Ekologická modernizace turbin GT a GTK 10

Podobné dokumenty
Kogenerační jednotka se spalovací turbínou o výkonu 2500 kw. Stanislav Veselý, Alexander Tóth

Reference spalovací turbíny EKOL, spol. s r.o.

Ústav automobilního a dopravního inženýrství PODPORA CVIČENÍ. Ing. Jan Vančura Ústav automobilního a dopravního inženýrství FSI VUTBR

AUTOMATICKÝ KOTEL SE ZÁSOBNÍKEM NA SPALOVÁNÍ BIOMASY O VÝKONU 100 KW Rok vzniku: 2010 Umístěno na: ATOMA tepelná technika, Sladkovského 8, Brno

GIAVA KRB

DOOSAN ŠKODA POWER. pro jaderné elektrárny ŠKODA POWER. Jiří Fiala Ředitel Globálního R&D centra Doosan Škoda Power

Smlouva o DÍLO na realizaci akce

FORMENTERA KC KR KRB

ANTEA KC KR KRB

Základní technický popis kogenerační jednotky EG-50

Havlíčkovo náměstí 6189, Ostrava-Poruba, tel.: , PWR T 600. Technická specifikace. 600 kw Spalovací turbína

PARNÍ TURBÍNY EKOL PRO VYUŽITÍ PŘI KOMBINOVANÉ VÝROBĚ ELEKTRICKÉ ENERGIE A TEPLA

Funkční vzorek průmyslového motoru pro provoz na rostlinný olej

IST 03 C ITACA KB Důležité informace pro výpočet. Překlad původních instrukcí (v italštině)

MGM-I AUTOMATICKÉ TEPLOVODNÍ KOTLE

ENERGETIKA TŘINEC, a.s. Horní Lomná

Žádosti o podporu v rámci prioritních os 2 a 3 jsou přijímány od 1. března 2010 do 30. dubna 2010.

Zkoušky paliva s vysokým obsahem HVO na motorech. Nová paliva pro vznětové motory, 8. června 2017

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a , Roztoky-

ZPRÁVA O KONTROLE KOTLŮ A ROZVODŮ TEPELNÉ ENERGIE

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv - Kotle Ing. Jan Andreovský Ph.D.

Tepelné zdroje soustav CZT. Plynová turbína. Zásobovaní z tepláren s velkými spalovacími (plynovými) turbínami

Plynové teplovzdušné jednotky Monzun. Monzun VH/CV. Dodávaná výkonová řada kw

pro bioplynové stanice

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv - Kotle Ing. Jan Andreovský Ph.D.

VIESMANN VITOCROSSAL 300 Plynové kondenzační kotle 26 až 60 kw

H4EKO-D ekologický zplyňovací kotel na dřevo malých rozměrů o výkonech 16, 20, 25kW v 5. emisní třídě a v Ekodesignu.

MĚŘENÍ EMISÍ A VÝPOČET TEPELNÉHO VÝMĚNÍKU

Rekonstrukce odprašování chladiče slinku realizovaná společností ZVVZ-Enven Engineering, a.s.

Problematika řízení automatických kotlů na biomasu se zaměřením na kotle malého výkonu pro domácnosti

Základní charakteristika

TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV

ZDROJE TEPLA Rozdělení Jako zdroj tepla může být navržena kotelna, CZT (centrální zásobování teplem) nebo netradiční zdroj (tepelné čerpadlo,

ČTYŘDOBÝ VÍCEVÁLCOVÝ SPALOVACÍ MOTOR S VYUŽITÍM TLAKOVÝCH PULZŮ VÝFUKOVÝCH PLYNŮ KE ZVÝŠENÍ NAPLNĚNÍ VÁLCŮ

Proč Vaillant? Tradice, kvalita, inovace, technická podpora. Stacionární kondenzační kotle

Zpráva o kontrole kotle a vnitřních rozvodů tepla

Spalovací vzduch a větrání pro plynové spotřebiče typu B

Tematické okruhy z předmětu Vytápění a vzduchotechnika obor Technická zařízení budov

Emisní limity pro zvláště velké spalovací zdroje znečišťování pro oxid siřičitý (SO 2 ), oxidy dusíku (NO x ) a tuhé znečišťující látky

VUW 202-3, Turbotop Pro, VUW 202-5, 242-5, Turbotop Plus

Technická univerzita v Liberci

Teplárenské cykly ZVYŠOVÁNÍ ÚČINNOSTI. Pavel Žitek

ZDROJE TEPLA Rozdělení Jako zdroj tepla může být navržena kotelna, CZT (centrální zásobování teplem) nebo netradiční zdroj (tepelné čerpadlo,

2. Specifické emisní limity platné od 20. prosince 2018 do 31. prosince Specifické emisní limity platné od 1. ledna 2025

OPŽP šance pro finance obcím

Prezentace společnosti VENTOS s.r.o.

