13
- температуру поступающей смеси газ/воздух до уровня, требуемого для того, чтобы катализатор стал активным. Это применяется главным образом в условиях низких нагрузок. Обычно в камере предварительного горения используется только малая часть топлива;
- каталитическое горение происходит при относительно низких температурах, предотвращая таким образом формирование NOx. Но здесь сжигается не все топливо, поскольку это может слишком высоко поднять температуру катализатора, что приведет к его повреждению. Технология каталитического горения является наиболее перспективной, однако информация, предоставленная изготовителями, базируется в основном на демонстрационных образцах. Каталитическое горение было достигнуто только на экспериментальной газовой турбине мощностью 1,5 МВт. Применение технологии каталитического горения на газовой турбине мощностью 170 МВт находится в стадии развития. При использовании этой технологии уровни NOx будут составлять, как ожидается, менее 10 мг/нм3;
- горение однородной смеси (оставшаяся часть топлива сжигается в условиях бедной топливной смеси). Исключается неустойчивость пламени, поскольку температура входного отверстия этой зоны довольно высокая из-за предшествующего процесса каталитического горения.
- Охлаждение паром
Другой перспективной разработкой в области газовых турбин является охлаждение паром вместо охлаждения воздухом. Обычно воздух, извлекаемый из газовой турбины компрессором, используют для охлаждения вала и лопаток турбины.
Количество охлаждающего воздуха составляет до 20 % — 25 % потока воздуха из компрессора. Извлеченный воздух недоступен для процесса горения, а также теряет давление во время протекания через узкие каналы в лопатках турбины, что приводит к снижению эффективности газотурбинного процесса. Эти недостатки устраняют использованием пара вместо сжатого воздуха. Охлаждение паром эффективнее охлаждения воздухом.
В турбинах, упомянутых выше, используют закрытую систему охлаждения паром. Пар охлаждает горячие детали, такие как лопатки турбины, переходные элементы и др. Используемый пар не смешивается с основным потоком газа, идущим через турбину (как в открытой системе), а направляется назад к паровой системе, где он может расширяться как пар, возвращаемый из турбины для вторичного перегрева. Пар для охлаждения извлекают из сопла паровой турбины высокого давления. Пар повторно нагревают до температуры промежуточного перегрева, затем смешивают с паром промежуточного перегрева из котла-утилизатора и направляют в часть среднего давления турбины для дальнейшего расширения. Охлаждающий пар не затрагивает главный поток, проходящий через газовую турбину. При этом должно быть исключено потребление воды.
При использовании охлаждения паром температура входного отверстия турбины увеличивается без какого бы ни было увеличения температуры сгорания. В результате повышения эффективности достигают без увеличения выбросов NOx. Охлаждение паром вместо охлаждения воздухом значительно сокращает количество воздуха, забираемого из компрессора, и таким образом снижает потребление энергии компрессором, что также приводит к повышению общего КПД газовой турбины. С этой новой технологией охлаждения может быть достигнуто повышение эффективности парогазового цикла на 2 %, и можно ожидать КПД, равный 60 %.
- Процесс с использованием турбины TOPHAT
В этом процессе воздух увлажняется на входе в компрессор посредством впрыскивания воды. Впрыскивание также возможно после каждой ступени компрессора. Это повышает КПД газовой турбины до 55 % при температуре на входном отверстии, равной 1200 °C, что является самым высоким показателем КПД для циклов, описанных ранее. Дальнейшее развитие процесса с использованием турбины TOPHAT возможно при вводе воды между различными ступенями компрессора, поэтому вода должна быть нагрета под давлением. Для нагревания впрыскиваемой воды используют высокую температуру отходящих газов.
4.4 Другие направления развития наилучших доступных технологий
Некоторые другие потенциально важные направления развития включают в себя:
- улучшение материалов и оптимизацию охлаждения для температуры входного отверстия, равной 1500 °С для газовых турбин и 1700 °С для аэродинамически связанных силовых ГТУ;
- сокращение количества сжатого воздуха, используемого для среды охлаждения;
- охлаждение лопаток с помощью внешнего потока охлаждения (водой или паром);
- использование монокристаллических лопаток (в перспективе);
- улучшение температурного поля на входе в турбину.
- Оборудование, используемое при внедрении наилучших доступных технологий
- Традиционно применяемое оборудование
Наиболее доступны современные дизельные двигатели с электронным впрыском топлива под высоким давлением. Кроме того, были разработаны оптимизированные камеры сгорания, что может