Сжигание богатых водородом топлив в энергетических ГТУ

Кристина Сергеевна Пугач; Людмила Александровна Булысова; Василий Дмитриевич Васильев

doi:10.34831/10.34831/EP.2023.1108.11.001

Сжигание богатых водородом топлив в энергетических ГТУ

Кристина Сергеевна Пугач, Людмила Александровна Булысова, Василий Дмитриевич Васильев

Аннотация

Рассмотрены подходы к сжиганию топлив с высоким содержанием водорода в малоэмиссионных камерах сгорания (МЭКС) газотурбинных установок (ГТУ) двух ведущих производителей энергетического оборудования: Mitsubishi и General Electric. Проанализированы конструкции горелочных устройств, позволяющих решить главные проблемы, возникающие в традиционных МЭКС: проскок пламени в зону предварительного перемешивания, неустойчивость процесса горения, высокие потери давления на горелках. Эти конструкции объединяют отсутствие лопаточного завихрителя и организация отдельных малых зон смешения и пламен в камере сгорания. Рассмотрены этапы исследований таких горелочных устройств и дана их сравнительная оценка. Представлены результаты полномасштабных испытаний, полученных при сжигании топлива с большим содержанием водорода.

Ключевые слова

: ГТУ, камера сгорания, малоэмиссионное сжигание, водород, микросмешение.

Полный текст:

PDF

Литература

Ozawa, A. Hydrogen in low-carbon energy systems in Japan by 2050: The uncertainties of technology development and implementation [Text] / A. Ozawa [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2018. – Vol. 43, No. 39. – P. 18083 -- 18094.

Sgobbi, A. How far away is hydrogen? Its role in the medium and long-term decarbonisation of the European energy system [Text] / Sgobbi A. [et al.] // International journal of hydrogen energy. – 2016. – Vol. 41, No. 1. – P. 19 -- 35.

Douglas, C.M. Pollutant Emissions Reporting and Performance Considerations for Hydrogen–Hydrocarbon Fuels in Gas Turbines [Text] / C.M. Douglas [et al.] // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2022. – Vol. 144, No. 9. – P. 091003.

Kakaras, E. Current picture of co-firing and future prospects for hydrogen-rich fuels [Text] / E. Kakaras // Berlin Energy Transition Dialoque. – 2021.

Robb, D. Turbomachinery controls go high tech [Text] / D. Robb // Turbomachinery Magazine. – 2022.

Nose, M. Development of Hydrogen/Ammonia Firing Gas Turbine for Decarbonized Society [Text] / M. Nose [et al.] // Mitsubishi Heavy Ind. Tech. Rev. – 2021. – Vol. 58, No. 1.

Dodo, S. Combustion characteristics of a multiple-injection combustor for dry low NOx combustion of hydrogen-rich fuels under medium pressure [Text] / S. Dodo [et al.] // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. – 2011. – Vol. 54624. – P. 467 -- 476.

Asai, T. Development of a state-of-the-art Dry Low NOx gas turbine combustor for IGCC with CCS [Text] / T. Asai, Y. Akiyama, S. Dodo // Recent Advances in Carbon Capture and Storage. – 2017. – P. 3 -- 30.

Asai, T. Applicability of a multiple-injection burner to dry low-NOx combustion of hydrogen-rich fuels [Text] / T. Asai [et al.] // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. – 2010. – Vol. 43970. – P. 183 -- 192.

Asai, T. Development of Gas Turbine Combustors for Fuel Flexibility [Text] / T. Asai [et al.] // The Future of Gas Turbine Technology; European Turbine Network. -- Brussels, Belgium. – 2016. – С. 9.

York, W.D. Development and testing of a low NOx hydrogen combustion system for heavy-duty gas turbines [Text] / W.D. York, W.S. Ziminsky, E. Yilmaz // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2013. – Vol. 135, No. 2.

York, W. Advanced IGCC/hydrogen gas turbine development [Text] / W. York [et al.] // General Electric Co. -- Schenectady, NY (United States). -- 2015.

Pat. 9534781 USA System and method having multi-tube fuel nozzle with differential flow [Text] / M.J. Hughes [et al.]. – 2017.

Goldmeer, J. Hydrogen for power generation. Experience, requirements, and implications for use in gas turbines [Text] / J. Goldmeer, J. Catillaz // GE Gas Power. – 2021.

Goldmeer, J. Fuel flexible gas turbines as enablers for a low or reduced carbon energy ecosystem [Text] / J. Goldmeer // Electrify Europe. -- Vienna, Austria. – 2018.

Vandervort, C. Advancements in H class gas turbines and combined cycle power plants [Text] / C. Vandervort // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. – American Society of Mechanical Engineers, 2018. – Vol. 51043. – P. V003T08A007.

Jaeger, H. Debut of first GE 7HA.03 gas turbines [Electronic resource] / H. Jaeger // Gas Turbine World. – 2022. – (https://gasturbineworld.com/ge-7ha-03-gas-turbine/).

Hughes, M. Advanced Multi-Tube Mixer Combustion for 65% Efficiency [Text] / M. Hughes, J. Berry, J. Weber // General Electric Co. -- Boston, MA (United States), 2021. – (DOE-GEGP-23965-1).

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/10.34831/EP.2023.1108.11.001