(57)【要約】      （修正有）【課題】シーケンシャル燃焼器配列と閉ループ冷却部とを備えるガスタービンを作動させる方法に関する。【解決手段】シーケンシャル燃焼器配列（４）を備えたガスタービン（１）であって、前記燃焼器配列（４）は、作動中に燃焼器入口ガスに第１の燃料（２８）を供給する第１のバーナ（１０６）と第１の燃料（２８）を燃焼させるための第１の燃焼室（１０１）とを有する第１の燃焼器と、第１の燃焼室（１０１）から出てくる第１の燃焼器燃焼生成物（３５）に希釈ガス（３３）を混合する希釈ガス混合器（２７）と、第２の燃料（２９）を混合する第２のバーナ（１０３）と、第２の燃焼室（１０２）とを備えているガスタービン（１）に関する。希釈ガス混合器（２７）後の温度プロフィールを保証しガスタービン（１）の出力と効率を向上させるためにタービン（５）のベーン（１１）及び／又はブレード（１０）は閉ループ冷却部を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（３）と、タービン（５）と、シーケンシャル燃焼器配列（４）とを有したガスタービン（１）であって、前記シーケンシャル燃焼器配列（４）は、第１の燃焼器であって、作動中に燃焼器入口ガスに第１の燃料（２８）を供給する第１のバーナ（１０６）と、前記第１の燃料（２８）を燃焼させるための第１の燃焼室（１０１）と、を有する第１の燃焼器と、前記第１の燃焼室（１０１）から出る第１の燃焼器燃焼生成物（３５）に希釈ガス（３３）を混合する希釈ガス混合器（２７）と、第２の燃料（２９）を混合する第２のバーナ（１０３）と、第２の燃焼室（１０２）と、を備え、前記第１の燃焼器と、前記希釈ガス混合器（２７）と、前記第２のバーナ（１０３）と、前記第２の燃焼室（１０２）とは、連続的に流体流れ接続されて配置されている、ガスタービン（１）において、
前記タービン（５）のベーン（１１）及び／又はブレード（１０）は、前記ベーン（１１）及び／又は前記ブレード（１０）への圧縮冷却流体の供給のために圧縮機プレナム（３０）に接続された閉ループ冷却部を有していて、前記閉ループ冷却部（１７）の出口は、前記ベーン（１１）及び／又は前記ブレード（１０）から出る加熱された冷却ガスを第１の燃焼器燃焼生成物（３５）内へ混合するために、前記希釈ガス混合器（２７）に接続されていることを特徴とする、ガスタービン（１）。
【請求項２】
前記圧縮機プレナム（３０）を前記閉ループ冷却部（１７）に接続する冷却ガス供給部（２２）を有している、請求項１記載のガスタービン（１）。
【請求項３】
前記冷却ガス供給部（２２）は、ロータ（２）と、前記シーケンシャル燃焼器配列（４）との間に配置されている、請求項２記載のガスタービン（１）。
【請求項４】
前記冷却ガス供給部（２２）は、燃焼器ケーシング（３１）と、前記シーケンシャル燃焼器配列（４）との間に配置されている、請求項２記載のガスタービン（１）。
【請求項５】
第１の燃焼器ライナ（１０４）、第２の燃焼器ライナ（１０５）、前記第２のバーナ（１０３）の壁、混合区分（３４）、及び希釈ガス混合器（２７）のうちの少なくとも１つを冷却するための冷却通路が、前記閉ループ冷却部（１７）の出口と、前記希釈ガス混合器（２７）との間に備えられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のガスタービン（１）。
【請求項６】
前記閉ループ冷却部（１７）の出口と前記希釈ガス混合器（２７）との間に、エジェクタポンプ（１５，１６）が備えられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のガスタービン（１）。
【請求項７】
前記希釈ガス混合器（２７）への少なくとも１つの供給部が、圧縮機からの圧縮ガスを前記第１の燃焼器燃焼生成物（３５）へと付加的に混合するために、前記圧縮機プレナムに直接接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のガスタービン（１）。
【請求項８】
