SwRI diseña inyectores de hidrógeno más seguros y eficaces para turbinas de gas

Jun 11, 2023

El Southwest Research Institute (SwRI) está diseñando innovadores sistemas de combustión de hidrógeno para turbinas de gas utilizadas en la generación de energía. Los diseños evitan el retroceso, una preocupación común en los sistemas de combustión alimentados con hidrógeno en los que la llama de la cámara de combustión viaja hacia la boquilla, lo que puede provocar daños en el equipo.

El combustible de hidrógeno tiene numerosos beneficios, incluido el hecho de que no produce emisiones de carbono durante el proceso de combustión. Sin embargo, una de las cosas que resulta especialmente desafiante es que es altamente reactivo, lo que hace que sea más difícil trabajar con él que con el gas natural o los combustibles líquidos con los que normalmente funcionan las turbinas de gas.

El Southwest Research Institute está explorando la utilización de combustible de hidrógeno para turbinas de gas utilizadas en la generación de energía. Los diseños incluyen una boquilla que mezcla aire (azul oscuro en la imagen) y combustible (amarillo en la imagen) rápidamente. Los diseños pueden evitar el retroceso, una preocupación común en la generación de energía alimentada por hidrógeno, donde la llama de la cámara de combustión viaja hacia la boquilla, lo que puede ser peligroso y dañino para el equipo.

Con combustible de hidrógeno puro, los diseños tradicionales de bajas emisiones son muy susceptibles a un fenómeno dañino conocido como flashback. Esto ocurre cuando la llama de la cámara de combustión regresa a la boquilla, lo que puede dañar el equipo.

Para remediar esto, SwRI está explorando formas novedosas de mezclar aire e hidrógeno dentro de la boquilla evitando al mismo tiempo el retroceso. Los diseños, que también apuntan a emisiones muy bajas de óxido de nitrógeno (NOx), se generaron como parte de un proyecto que apoya el desarrollo de un sistema de combustión 100% alimentado por hidrógeno para una turbina de gas industrial.

Una de las razones por las que el hidrógeno es un combustible alternativo tan atractivo es que no genera emisiones de dióxido de carbono, pero sí genera NOx. Sin embargo, si el aire y el hidrógeno se mezclan de manera eficiente en la boquilla, las emisiones de NOx son significativamente menores.

Las boquillas funcionan mezclando aire con combustible de hidrógeno a través de pequeños conductos perpendiculares. Este diseño permite que el aire y el hidrógeno se mezclen rápidamente antes de salir de la boquilla y entrar en la cámara de combustión a velocidades de flujo que evitan el retroceso.

Cuando se mezclan muy bien la cantidad adecuada de aire e hidrógeno, la cantidad de emisiones de NOx es muy baja. Además, el aire y el hidrógeno salen tan rápidamente de la boquilla que la llama de la cámara de combustión no puede retroceder.

El diseño y análisis de las boquillas se logró utilizando la amplia experiencia del personal de las Divisiones de Ingeniería Mecánica e Ingeniería de Tren Motriz de SwRI. Los miembros del equipo interdisciplinario se basaron en la dinámica de fluidos computacional y en herramientas de aprendizaje automático para generar, analizar y optimizar los diseños de las boquillas.

Para resolver este problema, utilizamos las herramientas computacionales y analíticas del Instituto para diseñar y modelar esta tecnología. Las simulaciones reales que hemos estado haciendo son extremadamente intensivas desde el punto de vista computacional y requieren secciones enteras de nuestro clúster informático de alto rendimiento durante días para resolver estos problemas informáticos. Ha permitido a nuestros ingenieros tomar algunas ideas únicas y aplicarlas a este desafío.

Publicado el 05 de mayo de 2023 en Motores, Hidrógeno, Antecedentes del mercado | Enlace permanente | Comentarios (0)