CC BY
39
Analysis of Efficiency upon Enhancing the Fuel Combustion Completeness in the GTU Burners Using Fuel Gas Heating up
Pekov A.P., Bachev N.L., Shilova A.A., Matyunin O.O., Betinskaya O.A.
Perm National Research Polytechnic University Perm, Russian Federation
Abstract. One main characteristic of the gas turbine unit (GTU) burner is its fuel combustion completeness, which affects directly the efficiency of the power plant along with CO and unburnt hydrocarbons CnHm emissions. The aim of this work was the research on the application of the fuel heating-up as an alternative method for increasing the fuel combustion completeness and controlling the emission of harmful agents. This goal is achieved by obtaining experimental data on the emissions of CO and NOx at different temperatures of the fuel gas supply to the combustion chamber. The most significant result of the work is the experimentally confirmed possibility of increasing the combustion efficiency (decreasing CO) by heating the fuel gas while maintaining constant gas-dynamic characteristics of the chamber. The significance of the results obtained consists in the experimental confirmation of the combustion quality control only by heating the fuel gas without changing the operating and design characteristics of the combustion chamber. The fuel combustion low completeness can cause the burner unstable operation in the form of the unsteady pre-blowout burning combined with the pressure oscillations in the burner. At present, methods for ensuring the increase in stability and completeness of the fuel combustion are related to the air rate and temperature changes at the inlet. However, the use of these methods can be unwanted because of their causing the decrease in the coefficient of efficiency and in the resource of the 'hot part' of the gas-turbine facility. Keywords: fuel gas heating-up, fuel combustion completeness, harmful agents emission, experimental facility, torch unit.
DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2021.4-52.09 UDC: 536.464
Analiza eficientei cresterii plenitudinii arderii combustibilului în camerele de ardere ale instalatiilor turbinelor cu gaz prin preîncalzirea gazelor combustibile Pekov A.P., Bacev N.L., Silova А.А., Matiunin О.О., Betinskaia О.А.
Universitatea nationala de cercetare politehnica din Permi Permi, Federatia Rusa
Rezumat. Una dintre principalele caracteristici ale camerei de ardere ale instalatiei turbinei cu gaz este plenitudinea arderii combustibilului, de care în mod direct depinde eficienta instalatiei energetice si emisiile de monoxid de carbon CO si de hidrocarburi nearse CnHm. Scopul lucrarii este cercetarea utilizarii încalzirii combustibilului ca mijloc alternativ de crestere a plenitudinii arderii combustibilului si de control al emisiilor de substante nocive. Obiectivul este atins prin obtinerea de date experimentale privind emisiile de CO si NOx la diferite temperaturi de alimentare a camerei de ardere cu gaz combustibil. Cel mai important rezultat al lucrarii este posibilitatea dovedita experimental de a creste plenitudinea combustiei (reducerea emisiilor de CO) prin încalzirea gazului combustibil, mentinând constante caracteristicile gazodinamice si geometrice ale camerei de ardere. Importanta rezultatelor obtinute consta în confirmarea experimental^ a posibilitatii de a controla calitatea combustiei doar prin încalzirea gazului combustibil fara a schimba regimul si caracteristicile de proiectare ale camerei de ardere. Plenitudinea joasa de ardere a combustibilului poate cauza o functionare instabila a camerei de ardere sub forma unei combustii instabile înainte de ardere, însotita de fluctuatii de presiune în camera de ardere. O eficienta ridicata a combustiei este deosebit de importanta în camerele de ardere cu emisii reduse. La regimuri înalte de functionare, pentru a mentine cea mai mica emisie de NOx este necesara mentinerea unei temperaturi minime a fläcärii stabile. Însa aplicarea metodelor indicate duce la consecinte nedorite, exprimate în reducerea randamentului si a resursei „partii fierbinti" a instalatiei turbinei pe gaz.
Cuvinte-cheie: preîncalzirea gazelor combustibile, plenitudinea arderii combustibilului, emisii de substante nocive, instalatie pilot, dispozitiv de ardere.
© Пеков А.П., Бачев Н.Л., Шилова A.A., Матюнин О.О., Бетинская O.A.
