Аммиак в качестве топлива для газотурбинных установок с термохимической рекуперацией тепла отработавших газов

Рассматриваются перспективы применения газотурбинных установок (ГТУ), работающих на аммиаке, с термохимической рекуперацией тепла отработавших газов. Приведены примеры действующих аммиаковых ГТУ и указаны основные эксплуатационные ограничения при использовании существующих газовых турбин. Проведен термодинамический анализ простой ГТУ с термохимической рекуперацией тепла (ТХР) в широком диапазоне условий: температура газа на входе в турбину изменялась от 700 до 1300 °C, а степень сжатия компрессора — от 5 до 20. Установлено, что термохимическая рекуперация тепла может повысить КПД ГТУ до 9%. Эффективность применения ТХР зависит от рабочих параметров, таких как давление и температура. При температуре выше 500 °C энтальпия реакции разложения аммиака достигает значения, близкого к максимальному, примерно 3,0 MJ/kg NH3. Термохимическая рекуперация приводит к разложению аммиака с образованием водородсодержащего газа (до 75% по объему), который сжигается в камере сгорания, изменяя характеристики процесса горения. Скорость распространения пламени в газовых смесях водорода, азота и аммиака в различных соотношениях была рассчитана на основании механизма реакций GRI-Mech 3.0 в модуле Chemkin-Pro. Показано, что продукты полного термохимического разложения аммиака обладают скоростью распространения пламени примерно в два раза большей, чем у метана, и более чем в десять раз большей, чем у аммиака. Таким образом, внедрение термохимической рекуперации тепла в аммиаковых ГТУ ожидается повысить энергетическую эффективность и улучшить устойчивость процесса горения.