水素リッチ燃料を生成するためのシステム及び方法
【課題】水素リッチ燃料を現場で生成できる統合ガスタービンシステムを提供する。
【解決手段】水素リッチ燃料を供給するシステム（１０）では、第１のガスタービン（１２）から加圧作動流体の一部（３４）を第２のガスタービン（１４）で受け取って改質燃料（４２）を生成し、燃料スキッド（２０）によって第２のガスタービンのタービン（４４）と第１のガスタービンの圧縮機（２４）とを流体連通する。水素リッチ燃料の供給法では、第１の加圧作動流体（３０）の一部（３４）を第１の圧縮機（２２）から第２の圧縮機（３６）に分流し、第２の圧縮機（３６）から第２の加圧作動流体を供給する。改質器（４０）で燃料（１８）を第２の加圧作動流体（３８）と混合して改質燃料（４２）を生成し、その改質燃料を第２のタービン（４４）に流して改質燃料を冷却し、第２のタービン（４４）を第２の圧縮機（３６）に接続して第２の圧縮機（３６）を駆動する。
【解決手段】水素リッチ燃料を供給するシステム（１０）では、第１のガスタービン（１２）から加圧作動流体の一部（３４）を第２のガスタービン（１４）で受け取って改質燃料（４２）を生成し、燃料スキッド（２０）によって第２のガスタービンのタービン（４４）と第１のガスタービンの圧縮機（２４）とを流体連通する。水素リッチ燃料の供給法では、第１の加圧作動流体（３０）の一部（３４）を第１の圧縮機（２２）から第２の圧縮機（３６）に分流し、第２の圧縮機（３６）から第２の加圧作動流体を供給する。改質器（４０）で燃料（１８）を第２の加圧作動流体（３８）と混合して改質燃料（４２）を生成し、その改質燃料を第２のタービン（４４）に流して改質燃料を冷却し、第２のタービン（４４）を第２の圧縮機（３６）に接続して第２の圧縮機（３６）を駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、後続の燃焼又は配分のために水素リッチ燃料を生成する統合ガスタービンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、産業及び発電運転において広く使用されている。典型的なガスタービンは、前部における軸流圧縮機と、中間部の周りの１以上の燃焼器と、後部におけるタービンとを含む。外気が圧縮機に流入し、圧縮機の動翼及び静翼が、作動流体（空気）に漸次的に運動エネルギーを与え、高エネルギー状態の加圧作動流体を生成する。加圧作動流体は、圧縮機から流出して燃焼器内に流れ、燃焼器において、加圧作動流体は燃料と混合され点火されて、高い温度、圧力及び速度を有する燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、タービン内で膨張して仕事を産出する。例えば、タービン内における燃焼ガスの膨張は、発電機に接続されたシャフトを回転させて電気を生成する。
【０００３】
燃料空気混合気がより希薄であるほど、燃焼によって生成される窒化酸化物が減少することは広く知られている。しかしながら、希薄燃料空気混合気は燃焼器内の火炎不安定性を招き、ガスタービンの運用を中断しかねない希薄ブローアウト（ＬＢＯ）事象の可能性が高くなる。燃料に水素を添加すると、希薄ブローアウトの発生が減少し、エミッションが改善され、乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器のようなほとんどの燃焼器の運転全体を向上させることができる。水素を安全に輸送することは困難であるので、燃料を補うのに必要とされる水素量を現場で生産できることが望ましいことになる。水素を現場で生産するのに種々の方法が知られている。例えば、自己熱改質（ＡＴＲ）及び蒸気メタン改質器（ＳＭＲ）を用いて水素リッチ燃料を生成することができる。一般に、これらの改質器は、高温高圧環境においてニッケルなどの触媒を天然ガスのような燃料に露出して純水素を生成して、触媒発熱反応によって超高温の排気物を生成するが、これはバルブ、シール、及び他のシステム構成要素に対して問題を起こす可能性がある。加えて、ＳＭＲ改質器は通常、容易には利用できない外部蒸気源を必要とする。最後に、水素リッチ排気ストリームの圧力は、ガスタービン燃焼器の圧力よりも一般的に低い。この結果として、ガスタービンの燃焼器に噴射できるように水素リッチな排気ストリームの圧力を高めるために、別個の圧縮機が必要とされる。従って、水素リッチ燃料を現場で生成できる統合ガスタービンシステムが有用となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６１５５０３９号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、又は、当該説明から明らかにすることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００６】
本発明の一実施形態は、水素リッチ燃料を供給するシステムである。本システムは、第１のガスタービン及び第２のガスタービンを含む。第１のガスタービンは、第１の加圧作動流体を生成する第１の圧縮機と、第１の圧縮機の下流側にある燃焼器と、燃焼器の下流側にある第１のタービンとを含む。第２のガスタービンは、第１の圧縮機と流体連通した第２の圧縮機を含む。第２の圧縮機は、第１の圧縮機から第１の加圧作動流体の一部を受け取り、第１の加圧作動流体よりも高圧の第２の加圧作動流体を生成する。第２の圧縮機の下流側にある改質器は、第２の加圧作動流体を受け取って改質燃料を生成する。改質器の下流側にある第２のタービンは、改質燃料を受け取って冷却改質燃料を生成する。第２のタービンを第２の圧縮機に接続するシャフトは、第２のタービンと第２の圧縮機との間に駆動係合をもたらす。第２のタービン及び燃焼器と流体連通した燃料スキッドは、第２のタービンから燃焼器への冷却改質燃料用の流路をもたらす。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、低圧圧縮機と、低圧圧縮機の下流側にある燃焼器と、燃焼器の下流側にある低圧タービンとを含む、水素リッチ燃料を供給するシステムである。低圧圧縮機は、第１の加圧作動流体を生成する。低圧圧縮機と流体連通した高圧圧縮機は、第１の加圧作動流体の一部を受け取り、第１の加圧作動流体よりも高い圧力を有する第２の加圧作動流体を生成する。高圧圧縮機の下流側にある改質器は、第２の加圧作動流体を受け取って改質燃料を生成する。改質器の下流側にある高圧タービンは、改質燃料を受け取って冷却改質燃料を生成する。第１のシャフトは、高圧タービンを高圧圧縮機に接続し、高圧タービンと高圧圧縮機との間の駆動係合をもたらす。高圧タービン及び燃焼器と流体連あいた燃料スキッドは、高圧タービンから燃焼器への冷却改質燃料用の流路をもたらす。
【０００８】
