К.т.н. Кибарин А.А., Ходанова Т.В.
Алматинский
институт энергетики и связи
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
ГТ-750-6
С
МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ
Как известно,
регенеративные газоперекачивающие агрегаты типа ГТК-10 и ГТ-750-6 (НМЗ
г.С-Петербург и Завод «Аврора» г.Брно Чехия по лицензии НМЗ) являются наиболее
распространенными и в тоже время наиболее «неблагоприятными» с эколологической
точки зрения. Суммарная установленная мощность агрегатов этих типов составляет
50,7 % от всего газотурбинного парка, установленного на магистральных
газопроводах Казахстана. Поэтому вопрос ограничения вредных выбросов в
атмосферу должен решаться в первую очередь для этих агрегатов.
Начиная с 1991 г. ПО
«Невский завод», а позже АО «ОРМА» разработали ряд технических решений по
модернизации камер сгорания агрегатов типа ГТК-10, направленных на снижение
содержания вредных выбросов с выхлопными газами. К настоящему времени в России
практически на всех газотурбинных агрегатах типа ГТК-10 и частично на агрегатах
ГТ-750-6 проведена модернизация камер сгорания с целью снижения выброса вредных
веществ (главным образом оксидов азота) с выхлопными газами. Эта модернизация
позволила снизить фактическую концентрацию оксидов азота в выхлопных газах с
350 мг/нм3 до 85 мг/нм3 или приведенную с 780 мг/нм3 до 180 мг/нм3.
Суть модернизации заключалась в определении
оптимального соотношения циклового воздуха между первичным и вторичным трактами
и первичного воздуха между различными элементами фронтового устройства.
Положительные результаты, полученные на первых агрегатах, позволили уже в 1993
го начать массовую модернизацию агрегатов типа ГТК-10, начиная с 1994 го
приступить к разработке и апробации технических решений для агрегата типа
ГТ-750-6. Реконструкция камер сгорания позволяет уменьшить
неравномерность температурного поля перед турбиной и оптимизировать
сопротивление камер сгорания, что приводит к повышению удельной мощности на
многих модернизированных агрегатах (прирост мощности после модернизации
составил 0,5-1,5 МВт, к.п.д. увеличился в среднем на 2%.).
Значительного снижения выбросов оксидов
азота в модернизированной камере удалось достичь за счет перераспределения
потоков воздуха. В новой конструкции добавлены два дополнительных пояса
отверстий. Первый – шесть сопел, расположенных по периметру зоны установки
завихрителей. Второй – шесть сопел большего диаметра, расположенных на
конической части жаровой трубы до смесителя. Часть периферийного завихрителя
вторичного воздуха, закрыта специальными накладками. Проведенные изменения
направлены на обеднение первичной зоны горения и на повышение качества
смесеобразования в первичной зоне. В Казахстане модернизация камер сгорания
ГТК-10-4 проводится уже несколько лет, а первая модернизация камеры сгорания
ГТ-750-6 осуществлена в 2008 г.
Исследования теплотехнических
и экологических характеристик камеры сгорания, прошедшей модернизацию по
методике АО "ОРМА", представлены ниже. Испытания на ГТ-750-6 ст. №10 КС «Кульсары» проводились в
диапазоне температур перед ТВД 650-720 °С.
Зависимости расчетных и измеренных приведенных показателей работы
ГТ-750-6 представлены на рисунках 1-4.
Ne, кВт eк 1 2
Рисунок 1 Зависимость степени сжатия от мощности
1- паспортная характеристика, 2 - фактическая
Как видно из рисунка фактическая характеристика лежит
несколько выше, что не позволяет достичь максимальной мощности из-за достижения
предельного давления.
Ne, кВт h
Рисунок 2 Зависимость фактического КПД от мощности
Как видно из рисунка 2 КПД ГТ-750-6М ст. №10 КС «Кульсары» имеет высокое значение, что свидетельствует о хорошем техническом состоянии ГТУ.
nТНД, об/мин eк 1 2
Рисунок 3 Связь степени сжатия с оборотами
1 – нормативная характеристика, 2- фактическая
Как видно из рисунка 3 нормативная характеристика
имеет более крутой характер, фактическая говорит о том, что максимальная
мощность может быть порядка 5000-5500 кВт, так как достигается предельное
значение степени сжатия. Зависимости температур от мощности представлены на
рисунке 4.