Анализ эффективности повышения полноты сгорания топлива в камерах сгорания ГТУ путем
подогрева топливного газа Пеков А.П., Бачев Н.Л., Шилова А.А., Матюнин О.О., Бетинская О.А.
Пермский национальный исследовательский политехнический университет Пермь, Российская Федерация Аннотация. Одной из основных характеристик камеры сгорания газотурбинной установки является полнота сгорания топлива, от которой напрямую зависит экономичность энергоустановки и эмиссия моноокиси углерода СО и несгоревших углеводородов СДп. Целью данной работы являются исследования по применению подогрева топлива в качестве альтернативного способа повышения полноты сгорания топлива и управления эмиссией вредных веществ. Поставленная цель достигается получением экспериментальных данных по эмиссии СО и NOx при разных температурах подачи топливного газа в камеру сгорания. Наиболее существенным результатом работы является экспериментально подтвержденная возможность повышения полноты сгорания (уменьшения эмиссии СО) путем подогрева топливного газа при сохранении постоянных газодинамических и геометрических характеристик камеры сгорания. Значимость полученных результатов состоит в экспериментальном подтверждении возможности управления качеством горения только подогревом топливного газа без изменения режимных и конструктивных характеристик камеры сгорания. Низкая полнота сгорания топлива может быть причиной неустойчивой работы камеры сгорания в виде нестабильного предсрывного горения, сопровождающегося колебаниями давления в камере сгорания. Обеспечение высокой полноты сгорания топлива особенно важно в малоэмиссионных камерах сгорания. На высоких режимах работы для обеспечения минимально возможной эмиссии NOx необходимо обеспечивать минимальную возможную температуру стабильного пламени. На сегодняшний день на практике широко применяются следующие способы повышения устойчивости и полноты сгорания топлива: локальное повышение концентрации топлива в факеле пламени путем сброса части воздуха в турбину помимо горелок, сброса части воздуха из камеры в атмосферу и путем отключения части горелок, а также их комбинации. Однако применение указанных способов приводит к нежелательным последствиям, выражающимся в снижении КПД и ресурса «горячей части» газотурбинной установки.
Ключевые слова: подогрев топливного газа, полнота сгорания топлива, эмиссия вредных веществ, экспериментальная установка, горелочное устройство.
ВВЕДЕНИЕ
Все известные способы управления качеством и устойчивостью горения в камерах сгорания (КС) газотурбинных установок (ГТУ) основаны на снижении времени индукции топлива и повышении скорости его сгорания [1]. По способу физического воздействия на процесс горения эти способы одинаковы - они изменяют температуру горения либо за счет изменения температуры горюче-воздушной смеси (ГВС), либо за счет изменения коэффициента избытка воздуха [2]. Подогрев воздуха и топливного газа перед их подачей в КС по-разному влияет на характеристики внутрика-мерного процесса и режимные параметры ГТУ. Температура подогретого воздуха сильно влияет на температуру ГВС и энергоэффективность установки, а температура подогретого топливного газа сильно сдвигает нижний предел горения обедненных ГВС в сторону больших значений коэффициента избытка воздуха.
О влиянии температуры воздуха и топливного газа на газодинамические и эмиссионные характеристики горения опубликованы в основном экспериментальные данные. В работе
[3] приведены результаты экспериментальных исследований по влиянию температуры воздуха на характеристики горения в КС микрогазотурбинной установки. Результаты показывают, что с увеличением температуры воздуха эффективность сгорания увеличивается, выбросы СО и CnHm значительно снижаются, а выбросы NOx значительно увеличиваются. В исследовании [4] экспериментально изучалось влияние подогрева воздуха и состава топлива на характеристики горения в КС модельной ГТУ. Температура воздуха изменялась в диапазоне от 383 К до 483 К при фиксированном коэффициенте избытка воздуха, равного 1.2. Выявлено, что КС может перейти в термоакустическое нестабильное состояние, когда температура входящего воздуха превышает пороговое значение (403...423) К, что было связано с крупномасштабными изменениями фронта пламени. В работе [5] экспериментально исследуется влияние повышенных температур топлива на характеристики горения и выбросы в КС газотурбинного двигателя Rolls Royce 501 K с модифицированной топливной
форсункой. Был проведен ряд испытаний с использованием топлива Jet-A при температурах топлива 394 К, 505 К и 590 К.