本発明はまた、水素リッチ燃料を供給する方法を含む。本方法は、第１の加圧作動流体の一部を第１の圧縮機から第２の圧縮機に分流する段階と、第２の圧縮機から第２の加圧作動流体を供給する段階とを含む。本方法はさらに、燃料を改質器において第２の加圧作動流体と混合して改質燃料を生成する段階と、改質燃料を第２のタービンに流し、改質燃料を冷却する段階と、第２のタービンを第２の圧縮機に接続し、第２のタービンが第２の圧縮機を駆動するようにする段階とを含む。
【０００９】
当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。
【００１０】
添付図の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者にとって最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態によるシステムの簡易ブロック図。
【図２】本発明の代替の実施形態によるシステムの簡易ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、その１以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似した要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似した表示を使用している。
【００１３】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、当業者であれば、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正及び変形を本発明において実施できる点は理解されるであろう。例えば、一実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用してさらに別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１４】
本発明の種々の実施形態は、ガスタービンの全体の効率を高めるために統合された熱力学サイクルを利用する。具体的には、統合熱力学サイクルは、触媒による酸化によって改質された燃料を生成し、触媒酸化中に発生したエネルギーを再利用し、従って、統合ガスタービンシステムの全体効率を改善する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態によるシステム１０を示す。図示のように、システム１０は、一般に、第２の又はマイクロガスタービン１４と統合された第１の又は主ガスタービン１２を含む。第１の又は主ガスタービン１２は、燃料を燃焼させて出力を発生するあらゆる商業的に入手可能な機械を含むことができる。第２の又はマイクロガスタービン１４は、一般に、第１の又は主ガスタービン１２よりも一桁小さく、原理的には、燃料ストリームを改質又は部分的に燃焼させ、リッチなレベルの水素を有する改質燃料を生成するよう機能する。供給燃料１６は、燃料スキッド２０に燃料１８を供給することができる。燃料スキッド２０に供給される実施可能な燃料は、例えば、高炉ガス、コークス炉ガス、天然ガス、蒸発液化天然ガス（ＬＮＧ）、及びプロパンを含む。燃料スキッド２０は、以下で説明するように、燃料１８が第１及び第２のガスタービン１２、１４間及び／又は他の複数のガスタービン間を流れるよう流体連通させる。
【００１６】
第１のガスタービン１２は一般に、当該技術分野で知られるように、圧縮機２２、圧縮機２２の下流側にある１以上の燃焼器２４、及び燃焼器２４の下流側にあるタービン２６を含む。外気２８が圧縮機２２に流入し、該圧縮機２２の動翼及び静翼が、作動流体（空気）に漸次的に運動エネルギーを与え、高エネルギー状態の第１の加圧作動流体（符号３０で示す）を生成する。第１の加圧作動流体３０の大部分は、圧縮機２２から流出して燃焼器２４内に流れ、該燃焼器において加圧作動流体は燃料と混合され点火されて、高い温度、圧力及び速度を有する燃焼ガス（符号３２で示す）を発生する。燃焼ガス３２は、タービン２６に流れて該タービン２６内で膨張し、仕事を産出する。
【００１７】
第１の加圧作動流体の一部（符号３４で示す）は、圧縮機２２及び／又は燃焼器２４から第２のガスタービン１４に分流される。第１の加圧作動流体の分流部分３４は、第２のガスタービン１４において第２の圧縮機３６に流れる。第２の圧縮機３６における動翼及び静翼は、分流された第１の加圧作動流体３４の一部に漸次的に運動エネルギーを与え、第２の加圧作動流体（符号３８で示す）を生成する。第２の加圧作動流体３８は、必然的に、第１の加圧作動流体３４の分流部分よりも高い圧力を有する。
【００１８】
第２の加圧作動流体３８は、第２の圧縮機３６から流出し、第２の圧縮機３６の下流側の改質器４０に流れる。改質器４０は、当該技術分野で公知の触媒、燃焼器、又は他の同様の装置を含み、燃料を酸化して水素レベルが増大した改質燃料（符号４２で示す）を生成することができる。例えば、改質器４０は、１以上の貴金属を触媒として使用する触媒部分酸化（ＣＰＯＸ）コンバータを含むことができる。他の実施形態では、改質器４０は燃焼器を含むことができる。
【００１９】
供給燃料１６は、図１に示すように、燃料スキッド１６を通って又は直接的に燃料１８を改質器４０に供給される。改質器４０は、燃料１８を第２の加圧作動流体３８及び／又は触媒と混合し、燃料対第２の加圧作動流体（空気）がおよそ２．５と６の間のような、１よりも大きい、好ましくはおよそ２よりも大きい当量比（Φ）を有し、改質燃料４２中の好適な水素含有量を確保するようにする。本明細書で使用される当量比（Φ）は、燃空比と化学量論的燃空比との比として定義される。数学的には、当量比は次式で算出することができる。
【００２０】
【数１】
改質器４０により、燃料１８が第２の加圧作動流体３８と反応して、全ての利用可能な酸素が消費又は排除され、高温高圧の改質燃料４２を生成するようになる。改質器４０から出る改質燃料４２の温度は、およそ１４００°Ｆと１７００°Ｆの間とすることができ、改質器４０から出る改質燃料４２の圧力は、およそ３００ポンドと４００ポンドとの間とすることができるが、本発明は、請求項において特に記載のない限り、改質燃料４２につていのどのような特定の温度範囲又は圧力範囲にも限定されるものではない。改質燃料４２中の水素含有量は、特定の実施形態及び運転上の要件に応じて、およそ５体積％、１０体積％、又は１５体積％よりも多くてもよい。
【００２１】
