Experimentelle Untersuchung der Selbstzündung wasserstoffreicher Brennstoffe unter Reheat-Bedingungen [article]

Julia Fleck, Universität Stuttgart, Universität Stuttgart
2016
In modernen Verbrennungstechnologien ist zunehmend das Verständnis spontaner Zündprozesse bedeutend, insbesondere in Verbindung mit den heute vermehrt eingesetzten wasserstoff(H2)-reichen Brennstoffen. So kommen in stationären Gasturbinen aktuell vorwiegend mager-vormischende Verbrenunnungssysteme zum Einsatz, um die niedrigen gesetzlichen Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Zündet während des Vormischprozesses von Luft und Brennstoff das entstehende reaktive Gemisch spontan, kann dies bis zur
more » ... törung der Brennkammer führen. Denn durch die Zündung kann sich eine stabile Verbrennung in der Vormischzone etablieren, die nicht für solch hohe thermische Belastung ausgelegt ist. In der Vormischzone einer sogenannten Reheat-Brennkammer, die in Alstoms GT24 und GT26 Gasturbinenfamilie eingesetzt wird, liegen spezielle Bedingungen vor. Hier wird der Brennstoff in heißes Abgas, anstatt in Luft, mit Temperaturen von mehr als 1000 K eingemischt. Dies führt insbesondere mit wasserstoffreichen Brennstoffen zu einem unterschiedlichen Selbstzündverhalten verglichen mit konventionellen Gasturbinen-Brennkammern, wo deutlich niedrigere Lufttemperaturen in der Vormischzone vorliegen. Vor diesen Hintergründen zielt die vorliegende Arbeit darauf ab, das Selbstzündverhalten wasserstoffreicher Brennstoffe während des Vormischprozesses bei Reheat-relevanten Bedingungen zu untersuchen. Dies bezieht auch die auf eine Selbstzündung folgende Flammenausbreitung mit ein, die zu einer stabilen Flamme in der Vormischzone führt. Die Versuche wurden in einer generischen, optisch zugänglichen Reheat-Brennkammer durchgeführt, welche in einem Hochdruckbrennkammer-Prüfstand installiert war. So ließen sich technisch relevante Drücke in turbulenter Umgebung realisieren. Es wurden Oxidatortemperaturen zwischen T = 1143 und 1203 K bei Drücken von p = 5, 10 und 15 bar, Strömungsgeschwindigkeiten von u = 200 und 300 m/s und Oxidatorzusammensetzungen entsprechend solchen in einer Reheat-Brennkammer untersucht. In den durch die Mischstrecke strömenden Oxidato [...]
doi:10.18419/opus-3987 fatcat:u3h6nwsjzfepndautscuzm3l6y