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv Spalovací turbíny Ing. Jan Andreovský Ph.D.

Město Příbram rekonstrukce kulturního domu

Jak to bude s plynovými spotřebiči?

HOŘÁKY PRO PRŮMYSLOVÉ APLIKACE

SMART kw. Čistota přírodě Úspora klientům Komfort uživatelům

Projekční podklady. Dimenzování a návrh spalinové cesty kaskádových kotelen s kotli Logamax plus GB112-24/29/43/60

1/79 Teplárenské zdroje

HOŘÁKY A TOPNÉ SYSTÉMY

Základní části teplovodních otopných soustav

Funkční vzorek vozidlového motoru EA111.03E-LPG

LOPATKOVÉ STROJE LOPATKOVÉ STROJE

Schéma výtopny. Kotel, jeho funkce a začlenění v oběhu výtopny. Hořáky na spalování plynu. Skupinový atmosférický hořák teplovodního kotle

Technická směrnice č Teplovodní kotle průtočné na plynná paliva do výkonu 70 kw

Co udělaly (a musí udělat) teplárny pro splnění limitů? Co přinesla ekologizace?

NÍZKÝ KOTEL 5 EMISÍ TŘÍDY S AUTOMATICKÝM PODÁVÁNÍM PELET. VE VÝKONU 12 kw 36 kw

PLYNOVÉ KOGENERAČNÍ JEDNOTKY

Nové hořáky v modelových řadách RIELLO R...

Rotační šroubové kompresory RMF kw

Technická dokumentace Kotle středních a vyšších výkonů řady GKS

Smlouva o DÍLO na realizaci akce

1/6. 2. Stavová rovnice, plynová konstanta, Avogadrův zákon, kilomol plynu

TERMOHYDRAULICKÉ TESTOVÁNÍ PALIVA TVSA-T PRO JE TEMELÍN

Modernizace odprašování sušárny strusky v OJSC Yugcement, Ukrajina

Popis výukového materiálu

Rotační šroubové kompresory. RMF kw SPOLEHLIVÁ TECHNOLOGIE

Charakteristika výrobku VK 654/9-1654/9

Technická informace. Plynová turbína GT 750 6M s kompresorem TD M/T (TD ) v plynárenské přepravní soustavě RWE Transgas Net, s.r.o.

NADČASOVÉ KOTLE NA TUHÁ PALIVA. kolektory. výměníky. ohřívače. Způsob dokonalého vytápění KATALOG PRODUKTŮ

OUTdoor MGW 800. Kontejnerové provedení. Typový list kogenerační jednotky. s plynovým motorem WAUKESHA. Zemní plyn - emise NOx < 500 5%O2

Katalogový list č. Verze: 01 ecocompact VSC../4, VCC../4 a aurocompact VSC D../4 06-S3

Vytápění budov Otopné soustavy

Rekapitulace stavu techniky v přeplňování vznětových motorů a další vývoj D T

Systémem Pro E. Kotel má následující charakteristické vlastnosti: - NO X

OUTdoor MGW 260. Kontejnerové provedení. Typový list kogenerační jednotky. s plynovým motorem GE WAUKESHA. Zemní plyn - emise NOx < 500 5%O2

Obsah. KVET _Mikrokogenerace. Technologie pro KVET. Vývoj pro zlepšení parametrů KVET. Využití KVET _ Mikrokogenerace

Projekční podklady. Teplovodní kotle Logano S825L a S825L LN a plynové kondenzační kotle Logano plus SB825L a SB825L LN. Teplo je náš živel

Snížení emisí uhlovodíků z procesu odolejení petrochemických vod. Pavel Sláma úsek HSE&Q, UNIPETROL SERVICES, s.r.o

Mittel- und Großkesselsysteme

Závěsné kondenzační kotle. Proč Vaillant? Tradice, kvalita, inovace, technická podpora. VU ecotec exclusiv

Plynové kotle.

NÍZKÝ KOTEL 5 EMISÍ TŘÍDY S AUTOMATICKÝM PODÁVÁNÍM UHLÍ

OBNOVA ČEZ A PRAKTICKÁ APLIKACE NEJLEPŠÍCH DOSTUPNÝCH TECHNOLOGIÍ

SMART kw. Čistota přírodě Úspora klientům Komfort uživatelům

VUW 200-3, Atmotop Pro, VUW 200-5, 240-5, Atmotop Plus

Závěsné kotle. Modul: Závěsné kotle s atmosférickým hořákem. Verze: 03 VUW 242/3-3 turbotec pro, VUW 202/3-5, VUW 242/3-5 turbotec plus 02-Z1

Příl.2 VZOR Zpráva o jednorázové kontrole kotlů s návrhy na opatření

Zvyšování kvality výuky technických oborů

THERM 20, 28 CXE.AA, LXZE.A

Závěsné plynové průtokové ohřívače TV PANDA

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov. Regulace. Co je to regulace?

