JP4509270B2 - 燃料送出し装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
この発明は全般的にタービン機関、更に具体的に言えば、タービン機関に対する燃料装置に関する。
【０００２】
２種燃料タービン機関は典型的には、機関の運転中、蒸気と共にガス燃料及び液体燃料を利用する。予備混合ガス燃料及び蒸気ノズルは、生成物の条件が満たされる場合、最大の燃料流量状態の下で、燃料ノズル内の燃料圧力が許容し得る範囲内になるように構成されている。燃料ノズル内の燃料圧力をこの明細書では、場合によって燃料ノズル圧力と呼ぶことがある。
【０００３】
最大燃料流量状態の間に燃料が許容し得る圧力を持つように燃料ノズルを設定すると、機関の始動状態で、機関の炎消えが起こることがある。即ち、比較的低い燃料流量の間、燃料ノズル先端に於ける許容し難い程低い燃料ノズル圧力の為に、燃料の燃焼に必要な炎が消滅する。
【０００４】
ガス燃料及び液体燃料及び蒸気を用いて構成された２種燃料機関は、通常の機関の始動及び低動力状態の間、低下した運転性能を示すのが普通である。具体的に言うと、定常状態の燃料の流れる状態でも、主にガス燃料で運転されている間、燃料ノズル先端の圧力比が比較的低い場合、望ましくない炎消えが起こることがある。都合の悪いことに、機関の始動状態の間に燃料ノズル圧力を高くすると、機関の大部分の運転時間である最大燃料流量側の端で、運転上の問題を招くことがある。
【０００５】
従って、通常の機関の始動及び運転状態の間の２種燃料機関の機能性を改善することが望ましい。更に、機関の始動時の機能性を改善することが、最大燃料流量状態に於ける機関の運転に悪影響を及ぼさないことが望ましい。
【０００６】
【発明の簡単な要約】
上記並びにその他の目的は、少なくとも部分的に、ガス燃料で始動及び運転される様に構成された２種燃料タービン機関に燃料を送出す燃料送出し装置及び方法によって達成することが出来る。燃料送出し装置が、ガス燃料を送出す様に構成された少なくとも１つのガス燃料回路と、液体燃料を送出すように構成された少なくとも１つの液体燃料回路と、蒸気を送出すように構成された蒸気回路と、２種燃料ノズルとを有する。２種燃料ノズルが複数個の燃料入口、蒸気入口、燃料及び蒸気予備混合室及び燃料ノズル先端を有する。
【０００７】
更に具体的に言うと、燃料送出し装置は、ガス燃料回路を液体燃料回路に接続する少なくとも１つの接続配管を有する。接続配管は、ガス燃料回路及び液体燃料回路と流れが連通している。機関の初期運転の間、ガス燃料の少なくとも一部分をガス燃料回路から少なくとも１つの液体燃料回路へ送出して、通常の機関の始動及び運転状態の間、燃料ノズル先端に於ける燃料圧力を高める。
【０００８】
一旦機関が十分な長さの時間の間運転されたら、ボイラーが蒸気を発生し、この蒸気を利用して、燃料ノズル圧力を燃焼器の燃焼能力不足範囲より上方に高める。ガス燃料の流れを液体燃料回路からガス燃料回路に方向転換してノズルに送込む。ガス燃料パージを液体燃料回路から除き、その後液体燃料を液体燃料回路を通じて供給する。
【０００９】
液体及びガス燃料回路を組合せて使うことにより、蒸気を利用出来ないときでも、タービン機関の運転が出来る。この装置は、圧力が比較的低い定常状態の燃料の流れの状態でも、機関の運転時間の大部分に互る最大の流れの状態でも、動作し得る。
【００１０】
【発明の詳しい説明】