ガスタービン（１）を作動させる方法であって、前記ガスタービン（１）は、圧縮機（３）と、タービン（５）と、シーケンシャル燃焼器配列（４）とを備え、該シーケンシャル燃焼器配列は、第１のバーナ（１０６）および第１の燃焼室（１０１）を有する第１の燃焼器と、希釈ガス混合器（２７）と、第２のバーナ（１０３）と、第２の燃焼室（１０２）とを有し、前記第１の燃焼器と、前記希釈ガス混合器（２７）と、前記第２のバーナ（１０３）と、前記第２の燃焼室（１０２）とは、連続的に流体流れ接続されて配置されている、ガスタービン（１）を作動させる方法であって、
該方法は、
前記圧縮機（３）において入口ガスを圧縮するステップと、
前記第１のバーナ（１０６）において、圧縮されたガスの少なくとも一部に第１の燃料（２８）を混合するステップと、
前記第１の燃焼室（１０１）において混合物を燃焼させて第１の燃焼器燃焼生成物（３５）を発生させるステップと、
前記希釈ガス混合器（２７）において、前記第１の燃焼室（１０１）から出た前記第１の燃焼器燃焼生成物（３５）に希釈ガスを混合するステップと、を有している方法において、
前記タービン（５）のベーン（１１）及び／又はブレード（１０）を、前記ベーン（１１）及び／又は前記ブレード（１０）の閉ループ冷却部（１７）を通って流れる圧縮ガス（８）によって冷却し、前記ベーン（１１）及び／又は前記ブレード（１０）から出る加熱された冷却ガスを前記希釈ガス混合器（２７）内に供給し、前記第１の燃焼器燃焼生成物（３５）と混合することを特徴とする、ガスタービン（１）を作動させる方法。
【請求項９】
前記圧縮ガス（８）を、圧縮機プレナム（３０）から閉ループ冷却部（１７）へと供給する、請求項８記載のガスタービン（１）を作動させる方法。
【請求項１０】
前記圧縮ガス（８）を、前記圧縮機プレナム内の前記ロータ（２）と前記シーケンシャル燃焼器配列（４）との間に配置された冷却ガス供給部（２２）から前記閉ループ冷却部（１７）へと供給する、請求項８記載のガスタービン（１）を作動させる方法。
【請求項１１】
前記圧縮ガス（８）を、前記圧縮機プレナム内の燃焼器ケーシング（３１）と前記シーケンシャル燃焼器配列（４）との間に配置された冷却ガス供給部（２２）から前記閉ループ冷却部（１７）へと供給する、請求項８記載のガスタービン（１）を作動させる方法。
【請求項１２】
前記閉ループ冷却部（１７）から出る前記冷却ガスは、前記希釈ガス混合器（２７）へと供給される前に、第１の燃焼器ライナ（１０４）、第２の燃焼器ライナ（１０５）、前記第２のバーナ（１０３）の壁、混合区分（３４）、及び希釈ガス混合器（２７）のうちの少なくとも１つを冷却するための冷却通路を通って流れる、請求項８から１１までのいずれか１項記載のガスタービン（１）を作動させる方法。
【請求項１３】
前記閉ループ冷却部（１７）から出た前記冷却ガスの圧力は、前記冷却ガスが前記希釈ガス混合器（２７）へと供給される前にエジェクタポンプ（１５，１６）において増大させられる、請求項８から１２までのいずれか１項記載のガスタービン（１）を作動させる方法。
【請求項１４】
前記圧縮機プレナム（３０）からの圧縮ガス（８）を、前記エジェクタポンプ（１５，１６）において冷却ガスを加圧するために使用する、請求項１３記載のガスタービン（１）を作動させる方法。
【請求項１５】
前記圧縮機プレナム（３０）から直接取られた圧縮ガス（８）を、前記希釈ガス混合器（２７）において前記第１の燃焼器燃焼生成物（３５）に混合する、請求項８から１４までのいずれか１項記載のガスタービン（１）を作動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シーケンシャル燃焼器配列内へ、戻されたタービン冷却ガスを希釈ガスとして混合するガスタービンのためのシーケンシャル燃焼器配列に関する。本発明は、さらに、シーケンシャル燃焼器配列内へ、戻されたタービン冷却ガスを希釈ガスとして混合するガスタービンを作動させる方法に関する。
【０００２】
開示の背景
