JP2009270572A

JP2009270572A - 単一マニホルド二元ガスタービン燃料システム

Info

Publication number: JP2009270572A
Application number: JP2009107311A
Authority: JP
Inventors: William J Lawson; ウィリアム・ジェイ・ローソン; Rahul Mohan Joshi; ラウル・モハン・ジョシ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-05-05
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2009-11-19
Also published as: DE102009003855A1; FR2930801A1; US20090272096A1; CN101576008A

Abstract

【課題】本出願は、二元ガス燃料送給システム及びタービンに２つのガス燃料を送給する方法を提供する。
【解決手段】本二元ガス燃料送給システムは、（ａ）低エネルギーガス入口（１０８）及び低エネルギーガス一次マニホルド出口（１１０）を備えた低エネルギーガス送給システム（１０２）と、（ｂ）高エネルギーガス入口（１１２）及び高エネルギーガス一次マニホルド出口（１１４）を備えた高エネルギーガス送給システム（１０４）と、（ｃ）一次マニホルド（１０６）とを含むことができ、低エネルギーガス一次マニホルド出口（１１０）及び高エネルギーガス一次マニホルド出口（１１４）は、一次マニホルド（１０６）に結合される。
【選択図】図１

Description

本出願は、ガスタービン燃料システムに関し、より具体的には、２種以上の気体燃料を単一マニホルドに送給することができるガスタービン燃料システムに関する。

最新式のガスタービンは、燃料システムの精密制御を必要とする。例えば、燃料ノズルにわたる圧力低下は、燃焼器の損傷を回避するために規定範囲内に慎重に維持されなければならない。一般的に、最新式のガスタービンを標準の高エネルギー燃料（例えば、天然ガス）及び高水素低エネルギー燃料（例えば、合成ガス）の両方で作動させることは困難である可能性がある。

米国特許第４９４９５３８号明細書

従って、望ましいものは、高エネルギー燃料、低エネルギー燃料、及び高エネルギー燃料と低エネルギー燃料との混合物に適応すると同時にそれらを慎重に制御することができる「二元ガス」タービン燃料システムである。

従って、本出願は、二元ガス燃料送給システム及び２つのガス燃料を送給する方法を提供する。

本二元ガス燃料送給システムは、（ａ）低エネルギーガス入口及び低エネルギーガス一次マニホルド出口を備えた低エネルギーガス送給システムと、（ｂ）高エネルギーガス入口及び高エネルギーガス一次マニホルド出口を備えた高エネルギーガス送給システムと、（ｃ）一次マニホルドとを含むことができ、低エネルギーガス一次マニホルド出口及び高エネルギーガス一次マニホルド出口は、一次マニホルドに結合される。

タービンに燃料を送給する本方法は、（ａ）低エネルギーガス送給システムの低エネルギーガス入口に低エネルギーガスを供給するステップと、（ｂ）高エネルギーガス送給システムの高エネルギーガス入口に高エネルギーガスを供給するステップと、（ｃ）低エネルギーガス送給システムの低エネルギーガス一次マニホルド出口から一次マニホルドに低エネルギーガスを供給するステップと、（ｄ）高エネルギーガス送給システムの高エネルギーガス一次マニホルド出口から一次マニホルドに高エネルギーガスを供給するステップと、（ｅ）一次マニホルドからタービンに低エネルギーガス及び高エネルギーガスを供給するステップとを含むことができる。

本出願のこれらの及びその他の特徴は、図面及び特許請求の範囲と共になした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。