改質燃料４２は、改質器４０の下流側の第２のタービン４４に流れる。改質燃料４２は、膨張して第２のタービン４４において冷却され、仕事を産出する。具体的には、第２のシャフト４６は、第２のタービン４４を第２の圧縮機３６に接続し、第２のタービン４４と第２の圧縮機３６との間に駆動係合をもたらす。このようにして、第２のタービン４４において改質燃料４２の膨張によって発生した仕事を用いて、第２の圧縮機３６に動力を供給し、又は転回させ、或いは他の方法で作動させ、これにより統合システム１０の効率を高めることができる。改質燃料４２は、冷却改質燃料４８として第２のタービン４４から出る。第２のタービン４４から出る冷却改質燃料４８の温度は、およそ１０００°Ｆと１４００°Ｆの間とすることができ、第２のタービン４４から出る冷却改質燃料４８の圧力は、およそ２００ポンドと３００ポンドとの間とすることができるが、本発明は、請求項において特に記載のない限り、冷却改質燃料４８につていのどのような特定の温度範囲又は圧力範囲にも限定されるものではない。結果として、冷却改質燃料４８は、燃焼器２４に導入される前に追加の冷却又は圧力増大を必要としない。冷却改質燃料４８中の水素含有量は、特定の実施形態及び運転上の要件に応じておよそ５体積％、１０体積％、又は１５体積％よりも多くてもよい。
【００２２】
燃料スキッド２０は、第２のタービン４４と燃焼器２４との間に流体連通をもたらす。結果として、冷却改質燃料４８は、第２のタービン４４から燃料スキッド１６を通って燃焼器２４に流れることができる。燃料スキッド１６は、どのような追加の調整又は混合も必要とすることなく、冷却改質燃料４８を燃焼器２４に供給することができる。代替的に、又は追加として、作動上の要件に応じて、燃料スキッド１６は、供給燃料１６からの燃料１８と冷却改質燃料４８を混合することができる。このようにして、燃料スキッド２０は、燃料１８、冷却改質燃料４８及び／又はこれらの組合せを燃焼器２４に供給することができる。燃焼器２４は、上述のように、燃料スキッド２０により供給された種々の燃料を点火して燃焼ガス３２を生成し、タービン２６を膨張させて仕事を産出する。図１に示すように、燃料スキッド２０はまた、第２のタービン４４と、第１のガスタービン１２以外の別のガスタービン４９との間に流体連通をもたらすことができる。これにより、システム１０は、現場で水素リッチ燃料を生成して２以上のガスタービンに供給することが可能になる。
【００２３】
図２は、本発明の代替の実施形態によるシステム５０を示す。図示のように、システム５０は一般に、低圧圧縮機５４、高圧圧縮機５６、１以上の燃焼器５６、高圧タービン６０、及び低圧タービン６２を有するマルチスプールガスタービン５２を含む。第１のシャフト６４は、高圧タービン６０を高圧圧縮機５６に接続することができ、第２のシャフト６６は、低圧タービン６２を低圧圧縮機５４に接続することができる。第１のシャフト６４は、第２のシャフト６６と実質的に同心状にすることができる。供給燃料６８は、燃料７０を燃料スキッド７２に供給することができる。燃料スキッド７２は、上述のように、高圧タービン６０、燃焼器５８、及び／又は複数の他のガスタービンの間に流体連通をもたらす。
【００２４】
外気７４が低圧圧縮機５４に流入し、該低圧圧縮機５４の動翼及び静翼が、作動流体（空気）に漸次的に運動エネルギーを与え、高エネルギー状態の第１の加圧作動流体（符号７６で示す）を生成する。第１の加圧作動流体７６の大部分は、低圧圧縮機５４から流出して燃焼器５８に流れ、ここで加圧作動流体は燃料と混合され点火されて、高い温度、圧力及び速度を有する燃焼ガス（符号７８で示す）を発生する。燃焼ガス７８は低圧タービン６２に流れて、低圧タービン６２内で膨張し仕事を産出する。
【００２５】
第１の加圧作動流体の一部（符号８０で示す）は、低圧圧縮機５４及び／又は燃焼器５８から低圧圧縮機５４の下流側の高圧圧縮機５６に分流される。高圧圧縮機５６における動翼及び静翼は、第１の加圧作動流体３４の分流部分８０に漸次的に運動エネルギーを与え、第２の加圧作動流体（符号８２で示す）を生成する。第２の加圧作動流体８２は、必然的に、第１の加圧作動流体８０の分流部分よりも高い圧力を有する。
【００２６】
第２の加圧作動流体８２は、高圧圧縮機５６から流出し、該高圧圧縮機５６の下流側の改質器８４に流れる。改質器８４は、当該技術分野で公知の触媒、燃焼器、又は他の同様の装置を含み、燃料を酸化して水素レベルが増大した改質燃料（符号８６で示す）を生成することができる。例えば、改質器８４は、１以上の貴金属を触媒として使用する触媒部分酸化（ＣＰＯＸ）コンバータを含むことができる。他の実施形態では、改質器８４は燃焼器を含むことができる。
【００２７】
供給燃料６８は、燃料スキッド７２を通って又は直接的に燃料７０を改質器８４に供給する。改質器８４は、燃料７０を第２の加圧作動流体８２及び／又は触媒と混合して、燃料対第２の加圧作動流体（空気）がおよそ２．５と６の間のような、１よりも大きい、好ましくはおよそ２よりも大きい当量比（Φ）を有し、改質燃料８４中の好適な水素含有量を確保するようにする。
【００２８】
改質器８４により、燃料７０が第２の加圧作動流体８２と反応して、全ての利用可能な酸素が消費又は排除され、高温高圧の改質燃料８６を生成するようになる。改質器８４から出る改質燃料８６の温度は、およそ１４００°Ｆと１７００°Ｆの間とすることができ、改質器８４から出る改質燃料８６の圧力は、およそ３００ポンドと４００ポンドとの間とすることができるが、本発明は、請求項において特に記載のない限り、改質燃料８６につていのどのような特定の温度範囲又は圧力範囲にも限定されるものではない。改質燃料８６中の水素含有量は、特定の実施形態及び運転上の要件に応じて、およそ５体積％、１０体積％、又は１５体積％よりも多くてもよい。
【００２９】
改質燃料８６は、改質器８４の下流側の高圧タービン６０に流れる。改質燃料８６は、膨張して高圧タービン６０において冷却され、仕事を産出する。具体的には、高圧タービン６０を高圧圧縮機５６に接続する第１のシャフト６４は、高圧タービン６０と高圧圧縮機５６との間に駆動係合をもたらすことができる。このようにして、高圧タービン６０において改質燃料８６の膨張によって発生した仕事を用いて、高圧圧縮機５６に動力を供給し、又は転回させ、或いは他の方法で作動させ、これにより統合システム５０の効率を高めることができる。改質燃料８６は、冷却改質燃料８８として高圧タービン６０から出る。高圧タービン６０から出る冷却改質燃料８８の温度は、およそ１０００°Ｆと１４００°Ｆの間とすることができ、高圧タービン６０から出る冷却改質燃料８８の圧力は、およそ２００ポンドと３００ポンドとの間とすることができるが、本発明は、請求項において特に記載のない限り、冷却改質燃料８８につていのどのような特定の温度範囲又は圧力範囲にも限定されるものではない。結果として、冷却改質燃料８８は、燃焼器５８に導入される前に追加の冷却又は圧力増大を必要としない。冷却改質燃料８８中の水素含有量は、特定の実施形態及び運転上の要件に応じておよそ５体積％、１０体積％、又は１５体積％よりも多くてもよい。
【００３０】
