物のうちの１つとして選択的に提供され、少なくとも１つの別の質量流を流れ方向と少なくともほぼ整列するように排出し、補助流体の質量流を、それぞれの補助流体の横方向に成層化された層として提供するために、少なくとも１つの別の質量流は、第１の補助流体の排出された質量流に対して横方向にずれて、かつダクトの流れ横断面を横切って排出されることを含んでもよい。これに関して“横方向”とは、流体の流れ方向に関する。
【００１３】
補助流体として提供されたまたは予混合された燃料／酸化剤混合物において提供された酸化剤は、特に、酸化剤質量流の第２の酸化剤部分質量流であってもよいことが理解される。しかしながら、酸化剤質量流の全体が、上述の燃焼プロセスに提供されることは、可能ではあるが、必要とされない。酸化剤は、発熱反応において燃料と反応し、これにより熱を放出するのに適した作用物質を含有するあらゆる流体であると理解されてもよい。酸化剤は、特定の実施の形態では空気、より具体的には、圧縮機、さらにより具体的にはガスタービンエンジンの圧縮機によって提供される圧縮空気であってもよい。方法は、これに関して、酸化剤、特に空気を、圧縮機、特にガスタービンエンジンの圧縮機において圧縮し、圧縮された流体を酸化剤質量流として提供することを含んでもよい。前記ケースにおいて、酸化剤質量流の部分流は、例えば冷却目的などのために、本明細書において説明された燃焼プロセスを回避してもよいことが理解される。酸化剤は、その他の例では、別の燃焼プロセスからの、依然として酸素リッチの、または、より一般的に言えば、酸化剤リッチの煙道ガスであってもよいまたはこれを含んでもよい。酸化剤の包括的なリストを提供することが意図されてないことが理解される。
【００１４】
方法は、その他の態様において、前記燃焼プロセスからの質量流全体を、当該質量流に提供されたあらゆる燃料を燃焼させた後、ガスタービンエンジンの膨張タービンに提供することを含んでもよい。
【００１５】
補助流体の質量流を、燃焼生成物の流れと少なくともほぼ整列しておりかつ互いに少なくともほぼ整列しておりかつさらに互いに対して横方向にずれた排出方向に排出することにより、流れの急速な混合が、少なくともほぼ回避され、これにより、補助流体のそれぞれの流れを層として提供し、補助流体の複数の流れを、成層化された層として提供する。容易に認識されるように、これに関して横方向にずれているとは、補助流体の質量流が流れ横断面において互いに重なり合わないように、排出方向に関して横方向を意味する。
【００１６】
別の態様では、方法は、別の補助流体の少なくとも２つの別の質量流を排出することを含んでもよく、それぞれの別の質量流は、補助流体の質量流を、それぞれの補助流体の横方向に成層化された層として提供するために、第１の補助流体の流れに関して異なる横方向のずれで、かつダクトの流れ横断面を横切って排出される。これは、補助流体の２つの質量流が流れ横断面において互いに重なり合わないように、補助流体のそれぞれの質量流が互いに対して横方向にずれて排出されるということを暗に述べている。より特定の実施の形態では、別の補助流体のそれぞれの層は、補助流体の少なくとも１つおきの層に横方向に隣接して提供される。
【００１７】
全ての補助流体が、燃焼生成物の質量流の流れ方向と少なくともほぼ整列し、ひいては互いに整列した排出方向に排出されることにより、補助流体は、ダクト内に流体層として提供される。流体層自体の間、および流体層と燃焼生物の質量流との間の境界面におけるせん断力は最小限に減じられる。補助流体の複数の異なる成層化された層の間、および補助流体のそれぞれの層と燃焼生成物との間の混合は、これにより、少なくともほとんど回避される。混合は、前記境界面における残留せん断力および拡散効果のみによって生じる。補助流体が、予混合された燃料／酸化剤混合物として提供されるならば、燃料は、補助流体の酸化剤部分において燃焼させられる。これにより、燃焼プロセスからの不完全燃焼した燃料残留物の汚染物エミッションを回避または少なくとも大幅に減じるために、局所的な燃焼温度は高く維持され、低負荷においてさえも完全な燃料燃え切りのための十分に高い温度を保証する。
【００１８】
幾つかの実施の形態では、方法は、補助流体の各質量流を流れ方向に沿った異なる位置において排出することを含んでもよい。これにより、燃料／酸化剤混合物が排出されるとき、１つの燃料／酸化剤混合物または多数の燃料／酸化剤混合物を適切な位置において排出するときの燃焼装置の熱負荷に応じて、燃焼ゾーンにおける燃料または反応物の滞留時間に影響することができる。これにより、燃料の燃え切り率および熱により誘発される酸化窒素の形成は、制御され得る。
【００１９】
以下の説明は、前記方法における燃料の分配の制御に関する。前記制御は、燃焼アプライアンスが作動させられるときの熱負荷および／またはガスタービンエンジンが作動させられるときの負荷に依存して行われる。
