Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0085

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0085
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический научно-исследовательский институт"
Название доклада
Исследование режимов горения природного газа и разработка научно-технического решения и способов управления камерой сгорания газотурбинных установок для повышения их энергоэффективности и экологической безопасности.
Докладчик
Булысова Людмила Александровна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Задача ПНИЭР: Проведение исследований и разработка критериев и корреляционных зависимостей между характеристиками процессов гидродинамики, горения и акустики, способствующих разработке новых технических решений, позволяющих повысить энергоэффективность и экологическую безопасность отечественных газотурбинных установок за счет внедрения малоэмиссионных камер сгорания.
Цель ПНИЭР: - разработка эффективных методов и средств исследования неустойчивости горения в камерах сгорания газотурбинных установок; - расширение диапазона устойчивой и экономичной работы камеры сгорания газотурбинной установки (КС ГТУ); - разработка технических решений, обеспечивающих устойчивое горение природного газа в газотурбинных камерах сгорания; - разработка научно-технического решения и способов управления КС ГТУ.
Актуальность и новизна исследования
Согласно Подпрограмме 9 "Силовая электротехника и энергетическое машиностроение России" государственной программы «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» (далее – госпрограмма), утвержденной постановлением от 15 апреля 2014 года №328: "необходимо создание конкурентоспособной новой техники и технологий для решения стратегических задач развития электроэнергетики, обеспечивающих безопасную и надежную работу ЕЭС России. Выполнение данной подпрограммы обеспечит импортозамещение высокотехнологичного и наиболее дорогого оборудования электроэнергетической системы; экономию средств и обеспечение энергобезопасности. Создание отечественных ГТУ обеспечит замещение импорта ГТУ для использования в составе новых высокоэкономичных (с КПД 60 - 62%) парогазовых установках, а также при замене отечественного парка газомазутных энергоблоков мощностью 150 - 300 МВт на парогазовые.
Новизна предлагаемой работы, заключается, в частности, в использовании комплексного подхода основанного на экспериментальных исследованиях с применением высокотехнологичного измерительного оборудования, прямых и бесконтактных измерений на уникальной экспериментальной базе в сочетании со специализированными комплексами численного моделирования для углубленного понимания и обобщения получаемых данных. Такой подход позволит получить подлежащий правовой охране результат и разработать мероприятия для управления устойчивостью горения гомогенной смеси с требуемыми показателями камеры сгорания.
Описание исследования

В работе используется комплексная расчетно-экспериментальная методика изучения рабочего процесса для реализации малоэмиссионного сжигания топлива, которая основана на экспериментальных стендовых исследованиях с применением высокотехнологичного измерительного оборудования, прямых и бесконтактных измерений на уникальной экспериментальной базе в сочетании со специализированными комплексами численного моделирования. Применение данной методики предполагает выполнение объемных расчетных исследований в стационарной и  нестационарной постановках.  Для обработки и анализа расчетных и экспериментальных данных так же используются специализированные программные продукты.

В процессе комплексного исследования режимов горения определены границы возникновения пульсаций давления и выявлены основные режимные и конструктивные факторы, влияющие на эти границы. Режимные факторы – это термодинамические параметры КС ГТУ: расход, температура, давление воздуха и топлива, а также соотношения расходов топлива по каналам горелки; конструктивные факторы - способы подачи основного и пилотного топлива, элементы и узлы КС, влияющие на гидро- и аэродинамику (структуру течения), перемешивание топлива с воздухом и формирование полей температур. Применение комплексной расчетно-экспериментальной методики позволило получить ряд корреляционных зависимостей между расчетными микропараметрами и замеренными макропараметрами. На их основе разработаны технические решения по обеспечению устойчивого горения, которые позволяют управлять процессом устойчивого горения за счет управления топливом и создания заданной неравномерности топливовоздушной смеси, формируемой в зоне предварительного перемешивания малоэмиссионной камеры сгорания. Данные технические решения были внедрены в камеру сгорания и успешно прошли проверку на экспериментальном стенде.

Таким образом, применение предложенной в работе комплексной расчетно-экспериментальной методики позволило получить новые знания о исследуемых процессах и, на их основе, разработать новые инженерные решения для управления устойчивостью горения гомогенной смеси с требуемыми показателями камеры сгорания ГТУ.

