(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器（７）内に複数のハイブリッドバーナ（１１）を備え、各ハイブリッドバーナ（１１）がパイロットバーナ（２１）と主バーナ（２５）を持ち、各パイロットバーナ（２１）にパイロット燃料量（２３）を供給するガスタービン（１）の運転方法において、パイロットバーナ（２１）の少なくとも２つを異なるパイロット燃料量（２３）で運転し、少なくとも２つのパイロットバーナにそれぞれ供給されるパイロット燃料量を、バーナの負荷に応じて調整して異なるパイロット燃料量とすることにより、各運転状態に対応して各バーナの遅れ時間を異なるものとして燃焼振動を相互に弱め、また、前記異なるパイロット燃料量の供給は、燃焼の安定化のために必要な最小パイロット燃料量に合わされることを特徴とするガスタービンの運転方法。
【請求項２】
パイロット燃料量（２３）の差が負荷の上昇と共に増大することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ガスタービン（１）の最大負荷においてハイブリッドバーナ（１１）の大部分が最大パイロット燃料量（２３）の１〜２％で、残りのハイブリッドバーナ（１１）が最大パイロット燃料量（２３）の５〜１５％で運転されることを特徴とする請求項１から２の１つに記載の方法。
【請求項４】
ガスタービン（１）の最大負荷の６０％以上の負荷において第1の数のハイブリッドバーナ（１１）が第1のパイロット燃料量（２３）で、第２の数のハイブリッドバーナ（１１）が第２のパイロット燃料量（２３）で運転され、この第1の数は第２の数の４倍以上で、第２のパイロット燃料量（２３）は第１のパイロット燃料量（２３）の２倍以上であることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の方法。
【請求項５】
ガスタービン（１）が環状燃焼器（７）を備えていることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の方法。
【請求項６】
燃焼器（７）内に複数のハイブリッドバーナ（１１）を備え、各ハイブリッドバーナ（１１）がパイロットバーナ（２１）と主バーナ（２５）とを持ち、各パイロットバーナ（２１）にはパイロット燃料量（２３）が供給されるガスタービン（１）において、パイロットバーナ（２１）の少なくとも２つ
を異なるパイロット燃料量（２３）で運転し、少なくとも２つのパイロットバーナにそれぞれ供給されるパイロット燃料量を、バーナの負荷に応じて調整して異なるパイロット燃料量とすることにより、各運転状態に対応して各バーナの遅れ時間を異なるものとして燃焼振動を相互に弱め、また、前記異なるパイロット燃料量の供給は、燃焼の安定化のために必要な最小パイロット燃料量に合わされるように制御する制御ユニット（１５）備えることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、燃焼器内に複数のハイブリッドバーナを備えたガスタービンの運転方法に関する。この発明は、さらに、燃焼器内に複数のハイブリッドバーナを備えたガスタービンに関する。
【０００２】
ハイブリッドバーナの原理は、ASME・IEEE発電会議、ボストン、１９９０年１０月におけるH．Maghon．P．Behrenbrick．W．Termuehlen及びG．Gaertnerの論文「ガスタービンのＮｏx及びＣＯ放出削減の進展」に記載されている。
【０００３】
ドイツ特許出願公開第１９６３７７２５号明細書に、燃焼器において燃料を空気とともに燃焼するための方法及び装置を開示する。この燃焼器には少なくとも１つの空気取入口を通して空気が、そして複数のバーナを通して燃料が供給される。この場合、各バーナは、位相特性、例えばその時間遅れを、燃焼器における音響パルスがこのバーナを介して供給される燃料の燃焼の際に熱的パルスを発生させる時間に対応して持っている。バーナを介する燃料の供給は、バーナの遅れ時間が互いにそれぞれ異なるように制御される。１つのバーナの遅れ時間は燃焼器内の音響振動とそのバーナにおける熱振動との間のバーナ位置における位相差に一致する。このような燃焼振動は燃焼器の音響と燃焼の際の熱出力発生との間の相互作用によって生ずる。これら燃焼振動は、大きな騒音を発生したり、機械的損傷を招いたりする。燃焼器内に複数のバーナを備えた構成においては、個々のバーナから出る燃焼振動が相互に増幅し合うことがある。バーナに異なる量の燃料が供給されるとバーナの遅れ時間はまちまちになる。燃焼器のバーナの遅れ時間は、それぞれ、バーナ、燃焼器及び火炎からなるシステムの個々のコンポーネントに帰せられる種々の加数から構成される。バーナ及び燃焼器に関係する加数は、主にバーナと燃焼器の位置関係によって決まる。火炎自体に帰せられる加数は、主として燃焼それ自体の性質によって決まる。この加数自身は、さらに、燃焼が起きる火炎の前面に燃焼物質を移送するための移送時間を表す対流による遅れ時間、燃焼物質を発火に必要な温度に加熱するための加熱時間並びに燃焼自体の経過により定まる反応速度論的な遅れ時間に分解される。通常、対流による遅れ時間が他の両者を凌駕する。各バーナの遅れ時間を異ならせることで、個々のバーナから出る燃焼振動が最早相互に増幅し合うことはなくなる。