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

Blokové schéma Clausius-Rankinova (C-R) cyklu s přihříváním páry je na obrázku.

THM AUTOMATICKÉ PARNÍ STŘEDOTLAKÉ KOTLE

Závěsné kotle. Modul: Kondenzační kotle. Verze: 03 VU 156/5-7, 216/5-7, 276/5-7 ecotec exclusive 03-Z2

Transkript:

Abstract Ekologická modernizace turbin GT 750-6 a GTK 10 Stanislav VESELÝ 11 EKOL, spol. s r.o., Brno The environmetal modernisation was connected with the overall modernisation of the gas turbine. Because these two projects are connected with each other, we will present here the basic parameters of the overall modernisation first. Further on we will present the environmetal modernisation of combustors, which consisted of three stages. We will describe the individual stages and present the results obtained. Úvod Spalovací turbiny typového označení GT 750-6 tvoří základní výkon pro pohon plynových dmychadel na tranzitní soustavě, která vede z Ruska přes Ukrajinu, Slovenskou republiku a Českou republiku do západní Evropy. Tato turbina má jmenovitý výkon 6 MW a její konstrukční provedení je tzv. heavy duty.tyto pohonové jednotky byly nasazovány na tranzitní soustavu ve Slovenské a České republice od počátku sedmdesátých let v několika etapách až do let osmdesátých v celkovém počtu 135 kusů. Na kompresní stanici Sayda v Německu jsou instalovány dvě turbiny tohoto typu. Turbina byla vyvinuta v NZL S.Peperburg v Rusku a licenčně byla vyráběna v První brněnské strojírně v Brně (Česká republika). Spalovací turbiny GTK 10 mají stejnou konstrukční koncepci jako turbiny GT 750-6. Jejich vývoj následoval po vývoji stroje GT 750-6 a byla použita metoda zvětšení geometrických parametrů. Z toho důvodu jsou spalovací komory obou strojů koncepčně identické a rozdíl je pouze v rozměrech. Průměr plamenec spalovací komory turbiny GT 750-6 je 1020 mm zatím co GTK 10 má průměr plamence 1200 mm. Turbina GTK 10 tvoří základ pro pohonové jednotky na tranzitní soustavě v zemích bývalého SNS, přičemž bylo vyrobeno v NZL S.Peterburg 1150 kusů těchto turbin. V současné době je v provozu asi 800 těchto strojů. Ekologická modernizace strojů GT 750-6 a GTK 10 byla počátkem 90. let minulého století velice aktuální poněvadž při nominálním výkonu byly emise NOx v rozmezí 600 1050 mg.m -3 při 15% O 2 ve spalinách. To představuje značnou ekologickou zátěž a přirozeně značné ztráty pro provozovatele v důsledku placení pokut za překročení emisních limitů. Ty jsou pro tyto typy strojů 300 mg.m -3 pro NOx a 100 mg.m -3 pro CO. Někteří zákazníci však požadují emise nižší. Ekologická modernizace je vždy spojena s celkovou modernizací spalovací turbiny a oba tyto procesy se navzájem ovlivňují. To je dáno tím, že se při modernizaci mění základní technické parametry spalovací komory, které ovlivňují tvorbu NOx a CO. To jsou např. hmotnostní průtok vzduchu do spalovací komory, teplota a tlak vzduchu na vstupu do spalovací komory, teplota spalin za spalovací komorou. Proto je rovněž důležité, aby při ekologické modernizaci bylo použito takové řešení, které umožní individuální přístup ke každé konkrétní spalovací komoře na základě měření emisí a termodynamických parametrů před modernizací. Takové řešení bylo nalezeno. Tento článek se zabývá modernizací spalovacích turbin GT 750-6 s tím, že pro turbinu GTK 10 platí obdobné závěry. Autor se zúčastnil na 295 ekologických modernizací spalovacích komor turbin GT 750-6 a GTK 10. Pod pojmem modernizace a inovace se rozumí převedení technických poznatků do praxe, přičemž důkladný rozbor cyklu se spalovací turbinou GT 750-6 vedl ke zvýšení výkonu, ke zvýšení termické účinnosti cyklu a ke zlepšení ekologických charakteristik. Zvýšení výkonu na spojce turbiny GT 750-6 se dosáhlo v průměru o 1000 1500 kw, zvýšení termické účinnosti o 5 7 % absolutně, což vedlo k úspoře spotřeby paliva o 22 27 %. Díky této úspoře paliva je možné dosáhnout návratnosti 11 Doc. Ing. Stanislav VESELÝ, CSc., EKOL, spol. s r. o., Křenová 65, 602 00 Brno, ČR E-mail: ekolsro@ekolbrno.cz -47-