В экспериментальных исследованиях [6, 7, 8] показано влияние температуры, давление и состава ГВС на нормальную скорость горения. В [7] результаты измерений сравниваются с результатами численного моделирования. В работах [9, 10] приводятся результаты экспериментальных исследований по влиянию температуры входа дизельных топлив на выбросы и характеристики пламени. Имеются также результаты экспериментальных исследований выбросов NOx при сжигании пылевидных твердых топлив с предварительным подогревом [11].
Среди экспериментальных исследований по воспламеняемости ГВС следует отметить работы [12, 13, 14, 15, 16]. Эксперименты показали, что диапазон воспламеняемости расширяется с увеличением начальных температур и давления. Верхний предел зависит от давления по логарифмическому закону, а нижний предел воспламеняемости от давления не зависит. От начальной температуры верхний и нижний пределы воспламеняемости зависят линейно [17, 18, 19, 20, 21].
В работах [22, 23] содержатся данные по влиянию подогрева топливного газа на показатели эффективности ГТУ.
Информационно-аналитический обзор работ показал, что на сегодняшний день имеются экспериментально-теоретические исследования по влиянию давления и температуры подачи компонентов на концентрационные пределы и на нормальную скорость горения. Особое внимание заслуживает работа [23], в которой расчетным способом показано слабое влияние температуры топлива на режимные параметры ГТУ.
Отличительной особенностью данной работы является, то, что экспериментальным способом показано влияние подогрева топливного газа на эмиссию вредных веществ из камеры сгорания ГТУ. Новизна работы заключается в том, что по результатам расчетно-экспе-риментальных исследований предлагается новый способ повышения полноты сгорания топлива без изменения газодинамических и геометрических характеристик КС, только подогревом топливного газа.
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
На рисунке 1 представлена схема экспериментального стенда по исследованию характеристик горения.
1 - баллон для топливного газа; воздушный ресивер в составе электрокомпрессора; 2 - манометр (давление на входе в редуктор); 3 - вентиль; 4 - редуктор газовый; 5 - манометр (давление на выходе из редуктора); 6 - подогреватель топливного газа; 7 - расходомер; 8 - датчик давления; 9 -
термодатчик; 10 - испытательный отсек с горелочным устройством; 11 - газоанализатор. 1 - fuel gas tank; electrocompressor air receiver; 2 - manometer (pressure at the reducer input); 3 - screw valve; 4 - gas reducer; 5 - manometer (pressure at the reducer output); 6 - fuel gas heater; 7 - flow meter device; 8 - pressure sensor; 9 - thermal sensor; 10 - torch test compartment; 11 - gas analyser.
Рис. 1. Схема экспериментального стенда. Fig. 1. Scheme of test bench.
В экспериментальной установке используется редукторная схема подачи воздуха и топливного газа. Топливный газ из баллона 1 через редуктор 4 поступает в электроподогре-
ватель 6, где нагревается до заданной температуры подачи в КС. Параметры подогретого топливного газа после подогревателя 6 (объемный расход Q , давление подачи Р и
температура подачи Тгор) и воздуха после редуктора 4 (объемный расход Qок , давление подачи Рок и температура подачи Ток) регистрируются расходомерами 7, датчиками давления 8 и термодатчиками 9 и записываются с помощью измерительного комплекса «МЕРА».
На рисунке 2 представлена фотография испытательного отсека, предназначенного для исследования процесса сжигания газообраз-
ного топлива, включая природный газ и низкокалорийные газы, такие как синтез-газы, попутные нефтяные газы, доменные газы и т.д. Основной частью испытательного отсека является горелочное устройство (ГУ). ГУ имеет два канала подвода горючего, для организации контуров диффузионного и гомогенного горения.
Рис. 2. Испытательный отсек. Fig. 2. Test compartment.
Измерения эмиссионных характеристик проводились газоанализатором 11 Testo-350. Отбор проб выхлопных газов на анализ осуществлялся через специальный пробоотборник, расположенный в выхлопной магистрали стенда. Температура топливного газа измерялась хромель - копелевой термопарой, установленной на входе в диффузионный канал ГУ.