【００２０】
熱負荷は、これに関して、質量流比または燃焼体積比の熱負荷であると理解されるべきであることが認識されるであろう。質量流比または燃焼体積比の熱負荷は、一方では、質量流比または燃焼体積比の発熱速度と考えられてもよく、それ自体は、全体の燃料／酸化剤比または全体の燃焼プロセスの当量比に相互に関連させられている。他方では、熱負荷が、燃焼の条件を規定するパラメータであると理解されるならば、提供される酸化剤の温度は、熱負荷を求める際に考慮される必要がある。例えば、燃焼プロセスがガスタービンエンジンにおいて行われる場合、類似の全体的当量比が、異なる燃焼器圧力比、周囲条件などにおいて見られることがある。これらは、酸化剤の温度に大きく影響することがある。さらに、熱負荷は、燃焼アプライアンスに提供される全ての酸化剤質量流の合計に関連させられてもよいか、または前記方法を行うことに関与させられる。また、特に方法がガスタービンエンジンにおいて行われるならば、前記合計燃焼酸化剤質量流は、例えば可変入口ガイドベーン位置が変化させられるならばガスタービンエンジンの負荷に依存してもよい。
【００２１】
燃焼アプライアンスのメガワット熱負荷、および方法が行われるガスタービンエンジンのメガワットパワー出力は、燃焼プロセスの条件を特徴付けるのに十分ではないことがあり得ることが理解される。例えば全体的な当量比またはガスタービンパワー出力を別の影響するデータに関連づけ、これにより、負荷パラメータを形成し、例えば燃焼アプライアンスの熱負荷またはガスタービンエンジンの負荷状態を規定し、それ自体は、内部燃焼の熱負荷を示しており、これにより、燃料分配を制御することが公知である。当業者は、燃焼アプライアンスの作動を制御するための１つの適切な負荷パラメータまたは適切な負荷パラメータのセットを容易に求めることができる。
【００２２】
本明細書に開示された方法が適切な燃焼アプライアンスにおいて行われ、燃焼アプライアンスが複数の異なる熱負荷で作動させられる場合、方法は、燃焼アプライアンスが熱負荷パラメータの第１のしきい値以下で作動させられるときには補助流体の各質量流を酸化剤の質量流として提供し、燃焼アプライアンスが熱負荷パラメータの第１のしきい値よりも上で作動させられるときには少なくとも１つの補助流体の質量流を、予混合された燃料／酸化剤質量流として提供することを含んでもよい。
【００２３】
これにより、燃焼アプライアンスが低い熱負荷、すなわち、低い全体的な燃料／酸化剤当量比で作動させられるならば、燃料は、第１の酸化剤部分質量流のみに提供され、第１の燃焼段において燃焼させられる。これにより、第１の酸化剤部分質量流または第１の燃焼段において燃料を燃焼させるときに十分な当量比を提供することができる。これにより、第１の酸化剤部分質量流における燃料の安定した完全な燃焼が達成され、その結果、一酸化炭素および／またはその他の不完全燃焼した燃料残留物は、燃焼生成物の質量流に実質的に存在しない。第１のしきい値負荷よりも上では、合計燃料質量流の一部は、少なくとも１つの補助流体へシフトさせられる。これにより、第１の酸化剤部分質量流における燃料の燃焼による、熱により誘発される酸化窒素の形成は、有効に制限され得る。補助流体における燃料は、予混合された燃料／酸化剤混合物として、特に、化学量論未満の希薄な予混合された燃料／酸化剤混合物として提供される。しきい値は、第１の酸化剤部分質量流において燃料を燃焼させることから生じた燃焼生成物の温度が、第１の酸化剤部分質量流における燃料の燃焼時に熱により誘発される酸化窒素の形成を許容できる低いレベルに依然として維持しながら、前記温度による予混合された燃料／酸化剤混合物の自動点火を可能にするのに十分に高くなるように、選択される。一例として、前記温度は、少なくとも約１８００Ｋであってもよい。この予混合された燃料／酸化剤混合物は、したがって、２つの流れの間の境界面において燃焼生成物と接触したときに自発的に点火する。上述のように、燃料／酸化剤混合物は、他の流体との急速な混合を回避するように排出され、これにより、燃料／酸化剤混合物によって提供された燃料の燃焼は、空間的に制限される。これにより、予混合された混合物の燃焼温度は、予混合された燃料の完全な燃え切り、ひいては不完全燃焼残留物の回避を保証するのに十分に高く維持される。他方、予混合された燃料／酸化剤混合物の燃焼により、熱により誘発される酸化窒素の形成は低い。
【００２４】
同様に、方法は、ガスタービンエンジンにおける燃料の燃焼として行われた場合、ガスタービンエンジンをガスタービンエンジンの複数の異なる負荷で作動させ、ガスタービンエンジンがガスタービンエンジンの第１の負荷以下で作動させられたときには補助流体の質量流のそれぞれを酸化剤の質量流として提供し、ガスタービンエンジンがガスタービンエンジンの第１の負荷よりも上で作動させられたときには少なくとも１つの補助流体の質量流を予混合された燃料／酸化剤質量流として提供することを含んでもよい。利点は、上述したものと同じになる。
