Характеристики камери згоряння ГТД при використанні воднево-аміачного палива

Abstract

Статтю присвячено дослідженню характеристик газотурбінної камери згоряння, що працює на суміші водню з аміаком. Метою роботи є визначенні енергетичних і екологічних характеристик камери згоряння газотурбінного двигуна, що працює на суміші водню і аміаку. Об’єкт дослідження – робочий процес в трубчасто-кільцевій камері згоряння ГТД, що працює на суміші водню і аміаку. Методика досліджень передбачала тривимірні розрахунки робочого процесу в камері згоряння газотурбінного двигуна з використанням обчислювальної гідро-газодинаміки. Використана система диференційних рівнянь, що описують закони ня маси, імпульсу і перенесення хімічних компонентів в багатокомпонентній турбулентній системі. Наукова новизна полягає в запропонованому підході до моделювання процесів вигоряння суміші водню і аміаку в умовах попереднього перемішування газоподібного палива з окисником у каналах радіально-осьових завихрювачів жарових труб. Детальну кінетичну схему горіння суміші в рамках підходу Eddy Dissipation Concept (EDC) використано в тривимірних розрахунках трубчасто-кільцевої камери згоряння газотурбінного двигуна потужністю 25 МВт. Кінетична схема горіння воднево-аміачної суміші містить 150 елементарних реакцій і 23 хімічні компоненти, що забезпечує адекватне прогнозування токсичних компонентів всередині камери згоряння. В результаті проведених тривимірних розрахунків виявлено, що для досліджуваної камери згоряння діапазон стійкої роботи без формування зони проскоку полум'я в каналах радіально-осьових завихрювачів визначається вмістом аміаку в суміші більшим за 50% (за об'ємом). Проаналізовано основні особливості організації робочого процесу в камері згоряння ГТД при різних складах воднево-аміачної суміші. Застосування такої суміші потребує оптимізації процесу горіння та використання методів селективного каталітичного очищення вихлопних газів. Практична значимість. Отримані результати можуть бути корисними при проєктуванні та модернізації перспективних камер згоряння газотурбінних двигунів в складі декарбонізованих енергетичних систем, що працюють на альтернативних паливах.