Hidrojenle Zenginleştirilmiş Metan Yakıtının Alev Hızları ve Emisyon Değerlerinin Kimyasal Kinetik Analizi
Abstract
IGCC teknolojisinin yaygınlaşması ile beraber, sentez gazı gibi yakıtların gaz türbinlerinde ön karışımlı olarak yakılabilmesi için gerekli teknolojilerin geliştirilmesi önem kazanmıştır. Sentez gazı yakıtları kömür yahut biyokütlenin gazifiye edilmesi ile elde edilirler ve bileşimlerinde temel olarak değişken oranlarda H/CO/HO molekülleri mevcuttur. Mevcut güç üretim amaçlı gaz türbinlerinin yanma odaları doğal gaza göre tasarlanmıştır. Ne var ki sentez gazını, ki bu gazın önemli bileşeni hidrojendir, sorunsuz biçimde ön karışımlı olarak yakacak bir teknolojiye ihtiyaç vardır. Özellikle karışımdaki hidrojenin alev hızının çok yüksek oluşu alev tutmada sorunlara yol açmakta, geri tepme gibi olumsuzluklara neden olabilmektedir. Bu bağlamda hidrojen zengin metan yakıtının laminer alev hızları GRI 3.0 mekanizmasına dayanan kimyasal kinetik simülasyonlar ile incelenmiştir. Hidrojen zenginleştirmenin beklenildiği gibi alev hızlarını arttırdığı saptanmıştır. Alev hızlarının kolay hesaplanabilmesi için ampirik bir korelasyon geliştirilmiştir. Alev hızlarına ve emisyonlara hidrojen oranının ve basıncın etkisi incelenmiştir. Artan basıncın alev hızlarını düşürdüğü, buna karşılık ise emisyonları arttırdığı bulunmuştur. Emisyonlar ve alev hızları ise artan hidrojen oranı ile beraber artmaktadır. Tek ve sıfır boyutlu simülasyonlar üzerinde durulmuştur. Sıfır boyutlu simülasyonlarda üzerinde durulan husus termo-akustik instabilite neticesinde ortaya çıkan eşdeğerlilik katsayısı çalkantılarının fakir alev sönmesi ile emisyonlara olan etkisidir. Hidrojence zengin karışımların eşdeğerlilik oranı çalkantılarına daha dayanıklı oldukları görülmüştür. Bir diğer gözlem bu çalkantıların azot oksit emisyonlarını arttırıcı yönde etki ettiğidir. Hidrojen zenginleştirilmiş metan alevlerinde azot oksit oluşumunda temel rolü genişletilmiş Zeldovich mekanizmasının oynadığı saptanmıştır
Keywords
Flame Speed of Hydrogen Enriched Methane Fuel and Chemical Kinetic Analysis of Emissions
Abstract
With the proliferation of IGCC technology developement of nececassry technologies for the premixed combustion of syngas have gained importance. Syngas fuels are obtained via the gasification of coal or bio-mass and have varying proportions of H2/CO/H2O molecules. Present power generation systems have their combustors designed to burn natural gas. Nevertheless, there exists a need to burn hydrogen, main constituent of syngas, in a problem free fashion. Especially high flame speeds of hydrogen within the mixture lead to problems in flame holding and might yield flashback. Within this context, laminar flame speeds of hydrogen enriched methane mixtures were investigated utilizing detailed chemical kinetics simulations based on GRI 3.0 mechanism. As expected it has been found that hydrogen enrichment increases flame speeds. An empirical corelation was developed to aid in practical computation of flame speeds. Effect of hydrogen enrichment on flame speeds and emissions were investigated. It was found that, increasing pressure reduces flame speeds, while it increases emissions to the contrary. Emissions and flame speeds both increase with increasing hydrogen content. One and zero dimensional simulations were emphasized. In zero dimensional simulations focus was on the effect of equivalance ratio fluctuations due to thermoacoustic oscillations on lean blowout and emissions. Mixtures with rich hydrogen content were observed to be more immune to equivalance ratio fluctuations. Another observation is that these very fluctuations have an increasing effect on nitric oxide emissions. It has been found out that the extended Zeldovich mechanism plays the key role in the production of nitric oxide emissions in hydrogen enriched methane flames
Keywords
