Desenvolvimento e caracterização de uma câmara de combustão DLN – Dry Low Nox com tecnologia LPP – Lean Premixed Prevaporized

Abstract

O atual estágio de desenvolvimento econômico brasileiro mostra-se favorável ao emprego, em maior escala, da tecnologia de geração distribuída. Isto se deve, em parte, ao aumento da demanda de energia elétrica, maior disponibilidade de gás natural, tarifas diferenciadas para os horários de ponta, entre outros atrativos. Uma alternativa para geração elétrica, em franco desenvolvimento, são as microturbinas que operam na faixa de 25 a 1000 kW. O presente trabalho consistiu no desenvolvimento e caracterização de uma câmara de combustão de microturbinas a gás do tipo DLN – Dry Low NOx com tecnologia LPP – Lean Premixed Prevaporized. Os principais objetivos foram: projetar e caracterizar queimadores individuais que operem no modo ultra-pobre, com chama estabilizada por gerador de vórtices (swirler); dimensionar o tubo de chama do combustor de forma a operar no modo pré-misturado; projetar o queimador piloto para transição do modo de queima pobre para pré-misturado e auxiliar a estabilidade operacional da câmara nos diversos regimes de carga; instrumentar adequadamente a bancada de microturbina para a caracterização dos queimadores e do envelope operacional da unidade em diferentes níveis de “carga”; caracterizar o conjunto de queimadores pobre, queimador piloto de pré-mistura e, por último, avaliar a transição entre modos de operação (ultra pobre e pré-misturado). Após a identificação do envelope de estabilidade operacional do combustor, variaram-se alguns parâmetros do processo na busca da minimização dos índices de emissões de NOx e CO. Em regime estável, nos melhores casos, obteve-se menos de 23 ppm de NOx, corrigido para 15% de O2 e menos de 67 ppm de CO, também corrigido para 15% de O2. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The actual economic development stage Brazilian is favorable to the employment, on a larger scale, of the distributed generation technology. This is due, in part, to the increase in electricity demand, greater availability of natural gas, differentiated rates for the pick load times, among others. An alternative for electricity generation, in continuous growth, are the microturbines which covers de power range from 25 to 1000 kW. The present work consisted on the development and characterization of a combustion chamber of microturbine gas generator of the type DLN (Dry Low NOx) based on LPP (Lean Premixed Prevaporized) technology. The main objectives were: to design and to characterize individual burners to operate in lean mode with the flame stabilized by means of a swirler device; to design the fire tube to operate in premixed combustion mode; to design the pilot burner for the transition between operating modes as well as to help stabilize the flame at several load regimes; to set an appropriate instrumentation for the apparatus as to facilitate burners and unit operational range characterization, to investigate the performance of the lean, pilot and premixed burners, and, lastly, to evaluate the stability of the system when changing the regime of operation (lean-lean to premixed). After identification of the stable operational range of the gas turbine combustor some process parameters were varied in searching for low emissions of NOx and CO. In stable regimes, for the best cases, it was obtained less than 23 ppm of NOx, corrected to 15% O2 and less than 67 ppm of CO, also corrected to 15% O2.