Методы уменьшения выбросов загрязняющих веществ

Окись углерода

Различные меры, обеспечивающие снижение выхода СО, сводятся к следующему:

1. Улучшение распыливания топлива с целью ускорить процесс испарения топлива и способствовать созданию гомогенной горючей смеси. Обычно лучшее распыливание обеспечивают пневматические форсунки, если есть отдельный источник сжатого воздуха, альтернативным подходом может быть применение воздушного потока на входе в КС для улучшения распыливания при малых расходах топлива соответственно при малых давлениях подачи топлива.

2. Перераспределение воздуха с тем, чтобы сделать величину α в зоне горения ближе к оптимальной.

3. Увеличение объема первичной зоны и времени пребывания в ней.

4. Уменьшение расхода воздуха на пленочное охлаждение жаровой трубы. Этот воздух, выходя из первичной зоны, обычно содержит СО и UHC в больших концентрациях, и если эти компоненты не будут по пути вовлечены в центральное ядро горячего газа, где будут иметь достаточно времени, чтобы полностью сгореть, то они сохранятся в выхлопе. Поэтому снижение расхода воздуха в пристеночной завесе посредством организации более эффективного охлаждения стенок в первичной зоне (или даже путем применения жаровых труб из керамики) положительно сказывается на уменьшении выхода СО.

5. Перепуск воздуха из компрессора на режимах малой тяги (мощности). При этом выход СО снижается благодаря увеличению отношения топливо/воздух и температуры в первичной зоне.

6. Переключение подвода топлива на меньшее число форсунок или же применение двухканальных форсунок. Это снижает выход СО благодаря улучшению распыливания топлива за счет повышения давления топлива и снижению величины α до стехиометрии в зонах горения (за оставшимися форсунками).

Все рассмотренные способы снижения выхода СО основаны на общих принципах, предусматривающих повышение уровня полноты сгорания топлива, поскольку неполное сгорание топлива на режимах малого газа сопровождается значительными выбросами СО и UHC.

Окислы азота

Можно рекомендовать следующие практические приемы для снижения выбросов NOx из камер сгорания ГТД традиционного типа:

1. «Бедная» первичная зона. В прошлом головную часть камеры конструировали таким образом, чтобы смесь в ней была стехиометрической или несколько более бедной с целью минимизировать размеры камеры и облегчить воспламенение смеси при запуске. Добавление воздуха в первичную зону для снижения температуры пламени обеспечило бы значительное уменьшение выхода NOx. Однако уменьшение температуры пламени в первичной зоне способствует увеличению выхода СО и UHC, а также сужает пределы «бедного» срыва пламени. Следовательно, применение этого направления снижения выброса NOx, ограничены неустойчивостью горения.

2. «Богатая» первичная зона. Избыток топлива, так же как и избыток воздуха, снижает температуру пламени и, следовательно, выход NOx. Здесь проблема состоит в том, что «богатые» продукты сгорания необходимо быстро провести через состояние стехиометрии и обеспечить быстрое сгорание избытка топлива и требуемые температурные условия на входе в турбину. Проблема состоит в том, что скорость перевода продуктов горения из «богатого» состояния в «бедное» лимитируется тем, что за соответствующее время пребывания избыток топлива должен догореть, не выделяя при этом дополнительного NOx.

3. Гомогенизация горения. Улучшение перемешивания топлива и воздуха до горения посредством лучшего распыливания и распределения топлива и увеличения перепада давления на жаровой трубе обеспечивает более однородное распределение состава смеси и равномерной температуру пламени в зоне горения. Если это осуществляется при стехиометрии, то выход NOx возрастает, но в случае «бедной» первичной зоны выброс NOx может быть значительно снижен.

4. Уменьшенное время пребывания. Выброс NOx может быть снижен, если уменьшить время, в течение которого газ находится при высокой температуре. Этого можно достигнуть путем увеличения скорости потока или же уменьшением длины высокотемпературных зон.

5. Впрыск воды. Так как образование NOx сильно зависит от температуры, то разбавление топливовоздушной смеси низкотемпературным инертным или негорючим веществом должно снижать выход NOx. Впрыск воды или водяного пара существенно снижает температуру продуктов сгорания в зоне горения, однако чрезмерное подача воды в зону горения может привести к нежелательным явлениям: росту выбросов СО и углеводородов, снижению полноты сгорания и коородированию элементов двигателя.

6. Циркуляция продуктов сгорания. Еще одним инертным разбавителем, имеющимся в избытке, являются сами продукты сгорания. Но для того, чтобы эффективно снижать выход NOx, они должны возвращаться в первичную зону охлажденными за счет многократной рецеркуляции газа. Применение этого метода позволяет существенно уменьшить образование NOх, но в ряде случаев ценой увеличения выброса СО. Другим недостатком метода с рециркуляцией продуктов сгорания является необходимость увеличения размеров, веса и сложности конструкции камеры сгорания.

• 6.4 Единицы измерения и нормирование выбросов.

В авиационных ГТД в качестве единиц измерения являются индексы эмиссии, определяемые по формуле для окислов азота:

[г/кг×т],

где = 46,008 – молекулярный вес NO _x; m = 29 – молекулярный вес выхлопных газов; k – концентрация окислов азота в р.р.м.(аналогично определяются и другие компоненты вредных выбросов СО и UHC).

В отличие от авиационных ГТД единицы измерения вредных выбросов в стационарных ГТУ основаны на определении концентрации вещества в единице объема- В англоязычных странах это, как правило, "ррm. V" - объемная концентрация газа на миллионную часть объема газовой смеси, в состав которой входит этот газ (обычно индекс V не указывают). В большинстве европейских стран - это мг/нм3 - количество вещества в мг отнесенное к "нормальному" кубометру выхлопных газов, т.е. при­веденному к О °С и 0,1013 МПа. Иногда пользуются объемным процентом

• Соотношения единиц между собой

•