単一マニホルド二元ガス燃料送給システムを示す流れ図。二元ガス及び液体燃料送給システムを示す流れ図。

本出願は、二元ガス燃料送給システム及び幾つかのガス燃料を送給する方法を提供する。

Ｉ．単一マニホルド二元ガス燃料送給システム
次に、個々の図全体を通して同じ参照符合が同様の要素を示している図面を参照すると、図１は、単一マニホルド二元ガス燃料システム１００の構成を示す。本システム１００は、タービンにガスを送給するように用いることができる。重要なことには、本システム１００は、高エネルギーガス、低エネルギーガス、又は高エネルギーガスと低エネルギーガスとの混合物を送給することができる。二元ガスシステム１００の性能によって、起動及び停止時に１００％高エネルギーガスでタービンを作動させるのを可能にすることができる。システム１００によってまた、全負荷の下で１００％低エネルギーガス又は高エネルギーガスと低エネルギーガスとの混合物のいずれかを用いてタービンを作動させるのを可能にすることができる。この構成は単一マニホルドシステムを通して２つのガス燃料を送給することができるので、燃料システム１００は、簡素化することができる。例えば、この構成は、燃料切替弁及び二次ガスマニホルドの必要性を排除することができ、またパージシステムの複雑さを低減することができる。

ガス燃料
システム１００は、高エネルギーガス、低エネルギーガス、又は高エネルギーガスと低エネルギーガスとの混合物を送給することができる。高エネルギーガスは、約９００〜約１１００ＢＴＵ／ｆｔ^３の範囲内のエネルギー値を有することができる。低エネルギーガスは、約８２０〜約１５５０ＢＴＵ／ｆｔ^３の範囲内のエネルギー値を有することができる。具体的な実施形態では、高エネルギーガスと低エネルギーガスとの間のエネルギー値の差は、約１００〜約４５０ＢＴＵ／ｆｔ^３の範囲内である。

送給システム
単一マニホルド二元ガス燃料システム１００は、低エネルギーガス送給システム１０２と、高エネルギーガス送給システム１０４と、一次マニホルド１０６とを含むことができる。低エネルギーガス送給システム１０２は、低エネルギーガス入口１０８及び低エネルギーガス一次マニホルド出口１１０を含むことができる。高エネルギーガス送給システム１０４は、高エネルギーガス入口１１２及び高エネルギーガス一次マニホルド出口１１４を含むことができる。一次マニホルド１０６は、一次マニホルド配管入口１１及び一次マニホルドノズル出口１１８を含むことができる。低エネルギーガス一次マニホルド出口１１０及び高エネルギーガス一次マニホルド出口１１４は、一次マニホルド１０６に結合することができる。例えば、低エネルギーガス一次マニホルド出口１１０及び高エネルギーガス一次マニホルド出口１１４は、一次マニホルド配管入口１１６に合流させることができる。

低エネルギーガス送給システム１０２はまた、低エネルギーガス入口１０８と低エネルギーガス一次マニホルド出口１１０との間に低エネルギーガス制御弁１２０を含むことができる。同様に、高エネルギーガス送給システム１０４はまた、高エネルギーガス入口１１２と高エネルギーガス一次マニホルド出口１１４との間に高エネルギーガス制御弁１２２を含むことができる。ガス制御弁１２０及び１２２は、一次マニホルドノズル１１８にわたる精密な圧力低下が維持されるように、一次マニホルド１０６への燃料の流れを制御することができる。

低エネルギーガス送給システム１０２はまた、低エネルギーガス入口１０８とガス制御弁１２０との間に低エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２４を含むことができる。同様に、高エネルギーガス送給システム１０４はまた、高エネルギーガス入口１１２とガス制御弁１２２との間に高エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２６を含むことができる。停止及び圧力制御弁１２４及び１２６は、該停止及び圧力制御弁１２４及び１２６とガス制御弁１２０及び１２２との間に一定の基準圧力が維持されるように、ガス制御弁１２０及び１２２の上流の燃料の流れを制御することができる。ガス制御弁１２０及び１２２の直ぐ上流に一定の基準圧力の区域を維持することによって、ガス制御弁を通る流量は、制御弁の位置（有効面積）のみを用いて計算することができる。