【００２５】
方法は、別の態様によれば、燃焼アプライアンスおよび／またはガスタービンエンジンが負荷パラメータのそれぞれのしきい値以下で作動させられるときには補助流体を酸化剤として提供し、燃焼アプライアンスおよび／またはガスタービンエンジンが負荷パラメータのそれぞれのしきい値よりも上で作動させられるときには補助流体を予混合された燃料／酸化剤混合物として提供することを含んでもよい。補助流体の複数の質量流が燃焼生成物の質量流内へ排出されると、しきい値負荷は、補助流体質量流のそれぞれに対して異なってもよいことが理解される。これにより、予混合された燃料／酸化剤混合物として提供される複数の補助流体は、燃焼アプライアンスの負荷および／またはガスタービンエンジンの負荷をそれぞれ増大させながら段階的に増大し、負荷を減少させながら減少する。燃料／酸化剤混合物として提供される補助流体質量流の数を変化させることは、予混合された燃料／酸化剤混合物の当量比を、燃料の完全燃焼と共に低い酸化窒素形成の上述の効果を達成することを可能にする許容できる範囲内に維持するように機能してもよい。
【００２６】
負荷パラメータのそれぞれのしきい値は、それぞれの補助流体が燃焼生成物の流れの下流で排出されるほど高くなるように選択されてもよい。これにより、負荷が増大するほど、補助流体における燃料は、燃焼生成物の流れのより一層下流の位置で、したがって、補助流体に提供される燃料が燃焼させられる第２の燃焼ゾーンの下流端部のより近くで、排出される。次いで、負荷が増大するほど、燃焼ゾーンにおける反応物の滞留時間が短縮され、少ない酸化窒素形成での燃焼を補助する。他方、負荷が減少するほど、燃焼ゾーンにおける反応物の滞留時間は延長させられ、燃料の完全な燃え切りを補助する。
【００２７】
酸化剤、すなわち、燃料が提供されていない純粋な酸化剤として、または燃料／酸化剤混合物として補助流体の質量流を提供することを制御するための制御負荷パラメータのしきい値は、酸化剤から燃料／酸化剤混合物へ変化する場合、その逆の場合とは異なってもよいことが容易に理解される。特に、負荷を低下させるときに燃料／酸化剤から酸化剤へ変化することは、負荷を上昇させるときに酸化剤から燃料／酸化剤へ切り替えるときよりも低いしきい値で行われてもよい。このような制御ヒステリシスは、公知の形式で制御安定性を高める。
【００２８】
幾つかの実施の形態では、方法に関与するか、または燃焼アプライアンスに提供される燃焼酸化剤質量流の合計、すなわち、第１の酸化剤部分質量流に、補助流体の全ての質量流に提供された酸化剤質量流の全てを合計したものの４０％〜６０％、特定の例においては、少なくとも約５０％が、第１の酸化剤部分質量流として提供される。特定の例において、補助流体流は、燃焼生成物の流れ方向で３つの異なる排出位置において提供されてもよい。流れ方向での位置は、燃焼ゾーンにおける燃料および燃料残留物の滞留時間に影響する。補助流体がより下流で排出されるほど、滞留時間はより短くなる。より特定の実施の形態では、燃焼酸化剤質量流の合計の２０％〜３０％が、第１の最も上流の排出位置において排出されてもよく、これは、より特定の実施の形態では、少なくとも約２５％であってもよい。それにより排出された燃料の燃焼滞留時間は、例えば、７ｍｓであってもよい。燃焼酸化剤質量流の合計の１０％〜２０％は、第１の排出位置よりも下流に配置された第２の中間排出位置において排出されてもよく、これは、より特定の実施の形態では、少なくとも約１５％であってもよい。それにより排出された燃料の滞留時間は、例えば、５ｍｓであってもよい。燃焼酸化剤質量流の合計の５％〜１５％が、第３の最も下流の排出位置において排出されてもよく、これは、より特定の実施の形態では、少なくとも約１０％であってもよい。それにより排出された燃料の滞留時間は、例えば、３ｍｓであってもよい。
【００２９】
幾つかの実施の形態では、補助流体は、より下流で排出されるほど、ダクトの壁部のより近くで排出される。補助流体のさらに下流で配置される流れは、さらに上流で排出される流れを包囲するように提供されてもよい。上に提供した例において、流れの方向で第１の排出位置において排出された補助流体は、中央排出流として提供されてもよい。中央の第１の排出流は、流れ方向で第２の位置において排出された第２の排出流によって包囲されてもよい。第２の排出流は、次いで、第３の最も下流の位置において排出された第３の排出流によって包囲されてもよい。
【００３０】