燃料スキッド７２は、高圧タービン６０と燃焼器５８との間に流体連通をもたらす。結果として、冷却改質燃料８８は、高圧タービン６０から燃料スキッド７２を通って燃焼器５８に流れることができる。燃料スキッド７２は、どのような追加の調整又は混合も必要とすることなく、冷却改質燃料８８を燃焼器５８に供給することができる。代替的に、又は追加として、作動上の要件に応じて、燃料スキッド７２は、供給燃料６８からの燃料７０と冷却改質燃料８８を混合することができる。このようにして、燃料スキッド７２は、燃料７０、冷却改質燃料８８及び／又はこれらの組合せを燃焼器５８に供給することができる。燃焼器５８は、上述のように、燃料スキッド７２により供給された種々の燃料を点火して燃焼ガス７８を生成し、タービン６２を膨張させて仕事を産出する。図２に示すように、燃料スキッド７２はまた、マルチスプールガスタービン５２以外の別のガスタービン９０に流体連通をもたらすことができる。これにより、システム５０は、現場で水素リッチ燃料を生成して２以上のガスタービンに供給することが可能になる。
【００３１】
図１及び／又は２で説明し例示したシステムは、水素リッチ燃料を供給する方法を提供する。具体的には、本方法は、外気を加圧して第１の加圧作動流体を生成する段階と、追加の加圧のために第１の加圧作動流体の少なくとも一部を第２の加圧作動流体に分流する段階と、を含むことができる。次に、第２の加圧作動流体は、改質器において燃料と混合され、改質燃料を生成することができる。必要に応じて、燃料と第２の加圧作動流体との間の当量比は２よりも大きくすることができる。改質燃料は、タービンを通って流れて改質燃料を冷却し、タービンを通って流れる改質燃料の膨張により実行される仕事を利用して、第２の加圧作動流体を生成することができる。次に、冷却改質燃料が燃焼器に流れて燃焼することができる。代替として、又は追加として、冷却改質燃料は、燃焼前に燃料と混合することができる。
【００３２】
本発明で説明されるシステム及び方法は、既存の技術を上回る幾つかの商業的利点を提供することができる。例えば、従来のガスタービンシステムに改質器及び改質プロセスを統合することにより、改質プロセスによって実行される仕事を取り込み又は再利用可能にすることによってガスタービンシステムの全体効率が向上するはずである。改質プロセスからの仕事の再利用又は取り込みを行うことにより改質燃料の冷却が可能になり、改質燃料の輸送又は移送に伴う問題及びコストが低減される。加えて、ガスタービンシステムに統合された単一の改質プロセスは、現場で複数のガスタービンに対して十分な水素リッチ燃料を供給する。
【００３３】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、さらに、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１０ システム
１２ 第１のガスタービン
１４ 第２のガスタービン
１６ 供給燃料
１８ 燃料
２０ 燃料スキッド
２２ 第１の圧縮機
２４ 燃焼器
２６ 第１のタービン
２８ 空気
３０ 第１の加圧作動流体
３２ 燃焼ガス
３４ 分流した第１の加圧作動流体
３６ 第２の圧縮機
３８ 第２の加圧作動流体
４０ 改質器
４２ 改質燃料
４４ 第２のタービン
４６ 第２のシャフト
４８ 冷却改質燃料
４９ ガスタービン
５０ システム
５２ マルチスプールガスタービン
５４ 低圧圧縮機
５６ 高圧圧縮機
５８ 燃焼器
６０ 高圧タービン
６２ 低圧タービン
６４ 第１のシャフト
６６ 第２のシャフト
６８ 供給燃料
７０ 燃料
７２ 燃料スキッド
７４ 空気
７６ 第１の加圧作動流体
７８ 燃焼ガス
８０ 分流した第１の加圧作動流体
８２ 第２の加圧作動流体
８４ 改質器
８６ 改質燃料
８８ 冷却改質燃料
９０ ガスタービン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、後続の燃焼又は配分のために水素リッチ燃料を生成する統合ガスタービンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、産業及び発電運転において広く使用されている。典型的なガスタービンは、前部における軸流圧縮機と、中間部の周りの１以上の燃焼器と、後部におけるタービンとを含む。外気が圧縮機に流入し、圧縮機の動翼及び静翼が、作動流体（空気）に漸次的に運動エネルギーを与え、高エネルギー状態の加圧作動流体を生成する。加圧作動流体は、圧縮機から流出して燃焼器内に流れ、燃焼器において、加圧作動流体は燃料と混合され点火されて、高い温度、圧力及び速度を有する燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、タービン内で膨張して仕事を産出する。例えば、タービン内における燃焼ガスの膨張は、発電機に接続されたシャフトを回転させて電気を生成する。
【０００３】
燃料空気混合気がより希薄であるほど、燃焼によって生成される窒化酸化物が減少することは広く知られている。しかしながら、希薄燃料空気混合気は燃焼器内の火炎不安定性を招き、ガスタービンの運用を中断しかねない希薄ブローアウト（ＬＢＯ）事象の可能性が高くなる。燃料に水素を添加すると、希薄ブローアウトの発生が減少し、エミッションが改善され、乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器のようなほとんどの燃焼器の運転全体を向上させることができる。水素を安全に輸送することは困難であるので、燃料を補うのに必要とされる水素量を現場で生産できることが望ましいことになる。水素を現場で生産するのに種々の方法が知られている。例えば、自己熱改質（ＡＴＲ）及び蒸気メタン改質器（ＳＭＲ）を用いて水素リッチ燃料を生成することができる。一般に、これらの改質器は、高温高圧環境においてニッケルなどの触媒を天然ガスのような燃料に露出して純水素を生成して、触媒発熱反応によって超高温の排気物を生成するが、これはバルブ、シール、及び他のシステム構成要素に対して問題を起こす可能性がある。加えて、ＳＭＲ改質器は通常、容易には利用できない外部蒸気源を必要とする。最後に、水素リッチ排気ストリームの圧力は、ガスタービン燃焼器の圧力よりも一般的に低い。この結果として、ガスタービンの燃焼器に噴射できるように水素リッチな排気ストリームの圧力を高めるために、別個の圧縮機が必要とされる。従って、水素リッチ燃料を現場で生成できる統合ガスタービンシステムが有用となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６１５５０３９号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、又は、当該説明から明らかにすることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００６】
