(57)【要約】  燃料バーナシステム（１０）がノズルおよび燃焼器バスケットの温度を低下させるように構成された、合成ガス燃料によって作動するように構成されたタービンエンジン（１２）用の燃料バーナシステム（１０）が開示されている。燃料バーナシステム（１０）は、燃焼器（１８）内に配置された複数の第１および第２の燃料噴射ポート（１４，１６）を有していてもよく、第１の燃料噴射ポート（１４）は第２の燃料噴射ポート（１６）よりも大きい。１つまたは複数の空気噴射ポート（２０）は、第１の燃料噴射ポート（１４）と整列していてもよい。作動中、第１の燃料噴射ポート（１４）から燃焼器（１８）内へ噴射された燃料は、流入する空気とより十分に混ざり、ＮＯｘエミッションの削減および火炎温度の低下を生じる。また、一般的に最も高温になる、隣接する空気噴射ポート（２０）の間の領域は、部分的に、隣接する空気噴射ポート（２０）の間の領域（２２）と整列した、より小さな第２の燃料噴射ポート（１６）のために、従来の燃焼システムよりも低温である。
2017530329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（１２）用の燃料バーナシステム（１０）であって、
燃焼器ハウジング（２４）および少なくとも１つのノズルキャップ（２６）から形成された少なくとも１つの燃焼器（１８）を備え、
前記少なくとも１つのノズルキャップ（２６）は、少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）と、少なくとも１つの第２の燃料噴射ポート（１６）とを有し、前記少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）は、前記少なくとも１つの燃焼器（１８）の長手方向軸線（２８）に沿って上流を見たときに少なくとも１つの空気噴射ポート（２０）と周方向で整列していることを特徴とする、タービンエンジン（１２）用の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）および前記少なくとも１つの第２の燃料噴射ポート（１６）は、それぞれが別々の弁（５４，５６）によって制御される独立した燃料供給ライン（５０，５２）に接続されていることを特徴とする、請求項１記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）は、前記少なくとも１つの第２の燃料噴射ポート（１６）よりも大きいことを特徴とする、請求項１記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）は、前記少なくとも１つのノズルキャップ（２６）に円形のパターンを形成する複数の第１の燃料噴射ポート（１４）を有することを特徴とする、請求項３記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第２の燃料噴射ポート（１６）は、前記少なくとも１つのノズルキャップ（２６）に円形のパターンを形成する複数の第２の燃料噴射ポート（１６）を有することを特徴とする、請求項４記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）のそれぞれは、前記少なくとも１つの空気噴射ポート（２０）と整列していることを特徴とする、請求項５記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項７】
前記複数の第１の燃料噴射ポート（１４）および前記複数の第２の燃料噴射ポート（１６）は、交互に円形のパターンで配置されていることを特徴とする、請求項５記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの空気噴射ポート（２０）は、前記少なくとも１つのノズルキャップ（２６）の下流面（３０）から下流へずらされていることを特徴とする、請求項１記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの空気噴射ポート（２０）は、周方向で前記少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）と整列した複数の空気噴射ポート（２０）から形成されていることを特徴とする、請求項１記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項１０】
