SwRI がガスタービン用のより安全でより効果的な水素インジェクターを設計

Jun 11, 2023

Southwest Research Institute (SwRI) は、発電に使用されるガス タービン用の革新的な水素燃焼システムを設計しています。 この設計は、燃焼器からの火炎がノズル内に伝わり、機器の損傷につながる可能性がある、水素燃料燃焼システムで一般的な懸念である逆火を防止します。

水素燃料には、燃焼プロセス中に炭素を排出しないという事実など、多くの利点があります。 ただし、特に難しい点の 1 つは、反応性が高いため、ガス タービンが通常動作する天然ガスや液体燃料よりも扱いが難しいことです。

サウスウェスト研究所は、発電に使用されるガスタービン用の水素燃料の利用を研究しています。 この設計には、空気 (画像の濃い青色) と燃料 (画像の黄色) を急速に混合するノズルが含まれています。 この設計により、燃焼器からの火炎がノズル内に移動する水素燃料発電における一般的な懸念であるフラッシュバックを防ぐことができ、これは危険で機器に損傷を与える可能性があります。

純粋な水素燃料を使用する従来の低排出ガス設計は、フラッシュバックとして知られる有害な現象の影響を非常に受けやすくなります。 これは、燃焼器内の火炎がノズル内にフラッシュバックするときに発生し、機器に損傷を与える可能性があります。

これを改善するために、SwRI はフラッシュバックを回避しながらノズル内で空気と水素を混合する新しい方法を模索しています。 この設計は、非常に低い窒素酸化物 (NOx) 排出量も目標としており、産業用ガスタービン用の 100% 水素燃料燃焼システムの開発を支援するプロジェクトの一環として作成されました。

水素がこれほど魅力的な代替燃料である理由の 1 つは、水素は二酸化炭素を排出しないが、NOx は生成するということです。 しかし、空気と水素がノズル内で効率的に混合されれば、NOx 排出量は大幅に減少します。

ノズルは、小さな垂直経路を通じて空気と水素燃料を混合することによって機能します。 この設計により、空気と水素は、逆火を防ぐ流量でノズルから燃焼器に押し出される前に急速に混合することができます。

適切な量​​の空気と水素がよく混合されると、NOx 排出量は非常に少なくなります。 また、空気と水素はノズルから非常に急速に押し出されるため、燃焼器内の火炎は後方に進むことができません。

ノズルの設計と解析は、SwRI の機械工学部門とパワートレイン工学部門のスタッフの豊富な経験を活用して行われました。 学際的なチームのメンバーは、数値流体力学と機械学習ツールを利用して、ノズル設計を生成、分析、最適化しました。

この問題を解決するために、私たちは研究所の計算および分析ツールを利用してこのテクノロジーを設計およびモデル化しました。 私たちが行っている実際のシミュレーションは非常に計算量が多く、これらのコンピューティングの問題を解決するには、高性能コンピューティング クラスターのセクション全体を何日も費やす必要があります。 これにより、当社のエンジニアはいくつかのユニークなアイデアを採用し、それをこの課題に適用することができました。

投稿日: 2023 年 5 月 5 日 in エンジン、水素、市場の背景 | パーマリンク | コメント (0)