Эксπир
Регистрация / Вход

Развитие технологии каталитического сжигания углеводородных топлив и разработка опытно-промышленной каталитической камеры сгорания энергетической газотурбинной установки (ГТУ)

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2007 - 2008, 15 мес.
Бюджетные средства
100 млн
Внебюджетные средства
45 млн

Создание каталитической камеры сгорания на тепловую мощность около 500кВт, удовлетворяющего международным требованиям по эмиссии СО и несгоревших углеводородов и обеспечивающей на предельно низком уровне (3-5 ppm) эмиссию оксидов азота.

Соисполнители

Этапы проекта

1
27.07.2007 - 31.10.2007
Проанализированы требования к разрабатываемому опытному образцу каталитической камеры сгорания (ККС), Разработан, изготовлен и испытан блок предварительного подогрева (БПП) ККС с целью уточнения режимов работы и проверки принципов организации рабочего процесса в опытном образце ККС. Создан пилотный стенд с загрузкой катализатора в масштабе 1:100 от опытного образца ККС энергетической ГТУ
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
В соответствии с договором проведен комплекс работ по разработке конструктивного облика и параметров ГТУ с каталитической камерой сгорания.
  Работа начата с разработки математической модели ГТУ регенеративного цикла с каталитической камерой сгорания. Модель учитывает особенности, связанные с наличием двухзонной камеры сгорания и регулируемого перепуска.
С использованием математической модели проведены расчёты дроссельных характеристик ГТУ различных схем перепуска воздуха и различных программ регулирования. Проведенный анализ показал, что использование программы регулирования ГТУ n = const. вызывает заметное снижение к.п.д. установки на режимах частичных нагрузок. Этого недостатка лишены программы регулирования Твх_кс= const, и Тг= const. Однако применение этих программ регулирования приводит к существенному снижению запасов газодинамической устойчивости компрессора. Кроме того, использование программы регулирования n = const. обеспечивает минимальный технический риск создания ГТУ, поэтому для дальнейших работ с каталитической камерой сгорания выбран закон регулирования ГТУ n = Const.
Анализ требований и оценка экологических характеристик разрабатываемой опытно-промышленной каталитической камеры сгорания показали, что ожидаемый уровень выбросов оксидов азота, окиси углерода, углеводородов не превысит уровней, предусмотренных техническим заданием (3-5 ppm NOx, 10 ppm CO, 10 ppm CH).
Для исследований характеристик катализаторов подготовлен стенд для испытаний катализаторов при повышенном давлении (Р < 6 бар) (ЦИАМ) и создан пилотный стенд для исследований характеристик катализаторов (ИК СО РАН). На пилотном стенде проведены пуско–наладочные испытания, которые показали работоспособность стенда в заданном диапазоне параметров.
На стенде ЦИАМ проведены экспериментальные исследования характеристик имеющихся катализаторов при повышенном давлении на модельной камере сгорания. Полученные экспериментальные данные подтверждают негативное влияние повышения давления в каталитическом блоке на эффективность выгорания топлива в этом блоке. Это негативное влияние может быть компенсировано повышением температуры топливовоздушной смеси на входе в этот блок. На следующих этапах эти исследования будут продолжены.
Начаты работы по разработке конструкции каталитической камеры сгорания. Разработано Техническое задание на опытный образец каталитической камеры сгорания и блок предварительного подогрева воздуха. Разработана схема каталитической камеры сгорания. Спроектирована и изготовлена камера сгорания предварительного подогрева.
  Для оценки характеристик камеры сгорания предварительного подогрева подготовлен стенд и проведены ее экспериментальные исследования. Экспериментально полученный уровень эмиссии NOx < 7 ppm и диапазон регулирования камеры сгорания (=8.34 – 66) соответствуют требуемым. По результатам этих испытаний подтверждено ТЗ на опытный образец каталитической камеры сгорания. Проведены патентные исследования по характеристикам и технологии изготовления катализаторов.
По результатам расчетных и экспериментальных исследований разработан технический проект опытного образца каталитической камеры сгорания и проведена подготовка производства опытного образца каталитической камеры сгорания.
Проведенный цикл работ подтверждает правильность выбранных технических решений, позволяющих создать опытный образец каталитической камеры сгорания ГТУ, что позволяет начать изготовление опытного образца каталитической камеры сгорания для проведения исследований ее характеристик.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.04.2008