【０００４】
この発明の課題は、燃焼振動が大幅に抑制されるバーナ装置の運転方法を提供することである。さらに、この発明の課題は、特に燃焼振動の形成の傾向が小さい点で優れた特性を備えるガスタービンを提供することにある。
【０００５】
この発明によれば、方法に関する課題は、燃焼器内に複数のハイブリッドバーナを備え、各ハイブリッドバーナがパイロットバーナと主バーナを持ち、各パイロットバーナにパイロット燃料量を供給するガスタービンの運転方法において、パイロットバーナの少なくとも２つを異なるパイロット燃料量で運転し、パイロット燃料量の差をガスタービンの負荷に関係して設定することで解決される。
【０００６】
ハイブリッドバーナは、パイロットバーナと主バーナを備える。パイロットバーナは、特に拡散バーナとして動作する、即ち、燃料と燃焼空気とが燃焼器において拡散によって混合し、燃焼する。主バーナはプレミックスバーナ、即ち燃料と燃焼空気とを燃焼器に入る前に混合し、続いて燃焼させる。その場合、通常、主バーナの燃料混合体はパイロットバーナの火炎で発火する。
【０００７】
この燃焼装置は出力を放出する。この放出出力は、例えばボイラのための出力であり或いはタービンの駆動のための出力である。高い放出出力は主バーナの運転によって得られ、パイロットバーナは第一に主バーナの燃焼を安定化する働きをする。放出出力が低いときには、拡散バーナとしてのパイロットバーナのみを作動させることもできる。
【０００８】
上述のとおり、かかる燃焼構成においては燃焼振動が発生することがある。この発明は、異なる燃料量をバーナに静的に供給することでは燃焼構成の可能な放出出力、従ってまた負荷の全範囲にわたって燃焼振動を抑制することができないという認識に基づいている。放出出力が低いとき、通常パイロットバーナは、燃料分の少ない主バーナの混合燃料を安定して発火させるため、多量の燃料を供給せねばらない。少なくとも２つのパイロットバーナにそれぞれ供給されるパイロット燃料量を燃焼システムの放出出力に応じて調整することにより、バーナ相互の不調が各運転状態に対応して生ずる。異なるパイロット燃料量の供給は、燃焼の安定化のために必要な最小パイロット燃料量に合わされる。この燃焼構成は、それ故、一方では低い負荷において安定して運転可能であり、他方燃焼振動が少なくとも２つのパイロットバーナに異なるパイロット燃料量を供給することにより、これに伴うパイロットバーナの異なる遅れ時間により有効に抑制可能である。
【０００９】
パイロット燃料量の差は、放出出力の上昇に伴い増大させるとよい。これによって、放出出力が高いときにはパイロット燃料量のより大きな差が設定可能であり、燃焼の安定性を損なうことがない。正に比較的高い出力において障害となる燃焼振動が生ずるので、この場合、パイロットバーナを異なるパイロット燃焼量で運転するのが燃焼振動を抑制する点で特に有利である。
【００１０】
特に、ガスタービンの最大負荷においてハイブリッドバーナの大部分は最大パイロット燃料量の１〜２％、残りのハイブリッドバーナは最大パイロット燃料量の５〜１５％で運転するのがよい。
【００１１】
殊に、燃焼構成最大放出出力の６０％以上の放出出力或いは負荷において、第１の数のハイブリッドバーナを第１のパイロット燃料量で、第２の数のハイブリッドバーナを第２のパイロット燃料量で運転し、この第１の数は第２の数の４倍以上、第２のパイロット燃料量は第１のパイロット燃料量の２倍以上であるようにするのがよい。燃焼装置の最大出力の６０％を越える出力においては、比較的少数のハイブリッドバーナを残りのハイブリッドバーナより少量のパイロット燃料量で運転することで足りる。このようにして、パイロットバーナからの発生出力は殆ど削減されず、それにもかかわらず燃焼振動が有効に抑制される。特にこの方法は環状燃焼器を備えたガスタービンに適用できる。このガスタービンは、定置形のガスタービン或いは航空機の推進機構である。ガスタービンの放出出力が大きい場合には非常に大きい燃焼振動が生ずることがある。正に環状燃焼器では、このような燃焼振動は実際には予測不能であり、付加的な対策により対処せねばらない。パイロット燃料量を負荷に関係して異なるように設定することは、この場合、燃焼振動を抑制するための簡単なかつ効果的な手段を提供する。
