Cтраница 3
Впрыск воды / пара может существенно увеличить мощность установки вследствие увеличения массового расхода рабочего тела, хотя при этом возможно снижение экономичности ГТУ. На рис. 6.21 показано влияние впрыска пара на характеристики ГТУ типа MS7001 ЕА. Впрыск пара обычно не превышает 5 % объема воздуха, засасываемого компрессором. При впрыске воды отношение вода / воздух находится примерно на том же уровне. По данным фирмы ABB ( рис. 6.22), впрыск воды увеличивает электрическую мощность установки, но снижает ее экономичность в зависимости от температуры впрыскиваемой воды. [31]
Устранение выбросов окислов азота с дымовыми газами связано с теми же трудностями, что и улавливание сернистого газа: большие объемы дымовых газов с высокой температурой и малой концентрацией окислов азота. Применяя разработанные в последнее время способы организации топочного процесса ( двухступенчатое сжигание, впрыск пара и др.), удается снизить концентрацию окислов азота в дымовых газах примерно вдвое, что явно недостаточно. Разработаны также, правда еще недостаточно эффективные, но дорогие, способы улавливания окислов азота из дымовых газов. Еще сложнее борьба с выбросами из автомобильных и авиационных двигателей: до сих пор не найдено эффективных способов их устранения или уменьшения. Для улавливания выбросов окислов азота в технологических процессах разработаны и применяются различные достаточно эффективные устройства. Окись углерода СО является газом без цвета и запаха, более легким, чем воздух. Обладая сродством в 300 раз большим, чем кислород к гемоглобину крови, который доставляет кислород к тканям тела, окись углерода соединяется с гемоглобином и препятствует переносу кислорода, отчего наступает кислородное голодание организма. При продолжительном пребывании в загазованной зоне даже небольшие концентрации СО могут вызвать смертель - ный исход. [32]
Мощность ГТУ без подачи пара при температуре окружающей среды 33 С равна 12 МВт. В [65] отмечается, что к августу 1974 г. рассматриваемая ГТУ проработала 47 000 ч, из них 3000 ч с впрыском пара. [33]
Впрыск воды / пара может существенно увеличить мощность установки вследствие увеличения массового расхода рабочего тела, хотя при этом возможно снижение экономичности ГТУ. На рис. 6.21 показано влияние впрыска пара на характеристики ГТУ типа MS7001 ЕА. Впрыск пара обычно не превышает 5 % объема воздуха, засасываемого компрессором. При впрыске воды отношение вода / воздух находится примерно на том же уровне. По данным фирмы ABB ( рис. 6.22), впрыск воды увеличивает электрическую мощность установки, но снижает ее экономичность в зависимости от температуры впрыскиваемой воды. [34]
В настоящее время фирма выпускает три разновидности одновальных газотурбинных установок большой мощности: установки без регенератора мощностью 16 500 и 21 800 кет и установки мощностью 15 200 кет с регенератором. Температура газов перед турбиной равна 788 С, степень повышения давления 6, температура уходящих газов 440 С. В установках предусматривается возможность использования впрыска пара или воды для увеличения мощности. [35]
Когда сжиганию подвергается большое количество газов со значительным содержанием углеводородов более тяжелых, чем пропан, выделяется большое количество дыма. Это крайне неприятно и может вызвать справедливые претензии. Однако было установлено, что посредством впрыска пара в факел можно почти при всех условиях сгорания за исключением аварийных ( экстренных) случаев получить полностью бездымное пламя. При впрыске пара важно, чтобы верхняя граница струи пара совпадала по контуру ( была коаксиальной) с границей столба пламени и находилась на таком расстоянии от его верхней части, что конус дыма при своем выходе ударялся бы о конус пара. Пытались сконструировать систему, в которой пар мог бы по мере необходимости подаваться автоматически. Однако эти проекты были оставлены отчасти из-за чрезвычайной трудности замеров горящего газа при минимальном напоре ( нахождения наименьшего давления, потока горящего газа), отчасти из-за того, что в случае неудачи автоматической системы она может явиться серьезной помехой, так как регулировка подачи пара должна быть очень точной, и если пар подается слишком быстро или в слишком больших количествах, то может легко произойти выброс факела пламени. [36]
