JP5550899B2 - 低エネルギー燃料の発熱量を制御するための方法および装置 - Google Patents

Description

本開示は一般的に、種々の応用例（たとえばガス・タービン）において燃料（たとえば低エネルギー燃料）の発熱量を制御するためのシステムおよび配置に関する。

特定の燃料は低エネルギー値、たとえば低英国熱量単位（低ＢＴＵまたはＬＢＴＵ）であり、これらの燃料は、特定のエンジン（たとえば、ガス・タービン・エンジン）で用いるのは望ましくない。たとえば、ＬＢＴＵ燃料は、燃料体積当たりに生成する熱量が低い場合がある。その結果、ＬＢＴＵ燃料が原因で、望ましくない燃焼状態（たとえば自動着火または早い保炎）が生じる場合がある。このような状態は、エンジン（たとえば、ガス・タービン・エンジン）内の制御およびパワーの低下につながる可能性がある。

米国特許第５，１６５，２２４号明細書

ガス・タービン・エンジンは通常、高ＢＴＵ（ＨＢＴＵ）燃料を燃焼させるため、燃料体積当たりに生成される熱量は比較的高い場合がある。その結果、高ＢＴＵ燃料によって一般的に、ガス・タービン・エンジンの適切な動作、性能、および効率が確実になる。しかしながら、これらの高ＢＴＵ燃料は、他の理由から、利用することができず、高価で、または望ましくない場合がある。特定の設備では、ＬＢＴＵ燃料が利用可能な場合があるが、それらの望ましくない特性が原因で利用されない場合がある。たとえばＬＢＴＵ燃料は、精製所または他の設備の副産物である場合がある。

一実施形態においては、方法が、低ＢＴＵ燃料の第１の発熱量を決定することと、タービン・システムの状態に基づいてターゲット燃料品質レベルを決定することと、高ＢＴＵ燃料の第２の発熱量を制御することと、ターゲット燃料品質レベルを達成するために高ＢＴＵ燃料を低ＢＴＵ燃料内に噴射することと、を含む。一実施形態においては、タービン・システムが、低ＢＴＵ燃料を高ＢＴＵ燃料と混合して混合燃料を生成することを制御するように構成された制御器を備える。さらに、制御器が、混合燃料に対するターゲットの第１の発熱量を、タービン・システムの状態に基づいて決定し、制御器は、低ＢＴＵ燃料と高ＢＴＵ燃料との比率を制御して混合燃料に対する第１の発熱量を達成するように構成される。別の実施形態においては、タービン・システムが、低ＢＴＵ燃料を高ＢＴＵ燃料と混合して混合燃料を生成することを制御するように構成された制御器を備え、制御器が、混合燃料に対するターゲットの第１の発熱量を、タービン・システムの状態に基づいて決定する。さらに、制御器は、低ＢＴＵ燃料と高ＢＴＵ燃料との比率を制御して混合燃料に対する第１の発熱量を達成するように構成される。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことでより良好に理解される。添付図面では、同様の文字は図面の全体に渡って同様の部分を表わす。

ガス・タービン、蒸気タービン、熱回収蒸気発生システム、および燃料混合システムを有するパワー発生システムの実施形態の概略的なブロック図である。 混合器、燃料供給、ＬＢＴＵガス供給、および燃焼器を有するタービン・システムの実施形態のブロック図である。 図２に示すようなタービン・システムの実施形態の切り欠き側面図である。 燃料混合プロセスを可能にするように構成されたシステム制御器および他の構成要素を備えるタービン・システムの実施形態のブロック図である。 タービン・システムの燃料混合プロセスをモニタおよび制御するための典型的な方法のフロー・チャートである。

以下、本発明の１つまたは複数の具体的な実施形態について説明する。これらの実施形態についての簡潔な説明を与えるために、本明細書では実際の具体化のすべての特徴については説明しない場合がある。次のことを理解されたい。すなわち、任意のこのような実際の具体化を開発する際には、任意のエンジニアリングまたはデザイン・プロジェクトの場合と同様に、開発者の具体的な目標（たとえばシステム関連およびビジネス関連の制約と適合すること）を達成するために、具体化に固有の多数の決定を行なわなければならない。具体的な目標は具体化ごとに変わる場合がある。また、このような開発努力は、複雑で時間がかかる場合があるが、それでも、本開示の利益を受ける当業者にとってはデザイン、作製、および製造の日常的な取り組みであろうことも理解されたい。

本発明の種々の実施形態の要素を導入するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「前記」は、要素の１つまたは複数が存在することを意味することが意図されている。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であることが意図されており、列記された要素以外の付加的な要素が存在していても良いことを意味する。

