(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を生じさせるための圧縮機と、第１の直径を有する開口部（１８）を備え、圧縮機からの圧縮空気を受け入れるシリンダケーシングと、直径が第１の直径よりも実質的に大きく、シリンダケーシング内に設けられていて、燃料を圧縮空気中で燃焼させる燃焼器とを有するガスタービンであって、
燃料を燃焼器中に噴射する複数の燃料ノズル（２８）及び該燃料ノズルを供給燃料と連通させる燃料通路（３４、３６、３８、４０）を備えたノズルブロック（２２）の第１の端部（２６）が、燃料ノズルが燃焼器内へ延びるように、燃焼器に機械的に固定されており、
ノズルブロック（２２）の第２の端部（３０）が、シリンダケーシングの内側の開口部（１８）上にあって該開口部を覆うようにシリンダケーシングに機械的に固定されていることを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
供給燃料と連通する複数の燃料供給管（６２、６４、７２、７４）及びマニホルド（６６）を備えた燃料供給アダプタ（６０）と、供給燃料と連通するパイロットノズル（８０）とが設けられていることを特徴とする請求項１記載のガスタービン。
【請求項３】
燃料供給アダプタは、燃料供給管がそれぞれ対応の燃料通路（３４、３６、３８、４０）に連通するように開口部（１８）を介してノズルブロック（２２）に機械的に固定され、パイロットノズルは、マニホルドの開口部（８２）及びノズルブロックのボア（８４）を貫通して燃焼器内へ延びて燃料を噴射するようになっていることを特徴とする請求項２記載のガスタービン。
【請求項４】
燃料供給アダプタは４つの燃料供給管（６２、６４、７２、７４）を有することを特徴とする請求項２記載のガスタービン。
【請求項５】
燃料供給管のうち２つにはガス燃料が供給され、他の２つの燃料供給管には液体油燃料が供給されることを特徴とする請求項４記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスタービン発電所の燃焼器区分（燃焼区分とも称する）に関する。特に、本発明は、タービンシリンダに設けられている既存の開口部を用い、しかもタービンシリンダを著しく手直しすることなく、低ＮＯｘ燃焼器システムを取り付けることができるよう従来型ガスタービンをレトロフィットするための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ガスタービンでは、圧縮機区分は圧縮空気を生じさせ、その後、この圧縮空気は、燃焼区分内での燃料の燃焼により加熱される。燃焼区分からの高温ガスはタービン区分に差し向けられ、ここで高温ガスはロータシャフトを駆動するのに用いられ、公知のように動力が得られる。燃焼区分は代表的には、圧縮機区分から圧縮空気を受け入れるための室を形成する外筒、即ちシリンダケーシングを含む。複数の円筒形燃焼器が室内に配置されていて、燃焼されるべき燃料と一緒に圧縮空気を受け入れる。ダクトが、各燃焼器の後方端部に連結されていて、燃焼器からの高温ガスをタービン区分に差し向けるのに役立つ。
【０００３】
デュアル燃料を用いることができる、即ち天然ガス燃料と液体燃料を燃焼させる従来型産業用ガスタービンは、燃焼器内に設けられていて、ガスについてたった１つの供給管及び液体燃料について１つの供給管を必要とする拡散方式のバーナを有する。したがって、燃焼器及びこれに付随する燃料供給ライン及びノズルをタービンのシリンダケーシングに取り付けるためには、従来、比較的小さな開口部をシリンダケーシングに設けるだけでよかった。かかる従来型ガスタービンでは、バーナノズルはシリンダケーシングの外部にボルト留めされ、燃焼器のフランジがケーシングの内壁に取り付けられている。したがって、バーナノズルはケーシングの開口部を貫通し、必要な燃料供給ラインはケーシングの外部に位置するノズルに連結されている。
【０００４】
