Пермские учёные нашли режимы стабильного горения водорода в газотурбинной установке
Модель камеры сгорания, приближенной к реальной турбине, показала режимы, при которых водород горит стабильно и не повреждает оборудование. Данные могут позволить перевести турбины с природного газа на водород.
Ученые Пермского Политеха (ПНИПУ) смоделировали горение водорода в газотурбинной установке в условиях, максимально приближенных к реальным. Впервые в России получены точные значения, при которых водород стабильно горит и не повреждает оборудование. Это может позволить инженерам перевести существующие турбины на водород.
Водород привлекает энергетиков тем, что при сгорании образуется только водяной пар, без выбросов в атмосферу. По последним данным, энергетика отвечает за более чем 60 % выбросов углекислого газа. Водород также выделяет почти в три раза больше тепла, чем бензин, и в четыре раза больше, чем метан.
Проблема в том, что действующие газотурбинные установки рассчитаны на природный газ. Без адаптации они могут выйти из строя всего за несколько часов работы. Обычно выход видят в новых камерах сгорания, а это требует больших вложений и многолетних испытаний. Большинство прежних исследований горения проводили на упрощённых моделях без движения газа, поэтому их результаты плохо переносятся на реальное оборудование.
Пермские ученые построили 3D-модель камеры сгорания со всеми элементами и задали в ней температуру, давление, расходы топлива и воздуха такими же, как у работающей турбины. В модели одновременно учтены движение воздуха, смешивание с топливом и образование вредных веществ. Камеру разбили на множество мельчайших участков и просчитали процессы в каждом из них.
В модели меняли расход топлива и воздуха и замеряли скорость потока газов и движение пламени. Если пламя смещается, оно повреждает оборудование или может погаснуть. В оптимальных условиях пламя остаётся на месте, температура на выходе соответствует норме, риск перегрева отсутствует.
В результате мы нашли точные значения, при которых горение водорода остается стабильным. Мы проверили разные режимы подачи топлива и воздуха и увидели, что в оптимальных условиях положение пламени фиксированное, температура на выходе из камеры соответствует норме, а риск перегрева оборудования отсутствует.
Полученные значения специалисты могут использовать в расчётах: взять геометрию камеры, расходы топлива и воздуха и проверить, попадают ли они в безопасную зону. Если нет, параметры работы установки нужно менять.
Расчёты показали, что оксиды азота заметны в самой горячей зоне камеры, а на выходе их концентрация падает почти до нуля. По словам Романа Бульбовича, при правильной настройке водородная турбина практически не даёт вредных выбросов.
Комментарии
Пока никто не написал. Будьте первым.