При современном развитии турбостроения создание ГТУ с впрыском пара не представляет сложностей. Организовать же впрыск пара в область камеры сгорания ГТУ, не предусмотренный в цикле двигателя, гораздо сложнее. С точки зрения термодинамики цикла, место впрыска пара перед камерой сгорания или после нее, не оказывает влияния на показатели ГТУ, однако из конструктивных соображений подачу пара лучше осуществлять в воздушный поток до камеры сгорания. При таком конструктивном решении задачи возникает вопрос о влиянии подачи пара на процесс горения в камере сгорания. [37]
Скорость образования оксидов азота уменьшается по мере обеднения топливной смеси ( а 1) в зоне пламени сухой КС, что связано с уменьшением его температуры. В сухих КС в отличие от мокрых не применяют впрыск пара и воды для подавления оксидов азота. [38]
Одной из особенностей рассматриваемого способа утилизации тепла отходящих газов ГТУ является непосредственное смешение продуктов сгорания с водяным паром. В свою очередь для выполнения расчетов по изменению состояния такой смеси необходимо знать ее термодинамические свойства. Принимая во внимание параметры современных ГТУ, можно полагать, что при впрыске пара в область камеры сгорания как на входе, так и на выходе газовой турбины движется газопаровой поток, водяные пары которого находятся в перегретом состоянии. [39]
В последние годы были усовершенствованы методы расчета тепловых схем и элементов ГТУ и ПГУ с применением математического моделирования и компьютерной техники. В настоящее время значительное внимание уделяется прогрессивным технологиям сжигания топлива в камерах сгорания ГТУ и улучшению экологических показателей установок. При создании газовых турбин используются новые материалы, улучшаются системы охлаждения их элементов, применяются конструктивные схемы с повышенными значениями давления воздуха после компрессоров, с его промежуточным охлаждением, промежуточным перегревом газов в газовых турбинах, используются регенеративные циклы и схемы с впрыском пара и воды в ГТУ. [40]
Когда сжиганию подвергается большое количество газов со значительным содержанием углеводородов более тяжелых, чем пропан, выделяется большое количество дыма. Это крайне неприятно и может вызвать справедливые претензии. Однако было установлено, что посредством впрыска пара в факел можно почти при всех условиях сгорания за исключением аварийных ( экстренных) случаев получить полностью бездымное пламя. При впрыске пара важно, чтобы верхняя граница струи пара совпадала по контуру ( была коаксиальной) с границей столба пламени и находилась на таком расстоянии от его верхней части, что конус дыма при своем выходе ударялся бы о конус пара. Пытались сконструировать систему, в которой пар мог бы по мере необходимости подаваться автоматически. Однако эти проекты были оставлены отчасти из-за чрезвычайной трудности замеров горящего газа при минимальном напоре ( нахождения наименьшего давления, потока горящего газа), отчасти из-за того, что в случае неудачи автоматической системы она может явиться серьезной помехой, так как регулировка подачи пара должна быть очень точной, и если пар подается слишком быстро или в слишком больших количествах, то может легко произойти выброс факела пламени. [41]
В этой схеме вода прокачивается непрерывно через экономайзер даже в том случае, когда газовая турбина не работает. По мере увеличения количества и температуры продуктов сгорания газовой турбины в подогревателе 9 автоматически вытесняется отборный пар в ПВД и увеличивается мощность паровой турбины. При достижении нужной температуры питательной воды ПВД полностью вытесняются. При недостаточной мощности ГТУ подогрев питательной воды может осуществляться параллельно в газоводяном подогревателе и в ПВД. Схемы ( рис. 6.14, б, в, г) предусматривают впрыск пара в поток газа перед газовой турбиной ( или в камеру сгорания 2), что позволяет достигнуть более чем двукратного увеличения Пиковой мощности ГТУ при незначительных дополнительных капиталовложениях. Кроме того, газовые турбины, работающие на парогазовой смеси, быстро запускаются ( путем подачи пара в газовую турбину) и имеют повышенные маневренные свойства. На рис. 6.14, б приведена схема комбинирования ГТУ с паротурбинным энергоблоком, где осуществляется впрыск в камеру сгорания острого пара непосредственно из кот-лоагрегата. Происходящее при этом дросселирование острого пара снижает экономичность