風または太陽などの不安定な再生可能源による発電が増大していることにより、既存のガスタービンを主体とした発電プラントは、電力需要のバランスを保ち、電力網を安定させるためにますます利用されている。すなわち、改良された運転柔軟性が要求されている。これは、ガスタービンがしばしばベース負荷設計点よりも低い負荷、すなわちより低い燃焼器入口温度および燃焼温度で運転されることを意味する。
【０００３】
それと同時に、エミッション制限値および全体的なエミッション許容はより厳しくなっているので、より低いエミッション値で運転し、部分負荷運転時および移行中においても低いエミッションを保つことが要求される。なぜならば、これらも、累積してエミッション限界に数えられるからである。
【０００４】
従来の燃焼システムは、例えば圧縮機入口質量流量を調節することによってまたは異なるバーナ、燃料段または燃焼器の間における燃料分割を制御することによって、作動条件における所定の可変性に対応するように設計されている。しかしながら、これは新たな要求を満たすには不十分である。
【０００５】
エミッションをさらに減じかつ運転柔軟性を高めるために、シーケンシャル燃焼が独国特許出願公開第１０３１２９７１号明細書において提案されている。運転条件、特に第１の燃焼室の高温ガス温度に応じて、ガスが第２のバーナ（シーケンシャルバーナとも呼ばれる）へ進入させられる前に高温ガスを冷却する必要がある場合がある。この冷却は、燃料噴射、および第２のバーナの第１の燃焼器の高温煙道ガスとの、噴射された燃料の予混合を許容するために有利である。
【０００６】
第２の燃焼室への均一な入口温度、および第１の燃焼器から出るガスとの、第２のバーナにおいて噴射される燃料の十分な混合は、低エミッション値での安定した燃焼のための必要条件である。均一な温度プロフィールの形成を容易にするために、混合されたガスと高温の燃焼ガスとの間の温度差は最小限でなければならず、第２の燃焼器のために意図された入口温度であるように、より低温に維持されなければならない。
【０００７】
同時に出力と効率も改善されるべきである。
【０００８】
開示の概要
本発明の課題は、第１の燃焼室と第２の燃焼室との間で希釈ガスと第２の燃料とを混合するための手段を有するシーケンシャル燃焼器配列を備えたガスタービンを提案することである。このような“希釈バーナ”は、ガスタービンの出力と効率を損なうことなく、ガスタービンの広い運転範囲のために、第２の燃焼器のための適切な入口流れ条件を提供しなければならない。基本的に、第２の燃焼器が作動されている全ての運転条件のために、所定の入口条件が保証されなければならない。特に、高温ガスは、所定の高温ガス温度まで冷却される。さらに、速度分布、酸素および燃料含有量は、希釈ガスの適切な混合により、第２の燃焼室のために調節する（例えば規定されたプロフィールに制御する）ことができる。第２の燃焼器は通常、第２のバーナと、第２の燃焼室とを有する。
【０００９】
第２のバーナは、希釈ガス混合器に組み込まれていてよい、又は結合されていてよい。
【００１０】
規定された入口温度からのずれは、高いエミッション（例えばＮＯｘ、ＣＯおよび未燃焼炭化水素）及び／又は希釈バーナにおける逆火を生じ得る。逆火およびＮＯｘは、高い入口ガス温度または高い酸素濃度により、噴射された燃料のための自己点火時間が短縮されることにより誘発され、これは、より早期の点火（逆火につながる）または燃料空気混合のための時間の短縮を生じ、結果として燃焼中に局所的なホットスポットを生じ、その結果ＮＯｘエミッションの増大につながる。低温領域は、自己点火時間が長くなることにより、ＣＯエミッションを生じ得る。これは、ＣＯからＣＯ2への燃焼のための時間を短縮し、低下した局所的火炎温度は、さらにＣＯからＣＯ2への燃焼を減速させる恐れがある。最後に、局所的なホットスポットは、混合器の下流のある領域における過熱につながり得る。
【００１１】
希釈ガスは、例えば、圧縮空気、または空気とガスタービンの煙道ガスとの混合物であってよい。圧縮された煙道ガスを希釈ガスとして使用することもできる。
【００１２】