vložených investic za méně jako 3,5 roku. Zvýšení výkonu turbiny umožňuje zároveň úspěšnou změnu v dimenzování tlakového poměru radiálního kompresoru z 1,2 na 1,4. Při modernizaci a inovaci došlo rovněž ke snížení emisí metanu a olejových par do okolní atmosféry. 2. Základní technické parametry soustrojí GT 750-6 při jmenovitém zatížení a popis stavu před modernizací Základní technické parametry soustrojí GT 750-6 při jmenovitém zatížení před modernizací byly následující: výkon na spojce (ISO) 6 000 kw termická účinnost na spojce (ISO) 27 % teplota spalin na vstupu do vysokotlaké turbiny 765 o C kompresní poměr 4,5 účinnost regenerace výměníku 66 % hmotnostní průtok vzduchu 56 kg.s -1 teplota spalin za nízkotlakou turbinou 489 o C rozsah otáček vysokotlaké části 4 500-5 200 min -1 rozsah otáček nízkotlaké části 4 400-5 300 min -1 Podélný řez turbinou je uveden na obr.1 a schéma oběhu je na obr.2 Původní řešení bylo tvořeno prvky, jejichž technické řešení bylo následující: 2.1 Sací filtr byl tvořen odvinovacím rounem s nízkou účinností odloučení prachových částí a s rizikem zamrzání v zimním období. 2.2 Tlumič hluku sání byl objemný s kazetovými vložkami. 2.3 Protinámrazový systém chránil pouze vstupní část vzduchového kompresoru, nikoliv sací filtr. 2.4 Startovací zařízení tvořené plynovou expanzní turbinou způsobovalo při startu soustrojí únik zemního plynu do okolní atmosféry (cca 2500 Nm 3 na jeden start). 2.5 Rekuperační výměníky deskového typu měly nízkou účinnost a malou životnost a vykazovaly netěsnosti, které způsobovaly únik stlačeného vzduchu do výstupních spalin. 2.6 Spalovací komora válcová, horizontální nesplňovala požadavky na omezení emisí škodlivin. 2.7 Komín nebyl vybaven tlumičem hluku. 2.8 Systém odsávání olejových par znečišťoval okolní ovzduší. 2.9 Soustrojí nebylo vybaveno sušicím systémem. 2.10 Tlakové ztráty sacího systému, rekuperačních výměníků a výfukového traktu byly vysoké. Obr.1. Podélný řez turbinou -48-

Obr.2. Schéma oběhu 3. Požadavky na modernizaci spalovací turbiny a plynového kompresoru Formulaci požadavků lze provést následovně: 3.1 Provést rekonstrukci a modernizaci nejnutnějších funkčních částí a celků tak, aby soustrojí mohlo pracovat dalších 20 let a doba návratnosti vynaložené investice byla menší jako 3,5 roku. Při rekonstrukci neprovádět zásadní zásahy do vlastní turbiny nebo průtočného kanálu turbiny. 3.2 Při splnění podmínek dle 3.1 dosáhnout: 3.2.1 Při náhradě zkorodovaných částí vzduchových a spalinových traktů použít materiály a jejich povrchovou úpravu zajišťující dodržení požadavku prodloužené životnosti 3.2.2 Zvýšení termické účinnosti o minimálně 5 % absolutně 3.2.3 Zvýšení výkonu turbiny minimálně o 1000 kw 3.2.4 Zvýšení přepravní kapacity tranzitní soustavy a zvýšení stlačení plynového kompresoru 3.2.5 Snížení koncentrací škodlivých látek ve spalinách na hodnoty podle platných norem 3.2.6 Snížení emisí olejových par o min. 95 % 3.2.7 Snížení hluku soustrojí 3.2.8 Zamezení emisí metanu do ovzduší při rozběhu soustrojí Pro splnění uvedených požadavků bylo nutno provést podrobný rozbor cyklu se spalovací turbinou GT 750-6 a na základě tohoto rozboru provést rekonstrukci vytipovaných komponent zařízení. 4. Rozbor cyklu se spalovací turbinou GT 750-6 Schéma zařízení je na obr. 2. Jedná se o otevřený oběh s volnou turbinou. Analýzou tohoto cyklu byly získány tyto základní vlivy veličin na termickou účinnost a výkon na spojce. 4.1 Vliv tlakové ztráty v sání p 0-1 4.2 Vliv tlakové ztráty mezi axiálním kompresorem a vysokotlakou turbinou p 2-3 4.3 Vliv tlakové ztráty ve výfuku turbiny p 4-0 4.4 Vliv účinnosti rekuperace η r - viz obr. 3 4.5 Vliv netěsnosti rekuperačního výměníku - viz obr. 4 Z analýzy vyplývá, že rekonstrukcí sacího a výfukového traktu lze získat podstatné zvýšení termické účinnosti a výkonu soustrojí, přičemž prioritní vliv má zvýšení účinnosti rekuperace (viz obr. 3 ) a odstranění netěsností rekuperačního výměníku (viz obr. 4). Přitom vlastní průtočná část turbiny zůstává zachována, což představuje významnou úsporu investičních nákladů. -49-