第１の酸化剤部分質量流において第１の燃焼段において燃焼させられる燃料は、補助流体に提供される燃料の自発的な自動点火を保証するために、燃料が補助流体の質量流のうちのいずれかに付加される前に燃焼生成物の温度が少なくとも約１８００Ｋに達するように配分されてもよい。燃料が補助流体に提供されるとき、第１の酸化剤部分質量流において第１の段において燃焼させられた燃料質量流は、それぞれの燃焼生成物を前記１８００Ｋに少なくともほぼ一定に維持するように制御されてもよい。方法の生成物としての最終的な高温ガス流の温度は、第１段燃焼生成物の前記温度を超過することが理解される。
【００３１】
別の態様では、上述の方法を実施するのに特に適した燃焼アプライアンスが開示される。燃焼アプライアンスは、第１の燃焼段またはゾーンと、第１の燃焼段からの燃焼生成物を受け取るために設けられたダクトとを有する。燃料／酸化剤予混合装置が設けられている。燃料／酸化剤予混合装置は、その排出端部において、ダクトに設けられた排出アプライアンスと流体連通しており、排出アプライアンスは、燃料／酸化剤予混合装置から受け取られた流体をダクトにおける燃焼生成物の流れへ排出するように配置および構成されており、燃焼生成物の流れの流れ方向と少なくともほぼ整列させられている。それぞれが少なくとも１つの排出アプライアンスと流体連通した２つ以上の排出燃料／酸化剤予混合装置が設けられてもよいことが理解される。各排出アプライアンスは、１つの予混合装置から受け取られた燃料のみを排出するように、１つの予混合装置と流体連通している。燃料が予混合装置に提供される場合、それぞれの排出アプライアンスによって排出される流体は、燃料／酸化剤混合物である。燃料が予混合装置に提供されない場合、それぞれの排出アプライアンスにおいて排出される流体は、酸化剤のみである。特に、排出アプライアンスが設けられる領域、およびその下流において、第２の燃焼段または燃焼ゾーンが形成されていることがさらに理解される。
【００３２】
幾つかの実施の形態では、燃焼アプライアンスは、少なくとも１つの別の燃料／酸化剤予混合装置を有してもよく、別の燃料／酸化剤予混合装置は、その排出端部において、ダクトに設けられた別の排出アプライアンスと流体連通している。別の排出アプライアンスは、別の燃料／酸化剤予混合装置から受け取られた流体をダクトにおける燃焼生成物の流れへ排出するように配置および構成されており、燃焼生成物の流れの流れ方向とほぼ整列させられている。各排出アプライアンスは、ダクトの通流横断面においてそれぞれの他の排出アプライアンスから排出された流体に対して横方向にずれたそれぞれの流体を排出するように配置および構成されており、これにより、特に、排出アプライアンスからの排出流は、ダクトの通流横断面において重なり合うことなく提供される。複数の異なる燃料／酸化剤予混合装置と流体連通した排出アプライアンスは、より特定の実施の形態では、ダクトの通流方向で相互のずれを有しながらダクトに設けられてもよい。
【００３３】
さらに、上述のような少なくとも１つの燃焼アプライアンスを備えるガスタービンエンジンが開示されている。幾つかの態様では、少なくとも１つの流体排出装置は、膨張タービン入口に隣接してかつ膨張タービン入口の上流に設けられていてもよい。
【００３４】
上に開示された特徴および実施の形態は互いに組み合わされてもよいことが理解される。当業者にとって明白かつ明らかな本開示の範囲および請求された対象の中でさらに別の実施の形態が考えられることがさらに認められるであろう。
【００３５】
図面の簡単な説明
本開示の対象は、ここで、添付の図面に示された選択された典型的な実施の形態によってさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】低負荷で実施されるときの上に開示された方法を示す、燃焼アプライアンスの図である。
【図２】低中間負荷で実施されるときの上に開示された方法を示す、燃焼アプライアンスの図である。
【図３】高中間負荷で実施されるときの上に開示された方法を示す、燃焼アプライアンスの図である。
【図４】高負荷で実施されるときの上に開示された方法を示す、燃焼アプライアンスの図である。
【図５】燃焼に関与する異なる流体の燃料／酸化剤比の典型的なコースを質的に示す図である。
【００３７】
図面は極めて概略的であり、使用説明目的のために必要ない詳細は理解および説明を容易にするために省略されていることもあることが理解される。さらに、図面は、選択された例示的な実施の形態のみを示しており、示されていない実施の形態がさらに、本明細書において開示および／または請求された対象の範囲に包含され得ることが理解される。
【００３８】
本開示の教示を実施する典型的なモード