図１は、燃焼器（図に示していない）を含むタービン機関（図に示していない）に対する燃料送出し装置１００を示す。機関の始動段階の間、燃料送出し装置１００がガス計量弁１０２を利用して、燃焼器で使う為に、測定された量のガス燃料１０３がガス燃料回路１０４に入ることが出来るようにする。ガス燃料回路１０４は少なくとも１つのガス締切り弁１０６及び少なくとも１つのガス燃料配管１０８を有する。ノズル１１０が、ガス燃料回路１０４と流体の流れが連通するガス燃料入口１１２を持っている。１実施例では、ノズル１１０は２種燃料及び蒸気ノズルである。
【００１１】
更に燃料送出し装置１００が、ガス燃料回路１０４と流体の流れが連通する第１の接続配管１１４及び第２の接続配管１１６を持っている。第１の接続配管１１４は１次液体燃料回路１１８とも流体の流れが連通しており、第２の接続配管１１６は２次液体燃料回路１２０とも流体の流れが連通している。通常の機関の始動及び運転状態の間、ガス燃料をガス燃料回路１０４から１次液体燃料回路１１８、２次液体燃料回路１２０又はその両方に方向転換することが出来る。
【００１２】
液体燃料が液体流れ分割器１２２を通して、１次液体燃料回路１１８及び２次液体燃料回路１２０に供給される。１次液体燃料回路１１８は少なくとも１つの第１の液体燃料配管、即ち、１次液体燃料配管１２４を含み、２次液体燃料回路１２０は少なくとも１つの第２の液体燃料配管、即ち、２次液体燃料配管１２６を含む。ノズル１１０が、夫々１次液体燃料回路１１８及び２次液体燃料回路１２０と流体の流れが連通している液体燃料１次入口１２８及び液体燃料２次入口１３０を持っている。
【００１３】
蒸気１３１が発生され、蒸気回路１３２を介して燃料送出し装置１００へ供給される。蒸気回路１３２は蒸気締切り弁１３４、蒸気計量弁１３６及び蒸気配管１３８を含む。ノズル１１０は蒸気回路１３２と流体の流れが連通している蒸気入口１４０を持っている。
【００１４】
機関の始動の時、ガス燃料がガス燃料配管１０８から第１の接続配管１１４を介して１次液体燃料配管１２４に方向転換される。ガス燃料は、ガス燃料配管１０８から第２の接続配管１１６を介して２次液体燃料配管１２６に方向転換することも出来る。ガス燃料切換え弁１４１が第１の接続配管１１４及び第２の接続配管１１６にガス燃料を差し向ける。例えば、ガス燃料切換え弁１４１が開いているとき、ガス燃料が主にガス燃料配管１０８を流れ、ガス燃料切換え弁１４１が閉じているとき、ガス燃料が主に燃料配管１２４及び１２６を流れる。
【００１５】
燃料送出し装置１００は、液体流れ分割器１２２に接続された計量全液体燃料源１４２を利用して、タービン燃焼器に液体燃料を供給する。機関がガス燃料で始動することが出来なければならないとすると、機関の始動のとき、計量された全量のガス燃料が、１次液体燃料回路１１８、２次液体燃料回路１２０、ガス燃料回路１０４又は回路のある組合せを通じて、燃焼器に噴射される。
【００１６】
計量された全量のガスが機関に噴射され、燃焼が起こり、機関の炎及び熱が発生される。１実施例では、所要の初期燃料圧力が、液体燃料１次入口１２８及び液体燃料２次入口１３０の組合せを通じて燃焼器に供給されるガス燃料によって発生される。液体燃料入口１２８及び１３０はガス入口１１２よりも小さく、ガス燃料がガス燃料入口１１２だけを通じて供給される場合より、ガス燃料が一層高い圧力で供給されることが出来るようにしている。
【００１７】
機関が蒸気を発生するボイラー（図に示していない）を含む。ボイラーが蒸気回路１３２と流体の流れが連通している。蒸気が蒸気回路１３２を流れ、ノズル１１０内の燃料圧力を高める。蒸気圧力が予定の値に達すると、ガス燃料が１次液体燃料配管１２４及び２次液体燃料配管１２６からパージされ、ガス配管１０８に方向転換されて戻され、そこでガス入口１１２を通じてノズル１１０に入る。この後、ガス燃料は、第１の接続配管１１４及び第２の接続配管１１６に最小流量レベル（パージ）で流れる。
