Yakıt olarak amonyak ve karışımlarını kullanan bir gaz türbini yanma odasının yanma ve emisyon özelliklerinin araştırılması

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: Osman KÜMÜK

Danışman: Mustafa İlbaş

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Küresel ısınma ile beraber enerji talebinin de artmasıyla enerji ve elektrik üretimi için yeni ve yenilenebilir yakıtlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun için kimyasal yapısında hidrojen barındıran amonyak, enerji taşıyıcısı olması ve karbon içermemesinden dolayı gaz türbini yakıtı olarak gelecekteki sürdürülebilir enerji sistemlerinde önemli bir yer sahibi olabilir. Hidrojenin aksine, amonyağın taşınması ve depolanması daha kolay olup, endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Amonyak temel bileşenlerine kısmen ayrıştırılarak uygun yanma özellikleri elde edilebilir. Amonyak yanması kimyasal yapısında azot barındırmasından dolayı önemli seviyelerde NOX ve N2O emisyonları oluşturmaktadır. Ancak, gaz türbini yanma işleminde sıcaklıktan kaynaklanan ısıl NOX emisyonlarının daha baskın olmasından dolayı geleneksel yakıtlara göre çok fazla değişmediği gösterilmiştir. Bu tez çalışmasında, yüksek girdaplı amonyak yakıtlı bir gaz türbininin akış alanı ve alev özelliklerinde giriş geometrisi ve yanma parametrelerinin yanma performansı ve emisyon üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Deneysel doğrulama ile birlikte Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) çözümlemeleriyle gaz türbini yakıtları olarak saf amonyak ve amonyak karışımlı farklı yakıt bileşimleri çalışılmıştır. Araştırma sonuçlarına göre çalışılan yakıtlara amonyak ilaveleri ile maksimum sıcaklık seviyelerinde ortalama %4 civarında bir düşüş görülmüş, önemli miktarda değişim gözlenmemiştir. Bunun nedeni sağlanan toplam ısıl gücün değişmemesi olarak açıklanmaktadır. Ayrıca alev bölgesinde amonyak içeriğindeki N’den dolayı yükselme görülmesine rağmen yanma odası çıkışında bu değer 1/4 oranında bastırılmış olduğu görülmüştür. Kullanılan yakıtlara amonyak ilavesi ile alev yanma odasının duvarlarına daha fazla yayılmış ve teğetsel hızlar daha yüksek çıkmıştır. Böylece daha homojen bir yanma gerçekleşmiştir. Sonuç olarak amonyak yakıtının alternatif bir yakıt olarak yanma performansını düşürmeden gaz türbinlerinde yardımcı yakıt olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. NOX emisyon seviyeleri önünde bir sorun olarak görülse de ikincil ve seyreltme bölgesi etkileri nedeniyle yanma odası çıkışında, performansa oranla büyük bir NOX emisyonu artışı olmadığı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler : Yanma, emisyon, amonyak, kerosen, metan, hidrojen