上に開示された燃料を燃焼させる方法、および当該方法を実施するのに適した典型的な燃焼アプライアンス（装置）が、図１〜図４に示された例によって詳細に説明される。燃焼アプライアンス１は、概して、第１の燃焼段１１を有する。一般的なバーナ１２が、第１の燃焼段１１と流体連通して、第１の燃焼段１１の上流に設けられている。バーナ１２は、例えば、欧州特許第３２１８０９号明細書（EP 321 809）、欧州特許第７８０６２９号明細書（EP 780 629）、国際公開第９３／１７２７９号（WO93/17279）または欧州特許第９４５６７７号明細書（EP 945 677）に開示されたような、しかしながらこれらに限定されないあらゆるタイプの拡散バーナまたは予混合バーナなどの、しかしながらこれらに限定されない、当業者に公知のあらゆる公知のタイプのものであってもよい。したがって、バーナ１２の説明は、象徴的であると理解されるべきであり、一般的に言えば、酸化剤および燃料を受け取り、それらの可燃性燃料／酸化剤流を準備するのに適したあらゆる装置が適用されてもよい。酸化剤質量流が提供される。前記酸化剤の第１の部分質量流１０１、例えば、ガスタービンエンジンの圧縮機からの圧縮空気が、バーナ１２に提供される。さらに、燃料の質量流１０２がバーナ１２に提供される。可燃性燃料／酸化剤流が、火炎１３によって示されているように燃焼させられる。燃焼生成物の質量流１０３が、生ぜしめられ、燃焼アプライアンス１内で下流へ１０３で矢印によって概して示された流れ方向に流れ、ダクト１４によって受け取られる。ダクト１４内で、補助流体の質量流１０４，１０５，１０６がダクト１４内へ排出される。補助流体の質量流の排出は、一方では、燃焼生成物１０３の質量流の流れ方向において軸方向で段階付けられて行われる。補助流体質量流１０４は、補助流体質量流１０５の上流で排出され、補助流体質量流１０５自体は、補助流体質量流１０６の上流で排出される。さらに、補助流体の質量流の排出は、横方向に段付けされた形式で行われ、すなわち、燃焼生成物１０３の流れの方向を横切って段付けされているか、またはダクト１４の流れ横断面を横切って段付けされている。すなわち、燃焼生成物の流れに関して、補助流体の各質量流は、補助流体の他の質量流から横方向にずれて、かつ補助流体の別の質量流に隣接して提供される。示された典型的な実施の形態では、補助流体の質量流１０４は、燃焼生成物の流れの最も上流において、ダクト１４の最も深くで、もしくはダクト１４の中心の最も近くで排出されるのに対し、補助流体の質量流１０６は、燃焼生成物の流れの最も下流において、ダクト１４の壁部の最も近くで排出される。補助流体の質量流１０５は、それらの間において流れ方向でおよび流れ方向を横切って排出される。ダクト１４の内側領域において補助流体の質量流１０４および１０５を排出するために、例えば、適切な配管システムが、排出アプライアンスとして提供されてもよい。補助流体の質量流１０６は、例えば、配管システムを通って、または、オリフィス、例えば、ダクト１４の壁部に設けられた、周方向に配置されたスリットを通って、排出されてもよい。ダクト１４の適切な位置において補助流体の質量流を排出するためのその他のアプライ��ンスが考えられる。概して、以下に示される排出特性でダクト内に補助流体の質量流を排出することができるあらゆるアプライアンスが、適切であることが分かるかもしれない。しかしながら、排出アプライアンスは、燃焼生成物の流れ１０３の温度に耐えることができる必要がある。さらに、補助流体の質量流は、燃焼生成物の流れと少なくともほぼ整列させられかつ燃焼生成物の流れの下流に向けられた排出方向で排出される。排出された補助流体の質量流は、さらに、少なくともほぼ互いに整列させられており、かつ互いに対して平行な方向で提供される。これにより、補助流体質量流の間、もしくは補助流体の質量流の間の急速な混合は、少なくともほとんど回避され、それぞれの排出アプライアンスのかなり下流においてのみ生じる。これにより、補助流体の成層化された層１１４，１１５，１１６が形成される。ダクト１４の下流において、煙道ガス質量流１０７がダクト１４から排出される。質量流１０７は、ダクト１４に提供される全ての質量流の合計、すなわち、燃焼生成物の質量流１０３に、補助流体の全ての質量流１０４，１０５，１０６の合計を加えたものであることは言うまでもない。さらに、煙道ガス質量流１０７は、冷却剤を含んでもよい。煙道ガス質量流１０７は、例えば、ガスタービンエンジンの膨張タービン、または加熱された流体の流れが必要とされる別の装置へ案内されてもよい。
【００３９】