本発明の一実施形態は、水素リッチ燃料を供給するシステムである。本システムは、第１のガスタービン及び第２のガスタービンを含む。第１のガスタービンは、第１の加圧作動流体を生成する第１の圧縮機と、第１の圧縮機の下流側にある燃焼器と、燃焼器の下流側にある第１のタービンとを含む。第２のガスタービンは、第１の圧縮機と流体連通した第２の圧縮機を含む。第２の圧縮機は、第１の圧縮機から第１の加圧作動流体の一部を受け取り、第１の加圧作動流体よりも高圧の第２の加圧作動流体を生成する。第２の圧縮機の下流側にある改質器は、第２の加圧作動流体を受け取って改質燃料を生成する。改質器の下流側にある第２のタービンは、改質燃料を受け取って冷却改質燃料を生成する。第２のタービンを第２の圧縮機に接続するシャフトは、第２のタービンと第２の圧縮機との間に駆動係合をもたらす。第２のタービン及び燃焼器と流体連通した燃料スキッドは、第２のタービンから燃焼器への冷却改質燃料用の流路をもたらす。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、低圧圧縮機と、低圧圧縮機の下流側にある燃焼器と、燃焼器の下流側にある低圧タービンとを含む、水素リッチ燃料を供給するシステムである。低圧圧縮機は、第１の加圧作動流体を生成する。低圧圧縮機と流体連通した高圧圧縮機は、第１の加圧作動流体の一部を受け取り、第１の加圧作動流体よりも高い圧力を有する第２の加圧作動流体を生成する。高圧圧縮機の下流側にある改質器は、第２の加圧作動流体を受け取って改質燃料を生成する。改質器の下流側にある高圧タービンは、改質燃料を受け取って冷却改質燃料を生成する。第１のシャフトは、高圧タービンを高圧圧縮機に接続し、高圧タービンと高圧圧縮機との間の駆動係合をもたらす。高圧タービン及び燃焼器と流体連あいた燃料スキッドは、高圧タービンから燃焼器への冷却改質燃料用の流路をもたらす。
【０００８】
本発明はまた、水素リッチ燃料を供給する方法を含む。本方法は、第１の加圧作動流体の一部を第１の圧縮機から第２の圧縮機に分流する段階と、第２の圧縮機から第２の加圧作動流体を供給する段階とを含む。本方法はさらに、燃料を改質器において第２の加圧作動流体と混合して改質燃料を生成する段階と、改質燃料を第２のタービンに流し、改質燃料を冷却する段階と、第２のタービンを第２の圧縮機に接続し、第２のタービンが第２の圧縮機を駆動するようにする段階とを含む。
【０００９】
当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。
【００１０】
添付図の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者にとって最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態によるシステムの簡易ブロック図。
【図２】本発明の代替の実施形態によるシステムの簡易ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、その１以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似した要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似した表示を使用している。
【００１３】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、当業者であれば、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正及び変形を本発明において実施できる点は理解されるであろう。例えば、一実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用してさらに別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１４】
本発明の種々の実施形態は、ガスタービンの全体の効率を高めるために統合された熱力学サイクルを利用する。具体的には、統合熱力学サイクルは、触媒による酸化によって改質された燃料を生成し、触媒酸化中に発生したエネルギーを再利用し、従って、統合ガスタービンシステムの全体効率を改善する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態によるシステム１０を示す。図示のように、システム１０は、一般に、第２の又はマイクロガスタービン１４と統合された第１の又は主ガスタービン１２を含む。第１の又は主ガスタービン１２は、燃料を燃焼させて出力を発生するあらゆる商業的に入手可能な機械を含むことができる。第２の又はマイクロガスタービン１４は、一般に、第１の又は主ガスタービン１２よりも一桁小さく、原理的には、燃料ストリームを改質又は部分的に燃焼させ、リッチなレベルの水素を有する改質燃料を生成するよう機能する。供給燃料１６は、燃料スキッド２０に燃料１８を供給することができる。燃料スキッド２０に供給される実施可能な燃料は、例えば、高炉ガス、コークス炉ガス、天然ガス、蒸発液化天然ガス（ＬＮＧ）、及びプロパンを含む。燃料スキッド２０は、以下で説明するように、燃料１８が第１及び第２のガスタービン１２、１４間及び／又は他の複数のガスタービン間を流れるよう流体連通させる。
【００１６】
第１のガスタービン１２は一般に、当該技術分野で知られるように、圧縮機２２、圧縮機２２の下流側にある１以上の燃焼器２４、及び燃焼器２４の下流側にあるタービン２６を含む。外気２８が圧縮機２２に流入し、該圧縮機２２の動翼及び静翼が、作動流体（空気）に漸次的に運動エネルギーを与え、高エネルギー状態の第１の加圧作動流体（符号３０で示す）を生成する。第１の加圧作動流体３０の大部分は、圧縮機２２から流出して燃焼器２４内に流れ、該燃焼器において加圧作動流体は燃料と混合され点火されて、高い温度、圧力及び速度を有する燃焼ガス（符号３２で示す）を発生する。燃焼ガス３２は、タービン２６に流れて該タービン２６内で膨張し、仕事を産出する。
【００１７】
第１の加圧作動流体の一部（符号３４で示す）は、圧縮機２２及び／又は燃焼器２４から第２のガスタービン１４に分流される。第１の加圧作動流体の分流部分３４は、第２のガスタービン１４において第２の圧縮機３６に流れる。第２の圧縮機３６における動翼及び静翼は、分流された第１の加圧作動流体３４の一部に漸次的に運動エネルギーを与え、第２の加圧作動流体（符号３８で示す）を生成する。第２の加圧作動流体３８は、必然的に、第１の加圧作動流体３４の分流部分よりも高い圧力を有する。
【００１８】
第２の加圧作動流体３８は、第２の圧縮機３６から流出し、第２の圧縮機３６の下流側の改質器４０に流れる。改質器４０は、当該技術分野で公知の触媒、燃焼器、又は他の同様の装置を含み、燃料を酸化して水素レベルが増大した改質燃料（符号４２で示す）を生成することができる。例えば、改質器４０は、１以上の貴金属を触媒として使用する触媒部分酸化（ＣＰＯＸ）コンバータを含むことができる。他の実施形態では、改質器４０は燃焼器を含むことができる。
【００１９】
供給燃料１６は、図１に示すように、燃料スキッド１６を通って又は直接的に燃料１８を改質器４０に供給される。改質器４０は、燃料１８を第２の加圧作動流体３８及び／又は触媒と混合し、燃料対第２の加圧作動流体（空気）がおよそ２．５と６の間のような、１よりも大きい、好ましくはおよそ２よりも大きい当量比（Φ）を有し、改質燃料４２中の好適な水素含有量を確保するようにする。本明細書で使用される当量比（Φ）は、燃空比と化学量論的燃空比との比として定義される。数学的には、当量比は次式で算出することができる。