Для минимизации тепловых перетечек между топливным газом и воздухом на входе в ГУ трубки подвода топливного газа на большей длине были помещены в специальный теплоизолирующий стакан. Однако, как будет показано ниже, полностью исключить их не удалось.
В данной серии экспериментов использовался контур диффузионного горения.
Коэффициент избытка воздуха в условиях эксперимента определялся по параметрам подачи воздуха и топливного газа.
Массовые расходы окислителя и горючего равны:
>Кк =Рок-Оок> ^гор Ргор @гор '
где Qок , Qгор - экспериментальные значения
объемных расходов.
Плотности воздуха и топливного газа определялись с использованием экспериментальных значений параметров подачи:
Рок =
Ргор
R 1
rok 1 ок
р
R • T
Rrop '1 гор
где Рок, Ргор - экспериментальные значения
давления; Ток, Тгор - экспериментальные
значения температуры.
Коэффициент избытка воздуха по условиям подачи компонентов:
1
т„
а = -
Km
пк.
т 0 '"'гор
где Кт0 - массовое стехиометрическое соотношение компонентов.
МЕТОДИКА ИСПЫТАНИИ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Методикой проведения испытания предусмотрено простое непосредственное сравнение качества горения по уровню эмиссии СО и NOx без подогрева топлива и с его подогревом до максимально возможной величины, исходя из возможностей стендового подогревателя.
Экспериментальные исследования показали, что температура топливного газа на выходе из отверстий форсунок, на входе в зону горения, ТВХ выше температуры топливного газа на входе в ГУ Ту из-за его дополнительного нагрева в каналах корпуса ГУ. Было определено, что на начальном режиме испытаний ТУХ = 20 °С; ТУХ = 141 °С, а на максималь-
гу
ном режиме испытании
тгвух = 120 °c ;
т™ = 169 °с. Указанное обстоятельство привело к нарушению пропорциональности
между ТУХ и Ту .
В качестве начального (исходного) режима выбран реальный режим работы горелочного устройства в составе камеры сгорания ГТУ, характеризующийся повышенным уровнем эмиссии СО. Параметры исходного режима приведены в таблице 1.
Была проведена серия экспериментальных исследований при осредненных условиях, указанных в таблице 1. Для контроля представительности эксперимента каждая серия исследований завершалась отключением подогрева до восстановления начальной температуры топлива, при которой производились контрольные замеры эмиссии СО и NOx.
Таблица 1. Table 1.
Параметры исходного режима работы ГТУ. Parameters of initial mode of GTU operation.
№ Название (Name) Обозначение (Designation) Размерность (Dimension) Значение (Value)
1 Абсолютное давление в камере сгорания (Absolute pressure in the burner) PK МПа (MPa) 0.114
2 Температура воздуха на входе в ГУ (Air temperature at the burner input) T ок °C 257.0
3 Расход воздуха (Air consumption) m '"ок кг/с (kg/s) 0.033
4 Коэффициента избытка воздуха (Air excess coefficient) a - 4.59
5 Температура топливного газа на входе в ГУ (Fuel gas temperature at the burner input) грех T гу °C 20.0
6 Температура топливного газа на выходе из отверстий форсунки ГУ (Fuel gat temperature at the output of the burner's injector holes) грвХ T з.г °C 141.0
7 Эмиссия СО (CO emission) CCO мг/м3 (mg/m3) 869.0
8 Эмиссия NOx (NOx emission) CNOx мг/м3 (mg/m3) 77.3
Осредненные результаты испытаний приведены в таблице 2. Величина подогрева топливного газа рассчитывалась по формуле:
АТ =(твх) -(Твх)
гор г Д. г д ■
где 1 - порядковый номер эксперимента.
Степени изменения эмиссии оксида углерода и окислов азота определялись по формулам:
АСс0 =
ACNOx =
С
CCOL-i
V CCOi J
100%;
C
л
1 -V CNOxi j
•100%.
На рисунках 4 и 5 показаны графические зависимости осредненных результатов испытаний от величины подогрева топливного газа в ГУ.
Таблица 2.
Table 2.