Результаты исследования

1) Основные полученные результаты:

 - на Этапе 1 определено, что эффективным является воздействие на устойчивость процесса горения эпюрой концентрации топливовоздушной смеси (ТВС);

- на Этапе 2 проекта: рассмотрены и проработаны 5 технических решений по обеспечению устойчивого процесса горения, основанных на регулировании эпюры концентрации ТВС, формируемой на выходе из зоны предварительного перемешивания; выбрано наилучшее техническое решение на основе многовариантных численных исследований; разработана эскизная конструкторская документация на лучшее техническое решение, основанное на организации дополнительного топливного коллектора основной горелки; проведена доработка ЭО МЭКС в соответствии с разработанной эскизно- конструкторской документацией; составлена программа и методика для проведения исследовательских испытаний; проведены экспериментальные исследования доработанного ЭО МЭКС на атмосферном давлении.

- на Этапе 3 проекта: проведены исследовательские испытания режимов пульсационного горения в  доработанном ЭО МЭКС. Получен беспульсационный переход камеры сгорания на малоэмиссионный режим работы, сняты границы устойчивой работы ЭО МЭКС при совместной работе пилотной горелки и дополнительного топливного канала основной горелки и между 1 горелками (дополнительной и основной) основного канала. Проведены исследовательские доводочные испытания ЭО МЭКС при повышенном давлении, отработана система управления стендом, подтвержден беспульсационный переход на малоэмиссионный режим работы камеры сгорания.

- на Этапе 4 проекта: проведены исследовательские испытания процессов горения в доработанном экспериментальном образце малоэмиссионной камеры сгорания во всем диапазоне рабочих режимов. Подтверждена эффективность разработанного и реализованного на ДЭО МЭКС технического решения по обеспечению беспульсационного горения во всем диапазоне рабочих режимов. Проведен анализ результатов экспериментальных исследований. Определены параметрические зависимости, позволяющие оценить устойчивость работы экспериментальной камеры сгорания и эмиссии NOx. Проведены численные (расчетные) исследования процессов горения во всем диапазоне рабочих режимов.

-на Этапе 5 проекта: проведены исследовательские испытания доработанного экспериментального образца малоэмиссионной камеры сгорания с целью определения диапазона устойчивого зажигания.

 ЭО МЭКС, доработанный техническим решением обеспечит низкие эмиссии NOx и ее беспульсационную работу на всех режимах, что будет соответствовать мировому уровню. 

Практическая значимость исследования
1. Результаты ПНИЭР могут быть полезны инженерам и научным работникам,
специализирующимся по ГТУ и ПГУ, работающих по направлениям создания,
доработки, настройки и обслуживанию камер сгорания, как отечественных
так и импортных наземных газовых турбин любого назначения.
2.Технологии и технические решения, в основу которых лягут полученные в
результате работы данные, будут ориентированы на широкое применение и
снижение затрат на разработку, совершенствование и доработку
малоэмиссионных камер сгорания, обеспечение их надежности. Внедрение
малоэмиссионных технологий сжигания природного газа позволит обеспечить
надежную эксплуатацию газовых турбин с требуемыми экологическими
показателями.
3. Результаты ПНИЭР будут способствовать повышению научно-технического
уровня специалистов данного профиля, внедрение предложенных в работе
технических решений при создании МЭКС выведет отечественных
производителей ГТУ на мировой уровень по соблюдению эмиссионных
ограничений и ресурсных показателей. Создание собственных МЭКС
обеспечит конкурентоспособность новых и модернизированных
отечественных энергетических ГТУ. Высокоэффективные МЭКС найдут
широкое применение при переоборудовании действующих газотранспортных
ГТУ.
4. Результаты ПНИЭР позволят ликвидировать отставание в исследованиях
процессов малоэмиссионного горения топливовоздушных смесей в
ограниченном объеме камер сгорания, лягут в основу дальнейших
исследований и развития новых теорий, позволющих сделать качественный
скачек в данном научно-техническом направлении и стать конкурентами
западных технологий в данной отрасли.