Ne, кВт t, °С 5 3 4 1 2
Рисунок 4 Зависимости температур от мощности
1 –нормативная ТВД, 2- фактическая ТВД, 3 –нормативная ТНД, 4- фактическая ТНД,
5 – фактическая за осевым компрессором
В результате модернизации камеры сгорания ГТ-750-6 по
предложению
АО «ОРМА» как показали эксперименты удалось снизить фактические выбросы оксидов
азота в два раза (рисунок 5).
СNОx, мг/м3
tг,
°С 1 2
Рисунок 5 Зависимость выбросов оксидов азота ГПА
ГТ-750-6 от температуры газов перед турбиной
1- традиционная камера сгорания; 2- модернизированная
камера сгорания.
СCO,
мг/м3
При этом выбросы оксидов
углерода на пониженных режимах работы ГПА возросли в 5 раз по сравнению с
традиционной камерой сгорания, а на нагрузках близких к номинальным разница
составляет всего 1,5 - 2 раза (рисунок 6).
tг, °С 2 1
Рисунок 6 Зависимость выбросов оксидов углерода ГПА
ГТ-750-6 от температуры газов перед турбиной
1- традиционная камера сгорания; 2- модернизированная
камера сгорания.
Фактические выбросы оксидов
азота и окиси углерода по агрегатам
ГТ-750-6 КС «Кульсары» (традиционная камера сгорания) представлены на рисунках 7
и 8.
NOx, ppm
Тг, °С
Рисунок 7
Зависимость концентрации оксидов азота в выхлопном трубопроводе от температуры
газов перед газовой турбиной для агрегатов
ГТ-750-6 КС «Кульсары»
СО, ppm
Тг, °С
Рисунок 8
Зависимость концентрации оксида углерода в выхлопном трубопроводе от
температуры газов перед газовой турбиной для агрегатов
ГТ-750-6 КС «Кульсары»
Как видно из
рисунков 7 и 8 мощности выбросов оксидов азота и окиси углерода для
традиционных камер сгорания находятся на уровне 6-10 г/с суммарно для оксидов
азота и 0,7-1,1 г/с для окиси углерода.
Предельно-допустимая мощность
выбросов (г/сек) установленная для
ГТ-750-6 компрессорных станций газопровода «Средняя Азия – Центр» составляет
для NO = 6,64 г/с, NO2 = 1,11 г/с, CO = 1,33 г/с. Таким образом, для ряда агрегатов с традиционной
камерой сгорания имеет место превышение предельно-допустимой мощности выбросов
по оксидам азота. В модернизированной камере сгорания имеется значительное
превышение норм по оксиду углерода на пониженных нагрузках, что может привести
к штрафным санкциям.
Однако эффективность
модернизации должна отражаться в снижении платы за выбросы и в повышении
экологической безопасности работы
ГТУ [2, 3], в случае ГТ-750-6 имеем снижение мощности выбросов NOх в 2 раза, т.е. до уровня 3,5 -3,8 г/с (соответствует ГОСТ 28775-90)
при норме 6,64 г/с. Тогда снижение выбросов составит
DМт/год/ПДКсс = (6,64-3,8) / 0,06 *
3600*6000/1000000 = 1022 усл.тонны
Превышение выбросов по окиси
углерода составляет в соответствии с действующими нормами порядка 6 г/с. Тогда
увеличение выбросов составит
DМт/год/ПДКсс = 6 / 3 *
3600*6000/1000000 = 43,2 усл.тонны
Тогда суммарное снижение
выбросов на одну турбину составляет более 950 усл.тонн, что дает экономию платы за выбросы более 2,0
млн.тенге на одну установку.
Выводы
Эффективность реконструкции
камеры сгорания ГТ-750-6 очевидна. Суммарное снижение выбросов на одну турбину
составляет более 950 усл.тонн. Реконструкция камер сгорания всего парка
ГТ-750-6 газопровода «Средняя Азия – Центр» позволит значительно снизить
экологическую нагрузку в районе размещения компрессорных станций.
Литература
1. СТО Газпром 2-3.5-039-2005 «Каталог удельных выбросов вредных
веществ газотурбинных газоперекачивающих агрегатов»
2. Ауесбаев
Е.Т., Майсутов Т.Б., Абушахманов К.И. Практика оценки экологической
безопасности работы ГТУ.- Вестник КазАТК, Алматы, 2007, № 6, с.232-235.
3.
Технологический регламент на проектирование компрессорных станций (раздел
«Охрана окружающей среды»). - М.: ВНИИГАЗ, 1994.