В 2008 году на третьем этапе Госконтракта «Экспериментальные исследования катализаторов, уточнение характеристик и подготовка испытаний опытного образца ККС» проведены экспериментальные исследования выбранных типов катализаторов на пилотном стенде.
Проведенные исследования термической стойкости катализаторов в режиме длительного термоциклирования показали высокую термостойкость катализаторов ИК-12-61 и ИК-12-62 при испытании в течении 170 часов при температуре 1223-1258К.
Расчетное и экспериментальное исследование влияния характерного размера гранулированных катализаторов на их эффективность показало, что оптимальным является использование катализатора в виде колец 7,5х7,5х2,5мм высотой слоя катализатора 300-340мм.
Проведена оптимизация формулы катализаторов, обеспечивающая повышение термостойкости при сохранении активности. Показано, что марганец-алюмооксидный катализатор ИКТ-12-40Л превосходит по активности катализаторы ИК-12-61 или ИК-12-62-2. Ресурсные испытания катализатора ИКТ-12-40Л в режиме термоциклирования показали, что активность этого катализатора снижается в течение первых двух суток эксплуатации, затем активность стабилизируется.
Развернуть
4
01.05.2008 - 31.10.2008
Краткое описание выполненных работ:
1. Наработан катализатор на адаптированной технологической линии для производства модифицированного катализатора. Изготовлены модули катализатора для каталитической камеры сгорания.
2. Проведено экспериментальное исследование эффективности каталитического процесса и экологических характеристик модели каталитической камеры сгорания при использовании модифицированных катализаторов на стенде ЦИАМ.
3. Изготовлен опытный образец ККС.
4. Проведены предварительные испытания опытного образца ККС на стенде ЦИАМ, подтвердившие соответствие полученных параметров камеры, заявленным в ТЗ.
5. Комиссией по проведению предварительных испытаний подготовлен Акт предварительных испытаний с решением о присвоении конструкторской документации литеры «О». Комиссией утверждён Акт готовности предприятия к проведению Государственных приёмочных испытаний.
6. Государственной приёмочной комиссией проведены приёмочные испытания опытного образца ККС. Опытный образец ККС признан успешно прошедшим приёмочные испытания, о чем комиссией составлен соответствующий Акт с рекомендацией о производстве ККС в составе энергетических газотурбинных установок и решением о присвоении документации литеры «О1».
7. Уточнена математическая модель ГТУ с ККС по результатам испытаний опытного образца ККС. Предложены мероприятия по совершенствованию узлов ГТУ.
8. Разработаны рекомендации по использованию перспективных отечественных катализаторов в ККС, описаны основные эксплуатационные характеристики катализаторов.
9. Разработаны рекомендации для проектирования каталитических камер сгорания различной размерности для ГТУ различной мощности и назначения с использованием перспективных отечественных катализаторов.
10. Разработана конструктивная схема ГТЭУ-300 с ККС.
11. Разработана документация по подготовке производства опытного образца ККС.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

2.6 Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Развитие технологии каталитического сжигания углеводородных топлив и разработка опытно-промышленной каталитической камеры сгорания энергетической газотурбинной установки (ГТУ).
Продолжительность работ
2007 - 2008, 15 мес.
Бюджетные средства
100 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка перспективной малоэмиссионной камеры сгорания для энергетических ГТУ.
Продолжительность работ
2007 - 2009, 25 мес.
Бюджетные средства
105 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка технологий создания каталитических камер сгорания, обеспечивающих перспективный уровень экологических требований для силовых установок транспортных средств.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
3
Тема
Исследования процессов низкотемпературного горения применительно к малотоксичным камерам сгорания перспективных стационарных энергетических установок.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка каталитических технологий и создание технологической базы производства экологически чистых бензинов, удовлетворяющих стандартам Евро-4 и Евро-5
Продолжительность работ
2007 - 2009, 23 мес.
Бюджетные средства
180 млн
Количество заявок
1