SwRI разрабатывает более безопасные и эффективные водородные форсунки для газовых турбин

Jun 11, 2023

Юго-западный научно-исследовательский институт (SwRI) разрабатывает инновационные системы сжигания водорода для газовых турбин, используемых в электроэнергетике. Конструкция предотвращает обратную вспышку, что является распространенной проблемой в системах сгорания, работающих на водороде, когда пламя из камеры сгорания попадает в сопло, что может привести к повреждению оборудования.

Водородное топливо имеет множество преимуществ, включая тот факт, что оно не производит выбросов углекислого газа в процессе сгорания. Однако одна из вещей, которая особенно сложна, заключается в том, что он обладает высокой реакционной способностью, что затрудняет работу с ним, чем с природным газом или жидким топливом, на которых обычно работают газовые турбины.

Юго-Западный научно-исследовательский институт изучает возможность использования водородного топлива для газовых турбин, используемых в электроэнергетике. В конструкцию входит сопло, которое быстро смешивает воздух (темно-синий на изображении) и топливо (желтый на изображении). Конструкция может предотвратить обратный эффект, распространенную проблему при производстве электроэнергии на водородном топливе, когда пламя из камеры сгорания попадает в сопло, что может быть опасным и повредить оборудование.

Традиционные конструкции с низким уровнем выбросов, использующие чистое водородное топливо, очень восприимчивы к разрушительному явлению, известному как обратный эффект. Это происходит, когда пламя в камере сгорания возвращается в сопло, что может привести к повреждению оборудования.

Чтобы исправить это, SwRI изучает новые способы смешивания воздуха и водорода внутри сопла, избегая при этом обратного эффекта. Проекты, которые также направлены на очень низкие выбросы оксидов азота (NOx), были созданы в рамках проекта, поддерживающего разработку системы сгорания, работающей на 100% водороде, для промышленной газовой турбины.

Одна из причин, по которой водород является таким привлекательным альтернативным топливом, заключается в том, что он не создает выбросов углекислого газа, но создает NOx. Однако если воздух и водород эффективно смешиваются в сопле, выбросы NOx значительно ниже.

Форсунки работают путем смешивания воздуха с водородным топливом через небольшие перпендикулярные каналы. Такая конструкция позволяет воздуху и водороду быстро смешиваться перед тем, как они будут вытеснены из сопла в камеру сгорания со скоростями потока, предотвращающими обратный эффект.

Когда правильное количество воздуха и водорода смешиваются очень хорошо, количество выбросов NOx очень низкое. Кроме того, воздух и водород так быстро вытесняются из сопла, что пламя в камере сгорания не может двигаться назад.

Проектирование и анализ форсунок были выполнены с использованием обширного опыта сотрудников отделов машиностроения и силовых агрегатов SwRI. Члены междисциплинарной команды использовали вычислительную гидродинамику, а также инструменты машинного обучения для создания, анализа и оптимизации конструкций сопел.

Чтобы решить эту проблему, мы использовали вычислительные и аналитические инструменты института для разработки и моделирования этой технологии. Реальные симуляции, которые мы проводим, чрезвычайно интенсивны в вычислительном отношении, и для решения этих вычислительных задач требуются целые секции нашего высокопроизводительного вычислительного кластера в течение нескольких дней. Это позволило нашим инженерам взять несколько уникальных идей и применить их для решения этой задачи.

Опубликовано 5 мая 2023 г. в Двигатели, Водород, Обзор рынка | Постоянная ссылка | Комментарии (0)