前記複数の空気噴射ポート（２０）は、前記少なくとも１つのノズルキャップ（２６）の下流面（３０）から下流へずらされていることを特徴とする、請求項９記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）の半径方向内側に配置された少なくとも１つの第３の燃料噴射ポート（３２）を備えることをさらに特徴とする、請求項１記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの第３の燃料噴射ポート（３２）は、前記少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）の半径方向内側に配置されかつ第３の燃料噴射ポート（３２）のリングを形成する複数の第３の燃料噴射ポート（３２）を有することを特徴とする、請求項１１記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第３の燃料噴射ポート（３２）は、前記少なくとも１つの第２の燃料噴射ポート（１６）よりも小さいことを特徴とする、請求項１１記載の燃料バーナシステム（１０）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第１の燃料噴射ポート（１４）および前記少なくとも１つの第２の燃料噴射ポート（１６）は、少なくとも１つの供給ライン（５０）および弁（５４）によって制御され、前記少なくとも１つの第３の燃料噴射ポート（３２）は、少なくとも１つの供給ライン（５２）および弁（５６）によって制御されることを特徴とする、請求項１１記載の燃料バーナシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタービンエンジンに関し、より詳細にはタービンエンジン用の燃料バーナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンエンジンは、火炎ゾーンの上流の空気と混合するために燃焼器内に燃料を噴射する複数のインジェクタを有する。従来のタービンエンジンの燃料インジェクタは、少なくとも３つの異なる形式のうちの１つで配置されていてもよい。燃料インジェクタは、希薄予混合火炎システムに配置されていてもよく、この場合、燃料は、火炎ゾーンにおいて燃焼する際に空気と燃料とが完全に混合されるように、燃料／空気混合物が点火される位置よりも十分に上流において空気流内へ噴射される。燃料インジェクタは、燃料と空気が混合され同時に燃焼させられるように、拡散火炎システム内で構成されていてもよい。しばしば部分予混合システムと呼ばれるさらに別の構成では、燃料インジェクタは、空気の一部が燃料と混合されるのに十分な距離だけ火炎ゾーンよりも上流に燃料を噴射してもよい。部分予混合システムは、希薄予混合火炎システムと拡散火炎システムとの組合せである。
【０００３】
一般的に、合成ガスを燃焼させるように構成されたガスタービンエンジンは、基本的にＨ2およびＣＯから形成された合成ガスと、Ｎ2または蒸気などの希釈剤とを燃焼させるように構成された燃焼器を有する。燃焼器は、しばしば拡散火炎バーナのデリバティブであり、化学量論的火炎温度に近い温度で燃焼し、これは、燃焼器バスケットにおける熱負荷を増大させ、燃焼器バスケットの損傷につながる。すなわち、ガスタービンエンジンにおける燃料として合成ガスを使用することによって生じる増大した温度に対処する必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
燃料バーナシステムがノズルおよび燃焼器バスケットの温度を低下させるように構成された、合成ガス燃料によって作動するように構成されたタービンエンジン用の燃料バーナシステムが開示されている。燃料バーナシステムは、燃焼器内に配置された１つまたは複数の第１および第２の燃料噴射ポートを有していてもよく、第１の燃料噴射ポートは第２の燃料噴射ポートよりも大きい。１つまたは複数の空気噴射ポートは、第１の燃料噴射ポートと整列していてもよい。作動中、第１の燃料噴射ポートから燃焼器内へ噴射された燃料は、流入する空気とより十分に混ざり、ＮＯｘエミッションの削減および火炎温度の低下を生じる。また、一般的に最も高温になる、隣接する空気噴射ポートの間の領域は、部分的に、隣接する空気噴射ポートの間の領域と整列した、より小さな第２の燃料噴射ポートのために、従来の燃焼システムよりも低温である。
【０００５】
タービンエンジン用の燃料バーナシステムは、燃焼器ハウジングと、１つまたは複数のノズルキャップとから形成された１つまたは複数の燃焼器を有していてもよい。ノズルキャップは、１つまたは複数の第１の燃料噴射ポートと、１つまたは複数の第２の燃料噴射ポートとを有していてもよい。第１の燃料噴射ポートと、第２の燃料噴射ポートとは、それぞれが別々の弁によって制御される独立した燃料供給ラインに接続されていてもよい。第１の燃料噴射ポートは、第２の燃料噴射ポートよりも大きくてもよい。燃焼器の長手方向軸線に沿って上流を見たときに、第１の燃料噴射ポートは周方向で少なくとも１つの空気噴射ポートと整列していてもよい。第１の燃料噴射ポートは、ノズルキャップに円形のパターンを形成する複数の第１の燃料噴射ポートを有していてもよい。第２の燃料噴射ポートも、ノズルキャップに円形のパターンを形成する複数の第２の燃料噴射ポートを有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１の燃料噴射ポートのそれぞれは、少なくとも１つの空気噴射ポートと整列していてもよい。複数の第１の燃料噴射ポートと、複数の第２の燃料噴射ポートとは、交互に円形のパターンで配置されてもよい。
