Экспериментальные исследования эмиссий NOx при сжигании топлива в одной и двух последовательно расположенных ступенях сгорания

Людмила Александровна Булысова; Василий Дмитриевич Васильев; Михаил Михайлович Гутник; Михаил Николаевич Гутник; Аркадий Львович Берне; Кристина Сергеевна Пугач

Экспериментальные исследования эмиссий NOx при сжигании топлива в одной и двух последовательно расположенных ступенях сгорания

Людмила Александровна Булысова, Василий Дмитриевич Васильев, Михаил Михайлович Гутник, Михаил Николаевич Гутник, Аркадий Львович Берне, Кристина Сергеевна Пугач

Аннотация

Статья является первой из цикла, посвящённого экспериментальным исследованиям и оптимизации процесса сжигания топливовоздушной смеси с температурами газов на выходе из камеры сгорания около1700\оC при удовлетворении требований к эмиссиям.

Работа поделена на два этапа. На первом исследованы возможности получения минимальных концентраций NO_x и CO при использовании традиционной (одноступенчатой) схемы сжигания подготовленной топливовоздушной смеси (ТВС). Она предполагает наличие одного горелочного устройства (ГУ), через которое поступают топливо и воздух в жаровую трубу (ЖТ), и процесс горения осуществляется на зонах стабилизации пламени, формируемых в ней за счёт завихрителей и/или плохообтекаемых тел. Для такой схемы исследовано влияние: качества подготовки ТВС, воздуха пилотной горелки, скорости потока в ЖТ и температуры воздуха на входе на эмиссии NO_x и СО в диапазоне выходных температур от 1300 до 1700\оС (коэффициентах избытка воздуха КС от 2,2 до 1,6).

На втором этапе рассмотрена возможность снижения вредных выбросов за счёт использования двухступенчатой последовательной схемы сжигания топлива. Она предполагает наличие двух ГУ, одно из которых, традиционное (ГУ1), расположено в торце ЖТ, второе, последовательное (ГУ2), -- на боковых стенках ЖТ ниже по потоку. Здесь приводятся результаты испытаний ГУ2, имеющего вид пережима-коллектора с отверстиями для впрыска топлива, расположенными по его окружности. Суммарный расход топлива разделён между ступенями. В первой ступени происходит сжигание топлива в виде ТВС, во второй оставшееся топливо дожигается в горячем, обеднённом кислородом потоке газов первой ступени. Для этой схемы исследовано влияние входной температуры ТВС в первую ступень и скорости её подачи в ЖТ на эмиссии NO_x и CO в диапазоне выходных температур от 1300 до 1700\оС.

Результаты получены при испытаниях модельной камеры сгорания (КС) на стенде ОАО "ВТИ". Многовариантные расчётные исследования по этой теме опубликованы ранее [1 -- 3].

Ключевые слова

: малоэмиссионная камера сгорания, газотурбинная установка, топливовоздушная смесь, оксиды азота, расчётные исследования, экспериментальные исследования.

Полный текст:

PDF

Литература

Васильев, В.Д. Методика обработки экспериментальных данных неустойчивости горения [Текст] / В.Д. Васильев, Л.А. Булысова, А.Л. Берне // Энергетик. – 2014. -- № 1. – С. 55 – 60.

Булысова, Л.А. Параметрические расчётные исследования по снижению эмиссий NOx при сжигании идеальной топливовоздушной смеси с организацией нескольких зон стабилизации [Текст] / Л.А. Булысова, А.Л. Берне, К.С. Пугач // Электрические станции. – 2017. -- № 10. – С. 11 – 20.

Булысова, Л.А. Параметрические расчётные исследования по снижению эмиссий NOx при последовательном сжигании идеальной топливовоздушной смеси [Текст] / Л.А. Булысова, А.Л. Берне, К.С. Пугач // Электрические станции. – 2018. -- № 2. – С. 25 – 31.

Булысова, Л.А. Параметрические расчётные исследования снижения эмиссий NOx при организации последовательного сжигания топлива с диффузионной второй зоной [Текст] / Л.А. Булысова, А.Л. Берне, К.С. Пугач // Электрические станции. – 2018. -- № 5. -- С. 2 – 8.

Bowman, C.T. Chemistry of Gaseous Pollutant Formation and Destruction [Text] / C.T. Bowman // Fossil Fuel Combustion; edited by W. Bartok and A. F. Sarofim. -- New York: John Wiley & Sons, 1991. – P. 215 -- 260.

Hasan Karim Staged combustion system for improved emissions operability& flexibility for 7HA class heavy duty gas turbine engine [Text] / Hasan Karim, Jayaprakash Natarajan, Venkat Narra, Jun Cai, Shreekrishna Rao, Jonathan Kegley, Joseph Citeno // Proceedings of ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition GT2017 (June 26 -- 30 2017). – USA, NC, Charlotte, 2017. -- GT2017-63998.

Douglas A. Pennell. An introduction to the Ansaldo GT36 constant pressure sequential combustor [Text] / Douglas A. Pennell, Mirko R. Bothien, Andrea Ciani, Victor Granet, Ghislain Singla, Steven Thorpe, Anders Wickstroem, Khalid Oumejjoud, Matthew Yaquinto // Proceedings of ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition GT2017 (June 26 -- 30 2017). -- USA, NC, Charlotte, 2017. -- GT2017-64790.

Ryozo Tanaka. Development of high efficient 30MW class gas turbine the kawasaki L30A [Text] / Ryozo Tanaka, Take Koji, Masanori Ryu, Akinori Matsuoka, Atsushi Okuto // Proceedings of ASME Turbo Expo 2012, GT2012 (June 11 -- 15 2012). – Denmark, Copenhagen, 2012. -- GT2012-68668.