【００１８】
液体燃料が液体流れ分割器１２２を介して１次液体燃料回路１１８及び２次液体燃料回路１２０に供給される。液体及びガス燃料が、蒸気と組合わさって、燃焼器に供給される。ノズルを通るガス燃料及び蒸気の混合物の圧力は、機関の運転中、炎消えを防止するのに十分である。機関は、燃料ノズル圧力を高める為に蒸気を利用することが出来ないとき、ガス及び液体燃料回路又はある組合せを通じて運転することが出来る。
【００１９】
図２は、２種燃料及び蒸気ノズル２００の１実施例を示す。ノズル２００は、例えば装置１００と関連して（即ち、ノズル１１０として）使うことが出来る。ノズル２００がガス燃料入口２０２、液体燃料１次入口２０４、及び液体燃料２次入口２０６を有する。ガス燃料入口２０２は液体燃料１次入口２０４及び液体燃料２次入口２０６より大きい。液体燃料入口２０４及び２０６の寸法が小さいことにより、入口２０４及び２０６を流れるときのガス燃料の圧力が高くなる。この高くなった圧力により、燃料流量が小さいときの燃料ノズルを通る許容し難い圧力の為に機関の炎消えが起こる確率を小さくしながら、機関が最初はガス燃料で運転されることが出来るようにする。
【００２０】
ノズル２００が蒸気入口２０８、予備混合室２１０及び燃料ノズル先端２１２をも持っている。１実施例では、予備混合室２１０は入口２０２及び２０８と一体であって、それらに共通である。ノズル２００はインコネル合金で製造される。
【００２１】
通常ガス燃料がガス燃料入口２０２を流れる。しかし、通常の機関始動順序又は低運転範囲の間、２種燃料及び蒸気タービン機関では運転の制限が生ずることがある。１実施例では、機関の初期運転の間、ガス燃料が液体燃料１次入口２０４及び液体燃料２次入口２０６を流れる。
【００２２】
更にタービン機関は、機関の運転中、蒸気を発生するボイラーをも含む。一旦蒸気が発生されると、蒸気が蒸気入口２０８を流れ、燃料及び蒸気予備混合室２１０に入る。蒸気が燃料圧力を、燃料ノズル先端２１２に於けるノズル２００内の許容し得る範囲まで高める。その後、ガス燃料がガス燃料入口２０２に戻され、液体燃料がパージの為に、液体燃料１次入口２０４及び液体燃料２次入口２０６を流れる。
【００２３】
燃料送出し装置は現存のタービン機関の燃料及び蒸気回路を利用して、タービン機関の初期運転をする。１実施例では、ガス燃料がガス燃料配管から液体燃料配管の組合せに配送され、初期燃料圧力を達成すると共に、蒸気が発生されるまで、タービン機関を運転する。その結果、ガス燃料をガス燃料配管に方向転換して戻すことが出来、燃料ノズル圧力を高める為に蒸気を利用することが出来なくても、タービン機関をガス及び液体燃料回路又はある組合せを通じて運転することが出来る。
【００２４】
この発明の種々の実施例についてこれまで説明したところから、この発明の目的が達成されたことは明らかである。この発明を詳しく説明し、図面に示したが、これは例であって、実施例に過ぎず、この発明を制約するものと解してはならないことを明確に承知されたい。従って、この発明の範囲は特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料送出し装置の略図。
【図２】２種燃料及び蒸気ノズルの断面図。

Claims (8)

1. 機関の初期運転の間は第１の燃料（１０３）を、そして一旦機関が予定の長さの時間の間運転されたら、第２の燃料（１４２）をタービン機関に送出すように構成された少なくとも１つの燃料配管（１０８）と、
   前記燃料配管（１０８）と流体が連通する燃料ノズル（２００）と、
   を有し、