Осредненные результаты испытаний. _Averaged test results._
i Величина подогрева топливного газа at °c at гор , C (Value of fuel gas heat-up) Относительная величина подогрева топливного газа, % (Relative value of the fuel gas heat-up) Степень понижения эмиссии оксида углерода ACCO ,% (Degree of decrease in carbon oxide emission) Степень повышения эмиссии окислов азота ACNOi , % (Degree of increase in nitrogen oxides emission)
1 0 0 0 0
2 3.6 2.55 7.09 3.98
3 7.3 5.18 13.54 6.08
4 15.5 10.99 20.68 9.38
5 19.4 13.76 24.84 11.45
6 23.7 16.81 27.68 12.36
7 28.0 19.86 30.60 13.44
ЛТгор (ATfuel), °С
Рис. 3. Осредненная эмпирическая зависимость выбросов CO от величины подогрева топливного
газа.
Fig. 3. Averaged empirical dependence of CO emission on the value of the fuel gas heat-up.
ЛТГОр (ATfuel), °
Рис. 4. Осредненная эмпирическая зависимость выбросов NO x от величины подогрева топливного
газа.
Fig. 4. Averaged empirical dependence of NOx emission on the value of the fuel gas heat-up.
Как видно из графиков на рисунках 4 и 5, зависимости выбросов от температуры топлива в исследованном диапазоне температур подогрева топлива близки к линейным. Незначительное отклонение зависимостей от линейных объясняется перетечками тепла между топливом и стенками ГУ из-за недостаточной теплоизоляции топлива в каналах горелочного устройства.
наименьших квадратов при анализе табличных данных:
с рюк = 0.181- TOK + 950.6; с р.ор = 3.273-Тор +1251.
Удельная теплоемкость ГВС определялась в зависти от соотношения компонентов по формуле:
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ анализ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ
Сравнение эффективности альтернативного способа повышения полноты сгорания путем нагрева топлива с традиционными способами - путем повышения температуры воздуха ГВС производилось при условии внесения в ГВС одинакового количества дополнительного тепла и, соответственно, при одинаковых изменениях основных газодинамических параметров, определяющих объем зоны горения, скорость ГВС и время пребывания топлива в зоне горения.
Температура ГВС определялась по уравнению энергетического баланса:
с
р.ГВС
а ' Km0 ' Ср.ок + Ср.гор
1 + а - КтП
Миделевая скорость ГВС определялась по формуле [20]:
Wbc =
пгвс
Ртвс - fkc
Расходонапряженность определялась по формуле:
W,
gk =
гвс
rrbc - тгвс
ТГВС ~
а- Km0 - Ток
С + Т - С
р.ок гор р.гор
(1 + а- Km0 )-с
р.ТВС
Удельные теплоемкости воздуха и топливного газа определялись по аналитическим зависимостям, которые получены методом
В таблице 3 отражены основные изменения введенные в газодинамику КС при подогреве топлива.
Таблица 3. Table 3.
Основные изменения газодинамических параметров при подогреве топлива.
Main changes in gas-dynamic parameters at uel heat-up.
№ п/п Величина подогрева топливного газа ATг0р, °С (Value of fuel gas heat-up) Величина подогрева ГВС AT °С AT ГВС , С (Value of FAM heat-up) Скорость топливного газа в отверстиях форсунки, м/с (Rate of fuel gas in injector holes, m/s) Миделевая скорость ГВС, м/с (Midship FAM rate, m/s) Расходонапряженность, кг/(с -Н) (Flow rate, kg/(s-N)) Время пребывания топлива в камере сгорания, c (Staying time of fuel in the burner, s)
1 0 0 0.127 2.667 0.17510-4 0.148
2 3.6 0.49 0.128 2.670 0.17510-4 0.148
3 7.3 1.11 0.129 2.670 0.17510-4 0.148
4 15.5 1.78 0.131 2.671 0.17510-4 0.148
5 19.4 2.37 0.133 2.671 0.17510-4 0.148
6 23.7 3.06 0.134 2.671 0.17410-4 0.148
7 28 3.83 0.135 2.672 0.17410-4 0.148
Анализ данных таблицы 3 показывает, что подогрев топливного газа практически не влияет на газодинамические параметры ГВС, что позволяет сделать вывод о неизменности параметров зоны горения, таких как объем зоны горения; доля воздуха, участвующая в горении; время пребывания топлива в зоне горения и
др.