【００１２】
この発明によれば、ガスタービンに関する課題は、燃焼器内に複数のハイブリッドバーナを備え、この各ハイブリッドバーナがパイロットバーナと主バーナとを持ち、各パイロットバーナにパイロット燃料量を供給し、さらにパイロットバーナの少なくとも２つに異なる量のパイロット燃料を供給するように負荷に関連して制御する制御ユニットを備えるガスタービンによって解決される。
【００１３】
このようなガスタービンの利点は、ガスタービンを運転する方法の利点についての説明に対応して生ずる。
【００１４】
この発明を図面を参照して詳細に説明する。ただし、この図面は概略的であり、必ずしも尺度に忠実ではない。
【００１５】
図１は軸３に沿って配置されたガスタービン１を示す。軸３に沿って、圧縮機５、環状燃焼器７及びタービン９が直列に配置されている。環状燃焼器７の周囲に沿って複数のハイブリッドバーナ１１が配置されている。各ハイブリッドバーナ１１にはパイロット燃料を供給するための燃料配管１３が接続されている。この燃料配管１３の一部に制御ユニット１５が挿入されている。この制御ユニット１５は燃料配管１３の全てに挿入することもできる。制御ユニット１５にはさらに信号線１７が接続されている。
【００１６】
ガスタービン１は種々異なる放出出力或いは負荷で運転される。燃料及び燃焼空気の燃焼の出力発生によりガスタービン１の放出出力が発生する。信号線１７を介して、制御ユニット１５に、ガスタービン１の瞬時放出出力の大きさを表す信号が送られる。この信号に基づき、制御ユニット１５は接続された燃料配管３へのパイロット燃料量を制御する。制御ユニット１５は必ずしも直接燃料配管に接続される必要はない。制御ユニットは燃料配管１３に配置した弁を制御することもできよう。制御ユニット１５により少なくとも２つのハイブリッドバーナ１１に異なるパイロット燃料量が供給される。この異なるパイロット燃料量により、ハイブリッドバーナ１１に異なる遅れ時間が生ずる。この遅れ時間は、この場合、燃焼器７における音響振動と、各ハイブリッドバーナ１１における熱出力発生の振動との間の位相差を表す。この異なる遅れ時間によりこの位相状態は、個々のハイブリッドバーナ１１から出る燃焼振動が相互に弱め合って、少なくとも相互に増幅し合わないように変化する。この結果燃焼振動の発生が抑制される。
【００１７】
図２はハイブリッドバーナ１１を概略的に縦断面で示す。ハイブリッドバーナ１１は中央にパイロットバーナ２１を備える。このパイロットバーナ２１に、燃料配管１３を介してパイロット燃料量２３が、空気通路２２を介して燃焼空気２４が供給される。パイロットバーナ２１は環状通路状の主バーナ２５により同心的に囲まれている。これに予め混合された燃料と空気の混合燃料２７が導かれ、これはパイロットバーナ２１のパイロット火炎２９で発火する。燃料配管１３には制御ユニット１５が挿入されている。この制御ユニットは信号線１７からの信号に関連して燃料配管１３に供給されるパイロット燃料量２３を制御する。この制御は、その場合、ハイブリッドバーナ１１が設置された、図示しないガスタービンの放出出力に関連して行われる。放出出力が小さいとき、パイロットバーナ２１に最大のパイロット燃料量２３が供給され、これにより主バーナ２５における相対的に燃料分の少ない燃料と空気の混合燃料２７を、強烈なパイロット火炎２９により安定的に発火させる。比較的大きい出力の場合には燃料と空気の混合燃料２７として比較的燃料分の濃い混合ガスが生ずる。それ故、パイロット火炎２９により燃料と空気の混合燃料２７の安定した燃焼を維持するために、やや少なめのパイロット燃料量２３でも充分である。
【００１８】
少数のハイブリッドバーナは、残りのハイブリッドバーナ１１に比しパイロット燃料を多くして運転される。これにより燃焼振動の効果的な抑制が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  環状燃焼器を備えたガスタービンの構成を概略的に示す。
【図２】  ハイブリッドバーナの縦断面を概略的に示す。
【符号の説明】
１        ガスタービン
３        軸
５        圧縮機
７        環状燃焼器
９        タービン
１１        ハイブリッドバーナ
１３        燃料配管
１５        制御ユニット
１７        信号線
２１        パイロットバーナ
２３        パイロット燃料量
２４        燃焼空気
２５        主バーナ
２７        燃料と空気の混合燃料
２９        パイロット火炎
【図１】
0004339519.tif 000002
【図２】
0004339519.tif 000003