138
I.
В
ВЕДЕНИЕ
Модернизация
генерирующих
мощностей
в
Российской Федерации происходит за счет современных
газотурбинных установок.[1] Данные установки
обладают
как
высокими
маневренными
характеристиками, так и короткие сроки строительства.
Процессы горения топлива являются довольно
сложными. При горении в камере сгорания
газотурбинной установки образуются продукты
сгорания, представляющие многокомпонентную смесь.
[2]
II.
Ц
ЕЛИ И МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Основным требованием к топливу является состав
компонентов , теплотворная способность, уровень
загрязнений. Новая экологическая политика требует
снижения выбросов генерирующего оборудования, это
привело к появлению альтернативных видов топливного
газа для газовых турбин.[3-5] Газовые турбины
обладают способностью сжигать различные виды
топливного газа, свойства каждого существенно
отличаются содержанием компонентов и примесей.
Важно отметить, что все энергоблоки работают на
оптовом рынке электроэнергии, поэтому при переходе
на разные виды топлива необходимо учесть изменение
генерируемой мощности.
При подаче топливного газа в камере сгорания
необходимо учитывать следующие критерии :
- требования по конденсации углеводородов в
топливном газе
-требования по конденсации влаги в топливном газе
-концентрацию примесей в исходном газе
Термодинамический расчет выполняется при
некоторых опущениях, топливный газ и его компоненты
подчиняются закону идеального газа. В связи с этим все
расчеты проводятся без учета конструктивных
особенностей камеры сгорания (без учета типа
форсунок, системы топливоподготовки), процессов
смешения горючего и воздуха – окислителя. [6,7]
Температура процессов горения доходит до 2200
−
2400 К. Под действием высоких температур может
происходить разложение, диссоциация молекул на более
простые молекулы и атомы. При термической
диссоциации молекул поглощается теплота, поскольку
на разложение молекул затрачивается определенная
энергия. Процессу распада сопутствует обратный
процесс
−
рекомбинация (воссоединения) осколков
молекул с образованием исходного вещества. Процесс
рекомбинации сопровождается выделением такого же
количества теплоты, которое было поглощено при
диссоциации.
Для выполнения термодинамического расчета
необходимо вычислить условную формулу, рассчитать
энтальпию топлива. Условная формула включает в себя
химические
элементы.
Продукты
сгорания
представляют собой смесь индивидуальных веществ в
различных
состояниях
(газообразном,
конденсированном).
Условная формула примет вид :
) (
b
) (
b
)(
b
A A A
3
3
2
2
1
1
(1), где
где
( )
i
bi
A
- символ i - го химического элемента,
i
b
-
количество атомов данного химического элемента в
топливе.
Молекулярная масса топлива задается условной
формулой определяется по следующей формуле:
b
j j
=
μ μ т
(2), где
где
j
- атомная масса элемента
( )
i
A
.
Число атомов в горючем или в окислителе
определяют по соотношению
)
(
μ
т
μ
i
i
i
q
b
=
(3).
В качестве исходных топливных газов рассмотрены
природный газ, водород, синтез-газ. Полученные
условные формулы представлены в таблице 1.
Таблица II.
А
ППРОКСИМАЦИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ТОПЛИВ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА
Определение энтальпии топлива является одним из сложных
этапов расчетов. По формуле (4) производится определение
энтальпии:
( )
,
0
i
p
Т
H H C dT H
Т Т
0 Т
− =
+
(4)
где
( )
i
H
- теплота фазовых и полиморфных
превращений. В термодинамике и не возникает
необходимости определения абсолютных значений
энтальпии
Т
H
.
Для термодинамических расчетов
необходимо знать лишь изменение энтальпии,
отсчитываемое от произвольно выбранного условного
начала. Система отсчета может быть любой, но
одинаковой для всех участвующих в процессе веществ,
для топлива и для продуктов сгорания.
В табл. 2 представлены энтальпии.
Таблица III.
Э
НТАЛЬПИИ ТОПЛИВНЫХ ГАЗОВ
№
Топливо
Энтальпия, кДж/кг
1
Природный газ
-4489,23
2
Водород
-3965,1
3
Синтез-газ
-1824,64
№
Топливо
С
H
N
O
1
Природный
газ
5,9785
17
23,53828
0,3020
83
0,056426
2
Водород
99,21619
3
Синтез-газ
3,0648
1,4888
0,0714
3,7