Для расчета выбросов оксидов азота NOx и углерода СО при инженерном моделировании рабочего процесса обычно используют эмпирические зависимости.
В 1981 году Дж. Д. Льюис опубликовал выражение для прогноза NOx на основе экспериментальных данных о пламени:
Со - 7.50 -10
-б
(8.28-10 3-Г,
об.%,
где Гзг - температура в зоне горения, К.
Это выражение является функцией только температуры пламени. Позднее Дж. Д. Льюис опубликовал полуэмпирическую формулу [24], которая кроме температуры пламени учитывает давление в камере сгорания и используется при бедном гомогенном горении:
С^ = 3.32-10-6 -е(0008Гз.г).р0-5, 0б.%, (1)
где р - давление в камере, кгс/см2.
Лефевр А.Н. в [25] для расчета эмиссии СО предложил экспериментальную зависимость:
_86 -ток-Тзг-е
^гп —
-(0.00345-Г3.
V . г - V,)[АРI0 ' 5 Р1 5
г
кг
20•Г -й •Т
J "1ок.з.г п.г
ССО - '
АР
- Р
V - е
' з.г е
0.009-Г,
-• 10-4, об.% , (2)
где / - доля воздуха, участвующая в горении; /;;„,. , , - расход воздуха в зоне горения; Тп г -температура продуктов сгорания на выходе из камеры.
Ризк Н.К. в [27] для расчета эмиссии СО использовал следующую зависимость:
ССО - '
Г 7800
0.18-109 - е- Гз г
АР кг
(3)
Р2 -(Т" 0.4-Те )
где т - время пребывания в зоне горения; те -время испарения капли горючего.
Сделанный ранее вывод о неизменности параметров зоны горения от величины подогрева топливного газа, дает право воспользоваться указанными выше эмпирическими зависимостями для оценки влияния подогрева топливного газа на полноту сгорания топлива в относительных единицах. При этом все члены, не зависящие от Г обозначены в виде коэффициентов К1, К2, К3 . Тогда уравнения (1), (2), (3) соответственно примут следующий вид:
СМОг - К1 - е
,(0.008-Г3.г).
Ссо К (0.009-Гзг) '
7800
Ссо - Кз - ^Гз г
(4)
(5)
(6)
где ток - массовый расход воздуха, поступающего в КС; АР/Р - относительные потери давления вдоль камеры Vзr - общий объем зоны горения; Ve - объем испарившихся капель (для горения газов
V - 0).
Также Лефевр А.Н. в [26] предложил использовать для расчета эмиссии СО следующую уточненную формулу:
На рисунках 6 и 7 представлены зависимости изменения концентраций СО и КОх от величины подогрева ГВС, рассчитанные по выражениям (4), (5), (6) соответственно.
Сравнение данных по эмиссии СО на рисунках 4 и 7 и данных по эмиссии NOx на рисунках 5 и 6 показывает, что подогрев топливного газа значительно эффективнее подогрева воздуха по влиянию на полноту сгорания топлива.
0.5
3,5
3
\0 2,5
o4
* 2
О
£ и 1,5
A 1
0,5
0
0,5
1,5
AT
2,5
3,5
ГВС
(АТгвс), °
Рис. 5. Зависимость изменения концентрации NOx от температуры ТВС. Fig. 5. Dependence of NOx concentration change on FAM temperature.
a ■■
-1 -2
-4
„ -5
U <1
-8
-10 -11
_1_
(5)
(6)
0,5
1,5
2,5
3,5
iilfbc (дтрамХ °C
Рис. 6. Зависимость изменения концентрации CO от температуры ТВС. Fig. 6. Dependence of CO concentration change on FAM temperature.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные расчетно-эксперименталь-ные исследования по влиянию подогрева топливного газа на газодинамические и эмиссионные характеристики горения позволяют сформулировать следующие выводы:
- внешний подогрев топливного газа незначительно влияет на термо- и газодинамические характеристики горения. Получено, что повышение температуры горюче-воздушной смеси и продуктов сгорания составляет примерно 0.15 гардуса на 1 градус подогрева топливного газа;
- показана сильная зависимость эмиссии СО и КОх от внешнего подогрева топливного газа. Получено, что уменьшение эмиссии СО
составляет 1.1 %, а увеличение эмиссии КОх 0.5 % на 1 градус подогрева топливного газа;
- полученные результаты свидетельствуют о возможности реализации нового способа регулирования газотурбинных установок путем подогрева топливного газа с регистрацией выбросов КОх и СО без изменения расходных и конструктивных характеристик камеры сгорания.
