ENGINEERINGNET.NL - Dankzij het onderzoek van Anton Verbeek zou de NOx-uitstoot van gasturbines beperkt kunnen worden.
Gasturbines worden gebruikt in aardgasgestookte energiecentrales. Deze zijn wereldwijd nog altijd verantwoordelijk voor een groot deel (30%, in Nederland 54%) van de elektriciteitsvoorziening, maar stoten ook veel NOx uit.
Het onderzoek focuste zich op de toepassing van zogenaamde low-swirl branders in deze gasturbines, die gekenmerkt worden door de extreem lage NOx-uitstoot en zijn 50% schoner dan de huidige branders in gasturbines.
Verbeek heeft nu een manier ontwikkeld om het enorme potentieel van deze low-swirl branders te benutten. Low-swirl staat voor een nieuw soort vlamstabilisatiemechanisme.
In zijn proefschrift 'Efficiently generated turbulence for an increased flame speed' kijkt de onderzoeker naar het aanbrengen van efficiënte turbulentie in een stroming.
Verbeek: “Dit kan vervolgens gebruikt worden om de verbrandingssnelheid van een low-swirl brander te verhogen. Door de verbrandingssnelheid te verhogen met efficiënt gegenereerde turbulentie kunnen deze branders dus gebruikt worden in gasturbines. Pas dan wordt de schone capaciteit van deze brander echt goed benut. 40% van ons aardgas wordt gebruik in gasturbines, dus dit kan een grote doorbraak zijn.”
Verbeek voerde zijn experimenten uit in het lab van Thermische Werktuigbouwkunde op de Universiteit Twente. Hij beschrijft in zijn proefschrift hoe turbulentie wordt aangebracht in de stroming wanneer het mengsel van gas en lucht door een rooster stroomt. Achter het rooster ontstaan wervels. Deze wervels zorgen ervoor dat de vlam sneller kan branden.
In zijn onderzoek zijn twee alternatieve methoden bekeken om turbulentie te maken: een actief rooster en een fractaal rooster. Beide methodes zijn bekend uit de wetenschappelijke literatuur en worden vooral onderzocht in windtunnels, maar worden niet gebruikt in daadwerkelijke toepassingen.
Tijdens de test liet het fractale rooster een flinke toename in verbrandingssnelheid zien. “Een fractaal rooster wordt gevormd door een aantal iteraties van een zelfgelijkend patroon”, legt Verbeek uit. "Zo bestaat het rooster dus uit grote, kleine en nog kleinere objecten van dezelfde vorm."
De sterke toename in turbulentie wordt bereikt zonder dat het extra energie kost. De drukval over deze roosters is nagenoeg gelijk aan de standaard rooster. Wanneer de bijbehorende vlammen worden bekeken, is te zien dat het vlamfront veel meer kleine structuren bevat.
Het vlamoppervlak is als het ware meer opgefrommeld, zodat er meer verbranding in dezelfde ruimte plaats vindt.
(bron: UTwente)
