کاهش تولید NOx محفظه احتراق توربین گاز با تزریق بخار به روش CLN

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

اکسید نیتروژن یکی از مهم‌ترین آلاینده‌های توربین گازی است. در کار حاضر محفظه احتراق توربین گاز با هدف کاهش NOx شبیه‌سازی شده است. در اکثر کارهای تحقیقاتی و صنعتی، برای کاهش تولید NOx تزریق بخار به صورت جداگانه یا به صورت پیش‌آمیخته با هوا به محفظه احتراق انجام می‌شود. اما در روش CLN بخار به صورت پیش‌آمیخته با سوخت به محفظه احتراق تزریق می‌شود. شبیه سازی CFD برای یک محفظه احتراق غیرپیش‌آمیخته به صورت متقارن محوری انجام شده است. در این شبیه‌سازی، در ابتدا تأثیر مدل‌های احتراق مختلف بر پیش‌بینی دما و میزان تولید NOx بررسی گردید. بر این اساس مدل EDC با توجه به این که قابلیت اعمال سینتیک‌های مختلف را دارد، برای پیش‌بینی NOx مدل مناسب‌تری است. همچنین تأثیر تزریق بخار به داخل محفظه به صورت پیش‌آمیخته با سوخت بررسی و نتایج آن با حالت بدون تزریق بخار به داخل محفظه و حالت تزریق بخار به صورت پیش‌آمیخته با هوا مقایسه شد. تزریق بخار به داخل محفظه احتراق، با افزایش دبی جرمی از طریق افزایش قطر نازل در سرعت ورودی ثابت انجام می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که تزریق بخار پیش‌آمیخته با سوخت، سبب 8/5 درصد و 7/4 درصد کاهش بیشتر به ترتیب در تولید NOx و CO نسبت به حالت تزریق بخار پیش‌آمیخته با هوا می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Reducing NOx emissions in gas turbine combustor by steam injection using CLN technique

نویسندگان [English]

  • shahide Sayadian 1
  • Kiumars Mazaheri 2
چکیده [English]

One of the most significant emissions of gas turbine is NOx. In present work a gas turbine combustor is simulated with the aim of reducing NOx. In most research and industrial cases, steam is injected into the combustor separate or premixed with air for reducing NOx emissions. In CLN technique, steam is injected into the combustor premixed with fuel. CFD simulation is done for an axisymmetric non premixed combustor and the ability of different combustion models on NOx and temperature prediction is investigated. Results show EDC model which can implement different mechanisms predicts NOx production more accurate than other models. Also the influence of injection of premixed steam-fuel into the combustor is investigated and is compared to the injection of premixed steam-air and no steam injection cases. Steam injection into the combustor is done by increasing mass flow rate via increasing the nozzle diameter in constant inlet velocity. Results show that the injection of premixed steam-fuel causes 5.8 percent and 4.7 percent further decrease in NOx and CO production in comparison with other case.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas Turbine Combbustor
  • numerical simulation
  • NOx Reduction
  • Steam Injection

مراجع

[1] B. S. Brewster, S. M. Cannon, J. R. Farmer, F. Meng,1999. “Modeling of lean premixed combustion in
stationary gas turbines”, Progress in Energy and Combustion Science, 25, pp. 353–385.
[2] J.B. Burnham, M.H. Giuliani, D.J. Moeller, 1987.“Development, Installation, and Operating Results
of Steam Injection System (STIG) in a General Electric LM500 Gas Generator”, ASME, Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, 109, pp 25-34.
[3] H. Shaw, 1974. “The Effect of Water, Pressure, and Equivalence Ratio on Nitric Oxide Production in Gas
Turbine”, ASME, Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, 96, pp. 240-246.
[4] G. Greeves, I. M. Khan, G. Onion, 1977. “Effects of water introduction on diesel engine combustion and
emissions”, International Symposium on Combustion,16, pp. 321–336
[5] C. L.Vandervort, 2001. “9 ppm Nox/CO Combustion System for “F” Class Industrial Gas Turbine”, ASME,
Journal of Engineering for Gas Turbine and Power,123, pp. 317-321.
[6] A. S.Feitelberg, V. E. Tangirala, R. A. Elliot, R. E.Pavri, R. B. Schiefer, 2001. “Reduced NOx Diffusion
Flame Combustors for Industrial Gas Turbine”,ASME, Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, 123, pp. 757-765.
[7] S. Aissani, A. Bouam, R. Kadi, “Evaluation of Gas Turbine Performances and NOX and CO Emissions
during the Steam Injection in the Upstream of Combustion Chamber”, 2007. Renewable and Sustainable Energy Reviews, pp. 327-335.
[8] http://www.chengpower.com,” Cheng Power System”.
[9] V. Biasi, 2012. “CLN uprates 501 to 6 MW with under 18 ppm NOx and zedo CO”, Gas Turbine World
Magazine, July-August.
[10] M. F. Modest. 2003. “Radiative Heat Transfer”, 2nd ed. Academic press, p. 860.
[11] B. E. Van doormaal, G. D. Raithby, 1984.“Enhancements of the SIMPLE method for predicting incompressible fluid flows”, Numerical Heat Transfer,7, p. 147.
[12] http://combustion.berkeley.edu/Combustion_Laboratory/grimech,”Gri2.11 Chemistry and thermodynamic files”.
[13] D. Garréton, O. Simonin, 1994. “Aerodynamics of steady state combustion chambers and furnaces”,ASCF Ercoftac CFD Workshop, EDF Org, Chatou,France.
[14] C. V. da Silva, H. A. Vielmo, F. H. R. Franca, 2005.“Numerical Simulation of the Combustion of Methane
and Air in a Cylindrical Chamber”, 18th International Congress of Mechanical Engineering, Ouro Preto.
[15] A.O. Nieckele, M.F., Naccache, M.S.P., Gomes, J.E.,Carneiro, R., Serfaty, 2001. “Evaluation of models
for combustion processes in a cylindrical furnace”,International Conference of Mechanical Engineering,ASME-IMECE, New York.
[16] D. Y. Cheng, 2002. “Method and Apparatus to Homogenize Fuel and Diluent for Reducting Emissions in Combustion Systems”, United States Patent Number 6,418,724 B1.
[17] F. P. Ricou, D. B. Spalding, 1960. “Measurements of Entrainment by Axisymmetrical Turbulent Jets”,
Mechanical Engineering Dopartment, Imperial College of Science and Technology, London.
[18] S. R.Turns, 2000. “An Introduction to Combustion-Concepts and Application”, Chap. 6, McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering, 2nd Edition.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 48، شماره 3
مهر 1395
صفحه 247-256

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار