Исследование влияния впрыска пара в камеру сгорания ГТУ SGT-600 на её энергетические показатели

Ведущие фирмы-производители энергетических ГТУ используют впрыск пара(воды) в установки преимущественно для поддержания концентрации оксидов азота в выходных газах в пределах нормы. Такой впрыск оказывает влияние и на энергетические показатели установки.

Первоначально впрыскиваемый пар(воду) пропускают через специальный фильтр. Пар, в частности, впрыскивается в зону активного горения через топливные форсунки. Топливо (природный газ) поступает по внутреннему каналу форсунки, а пар по ее наружному кольцевому каналу. При впрыскивании пар смешивается с оттоком воздуха после компрессора, используемого для формирования начальной температуры газов перед газовой турбиной. Пар также может смешиваться с воздухом, охлаждающим корпус камеры сгорания.

Пар (вода) при впрыске в огневую зону благодаря более высокой удельной теплоемкости, чем у продуктов сгорания, прогревается до температуры газов и забирает часть теплоты. В результате температура в зоне реакции понижается, чем обеспечивается понижение эмиссия оксидов азота.

Вводимый в КС пар позволяет получить дополнительное количество высокоэнтальпийного рабочего тела. Благодаря снижению теоретической температуры горения в стехиометрических зонах и улучшению кинетики процесса обеспечивается существенное подавление процесса образования оксидов азота.

Впрыск пара(воды) может существенно увеличить мощность установки вследствие увеличения массового расхода рабочего тела, хотя при этом возможно снижение экономичности ГТУ. Впрыск пара обычно не превышает 5% объем воздуха, засасываемого компрессором.

Расчетные исследования впрыска пара в КС ГТУ SGT-600 выполнены в системе компьютерного моделирования DVIGwT. Технические данные ГТУ SGT-600 приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Технические данные ГТУ SGT - 600

Структурная схема ГТУ SGT-600 с впрыском пара в КС приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Структурная схема ГТУ SGT-600 с впрыском пара в КС

1 – начальные условия, 2 – входное устройство, 3 – компрессор, 4 – вход топлива, 5 – вход пара, 6 – источник-потребитель мощности, 7 – редуктор, 8 – суммирование мощности, 9 – смеситель, 10 – впрыск, 11 – камера сгорания, 12 – турбина газовая, 13 – канал, 14 – выход газа, 15 – общие результаты.

Результаты расчетов приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Результаты расчетов

На рисунке 5.2 видно равномерное возрастание мощности газовой турбины с увеличением расхода впрыскиваемого пара.

Рисунок 5.2 – Зависимость мощности ГТУ от расхода пара

Вследствие увеличения мощности ГТУ равномерно растет и электрический КПД. Это связано с тем, что из-за впрыска пара увеличивается расход рабочего тела.

Расход пара, кг/с

Рисунок 5.3 – Зависимость КПД ГТУ от расхода пара

Впрыск пара на входе в камеру сгорания улучшает энергетические показатели ГТУ SGT-600:

• •    полезная мощность увеличивается на 4,92 МВт;

• •    КПД по выработке электроэнергии увеличивается на 2,08%;

• •    Снижение концентрации оксидов азота в уходящих газах.