Mevcut brülör, kazan ve türbinlerin hidrojene ya da hidrojen karışımına uyarlanması yaygın bir mühendislik sorusu hâline geldi. Hidrojen, doğal gazdan birkaç kritik özellikte belirgin biçimde ayrılır ve bu farklar tasarım varsayımlarını doğrudan etkiler.
Alev yayılma hızı çok daha yüksek
Hidrojenin laminer alev hızı metanın birkaç katıdır. Doğrudan sonucu:
Geri tutuşma (flashback) riski. Önkarışımlı bir brülörde alev, akışa karşı yukarı doğru kaçıp karışım bölgesine girebilir. Doğal gaz için güvenli olan bir karışım kanalı hızı, hidrojen için güvenli olmayabilir. Bu, hidrojene geçişte en sık karşılaşılan somut kısıttır.
Alev sıcaklığı daha yüksek
Stokiyometrik alev sıcaklığının yüksek olması iki şey demektir: duvar ısı akıları artar ve termal NOx üstel olarak artar. Fakirleştirerek sıcaklığı düşürmek çözümdür ama bu da kararlılık payını daraltır. Bkz. NOx notu ve alev stabilitesi notu.
Yoğunluk çok düşük
Aynı enerjiyi taşımak için çok daha büyük hacimsel debi gerekir. Mevcut yakıt hatları, valfler ve enjektörler doğal gaz hacmine göre boyutlandırılmıştır; hidrojende aynı hatlar yetersiz kalır ya da basınç kaybı kabul edilemez düzeye çıkar.
Ayrıca düşük yoğunluk, kaçak durumunda gazın hızla yükselip tavanda birikmesi demektir — havalandırma tasarımı buna göre yapılmalıdır ve bu, bir doğal taşınım ve yayılım problemidir.
Radyasyon karakteri farklı
Hidrojen alevi is üretmez ve su buharı baskın ışıyıcıdır. Duvara giden ışıma, hidrokarbon alevindekinden farklı bir spektral yapıya sahiptir; hidrokarbon için kalibre edilmiş bir gri gaz yaklaşımı hidrojende sistematik hata üretir [1]. Bkz. radyasyon notu.
Modelleme uyarısı
Hidrojenin yüksek difüzivitesi, tercihli difüzyon etkileri yaratır: yerel karışım oranı, basit bir karışım kesri varsayımıyla tahmin edilenden sapar. Karışım tabanlı yanma modelleri bu yüzden hidrojende daha dikkatli kullanılmalıdır.
Kaynaklar
- Magnussen, B. F. & Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16(1), 719–729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4
- Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.