SwRI progetta iniettori di idrogeno più sicuri ed efficaci per turbine a gas

Jun 11, 2023

Il Southwest Research Institute (SwRI) sta progettando sistemi innovativi di combustione dell'idrogeno per le turbine a gas utilizzate nella produzione di energia. I progetti prevengono il ritorno di fiamma, una preoccupazione comune nei sistemi di combustione alimentati a idrogeno in cui la fiamma del combustore si sposta nell'ugello, il che può provocare danni alle apparecchiature.

Il carburante a idrogeno presenta numerosi vantaggi, incluso il fatto che non produce emissioni di carbonio durante il processo di combustione. Tuttavia, una delle cose particolarmente impegnative è che è altamente reattivo, il che rende più difficile lavorarci rispetto al gas naturale o ai combustibili liquidi con cui normalmente funzionano le turbine a gas.

Il Southwest Research Institute sta esplorando l'utilizzo dell'idrogeno come combustibile per le turbine a gas utilizzate nella produzione di energia. I disegni includono un ugello che mescola rapidamente aria (blu scuro nell'immagine) e carburante (giallo nell'immagine). I progetti possono prevenire il ritorno di fiamma, una preoccupazione comune nella produzione di energia alimentata a idrogeno in cui la fiamma del combustore viaggia nell’ugello, che può essere pericolosa e dannosa per le apparecchiature.

Con il carburante a idrogeno puro, i tradizionali progetti a basse emissioni sono altamente suscettibili a un fenomeno dannoso noto come flashback. Ciò si verifica quando la fiamma nel combustore ritorna nell'ugello, il che può danneggiare l'apparecchiatura.

Per rimediare a questo, SwRI sta esplorando nuovi modi per mescolare aria e idrogeno all’interno dell’ugello evitando il ritorno di fiamma. I progetti, che mirano anche a emissioni molto basse di ossidi di azoto (NOx), sono stati generati come parte di un progetto a sostegno dello sviluppo di un sistema di combustione alimentato al 100% a idrogeno per una turbina a gas industriale.

Uno dei motivi per cui l’idrogeno è un combustibile alternativo così attraente è che non crea emissioni di anidride carbonica, ma crea NOx. Tuttavia, se l’aria e l’idrogeno vengono miscelati in modo efficiente nell’ugello, le emissioni di NOx saranno notevolmente inferiori.

Gli ugelli funzionano miscelando aria con idrogeno attraverso piccoli percorsi perpendicolari. Questo design consente all'aria e all'idrogeno di miscelarsi rapidamente prima di essere espulsi dall'ugello e nel combustore a velocità di flusso che impediscono il ritorno di fiamma.

Quando la giusta quantità di aria e idrogeno vengono miscelati molto bene, la quantità di emissioni di NOx è molto bassa. Inoltre, l'aria e l'idrogeno vengono espulsi così rapidamente dall'ugello che la fiamma nel combustore non è in grado di viaggiare all'indietro.

La progettazione e l'analisi degli ugelli sono state realizzate utilizzando la vasta esperienza del personale delle divisioni di ingegneria meccanica e ingegneria propulsiva di SwRI. I membri del team interdisciplinare si sono affidati alla fluidodinamica computazionale e a strumenti di apprendimento automatico per generare, analizzare e ottimizzare i progetti degli ugelli.

Per risolvere questo problema, abbiamo utilizzato gli strumenti computazionali e analitici dell'Istituto per progettare e modellare questa tecnologia. Le simulazioni reali che stiamo facendo sono estremamente impegnative dal punto di vista computazionale e richiedono intere sezioni del nostro cluster di calcolo ad alte prestazioni per giorni per risolvere questi problemi informatici. Ciò ha consentito ai nostri ingegneri di prendere alcune idee uniche e applicarle a questa sfida.

Pubblicato il 05 maggio 2023 in Motori, Idrogeno, Contesto di mercato | Collegamento permanente | Commenti (0)