低エネルギーガス送給システム１０２はまた、低エネルギーガス入口１０８と低エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２４との間に低エネルギーガス停止弁１２８を含むことができる。同様に、高エネルギーガス送給システム１０４はまた、高エネルギーガス入口１１２と高エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２６との間に高エネルギーガス停止弁１３０を含むことができる。停止弁１２８及び１３０は、それぞれ低エネルギーガス送給システム１０２及び高エネルギーガス送給システム１０４を通るガスの流れを停止させるように用いることができる。例えば、タービンが高エネルギーガスのみで作動している場合には、低エネルギーガス停止弁１２８は、高エネルギー燃料のみが一次マニホルド１０６を通って流れるように、低エネルギーガス送給システム１０２を通るガスの流れを停止させることができる。さらに、タービンが低エネルギーガスのみで作動している場合には、高エネルギーガス停止弁１３０は、低エネルギー燃料のみが一次マニホルド１０６を通って流れるように、高エネルギーガス送給システム１０４を通るガスの流れを停止させることができる。

低エネルギーガス送給システム１０２はまた、低エネルギーガス入口１０８と低エネルギーガス制御弁１２０との間に低エネルギーガスパージシステムを含むことができる。低エネルギーガスパージシステムは、低エネルギーガスパージ入口１３４及び第１の低エネルギーガスパージ通気口１３６を含むことができる。低エネルギーガスパージ入口１３４は、低エネルギーガス制御弁１２０と低エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２４との間に設置することができ、また第１の低エネルギーガスパージ通気口１３６は、低エネルギーガス制御弁１２０と低エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２４との間に設置することができる。低エネルギーガスパージシステムは、低エネルギーガス送給システム１０２が使用中でない時における燃焼の危険性を低減するように用いることができる。例えば、低エネルギーガスパージ入口１３４及び低エネルギーガスパージ通気口１３６は、１００％低エネルギー燃料又は低エネルギー燃料と高エネルギー燃料との混合物で作動している間にタービンがトリップした場合における着火の危険性を軽減するように用いることができる。

高エネルギーガス送給システム１０４はまた、高エネルギーガス入口１１２と高エネルギーガス出口１１４との間に高エネルギーガスパージシステムを含むことができる。高エネルギーガスパージシステムは、高エネルギーガスパージ入口１４２、第１の高エネルギーガス通気口１４４及び第２の高エネルギー通気口１４６を含むことができる。高エネルギーガスパージ入口１４２は、（ａ）高エネルギーガス制御弁１２２と一次マニホルドノズル出口１１８との間、又は（ｂ）低エネルギーガス制御弁１２０と一次マニホルドノズル出口１１８との間のいずれかに設置することができ、第１の高エネルギーガス通気口１４４は、高エネルギーガス制御弁１２２と高エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２６との間に設置することができ、また第２の高エネルギーガス通気口１４６は、高エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２６と高エネルギーガス停止弁１３０との間に設置することができる。ガスパージシステムは、低エネルギー燃料又は低エネルギー燃料と高エネルギー燃料との混合物で作動している間にタービンがトリップした時における燃焼の危険性を低減するように用いることができる。

低エネルギーガス送給システム１０２はまた、低エネルギーガス入口１０８と低エネルギーガス停止弁１２８との間に低エネルギーガスストレーナ１４７を含むことができる。同様に、高エネルギーガス送給システム１０４はまた、高エネルギーガス入口１１２と高エネルギーガス停止弁１３０との間に高エネルギーガスストレーナ１４８を含むことができる。ストレーナ１４７及び１４８は、単一マニホルド二元ガス燃料システム１００における目詰まりのような問題を防止するために燃料からデブリをろ過することができる。

低エネルギーガス送給システム１０２はまた、低エネルギーガス入口１０８と低エネルギーガス停止弁１２８との間に低エネルギーガスバイパス出口１５０を含むことができる。同様に、高エネルギーガス送給システム１０４はまた、高エネルギーガス入口１１２と高エネルギーガス停止弁１３０との間に高エネルギーガスバイパス出口１５２を含むことができる。バイパス出口１５０及び１５２は、暖機システム及び／又はフレアシステムのようなシステムにガスを供給することができる。