Obr. 3. Vliv účinnosti regenerace η r na změnu účinnosti termické na spojce η t Obr.4. Vliv změny hmotnostního průtoku m na změnu termické účinnosti na na spojce η t a na změnu spojkového výkonu P sp m u - hmotnostní průtok unikajícího vzduchu m o - jmenovitý hmotnostní průtok 5. Rozsah rekonstrukce Na základě uvedeného rozboru bylo rozhodnuto o rekonstrukci spalovací turbíny GT 750-6. Rekonstrukce byla rozdělena do několika etap: 5.1 První z nich byla náhrada rozběhové plynové expanzní turbínky hydraulickým rozběhovým zařízením. Náhrada znamenala výrazné ozdravění ovzduší okolí kompresní stanice a značnou úsporu zemního plynu. 5.2 Další etapou byla náhrada značně zkorodovaných sacích a výfukových traktů spojená s modernizací některých prvků těchto objektů. Nový sací trakt byl proveden z pozinkovaného materiálu. Sání bylo vybaveno rolovacími vraty a doplněno systémem sušení Munters, zamezující korozi průtočných kanálů v době, kdy soustrojí není provozováno. Jako sací filtr byl použit účinnější systém kapsových filtrů Viledon, tlumič hluku v sání je nyní tvořen účinnými podélnými tlumícími panely. Nový automatický protinámrazový systém chrání sací žaluzie, sací filtr i vstupní části vzduchového kompresoru. 5.3 Jako rekuperační výměníky byly použity trubkové výměníky konstrukce EKOL s vysokou účinností, dlouhou životností a zaručenou těsností. 5.4 Komínový trakt byl doplněn tlumičem hluku spalin. 5.5 Potrubí ve strojovně bylo v mezích dispozičních možností narovnáno a někde zvětšen jeho průtočný průřez. 5.6 Byla provedena rekonstrukce odsávání olejových par z olejové nádrže tak, aby byl eliminován únik těchto par do okolní atmosféry. 5.7 Byla rekonstruována spalovací komora pro snížení emisí škodlivých látek. Uvedenou metodou byla provedena modernizace kompresních stanic na Slovensku, České republice a v Německu. -50-

Celkový pohled na kompresní stanici společnosti VERBUNDNETZ GAS AG v Německu před rekonstrukcí je na obr. 5 a po rekonstrukci na obr. 6. Obr.5. Celkový pohled na kompresní stanici Sayda před rekonstrukcí. Pohled ze strany sacích a výfukových traktů. Obr.6. Celkový pohled na kompresní stanici Sayda po rekonstrukci. Pohled ze strany sacích a výfukových traktů. 6. Výsledky dosažené při rekonstrukci sacího a výfukového traktu, VT rotoru a plynového dmychadla Po rekonstrukci bylo provedeno rozsáhlé termodynamické měření s cílem určit veličiny oběhu v charakteristických bodech označených na obr.2 číslicemi 0 6, dále byl měřen výkon na spojce, hmotnostní průtok paliva, otáčky a emise výfukových plynů a olejových par. Ze zkušenosti je známo, že i u nově vyrobených strojů vykazují měření u různých strojů odlišnosti v měřených hodnotách. Je proto pochopitelné, že u strojů, s různým počtem provozních hodin, -51-