シーケンシャル燃焼器配列を有したガスタービンの第１の実施の形態によれば、シーケンシャル燃焼器配列は、運転中に燃焼器入口ガスに第１の燃料を供給する第１のバーナと、第１の燃料を燃焼器入口ガスとともに燃焼させる第１の燃焼室とを有する第１の燃焼器を備える。通常、燃焼器入口ガスは圧縮空気である。用途に応じて、燃焼器入口ガスは、別のガスまたは例えば空気と煙道ガスとの混合物などのガス混合物であってよい。シーケンシャル燃焼器配列はさらに、第１の燃焼室から出てくる第１の燃焼器燃焼生成物に希釈ガスを混合する希釈ガス混合器と、第２の燃料を混合する第２のバーナと、第２の燃焼室とを備える。第２の燃料は、第２の燃焼室において、第１の燃焼生成物と希釈空気との混合物とともに燃焼させることができる。第１の燃焼器と、希釈ガス混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室とは、連続的に流体流れ接続されて配置されている。
【００１３】
最適な温度での圧縮ガスとの混合を提供するために、タービンのベーン及び／又はブレードが閉ループ冷却部を有していることが提案される。閉ループ冷却部は、ベーン及び／又はブレード内へ圧縮された冷却流体を供給するために圧縮機プレナムに接続することができる。ガスタービンの作動中に、ベーン及び／又はブレードを出る加熱された冷却ガスを第１の燃焼器燃焼生成物内へと混合するために、閉ループ冷却部の出口は希釈ガス混合器に接続されている。冷却ガスは、例えば圧縮機出口温度を超える温度まで加熱されているので、高温ガスと希釈ガスとの温度差を減じることにより、均一な温度プロフィールの形成が容易になる。結果として、良好な温度プロフィールにより、同じ高温ガス温度で、減じられたＮＯｘエミッション値が達成される。
【００１４】
さらに、ガスタービン効率も、閉ループ冷却により向上させることができる。特に、同じ高温ガス温度で、閉ループ冷却を適用することにより、混合されたタービン入口温度を向上させることができ、これによりガスタービンと、このようなガスタービンを有する複合サイクル発電プラントの出力最終効率を向上させることができる。
【００１５】
この場合、閉ループ冷却システムは１つの冷却法であって、この冷却法では、冷却ガスが、閉ループ冷却部の一方の端部においてベーン又はブレード内に供給され、ブレードの内部冷却のために使用され、閉ループ冷却部の出口へと流れる。開ループ冷却システムにおいて、ガスはベーン又はブレードに供給され、次いでブレード又はベーンから、ベーン又はブレードの周りを流れる高温ガス内へと放出されるのと対照的に、出口から閉ループ冷却部を出る冷却ガスは例えば冷却又は混合のためにさらに使用することができる。
【００１６】
第１の燃焼器は、例えば圧縮機プレナム内の総圧力の３％〜７％のオーダであり得る、又は別の例では４％〜５％の範囲であり得る圧力降下を有している。この圧力降下は、圧縮機プレナムから、閉ループ冷却部を通してガスを供給し、そのガスを希釈ガス混合器へと供給し、加熱された冷却ガス、第１の燃焼室から出る第１の燃焼器燃焼生成物内へ噴射するために利用することができる。従って、加熱された冷却ガスはなお、第２の燃焼器の火炎の上流で第２の燃焼器内で使用することができる。
【００１７】
従って、提案された配列により、付加的な冷却目的のために、及びいかなる再圧縮も行わない希釈ガス混合のために、圧縮機プレナムから供給される閉ループ冷却部の使用が可能となる。再圧縮は、１つの燃焼室しか有さない従来のガスタービンでは、火炎の上流の燃焼器配列内に冷却ガスを再噴射又は混合するために、必要である。
【００１８】
従って、本発明は、第１の燃焼器の圧力降下を冷却目的で使用する方法を提供する。これにより、タービン用の冷却空気を節約することができ、同時にタービン冷却からの熱を、第２の燃焼器のために回復させることができる。
【００１９】
１つの実施の形態によれば、ガスタービンは、圧縮機を出た圧縮ガスを閉ループ冷却部へと供給するために、圧縮機プレナムを閉ループ冷却部に接続する冷却ガス供給部を有している。
【００２０】
別の実施の形態によれば、冷却ガス供給部は、ロータと、シーケンシャル燃焼器配列との間に配置されている。