特定の実施形態においては、本明細書に記載したシステムおよび方法は、燃料の発熱量またはエネルギー値の制御を、体積当たりのエネルギーおよび／または熱出力のレベルが異なる燃料を混合することによって行なうことを含む。たとえば、開示した実施形態では、高および低エネルギー（ＢＴＵレベル）、高および低熱出力値、またはそれらの組み合わせを有する異なる燃料を混合する場合がある。こうして、開示した実施形態では、それほど望ましくはない燃料または副産物（たとえば、ＬＢＴＵ燃料）の利用を、より望ましい燃料（たとえば、ＨＢＴＵ燃料）のある量を加えて発熱量またはエネルギー値が向上した混合物を形成することによって、可能にする場合がある。その結果、開示した実施形態では、設備または精製所の全体的効率を、本来は利用されない副産物をガス・タービン・エンジンおよびパワー発生機器における燃料用に用いることによって、向上させる場合がある。ＬＢＴＵ燃料の例はコーク炉ガス（ＣＯＧ）または高炉ガス（ＢＦＧ）である。利用することができるＨＢＴＵ燃料は、生物燃料、重油燃料、ケロシン、およびディーゼル燃料である。これらは例であり、本発明の範囲に含まれるであろうＬＢＴＵまたはＨＢＴＵ燃料の範囲を限定することは意図していない。

発熱量を用いて、燃料のエネルギー特性を規定しても良い。たとえば、燃料の発熱量を、所定量の燃料を燃焼させることによって放出される熱量として規定しても良い。特に、低位発熱量（ＬＨＶ）を、所定量を（たとえば、最初に２５°Ｃまたは別の基準状態で）燃焼させて、燃焼生成物の温度をターゲット温度（たとえば、１５０°Ｃ）に戻すことによって放出される熱量として規定しても良い。ＬＨＶの一例は、英国熱量単位（ＢＴＵ）／標準立方フィート（ｓｃｆ）であり、たとえばＢＴＵ／ｓｃｆである。標準立方フィート（ｓｃｆ）は、気体量の測定値として規定しても良く、６０華氏温度および圧力として１４．６９６ポンド／平方インチ（１ａｔｍ）または１４．７３ｐｓｉ（３０ｉｎＨｇ）における１立方フィートの体積に等しい。さらなる例として、高位発熱量（ＨＨＶ）を燃焼生成物における水の凝縮熱として規定しても良い。以下の説明では、ＬＨＶおよび／またはＢＴＵレベル（たとえば、低いかまたは高い）を用いて、種々の燃料の発熱量を示す場合があるが、決して限定を意図してはいない。他の任意の値を用いて、開示した実施形態の範囲内にある燃料のエネルギーおよび／または熱出力を特徴付けても良い。

特定の実施形態においては、開示した実施形態が、制御器、制御論理回路、および／またはシステムとして、ＬＢＴＵおよびＨＢＴＵ燃料の所望の混合物が、応用例に対する好適な発熱量（たとえば、ＬＨＶ）に到達することを容易にするように構成された燃焼制御を有するものを含む場合がある。たとえば、一実施形態では、ＬＢＴＵガス燃料を主な燃料供給源として用いても良く、少量のＨＢＴＵ液体燃料を加えて、当初のＬＢＴＵ燃料よりも相対的に高位発熱量（たとえば、より高いＬＨＶ）を有する混合物を形成しても良い。こうして、開示した実施形態では、種々の制御装置に結合された燃料混合システムを含む場合がある。加えて、開示した実施形態を、システム条件に応答して、燃料を燃焼領域に送出するときに、ＨＢＴＵおよびＬＢＴＵ燃料の燃料ストリームの混合をリアル・タイムでまたは実行中に行なうとして記載する場合がある。これは、予混合燃料またはＨＢＴＵ燃料を単独で用いる場合よりも、効率が向上する。

高ＢＴＵ（ＨＢＴＵ）液体燃料を噴射して、システム条件に応じて種々の量のＬＢＴＵガス燃料ストリームと混合しても良い。たとえば、低パワー需要の間は、たとえば定常状態のタービン動作の間は、小さい流れのＨＢＴＵ液体燃料をＬＢＴＵガス燃料ストリームと混合しても良い。そして、高パワー需要の間は、たとえば起動または高負荷においては、より大きい流れのＨＢＴＵ液体燃料をＬＢＴＵガス燃料システムと混合しても良い。また混合プロセスを、複数の因子に従って調整しても良い。因子としてはタービン・システムの状態が挙げられ、たとえば起動条件、重負荷条件、過渡条件、定常状態条件、低負荷条件、またはそれらの組み合わせである。さらに、混合プロセスに影響する場合があるシステム条件の他の例として、高度、圧力、または温度を挙げても良い。混合プロセスによって生成されるＨＢＴＵ燃料およびＬＢＴＵ燃料ストリームの混合物をより効率的に用いることによって、燃料制御システムはより柔軟、より効率的、およびより制御可能になる場合がある。また、燃料制御プロセスにおいて用いる混合システムを、複数のタイプのタービン・システムにおいて種々の条件で用いても良く、その結果、全般的なコスト削減につながる。

