بررسي اثرات افزودن بخار بر طراحي مفهومي و ميزان انتشار آلاينده هاي محفظه احتراق توربين گاز

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

امروزه موتورهاي توربيني كاربرد بسياري در صنعت حمل ونقل و توليد انرژي دارند. با توجه به استفاده از سوخت هاي فسيلي در اين نوع موتورها كه منجر به توليد اكسيدهاي نيتروژن و كربن مونوكسيد مي شود، نگراني هاي زيست محيطي در اين حوزه افزايش يافته است. روش هاي مختلفي جهت كاهش انتشار آلاينده ها پيشنهاد شده است. يكي از اين روش ها افزودن بخارآب يا آب به محفظه احتراق جهت كاهش دماي شعله است. افزودن بخار به روش هاي گوناگوني انجام مي گيرد. در اين پژوهش فرض شده است كه بخار در ديفيوزر به جريان اضافه مي شود و به صورت پيش آميخته با هوا وارد محفظه احتراق مي شود. افزودن بخار فرآيند احتراق در داخل محفظه احتراق را تحت تاثير قرار مي دهد. لذا، بايستي بخار افزوده شده در فرآيند طراحي محفظه احتراق در نظر گرفته شود. از همين رو مدلي براي طراحي مفهومي هندسه محفظه و مطالعه تاثير افزودن بخار روي آن ارائه خواهد شد. به همين منظور از داده هاي يك محفظه احتراق موتور واقعي براي مقايسه نتايج حاصل از طراحي هندسه به كمك مدل و بررسي تاثير افزون بخار روي هندسه محفظه استفاده خواهد شد. براي بررسي عملكرد محفظه احتراق از روش شبكه راكتورهاي شيميايي جهت مدل سازي احتراق استفاده خواهد شد. ابتدا به كمك اين روش مدل سازي احتراق بدون افزون بخار براي يك محفظه احتراق متداول حلقوي صورت مي گيرد و نتايج حاصل از اين روش با داده هاي اين محفظه حلقوي مقايسه، سپس تاثير افزودن بخار بر عملكرد مورد بررسي قرار مي گيرد. در اين پژوهش نشان داده شد كه افزودن بخار راه موثري براي كاهش دما شعله و انتشار آلاينده است.

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.