Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Действительно, техника уменьшения выбросов посредством впрыска воды успешно применяется на ряде больших газовых турбин тепловых электростанций. Эти системы показали высокую надежность на протяжении длительного периода работы. 6. циркуляция продуктов сгорания. Еще одним инертным разбавителем, имеющимся в избытке, являются продукты сгорания. Но для того, чтобы эффективно снижать выход ИО„, они должны возвращаться в первичную зону охлажденными. Применение этого метода позволило существенно уменьшить образование ИО„, но в ряде случаев ценой увеличения выброса СО.
Другим недостатком метода с циркуляцией продуктов сгорания является сопутствующее ему увеличение размеров, веса и сложности камеры сгорания. Более подробно эти вопросы рассмотрены в работах [50 †5. Дымпение Образование сажи в большей степени определяется физическими процессами распыливания топлива и смешения его с воздухом, чем кинетикой химических реакций. Устранение дымности отработавших газов на практике достигается путем предотвращения возникновения локальных областей в пламени, богатых топливом. Увеличение расхода воздуха в первичную зону особенно благоприятствует достижению этой цели. Если увеличение расхода получено посредством увеличения перепада давления на >каравай трубе, то комбинированное воздействие большего количества кислорода, пониженной температуры и более интенсивного смешения может резко уменьшить образование сажи и дымность выхлопных газов.
К сожалению, увеличение расхода воздуха в первичную зону отрицательно влияет на ха- 502 Глава Н рактеристики воспламенения, пределы устойчивого горения и выбросы СО и ННС на режиме малого газа. Как уже ранее упоминалось, переход от двухсопловых форсунок к форсункам с пневмораспылом эффективно снижает дымление, частично вследствие лучшего распыливания топлива, а частично благодаря аэрации топливного факела, особенно в двигателях с высокой степенью повышения давления в компрессоре. Для предотвращения дымления используют, кроме того, впрыск воды, о чем говорилось выше, а также присадки к топливу. Роль металлосодержащих присадок в подавлении образования сажи выяснена достаточно хорошо [55[, и различные металлорганические соединения, обычно на основе бария или магния, с большим или меньшим успехом использовались для снижения дымления [56 — 58).
Главный недостаток топливных присадок, помимо их стоимости и эксплуатационных проблем, состоит в том, что они часто вызывают отложения иа поверхности турбинных лопаток. Основания для беспокойства существуют и в связи с возможностью выброса в атмосферу новых токсических компонентов. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ Хотя рассмотренные выше способы уменьшения выбросов загрязняющих веществ от традиционных камер сгорания газо1го 50 гб гоа й 15 ф 1О Е 5 ьо 100 ет . 80 О сз ы 60 и 20 о 0 МОО 7500 МОО ПОО НОО 15002027 то.з Тзис.
11.22. Влияние температуры газа в первичной зоне камеры сгорания на выбросы СО и 1чО». Аà †диапаз допустимого изменения Зтемпературы, внутри которого обеспечивается доп одновременное выполнение требований по предельно допустимым выбросам СО и ХО»', Сопрец, ХО» пред †предель допустимые концентрации СО и ХО» в соответствии со стандартом США 1977 г. для автомобилей. турбинных двигателей важны и необходимы, они имеют тот недостаток, что конечный результат неизбежно представляет Выбросы звгрвзввещнв атмосферу веществ 503 собой известного рода компромисс в отношении как выбросов, так и других характеристик рабочего процесса. Чтобы удовлетворить по уровню выбросов требованиям дальней перспективы, необходимо создать камеры сгорания нового типа, позволяющие снизить выбросы всех вредных компонентов одновременно.
Не. которое представление о возникающих при этом сложных проблемах можно получить из рис. 11.22, где уровни выбросов СО и г(О, изображены для некоторой гипотетической камеры сгорания в зависимости от температуры первичной зоны. Приведенные предельно допустимые уровни выбросов соответствуют автомобильным стандартам США 1977 г. для пробега 10 миль на галлон бензина. Из графика следует, что при температурах ниже 1600 К образуется слишком много СО, а прн температуре выше 1730 К возникает уже избыток й!О,. Только в очень узком интервале температур, между 1600 и 1730 К, уровни выброса и СО, и ЫО, ниже установленных предельных.
Все рассматриваемые ниже приемы конструирования основываются на том, чтобы удерживать температуру в зоне (или зонах) горения в очень узком интервале на всех эксплуатационных режимах двигателя. Камеры изменяемой геометрии Концепция камеры сгорания изменяемой геометрии не нова. Еще задолго до обострения проблемы выбросов загрязняющих веществ предлагались многочисленные и разнообразные схемы, предусматривающие введение в камеру сгорания элементов регулирования распределения воздуха (как правило, с целью улучшения характеристик высотного запуска двигателей).