図１は、ガス・タービン、蒸気タービン、および熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システムを有する複合サイクル・パワー発生システム１０の実施形態の概略的なフロー図である。システム１０は、第１の負荷１４を駆動するためのガス・タービン１２を備えていても良い。第１の負荷１４は、たとえば、電力を生成するための発電機であっても良い。ガス・タービン１２は、タービン１６、燃焼器または燃焼室１８、および圧縮機２０を備えていても良い。またシステム１０は、第２の負荷２４を駆動するための蒸気タービン２２を備えていても良い。第２の負荷２４も、電力を発生させるための発電機であっても良い。しかし第１および第２の負荷１４、２４は両方とも、ガス・タービン１２および蒸気タービン２２によって駆動可能な他のタイプの負荷であっても良い。加えて、ガス・タービン１２および蒸気タービン２２は、例示した実施形態において示すように、別個の負荷１４および２４を駆動しても良いが、ガス・タービン１２および蒸気タービン２２を縦に並べて用いて、単一のシャフトを介して単一の負荷を駆動しても良い。例示した実施形態においては、蒸気タービン２２は、１つの低圧部分２６（ＬＰＳＴ）、１つの中間圧部分２８（ＩＰＳＴ）、および１つの高圧部分３０（ＨＰＳＴ）を備えていても良い。しかし蒸気タービン２２は、ガス・タービン１２とともに、その具体的な構成は、具体化に固有であっても良く、部分の任意の組み合わせを備えていても良い。

またシステム１０は、多段のＨＲＳＧ３２を備えていても良い。例示した実施形態におけるＨＲＳＧ３２の構成要素は、ＨＲＳＧ３２の単純化した表現であり、限定は意図していない。むしろ、例示したＨＲＳＧ３２は、このようなＨＲＳＧシステムの一般的な動作を伝えるために示している。ガス・タービン１２から出る加熱された排気ガス３４を、ＨＲＳＧ３２内に運んで、蒸気タービン２２を推進するために用いる蒸気を加熱するために用いても良い。蒸気タービン２２の低圧部分２６からの排気を凝縮器３６内に送っても良い。凝縮器３６からの凝縮物を次に、凝縮物ポンプ３８を用いてＨＲＳＧ３２の低圧部分内に送っても良い。

凝縮物は次に、低圧のエコノマイザ４０（ＬＰＥＣＯＮ）を通って流れても良い。低圧のエコノマイザ４０は、たとえば、ガスを用いて給水を加熱するように構成された装置であり、凝縮物を加熱するために用いても良い。低圧のエコノマイザ４０から、凝縮物を、低圧の蒸発器４２（ＬＰＥＶＡＰ）内に送っても良いし、中間圧のエコノマイザ４４（ＩＰＥＣＯＮ）の方へ送っても良い。低圧の蒸発器４２から出た蒸気を、蒸気タービン２２の低圧部分２６へ戻しても良い。同様に、中間圧のエコノマイザ４４から、凝縮物を、中間圧の蒸発器４６（ＩＰＥＶＡＰ）内に送っても良いし、高圧力のエコノマイザ４８（ＨＰＥＣＯＮ）の方へ送っても良い。加えて、中間圧のエコノマイザ４４から出た蒸気を、燃料ガス・ヒーター（図示せず）へ送っても良い。燃料ガス・ヒーターでは、蒸気を用いて、ガス・タービン１２の燃焼室１８内で用いる燃料ガスを加熱しても良い。中間圧の蒸発器４６から出た蒸気を、蒸気タービン２２の中間圧部分２８へ送っても良い。この場合もやはり、エコノマイザ、蒸発器、および蒸気タービン２２の間の接続部は、具体化とともに変わっても良い。なぜならば、例示した実施形態は単に、本実施形態の固有の態様を用いても良いＨＲＳＧシステムの一般的な動作を例示しているだけだからである。