   前記燃料ノズル（２００）は共通の予備混合部分（２１０）を備え、前記共通の予備混合部分（２１０）は、複数の液体燃料回路（１１８、１２０）と流れ連通するよう接続された少なくとも一つのガス燃料回路（１０４）及び少なくとも一つの蒸気回路（１３２）と流れ連通して、前記燃料ノズルに供給された蒸気とガス燃料とが予備混合され、
   前記蒸気回路は、蒸気計量弁（１３６）又は締切り弁（１３４）の少なくとも一方を持つ蒸気配管（１３８）を備え、前記蒸気配管（１３８）が蒸気を前記燃料ノズル（２００）を介して前記タービンに蒸気を供給し、
   前記燃料ノズルは、前記ガス燃料回路と流れ連通するガス燃料入口（２０２）と、前記液体燃料回路（１１８、１２０）と流れ連通し、前記ガス燃料入口（２０２）より寸法が小さい液体燃料回路入口（２０４、２０６）とを備え、前記初期運転の間は前記ガス燃料が前記液体燃料入口を流れる
   ことを特徴とするタービン機関の燃料送出し装置（１００）。
2. 前記燃料ノズルが、複数個の液体燃料入口（２０４、２０６）を有する請求項１記載の燃料送出し装置。
3. 前記ガス燃料が前記ガス燃料入口（２０２）を流れるように戻され前記液体燃料が前記液体燃料入口（２０４、２０６）を流れるようにするための、第１の蒸気の圧力が定められており、
   前記蒸気（１３１）が前記第１の蒸気の圧力まで高まった後に、前記ガス燃料が前記ガス燃料入口（２０２）を流れるように戻され、前記液体燃料が前記液体燃料入口（２０４、２０６）を流れるようにされる
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料送出し装置（１００）。
4. 前記ガス燃料回路（１０４）が前記ガス燃料入口（１１２、２０２）に接続されたガス燃料配管を有する、請求項３記載の燃料送出し装置（１００）。
5. 前記少なくとも１つの液体燃料入口（２０４）は第１の液体燃料入口（１２８）及び第２の液体燃料入口（１３０）を含み、
   前記複数の液体燃料回路が前記第1の液体燃料入口（１２８）に接続された第１の液体燃料配管（１２４）と前記第２の液体燃料入口（１３０）に接続された第２の液体燃料配管（１２６）とを有し、
   前記ガス燃料配管（１０８）が前記第１の液体燃料配管及び前記第２の液体燃料配管より大きい、請求項４記載の燃料送出し装置（１００）。
6. 前記ガス燃料配管（１０８）を前記第１の液体燃料配管（１２４）に接続する第１の接続配管（１１４）と、前記ガス燃料配管（１０８）を前記第２の液体燃料配管（１２６）に接続する第２の接続配管（１１６）と、蒸気配管（１３８）と流れが連通するボイラーとを有し、
   前記ノズル（２００）は更に蒸気入口（１４０、２０８）を含み、前記蒸気配管（１３８）は蒸気を前記蒸気入口（１４０、２０８）を介して前記共通の予備混合部分（２１０）に供給するように構成されている請求項５記載の燃料送出し装置（１００）。
7. ガス燃料を前記ガス燃料入口を介して前記共通の予備混合部分（２１０）に供給するための、予備混合部分内の第２の圧力が定められており、
   前記共通の予備混合部分内が前記第２の圧力に達した後にガス燃料を前記ガス燃料入口を介して前記共通の予備混合部分（２１０）に供給するように構成されている請求項６記載の燃料送出し装置（１００）。
8. 前記第１の液体燃料配管及び前記第２の液体燃料配管から前記第1の接続配管及び第２の接続配管を介して前記ガス燃料配管にガス燃料を差し向けるよう構成され、
   一旦機関が予定の長さの時間の間運転されたら、液体燃料を前記第１及び第２の液体燃料配管（１２４、１２６）に差し向けるように構成されている請求項７記載の燃料送出し装置（１００）。

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