単一マニホルド二元ガス燃料システム１００は、タービンに２つのガス燃料を送給するように用いることができる。低エネルギーガスは、低エネルギーガス送給システム１０２の低エネルギーガス入口１０８に供給することができる。低エネルギーガスは次に、一次マニホルド１０６に供給することができる。例えば、低エネルギーガスは次に、低エネルギーガス送給システム１０２の低エネルギーガス一次マニホルド出口１１０から一次マニホルド１０６の一次マニホルド配管入口１１６に供給することができる。同様に、高エネルギーガスは、高エネルギーガス送給システム１０４の高エネルギーガス入口１１２に供給することができる。高エネルギーガスは次に、一次マニホルド１０６に供給することができる。例えば、高エネルギーガスは次に、高エネルギーガス送給システム１０４の高エネルギーガス一次マニホルド出口１１４から一次マニホルド１０６の一次マニホルド配管入口１１６に供給することができる。最終的に、低エネルギーガス及び高エネルギーガスは、一次マニホルド１０６の一次マニホルドノズル出口１１８からタービンに供給することができる。

タービンに２つのガス燃料を送給する本方法はまた、低エネルギーガス送給システム１０２に低エネルギーガスを供給するステップの後でありかつ一次マニホルド１０６に低エネルギーガスを供給するステップの前に、低エネルギーガス制御弁１２０を通して該低エネルギーガスを流すステップを含むことができる。同様に、本方法は、高エネルギーガス送給システム１０４に高エネルギーガスを供給するステップの後でありかつ一次マニホルド１０６に高エネルギーガスを供給するステップの前に、高エネルギーガス制御弁１２２を通して該高エネルギーガスを流すステップを含むことができる。

２つのガス燃料を送給する本方法はさらに、低エネルギーガス送給システム１０２に低エネルギーガスを供給するステップの後でありかつ低エネルギーガス制御弁１２０を通して低エネルギーガスを流すステップの前に、低エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２４を通して該低エネルギーガスを流すステップを含むことができる。同様に、本方法は、高エネルギーガス送給システム１０４に高エネルギーガスを供給するステップの後でありかつ高エネルギーガス制御弁１２２を通して高エネルギーガスを流すステップの前に、高エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２６を通して該高エネルギーガスを流すステップを含むことができる。

２つのガス燃料を送給する本方法はさらに、低エネルギーガス送給システム１０２に低エネルギーガスを供給するステップの後でありかつ低エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２４を通して低エネルギーガスを流すステップの前に、低エネルギーガス停止弁１２８を通して該低エネルギーガスを流すステップを含むことができる。同様に、本方法は、高エネルギーガス送給システム１０４に高エネルギーガスを供給するステップの後でありかつ高エネルギーガス停止及び圧力制御弁１２６を通して高エネルギーガスを流すステップの前に、高エネルギーガス停止弁１３０を通して該高エネルギーガスを流すステップを含むことができる。

ＩＩ．単一マニホルド二元ガス及び液体燃料送給システム
図２は、二元ガス及び液体燃料送給システム２００の構成を示す。二元ガス及び液体燃料送給システム２００は、低エネルギーガス送給システム１０２と、高エネルギーガス送給システム１０４と、一次マニホルド１０６と、液体燃料送給システム２０２と、液体マニホルド２０４とを含むことができる。

低エネルギーガス送給システム１０２は、低エネルギーガス入口１０８及び低エネルギーガス一次マニホルド出口１１０を含むことができる。高エネルギーガス送給システム１０４は、高エネルギーガス入口１１２及び高エネルギーガス一次マニホルド出口１１４を含むことができる。液体燃料送給システム２０２は、液体燃料入口２０６及び液体燃料出口２０８を含むことができる。一次マニホルド１０６は、一次マニホルド配管入口１１６及び一次マニホルドノズル出口１１８を含むことができる。液体マニホルド２０４は、液体マニホルド配管入口２１０及び液体マニホルドノズル出口２１２を含むことができる。低エネルギーガス一次マニホルド出口１１０及び高エネルギーガス一次マニホルド出口１１４は、一次マニホルド１０６に結合することができる。例えば、低エネルギーガス一次マニホルド出口１１０及び高エネルギーガス一次マニホルド出口１１４は、一次マニホルド配管入口１１６に合流させることができる。液体燃料出口２０８は、液体マニホルド２０４に結合することができる。例えば、液体燃料出口２０８は、液体マニホルド配管入口２１０に合流させることができる。