ガスタービンによる環境汚染を抑制するために、燃料を高温で燃焼させることによって生じるＮＯｘ排出レベルを減少させることが必要である。上述の従来型ガスタービンでは、ＮＯｘ排出の抑制は、蒸気及び水を燃焼器内へ注入して燃料の燃焼温度を下げることによって行われている。しかしながら、これらのシステムは複雑であり、蒸気を燃焼器に供給するのに必要な追加の構成部品を必要とし、かくしてシステムのコスト及び複雑さが大きくなっている。さらに、公知の蒸気注入システムは、環境汚染レベルの所望の減少をもたらしていなかった。
【０００５】
公知の従来型タービンによって引き起こされる汚染問題を無くすと共に蒸気注入システムと関連したコスト及び複雑さの増大を回避するために、新しく設計された低ＮＯｘ燃焼器を含むタービンシステムが開発された。これら低ＮＯｘ燃焼器は、従来型タービンの拡散燃焼方式ではなくて、当該技術分野で公知の予混合方式で燃焼器を作動させることによって汚染レベルを減少させている。かくして、ＮＯｘ排出量の規制に必要な構成部品はすべて、これら新規な低ＮＯｘ燃焼器内に収納されている。
【０００６】
しかしながら、公知の低ＮＯｘ燃焼器は従来型燃焼器よりも著しく大型である。また、これら低ＮＯｘ燃焼器は代表的には、パイロットノズル及び二段型主ノズルを必要とし、かくして、各燃焼器について６つの燃料供給ライン、即ち、ガスについて３つのライン及び液体燃料について３つのラインを必要とする。したがって、従来型燃焼器システムと比較して、これら低ＮＯｘ燃焼器システムは著しく大型であり、タービンシリンダに組み込む必要のある構造物が一層多くなる。低ＮＯｘ燃焼器装置の大型化及び複雑化を考慮して新規なシリンダケーシングを設計することによって低ＮＯｘ燃焼器を用いた新規なガスタービン発電所を建造することができるが、このような大型の燃焼器システムを、従来型タービンのシリンダケーシングの比較的小さな既存の開口部内に直接据え付けることは不可能である。さらに、低ＮＯｘ燃焼器の大型化を考慮して既存のシリンダ開口部の大きさを変更することは容易ではない。
【０００７】
かくして、シリンダケーシングの既存の開口部を用いて、ケーシングを著しくは改造しないで、必要な燃料供給及びノズル構造体と共に低ＮＯｘ燃焼器を据え付けることができるよう既存のガスタービンを容易且つ低コストでレトロフィットするための装置が要望されている。本発明は、かかる要望を満足する低ＮＯｘ燃焼器レトロフィット装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、圧縮空気を生じさせるための圧縮機と、第１の直径を有する開口部（１８）を備え、圧縮機からの圧縮空気を受け入れるシリンダケーシングと、直径が第１の直径よりも実質的に大きく、シリンダケーシング内に設けられていて、燃料を圧縮空気中で燃焼させる燃焼器とを有するガスタービンであって、燃料を燃焼器中に噴射する複数の燃料ノズル（２８）及び該燃料ノズルを供給燃料と連通させる燃料通路（３４、３６、３８、４０）を備えたノズルブロック（２２）の第１の端部（２６）が、燃料ノズルが燃焼器内へ延びるように、燃焼器に機械的に固定されており、ノズルブロック（２２）の第２の端部（３０）が、シリンダケーシングの内側の開口部（１８）上にあって該開口部を覆うようにシリンダケーシングに機械的に固定されていることを特徴とするガスタービンが提供される。
【０００９】
【実施例】
図面を参照すると、図１には、ガスタービンの縦断面図の一部が示されている。ガスタービンは、圧縮機区分１、燃焼器区分２、及びタービン区分３で構成されている。回転シャフト４が圧縮機区分、燃焼器区分及びタービン区分を貫通している。従前どおり、圧縮機１は周囲空気を圧縮して圧縮空気６を生じさせるよう動翼列と静翼列を交互に配置して形成される。燃焼器区分２は、複数の低ＮＯｘ燃焼器８を有し、各低ＮＯｘ燃焼器８は当該技術分野で公知のように円筒形ライナで形成されている。公知のように、燃焼器８はシリンダケーシング１２によって形成された室１０内でロータ４の周りに円周方向に配置されている。各燃焼器の後方端部は、ダクト１４（「移行ダクト」と通称されている）に接合されている。（本明細書で用いる「前方」という用語は軸方向上流側を、「後方」という用語は軸方向下流側をそれぞれ意味するものとする）
