Низкоэмиссионные камеры сгорания ГТУ на основе проницаемых объемных матриц

Аннотация

Одним из главных требований, предъявляемых к современным газотурбинным установкам, широко используемым в системах рассредоточенного энергоснабжения и резервирования мощности, является снижение эмиссии вредных веществ, прежде всего NOx и CO. Традиционные типы камер сгорания газотурбинных установок основаны на турбулентном факельном горении топлива и требуют сложных конструктивных решений для одновременного снижения эмиссии NOx и CO. В работе предложен принципиально новый тип камер сгорания для газотурбинных установок, изначально ориентированных на низкую эмиссию указанных поллютантов. Разработанные малоэмиссионные горелочные устройства основаны на поверхностном ламинарном горении топливовоздушных смесей в проницаемых для газа объемных матрицах. Благодаря интенсивной рекуперации тепла продуктов сгорания к поверхности матрицы и далее к входящей топливовоздушной смеси, последняя поступает во фронт пламени уже нагретой до значительной температуры. Благодаря этому и отсутствию радиационных потерь из замкнутой полости матрицы заметно расширяются пределы горения бедных смесей. Использование ультра бедных смесей и интенсивный теплоотвод из фронта пламени в матрицу приводят к низкой температуре горения, порядка 1200–1300 ^оС, при которой выход оксидов азота крайне низок. В то же время длительное пребывание горячих продуктов сгорания в полости матрицы обеспечивает высокую конверсию топлива и крайне низкий выход СО и других продуктов неполного сгорания. Это приводит к уникально низкому выходу и NOx и СО в такой камере сгорания. Для получения высокой удельной мощности горелочного устройства предложена концептуальная конструкция камеры сгорания с развитой поверхностью матрицы. Проведенные испытания лабораторного макета показали, что в камерах такой конструкции, особенно при давлениях, превышающих атмосферное, при сохранении энергетических и габаритных характеристик традиционных камер сгорания можно ожидать снижения выброса таких вредных компонентов, как NOx и СО, до уровня менее 10 ppm. При этом одновременно упрощается конструкция камеры сгорания, повышается ее ресурс и стабильность процесса горения.