美国能源部投资640万美元开发氢燃料涡轮机

美国能源部投资640万美元开发氢燃料涡轮机

美国能源部(DOE)的化石能源办公室(FE)根据拨款机会公告(FOA)FE-FOA 0002397,大学涡轮系统研究(UTSR)宣布了640万美元的联邦资金,用于分担研究和开发氢燃料涡轮机项目。

UTSR计划进行研究,以提高燃气轮机的效率和性能,同时降低排放。氢气是一种清洁燃烧的燃料,人们对使用氢气进行涡轮机发电重新产生了兴趣。

化石燃料产生的氢气,再加上碳的捕集,利用和储存,可以产生低成本的氢气,并产生净负碳排放。可以将废塑料添加到燃料混合物中,以产生大量氢气,并减轻塑料对环境的影响。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

该FOA专注于基础研究和应用研究,以使氢气能够用作燃气轮机燃料。选定的项目将支持以大学为基地的研发,以解决以纯氢,氢和天然气混合物以及其他无碳含氢燃料为燃料的燃气轮机的基本科学挑战和应用工程问题。这些项目将研究组合循环和简单循环应用中的燃烧问题。

国家能源技术实验室(NETL)将管理这些项目。FOA将寻求在三个感兴趣的领域(AOI)资助实验室/实验室规模的研发:

AOI 1:燃气轮机的氢燃烧基础知识。在此AOI中进行的研究将研究含氢燃料在各种燃料成分和燃烧条件下的基本燃烧现象。

AOI 1感兴趣的R&D主题包括:

  • 评估点火能量和延迟时间;
  • 评估自燃特性;
  • 评估层流和湍流火焰速度;
  • 评估熄灭应变率;
  • 收集化学反应动力学数据并建立反应机理;
  • 污染物的评价(氧化物的氮(NO X),CO和颗粒物)的形成和形成路径,包括氨和稀释剂对污染物形成的影响。
  • 开发计算流体动力学(CFD)模型,计算反应模型和其他设计工具,以支持含氢燃料燃烧实验的应用
  • 评估燃料混合特性。

AOI 2:燃气轮机的氢气燃烧应用。该AOI的目的是研究各种燃气轮机条件下的含氢燃料燃烧现象。该研究可用于设计用于含氢燃料的稳定,高温和低排放的燃气轮机燃烧室。

在AOI 2下,研究的重点是评估和绘制一系列相关燃气轮机条件和物理特征中的含氢燃料燃烧现象,其目的是通过应用理解支持高温和稳定氢的设计具有低NO燃料的燃气涡轮机燃烧系统X的排放。因此,应用程序必须考虑以下内容:

  • 感兴趣的燃料包括100%氢,无碳载氢燃料(即氨),以及这些燃料之间以及与天然气的适当混合物。应用程序应指定这些混合物,以在需要时扩展和完善有关燃气轮机条件的已知氢-天然气混合物数据集。建议用于研究的氢气和天然气体积比混合物应支持但不限于可能使用氢燃料的燃气轮机部署方案。
  • 含氢燃料的燃烧评估必须考虑到代表现有燃烧室设计,新燃烧室设计和改造应用的测试条件和物理特征(喷油器,喷油器相互作用,燃烧器,旋流器,钝体,叶片等)。鼓励通过先进制造实现AOI 2目标的独特新颖的方法来实现专用功能。
  • 在测试中应使用可用于空气呼吸,开放式燃烧​​布雷顿循环的稀释剂,包括简单循环和联合循环应用,并应评估稀释剂的影响。在评估氨或氨混合物作为燃料时,可以将氮气用作稀释剂。氮气可用于评估燃烧现象;但是,在大多数简单和联合循环的AOI 2应用中,氮气都不被认为是稀释剂。
  • 几种感兴趣的氢燃料燃气轮机火焰现象包括稀薄吹气,熄灭极限,可燃性极限,燃烧不稳定性,回火,火焰保持,火焰速度,热点等。
  • 评估氢燃料预混合空气和氢气燃料分级特别是对于NO评估X相关条件和几何形状下的控制。
  • 适当时,评估与调低范围,动态和负载跟随瞬态有关的条件。

AOI 3:氢/空气旋转爆震发动机。该AOI的目标是利用旋转爆震发动机(RDE)来用爆震代替现有的爆燃燃烧过程,以增加燃烧器出口处的总压力并提高热力学效率。

AOI 3主要涉及RDE燃烧和与涡轮机械的最终集成两个主要领域,目的是基于地面的发电,同时使用多种氢基燃料,包括空气中的纯氢和氢/天然气混合物。AOI 3下的应用程序必须解决这两个重点领域。

  • 第一个重点是通过实验和计算研究相结合,从根本上解决各种损失机制(如通过爆燃或非减震冲击波的二次燃烧)和波模式/数量对RDE-涡轮系统潜在工作输出的影响。测试应考虑在与F级和航改燃气涡轮发动机相关的大范围质量流量,(爆炸前燃烧器)压力和温度范围内,以氢气(或氢气/天然气混合物)为燃料的RDE操作。成功的项目还必须考虑最佳的波模式和波数配置,以最大程度地发挥RDE涡轮系统中进行有用工作的潜力。
  • 第二个重点将考虑RDE / RDC与涡轮机械的集成。对于近期的陆基发电应用,将需要压力增益燃烧装置来有效地与上游和下游涡轮机集成。迄今为止,很少有研究考虑到周期分析以外的集成影响。在由NETL联合资助的空军研究实验室的努力下,将在H 2-空气中运行的旋转爆震燃烧器连接到T63发动机的涡轮机上。尽管这项研究表明可以抑制流动的大部分不稳定特性,但对于RDE涡轮系统,集成并未进行优化。RDE涡轮机集成系统的进一步成功演示是必要的,以确定潜在的知识空白。成功的应用将建立在现有知识库的基础上,以证明(通过实验或通过实验与计算研究相结合)将高速,不稳定流从RDE出口过渡到下游涡轮的能力。

根据AOI 3,感兴趣的R&D主题包括:

  • 评估同时发生爆燃对氢-空气(或氢混合燃料)RDE的影响,以将其集成到燃气轮机系统中以产生有用功。
  • 评估氢-空气(或氢混合燃料)的RDE / RDC在集成到燃气轮机系统中时可能产生有用功的波型和波数。
  • 支持集成RDE和燃气轮机系统(基于含氢燃料和空气)的计算研究的发展。
  • 演示RDE / RDC与流动过渡元件(即扩散器)和涡轮的耦合。
  • 演示了用于量化RDE,过渡元件和涡轮对单个部件性能以及在燃气涡轮系统中产生有用功的能力影响的方法论。
  • 将实验室规模的实验和计算研究扩展到F级和航改类RDE燃气轮机集成系统的建议方法。

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