一次マニホルド１０６はまた、空気入口２１４を含むことができる。空気入口２１４は、一次マニホルド１０６からガスをパージし、一次マニホルド１０６内に正のノズル圧力比を維持しかつ／又は一次マニホルドノズル出口１１８を低温に保つために、一次マニホルドに空気を供給することができる。

二元ガス及び液体燃料送給システム２００は、タービンに２つのガス燃料と液体燃料とを送給するように用いることができる。低エネルギーガスは、低エネルギーガス送給システム１０２の低エネルギーガス入口１０８に供給することができる。低エネルギーガスは次に、低エネルギーガス送給システム１０２の低エネルギーガス一次マニホルド出口１１０から一次マニホルド１０６の一次マニホルド配管入口１１６に供給することができる。同様に、高エネルギーガスは、高エネルギーガス送給システム１０４の高エネルギーガス入口１１２に供給することができる。高エネルギーガスは次に、高エネルギーガス送給システム１０４の高エネルギーガス一次マニホルド出口１１４から一次マニホルド１０６の一次マニホルド配管入口１１６に供給することができる。液体燃料は、液体燃料送給システム２０２の液体燃料入口２０６に供給することができる。液体燃料は次に、液体燃料送給システム２０２の液体燃料出口２０８から液体マニホルド２０４の液体マニホルド配管入口２１０に供給することができる。最終的に、低エネルギーガス及び高エネルギーガスは、一次マニホルド１０６の一次マニホルドノズル出口１１８からタービンに供給することができ、また液体燃料は、液体マニホルド２０４の液体マニホルドノズル出口２１２からタービンに供給することができる。

以上の説明は本出願の好ましい実施形態のみに関するものであること、並びに特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく本明細書において多数の変更及び修正を加えることができることを理解されたい。

１００単一マニホルドガス燃料システム
１０２低エネルギーガス送給システム
１０４高エネルギーガス送給システム
１０６一次マニホルド
１０８低エネルギーガス入口
１１０低エネルギーガス一次マニホルド出口
１１２高エネルギーガス入口
１１４高エネルギーガス一次マニホルド出口
１１６一次マニホルド配管入口
１１８一次マニホルド配管出口
１２０低エネルギーガス制御弁
１２２高エネルギーガス制御弁
１２４低エネルギーガス停止及び圧力制御弁
１２６高エネルギーガス停止及び圧力制御弁
１２８低エネルギーガス停止弁
１３０高エネルギーガス停止弁
１３４低エネルギーガスパージ入口
１３６第１の低エネルギーガスパージ通気口
１４２高エネルギーガスパージ入口
１４４第１の高エネルギーガス通気口
１４６第２の高エネルギーガス通気口
１４７低エネルギーガスストレーナ
１４８高エネルギーガスストレーナ
１５０低エネルギーガスバイパス出口
１５２高エネルギーガスバイパス出口
２００二元ガス及び液体燃料送給システム
２０２液体燃料送給システム
２０４液体マニホルド
２０６液体燃料入口
２０８液体燃料出口
２１０液体マニホルド配管入口
２１２液体マニホルドノズル出口
２１４空気入口

