Ви користання каталітичних камер згорання у с кладі ГТУ
Дослідження застосування каталітичного горіння в камерах згор ання ГТУ з метою створення екологічно чистих установок проводять фірми й організації General Electric Corporation, U. S. Department of Energy, Solar Turbines Incorporated, Toshiba та ін. Перші дві фірми об’єднали свої зу- силля в спільній програмі Advanced Turbine System, відповідно до якої передбачено виробництво після 2000 року газових турбін з емісією оксидів азоту (NO* < 8 ppm) і оксиду вуглецю (СО < 15 ppm) з подальшим зменшенням емісії NO* до 5 ppm і С О до 10 ppm. Досягнення таких низь — ких показників можливе тільки із застосуванням каталітичного горіння, яке гранично може забезпечити зниження рівня емісії NO* до 1 ppm.
Потреба застосування каталітичної технології в камерах згорання ГТУ зумовлена тенденцією підвищення початкової температури ГТУ в сучасних двигунах до 1 200…1 300 °С з доведенням цього показника в майбутньому до 1 600 °С.
Збільшення початкової температури ГТУ потребує за термодинамічними умовами підвищення циклового тиску з 0,8.. .1,0 МПа для низькотемпе — р атур них у становок до 3,0 МПа для високотемпер атур них газових тур бін.
* 3
^ ppm NO * = 2 мг/м NO *.
1 ppm ZO = 1-10-1 % об. ZO.
Одночасне підвищення температури і тиску зумовлює зростання емісії термічних оксидів азоту.
У каталітичних камерах згорання передбачено об’єднання в одному технологічному ланцюжку таких елементів: первинного пальника (для попереднього підігріву повітря до 673…773 К), змішувача-стабілізатора (для досягнення потрібного рівня гомогенізації паливоповітряної суміші, яка подається на каталітичну насадку), каталітичного реактора (дляреалізації низькотемпературного до 1273 К окиснювача горючої суміші) і термічного реактора (де відбувається догорання в режимі самозапалювання до 1273. 1773 К палива, що не «вигоріло», на каталізаторі реактора, і «третинного» палива, що подається після реактора в зону гомогенного окиснювання).
Каталітичний реактор являє собою жаростійку пористу насадку (на металічній або керамічній основі), на поверхню якої наносять шар (у вигляді тонкої плівки) каталізатора на основі платини Pt, паладію Pd та ін.
Виходячи з аналізу робочого процесу камер згорання ГТУ традиційного типу (на основі дифузійних технологій спалювання палива), модернізованого типу DLN і камер згорання на основі застосування каталітичної технології, можна визначити головний фактор, який якісно обґрунтовує ефект зниження емісії NO*. Це стосується розподілу і рівня температур уздовж камери згорання. У традиційних камерах згорання (з дифузійним сумішоутворенням і розподілом повітря на пер — винне та вторинне) високого рівня температур досягають у первинній зоні горіння. Це стосується збільшення середнього і максимального рівня температур порівняно з рівнем температур, який відповідає каталітичним камерам згорання. Ця обставина є основною причиною високого рівня емісії NO* у традиційних камерах згорання порівняно з камер ами згорання, які працюють на бідній попередньо підготовленій суміші (DLN і каталітична технологія) .
У каталітичних камерах згорання локальні максимуми температур з ’являються тільки в зоні догорання первинного пальника. Вплив цього температурного максимуму на загальну емісію NO* невеликий зараху — нок малої частки подачі палива (до 20 %) на первинний пальник у номінальному режимі роботи, а в зоні каталітичного і термічного реактора реалізується практично однорідне температурне поле в умовах нерівномірності не більше 8 % від мінімального рівня середніх температур, що забезпечує істотне (на декілька порядків) зниження швидкості утворення термічних NO*.
DLN (Dry — Low — NO*) — технології зниження емісії NO* на основі використання камер згорання з попереднім змішуванням палива і окиснювача.
Каталітичну технологію можна легко пристосувати як до нових перспективних типів ГТУ і ПГУ (які знаходяться на стадії проектування), так і для установок, що знаходяться в експлуатації (за рахунок відповідної реконструкції).