Камеры сгорания газотурбинных двигателей Пчёлкин Ю.М., страница 4

По позиции А видно, что в отдельных случаях еще до полного выкипания может начаться его разложение (штриховая кривая), которое заканчивается образованием твердого коксового остатка — нагара (в количестве бб). Практически выделение нагара всегда имеет место ири нагревании и сжигании жидких топлив, однако количество его бывает разное в зависимости от соединений, входящих в состав топлива, и их количества. Мало склонны к нагарообразованию парафнно-нафтеновые углеводороды. Наличие же ароматических углеводородов, так же как и серы, смол (особенно при повышении плотности и отношения количества углерода к водороду в топливе), способствует нагарообразованию. Телтература застывания (кристаллизации) — температура, при которой топливо теряет свою подвижность и, в частности, не может перекачиваться по трубопроводам. Латх% Гаа еа а З77 Лдл Дул Т,н 77,7 Рис.

2. Фраиииоиимя состав топлив: — ааиациоииое Тся 7 — авиациоивое ТС.И В вЂ” ааиациоииое Т и ! — дивевьиое дС а — иеотаиое дав ; хоту рбвии их усваиваем 15 ТРмпарплцрп Вспьппкц — минимальная температчра, при которой смесь воздуха с парами топлива, образовавшаяся у его поверхности, в данных условиях способна воспламениться от постороннего пламени.

Зольногп ь — содержание золы в топливе. Массовая доля золы редко превышает 0,10 — 0,15 ьч. В авиационном топливе зольность, как правило, меньше 0,005 ',1м но в мазуте она может достигать 0,6— 0,7 ',ч. Содержание золы в топливе зависит от месторождения и метода переработки нефти, а также условий хранения и транспортирования топлива, В состав золы обычно входят различные металло- органические соединения, растворенные в топливе и влаге, а также нерастворимые соединения, присутствующие во взвешенном коллоидном состоянии.

При переработке нефти зола, так же как и сера, концентрируется в мазуте, который содержит соединения кремния, алюминия, натрия, магния, кальция, железа, цинка, никеля и др. При сгорании тяжелого жидкого топлива образуются оксиды различных металлов, кремния, серы, а также сульфаты и другие соединения, которые могут отлагаться иа элементах проточной части ГТД и вызтмвать интенсивную коррозию. Твердые частички, особенно крупные, обусловливают эрозию элементов проточной части турбины и прежде всего лопаток.

Отложения образуются в основном за счет иатриевых соединений, ванадиевого ангидрида и других, более сложных их соединений, находящихся в потоке газов в зависимости от температуры в твердом или расплавленном виде. Интенсивность отложений и коррозии резко возрастает, если эти соединения находятся в расплавленном состоянии, особенно при увеличении температуры газа, его давления, уменьшении коэффициента избытка воздуха и др.

В прил. 8 указаны некоторые соединенич, которые может образовать ольная часть мазута в процессе его сжигания, и примерные значения температуры их плавления. Согласно результатам исследований зольные отложения в проточной части газовой турбины наиболее интенсивны, если в золе мазута присутствуют органические и неорганические соединения, в основном оксиды серы и металлов.

При температурах выше 1773 К образуются оксиды серы 50, и ВОа; ниже — Ъ',О,; а при температуре 2073 — 2473 К появляются оксиды металлов СаО, Ге,О,, А1,0а Ха.,О, Х!О и ХпО. В мазуте нередко содержится соль натрия ХаС! в виде кристаллов или водного раствора. В присутствии оксидов серы она через ряд промежуточных соединений образует сульфат натрия !чаз50, Отложения золы ухудшают аэродинамические качества лопаток, изменяют и уменьшают проходные сечения каналов и, следовательно, увеличивают сопротивление и значительно снижают мощность ГТД. Коррозия лопаток и других элементов турбины резко интенсифицируется с ростом температуры, Сильнейшую коррозию деталей вызывает оксид ванадия Н,О., а также сульфат натрия Ха,50,. При температуре более !073 К сульфат натрия способен растворить защитный слои металла лопаток и вызвать коррозию.