Литература (References)
[1] Ueli Honegger. Gas turbine combustion modeling for a parametric emissions monitoring system. Thesis, 2007
[2] Pinaki Pal. Computational modeling and analysis of low temperature combustion regimes for advanced engine applications. Thesis, 2016
0
1
2
3
4
[3] Wang, F.-S & Kong, Wenjun & Wang, B.-R & Lao, S.-Q & Zhang, P.-Y. (2007). Effects of inlet temperature on combustion characteristics within a micro gas turbine combustor. Kung Cheng Je Wu Li Hsueh Pao/Journal of Engineering Thermophysics. 28. 331-334.
[4] Aerospace Science and Technology, Volume 92, September 2019, Pages 126-138, Aerospace Science and Technology Effects of fuel variation and inlet air temperature on combustion stability in a gas turbine model combustor Feier Chen Can Ruan Tao Yu Weiwei Cai Yebing Mao Xingcai Lu https://doi.org/10.1016/j.ast.2019.05.052
[5] Wiest, H.K. & Heister, S.D.. (2014). Experimental study of gas turbine combustion with elevated fuel temperatures. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 136. 10.1115/1.4027907
[6] Zhao Z., Kazakov A., Li J., Dryer F.L. The initial temperature and N-2 dilution effect on the laminar flame speed of propane/air. Combustion Science and Technology, 2004, vol. 176(10), pp. 1705-23, doi: 10.1080/00102200490487553
[7] Natarajan J., Kochar Y., Lieuwen T., Seitzman J. Pressure and preheat dependence of laminar flame speeds of H2/CO/CO2/O2/He mixtures. Proceedings of the Combustion Institute, 2009, vol. 32(1), pp. 1261-1268, doi: 10.1016/j .proci.2008.06.110
[8] Combustion and Flame, Volume 158, Issue 8, August 2011, Pages 1491-1506 Homogeneous combustion of fuel-lean H2/O2/N2 mixtures over platinum at elevated pressures and preheats Yohannes Ghermaya John Mantzarasa Rolf Bombacha Konstantinos Boulouchosb https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2010.12.0 25
[9] Chen, Hao & Guo, Qi & Zhao, Xu-yi & Xu, Meng-long & Ma, Yong. (2015). Influence of Fuel Temperature on Combustion and Emission of Biodiesel. Journal of the Energy Institute. 89. 10.1016/j.joei.2015.01.024
[10] Poorhoseini, Hadi & Nikzad, R.. (2019). An experimental study on the effect of inlet diesel fuel temperature on mass flow choking, flame penetration, temperature, radiative characteristics and NOx pollutant emission of an oil burner. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 41. 10.1007/s40430-019-2022-2
[11] Fuel, Volume 294, 15 June 2021, 120538, Experimental study on NOx emissions of pulverized coal combustion preheated by a 2 MW novel self-sustained preheating combustor Ziqu Ouyangab Wenhao Songab Jingzhang Liua Jianguo Zhuab Chengbo Mana Shujun Zhuac Hongliang Dingab https://doi.org/10.1016/jiuel.2021.120538
[12] Liao S.Y., Cheng Q., Jiang D.M., Gao J. Experimental study of flammability limits of natural gas-air mixture. Journal of Hazardous Materials, 2005, vol. 119, Issues 1-3, pp. 81-84
[13] Gan C., Zili L., Chao Y. Experimental study of flammability limits of methane/air mixtures at low temperatures and elevated pressures. Fuel, 2016, vol. 181, pp. 1074-1080
[14] Wang T., Luo Z., Wen H., Cheng F., Deng J., Zhao J., Guo Z., Lin J., Kang K., Wang W. Effects of flammable gases on the explosion characteristics of CH 4 in air. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2017, vol. 49, Part B, pp. 183-190
[15] Zamashchikov V.V. On the Flammability Limit. Combustion Explosion and Shock Waves, 2018, vol. 54, Issue 4, pp. 393-397
[16] Catoire L., Naudet V. Estimation of temperature dependent lower flammability limit of pure organic compounds in air at atmospheric pressure. Process Safety Progress, 2005, vol. 24 (2), pp. 130-137
[17] Wierzba I., Kilchyk V. Flammability limits of gydrogen-carbon monoxide mixtures at moderately elevated temperatures. International Journal of Hydrogen Energy, June 2001, vol. 26, Issue 6, pp. 639-643
[18] Gibbon H.J., Wainwright J., Rogers R.L. Experimental determination of flammability limits of solvents at elevated temperatures and pressures. In Institution of Chemical Engineers Symposium Series, 1994, vol. 134, pp. 1-12
[19] Li Z., Gong M., Sun E., Wu J., Zhou Y. Effect of low temperature on the flammability limits of methane/nitrogen mixtures. Energy, 2011, vol. 36(9), Yuan, pp. 5521-5524.
