содержание      ..     2      3      4      5     ..

Газотурбинные установки для транспорта природного газа (пособие, 2012 год) - часть 4

1.3.3.6. Основные показатели работы камер сгорания

Основными показателями работы камер сгорания ГТУ; являются: тепловая мощность; гидравлические потери давления;

Отсутствие нагара, дымления, малое содержание токсичных веществ в продуктах сгорания и др. Эти основные требования обычно дополняются целым рядом общих требований, предъявляемым ко всем элементам ГТД. Например, сравнительно низкая стоимость изготовления, малая металлоемкость, простота обслуживания, ремонтопригодность и т. д.

Полностью выполнить все перечисленные требования практически невозможно. Например, уменьшение габаритных размеров КС приводит к росту скорости движения потока, к уменьшению времени пребывания частиц топлива в камере и, как следствие, к уменьшению полноты сгорания. Улучшить полноту сгорания можно путем более интенсивного перемешивания топлива с воздухом. Однако, это в свою очередь ведет к росту гидравлических потерь. Поэтому проектирование КС производится на основе разумного компромисса между отдельными требованиями.



1.3.3.7. Осложнения, возникающие в процессе эксплуатации газотурбинных установок наземного исполнения на примере эксплуатации ГТУ PGT-10



Рассмотрим осложнения, возникающие в процессе эксплуатации современных камер сгорания ГТУ наземного исполнения на примере опыта эксплуатации агрегатов PGT-10, эксплуатируемых в ООО «Газпром трансгаз Тюмень». Газотурбинная установка PGT-10 мощностью 10 МВт, производства итальянской фирмы Nuovo Pignon - это двухвальная стационарная промышленная установка, разработанная для привода центробежных компрессоров (нагнетателей) типа PCL 603-2/24710. Общий вид газотурбинного двигателя PGT-10 представлен на рис. 1.76.

ГТУ размещена в индивидуальном контейнере, изготовленном из звукопоглащающих панелей. Ротор осевого 17 ступенчатого компрессо-ра и двухступенчатая турбина высокого давления расположены на одном валу. Силовая турбина - свободная, двухступенчатая. Камера сгорания имеет противоточное конвективное охлаждение жаровой трубы. Система управления сгоранием имеет возможность регулирования расхода воздуха и топлива во всем рабочем диапазоне ГТУ. В качестве пускового устройства ГТУ используется турбдетандер. 

Рис. 1.76. Продольный разрез газотурбинного двигателя PGT-10


Рассмотрим камеру сгорания. Конструктивно камера сгорания ГТУ PGT-10 включает в себя: корпус, клапан дозирования воздуха, две самостоятельно управляемые ступени подачи топливного газа, жаровую трубу, переходной патрубок.

Скорость потока воздушной смеси в камере сгорания оптимизируется для поддержания максимальной стабильности факела: при нагрузке ниже 50 % регулирование количества воздуха, поступающего в камеру сгорания, осуществляется как в обычной камере, а при нагрузке более 50 % механизм управления вводит режим «низкой эмиссии», то есть происходит сжигание предварительно смешанной обедненной гомогенной смеси. Для сохранения температуры сгорания в пределах заданного диапазона происходит регулирование расхода воздуха через клапан дозирования и управляемые лопатки осевого компрессора Температура пламени при этом достаточно низкая, чтобы концентрация оксидов азота не превышала по требованию Дерек-тивы Евросоюза от 2001 года 75 мг/нм3.

При проведении ревизий зоны горения ГТУ через 4000 часов эксплуатации камеры сгорания были обнаружены ряд дефектов. 

Другой вид дефекта, связанный с жаровыми трубами камер сгорания - это разрушение защитного керамического покрытия и растрескивание металла на участке расположения отверстий для подачи газа. Такой дефект обусловлен значительными градиентами температур при общем уровне температуры поверхности.

И третий вид дефекта — это износ, наклеп на концевых участках жаровой трубы в местах контакта с переходным патрубком. Это связано со значительными колебаниями потока газодинамического тракта.

