Число Воббе и динамический напор газовых струй на входе в КС

Число Воббе и динамический напор газовых струй на входе в КС

Изменение теплотворной способности топ­ливного газа в результате изменения его состава влияет на содержание вредных веществ, произ­водительность и стабильность горения в ГТУ. Изменение состава газа, связанное с появлени­ ем тяжелых фракций, может привести к появле­ нию вибрационного горения, которое ведет к разрушению элементов конструкции ГТУ. Осо­ бенно чувствительными в этом плане являются современные энергетические газовые турбины с «сухими» низкоэмиссионными горелками.

Одним из основных критериев взаимозаменя­ емости газообразных видов топлива является число Воббе ( Wobbe Index ), которое рассчиты­ вается по формуле

WI = Q_H /( p_{r н y} / p _{вн y} )⁰⁵,

где Q_H — объемная низшая теплота сгорания газа, МДж/м³; р_гну и р_вну - плотность топлив­ ного газа и атмосферного воздуха, соответствен­ но, при нормальных условиях.

Следует отметить, что число Воббе в данном виде учитывает изменение теплоты сгорания газа и плотности при изменении состава газа, сгорающего при атмосферных условиях, то есть близких к нормальным (0 °С) или стандартным условиям. Поэтому оно хорошо зарекомендо­ вало себя в качестве критерия взаимозаменяе­ мости газообразного топлива для устройств, работающих при давлениях и температурах близких к атмосферным, таких как бытовые газовые подогревательные устройства и котель­ ные установки. Число Воббе позволяет учиты­вать одновременно изменение состава газа и перепад давления на горелочном устройстве.

Особенность сжигания газа в ГТУ заключает­ся в том, что топливный газ подается в камеру сгорания под высоким давлением. В первую очередь, давление газа перед КС определяется степенью сжатия воздуха в установке. Также оно существенно зависит от способа организа­ ции смешения газа с воздухом в камере сгора ния. Так, в современных малотоксичных каме­ рах для снижения выбросов NO_X и СО должно обеспечиваться более интенсивное смешивание топливного газа с воздухом по сравнению со стандартными горелочными устройствами. Для этого необходим подвод газа с более высоким давлением, чтобы подавать в КС топливовоз- душную смесь с более высокой скоростью.

Одним из важнейших параметров, определя­ ющих эффективную работу камеры сгорания ГТУ, является динамический напор (динамичес­ кое давление) газовых струй. Можно доказать, что отношение величин динамического напоров газов, имеющих различный состав, обратно про­порционально квадратному корню из отношения чисел Воббе для этих газов:

P _дин2 / P _дин1 -( WI ₁ / WI ₂ )⁰⁵  

Например, при отношении WI ₂ / WI ₁ = 1,1 от­ ношение динамических напоров струй газов №2 и №1 равно

Р_дин2/Р_дин1 ⁼ 0,82. Это означает, что при сжигании газа №2 в КС, разработанной для сжигания газа № 1, динамический напор струй на входе в КС будет ниже динамического напора струй газа №1 на 18 %. Это может привести к ухудшению качества смешения газа с воздухом в камере сгорания ГТУ.

При увеличении калорийности и числа Воббе газа при прочих равных условиях (энергия, давление и температура подводимого газа) вели­ чина динамического напора газовых струй уменьшается, и наоборот.