[20] Ale B.B., Wierzba I. The flammability limits of hydrogen and methane in air at moderately elevated temperatures. Published in: IECEC-97 Proceedings of the Thirty-Second Intersociety Energy Conversion Engineering Conference (Cat. No. 97CH6203)
[21] Bolshova T.A., Bunev V.A., Knyazkov D.A., Korobeinichev O.P., Chernov A.A., Shmakov A.G., Yakimov S.A. Dependence of the lower flammability limit on the initial temperature. Combustion, Explosion, and Shock Waves, March 2012, vol. 48, Issue 2, pp. 125-129
[22] Mehaboob Basha, Shaahid S.M., Luai Al-Hadhrami. Impact of Fuels on Performance and Efficiency of Gas Turbine Power Plants. 2nd International Conference on Advances in Energy Engineering December 27-28, 2011, Bangkok, Thailand. Energy Procedia 14 (2012),pp. 558-565.
[23] Marin G., Mendeleev D., Osipov B., Akhmetshin A. Study of the effect of fuel temperature on gas turbine performance. Web of Conferences 178, 01033 (2020).
[24] Lewis, G. D., 1981, "Prediction of NOx Emissions," American Society of Mechanical Engineers (Paper), (81) pp. 5.
[25] Lewis, G. D., 1991, "New Understanding of NOx Formation," Tenth InternationalSymposium on Air Breathing Engines, Anonymous Publ by AIAA, Washington, DC,USA, Nottingham, Engl, pp. 625-629.
[26] Lefebvre, A. H., 1984, "Fuel Effects on Gas Turbine Combustion - Liner Temperature,Pattern Factor and Pollutant Emissions."
Сведения об авторах.
Пеков Ахиллей Периклович - советник генерального директора ПАО НТЦ "Турбо-пневматик". Область научных интересов: теоретические и экспериментальные исследования внутрикамерных процессов.
E-mail: [email protected] Шилова Алена Алексеевна -инженер кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ. Область научных интересов: рабочие процессы в КС ЭУ. E-mail: [email protected]
Бетинская Оксана Андреевна - к.т.н, доцент кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ. Область научных интересов: турбома-шины и комбинированные ЭУ.
E-mail: oksa-
nochka [email protected]
AIAA/SAE/ASME 20th Joint
PropulsionConference. Journal of Aircraft, ed. AIAA, New York, NY, USA, Cincinnati, OH, Engl, pp. 18.
[27] Rizk, N. K., and Mongia, H. C., 1993, "Semianalytical Correlations for NOx, CO, and UHC Emissions," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Transactions of the ASME, 115(3) pp. 612-619.
Бачев Николай Леонидович -
к.т.н., доцент кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ. Область научных интересов: утилизационные газотурбинные установки.
E-mail: [email protected]
Матюнин Олег Олегович - старший преподаватель кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы»
ПНИПУ. Область научных интересов: численное моделирование рабочих процессов в ЭУ. E-mail: [email protected]
ûà
СП