Claims

ａ）低エネルギーガス入口（１０８）及び低エネルギーガス一次マニホルド出口（１１０）を備えた低エネルギーガス送給システム（１０２）と、
ｂ）高エネルギーガス入口（１１２）及び高エネルギーガス一次マニホルド出口（１１４）を備えた高エネルギーガス送給システム（１０４）と、
ｃ）一次マニホルド（１０６）と、を含み、
前記低エネルギーガス一次マニホルド出口（１１０）及び高エネルギーガス一次マニホルド出口（１１４）が、前記一次マニホルド（１０６）に結合される、
燃料送給システム（１００）。
前記低エネルギーガス送給システム（１０２）が、前記低エネルギーガス入口（１０８）と前記低エネルギーガス一次マニホルド出口（１１０）との間に低エネルギーガス制御弁（１２０）をさらに含み、
前記高エネルギーガス送給システム（１０４）が、前記高エネルギーガス入口（１１２）と前記高エネルギーガス一次マニホルド出口（１１４）との間に高エネルギーガス制御弁（１２２）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
前記低エネルギーガス送給システム（１０２）が、前記低エネルギーガス入口（１０８）と前記低エネルギーガス制御弁（１２０）との間に低エネルギーガス停止及び圧力制御弁（１２４）をさらに含み、
前記高エネルギーガス送給システム（１０４）が、前記高エネルギーガス入口（１１２）と前記高エネルギーガス制御弁（１２２）との間に高エネルギーガス停止及び圧力制御弁（１２６）をさらに含む、請求項２記載のシステム。
前記低エネルギーガス送給システム（１０２）が、前記低エネルギーガス入口（１０８）と前記低エネルギーガス停止及び圧力制御弁（１２４）との間に低エネルギーガス停止弁（１２８）をさらに含み、
前記高エネルギーガス送給システム（１０４）が、前記高エネルギーガス入口（１１２）と前記高エネルギーガス停止及び圧力制御弁（１２６）との間に高エネルギーガス停止弁（１３０）をさらに含む、請求項３記載のシステム。
前記低エネルギーガス送給システム（１０２）が、前記低エネルギーガス停止弁（１２８）と前記低エネルギーガス制御弁（１２０）との間に低エネルギーガスパージシステム（１３４、１３６）をさらに含み、
前記高エネルギーガス送給システム（１０４）が、前記高エネルギーガス停止弁（１３０）と前記高エネルギーガス制御弁（１２２）との間に高エネルギーガスパージシステム（１４２、１４４、１４６）をさらに含む、請求項４記載のシステム。
前記低エネルギーガスパージシステム（１３４、１３６）が、低エネルギーガスパージ入口（１３４）及び低エネルギーガスパージ通気口（１３６）を含み、
前記高エネルギーガスパージシステム（１４２、１４４、１４６）が、高エネルギーガスパージ入口（１４２）及び高エネルギーガスパージ通気口（１４４）を含む、請求項５記載のシステム。
ｄ）液体燃料入口（２０６）及び液体燃料出口（２０８）を備えた液体燃料送給システム（２００）と、
ｅ）液体マニホルド（２０４）と、をさらに含み、
前記液体燃料出口（２０８）が、前記液体マニホルド（２０４）に結合される、請求項１記載のシステム。
前記一次マニホルド（１０６）が、空気入口（２１４）をさらに含む、請求項７記載のシステム。
タービンに燃料を送給する方法であって、
ａ）低エネルギーガス送給システム（１０２）の低エネルギーガス入口（１０８）に低エネルギーガスを供給するステップと、
ｂ）高エネルギーガス送給システム（１０４）の高エネルギーガス入口（１１２）に高エネルギーガスを供給するステップと、
ｃ）前記低エネルギーガス送給システム（１０２）の低エネルギーガス一次マニホルド出口（１１０）から一次マニホルド（１０６）に前記低エネルギーガスを供給するステップと、
ｄ）前記高エネルギーガス送給システム（１０４）の高エネルギーガス一次マニホルド出口（１１４）から前記一次マニホルド（１０６）に前記高エネルギーガスを供給するステップと、
ｅ）前記一次マニホルド（１０６）からタービンに前記低エネルギーガス及び高エネルギーガスを供給するステップと
を含む方法。
前記低エネルギーガス送給システム（１０２）に前記低エネルギーガスを供給するステップの後でありかつ前記一次マニホルド（１０６）に前記低エネルギーガスを供給するステップの前に、低エネルギーガス制御弁（１２０）を通して該低エネルギーガスを流すステップと、
前記高エネルギーガス送給システム（１０４）に前記高エネルギーガスを供給するステップの後でありかつ前記一次マニホルド（１０６）に前記高エネルギーガスを供給するステップの前に、高エネルギーガス制御弁（１２２）を通して該高エネルギーガスを流すステップとをさらに含む、請求項９記載の方法。