【００２１】
さらに別の実施の形態によれば、冷却ガス供給部は、燃焼器ケーシングと、シーケンシャル燃焼器配列との間に配置されている。
【００２２】
ガスタービンの別の実施の形態によれば、第１の燃焼室の第１の燃焼器ライナ、第２の燃焼器ライナ、第２のバーナの壁、混合区分、希釈ガス混合器を冷却するための少なくとも１つの冷却通路が、前記閉ループ冷却部の出口と、希釈ガス混合器との間に挿入されている。従って、閉冷却回路を出た冷却ガスはさらに、このガスが希釈ガス混合器へと供給される前に、燃焼器配列の少なくとも１つの付加的な構成部分を冷却するために使用される。
【００２３】
冷却ガスが第２の燃焼器ライナへと供給される実施の形態のために、第１のベーンの閉ループ冷却部を出た冷却ガスは、第２の燃焼器ライナを冷却するための冷却通路内に直接供給されることができ、第２の燃焼器内の高温ガスとは逆方向の流れで、希釈ガス混合器に向かって流れる。
【００２４】
別の配列のために、閉ループ冷却部から、燃焼器配列の各構成部分への冷却ガスの供給のために、管を使用することができる。
【００２５】
希釈ガス混合のために必要な希釈ガス質量流は、閉ループ冷却部を出る冷却ガスの質量流を越えてよい。希釈ガス質量流を増大させるために、閉ループ冷却空気を、混合器へと噴射する前に圧縮機出口空気に混合させることができる。
【００２６】
ガスタービンのさらなる実施の形態では、閉ループ冷却部の出口と希釈ガス混合器との間のラインに、エジェクタポンプが挿入されている。
【００２７】
エジェクタポンプの駆動ガスは、圧縮機プレナムからの圧縮ガスであってよい。エジェクタポンプは例えば、第２の燃焼器の高温ガス温度が減じられるとき、部分負荷運転のために有用であり得る。高温ガス温度が低下されることにより、体積流は減じられ、第２の燃焼器の圧力降下も相応に減少する。第２の燃焼器において圧力降下が減じられることにより、閉ループ冷却のための駆動差圧が減じられる場合があり、これは冷却空気流の減少につながる。このような冷却空気流の減少は、噴射ポンプによって緩和することができる。しかしながらこのような低負荷運転のためには、減じられた高温ガス温度のために、必要な冷却も減じられるので、システムは通常、エジェクタポンプなしで、又はその他任意の増幅器のようなものなしで仕事することができる。
【００２８】
１つの実施の形態では、圧縮機出口ガスを第１の燃焼器燃焼生成物へと付加的に混合するために、希釈ガス混合器への少なくとも１つの供給部が圧縮機プレナムに直接接続されている。これにより混合された希釈ガス質量流を増加させることができ、これによりさらに、閉ループ冷却の冷却空気流は制限されるだろう。
【００２９】
さらなる実施の形態では、付加的な圧縮機出口ガスがまず、第１の燃焼室を出た第１の燃焼器燃焼生成物へと混合され、加熱された冷却ガスが、流れ方向で見て燃焼生成物の下流で混合される。このような配置は、第２の噴射場所における温度差が比較的小さいので、均一な温度プロフィールを形成するために有利であり得る。
【００３０】
ガスタービンの他に、このようなガスタービンを作動させる方法が、本開示の対象である。
【００３１】
このようなガスタービンを作動させる方法は、以下のステップ：すなわち、
−圧縮機において入口ガスを圧縮するステップと、
−第１のバーナにおいて、圧縮されたガスの少なくとも一部に第１の燃料を混合するステップと、
−第１の燃焼室において混合物を燃焼させて第１の燃焼器燃焼生成物を発生させるステップと、を含む。
【００３２】
これらの慣用のステップの後、第１の燃焼生成物は希釈ガス混合器へ供給される。第１の燃焼器燃焼生成物を冷却するために、希釈ガス流は、混合器を流過する第１の燃焼器燃焼生成物に供給される。
【００３３】
この方法の第１の実施の形態によれば、タービンのベーン及び／又はブレードを、ベーン及び／又はブレードの閉ループ冷却部を通って流れる圧縮ガスで冷却する。ベーン及び／又はブレードを出る加熱された冷却ガスは、希釈ガスとして希釈ガス混合器に供給され、第１の燃焼器燃焼生成物へと混合される。
