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公開番号2024160695
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-14
出願番号2024070123
出願日2024-04-23
発明の名称ガスタービンエンジンの排出ガスを削減するためのシステム及び方法
出願人ゼネラルエレクトリックテクノロジーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング,General Electric Technology GmbH
代理人個人,弁理士法人NIP&SBPJ国際特許事務所
主分類F02C 3/30 20060101AFI20241107BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】動力効率を改善しつつ、ガスタービンエンジンの排出ガスを削減するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】発電システム(10)は、圧縮機セクション(14)と、燃焼器セクション(22)と、タービンセクション(28)とを有するガスタービンエンジン(12)を備える。発電システム(10)は、圧縮機セクション(14)に希釈剤(46)を供給する希釈剤供給システム(200)も備える。供給された希釈剤(46)と周囲空気は圧縮機セクション(14)で一緒に圧縮された後で燃焼器セクション(22)に送られる。かかるシステム(200)を用いてガスタービンエンジン(12)の排出ガス性能の向上を促進する方法も提供される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ガスタービンエンジン（１２）に希釈剤（４６）を供給する方法であって、当該方法が、
前記ガスタービンエンジン（１２）の圧縮機セクション（１４）に希釈剤（４６）を注入するステップと、
周囲空気を前記圧縮機セクション（１４）に導くステップと、
前記ガスタービンエンジン（１２）の排出性能の向上を促進するため前記圧縮機セクション（１４）内で前記希釈剤（４６）と前記周囲空気を一緒に圧縮するステップと
を含む、方法。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記圧縮機セクション（１４）に希釈剤（４６）を供給するステップが、前記圧縮機セクション（１４）に前記希釈剤（４６）を供給する前に、空気分離ユニット（４０）から前記圧縮機セクション（１４）に前記希釈剤（４６）を導くことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記圧縮機セクション（１４）に希釈剤（４６）を供給するステップが、補助圧縮機を通して希釈剤（４６）を導くことなく、空気分離ユニット（４０）から前記圧縮機セクション（１４）に前記希釈剤（４６）を導くことをさらに含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記圧縮機セクション（１４）に希釈剤（４６）を供給するステップが、前記圧縮機セクション（１４）に前記希釈剤（４６）として窒素（Ｎ
２
）を供給することをさらに含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記圧縮機セクション（１４）に希釈剤（４６）を供給するステップが、前記圧縮機セクション（１４）に前記希釈剤（４６）として二酸化炭素（ＣＯ
２
）を供給することをさらに含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記圧縮機セクション（１４）に希釈剤（４６）を供給するステップが、マニホールド（１１２）を用いて前記圧縮機セクション（１４）内に前記希釈剤（４６）を分配することをさらに含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
当該方法が、
前記ガスタービンエンジン（１２）の排出挙動の指標となる信号をコントローラ（１２６）によって受信するステップであって、前記信号が、排出センサ（１２２）、温度センサ（１２０）、酸素センサ（１２４）、圧力センサ、光学センサ又は排気スタックを通過する排気ガスの組成を測定するために排気スタックに結合したセンサの１以上から受信される、ステップと、
少なくとも前記信号に基づいて前記圧縮機セクション（１４）への前記希釈剤（４６）の流れを前記コントローラ（１２６）によって制御するステップと
をさらに含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも前記信号に基づいて制御するステップが、前記ガスタービンエンジン（１２）の排出性能の向上を促進するために、前記圧縮機セクション（１４）に供給される前記希釈剤（４６）の流動パラメータを選択的に調整することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
発電システムであって、当該発電システムが、
ガスタービンエンジン（１２）であって、
入口を含む圧縮機セクション（１４）、
前記圧縮機セクション（１４）の下流側の燃焼器セクション（２２）、及び
前記燃焼器セクション（２２）の下流側のタービンセクション（２８）であって運転中に排気ガス（３２）を排出するタービンセクション（２８）
を備えるガスタービンエンジン（１２）と、
前記圧縮機セクション（１４）に希釈剤（４６）を供給する希釈剤供給システム（２００）と
を備えており、前記希釈剤（４６）と周囲空気は圧縮機セクション（１４）で一緒に圧縮された後で下流の燃焼器セクション（２２）に送られる、発電システム。
【請求項１０】
周囲空気を分離して希釈剤（４６）を生成するための空気分離ユニット（４０）であって、前記圧縮機セクション（１４）と流体連通した空気分離ユニット（４０）と、
前記空気分離ユニット（４０）から前記圧縮機セクション（１４）に導かれる前記希釈剤（４６）の流動パラメータの制御に用いられる１以上の流れ制御装置（１０４）と
