بررسی اثرات افزودن بخار بر طراحی مفهومی و میزان انتشار آلاینده های محفظه احتراق توربین گاز

امروزه موتورهای توربینی کاربرد بسیاری در صنعت حمل‌ونقل و تولید انرژی دارند. با توجه به استفاده از سوخت‌های فسیلی در این نوع موتورها که منجر به تولید اکسیدهای نیتروژن و کربن مونوکسید می‌شود، نگرانی‌های زیست محیطی در این حوزه افزایش یافته است. روش‌های مختلفی جهت کاهش انتشار آلاینده‌ها پیشنهاد شده است. یکی از این روش‌ها افزودن بخارآب یا آب به محفظه احتراق جهت کاهش دمای شعله است. افزودن بخار به روش‌های گوناگونی انجام می‌گیرد. در این پژوهش فرض شده است که بخار در دیفیوزر به جریان اضافه می‌شود و به‌صورت پیش آمیخته با هوا وارد محفظه احتراق می‌شود. افزودن بخار فرآیند احتراق در داخل محفظه احتراق را تحت تاثیر قرار می‌دهد. لذا، بایستی بخار افزوده شده در فرآیند طراحی محفظه احتراق در نظر گرفته شود. از همین رو مدلی برای طراحی مفهومی هندسه محفظه و مطالعه تاثیر افزودن بخار روی آن ارائه خواهد شد. به همین منظور از داده‌های یک محفظه احتراق موتور واقعی برای مقایسه نتایج حاصل از طراحی هندسه به کمک مدل و بررسی تاثیر افزون بخار روی هندسه محفظه استفاده خواهد شد. برای بررسی عملکرد محفظه احتراق از روش شبکه راکتورهای شیمیایی جهت مدل‌سازی احتراق استفاده خواهد شد. ابتدا به کمک این روش مدل‌سازی احتراق بدون افزون بخار برای یک محفظه احتراق متداول حلقوی صورت می‌گیرد و نتایج حاصل از این روش با داده‌های این محفظه حلقوی مقایسه، سپس تاثیر افزودن بخار بر عملکرد مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این پژوهش نشان داده شد که افزودن بخار راه موثری برای کاهش دما شعله و انتشار آلاینده است. به عنوان مثالی از نتایج پژوهش، در شرایط پروازی برخاست با افزودن 15 درصد جرمی بخار به محفظه احتراق میزان انتشار اکسیدهای نیتروژن بیش از 90 درصد نسبت به زمانی که موتور در شرایط خشک کار می کند، کاهش می یابد.

Investigation of the effects of steam addition on the conceptual design and pollutants emission of the gas turbine combustor

Now a days gas turbines are widely used in the transportation and energy industry. According to Combustion of fossil fuels in these engine, environmental concerns have increased due to production of nitrogen oxides and carbon monoxide. Various methods have been offered to reduce the emission of pollutants. One of these methods is adding steam or water to the combustion chamber to reduce the flame temperature. Different methods can be applied to add steam to the combustion chamber, in this study, the steam is added to the diffuser and premixed with air into the combustion chamber. Steam addition influences the combustion process inside the combustion chamber, which should be considered during the combustion chamber design process. Therefore, a model for the conceptual design of the chamber geometry and the effect of adding steam on it will be presented. For this purpose, the data from an actual combustion chamber will be used to compare results of geometry design by using this model and to study the influence of steam on the chamber geometry. To investigate the combustion chamber performance, the chemical reactor network method for combustion modeling will be used. First, with this procedure an annular conventional combustion chamber will be modeled without steam addition and the results of this method will be compared with the actual data of this combustor. Then the effect of adding steam on the performance will be investigated. The study will show adding steam is an effective way to reduce the flame temperature and emission of pollutants.