圧縮空気６の一部は、供給燃料、好ましくは油及び／または天然ガスと一緒に燃焼器８の各々にその前方端部から流入し、燃料は以下に詳細に説明する方法で供給される。燃料は、以下に詳細に説明するように燃料ノズルを経て燃料器８の各々によって包囲された燃焼領域に導入される。燃焼領域内では、燃料は圧縮空気中で燃焼され、高温ガス１６の流れが生じる。高温ガス１６はダクト１４によって膨張されながら、タービン区分３に差し向けられる。
【００１０】
図１に示すように、低ＮＯｘ燃焼器８の前方端部は、過度に大きくなっていて、これは小さな従来型燃焼器の直接的な取付けに従来用いられていた既存の開口部１８のところでシリンダケーシング１２に直接取り付けることができないようになっている。低ＮＯｘ燃焼器の前方端部のところに位置する取付けフランジ２０を開口部１８に嵌めた状態でシンリダケーシングの壁に面一をなして装着することができないので、本発明は、低ＮＯｘ燃焼器をシンリダケーシングの既存の開口部１８内に取り付けることができるレトロフィット装置を提供する。本発明のレトロフィット装置を用いると、低ＮＯｘ燃焼器既存の移行ダクト１４に直接取り付けることができ、タービン装置及びシリンダケーシングの大幅な手直しは必要ない。
【００１１】
低ＮＯｘ燃焼器８は主燃料ノズルブロック２２に取り付けられている。ノズルブロック２２の好ましい実施例が図２に詳細に示されている。図１及び図２を参照すると、燃焼器８の取付けフランジ２０は、ノズルブロック２２のフランジ２４にボルト留めされている。したがって、ノズルブロックの後方端部２６から突出する主燃料ノズル２８は、低ＮＯｘ燃焼器内に延びて燃料を公知の方法で燃焼器中へ噴射するようになっている。
【００１２】
主燃料ノズルブロック２２の前方端部３０は、シリンダケーシングの内側の開口部１８上にあって該開口部を覆うような寸法を有し、このため、ノズルブロックは、ボルト３２をシリンダケーシングを貫通してノズルブロックの前方端部の３０にねじ込むことによりシリンダケーシング１２に取り付けることができる。かくして、ノズルブロック２２の後方端部２６の大きな部分は開口部１８とオーバラップする関係にある。従来型燃焼器のフランジ付き前方端部は従来はかかる４本のボルト３２だけを用いてシリンダケーシングに取り付けられており、ボルトは円形開口部１８の周囲に等間隔に設けられている。しかしながら、主燃料ノズルブロック、かくして一層大きい低ＮＯｘ燃焼器をシリンダケーシングに一層しっかりと固定するためには、４つの追加の孔をシリンダケーシングに穿孔して、主燃料ノズルブロックを８本のボルト３２を開口部１８の周囲に等間隔に設けた状態で取り付けるようにする。かくして、従来型ガスタービンをレトロフィットして低ＮＯｘ燃焼器を設ける上で、これら４つの追加の孔を設ければ良く、これは、タービン構造体の僅かな手直しに過ぎない。
【００１３】
ノズルブロック２２は、供給燃料を受け入れるための４つの環状の燃料通路３４，３６，３８，４０を有している。図示の実施例では、燃料通路３４，３６は供給液体燃料を受け入れ、燃料通路３８，４０には以下に述べる方法でガスが供給される。図示の好ましい実施例では、ノズル２８は交互に燃料通路と連通状態をなすよう連結されていて、一つのノズルがチャンネル４２，４４を経てそれぞれ液体燃料通路３４、ガス燃料通路３８に連結され、一方、その隣のノズルが図示して符号４６，４８を付けたものと類似のチャンネルを経て液体燃料通路３６及びガス燃料通路４０に連結されるようになっている。ノズル２８内では、ガスは外側環状チャンネル５０に沿って流れ、液体燃料は内側ボア５２に沿って流れてこれら燃料を公知の方法でノズル先端５４から燃焼器内へ噴射できるようになっている。後方端部２６に対するノズルの連結部に設けられた可撓性のベロー５６が、漏れのない連結部を提供すると共にノズルの熱膨張応力の差を最小限にしている。