【０００６】
少なくとも１つの実施の形態では、空気噴射ポートは、ノズルキャップの下流面から下流へずらされていてもよい。空気噴射ポートは、周方向で第１の燃料噴射ポートと整列した複数の空気噴射ポートから形成されていてもよい。複数の空気噴射ポートは、ノズルキャップの下流面から下流へずらされていてもよい。燃料バーナシステムは、第１の燃料噴射ポートの半径方向内側に配置された１つまたは複数の第３の燃料噴射ポートを有していてもよい。第３の燃料噴射ポートは、第１の燃料噴射ポートの半径方向内側に配置された複数の第３の燃料噴射ポートから形成されていてもよく、第３の燃料噴射ポートのリングを形成している。第３の燃料噴射ポートは、第２の燃料噴射ポートよりも小さくてもよい。
【０００７】
使用中、第１の噴射段によって燃焼器ハウジング内に燃料が放出される。少なくとも１つの実施の形態では、燃焼器内への総燃料噴射量の約８０％〜約９０％は、第１の燃料噴射段を通じて生じてもよい。第１の燃料噴射段から放出された燃料は、第１および第２の燃料噴射ポートから流れてもよい。第１の燃料噴射ポートから流れる燃料は、第１の燃料噴射ポートの近傍の空気噴射ポートから放出された空気と混合される。
【０００８】
燃料バーナシステムの利点は、空気噴射ポートが周方向で第１の燃料噴射ポートと整列しておりかつ第２の燃料噴射ポートよりも大きいことにより、燃料が、従来のシステムよりも十分に空気と混合され、その結果、ＮＯｘエミッションの削減および火炎温度の低下を生じるということである。
【０００９】
燃料バーナシステムの別の利点は、より小さな第２の燃料噴射ポートが、より大きな第１の燃料噴射ポートの間に交互に配置されているということである。第２の燃料噴射ポートは、第１の燃料噴射ポートよりも少ない燃料を放出する。これにより、第１の燃料噴射ポートの間の領域は、より少ない燃焼に曝され、従来のシステムよりも低温となり、燃焼器ハウジングおよび関連する構成部材の温度がより低くなる。これにより、燃料バーナシステムは、燃料の広い範囲にわたって燃焼器温度、エミッションおよび燃焼ダイナミクスを最適化するように第１および第２の燃料噴射ポートを調整する。
【００１０】
燃料バーナシステムのさらに別の利点は、燃料バーナシステムが、合成ガス燃焼器が著しいウォッベ指数変化またはＬＨＶ変化に対処するなど、広範囲の燃料組成によって作動することを可能にするということである。燃料バーナシステムは、さもなければ従来のシステムにおいて燃焼器バスケット温度を著しく上昇させる有害作用なしに、合成ガス燃焼器が広範囲の燃料組成を使用することを可能にする。
【００１１】
これらの実施の形態およびその他の実施の形態を、以下でより詳細に説明する。
【００１２】
明細書の一部に組み込まれ明細書の一部を形成する添付の図面は、ここに開示される発明の実施の形態を例示しており、詳細な説明と共に発明の原理を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料バーナシステムを有するタービンエンジンの一部の断面図である。
【図２】図１内の断面線２−２における燃料バーナシステムを備える燃焼器の詳細な断面側面図である。
【図３】図２内の断面線３−３におけるノズルキャップの断面端面図である。
【図４】図２内の断面線４−４における燃焼器およびノズルキャップの断面図である。
【図５】図２内の断面線３−３におけるノズルキャップを備える燃料バーナシステムの別の実施の形態の断面端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜図５に示すように、燃料バーナシステム１０がノズルおよび燃焼器バスケットの温度を低下させるように構成された、合成ガス燃料によって作動するように構成されたタービンエンジン１２用の燃料バーナシステム１０が開示されている。燃料バーナシステム１０は、図３および図４に示すように、燃焼器１８内に配置された１つまたは複数の第１および第２の燃料噴射ポート１４，１６を有していてもよく、第１の燃料噴射ポート１４は第２の燃料噴射ポート１６よりも大きい。１つまたは複数の空気噴射ポート２０は、第１の燃料噴射ポート１４と整列していてもよい。作動中、第１の燃料噴射ポート１４から燃焼器１８内へ噴射された燃料は、流入する空気とより十分に混ざり、ＮＯｘエミッションの削減および火炎温度の低下を生じる。また、一般的に最も高温になる、隣接する空気噴射ポート２０の間の領域２２は、部分的に、隣接する空気噴射ポート２０の間の領域２２と整列した、より小さな第２の燃料噴射ポート１６のために、従来の燃焼システムよりも低温である。