Все эти предложения почти неизменно кончались ничем, так как считалось, что сопряженное с этим усложнение конструкции не оправдывается получаемыми преимуществами. Однако значительные возможности снижения вредных выбросов, которые обещает концепция камеры изменяемой геометрии, вызвали возрождение заинтересованности в ее применении !30, 33, 34, 42 — 44, 61, 59, 60].
Был сконструирован ряд вариантов камер изменяемой геометрии, в том числе полностью регулируемая камера, в которой на режимах максимальной тяги значительная часть воздуха подается в переднюю часть жаровой трубы для того, чтобы минимизировать образование сажи и 1т(0, и обеспечить надлежащий расход воздуха на пристеночную завесу. При снижении тяги двигателя все увеличивающаяся доля воздуха направляется в зону разбавления с тем, чтобы при уменьшившемся расходе топлива удержать температуру первичной зоны в интервале, обеспечивающем низкий уровень выбросов.
Глава '$! 504 о к о Га м а,! Зоииое горение Данный способ предполагает организацию процесса горения в ряде дискретных зон [42, 61 — 64]. Теоретически могут применяться окружное, радиальное и осевое расположения зон горения, но на практике окружной зонный подвод топлива приводит к увеличению выхода ХО„ так как вместо равномерного распределение по окружности жаровой трубы топливо в этом случае концентрируется в небольшом количестве точек, где и создает локальные области высокой температуры. Это свидетельствует о том, что зонный подвод топлива сам по себе еще ие является достаточным условием.
Для эффективного умень- Степень механической сложности, обусловленной применением регулирования, зависит от конкретной камеры. Это положение иллюстрирует рис. 11.23, на котором изображены характеристики выбросов для трех гипотетических камер сгорания. Штрихпунктирная кривая находится полностью вне прямоугольной области допускаемого уровня выбросов, откуда следует, что !ааа для данной камеры одного О, вла только регулирования было бы недостаточно, чтобы выполнить требования по выбросам.
1аа Штриховая кривая лишь малой своей частью попадает внутрь прямоугольника, и, следовательно, для этой камеры выполнение требований вовсе можно только со сложной системой полного регулирования. Ббльшая часть сплошной кри- 7 О Взвел вой находится внутри прямо- угольника, так что простого сле двух- или трехпозиционного ре- гулирующего устройства было Нпл, г/кг моплово бы достаточно для того, чтобы удержатьтемпературу пламени Рис. 1!.23, Применение конненини в интервале, обеспечивающем регулкроаания к различным камерам низкий уровень выбросов.
Камеры изменяемой геометрии лучше всего применять в комбинации с системой впрыска, предусматривающей предварительное испарение и смешение топлива. Только таким способом можно избежать образования локальных горячих областей, ускоряющих образование ХО„и локальных холодных областеи, которые вызывают увеличение выброса СО. Выбросы знгризнвгощмк атмосферу веществ щения выбросов должен быть обеспечен зонный подвод как топлива, так и воздуха. Эшелонированное в осевом направлении горение может быть нескольких разновидностей; типичный вариант имеет следующие отличительные признаки: 1. Слабо форсированная первичная зона с системой подачи топлива, обеспечивающей хорошее смешение его с воздухом.
Горение в первичной зоне должно обеспечивать подвод тепла, необходимый для режима малого газа, и создавать дежурное пламя для остальных зон горения, распола- д гающихся ниже по потоку. 2. Дополнительные зоны го- 1 рения (одна или несколько) — — — ---)х-- --— ниже по потоку, каждая с от- зона!,замах дан з ~ ш дельным подводом топлива и воздуха при хорошем их перемешивании.
Рнс. 11.24. Принцип организации зон- В концепции зонного горе- ного горения плн сннукенни выбросов ния упор делается на оптими- )4з). о — обычиаи охиоаоииав камера сгораинв! Зацию раецрсдЕЛЕНИИ тоПЛИВа, б — камера с трехаоииым горением. ! — интотда Каи В СЛуЧаЕ КаМЕрЫ ИЗ. тервалтемператур, обеспечивающих ииакив уровень выбросов; ты — область неприемлемо МЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕтрИИ На ПЕРЕД- большого выброса Мол; гг! — область веНнй ПЛаН ВЫдВИГаЕтея раСПрЕ- приемлемо больших выбросов СО и ПНС. деление воздуха. Общая цель обеих концепций состоит в регулировании температуры горения для достижения низкого уровня выбросов при всех эксплуатационных условиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