最後に、高圧力のエコノマイザ４８から出た凝縮物を、高圧力の蒸発器５０（ＨＰＥＶＡＰ）内に送っても良い。高圧力の蒸発器５０を出た蒸気を、最初の高圧力の過熱器５２および最後の高圧力の過熱器５４内に送っても良い。ここでは、蒸気を過熱して、最終的に蒸気タービン２２の高圧部分３０に送る。蒸気タービン２２の高圧部分３０から出た排気を次に、蒸気タービン２２の中間圧部分２８内に送っても良く、蒸気タービン２２の中間圧部分２８から出た排気を、蒸気タービン２２の低圧部分２６内に送っても良い。

段間の過熱防止装置５６を、最初の高圧力の過熱器５２と最後の高圧力の過熱器５４との間に配置しても良い。段間の過熱防止装置５６により、最後の高圧力の過熱器５４から出た蒸気の排気温度のより堅固な制御が可能になる場合がある。具体的には、段間の過熱防止装置５６を、最後の高圧力の過熱器５４から出る蒸気の温度を制御するように構成しても良い。これは、最後の高圧力の過熱器５４を出る蒸気の排気温度が所定の値を超えるたびに、より冷たい給水スプレイを、過熱された蒸気内に、最後の高圧力の過熱器５４の上流で噴射することによって行なっても良い。

加えて、蒸気タービン２２の高圧部分３０から出た排気を、主の再加熱器５８および副の再加熱器６０内に送っても良い。ここでは、排気を、蒸気タービン２２の中間圧部分２８内に送る前に再加熱しても良い。また主の再加熱器５８および副の再加熱器６０を、段間の過熱防止装置６２に付随させて、再加熱器からの排気蒸気温度の制御を図っても良い。具体的には、段間の過熱防止装置６２を、副の再加熱器６０から出る蒸気の温度を制御するように構成しても良い。これは、副の再加熱器６０から出る蒸気の排気温度が所定の値を超えるたびに、より冷たい給水スプレイを、過熱された蒸気内に、副の再加熱器６０の上流で噴射することによって行なっても良い。

複合サイクル・システムたとえばシステム１０では、高温の排気がガス・タービン１２から流れてＨＲＳＧ３２を通っても良く、また高温の排気を用いて高圧高温の蒸気を発生させても良い。ＨＲＳＧ３２によって生成される蒸気を次に、蒸気タービン２２に通してパワーの発生を図っても良い。加えて、生成された蒸気を、過熱した蒸気を用いても良い他の任意のプロセスに供給しても良い。ガス・タービン１２の発生サイクルは多くの場合に「トッピング・サイクル」と言われ、一方で、蒸気タービン２２の発生サイクルは多くの場合に「ボトミング・サイクル」と言われる。これらの２つのサイクルを、図１に例示したように組み合わせることによって、複合サイクル・パワー発生システム１０は、両サイクルの効率を上げることにつながる場合がある。特に、トッピング・サイクルからの排熱を捕らえて、ボトミング・サイクルで用いる蒸気を発生させるために用いても良い。

図１に例示した複合サイクル・パワー発生システム１０をＩＧＣＣパワー発生システム１０に、システム１０内にガス化装置／ガス燃料供給源６４を導入することによって改造しても良い。石炭を燃やすのではない石炭ガス化プロセス（ガス化装置／ガス燃料供給源６４内で行なわれる）では、蒸気との相互作用ならびにガス化装置／ガス燃料供給源６４内の高圧および温度が原因で、ガス化装置／ガス燃料供給源６４が石炭を化学的に壊す場合がある。このプロセスから、ガス化装置／ガス燃料供給源６４は、主にＣＯおよびＨ_２からなる燃料またはガス混合物６６を生成する場合がある。さらに燃料供給６８が、燃料またはガス混合物６６と混合すべき高発熱量の液体燃料７０をもたらす場合がある。液体燃料７０はＨＢＴＵ燃料（たとえば生物燃料、重油燃料、ケロシン、およびディーゼル燃料）であっても良い。これらの例は、本実施形態の範囲に含まれるであろうＨＢＴＵ燃料を限定することは意図していない。ガス混合物６６は、合成ガス（たとえば、シンガス）と言っても良く、気化器／混合器７２の内部で液体燃料７０と混合させた後で燃焼器１８内で燃やしても良い。混合燃料７４を燃焼器１８内に、燃焼プロセスによるタービン１６の駆動を可能にする１つまたは複数の燃料ノズルを介して噴射しても良い。以下で詳細に説明するように、燃料またはガス混合物６６は、低発熱量（たとえば、低ＬＨＶ値）であるＬＢＴＵ燃料供給源であっても良い。ＬＢＴＵ燃料供給源は、効率的に燃焼させることが難しい可能性がある。燃料供給ストリーム７０は、高発熱量（たとえば、高いＬＨＶ値）の液体ＨＢＴＵ燃料であっても良い。その結果、燃焼器１８内で混合燃料７４をより効率的に燃焼させることが可能になる。理解されるように、利用可能な開示した実施形態は、単純サイクル応用例でもある可能性がある。このような場合、開示した技術およびシステムは、蒸気タービンを用いることなく適用されるであろう。