Дефекты по переходным патрубкам (рис. 1.79). Наиболее часто встречаемые дефекты, связанные с эксплуатацией переходных патрубков:

• разрушение защитного керамического покрытия;

• трещины в местах крепления перфорированного экрана. 

2. ТОПЛИВО И РАЦИОНАЛЬНОЕ ЕГО СЖИГАНИЕ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ГТУ

Под топливом понимают горючие вещества, которые экономически целесообразно использовать для получения значительных количеств теплоты. Целесообразность применения горючих веществ в качестве топлива обосновывается рядом технико-экономических факторов:

• имеющиеся запасы;

• стоимость добычи и транспортировки;

• теплота сгорания;

• реакционную способность;

• влияние на окружающую среду;

• доступность для широкого использования и т. д.


2.1. Классификация органического топлива

Органическое топливо по происхождению подразделяют на:

• естественное (нефть, газ, торф, угли сланцы, антрациты);

• искусственное (кокс, полукокс, коксовый, генераторный и нефтяной газы, продукты переработки нефти: мазут, дизельное топливо, бензин и т. д.).

По агрегатному состоянию при обычных условиях разделяют три вида топлива, (рис. 2.1):

2.2. Состав топлива

Свойства топлива как горючего материала определяются его составом. Любое топливо состоит из:

• горючей части (углерод (С), водород (Н) и сера горючая (летучая) Sa);

• негорючей частей (кислород (0), азот (N), минеральные вещества (А) и влага (W)).

Эти элементы образуют сложные химические соединения. Для определения состава топлива проводят технический (содержание влаги, летучих и минеральных веществ) и химический анализы (либо по элементарному составу, для определения содержания углерода, водорода, азота, кислорода и серы летучей, либо определяют содержание в топливе отдельных химических соединений, таких как СН4, ССЬ, H2S и др.). Первый метод применяют для твердого и жидкого топлива, второй для газообразного топлива. 

2.3 Теплотехнические характеристики топлива

2.3.1. Теплота сгорания

2.3.2. Летучие вещества и кокс

2.4. Горение топлива

Горение - это сложный физико-химический процесс взаимодействия топлива с окислителем, протекающий при высоких температурах и сопровождающийся интенсивным выделением теплоты. В качестве окислителя чаще всего используется кислород атмосферного топлива.

Для обеспечения непрерывного и устойчивого горения топлива необходимы физические условия, важнейшими среди которых являются: бесперебойный подвод топлива и окислителя в зону горения; непрерывное и интенсивное их перемешивание; подогрев топлива до температуры воспламенения; подогрев воздуха; непрерывный отвод продуктов сгорания из зоны горения и др. Поэтому горение в технических устройствах не чисто химический процесс окисления горючих элементов топлива, а более сложный физико-химический процесс.

Стабильное непрерывное горение топлива организуется в топках печей, котлов и камерах постоянного горения ГТУ и др. В цилиндрах же ДВС, в камерах прерывистого сгорания ГТУ горение топлива происходит периодически, приближаясь подчас к взрывному процессу.

Механизм горения органического топлива весьма сложен. Было установлено, что ряд процессов могут быть объяснены лишь цепным характером реакции, который связан с рядом промежуточных химических преобразований, протекающих при определённых физических условиях. Теория цепных реакций в основном была разработана академиком Н.Н. Семеновым и его сотрудниками.

Для выполнения расчётов процессов горения топлива в топливосжигающих устройствах промышленного типа достаточно знать начальные и конечные состояния системы «топливо-окислитель», не рассматривая при этом механизма горения, промежуточных стадий и кинетики процесса.
 

2.5. Расчеты горения топлива

Расчеты горения топлива обычно выполняют с целью определения:

1) количества, необходимого для горения воздуха (окислителя);

2) количества и состава продуктов сгорания;

3) температура горения. 

2.5.1. Количество воздуха для горении

2.5.2. Состав и количество продуктов сгорания

2.5.3. Энтальпия газообразных продуктов сгорания

содержание      ..     2      3      4      5     ..