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.