SwRI conçoit des injecteurs d'hydrogène plus sûrs et plus efficaces pour les turbines à gaz

Jun 11, 2023

Le Southwest Research Institute (SwRI) conçoit des systèmes innovants de combustion d’hydrogène pour les turbines à gaz utilisées dans la production d’électricité. Ces conceptions évitent le retour de flamme, un problème courant dans les systèmes de combustion à hydrogène dans lequel la flamme de la chambre de combustion se propage dans la buse, ce qui peut endommager l'équipement.

Le carburant hydrogène présente de nombreux avantages, notamment le fait qu’il ne produit aucune émission de carbone pendant le processus de combustion. Cependant, l'un des problèmes particulièrement difficiles est qu'il est très réactif, ce qui le rend plus difficile à utiliser que le gaz naturel ou les combustibles liquides avec lesquels fonctionnent généralement les turbines à gaz.

Le Southwest Research Institute étudie l’utilisation de l’hydrogène pour les turbines à gaz utilisées dans la production d’électricité. Les modèles comprennent une buse qui mélange rapidement l’air (bleu foncé sur l’image) et le carburant (jaune sur l’image). Ces conceptions peuvent empêcher le retour de flamme, un problème courant dans la production d'électricité à base d'hydrogène, dans lequel la flamme de la chambre de combustion se propage dans la buse, ce qui peut être dangereux et endommager l'équipement.

Avec de l’hydrogène pur, les conceptions traditionnelles à faibles émissions sont très sensibles à un phénomène dommageable appelé retour de flamme. Cela se produit lorsque la flamme de la chambre de combustion revient dans la buse, ce qui peut endommager l'équipement.

Pour remédier à ce problème, SwRI explore de nouvelles façons de mélanger l’air et l’hydrogène dans la buse tout en évitant le retour de flamme. Les conceptions, qui visent également de très faibles émissions d’oxydes d’azote (NOx), ont été générées dans le cadre d’un projet soutenant le développement d’un système de combustion alimenté à 100 % en hydrogène pour une turbine à gaz industrielle.

L’une des raisons pour lesquelles l’hydrogène est un carburant alternatif si attrayant est qu’il ne crée pas d’émissions de dioxyde de carbone, mais qu’il crée du NOx. Cependant, si l’air et l’hydrogène sont mélangés efficacement dans la buse, les émissions de NOx sont nettement inférieures.

Les buses fonctionnent en mélangeant l’air avec de l’hydrogène via de petites voies perpendiculaires. Cette conception permet à l'air et à l'hydrogène de se mélanger rapidement avant d'être expulsés de la buse et dans la chambre de combustion à des débits qui empêchent le retour de flamme.

Lorsque la bonne quantité d’air et d’hydrogène est très bien mélangée, la quantité d’émissions de NOx est très faible. De plus, l’air et l’hydrogène sont expulsés si rapidement de la buse que la flamme dans la chambre de combustion est incapable de reculer.

La conception et l'analyse des buses ont été réalisées en utilisant la vaste expérience du personnel des divisions de génie mécanique et d'ingénierie du groupe motopropulseur de SwRI. Les membres de l’équipe interdisciplinaire se sont appuyés sur la dynamique des fluides computationnelle ainsi que sur des outils d’apprentissage automatique pour générer, analyser et optimiser les conceptions de buses.

Pour résoudre ce problème, nous avons utilisé les outils informatiques et analytiques de l'Institut pour concevoir et modéliser cette technologie. Les simulations que nous avons réalisées nécessitent des calculs extrêmement intensifs, nécessitant des sections entières de notre cluster de calcul haute performance pendant des jours pour résoudre ces problèmes informatiques. Cela a permis à nos ingénieurs de prendre des idées uniques et de les appliquer à ce défi.

Publié le 05 mai 2023 dans Moteurs, Hydrogène, Contexte du marché | Lien permanent | Commentaires (0)