Gaz türbini yanma odasında hidrojen ve hidrokarbon yanmasının modellenmesi ve $NO_x$ oluşumunun incelenmesi
Bu çalışmada, ani genişlemeli ve konik girişli geometriye sahip iki farklı gaz türbin yanma odasında stokiometrik hava-yakıt karışım oranları için hidrojen, metan ve propan yanmasının sayısal akışkan dinamiği modellemesi yapılmıştır. Yanma odasının tam silindirik ve simetrik olması nedeniyle, sayısal akışkan dinamiği modellemesi iki boyutlu ve eksenel simetrik olarak yapılmıştır. Modelleme sonucunda sıcaklık dağılımları ve Nox dahil gaz konsantrasyonları detaylı olarak elde edilmiştir. En yüksek sıcaklık ve NOx miktarının hidrojen yanması sonucunda oluştuğu görülmüştür. Bu sonuçlara göre sıcaklığın az olduğu bölgelerde NOx emisyon değerinin, sıcaklığın yüksek olduğu bölgelerdeki NOx emisyon değerinden daha düşük olduğu, dolayısıyla da sıcaklıkla Nox emisyonu arasında doğru orantılı bir ilişki olduğu tespit edilmiştir. Gaz türbin yanma odasının stokiometrik hava-yakıt karışım oranlarında nümerik tahmininde maksimum sıcaklık seviyesinin hidrojen yanması durumunda alev bölgesinde 2053 K değerlerinde meydana geldiği belirlenmiştir. Bu durumun için NOx emisyon seviyelerinin diğer durumlardan daha yüksek olduğu ve yine alev bölgesinde 862 ppm değerlerinde olduğu belirlenmiştir.
In this study, the combustion of hydrogen, methane and propane have been made by computational fluid dynamics modeling using two different gas turbine combustion chamber which having sudden expansion and conical entry geometries for stoichiometric air-fuel mixture ratio. As the combustion chamber is cylindirical and symetrical, computational fluid dynamics modeling was made two dimensional and axi-symetrical. As a result of modelling, temperature distributions, and gas concentrations including NOx emissions have been performed. It was shown that maximum temperature and maximum NOx has been occured at the hydrogen combustion. It was also shown that value of NOxemissions in low temperature zones are less than the value of NOx emissions in high temperature zones. It was obtained that the levels of maximum temperature and maximum NOx emission at the hydrogen combustion were 2053 K and 862 ppm, respectively.
___
1. Tomczak, H-J, Benelli, G., Carrai, L., Cecchini, D.,Investigation of a Gas Turbine Combustion System Fired With Mixtures of Natural Gas and Hydrogen, IFRF Combustion Journal, Article Number 200207, 2002.2. Shodu, T., Mizuide, T., NOx Emission Characteristics in Rich-Lean Combustion of Hydrogen, JSAE Review, V.23, pp. 9-14, 2002.
3. Schefer, R., Oefelein, J.,Reduced Turbine Emissions Using Hydrogen-Enriched Fuels, FY 2003 Progress Report, Sandia National Laboratories, Livermore, USA.
4. Zhou, X., Sun, Z., Brenner, G., Durst, F.,Combustion Modeling of Turbulent Jet Diffusion H2/air Flame With Detailed Chemistry, International Journal of Heat and Mass Transfer, V.43, pp. 2075-2088, 2000.
5. Fairweather, M., Woolley, R.M.,First-order ConditionalMoment Closure Modeling of Turbulent, NonpremixedHydrogen Flames, Combustion and Flame, V.133,pp.393-405, 2003.
6. Chen, R.H.,A Parametric Study of NO2 Emission from Turbulent H2 and CH4 Jet Diffusion Flames, Combustionand Flame, V.112, pp. 188-198, 1998.
7. Karmasi, M., Wierzba, I.,The effect of Hydrogen Additionon the Stability Limits of Methane Jet Diffusion Flames,International Journal of Hydrogen Energy, V.23, pp. 123-129, 1998.
8. Rortveit , G.J., Hustad, J.E., Li, S.C., Williams, F.A.,Effects of Diluents on Nox Formation in Hydrogen Counterflow Flames, Combustion and Flame, V.130, pp. 48-61, 2002.
9. Schefer, R.W.,Hydrogen Enrichment for Improved Lean Flame Stability, International Journal of Hydrogen Energy,V.28, pp. 1131-1141, 2003.
10. İlbas, M., Yılmaz, İ., Model Bir Yakıcıda Yanma ve Emisyon Davranışının Deneysel İncelenmesi, Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi, Kesin Rapor, Proje No: EUBAP-03-50, Aralık-2005.
11. İlbas, M., Yılmaz, İ., Veziroğlu, T.N., Kaplan, Y., Hydrogenas Burner Fuel: Modelling of Hydrogen-hydrocarbon Composite Fuel Combustion and NOx Formation in Small Burner, International Journal of Energy Research, V.29,pp. 973-990, 2005.
12.FLUENT 6. Fluent Incorporated. Vol. 2. 2002.
13. Hırkalıoğlu, F., Gaz Türbini Yanma Odasında Hidrojen veHidrokarbon Yanmasının Modellenmesi ve NOx Oluşumunun İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi, Ekim-2005.
- ISSN: 1300-3402
- Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
- Başlangıç: 1957
- Yayıncı: TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI