Kok Fırını Gazının Model Bir Gaz Türbini Yanma Odasındaki Yanma Performansının Sayısal Olarak İncelenmesi

Yıl 2012, Cilt: 15 Sayı: 4 - Cilt: 15 Sayı: 4, 171 - 176, 01.12.2012

Mustafa İlbaş Serhat Karyeyen

Öz

Bu çalışmada, kömürlerin koklaştırılması sonucunda açığa çıkan kok fırını gazının alternatif bir yakıt olarak model bir gaz türbini yanma odasındaki yanma performansı sayısal olarak incelenmiştir. Analizler, yanma analizleri için günümüzde yaygın olarak kullanılan Ansys Fluent paket programı ile gerçekleştirilmiştir. Türbülanslı difüzyon alevi önkarışımsız olarak modellenmiştir. Çalışmada kullanılan yanma modeli Mixture Fraction/PDF yanma modeli olup seçilen türbülans modeli k-ε türbülans modelidir. Yanma odası sıcaklığı yüksek seviyelerde olduğundan P-1 radyasyon modeli de yanma odası için kullanılmıştır. Modelleme, 60 kW güçteki bir model yanma odası için λ=1.1, λ=1.3 ve λ=1.5 hava fazlalık katsayılarında metan ve kok fırını gazı için yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuçlar değerlendirildiğinde en yüksek yanma odası sıcaklığı metan yanmasında ve 60 kW ve λ=1.1 yanma şartlarında yaklaşık 2230 K olarak belirlenmiştir. Hava miktarı seyreltme ve ikincil hava ile birlikte artırıldıkça yanma odasının ve çıkış bölgesinin sıcaklık değerlerinde düşüş gözlemlenmiştir. Benzer şartlarda kok fırını gazı yanması için maksimum sıcaklık dağılımı 60 kW ve λ=1.1 yanma şartlarında 2150 K olarak gözlemlenmiştir. Kok fırını gazı yanması ile elde edilen sıcaklık dağılımları metana göre daha düşük olmakla birlikte çok ciddi sıcaklık farklılıklarının olmadığı gözlemlenmiş ve kok fırını gazının, gaz türbini yanma odaları için alternatif bir yakıt olabileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

CFD Modelleme, Gaz Türbini, Kok fırını gazı, Yanma

Numerical Investigation of Combustion Performance of Coke Oven Gas in a Model Gas Turbine Combustor

Öz

In this study, the combustion performance of coke oven gas was investigated as an alternative fuel in a model gas turbinecombustor. Coke oven gas realesed by carbonization may be an alternative fuel for gas turbine combustor. The non-premixedturbulent combustion in this combustor was modelled by using Ansys Fluent code. Numerical models used in this study involvedthe k-ε model of turbulent flow, the Mixture Fraction/PDF model of non-premixed combustion and P-1 radiation model. Themodelling was performed for 60 kW heat input and λ=1.1, λ=1.3 and λ=1.5 excess air ratios. According to the results, themaximum temperature for 60 kW and λ=1.1 methane combustion condition was 2230 K and this temperature value was themaximum temperature for all combustion conditions. Temperature decreases in the combustor and combustor’s exit zone wereobserved with increasing secondary air and with adding dilution air. In similar conditions, the maximum temperature distributionwas observed of 2150 K for 60 kW and λ=1.1 combustion condition for coke oven gas combustion. The temperature levelsobtained for coke oven gas were slightly lower than temperature levels for methane combustion. Although slight differencebetween the temperature levels, temperature distributions for both fuels are very similar and coke oven gas may be an alternativeto methane for gas turbine combustors

Anahtar Kelimeler

CFD Modelling, Gas Turbine, Coke Oven Gas, Combustion