provozovaných v různých zemích, v různých provozních režimech různými obsluhami, nemůžeme očekávat totožné výsledky. To naše měření prokázala a lze konstatovat, že rozptyl naměřených hodnot byl přijatelný (do 3 %). V dalším budou prezentovány výsledky dosažené na kompresní stanici Sayda, kterou provozuje společnost VERBUNDNETZ GAS AG. Předložené výsledky lze aplikovat i na ostatní instalace. 6.1 Tlakové ztráty 6.1.1 Sací trakt Rekonstrukcí sacího traktu nedošlo ke změně tlakové ztráty v sání a tedy ( p o - 1 ) = 0 [ Pa] (1) 6.1.2 Trakt mezi axiálním kompresorem a vysokotlakou turbínou Pro snížení tlakových ztrát byly zvětšeny průměry potrubí vzduchu mezi kompresorem a rekuperátorem a mezi rekuperátorem a spalovací komorou. Rovněž byly upraveny ohyby a kolena tak, aby se eliminovala tlaková ztráta. Vzduchový trakt rekuperátoru byl proveden s nízkými tlakovými ztrátami a rovněž spalovací komora po rekonstrukci na snížení emisí vykazovala nižší tlakovou ztrátu. Tlaková ztráta celého tohoto traktu se tak snížila o ( p 2-3 ) = 3 870 [Pa] (2) 6.1.3 Výfukový systém. Změnou konstrukce výfukového systému, hlavně změnou rekuperátoru bylo dosaženo snížení tlakové ztráty ve výfuku o ( p 4-0 ) = 1 840 [Pa] (3) 6.2 Stupeň rekuperace. Byl vyvinut a namontován nový rekuperátor konstrukce EKOL s účinností rekuperace ve jmenovitém bodě η 1 r = 0,83 [ - ] (4) Tato hodnota byla experimentálně ověřena. Původní rekuperátor měl při stejných podmínkách před rekonstrukcí η 2 r = 0,62 [ - ] (5) což je hodnota nižší, než u nově vyrobeného deskového výměníku Účinnost rekuperace je přitom definována t t 5 2 η r = [ - ] (6) t4 t2 přičemž teploty odpovídají označení na obr. 2-52-

6.3 Výkon a termická účinnost Měřením byly získány výsledky uvedené na obr. č. 7. Experimentálně bylo ověřeno, že pro jmenovitou teplotu před vysokotlakou turbínou t 3 = 765 [ C ] (7) a při nominálních atmosférických podmínkách t o = 15 [ C ] p o = 101,325 [kpa] (8) je oproti původnímu stroji nárůst spojkového výkonu o P SP = 1 400 kw (9) a termické účinnosti o η t = 9 [ % ] (10) Uvedené hodnoty představují absolutní zvýšení. Tím lze dosáhnout po rekonstrukci hodnot. P SP = 7,0 [MW] (11) η t = 32,0 [ % ] (12) Úspora paliva, znázorněná na obr.8 činí pro výkon na spojce P SP = 7 MW více než 23%. Obr.7. Průběh spojkového výkonu P sp a termické účinnosti v závislosti na teplotě před VT turbinou Obr.8. Úspora paliva V p v závislosti na výkonu -53-

6.4 Charakteristika vysokotlaké turbíny Rekonstrukční zásahy do pracovního cyklu spalovací turbíny ve většině případů způsobují přeladění stroje do nového rovnovážného pracovního bodu. Tak tomu bylo i u strojů na kompresorové stanici Sayda. Rekonstrukce sacího a výfukového traktu, spalovací komory a použití nového trubkového regeneračního výměníku posunuly závislost vysokotlakých otáček na teplotě za spalovací komoru doleva (viz obr. 9) a to tak, že při zatěžování stroje byla dosažena vysokotlaká otáčková bariera ( n1 = n lmax = 5 200 l/min ) podstatně dříve, než vysokotlaká teplotní bariera (t 3 = t 3max = 765 C). Obr.9. Charakteristika vysokotlaké části turbíny před a po rekonstrukci Aby turbína mohla být zatížena do plné teploty t 3 = t 3max = 765 C i po rekonstrukci, bylo nutno vysokotlakou otáčkovou bariéru posunout k vyšším hodnotám, což se provedlo levnou rekonstrukcí vysokotlakého rotoru. Vysokotlaký rotor může být tak provozován do otáček 5 450 l/min, jak je patrno na obr. č. 9. Rekonstrukce rotoru je znázorněna na obr. č. 10 a spočívá v natažení kroužku označeného X na spoj bubnového rotoru. 6.5 Rekonstrukce plynového dmychadla typu T 56 Při rekonstrukci spalovací turbiny byla provedena i výpočtová analýza nízkotlakého rotoru metodou konečných prvků, která prokázala, že nízkotlaký rotor může být bezpečně provozován až do otáček n 2 = 6 000 [min -1 ] (13) Zvýšení spojkového výkonu a nízkotlakých otáček umožnilo realizovat i rekonstrukci plynového dmychadla, které v současné době pracuje s vyšším průtokem zemního plynu než před rekonstrukcí. Na obr. 10 jsou uvedeny teoretické charakteristiky plynového dmychadla udané výrobcem a experimentálně zjištěné hodnoty. Je zřejmé, že soulad je uspokojivý což opravňuje k tvrzení, že cílů formulovaných v bod 3 tohoto článku bylo dosaženo. -54-

