Основы современной малой энергетики

Расчет выбросов оксидов азота от газотурбинных установок (РД 34.02.305-98)

Суммарное количество оксидов азота NOx в пересчете на NO2, поступающих в атмосферу с отработавшими газами газотурбинных установок, МNО2, г/с или т, вычисляют по соотношению:

,

где СNO2 – концентрация оксидов азота в отработавших газах в пересчете на NO2, мг/нм3 (определяется экспериментально или принимается по табл. 1.6).

Таблица 1.6

Vсг – объем сухих дымовых газов за турбиной, нм3/кг топлива (нм3/нм3 топлива), вычисляемый по формуле:

,

где Vг° – теоретический объем газов, нм3/кг топлива (нм3/нм3 топлива); Vв° – теоретический объем воздуха, нм3/кг топлива (нм3/нм3 топлива); αот – коэффициент избытка воздуха в отработавших газах за турбиной; VоНО2 – теоретический объем водяных паров, нм3/кг топлива (нм3/нм3 топлива); В – расход топлива в камере сгорания, т/ч (тыс. нм3/ч) или т(тыс. нм3), при определении выбросов в граммах в секунду В берется в т/ч (тыс. нм /ч), при определении выбросов в тоннах В берется в т (тыс. нм3); kп – коэффициент пересчета; kп = 0,278·10-3 – при определении выбросов в г/с; kп = 10-6 – при определении выбросов в т.

При использовании в энергетических ГТУ высокофорсированных камер сгорания с последовательным вводом воздуха в зону горения и микрофакельных камер сгорания с подачей всего воздуха через фронтовое устройство концентрация оксидов азота СNO2 (мг/нм3) приближенно вычисляется по формуле:

,

где а – коэффициент, зависящий от вида топлива и равный:

– для высокофорсированных камер сгорания при сжигании:

– природного газа – 1,8;

– газотурбинного и дизельного топлив – 2,4;

– для микрофакельных камер сгорания при сжигании:

– природного газа – 6,2;

– газотурбинного и дизельного топлив – 7,7;

km – коэффициент, отражающий влияние температуры газов перед турбиной (Тгт) на образование NOx (зависимости km =f (Тгт) для камер сгорания обоих типов представлены на рис. 1.3 и 1.4 ); kр – коэффициент, отражающий зависимость концентрации оксидов азота от давления в камере сгорания:

,

где рв – давление в камере сгорания, МПа.

Для высокофорсированных камер сгорания формула применима для режимов, близких к рабочему, а для микрофакельных – в широком диапазоне изменения режимных параметров: αот = 3–8; Твозд =200–350 °С.

Эффективным способом снижения концентрации оксидов азота в уходящих газах энергетических ГТУ без коренного изменения конструкции камеры сгорания является впрыск воды или пара в зону горения.

Рис. 1.3. Зависимость коэффициента kт от температуры газов перед турбиной для высокофорсированных камер сгорания

Снижение концентрации оксидов азота при подаче влаги в зону горения можно оценить по формуле

,

где – концентрация оксидов азота соответственно при подаче влаги и без нее, мг/нм3; – коэффициент, учитывающий влияние расхода влаги в зависимости от отношения количества вводимой влаги Gвл к расходу топлива В.

Для сравнения концентрации NOx в продуктах сгорания различных ГТУ по действующим отечественным и зарубежным нормативно-техническим документам ее значение приводят к содержанию кислорода O2 = 15 % по формуле

,

где – приведенная и действительная концентрации оксидов азота, мг/нм3; O2 – фактическое значение концентрации кислорода в продуктах сгорания ГТУ, %.

Рис 1.4. Зависимость коэффициента kвл от относительного расхода влаги

(пара или воды) в камере сгорания.

Рис 1.5. Зависимость коэффициента kт от температуры газов перед турбиной для микрофакельных камер сгорания.