установки. Так как пиковая мощность комбинированного энергоблока возрастает с увеличением доли впрыска пара d в продукты сгорания ГТУ, то необходимо предусматривать соответствующий запас производительности котлоагрегата. Более экономичной является схема комбинирования ( рис. 6.14, е), где в камеру сгорания впрыскивается уже частично отработавший пар из отборов высокого давления паровой турбины. С учетом того, что такой впрыск отборного пара происходит при отключении ПВД, условия работы паровой турбины несколько улучшаются. Однако количество впрыскиваемого в камеру сгорания ГТУ пара из отборов турбины ограничено возможностями этих отборов по расходу. [42]
Эпизодически некоторое количество газа сжигают на факеле. Проблема полного сгорания в этих условиях несколько осложняется. Однако этот путь не реален из-за интенсивного шума, возникающего во время работы такого устройства в высокой трубе. Кроме того, это устройство работает удовлетворительно только при условии постоянства подачи газа; очевидно, это требование не выполнимо для факела. Было принято дорогостоящее, но весьма эффективное средство для решения этой проблемы. У верха факела производится впрыск пара высокого давления. Подача пара контролируется автоматически, в зависимости от расхода газа. В результате достигается полное сгорание, а светящееся пламя превращается в небольшой яркий огонь, горящий, бездымно и без большого шума. На ото расходуется значительное количество пара. [43]
Однако наряду со снижением эмиссии МОЛ ввод в зону горения воды или водяного пара дает ряд негативных эффектов, заметно влияющих на другие характеристики КС. Это касается прежде всего интенсивности и полноты выгорания топлива, что связано в основном со снижением температуры в факеле. Концентрация продуктов недожога углеводородов, прежде всего СО, в выходных газах значительно возрастает. Подача в КС воды или пара влияет и на устойчивость процесса горения. Вероятность вибрационного горения при этом увеличивается, а диапазон режимов устойчивой работы КС ( диапазон устойчивого горения по предельным ( срывным) составам смеси) существенно снижается. Вероятность вибрационного горения при впрыске пара или воды особенно сильна при работе КС на природном газе. Колебания динамического давления ( пульсации) происходят во всех КС с диффузионным пламенем и генерируются процессом горения. Эти колебания могут взаимодействовать с акустическими колебаниями в КС и усиливаться, вызывая ускорение износа конструкции или преждевременное ее разрушение. [44]
В этой схеме вода прокачивается непрерывно через экономайзер даже в том случае, когда газовая турбина не работает. По мере увеличения количества и температуры продуктов сгорания газовой турбины в подогревателе 9 автоматически вытесняется отборный пар в ПВД и увеличивается мощность паровой турбины. При достижении нужной температуры питательной воды ПВД полностью вытесняются. При недостаточной мощности ГТУ подогрев питательной воды может осуществляться параллельно в газоводяном подогревателе и в ПВД. Схемы ( рис. 6.14, б, в, г) предусматривают впрыск пара в поток газа перед газовой турбиной ( или в камеру сгорания 2), что позволяет достигнуть более чем двукратного увеличения Пиковой мощности ГТУ при незначительных дополнительных капиталовложениях. Кроме того, газовые турбины, работающие на парогазовой смеси, быстро запускаются ( путем подачи пара в газовую турбину) и имеют повышенные маневренные свойства. На рис. 6.14, б приведена схема комбинирования ГТУ с паротурбинным энергоблоком, где осуществляется впрыск в камеру сгорания острого пара непосредственно из кот-лоагрегата. Происходящее при этом дросселирование острого пара снижает экономичность установки. Так как пиковая мощность комбинированного энергоблока возрастает с увеличением доли впрыска пара d в продукты сгорания ГТУ, то необходимо предусматривать соответствующий запас производительности котлоагрегата. Более экономичной является схема комбинирования ( рис. 6.14, е), где в камеру сгорания впрыскивается уже частично отработавший пар из отборов высокого давления паровой турбины. С учетом того, что такой впрыск отборного пара происходит при отключении ПВД, условия работы паровой турбины несколько улучшаются. Однако количество впрыскиваемого в камеру сгорания ГТУ пара из отборов турбины ограничено возможностями этих отборов по расходу. [45]