Enfoques no premixed para combustores flexibles en combustible y de bajo NOx en turbinas de gas de alta eficiencia

Resumen Los diseños de combustores premixed y pobres han reemplazado casi por completo a los combustores no premixed para aplicaciones industriales de turbinas de gas donde las emisiones de NOx están reguladas. Sin embargo, estos diseños también han introducido limitaciones en el rango de operación y flexibilidad de combustible, y han hecho que las inestabilidades de combustión y el retroceso sean más problemáticos. Las futuras aplicaciones de turbinas de gas requerirán combustores capaces de acomodar una gama de combustibles alternativos, proporcionar flexibilidad operativa y competir por servicios con una serie de nuevas tecnologías, incluyendo almacenamiento de energía y pilas de combustible. El propósito de este artículo es proponer diseños no premixed y multietapa para la próxima generación de diseños de combustión de alto rango de operación, alta flexibilidad de combustible y bajo NOx—denominados aquí como combustores no premixed, ricos, de relajación y pobres (NRRL). El concepto clave que exploramos es la combustión no premixed, seguida de una mezcla adicional de combustible para condiciones localmente ricas en combustible, una etapa de relajación y luego una etapa pobre. Este enfoque no premixed puede manejar esencialmente cualquier composición de combustible, incluyendo hidrógeno puro, combustibles líquidos, metano puro, amoníaco puro y cualquier combinación intermedia, mientras rompe el compromiso NOx-CO y reduce el riesgo de inestabilidad de la combustión. Este artículo proporciona cálculos de modelado de redes de reactores químicos para identificar procesos cinéticos clave y escalas de tiempo requeridas para tal concepto. Este concepto ha invertido completamente las sensibilidades de los sistemas premixed y pobres que prefieren tiempos de residencia cortos, bajas presiones y bajas temperaturas para minimizar la formación de NO. Este concepto prefiere tiempos de residencia largos, altas presiones y altas temperaturas, lo que indica un conjunto muy diferente de compensaciones de diseño para el rendimiento a carga parcial y fuera de diseño.