【００１５】
少なくとも１つの実施の形態では、タービンエンジン１２用の燃料バーナシステム１０は、燃焼器ハウジング２４と、１つまたは複数のノズルキャップ２６とから形成された１つまたは複数の燃焼器１８を有していてもよい。ノズルキャップ２６は、１つまたは複数の第１の燃料噴射ポート１４と、１つまたは複数の第２の燃料噴射ポート１６とを有していてもよい。第１の燃料噴射ポート１４は、第２の燃料噴射ポート１６よりも大きくてもよい。燃焼器１８の長手方向軸線２８に沿って上流を見たときに、第１の燃料噴射ポート１４は周方向で１つまたは複数の空気噴射ポート２０と整列していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、燃料バーナシステム１０は、ノズルキャップ２６に円形のパターンを形成する複数の第１の燃料噴射ポート１４を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、複数の第１の燃料噴射ポート１４は、６つの第１の燃料噴射ポート１４によって形成されていてもよい。他の実施の形態では、別の数の第１の燃料噴射ポート１４が使用されてもよい。第１の燃料噴射ポート１４は、円形の出口４２またはあらゆるその他の適切な断面形状を有する。
【００１６】
燃料バーナシステム１０は、第１の燃料噴射ポート１４と、第２の燃料噴射ポート１６とが、それぞれが別々の弁５４，５６によって制御される独立した燃料供給ライン５０，５２に接続されるように構成されていてもよい。第１の燃料噴射ポート１４は、燃料源５８と連通した供給ライン５０における１つまたは複数の弁５４によって制御された燃料が供給されてもよい。第２の燃料噴射ポート１６には、燃料源５８と連通した供給ライン５２における１つまたは複数の弁５６によって制御された燃料が供給されてもよい。弁５４，５６は、同じ速度または異なる速度で第１の燃料噴射ポート１４および第２の燃料噴射ポート１６に燃料を供給してもよい。
【００１７】
図５に示すように、別の実施の形態では、燃料バーナシステム１０は、第１の燃料噴射ポート１４および第２の燃料噴射ポート１６が供給ライン５０によって制御されるように構成されていてもよい。第３の燃料噴射ポート３２は、供給ライン５２および弁５６によって第１および第２の燃料噴射ポート１４，１６から独立して制御されてもよい。第１および第２の燃料噴射ポート１４，１６には、燃料源５８と連通した供給ライン５０における１つまたは複数の弁５４によって制御された燃料が供給されてもよい。第３の燃料噴射ポート３２は、燃料源５８と連通した供給ライン５２における１つまたは複数の弁５６によって制御された燃料が供給されてもよい。弁５４，５６は、同じ速度で第１および第２の燃料噴射ポート１４，１６に、かつ同じ速度または異なる速度で第３の燃料噴射ポート３２に燃料を供給してもよい。
【００１８】
燃料バーナシステム１０は、ノズルキャップ２６に円形のパターンを形成する複数の第２の燃料噴射ポート１６を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、複数の第２の燃料噴射ポート１６は、６つの第２の燃料噴射ポート１６によって形成されていてもよい。他の実施の形態では、別の数の第２の燃料噴射ポート１６が使用されてもよい。第２の燃料噴射ポート１６は、円形の出口またはあらゆるその他の適切な断面形状を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１の燃料噴射ポート１４と、第２の燃料噴射ポート１６とは、交互に円形のパターンで配置されていてもよい。
【００１９】
少なくとも１つの実施の形態では、燃料バーナシステム１０は、複数の空気噴射ポート２０を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、空気噴射ポート２０は、６つの空気噴射ポート２０によって形成されていてもよい。他の実施の形態では、別の数の空気噴射ポート２０が使用されてもよい。空気噴射ポート２０は、燃焼器ハウジング２４に配置されていてもよい。空気噴射ポート２０は、円形の出口またはあらゆるその他の適切な断面形状を有していてもよい。空気噴射ポート２０は、ノズルキャップ２６の下流面３０から下流へずらされていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、空気噴射ポート２０は、周方向で第１の燃料噴射ポート１４と整列した複数の空気噴射ポート２０から形成されてもよい。各第１の燃料噴射ポート１４は、１つまたは複数の空気噴射ポート２０と整列していてもよい。図４に示すように、各第１の燃料噴射ポート１４は、２つの空気噴射ポート２０と整列していてもよい。複数の空気噴射ポート２０は、ノズルキャップ２６の下流面３０から下流へずらされていてもよい。