上述のように、燃焼アプライアンス１は、少なくとも１つのバーナ１２を備える第１の燃焼段１１と、第１の燃焼段１１から燃焼生成物の流れを受け取るためのダクト１４とを有する。燃焼生成物の共通の質量流１０３をダクトに提供するために、多数の、すなわち少なくとも２つのバーナおよび／または第１の燃焼段が設けられてもよいことに留意されたい。同様に、１つの第１の燃焼段または複数の第１の燃焼段における、１つのバーナによって提供される、または、多数の、すなわち少なくとも２つのバーナによってまとめて提供される燃焼生成物の質量流は、多数の、すなわち少なくとも２つのダクト１４へ分配させられてもよく、これらのダクト１４において、補助流体が、ダクト内の燃焼生成物の流れ内へ排出される。例えば、第１の燃焼ゾーンは、ガスタービンエンジンの慣用の燃焼室によって提供されてもよい。補助流体を燃焼生成物の流れ内へ排出するための適切な手段が装備された、環状のダクトまたは環状に分配されたダクトは、ガスタービンエンジンの膨張タービンの上流に設けられていてもよい。補助流体の質量流１０４，１０５，１０６を排出するための排出アプライアンスがダクトに設けられており、これに関して、“ダクトに”とは、流体をダクト内へ排出するためにダクトの壁部に設けられていることを意味してもよい。前述のように、排出アプライアンスの特定の構造は、本明細書に開示された方法によって必要とされるような補助流体の質量流を排出するのに適している限り、本開示の枠内ではあまり重要ではない。説明を容易かつ明瞭にするために、排出アプライアンスは参照符号によって示されていないが、排出アプライアンスの位置は、排出アプライアンスから排出される流れ１０４，１０５，１０６の説明によって完全に明らかである。排出アプライアンスには、ダクト１４内の流れの意図された方向で互いにずれが提供されており、かつ、排出アプライアンスは、相互の横方向ずれとともに、すなわち、ダクトの通流横断面において、配置されているか、または、別の態様では、相互の横方向ずれを有する補助流体の質量流を排出するように設けられている。以下の説明を考慮して、補助流体のそれぞれの質量流が、燃料／酸化剤予混合装置によって排出アプライアンスに提供され、これにより、それぞれの補助流体は、酸化剤としてまたは予混合された燃料／酸化剤混合物として選択的に提供されてもよいということが明らかになるであろう。各燃料／酸化剤予混合装置は、その下流端部において、少なくとも１つの排出アプライアンスと流体連通している。特に、各排出アプライアンスは、１つの燃料／酸化剤予混合装置のみと流体連通している。
【００４０】
上述のように本明細書に開示された方法に従って燃焼アプライアンス１を作動させるとき、燃料の質量流１０２がバーナ１２に供給され、第１の燃焼ゾーン１１において第１の酸化剤部分質量流１０１とともに燃焼させられる。特に、燃焼アプライアンスの低い熱負荷において、すなわち、燃焼アプライアンス１に提供される比較的低い全体的な質量流において、補助流体の全ての質量流１０４，１０５，１０６は、燃料が加えられていない、単なる酸化剤として提供される。したがって、燃焼アプライアンス１に提供される全ての燃料は、第１の燃焼ゾーン１１において、および第１の酸化剤部分質量流１０１において燃焼させられる。第１の酸化剤部分質量流１０１は、燃焼アプライアンス１に提供される酸化剤質量流全体の５０％、または約５０％であってもよい。この場合、第１の酸化剤部分質量流１０１のみが実際の燃焼プロセスに関与するので、実際の燃焼の当量比は、既に、比較的低い全体燃料質量流において、比較的高い。これにより、低い部分負荷条件において、既に、安定した燃焼が達成される。燃焼温度は、低い部分負荷条件において、既に、燃料の良好かつ完全な燃え切りが達成されるようなレベルに達し、その結果、例えば、一酸化炭素および未燃焼炭化水素などの不完全燃焼の生成物の少ないエミッションを生じる。
【００４１】
負荷は、これに関して、質量流比の熱負荷であると認識されるであろう。質量流比の熱負荷は、一方では、燃焼アプライアンスの全体の燃料／酸化剤比または当量比に相互に関連させられた、質量流比の発熱速度であると考えられてもよい。他方では、熱負荷が、燃焼の条件を規定するパラメータであると理解されるならば、提供される酸化剤の温度は、熱負荷を求める際に考慮される必要がある。燃焼アプライアンスの制御は、これに関して、最も関連する影響のある変数を考慮して、適切な負荷パラメータに基づいて行われてもよい。例えば、燃焼アプライアンスがガスタービンエンジンにおいて作動させられる場合、同様の全体の当量比が、異なる圧縮圧力比において見られることがあり、これにより、以下に説明される作動モードも、ガスタービンエンジンの負荷パラメータに応じて制御されてもよい。以下の説明を容易にするために、一般的な意味における“負荷”が言及される。当業者は、燃焼アプライアンスの作動を制御するための１つの適切な負荷パラメータまたは適切な負荷パラメータのセットを容易に求めることができる。
【００４２】