燃料６６、７０、および７４の発熱量は、応用例、動作条件、および他の因子に応じて変わっても良いが、以下に複数の例を、単に開示した実施形態を例示するために示す。特定の実施形態においては、ＬＢＴＵガス燃料６６はＬＨＶが約２００ＢＴＵ／ｓｃｆ未満であっても良く、一方で、ＨＢＴＵ液体燃料７０はＬＨＶが約２００ＢＴＵ／ｓｃｆを超えていても良い。この実施形態においては、燃料６６および７０の混合物から形成される燃料７４は、ＬＨＶが少なくとも約２００ＢＴＵ／ｓｃｆよりも大きいかまたは少なくとも２００〜３００ＢＴＵ／ｓｃｆまたはそれ以上のものである場合がある。しかしこれは、単に燃料６６、７０、および７４の１つの可能な例に過ぎない。

特定の実施形態においては、ＬＢＴＵガス燃料６６は、ＬＨＶが約５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５、もしくは２５０ＢＴＵ／ｓｃｆ（またはこれ未満）であっても良い。この実施形態においては、液体燃料７０は、ＬＨＶが少なくともＬＢＴＵガス燃料６６より大きくても良い。たとえば、燃料７０のＬＨＶは、約２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、もしくは５００ＢＴＵ／ｓｃｆ以上（またはこれを超える）であっても良い。この実施形態においては、燃料混合物７４は、ＬＨＶが少なくともＬＢＴＵガス燃料６６より大きくても良い。たとえば、燃料混合物７４のＬＨＶは、約２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、もしくは５００ＢＴＵ／ｓｃｆ以上（またはこれを超える）であっても良い。

後述するように、ガス・タービンまたはタービン・システム１２は、混合器７２に結合された制御システムを備えていても良い。制御システム７２は、液体燃料７０、ガス混合物６６、および混合燃料７４の比率、流量、温度、および他の条件を調整する。具体的には、混合器７２に送られる液体燃料７０の流量および総量を、重タービン負荷条件の間に増やしても良い。重タービン負荷条件は、システム起動の間またはピーク需要の間に起きる場合がある。システム起動の間、ガス・タービン１２は、タービン・サイクルを開始してタービン・ブレードなどの構成要素（通常、起動する前は静止している）を動かすための高パワー出力を要求する場合がある。加えて、パワーを生成するために用いるタービンの場合、ピーク用力時にはタービン負荷は高くなることがある。起動および他の重負荷タービン・システム条件では、制御システムは、液体燃料７０の流量を増やしても良い。その結果、混合器７２内でのＨＢＴＵ燃料とＬＢＴＵ燃料との比率が増加し、燃焼器１８に供給される混合燃料７４の全体的品質も増加する。さらに、混合燃料７４は高位発熱量（たとえば、より高いＬＨＶ値）であるため、燃焼器内で燃料をいつどこで燃やすかに対してより良好な制御が可能になる。このような実施形態においては、タービン１２、混合器７２、および制御器によって、燃焼プロセスのより良好な制御が実現する。

図２では、タービン・システム１２の実施形態のブロック図を例示する。タービン・システム１２は、タービン・システム１０を動かすために液体またはガス燃料（たとえば天然ガスおよび／または水素リッチ・シンガス）を用いても良い。例示した実施形態においては、気化器／混合器７４は、エネルギーまたは発熱量が異なる複数の燃料（たとえば、ＬＢＴＵガス燃料６６およびＨＢＴＵ液体燃料７０）を受け取って、混合物７４を燃料ノズル７６へ送出するように構成されている。たとえば、気化器／混合器７４は、ＨＢＴＵ液体燃料７０を噴霧および／または気化して、それをＬＢＴＵガス燃料６６と混合し、当初のＬＢＴＵガス燃料６６よりもＬＨＶが相対的に高い燃料混合物７４を形成しても良い。一実施形態においては、ＨＢＴＵ液体燃料７０の気化を、混合する間に、噴霧、熱付加、またはそれらの組み合わせなどのプロセスによって行なっても良い。図示したように、燃料ノズル７６は、燃料混合物７４を取り入れて、燃料を取入口７８からの空気と混合し、空気燃料混合気を燃焼器１８内に分配する。空気燃料混合気は、燃焼器１８内のチャンバ内で燃焼し、その結果、高温加圧排気ガスが形成される。燃焼器１８は、排気ガスをタービン１６を通して排気口８０の方へ送る。排気ガスがタービン１６を通ると、ガスによって強制的に、タービン・ブレードがシャフト８２をシステム１２の軸に沿って回転させる。例示したように、シャフト８２は、タービン・システム１２の種々の構成要素（たとえば圧縮機２０）に接続されている。圧縮機２２はまた、シャフト８２に結合されたブレードを備える。こうして、圧縮機２２内のブレードはシャフト８２の回転とともに回転する。その結果、空気取り入れ口７８からの空気が圧縮機２２を通るときに圧縮されて、燃料ノズル７６および／または燃焼器１８内に入っていく。シャフト８２は負荷１４にも接続されている。負荷１４は、車両または定常負荷（たとえばパワー・プラントにおける発電機または航空機上のプロペラ）であっても良い。負荷１４は、タービン・システム１２の回転出力によってパワー供給される好適な任意の装置であっても良い。

