Утилизация разнородных нефтяных газов в универсальной малоэмиссионной газотурбинной установке с внешним подогревом топливного газа

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью создания отечественных газотурбинных энергоустановок с универсальной малоэмиссинной камерой сгорания для утилизации нефтяных газов с различным содержанием балластирующих компонентов. В последнее время предложены и исследуются различные способы снижения эмиссии вредных веществ в газотурбинных двигателях (гомогенное горение, впрыск воды или пара, диффузионное горение по схеме «богатое горение - резкое разбавление - бедное горение» (RQQL) и т. д.). В данной работе предлагается и исследуется вариант низкотемпературного и малоэмиссионного горения с внешним подогревом нефтяного газа перед его подачей в утилизационную камеру сгорания. Цель: разработать термодинамические модели определения режимных параметров утилизационной энергоустановки с подогревателем топливного газа в ее составе и выявить влияние степени забалластированности нефтяного газа на коэффициенты избытка воздуха и расходные характеристики в камере сгорания для мощностного ряда энергоустановок. Объекты: утилизационная газотурбинная энергоустановка, подогреватель топливного газа, малоэмиссионная камера сгорания. Методы: термодинамическое моделирование утилизационной газотурбинной установки с подогревом нефтяного газа перед его подачей в камеру сгорания и термодинамический расчет параметров низкотемпературного малоэмиссионного горения обедненной газо-воздушной смеси. Результаты. Получены режимные параметры утилизационной газотурбинной установки и подогревателя топливного газа в ее составе. Для нефтяных газов с различным содержанием балластирующих компонентов определены минимальные температуры подогрева, при которых возможно устойчивое горение. Определены потребные значения коэффициента избытка воздуха и расходные характеристики для семейства энергоустановок. Даны рекомендации по выбору диаметра камеры сгорания для мощностного ряда утилизационных энергоустановок.

The relevance of the study is caused by the need to create domestic gas turbine power plants with a universal low-emission combustion chamber for utilization of petroleum gases with different content of ballast components. Recently, various ways of reducing the emission of harmful substances in gas turbine engines (homogeneous combustion, injection of water or steam, diffusion combustion according to the RQQL scheme, etc.) have been proposed and investigated. In this paper, the authors have proposed and investigateda variant of lowtemperature and low-emission combustion with external heating of petroleum gas before its feeding into the utilization combustion chamber. Objective: to develop thermodynamic models for determining the operating parameters of the utilization power plant with fuel gas preheater in its composition and to identify the influence of the degree of oil gas ballast on the excess air and flow characteristics in the combustion chamber for the power range of power plants. Objects: utilization gas turbine power plant, fuel gas preheater, low-emission combustion chamber. Methods: thermodynamic modeling of the utilizing gas turbine unit with oil gas preheater before it is fed into the combustion chamber and thermodynamic calculation of parameters of low-temperature low-emission combustion of depleted gas-air mixture. Results. Operating parameters of the utilization gas turbine unit and fuel gas preheater in its composition were obtained. For petroleum gases with different content of ballasting components, the minimum heating temperatures are determined at which stable combustion is possible. The required values of the excess air ratio and flow characteristics for the family of power plants have been determined. Recommendations are given for the choice of the combustion chamber diameter for the power range of utilizing power plants.