【００１４】
本発明の好ましい実施例にしたがって燃料を主ノズルブロック２２、かくして燃焼器８に供給するための燃料供給アダプタ６０が図３（ａ）及び（ｂ）に示されている。ガス燃料供給管６２，６４がマニホルド６６内に設けられていて、マニホルド６６をノズルブロック２２の前方端部３０に機械的に連結すると、ガス燃料供給管６２，６４が環状通路３８，４０とそれぞれ流体連通状態になるようになっている。フランジ６８，７０がガス燃料供給マニホルドを公知の方法で分離するよう接続されていて、ガスが燃料供給管６２，６４に供給され、上述の方法でノズルブロック２２を経てノズル２８に送られるようになっている。同様に、液体燃料供給管７２，７４がマニホルド６６内に設けられていて、管連結部７５を経て別々に公知の方法で油供給マニホルドに連結されていて、液体燃料を環状通路３４，３６に、かくしてノズル２８に上記の方法で供給するようになっている。
【００１５】
本発明は、図３（ａ）及び（ｂ）に示す燃料供給管の構成に限定されることはない。さらに、本発明はガス燃料と液体燃料の両方を供給するためのシステムに限定されることはなく、システムは本発明にしたがって液体燃料とガス燃料のいずれか一方を用いて動作できる。
【００１６】
再び図１を参照すると、マニホルド６６はケーシング１２の開口部１８内に位置していて、ボルト７６によってノズルブロックの前方端部３０にボルト止めされている。したがって、燃料供給管６２，６４及び７２，７４は開口部１８を通って出てシリンダケーシングの外部に延びている。
【００１７】
図４を参照すると、本発明によるパイロットノズル８０が図示されている。図１、図２、図３に示すように、パイロットノズルは燃料供給アダプタ６０のマニホルド６６の中央開口部８２を貫通し、さらに主燃料ノズルブロック２２の中央ボア８４を貫通して、パイロットノズルは燃料を公知の方法で燃焼器内に噴射するよう燃焼器内に延びている。パイロットノズル８０の中心近傍に位置するフランジ８６がパイロットノズル装置を固定するためにボルト８８によってマニホルド６６の前方端部に機械的に連結されている。
【００１８】
ガスは室９０を通ってパイロットノズルに供給され、液体燃料は管９２を通って供給され、パイロットノズルのための燃料供給手段はシリンダケーシングの外部に位置している。パイロットノズルは燃料を低ＮＯｘ燃焼器内へ噴射して、公知の方法で低ＮＯｘ燃焼器内にパイロット火炎を生じさせる。
【００１９】
かくして、本発明によれば、従来型ガスタービン装置を著しく手直ししないで、低ＮＯｘ燃焼器をシリンダケーシング１２及び移行ダクト１４に取り付けることができ、必要な燃料供給装置をケーシングの既存の開口部１８内に設けることができる。
【００２０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低ＮＯｘ燃焼器レトロフィット装置を組み込んだガスタービンの一部の縦断面図である。
【図２】本発明による主燃料ノズルブロックを示す断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の燃料供給アダプタを示す図である。
【図４】本発明によるパイロットノズルを示す図である。
【符号の説明】
１  圧縮機
２  燃焼器区分
６  圧縮空気
８  燃焼器
１２  シリンダケーシング
１８  開口部
２２  ノズルブロック
２４  燃焼器フランジ
２８  燃料ノズル
３０  ノズルブロックの第１の端部
６０  燃料供給アダプタ
６６  マニホルド
８０  パイロットノズル
８４  中央ボア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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