【００３４】
この方法のさらなる実施の形態によれば、圧縮機プレナムからの圧縮ガスは閉ループ冷却部へと供給される。
【００３５】
この方法のさらなる実施の形態によれば、圧縮ガスを、圧縮機プレナム内のロータとシーケンシャル燃焼器配列との間に配置された冷却ガス供給部から閉ループ冷却部へと供給する。
【００３６】
この方法のさらに別の実施の形態によれば、圧縮ガスを、圧縮機プレナム内の燃焼器ケーシングとシーケンシャル燃焼器配列との間に配置された冷却ガス供給部から閉ループ冷却部へと供給する。
【００３７】
この方法のさらなる実施の形態によれば、閉ループ冷却部から出る冷却ガスは、希釈ガス混合器へと供給される前に、第１の燃焼器ライナ、第２の燃焼器ライナ、第２のバーナの壁、混合区分、及び希釈ガス混合器のうちの少なくとも１つを冷却するための冷却通路を通って流れる。
【００３８】
ガスタービンを作動させる方法のさらに別の実施の形態では、閉ループ冷却部から出た冷却ガスの圧力は、冷却ガスが希釈ガス混合器へと供給される前にエジェクタポンプにおいて増大させられる。このようなエジェクタポンプは、例えばベンチュリノズルであってよい。
【００３９】
この方法のより特殊な実施の形態では、圧縮機プレナムからの圧縮ガスは、エジェクタポンプを駆動するために、及びエジェクタポンプ内の冷却ガスを加圧するために使用される。
【００４０】
この方法の別の実施の形態では、圧縮機プレナムから直接取られた圧縮ガスを、希釈ガス混合器において第１の燃焼器燃焼生成物に混合する。
【００４１】
希釈ガス混合器は、ダンパと組み合わせることができるかまたは欧州特許出願公開第１２１８９６８５号明細書に記載されているような減衰体積へのコネクタとして組み合わせることもできる。前記欧州特許出願公開は、ここで引用したことにより本明細書に組み込まれる。
【００４２】
ガスタービンは、煙道ガス再循環システムを有することができ、この煙道ガス再循環システムにおいて、タービンから出た煙道ガスの一部は、ガスタービンの圧縮機入口ガスに混合される。
【００４３】
様々な冷却技術が、燃焼器ライナ及び混合器壁部を冷却するために使用されてよい。例えば、しみ出し冷却、インピンジメント冷却、対流冷却、または冷却方法の組合せを用いることができる。
【００４４】
シーケンシャル燃焼に関して、燃焼器の組合せを以下のように配置することができる：
第１及び第２の燃焼器は両方とも、シーケンシャル缶型−缶型構成として構成されている、
第１の燃焼器は環状型の燃焼室として構成されており、第２の燃焼器は缶型構成として構成されている、
第１の燃焼器は缶型構成として構成されており、第２の燃焼器は環状型燃焼室として構成されている、
第１および第２の燃焼器は両方とも、環状型燃焼室として構成されている。
【００４５】
様々なバーナタイプを用いることができる。例えば第１の燃焼器用に、例えば欧州特許第０３２１８０９号明細書から公知のいわゆるＥＶバーナを、又は例えば独国特許第１９５４７９１３号明細書から公知のＡＥＶバーナを使用することができる。引用したことにより本明細書に組み込まれる欧州特許出願第１２１８９３８８．７号明細書に記載されているような旋回室を有するＢＥＶバーナを使用することもできる。缶型構成では、缶ごとに１つまたは複数のバーナ配列を使用することができる。さらに、引用したことにより本明細書に組み込まれる米国特許第６９３５１１６号明細書または米国特許第７２３７３８４号明細書に記載されているような火炎シート燃焼器を第１の燃焼器として使用することができる。
【００４６】
開示、その性質及びその利点は、添付の概略的な図面を用いて以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１のバーナと、第１の燃焼室と、希釈ガスを混合するための混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室と、閉ループ冷却されるベーンを有するシーケンシャル燃焼配列を備えたガスタービンを示す図である。