Наиболее опасна ванадиевач коррозия, резко возрастающая в присутствии 1ь сернистых соединений, прь темпераз1ре 920 — 970 К и выше. Опытамп установлено, по оксп ! ванадия, температура плавления которого 948 К, в жидком состоянии имеет исключительную способность растворять металлические окспды на поверхности деталей, вызывая сильнейшую коррозию. Коррозия, значительная и при малом содержании ванадия в топливе, резко усиливается с ростом его количества, особенно при температуре более 970 К, Ванадиевая коррозия интенсифицируется в присутствии ряда соединений, особенно натрия и серы. Массовая доля ванадия и натрия в золе топлива не должна превышать 0,0001 — 0,0005 "о, максимально допустимое содержание 0,001 ',о.

Массовая доля серы в топливе обычно не превышает 2 — 3 Зч, а массовые доль воды и механических примесей составзяют соответственно 0,4 и 0,5 "о. Для ограничения отложений золы, коррозии и эрозии в г роточной части ГТД в топливо вводят различные присадки, его промывают растворителями, регулируют процесс горения, например, изменением размера капель топлива, вводимого в камеру сгорания. Вводимые в топливо присадки изменяют химические и физические свойства золы, повышают температуру ее плавления.

В качестве присадок используют каолин, доломит, оксиды магния, цинка, алюминия и др Эффективны присадки кремния, магния, цинка и алюминия. Присадки в виде порошка этих веществ с частицами размером до 15 мкм !массовая доля в топливе 20 — 50 'а) тщательно перемешивают с топливом в специальных устройствах заранее или непосредственно перед сжиганием его и подают в камеру сгорания во взвешенном состоя ни и.

Для снижения вредных воздействий золы тяжелого жидкого топлива и особенно ванадиевой коррозии разработан ряд присадок, а частности магниевая, содержащая до 1 'о магния. Эта присадка предотвращает коррозию даже таких сталей, как !2Х!8Н9Т, при температуре до 1173 К в продуктах сгорания мазута, содержащего до 0,03 3в ванадия, 0,0002 ~о натрия и 1,0 '.о севы. Более удобно применять растворимые в топливе присадки типа ВНИИ-НГ1-102К, ВНИИ-НП-701, дисульфурола, магниевой соли окисленного петролатума н др. Стоимость топлива в связи с использованием присадок увеличивается обычно не более чем иа 2 — 3 'о.

Промывкой топлива растворителями солей и соединений ванадия и натрия можно значительно понизить содержание вредных веществ золы. Для промывки успешно применяются вода, водные растворы сульфата магния, алюминия, нптраза кальция и др. Удаляют промывочныл раствор из топлива, например, центрифугированием. Регулируя процесс горения изменением размера капель топлива, вводимого в камеру сгорания, ограничивают его выгорание так, чтобы остаток содержал твердый углерод, способный удерживать золу. которая становится неактивной. Наиболее эффективно комбинирование указанных способов. Чаше всего использук~т промывку топлива с последа ющ гм введением ириса;юк.

Жидкое топливо для ГТД и ГТУ. В соответствии с международ- ной спецификацией все отечественные жидкие топлива по ГОСТ 21199 — 82 делятся на три группы: 1 — легкие дистиллятные, 2 — тяжелые дистиллятные, 3 — остаточнь|е топлива. К ле.киж дисталллтным топливам относится, например, топливо для реактивных двигателей (ГОСТ 10227 — 62*, ГОСТ 12308 — 80":), дизельное топливо (ГОСТ 305 †8'), жидкие продукты переработки горючих сланцев и газов. Тяжелыми дисптллчтныма топлива вп являются высококипящпе фракции нефти, сланцевых и крекинг-остатков, а также продуктов процесса замедленного коксования пека, гудрона и различные смеси дистиллятов вторичных процессов и прямой перегонки (ГОСТ ! 0433 — 75) .

Оггпаточныа топлива — это тяжелые вязкие остатки прямой пере- гонии и крекинга нефти, иногда в смеси с более легкими фракциями. В эту группу входят моторные топлива ДТ и ДМ (ГОСТ 1667 — 68*), флотские мазуты Ф5 и Ф!2, мазуты топочные разной вязкости М40— М!00, (ГОСТ 10585 — 75ь). Соотношение стоимостей топлив трех групп следующее: 1: 0,56: : 0,35.