Практические соображения относительно разработки промышленных камер сгорания с низким уровнем выбросов

 

Др.А.Атешкади, главный инженер-аналитик,Б.Шлейн, А.Венингер, Промышленные камеры сгорания компании Pratt and Whitney, Ист Хартворд, США

 

Промышленные системы сгорания турбины включают технологии невязкого предварительного перемешивания для контроля за выбросами NOх и СО. Все системы предварительного перемешивания ставят целью ограничение максимальной температуры пламени в процессе сгорания и таким образом образования теплового NOх. Снижение температуры пламени приводит к увеличению уровня СО, если нет достаточного объема и времени для дальнейшего окисления. Это действие становится балансированием, которое становится труднее обеспечивать, если машина должна поддерживать заданные уровни выбросов, так как уровень мощности и температура воспламенения уменьшаются. Сложность системы увеличивается обычно путем ввода модуляции или стадийного процесса сжигания посредством использования многозонных камер сгорания, переменной формы, систем подачи воздуха, каталитических систем, или их комбинации. Благодаря обширным разработкам прошлого десятилетия, теперь имеется ряд аэропроизводных газовых турбин, которые достигли выбросов NOх и СО ниже 25%, в то время как современные агрегаты, сконструированные для функционирования по существу при постоянной температуре сжигания от промежуточной до полной загрузки, достигли однозначного значения NOх и СО. При разработке всех этих камер сгорания возникли трудности с эксплуатационной долговечностью и образованием выбросов, которые требовали улучшенного технического понимания и методологий, применяемых к этим комплексным системам.

Эта статья подводит итог практических разработок и опыта компании Pratt & Whitney, создающей системы сжигания с низкими выбросами в аэропроизводных газовых турбинах применительно к механическим приводам и выработке энергии. В отличие от авиационного двигателя, который должен быть сертифицирован по выбросам согласно международным стандартам для заданного рабочего цикла, промышленная же модель должна отвечать требованиям заказчика к выбросам, которые изменяются во всем мире в зависимости от географической области. Допустимость количества выбросов может регулироваться экологическими требованиями к общему количеству тонн загрязняющего вещества в год. Лучшая имеющаяся технология контроля, которую необходимо использовать в двигателе и вытяжной системе на участке для обеспечения всех характеристик герметичного блока и конкурентоспособной стоимости продукта, будет управляться этими допустимыми нормами и рабочим циклом использования.

Обсуждается разработка устройства GG8 с незначительным количеством сухого NOх, включая меры для оптимизации выбросов NOх и СО для работы при основной и пиковой нагрузках и практического способа достижения снижения выбросов. Представлена устойчивость и чувствительность конструкции для предотвращения обратного зажигания смеси или самовоспламенения. Также описаны динамическая индикация и перенастройка механическими средствами и регулирование расхода топлива для увеличения долговечности и обеспечения плавного регулирования.

Освещены и обсуждены уроки, полученные из предыдущих разработок промышленных камер сгорания с целью ужесточения требований к системам с большим КПД, которые также достигают более низких уровней выбросов. Кратко описаны перспективные технологии, которые включают методы ослабления шума, регулирование температуры пламени, новые материалы и методы охлаждения как ряд ключевых вопросов при разработке современных промышленных камер сгорания.