燃料が燃料質量流１０２としてのみバーナ１２に供給される一方で、補助流体の質量流１０４，１０５，１０６が、燃料を含まない純粋な酸化剤として提供され、これにより、燃料が第１の燃焼ゾーン１１のみにおいて燃焼させられる場合に負荷が上昇すると、火炎１３および燃焼生成物１０３の質量流の温度が上昇する。これは、熱により誘発される酸化窒素の形成、および燃焼アプライアンスの汚染物エミッションの劇的な増大を生じ得る。これにより、所定のしきい値負荷よりも上では、補助流体の質量流１０４に燃料が付加される。これにより、補助流体の質量流１０４は、予混合された燃料／酸化剤混合物として提供される。これに関して、図２が参照される。質量流１０４に含有される酸化剤質量流は、燃焼アプライアンスに提供される合計酸化剤質量流の約２５％、または少なくとも約２５％を占めてもよい。予混合された燃料／酸化剤質量流として提供される補助流体の質量流１０４は、第１の燃焼段からの高温の燃焼ガスと接触すると自動的に点火し、火炎１５、および／またはその下流において燃焼させられる。特に、希薄な予混合された燃料／酸化剤混合物が提供される場合、熱により誘発される酸化窒素の形成はかなり低い。第１の燃焼段１１からの既に高温の燃焼生成物により、予混合された燃料／酸化剤混合物は、予混合当量比における大きな範囲にわたって確実に燃焼させられる。補助流体の質量流１０４は、ダクト１４の最も上流に排出され、これにより、ダクト１４における燃料または燃料残留物それぞれの滞留時間は、そこに提供された燃料の完全な燃え切りを可能にするように十分に長い。燃料質量流１０２は、第１の燃焼段１１における当量比を少なくともほぼ一定に維持するように制御されてもよい。別の実施の形態では、燃料質量流１０２は、第１段燃焼生成物の温度を、例えば１８００Ｋにおいて、または少なくとも約１８００Ｋにおいて少なくともほぼ一定に維持するように制御されてもよい。この温度レベルは、第１段燃焼生成物１０３の流れ内へのあらゆる燃料／酸化剤予混合流排出の確実な自動点火を保証するのに対し、第１の燃焼段における、熱により誘発された酸化窒素形成は、依然として、許容できるレベルに維持される。
【００４３】
補助流体の質量流１０４として提供される燃料／酸化剤混合物がリッチになるほど、酸化窒素発生量は高くなる。これにより、別のしきい値レベルを超過する負荷パラメータの場合、補助流体の質量流１０５もまた、希薄な予混合された燃料／酸化剤混合物として提供される。補助流体質量流１０５に含有される酸化剤質量流は、燃焼アプライアンスに提供される合計酸化剤質量流の約１５％、または少なくとも約１５％を占めてもよい。補助流体の質量流１０５は、質量流１０４によって形成された流体層１１４に隣接して流体層１１５を形成するようにダクト１４内へ排出される。図３に示したように、補助流体質量流１０５として提供された燃料／酸化剤混合物は自動点火し、そこに含有された燃料は、火炎１６において、および火炎１６の下流において燃焼させられる。適切な負荷パラメータがさらに別のしきい値を超過すると、補助流体の質量流１０６もまた、予混合された燃料／酸化剤混合物として提供される。補助流体質量流１０６に含有される酸化剤質量流は、燃焼アプライアンスに提供される合計酸化剤質量流の約１０％、または少なくとも約１０％を占めてもよい。図４に示したように、補助流体質量流１０６として提供された燃料／酸化剤混合物は自動点火し、そこに含有された燃料は、火炎１７において、および火炎１７の下流において燃焼させられる。
【００４４】
燃焼アプライアンスに提供される合計酸化剤質量流を考慮する場合、これは、もちろん、燃焼アプライアンスに提供される燃焼生成物の質量流を発生させることに関与させられる酸化剤部分質量流をも考慮する。
【００４５】
補助流体の各質量流１０４，１０５，１０６は、選択的に燃料をそれぞれの予混合装置に提供するか、または燃料を提供しないことによって、純粋な酸化剤として、または予混合された燃料／酸化剤混合物として選択的に提供されてもよい。前記補助流体が燃料／酸化剤混合物として提供される場合、補助流体の各質量流に提供される予混合燃料質量流の相互比は一定であると考えられる。これは、燃焼アプライアンスに１つの予混合燃料制御弁のみを提供することを可能にし、個々の予混合された装置のために、遮断弁のみが提供される必要がある。
【００４６】
図１〜図４に関する上記説明から明らかになるように、燃料供給を開始するための負荷しきい値がより高くなるほど、付加的な燃料は、より下流においてダクト１４に提供される。ダクト１４における温度は下流方向で増大する。次いで、予混合燃料、または予混合燃料から発生した燃焼生成物それぞれの滞留時間は、燃料の供給を開始するためのしきい負荷値がより高くなるほど、より短くなる。言い換えれば、燃焼温度がより高くなるほど、滞留時間はより短くなる。これは、一方では、結果として生じた煙道ガス質量流１０７がダクト１４の下流端部において排出される前に燃料の完全な燃え切りを可能にする一方、他方では、熱により誘発された酸化窒素の形成が制限される。