【図２】第１のバーナと、第１の燃焼室と、希釈ガスを混合するための混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室と、閉ループ冷却されるベーンと、閉ループ冷却部を出た冷却ガスの圧力レベルを増幅するためのベンチュリノズルとを有するシーケンシャル燃焼配列を備えたガスタービンを示す図である。
【図３】第１のバーナと、第１の燃焼室と、希釈ガスを混合するための混合器と、第２のバーナと、第２の燃焼室と、閉ループ冷却されるベーンと、ブレードと、閉ループ冷却部を出た冷却ガスの圧力レベルを増幅するためのエジェクタポンプとを有するシーケンシャル燃焼配列を備えたガスタービンを示す図である。
【００４８】
開示の実施の形態
図１には、シーケンシャル燃焼器配列４を備えるガスタービン１が示されている。ガスタービン１は、圧縮機３と、シーケンシャル燃焼器配列４と、タービン５とを有する。
【００４９】
シーケンシャル燃焼器配列４は、第１のバーナ１０６と、第１の燃焼室１０１と、作動中に第１の燃焼室１０１から出てくる高温ガスに希釈ガス３３を混合するための希釈ガス混合器２７とを有する。混合器２７の下流において、シーケンシャル燃焼器配列４は、さらに、第２のバーナ１０３と、第２の燃焼室１０２とを有する。第１のバーナ１０６、第１の燃焼室１０１、混合器２７、第２のバーナ１０３および第２の燃焼室１０２は、連続的に、流体流れ接続されて配置されている。シーケンシャル燃焼器配列４は、燃焼器ケーシング３１に収容されている。圧縮機３から出た圧縮ガス８は、圧縮機３から出たガスの動圧を少なくとも部分的に回収するためにディフューザを通過する。
【００５０】
タービン５は、ベーン１１と、ブレード１０とを有する。ベーン１１は、閉ループ冷却部１７を通って流れる冷却ガスにより冷却される。冷却ガスは、圧縮機プレナム３０から冷却ガス供給部２２を通って閉ループ冷却部１７へと供給される。冷却ガス供給部２２は例えば圧縮機プレナム３０内の、ロータ２と燃焼器配列４との間の領域に、又は燃焼器配列４と燃焼器ケーシング３１との間の領域に、配置されていてよい。
【００５１】
開ループ冷却ガス１３はベーン１１から高温ガス流へと放出されることができる。
【００５２】
作動中、閉ループ冷却部１７内で加熱された冷却ガスは、希釈ガスとして、希釈ガス混合器２７によって第１の燃焼器燃焼生成物３５へと噴射される。この例では、希釈ガス噴射１１０は、希釈ガス混合のために使用される。
【００５３】
シーケンシャル燃焼器配列４は、さらに、第１の燃焼室の壁部に沿って冷却ガスを案内するための第１の燃焼器ライナ１０４と、第２の燃焼室１０２の壁部に沿って冷却ガスを案内するための第２の燃焼器ライナ１０５とを有する。
【００５４】
第１の燃料２８を、第１の燃料噴射によって第１のバーナ１０６へ導入し、圧縮機３において圧縮された圧縮ガス８と混合し、第１の燃焼室１０１において燃焼させることができる。希釈ガス３３は、後続の混合器２７において混合される。第２の燃料２９を、第２の燃料インジェクタによって第２のバーナ１０３へ導入し、混合器２７から出た高温ガスと混合し、第２の燃焼室１０２において燃焼させることができる。第２の燃焼室１０２から出た高温ガスは、後続のタービン５において膨張させられ、仕事を行う。タービン５および圧縮機３はロータ２に配置されている。
【００５５】
タービン５から出た排ガス７の残りの熱はさらに、排熱回収ボイラまたは蒸気発生用のボイラ（図示せず）において利用することができる。
【００５６】
ここに示された例においては、圧縮ガス８は希釈ガス３３として混合される。通常、圧縮ガス８は、圧縮された周囲空気である。煙道ガス再循環（図示せず）を備えたガスタービンの場合、圧縮機ガスは、周囲空気と再循環された煙道ガスとの混合物である。
【００５７】
通常、ガスタービンシステムは、ガスタービン１のロータ２に連結された発電機（図示せず）を含む。ガスタービン１はさらに、タービン５用の冷却システムを有するが、この冷却システムも、発明の主体ではないので示されていない。
【００５８】
