Оценка концентрации оксидов азота на выходе из камеры сгорания модельной газовой турбины

Юрий Александрович Каграманов, Владимир Геннадиевич Тупоногов, Александр Филиппович Рыжков, Ульяна Владимировна Жижина, Виктория Владимировна Назарова

Аннотация


В настоящей работе был применен новый метод оценки концентраций оксидов азота при горении синтез-газа в камере сгорания газовой турбины. Метод позволил связать полный детальный механизм массива параллельных реакций Grimech 3.0 с уравнениями компьютерной гидродинамики (уравнения движения, тепломассообмена, турбулентности и молекулярной диффузии для потока идеального газа). Представлены диаграммы селективности процесса образования оксидов азота по константам скоростей реакций, включающего одиннадцать ключевых реакций, для бедной и богатой топливом смесей. Проведены верификационные расчеты на модельной камере сгорания газовой турбины в интервале значений коэффициента избытка топлива 0,5–2. Новая методика была применена при определении выбросов оксида азота и максимальной температуры стенки пламенной трубы промышленной камеры сгорания. Наилучшие результаты по выбросам оксидов азота показал состав газа GE. Самыми проблемными газами являются синтез газа Polk Power и Texaco (кислородный процесс). При сжигании низкокалорийных газов в зоне подсоса первичного воздуха наблюдается зона рециркуляции, за счет высокого тепло­напряжения в этой области максимальная температура стенки составляет около 500 °С.


Ключевые слова


газовая турбина; оксиды азота; ANSYS Fluent; CHEMKIN

Полный текст:

PDF

Литература


Giuffrida A., Romano M.C. Lozza G. Thermodynamic Analysis of Air-Blown Gasification for IGCC Ap-plications. Applied Energy, 2011, vol. 88, pp. 3949–3958. DOI: 10.1016/j.apenergy.2011.04.009

Ryzhkov A. Technological solutions for an advanced IGCC plant. Fuel, 2018, vol. 214, pp. 63–72. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.10.099

Stopper U. PIV, 2D-LIF and 1D-Raman measurements of flow field, composition and temperature in pre-mixed gas turbine flames. Experimental Thermal and Fluid Science, 2010, vol. 34, pp. 396–403. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2009.10.012

Xia Y. Simulating Flame Response to Acoustic Excitation for an Industrial Gas Turbine Combustor. 24th International Congress on Sound and Vibration, 23–27 July, 2017, London.

Fedina E. Assessment of Finite Rate Chemistry Large Eddy Simulation Combustion Models. Flow Turbul. Combust, 2017, vol. 99. DOI: 10.1007/s10494-017-9823-0

Bulat G. NO and CO formation in an industrial gas-turbine combustion chamber using LES with

the Eulerian sub-grid PDF method. Combustion and Flame, 2014. DOI: 10.1016/j.combustflame.2013.12.028

Eun-Seong Cho. Numerical Evaluation of NOx Mechanisms in Methane-Air Counter Flow Premixed Flames. Journal of Mechanical Science and Technology, 2009, vol. 23, pp. 659–666. DOI: 10.1007/s12206-008-1222-y

Bose D., Candlert G.V. Kinetics of the N2 + O  NO + N Reaction Under Thermodynamic Nonequi¬librium. Journal of thermophysics and heat transfer, 1996, vol. 10, no. 1, p. 148. DOI: 10.2514/3.765

Waldman C.H., Wilson R.P., Jr., and K.L Maloney. Kinetic Mechanism of methane/air combustion with pollutant formation. EPA-650/2-74-045, June 1994, pp. 23–24.

Grimech 3.0. Available at: http://combustion.berkeley.edu/gri-mech/version30/text30.html (accessed 01.06.2020).

Park J., Hershberger J.F. Kinetics and product branching ratios of the CN + NO2 reaction. The Journal of Chemical Physics, 1993, vol. 99, 3488. DOI: 10.1063/1.466171

Webinar Recording: ANSYS Chemkin Pro and Energico. Reaction Design Product Overview. Available at: https://www.youtube.com/watch?v=ee_uY5cHG2U&t=1293s (accessed 01.06.2020).

Hasegawa T. Gas Turbine Combustion Technology Reducing Both Fuel-NOx and Thermal-NOx Emis-sions for Oxygen-Blown IGCC WithHot/Dry Synthetic Gas Cleanup. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2007, vol. 129, pp. 358–369. DOI: 10.1115/1.2432896

Filippov P. Validation of the thermal NOx emissions model from a gas fuel combustor under atmospheric pressure. Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 899, pp. 1–5. DOI: 10.1088/1742-6596/899/9/092005

Howe G. et al. RTI Warm Syngas Cleanup Operational Testing at Tampa Electric Company’s Polk 1 IGCC Site: Final Scientific: Technical. Pittsburgh, PA, 2018. 197 р.

Woods M.C. Reaction kinetics and simulation models for novel high-temperature desulfurization sorbents. Research Triangle Inst., Research Triangle Park, NC; Louisiana State Univ., Baton Rouge, USA, 1989, no. DOE/MC/24160-2671.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power200302

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.