Obr.10. Teoretická charakteristika plynového dmychadla T 56 A a experimentálně zjištěné hodnoty 7. Výsledky dosažené při řešení ekologických problémů při modernizaci spalovací turbiny Výsledky lze shrnout do následujících bodů: 7.1 Odstranění úniku zemního plynu do okolní atmosféry při startu turbiny náhradou expanzní turbiny na zemní plyn hydraulickým rozběhovým zařízením nebo elektrickým pohonem. 7.2 Eliminace úniku olejových par do okolní atmosféry rekonstrukcí odsávání olejových par z olejové nádrže. Účinnost tohoto systému činí 98 %. 7.3 Snížení koncentrací NO x ve výfukových plynech rekonstrukcí spalovací komory. Spalovací komora turbiny GT 750-6 je umístěna pod turbinou a je válcového typu. Je opatřena 6-ti hlavními hořáky umístěných po obvodě a jedním hlídacím hořákem. Na obr.11 je znázorněno schéma spalovací komory. Označení: Obr. 11. Schéma spalovací komory 1 skříň, 2 čelo spalovací komory, 3 plamenec, 4 směšovač, 5 clona, 6 hlavní hořák, 7 hlídací hořák, 8 obvodový viřič, 9 kruhový kanál, 10 směšovací otvor, 11 usměrňovací lopatky, 12 vnější napojení plamence, 13 kruhová štěrbina, 14 palivový kolektor, 15 přívod paliva k hlídacímu hořáku, 16 přívod paliva k zapalovači, 17 výstup spalin k turbině -55-

Požadavkem je snížení emisí oxidů dusíku (NO x ) a kysličníku uhelnatého (CO) pod hodnoty dané příslušnými normami. Kromě snížení emisí škodlivých látek je nutno vyřešit tyto problémy: 7.3.1 Účinnost spalování paliva, hydraulický odpor a parametry ustáleného provozu se nesmějí lišit od hodnot charakteristických pro původní zařízení před modernizací. 7.3.2 Nerovnoměrnost teplotního pole, maximální teplota vysokoteplotních prvků spalovacích komor nesmí překročit hodnoty původního zařízení. 7.3.3 Nesmí se měnit konstrukce takových prvků spalovacích komor jako je skříň, kryt a další pevnostní prvky, ani připojené rozdělovací potrubí přívodního vzduchu, automatický řídící a regulační systém. Poslední požadavek silně omezuje realizovanost technického přístupu aplikovaného na ekologickou rekonstrukci vhodnou pro životní prostředí, jako je několikastupňové spalování s proměnlivou geometrií komor nebo katalycká spalovací komora. Nicméně tímto přístupem ke zdokonalení spalovacích komor je možno na kompresních stanicích uskutečnit rekonstrukci kompresorových jednotek pro přepravu plynu v širokém měřítku. Řešení bylo provedeno změnou organizace spalovacího procesu v primární zóně a pracuje čistě na principu difuzního hoření.princip řešení je uveden v [1][2][3][4], ][5]. Před rekonstrukcí byla provedena řada testů na zkušebním zařízení. Koncentrace NO x původní spalovací komory při jmenovitém zatížení byly v rozsahu od 600 mg.m -3 do 1050 mg.m -3 při 15% O 2 a normálních podmínkách (přepočteno na NO 2 ). 8. Druhá etapa ekologické modernizace Obr.12. Koncentrace emisí NO x a CO po 1. etapě ekologické modernizace v závislosti na teplotě před VT turbinou. (přepočteno na 15 % kyslíku a na normální atm. podmínky, NO x přepočteno na NO 2 ) Ke konci 90.let požadovali zákazníci, aby byly splněny limity emisí NOx a CO v celém rozsahu výkonů spalovací turbiny. Proto bylo nutné hledat nové technické řešení. Experimenty prokázaly, že toto zadání splňuje spalovací komora s novým mikrodifuzním kruhovým hořákem s proti sobě jdoucími rotačními proudy vzduchu. Princip řešení je uveden v [6],[7]. Fotografie hořáku je na obr.13, dosažené výsledky jsou na obr. 14. Z obr.14 je rovněž patrné, že tento typ hořáku má svoje omezení, -56-

které platí obecně pro difuzní systémy. Lze konstatovat, že požitím pouze difuzního systému spalování lze dosáhnout nejnižší emise 120 mg.m -3 pro NOx a CO. To je dáno tím, že zde existuje vždy zóna stechiometrie, která je zdrojem termických kysličníků dusíku. Tento nedostatek. tento nedostatek lze řešit použitím kombinovaného hořáku, který je presentován v následující kapitole. Obr.13. Fotografie kruhového mikrodifuzního hořáku s proti sobě jdoucími, rotačními proudy vzduchu 3,5 3.27 3 α I 2.72 α I [ - ], NOX 10-2, CO 10-2, [ 2,5 2 1,5 1 2.15 108 122 221 1.73 135 2.36 192 148 NO X 2.58 226 77 0,5 60 46 39 CO 15 0 500 550 600 650 700 750 800 t 3 [ o C] Obr.14. Závislost emisí NOx a CO a součinitel přebytku vzduchu α 1 v primární části spalovací komory na teplotě spalin před vysokotlakou turbinou -57-

9. Třetí etapa ekologické modernizace V roce 2009 se očekávají nové emisní limity pro spalovací turbiny a to 75 mg.m -3 pro NOx a 100 mg.m -3 pro CO. Tyto limity mají být splněny v rozmezí výkonu 70 100 %. Jak bylo sděleno v kapitole 8, tyto hodnoty nelze splnit čistě difuzním systémem spalování a je nutno použít kombinovaný hořák, který se skládá ze dvou okruhů: 1.okruh čistě difuzní, který pracuje v těch režimech, kdy je okruh s homogenním spalováním náchylný na pulsace tlaku nebo je na mezi stability hoření. Tento okruh je rovněž v provozu při zapalování a velmi malých výkonech. 2.okruh s předsměšováním paliva a vzduchu (homogenní spalování) EKOL bude mít počátkem roku 2005 k dispozici pro komerční využití kombinovaný hořák, který je na obr.15 a u kterého budou dosaženy v rozsahu výkonu 70 100 % hodnoty emisí. NOx < 50 mg.m -3 CO < 60 mg.m -3 (14) Tento hořák je v současné době experimentálně ověřován na atmosférickém stendu a již dříve byl zkoušen na stendu s tlakem vzduchu p v = 0,75 MPa a teplotou vzduchu na vstupu do hořáku t v = 360 o C. Podrobnější informace jsou např. v [8],[9]. 1 5 7 6 3 Reference 4 2 Obr.15. Kombinovaný hořák pro turbinu GT 750-6 1 lopatkový vířič, 2 centrální těleso, 3 otvory pro přívod paliva pro difuzní spalování, 4 plášť, 5 směšovací komora, 6 přívod paliva pro obvod s předem smíchanou směsí, 7 kuželové zúžení 1. Sudarev,A.V., Zacharov,Y.I., Vinogradov,J.D.,Veselý,S., Poslušný,G.: Gas turbine units for pipeline compressor stations: environmental update probleme, ASME paper No. 94-GT-497, June 1994 2. Akulov,V.A., Vinogradov,J.D., Zacharov,Y.I., Sokolov,K.J., Sudarev,A.V., Treťjakov,S.I., Veselý,S.,Poslušný,G.: Způsob spalování paliv a spalovací komora k provádění tohoto způsobu, patent České republiky č.279187 3. Akulov,V.A., Vinogradov,J.D., Zacharov,Y.I., Sokolov,K.J., Sudarev,A.V., Treťjakov,S.I., Veselý,S.,Poslušný,G.: Způsob spalování paliv a spalovací komora k provádění tohoto způsobu, patent Slovenska č.278077-58-

4. Sudarev,A.V.,Zacharov,Y.I.,Vinogradov,J.D.,Veselý,S.,Poslušný,G.,Peters,K., Scholz,K.H.,Zizow,E.: Fuel Combustion Device and Metod, internationale Veröffentlichungsnummer WO 98/35184, internationales Veröffentlichungsdatum 13.August 1998 5. Sudarev,A.V.,Vinogradov,J.D.,Veselý,S.,Parýzek,S.,Scholz,K.H.,Zizow,E.: Experience of environment update of gas-pumping units, ASME paper No. 2000 GT 89, May 2000 6. Veselý,S.: Intenzifikace přenosu tepla a hmoty jako metoda ke snižování emisí škodlivin ve výfukových plynech mezinárodní konference Energetika a životní prostředí, H.Králové, Czech Republick, duben 2000 7. Veselý,S.: Aerodynamika mikrodifuzního hořáku s proti sobě jdoucími, rotačními proudy vzduchu a její vazba na intenzifikaci procesu spalování, Konference Vnitřní aerodynamika lopatkových strojů, ČVUT Praha, duben 2001 8. Veselý,S.: Další možnosti zlepšení enviromentálních vlastností spalovacích komor, sborník mezinárodní konference SPP Bratislava, Bratislava, 2004. 9. Veselý,S.: Metody snižování emisí škodlivin při provozu spalovacích turbin, sborník konference EKONOX, Hradec Králové, 2004. -59-