図２の実施の形態は、第２のベーンにおける閉ループ冷却部１７から戻された冷却ガスの圧力が、当該冷却ガスが混合器２７内へ供給される前に、圧縮機プレナムからの圧縮ガス８を駆動流体１６として利用して、ベンチュリノズル１５で増幅される点で、図１のガスタービンとは異なる。さらに、第１のベーンからの冷却ガスは、混合器２７へと供給される前に第２の燃焼器ライナ１０５の壁を冷却する冷却流体として利用されている。
【００５９】
図２の例にはさらに、加熱された冷却ガスが混合器２７へと噴射される場所の（燃焼器配列４を通って流れる高温ガスに関して）上流で、付加的な希釈ガス噴射３３が示されている。
【００６０】
図３の実施の形態も図１を基本としたものである。図３の実施の形態は、混合器２７が、希釈ガス３３を第１の燃焼器燃焼生成物へ噴射するための流線形ボディ３２を有するという点において図１のガスタービンと異なる。希釈ガス３３の少なくとも一部は、まず流線形ボディ３２内へ導入され、流線形ボディ３２から第１の燃焼器燃焼生成物３５内へ噴射される。示された例において、流線形ボディ３２は、まさに混合器２７への入口に配置されている。流線形ボディ３２が混合器２７においてさらに下流に配置された実施の形態も考えられる。
【００６１】
図３の実施の形態はさらに、第１のブレード１０用の閉ループ冷却部１７を有している。圧縮ガス８が、ブレード冷却ガス供給部１２を介して閉ループ冷却部１７へと供給される。第１のブレード１０から戻された加熱された冷却ガスは、第２の燃焼器ライナ１０５の冷却通路内へと供給され、混合器２７に到達するまで、第２の燃焼器ライナ１０５に沿って流れ、第１の燃焼器燃焼生成物３５内へと噴射される。
【００６２】
この例はさらに、噴射ポンプ１４を示していて、この噴射ポンプ１４は、第２のベーンの閉ループ冷却部１７から戻された冷却ガスの圧力を、この冷却ガスが混合器２７を介して噴射される前に、増幅するために使用される。
【００６３】
全ての図示された配列のために、缶型構成または環状構成、または両者のあらゆる組合せが可能である。缶型構成および環状構成のために、火炎シート、ＥＶ、ＡＥＶまたはＢＥＶバーナを使用することができる。
【００６４】
混合器２７の混合の質は安定したクリーンな燃焼のために重要である。なぜならば、第２の燃焼室１０２のバーナシステムは、規定された入口条件を要求するからである。
【００６５】
全ての説明した利点は、明記した組合せに限定されるのではなく、開示の範囲から逸脱することなく、その他の組合せにおいてまたは単独で使用することもできる。例えば部分負荷運転において個々のバーナまたはバーナの複数のグループを作動停止させるために、その他の可能性が選択的に考えられる。さらに、冷却ガスおよび希釈ガスは、冷却ガスもしくは希釈ガスとしての使用の前に冷却ガスクーラにおいて再冷却することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  ガスタービン
２  ロータ
３  圧縮機
４  シーケンシャル燃焼器配列
５  タービン
７  排ガス
８  圧縮ガス
９  燃焼生成物
１０  ブレード
１１  ベーン
１２  ブレード冷却ガス供給部
１３  開ループ冷却ガス
１４  エジェクタポンプ
１５  ベンチュリノズル
１６  駆動流体
１７  閉ループ冷却部
２２  ベーン冷却ガス供給部
２７  希釈ガス混合器
２８  第１の燃料噴射
２９  第２の燃料噴射
３０  圧縮機プレナム
３１  燃焼器ケーシング
３２  流線形ボディ
３３  希釈ガス
３４  混合区分
３５  第１の燃焼生成物
３６  希釈ガス制御弁
１０１  第１の燃焼室
１０２  第２の燃焼室
１０３  第２のバーナ
１０４  第１の燃焼器ライナ
１０５  第２の燃焼器ライナ
１０６  第１のバーナ
１１０  希釈ガス噴射
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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