【００４７】
これにより、成層化された、軸方向で段階を有する燃焼の開示された方法は、大きな負荷範囲を通じて少ない汚染物エミッションを伴う燃焼プロセスを提供し、さらに、優れた部分負荷運転挙動を示し、したがって、良好なターンダウン比を提供する。
【００４８】
増大する質量流および温度に適応するために、下流方向に横断面が拡開しているダクト１４が示されているが、ダクトに一定の流れ横断面が提供されており、その結果、加速する流れにおいて方法を実施する形態が考えられる。
【００４９】
図５は、燃料／酸化剤の典型的な質的コース、または、特定の例では、ガスタービンエンジンの相対負荷Ｐにわたる複数の異なる燃料／酸化剤流の燃料／空気比ＦＡＲを示している。縦座標の、垂直な軸は、目盛なしで示されている。なぜならば、複数の異なる燃焼段の燃料／空気比の相対的な変化のみが示されるからである。明らかになるように、低負荷では、燃料は第１の燃焼段１１にのみ供給される。所定のしきい値負荷において、燃料は、補助流体の質量流１０４に提供されるのに対し、第１の燃焼段の燃料／空気比ＦＡＲ11は、次第に減じられ、さらに、負荷にわたって一定に維持される。これに関して、第１の燃焼段１１において第１の酸化剤部分質量流において燃焼させられた燃料は、基本負荷を提供するのに対し、補助流体流１０４，１０５，１０６に提供される燃料の質量流を制御する際、約１０％よりも高い負荷における負荷制御が達成される。補助流体質量流１０４，１０５，１０６における燃料／空気比ＦＡＲ104，ＦＡＲ105，ＦＡＲ106は、酸化窒素発生が許容できなくなり始める値まで増大させられる。より高い負荷において、その結果、燃料は、補助流体の連続的な質量流に提供される。約１０％の相対負荷において、増大する燃料質量流が補助流体の質量流１０４に加えられる場合、補助流体の質量流１０４の燃料／空気比ＦＡＲ104は、約２０％相対負荷まで増大させられる。燃料／空気比ＦＡＲ104は、より高い負荷において次第に減じられかつ／または一定に維持される。補助流体の質量流１０５の燃料／空気比ＦＡＲ105は、所定のレベルまで増大させられる。負荷をさらに増大させるために、燃料は補助流体の質量流１０６に提供され、それぞれの燃料／空気比ＦＡＲ106は、ガスタービンエンジン定格出力まで増大させられる。約８０％の相対負荷から１００％の相対負荷までの間において、燃料／空気比ＦＡＲ106はほぼ一定である。これは、増大する空気質量流を生じる、ガスタービンエンジンの開口可変入口ガイドベーンの事実による。これにより、圧縮機の圧力比が増大し、ひいては燃焼空気の温度が上昇し、そのことにより、所定の燃焼温度に達するためにより少ない燃料が燃焼させられることにより、燃料質量流は増大するが、燃料／空気比は、この負荷範囲においてほぼ一定のままとなる。質的に、同様の観察が、異なる適切な負荷パラメータを適用して行われる。これらの観察は、より特定の燃料／空気比の代わりに燃料／酸化剤比に容易に一般化することができることが容易に認識される。
【００５０】
開示の対象は典型的な実施の形態によって説明されているが、これらの実施の形態は、請求された発明の範囲を限定しようとするものではないことが理解される。請求項は、本明細書に明示的に示されていないまたは開示されていない実施の形態をもカバーしており、本開示の教示を実施する典型的なモードにおいて開示されたものから逸脱する実施の形態は、依然として請求項によってカバーされることが認識されるであろう。
【符号の説明】
【００５１】
１  燃焼アプライアンス
１１  第１の燃焼段
１２  バーナ
１３  火炎
１４  ダクト
１５  火炎
１６  火炎
１７  火炎
１０１  第１の酸化剤部分質量流
１０２  燃料の質量流
１０３  燃焼生成物、燃焼生成物の質量流
１０４  補助流体、補助流体の質量流
１０５  補助流体、補助流体の質量流
１０６  補助流体、補助流体の質量流
１０７  煙道ガス質量流
１１４  補助流体層
１１５  補助流体層
１１６  補助流体層
ＦＡＲ  燃料／空気比、燃料／酸化剤比
ＦＡＲ11  第１の燃焼段の燃料／空気比、燃料／酸化剤比
ＦＡＲ104  補助流体１０４の燃料／空気比、燃料／酸化剤比
ＦＡＲ105  補助流体１０５の燃料／空気比、燃料／酸化剤比
ＦＡＲ106  補助流体１０６の燃料／空気比、燃料／酸化剤比
Ｐ  負荷パラメータ、ガスタービンエンジンの相対負荷
【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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【外国語明細書】
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