【００２０】
【数１】
改質器４０により、燃料１８が第２の加圧作動流体３８と反応して、全ての利用可能な酸素が消費又は排除され、高温高圧の改質燃料４２を生成するようになる。改質器４０から出る改質燃料４２の温度は、およそ１４００°Ｆと１７００°Ｆの間とすることができ、改質器４０から出る改質燃料４２の圧力は、およそ３００ポンドと４００ポンドとの間とすることができるが、本発明は、請求項において特に記載のない限り、改質燃料４２につていのどのような特定の温度範囲又は圧力範囲にも限定されるものではない。改質燃料４２中の水素含有量は、特定の実施形態及び運転上の要件に応じて、およそ５体積％、１０体積％、又は１５体積％よりも多くてもよい。
【００２１】
改質燃料４２は、改質器４０の下流側の第２のタービン４４に流れる。改質燃料４２は、膨張して第２のタービン４４において冷却され、仕事を産出する。具体的には、第２のシャフト４６は、第２のタービン４４を第２の圧縮機３６に接続し、第２のタービン４４と第２の圧縮機３６との間に駆動係合をもたらす。このようにして、第２のタービン４４において改質燃料４２の膨張によって発生した仕事を用いて、第２の圧縮機３６に動力を供給し、又は転回させ、或いは他の方法で作動させ、これにより統合システム１０の効率を高めることができる。改質燃料４２は、冷却改質燃料４８として第２のタービン４４から出る。第２のタービン４４から出る冷却改質燃料４８の温度は、およそ１０００°Ｆと１４００°Ｆの間とすることができ、第２のタービン４４から出る冷却改質燃料４８の圧力は、およそ２００ポンドと３００ポンドとの間とすることができるが、本発明は、請求項において特に記載のない限り、冷却改質燃料４８につていのどのような特定の温度範囲又は圧力範囲にも限定されるものではない。結果として、冷却改質燃料４８は、燃焼器２４に導入される前に追加の冷却又は圧力増大を必要としない。冷却改質燃料４８中の水素含有量は、特定の実施形態及び運転上の要件に応じておよそ５体積％、１０体積％、又は１５体積％よりも多くてもよい。
【００２２】
燃料スキッド２０は、第２のタービン４４と燃焼器２４との間に流体連通をもたらす。結果として、冷却改質燃料４８は、第２のタービン４４から燃料スキッド１６を通って燃焼器２４に流れることができる。燃料スキッド１６は、どのような追加の調整又は混合も必要とすることなく、冷却改質燃料４８を燃焼器２４に供給することができる。代替的に、又は追加として、作動上の要件に応じて、燃料スキッド１６は、供給燃料１６からの燃料１８と冷却改質燃料４８を混合することができる。このようにして、燃料スキッド２０は、燃料１８、冷却改質燃料４８及び／又はこれらの組合せを燃焼器２４に供給することができる。燃焼器２４は、上述のように、燃料スキッド２０により供給された種々の燃料を点火して燃焼ガス３２を生成し、タービン２６を膨張させて仕事を産出する。図１に示すように、燃料スキッド２０はまた、第２のタービン４４と、第１のガスタービン１２以外の別のガスタービン４９との間に流体連通をもたらすことができる。これにより、システム１０は、現場で水素リッチ燃料を生成して２以上のガスタービンに供給することが可能になる。
【００２３】
図２は、本発明の代替の実施形態によるシステム５０を示す。図示のように、システム５０は一般に、低圧圧縮機５４、高圧圧縮機５６、１以上の燃焼器５６、高圧タービン６０、及び低圧タービン６２を有するマルチスプールガスタービン５２を含む。第１のシャフト６４は、高圧タービン６０を高圧圧縮機５６に接続することができ、第２のシャフト６６は、低圧タービン６２を低圧圧縮機５４に接続することができる。第１のシャフト６４は、第２のシャフト６６と実質的に同心状にすることができる。供給燃料６８は、燃料７０を燃料スキッド７２に供給することができる。燃料スキッド７２は、上述のように、高圧タービン６０、燃焼器５８、及び／又は複数の他のガスタービンの間に流体連通をもたらす。
【００２４】
外気７４が低圧圧縮機５４に流入し、該低圧圧縮機５４の動翼及び静翼が、作動流体（空気）に漸次的に運動エネルギーを与え、高エネルギー状態の第１の加圧作動流体（符号７６で示す）を生成する。第１の加圧作動流体７６の大部分は、低圧圧縮機５４から流出して燃焼器５８に流れ、ここで加圧作動流体は燃料と混合され点火されて、高い温度、圧力及び速度を有する燃焼ガス（符号７８で示す）を発生する。燃焼ガス７８は低圧タービン６２に流れて、低圧タービン６２内で膨張し仕事を産出する。
【００２５】
第１の加圧作動流体の一部（符号８０で示す）は、低圧圧縮機５４及び／又は燃焼器５８から低圧圧縮機５４の下流側の高圧圧縮機５６に分流される。高圧圧縮機５６における動翼及び静翼は、第１の加圧作動流体３４の分流部分８０に漸次的に運動エネルギーを与え、第２の加圧作動流体（符号８２で示す）を生成する。第２の加圧作動流体８２は、必然的に、第１の加圧作動流体８０の分流部分よりも高い圧力を有する。
【００２６】
第２の加圧作動流体８２は、高圧圧縮機５６から流出し、該高圧圧縮機５６の下流側の改質器８４に流れる。改質器８４は、当該技術分野で公知の触媒、燃焼器、又は他の同様の装置を含み、燃料を酸化して水素レベルが増大した改質燃料（符号８６で示す）を生成することができる。例えば、改質器８４は、１以上の貴金属を触媒として使用する触媒部分酸化（ＣＰＯＸ）コンバータを含むことができる。他の実施形態では、改質器８４は燃焼器を含むことができる。
【００２７】
供給燃料６８は、燃料スキッド７２を通って又は直接的に燃料７０を改質器８４に供給する。改質器８４は、燃料７０を第２の加圧作動流体８２及び／又は触媒と混合して、燃料対第２の加圧作動流体（空気）がおよそ２．５と６の間のような、１よりも大きい、好ましくはおよそ２よりも大きい当量比（Φ）を有し、改質燃料８４中の好適な水素含有量を確保するようにする。
【００２８】
改質器８４により、燃料７０が第２の加圧作動流体８２と反応して、全ての利用可能な酸素が消費又は排除され、高温高圧の改質燃料８６を生成するようになる。改質器８４から出る改質燃料８６の温度は、およそ１４００°Ｆと１７００°Ｆの間とすることができ、改質器８４から出る改質燃料８６の圧力は、およそ３００ポンドと４００ポンドとの間とすることができるが、本発明は、請求項において特に記載のない限り、改質燃料８６につていのどのような特定の温度範囲又は圧力範囲にも限定されるものではない。改質燃料８６中の水素含有量は、特定の実施形態及び運転上の要件に応じて、およそ５体積％、１０体積％、又は１５体積％よりも多くてもよい。
【００２９】