図３は、図２に示すタービン・システム１２の実施形態の切り欠き側面図である。タービン・システム１２は、１つまたは複数の燃焼器１６の内部に配置された１つまたは複数の燃料ノズル７６を備えている。各燃料ノズル７６から、開示した実施形態の固有の態様により、燃料混合物７４（たとえば、ＬＢＴＵガス燃料６６および気化されたＨＢＴＵ液体燃料７０）が送出される。一実施形態においては、６つ以上の燃料ノズル７６を各燃焼器１８の基部に環状または他の配置で取り付けても良い。またシステム１２は、複数の燃焼器１６（たとえば、４、６、８、１２個）を環状配置で備えていても良い。空気が空気取り入れ口７８を通ってシステム１２に入る。空気を圧縮機２０において加圧しても良い。圧縮空気を次に、燃焼器１８内でガスと混合して燃焼を図っても良い。たとえば、燃料ノズル７６は、燃料空気混合気を燃焼器内に、最適な燃焼、放出、燃料消費、およびパワー出力を得るための好適な比率で噴射しても良い。燃焼によって、高温加圧排気ガスが発生する。このガスによって次に、タービン１６内のブレードが駆動され、シャフト８２、したがって圧縮機２０および負荷１４が回転する。タービン・ブレードの回転によってシャフト８２の回転が起きても良く、その結果、圧縮機２２内のブレードが空気を吸い込んで加圧する。この場合もやはり、前述したように、混合室または混合器７２を燃焼器１８に結合して、燃料ノズル７６から燃焼器１８内に噴射される燃料の発熱量を制御しても良い。こうして混合室７２によって、燃焼プロセスのより良好な制御が可能になる結果、異なる条件においてタービン・システム１２を使用することに対する柔軟性が高まり、複数のタイプの燃料をタービンによって用いることができる。具体的には、低いコストのＬＢＴＵ燃料を、より多くのタービン・システム１２およびより広範囲の条件で用いても良い。なぜならば、混合室７２、ガス燃料混合物６６、混合燃料７４、および関連する構成要素によって燃料品質レベルが調整可能になったことで柔軟性を有することが可能になったからである。タービン・システム１２が、負荷レベルおよびタービン・システム１２の状態に対して燃料品質を調整できることによって、全体的な燃料コストを下げることができる。

図４は、タービン・システム１２の実施形態の詳細なブロック図であり、混合室７２における燃料混合プロセスを可能にするように構成されたシステム制御器８６および他の構成要素を備えている。システムの状態についての情報（ブロック８３によって示す）は、たとえば、センサ８４からの測定値およびデータベース８５に記憶された履歴データであるが、この情報を、システム制御器８６に送って、燃料供給源６４および６８を制御するために用いても良い。たとえば、データベース８５が与える履歴データは、タービン・システム１２に対する負荷が増加した期間を示しても良く、その結果、システム制御器８６が燃料混合物を相応に調整することができる。図示したように、システム制御器８６は、制御ライン８７を介して、液体燃料供給６８（たとえば、ＨＢＴＵ液体燃料）およびガス燃料供給源６４（たとえば、ＬＢＴＵガス燃料）に結合されている。加えて、システム制御器８６は、液体燃料供給６８およびガス燃料供給源６４の流量、温度、混合比、および他の条件を、制御ライン８７を介して調整および制御しても良い。具体的には、制御ライン８７は、混合室７２内の燃料混合プロセスを制御するためのバルブ、駆動部、センサ、および他の機器を制御するための電気的および流体的な連絡線を含んでいても良い。システム制御器８６を、加熱コイルまたは別の好適な加熱／冷却メカニズムに結合して、液体燃料供給６８およびガス燃料供給源６４の温度を制御しても良い。さらに一実施形態においては、制御器８６を、低ＢＴＵ燃料６６の流量および高ＢＴＵ燃料７０の流量を制御するように構成しても良い。加えて、制御器８６は、低ＢＴＵ燃料６６の温度および高ＢＴＵ燃料７０の温度を制御するように構成されている。