をさらに備える、請求項９に記載の発電システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、特に、排出ガスを低減するためにガスタービンエンジンの圧縮機セクションに希釈剤を供給するためのシステム及び方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、産業用及び発電用に広く使用されている。従来のガスタービンエンジンは、圧縮機セクションと、圧縮機セクションの下流側の燃焼器セクションと、燃焼器セクションの下流側のタービンセクションとを備える。周囲空気のような作動流体は、圧縮機セクションに流入して圧縮され、燃焼器セクションに入る。圧縮した作動流体を燃料と混合して燃焼器セクションで燃焼させて、燃焼ガスを発生させ、燃焼ガスはタービンセクションで膨張して軸を回転させ、電気を発生させる。
【０００３】
少なくとも幾つかの公知のガスタービンエンジンでは、圧縮された作動流体は、燃焼を維持するのに必要な酸素の量よりも過剰量の酸素を含む。その結果、燃焼器セクション内の温度が上昇し、限定されるものではないが、窒素酸化物（以下、ＮＯ
ｘ
）を始めとする各種の不要排出物が生成しかねない。したがって、燃焼器セクションに入る利用可能な酸素を減らすと、作動温度が調整され、ＮＯ
ｘ
発生量が減少する。
【０００４】
当技術分野では、燃焼器セクションでの燃焼温度を調整し、ＮＯ
ｘ
発生量を低減するための様々な方法が知られている。公知の方法の１つは、作動流体に希釈剤を供給して、燃焼前に酸素含有量を減少させることを含む。希釈された作動流体は、依然として燃焼を維持するのに十分な酸素を含む。様々な希釈剤、例えば蒸気、窒素ガス（Ｎ
２
）及び／又は二酸化炭素（ＣＯ
２
）を使用し得る。希釈剤を補助圧縮機で加圧してから、加圧した希釈剤を燃焼器セクションに導入してもよい。補助圧縮機はガスタービンエンジンの圧縮機セクションとは別体であるので、補助圧縮機は１以上のエネルギー源を必要とし、ガスタービンエンジンの全体的動力効率を低下させてしまう。
【０００５】
そこで、動力効率を改善しつつ、ガスタービンエンジンのＮＯ
ｘ
排出を低減することが求められている。既存のタービンエンジンハードウェアの実質的な再構成又は再設計を必要とせずに、ガスタービンエンジン内の火炎温度及び／又はＮＯ
ｘ
のような排出物をさらに低減させることができれば望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、ガスタービンエンジンに希釈剤を供給する方法を提供する。本方法は、ガスタービンエンジンの圧縮機セクションに希釈剤を注入し、周囲空気を圧縮機セクションに導くことを含む。本方法は、ガスタービンエンジンの排出性能の向上を促進するために、圧縮機セクション内で希釈剤と周囲空気を一緒に圧縮することをさらに含む。
【０００７】
別の態様では、発電システムは、ガスタービンエンジンを含む。ガスタービンエンジンは、入口を含む圧縮機セクションと、圧縮機セクションの下流側の燃焼器セクションと、燃焼器セクションの下流側のタービンセクションとを備える。運転中、タービンセクションから排気ガスが排出される。本システムは、圧縮機セクションに希釈剤を供給する希釈剤供給システムをさらに含んでおり、希薄剤と周囲空気を圧縮機セクションで一緒に圧縮してから、下流の燃焼器セクションに送られる。
【０００８】
別の態様では、ガスタービンエンジンを提供する。ガスタービンエンジンは、入口を含む圧縮機セクションと、圧縮機セクションの下流側の燃焼器セクションと、燃焼器セクションの下流側のタービンセクションとを備えており、運転中にタービンセクションから排気ガスが排出される。希釈剤制御システムは、圧縮機セクションに希釈剤を供給する希釈剤供給システムを備えており、希釈剤と周囲空気は、圧縮機セクションで一緒に圧縮されてから、下流の燃焼器セクションに送られる。希釈剤供給システムは、圧縮機セクションに供給される希釈剤の流動パラメータを制御するための１以上の流れ制御装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の上記その他の特徴、態様及び利点については、添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができよう。
公知の補助希釈剤圧縮機を用いて希釈剤を圧縮してからガスタービンエンジンの燃焼器セクションに希釈剤を供給する希釈剤供給システムを含む例示的な発電システムの概略図。
改善された排出性能を有し、かつガスタービンエンジンの圧縮機セクションに希釈剤を供給するための希釈剤供給システムを備える代替発電システムの概略図。
改善された排出性能を有し、かつガスタービンエンジンの圧縮機セクションに希釈剤を供給するための希釈剤供給システムを備える別の代替発電システムの概略図。
改善された排出性能を有し、かつガスタービンエンジンの圧縮機セクション及び燃焼器セクションに希釈剤を供給するための希釈剤供給システムを備える別の別の代替発電システムの概略図。
図２～図４に示す希釈剤供給システムで使用し得る例示的な希釈剤制御システムのブロック図。
図２～図５に示す希釈剤供給システムを備えたガスタービンエンジンの排出性能を向上させる例示的方法のフローチャート。
【００１０】
別途記載されていない限り、本願に添付した図面は、本開示技術の実施形態の特徴を例示するものである。これらの特徴は、本開示技術の１以上の実施形態を包含する多種多様なシステムに適用できると思料される。そのため、図面は、本明細書で開示する実施形態の実施に必要とされる当業者に公知の慣用的特徴をすべて含んでいるわけではない。複数の図面間で同様の特徴は、同様の符号を用いて示してある。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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