改質燃料８６は、改質器８４の下流側の高圧タービン６０に流れる。改質燃料８６は、膨張して高圧タービン６０において冷却され、仕事を産出する。具体的には、高圧タービン６０を高圧圧縮機５６に接続する第１のシャフト６４は、高圧タービン６０と高圧圧縮機５６との間に駆動係合をもたらすことができる。このようにして、高圧タービン６０において改質燃料８６の膨張によって発生した仕事を用いて、高圧圧縮機５６に動力を供給し、又は転回させ、或いは他の方法で作動させ、これにより統合システム５０の効率を高めることができる。改質燃料８６は、冷却改質燃料８８として高圧タービン６０から出る。高圧タービン６０から出る冷却改質燃料８８の温度は、およそ１０００°Ｆと１４００°Ｆの間とすることができ、高圧タービン６０から出る冷却改質燃料８８の圧力は、およそ２００ポンドと３００ポンドとの間とすることができるが、本発明は、請求項において特に記載のない限り、冷却改質燃料８８につていのどのような特定の温度範囲又は圧力範囲にも限定されるものではない。結果として、冷却改質燃料８８は、燃焼器５８に導入される前に追加の冷却又は圧力増大を必要としない。冷却改質燃料８８中の水素含有量は、特定の実施形態及び運転上の要件に応じておよそ５体積％、１０体積％、又は１５体積％よりも多くてもよい。
【００３０】
燃料スキッド７２は、高圧タービン６０と燃焼器５８との間に流体連通をもたらす。結果として、冷却改質燃料８８は、高圧タービン６０から燃料スキッド７２を通って燃焼器５８に流れることができる。燃料スキッド７２は、どのような追加の調整又は混合も必要とすることなく、冷却改質燃料８８を燃焼器５８に供給することができる。代替的に、又は追加として、作動上の要件に応じて、燃料スキッド７２は、供給燃料６８からの燃料７０と冷却改質燃料８８を混合することができる。このようにして、燃料スキッド７２は、燃料７０、冷却改質燃料８８及び／又はこれらの組合せを燃焼器５８に供給することができる。燃焼器５８は、上述のように、燃料スキッド７２により供給された種々の燃料を点火して燃焼ガス７８を生成し、タービン６２を膨張させて仕事を産出する。図２に示すように、燃料スキッド７２はまた、マルチスプールガスタービン５２以外の別のガスタービン９０に流体連通をもたらすことができる。これにより、システム５０は、現場で水素リッチ燃料を生成して２以上のガスタービンに供給することが可能になる。
【００３１】
図１及び／又は２で説明し例示したシステムは、水素リッチ燃料を供給する方法を提供する。具体的には、本方法は、外気を加圧して第１の加圧作動流体を生成する段階と、追加の加圧のために第１の加圧作動流体の少なくとも一部を第２の加圧作動流体に分流する段階と、を含むことができる。次に、第２の加圧作動流体は、改質器において燃料と混合され、改質燃料を生成することができる。必要に応じて、燃料と第２の加圧作動流体との間の当量比は２よりも大きくすることができる。改質燃料は、タービンを通って流れて改質燃料を冷却し、タービンを通って流れる改質燃料の膨張により実行される仕事を利用して、第２の加圧作動流体を生成することができる。次に、冷却改質燃料が燃焼器に流れて燃焼することができる。代替として、又は追加として、冷却改質燃料は、燃焼前に燃料と混合することができる。
【００３２】
本発明で説明されるシステム及び方法は、既存の技術を上回る幾つかの商業的利点を提供することができる。例えば、従来のガスタービンシステムに改質器及び改質プロセスを統合することにより、改質プロセスによって実行される仕事を取り込み又は再利用可能にすることによってガスタービンシステムの全体効率が向上するはずである。改質プロセスからの仕事の再利用又は取り込みを行うことにより改質燃料の冷却が可能になり、改質燃料の輸送又は移送に伴う問題及びコストが低減される。加えて、ガスタービンシステムに統合された単一の改質プロセスは、現場で複数のガスタービンに対して十分な水素リッチ燃料を供給する。
【００３３】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、さらに、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１０ システム
１２ 第１のガスタービン
１４ 第２のガスタービン
１６ 供給燃料
１８ 燃料
２０ 燃料スキッド
２２ 第１の圧縮機
２４ 燃焼器
２６ 第１のタービン
２８ 空気
３０ 第１の加圧作動流体
３２ 燃焼ガス
３４ 分流した第１の加圧作動流体
３６ 第２の圧縮機
３８ 第２の加圧作動流体
４０ 改質器
４２ 改質燃料
４４ 第２のタービン
４６ 第２のシャフト
４８ 冷却改質燃料
４９ ガスタービン
５０ システム
５２ マルチスプールガスタービン
５４ 低圧圧縮機
５６ 高圧圧縮機
５８ 燃焼器
６０ 高圧タービン
６２ 低圧タービン
６４ 第１のシャフト
６６ 第２のシャフト
６８ 供給燃料
７０ 燃料
７２ 燃料スキッド
７４ 空気
７６ 第１の加圧作動流体
７８ 燃焼ガス
８０ 分流した第１の加圧作動流体
８２ 第２の加圧作動流体
８４ 改質器
８６ 改質燃料
８８ 冷却改質燃料
９０ ガスタービン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素リッチ燃料を供給するためのシステム（１０）であって、
第１の加圧作動流体（７６）を生成する低圧圧縮機（５４）と、
前記低圧圧縮機（５４）の下流側にある燃焼器（５８）と、
前記燃焼器（５８）の下流側にある低圧タービン（６２）と、
前記低圧圧縮機（５４）と流体連通し、第１の加圧作動流体の一部（８０）を受け取り、第１の加圧作動流体（７６）よりも高い圧力を有する第２の加圧作動流体（８２）を生成する高圧圧縮機（５６）と、
前記高圧圧縮機（５６）の下流側にあり、第２の加圧作動流体（８２）を受け取って改質燃料（８６）を生成する改質器（８４）と、
前記改質器（８４）の下流側にあり、前記改質燃料（８６）を受け取って冷却改質燃料（８８）を生成する高圧タービン（６０）と、
前記高圧タービン（６０）を前記高圧圧縮機（５６）に接続し、前記高圧タービン（６０）と前記高圧圧縮機（５６）との間の駆動係合をもたらす第１のシャフト（６４）と、
前記高圧タービン（６０）及び前記燃焼器（５８）と流体連通し、前記高圧タービン（６０）から前記燃焼器（５８）への前記冷却改質燃料（８８）用の流路をもたらす燃料スキッド（７２）と
を備える、システム（１０）。
【請求項２】
前記低圧タービン（６２）を前記低圧圧縮機（５４）に接続する第２のシャフト（６６）をさらに含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