【００２０】
図３および図４に示すように、燃料バーナシステム１０は、第１の燃料噴射ポート１４の半径方向内側に配置された１つまたは複数の第３の燃料噴射ポート３２を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、燃料バーナシステム１０は、第１の燃料噴射ポート１４の半径方向内側に配置された複数の第３の燃料噴射ポート３２を有していてもよく、第３の燃料噴射ポート３２のリングを形成してもよい。複数の第３の燃料噴射ポート３２は、第１の燃料噴射ポート１４の数よりも多い数であってもよい。少なくとも１つの実施の形態では、複数の第３の燃料噴射ポート３２は、１８の第３の燃料噴射ポート３２によって形成されていてもよい。他の実施の形態では、別の数の第３の燃料噴射ポート３２が使用されてもよい。第３の燃料噴射ポート３２は、第２の燃料噴射ポート１６よりも小さくてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第３の燃料噴射ポート３２の出口３４の直径は、第２の燃料噴射ポート１６の出口３６の直径よりも小さくてもよい。第３の燃料噴射ポート３２は、円形の出口３４を有していてもよい。
【００２１】
少なくとも１つの実施の形態では、第１または第２の燃料噴射ポート１４，１６は、第１の燃料噴射段３８を形成していてもよい。第３の燃料噴射ポート３２は、第２の燃料噴射段４０を形成していてもよい。さらに別の実施の形態では、第１および第２の燃料噴射ポート１４，１６は、共同で第１の燃料噴射段３８を形成していてもよく、第３の燃料噴射ポート３２は第２の燃料噴射段４０を形成していてもよい。
【００２２】
使用中、第１の噴射段３８によって燃焼器ハウジング２４内に燃料が放出される。少なくとも１つの実施の形態では、燃焼器１８内への総燃料噴射量の約８０％〜約９０％は、第１の燃料噴射段３８を通じて生じてもよい。第１の燃料噴射段３８から放出された燃料は、第１および第２の燃料噴射ポート１４，１６から流れてもよい。第１の燃料噴射段３８から流れる燃料は、そこからの燃料流を調整するために１つまたは複数の弁またはその他の適切な装置によって制御されてもよく、第２の燃料噴射段４０は、そこからの燃料流を調整するために１つまたは複数の弁またはその他の適切な装置によって制御されてもよい。すなわち、第１および第２の燃料噴射段３８，４０は、独立した燃料弁によって別々に制御されてもよい。第１の燃料噴射ポート１４から流れる燃料は、第１の燃料噴射ポート１４の近傍の空気噴射ポート２０から放出された空気と混合される。空気噴射ポート２０が周方向で第１の燃料噴射ポート１４と整列しておりかつ第２の燃料噴射ポート１６よりも大きいことにより、燃料が、従来のシステムよりも十分に空気と混合され、その結果、ＮＯｘエミッションの削減および火炎温度の低下を生じる。加えて、より小さな第２の燃料噴射ポート１６が、より大きな第１の燃料噴射ポート１４の間に交互に配置されている。第２の燃料噴射ポート１６は、第１の燃料噴射ポート１４よりも少ない燃料を放出する。これにより、第１の燃料噴射ポート１４の間の領域２２は、より少ない燃焼に曝され、従来のシステムよりも低温となり、燃焼器ハウジング２４および関連する構成部材のより低い温度を生じる。燃料バーナシステム１０は、これにより、燃料の広い範囲にわたって燃焼器温度、エミッションおよび燃焼ダイナミクスを最適化するように第１および第２の燃料噴射ポート１４，１６を調整する。燃料バーナシステム１０は、合成ガス燃焼器１８が著しいウォッベ指数変化またはＬＨＶ変化に対処するなど、広範囲の燃料組成によって作動することを可能にする。燃料バーナシステム１０は、さもなければ従来のシステムにおいて燃焼器バスケット温度を著しく上昇させる有害作用なしに、合成ガス燃焼器１８が広範囲の燃料組成を使用することを可能にする。
【００２３】
上記説明は、本発明を例示、説明および記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更および適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲または思想から逸脱することなく成し得るものである。
【図１】
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【図２】
2017530329.tif 000004
【図３】
2017530329.tif 000005
【図４】
2017530329.tif 000006
【図５】
2017530329.tif 000007
【国際調査報告】
2017530329.tif 000008
2017530329.tif 000009