一実施形態においては、システム制御器８６は、タービン・システム１２の構成要素に接続された工業用コンピュータであっても良く、その結果、システム制御器８６は、システム条件に従って燃料混合プロセスを調整することができる。たとえば、タービン・システム１２の全体に渡って配置されるセンサ８４は負荷の増加を示しても良く、その結果、システム制御器８６は、混合器７２によって生成される燃料品質レベルを上げる。システム制御器８６は、制御バルブを用いて、液体燃料供給６８から来るＨＢＴＵ燃料７０の流量を増やして混合燃料品質レベルを上げても良く、その結果、重負荷システム状態に対してより多くのパワーが生成される。前述したように、システム制御器８４による燃料品質レベルの増加は、重負荷使用頻度を示す傾向データに従って、データベース８５に記憶された繰り返される周期的な傾向データに基づいて、タービン・システム１２に対して重負荷が周期的に発生する間に行なっても良い。たとえば、タービン・システム１２における重負荷の発生が、動作中に毎日午後２：００に起こる場合、システム制御器８６は、この傾向データを見越して混合器７２における燃料品質レベルを上げても良い。さらに、傾向データが低負荷の動作傾向を示す場合、システム制御器８６は、低負荷の間はＨＢＴＵ液体燃料７０をＬＢＴＵガス燃料６６と混合することを減らすかまたはなくしても良い。例示したように、混合器７２は燃焼器１８に結合されているため、混合燃料ストリーム７４を燃焼器１８へ送って、タービン・システム１２にパワーを供給する燃焼プロセスを図る。理解されるように、燃焼プロセスによってタービン１６が、排気ガスが流れると駆動し、その結果、負荷１４が駆動され、シャフト８２が回転する。

図５は、タービン燃焼器の燃料混合プロセスをモニタおよび制御するための典型的な方法（たとえば、コンピュータ実行方法）のフロー・チャートである。方法８８は、モニタおよび制御ソフトウェアからなる一体部分であっても良く、またシステム制御器８６のコンピュータのオペレータ・インターフェース上に表示しても良い。ステップ９０では、低位発熱量（ＬＨＶ）または発熱量（ＨＶ）を、ＬＢＴＵ燃料ストリームおよび供給に対して計算しても良い。たとえば、システム制御器８６は、ＬＢＴＵ燃料に対する発熱量の計算を、燃料の温度、燃料の流量、および／または他の条件を検知することによって行なっても良い。ステップ９２では、ターゲット燃料品質レベルをタービン・システム１２の状態に基づいて決定する。前述したように、タービン・システム１２の状態には、起動状態、重負荷状態、定常状態、または他のシステム状態として、長期保存データによってかまたはリアル・タイムのシステム測定値によって決定しても良い状態を含めても良い。ステップ９４では、液体ＨＢＴＵ燃料に対する発熱量を、温度、流量、または他のメカニズムを介して制御して、タービン・システム１２の決定された状態に対して調整しても良い。たとえば、液体ＨＢＴＵ燃料の温度を増加または減少させて、液体燃料の発熱量を、システム状態（たとえば重負荷または定常状態）に応じて調整しても良い。

ステップ９６では、システム制御器８６が、液体燃料供給の発熱量を変更する必要があるかどうかを判定しても良く、そして液体ＨＢＴＵ燃料供給に対して適切な調整を施しても良い。たとえば、液体燃料貯蔵タンク内に配置された加熱コイルによって、タービン・システム１２に供給される液体ＨＢＴＵ燃料の温度を上げる。あるいは、一連の液体加熱または冷却経路を用いて、燃料供給温度を変えても良い。ステップ９８では、液体ＨＢＴＵ燃料の流量を、タービン・システム１２の状態に応じて調整しても良い。一実施形態においては、システムが低負荷または定常状態状況にある場合には、液体ＨＢＴＵ燃料を減らして最小流量または無流量にしても良い。ステップ１００では、前述したように、液体ＨＢＴＵ燃料をＬＢＴＵ燃料ストリーム内に噴射して、混合室内で燃料と混合しても良い。ＨＢＴＵ液体燃料をＬＢＴＵ燃料と混合することによって、混合燃料は、システム状態にとって最も適したほぼ所望の発熱量を得る場合があり、その結果、タービン・システム１２内での燃焼プロセスのより良好な制御が可能になる。さらに、燃料ストリームおよび発熱量を柔軟に制御することによって、種々のタービン構成において種々の燃料を用いることができる。ステップ１０２では、燃焼器内での燃料ノズルから混合燃料ストリームを燃焼器内に噴射して燃焼プロセスを図る。これは前述した通りである。