第１のシャフト（６４）が第２のシャフト（６６）と実質的に同心である、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記燃料スキッド（７２）が、供給燃料（６８）を前記燃焼器（５８）に接続する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記燃料スキッド（７２）が、前記冷却改質燃料（８８）を前記供給燃料（６８）と混合する、請求項４記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記燃料スキッド（７２）が、前記高圧タービン（６０）から第３のガスタービン（９０）への前記冷却改質燃料（８８）用の流路をもたらす、請求項５記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記冷却改質燃料（８８）が５体積％以上の水素を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記改質器（８４）が触媒コンバータを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項９】
水素リッチ燃料を供給するための方法であって、
第１の加圧作動流体（７６）の一部（８０）を第１の圧縮機（５４）から第２の圧縮機（５６）に分流する段階と、
第２の圧縮機（５６）から第２の加圧作動流体（８２）を供給する段階と、
燃料（７０）を改質器（８４）において第２の加圧作動流体（８２）と混合し、改質燃料（８６）を生成する段階と、
前記改質燃料（８６）を第２のタービン（６０）に流し、前記改質燃料（８６）を冷却する段階と、
第２のタービン（６０）を第２の圧縮機（５６）に接続し、第２のタービン（６０）が第２の圧縮機（５６）を駆動するようにする段階と
を含む方法。
【請求項１０】
前記冷却改質燃料（８８）を燃焼器（５８）に流す段階をさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記冷却改質燃料（８８）を前記燃料（７０）と混合する段階をさらに含む、請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
前記燃料（７０）を前記改質器（８４）において第２の加圧作動流体（８２）と約２以上の当量比で混合する段階をさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
５体積％超の水素を有する前記改質燃料（８６）を供給する段階をさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１】
水素リッチ燃料を供給するためのシステム（１０）であって、
第１の加圧作動流体（７６）を生成する低圧圧縮機（５４）と、
前記低圧圧縮機（５４）の下流側にある燃焼器（５８）と、
前記燃焼器（５８）の下流側にある低圧タービン（６２）と、
前記低圧圧縮機（５４）と流体連通し、第１の加圧作動流体の一部（８０）を受け取り、第１の加圧作動流体（７６）よりも高い圧力を有する第２の加圧作動流体（８２）を生成する高圧圧縮機（５６）と、
前記高圧圧縮機（５６）の下流側にあり、第２の加圧作動流体（８２）を受け取って改質燃料（８６）を生成する改質器（８４）と、
前記改質器（８４）の下流側にあり、前記改質燃料（８６）を受け取って冷却改質燃料（８８）を生成する高圧タービン（６０）と、
前記高圧タービン（６０）を前記高圧圧縮機（５６）に接続し、前記高圧タービン（６０）と前記高圧圧縮機（５６）との間の駆動係合をもたらす第１のシャフト（６４）と、
前記高圧タービン（６０）及び前記燃焼器（５８）と流体連通し、前記高圧タービン（６０）から前記燃焼器（５８）への前記冷却改質燃料（８８）用の流路をもたらす燃料スキッド（７２）と
を備える、システム（１０）。
【請求項２】
前記低圧タービン（６２）を前記低圧圧縮機（５４）に接続する第２のシャフト（６６）をさらに含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
第１のシャフト（６４）が第２のシャフト（６６）と実質的に同心である、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記燃料スキッド（７２）が、供給燃料（６８）を前記燃焼器（５８）に接続する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記燃料スキッド（７２）が、前記冷却改質燃料（８８）を前記供給燃料（６８）と混合する、請求項４記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記燃料スキッド（７２）が、前記高圧タービン（６０）から第３のガスタービン（９０）への前記冷却改質燃料（８８）用の流路をもたらす、請求項５記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記冷却改質燃料（８８）が５体積％以上の水素を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記改質器（８４）が触媒コンバータを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム（１０）。
【請求項９】
水素リッチ燃料を供給するための方法であって、
第１の加圧作動流体（７６）の一部（８０）を第１の圧縮機（５４）から第２の圧縮機（５６）に分流する段階と、
第２の圧縮機（５６）から第２の加圧作動流体（８２）を供給する段階と、
燃料（７０）を改質器（８４）において第２の加圧作動流体（８２）と混合し、改質燃料（８６）を生成する段階と、
前記改質燃料（８６）を第２のタービン（６０）に流し、前記改質燃料（８６）を冷却する段階と、
第２のタービン（６０）を第２の圧縮機（５６）に接続し、第２のタービン（６０）が第２の圧縮機（５６）を駆動するようにする段階と
を含む方法。
【請求項１０】
前記冷却改質燃料（８８）を燃焼器（５８）に流す段階をさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記冷却改質燃料（８８）を前記燃料（７０）と混合する段階をさらに含む、請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
前記燃料（７０）を前記改質器（８４）において第２の加圧作動流体（８２）と約２以上の当量比で混合する段階をさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
５体積％超の水素を有する前記改質燃料（８６）を供給する段階をさらに含む、請求項９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−５７６１３（Ｐ２０１２−５７６１３Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８０７４（Ｐ２０１１−１８８０７４）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
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