本発明の技術的効果には、タービン・システムの状態および条件に応じて、用いるべき燃料の品質を変えられるようにすることによって、タービン・システム内での制御および柔軟性を向上させることが含まれる。加えて、燃料混合室およびシステムによって、ＬＢＴＵ燃料を種々のタービン応用例に渡って用いることが可能になり、その結果、燃料コストおよび製造コストが減る。さらに、いくつかの実施形態においては、本タービン・システムによって、性能、効率の向上、および放出の低下がもたらされる場合がある。

本発明の特定の特徴についてのみ本明細書において例示および説明してきたが、多くの変更および変形が当業者には想起される。したがって、添付の請求項は、本開示の真の趣旨に含まれるすべての変更および変形に及ぶことが意図されていることを理解されたい。

Claims (7)

1. 低英国熱量単位（ＢＴＵ）燃料（６６）の第１の発熱量を決定する（９０）ステップと、
   タービン・システム（１２）の起動条件に基づいて、第１のターゲットＢＴＵレベルを決定するステップと、
   タービン・システム（１２）の定常状態条件に基づいて第２のターゲットＢＴＵレベルを決定する（９２）ステップと、
   高ＢＴＵ燃料（７０）の第２の発熱量を制御する（９４）ステップと、
   タービン・システム（１２）の起動条件の間に、第１のターゲットＢＴＵレベルに基づいて第１の混合燃料を生成するために、高ＢＴＵ燃料（７０）と低ＢＴＵ燃料（６６）の混合を制御するステップと、
   タービン・システム（１２）の定常状態条件の間に、第２のターゲットＢＴＵレベルに基づいて第２の混合燃料を生成するために、高ＢＴＵ燃料（７０）と低ＢＴＵ燃料（６６）の混合を制御するステップと
   を含み、
   第１および第２の混合燃料は、起動条件および定常状態条件の間、前記低ＢＴＵ燃料を有する、方法。
2. 低ＢＴＵ燃料（６６）は低ＢＴＵガス燃料であり、高ＢＴＵ燃料（７０）は高ＢＴＵ液体燃料である、請求項１に記載の方法。
3. 起動条件および定常状態条件の間、タービン・システムの燃焼器の上流の混合室で高ＢＴＵ燃料（７０）と低ＢＴＵ燃料（６６）との混合する、請求項１に記載の方法。
4. 低ＢＴＵ燃料（６６）は低ＢＴＵガス燃料であり、高ＢＴＵ燃料（７０）は高ＢＴＵ液体燃料であり、
   混合を制御するステップが、混合室で高ＢＴＵ燃料を噴射または気化して混合するステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. タービン・システムの動作パラメータをモニタするステップと、
   タービン・システムの動作に関連する履歴データにアクセスするステップと、
   ターゲットＢＴＵレベルを決定し、高ＢＴＵ燃料と低ＢＴＵ燃料の混合を制御するために、前記動作パラメータと前記履歴データを評価するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
6. 高炉ガス（ＢＦＧ）、コーク炉ガス（ＣＯＧ）、および合成ガスのうちの少なくとも１つの供給源から低ＢＴＵ燃料を受け取るステップと、
   混合燃料の生成のために、高炉ガス（ＢＦＧ）、コーク炉ガス（ＣＯＧ）、または合成ガスを、タービン・システムのタービン燃焼器の上流の混合室で、高ＢＴＵ燃料と混合するステップと、
   タービン燃焼器で混合燃料を燃焼するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
7. 混合室（７２）を備えるタービン・システムであって、
   混合室（７２）は、
   低ＢＴＵ燃料（６６）を受け取るように構成された低英国熱量単位（ＢＴＵ）燃料入口と、
   高ＢＴＵ燃料（７０）を受け取るように構成された高ＢＴＵ燃料入口と、
   混合燃料（７４）を燃料ノズル（７６）へ送るように構成された燃料出口と
   を備えており、当該タービン・システムが、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法を実施するためのコンピュータ・ソフトウェアが実装された制御システム（８６）をさらに備える、タービン・システム。
   

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