Obliczenia równowagowe a wyniki pomiarowe produktów spalania gazu ziemnego w atmosferze CO₂/O₂/N₂

• Autorzy: Jerzak W. , Kalicka Z. , Kawecka-Cebula E.

Warianty tytułu

EN

Equilibrium numeric calculations for products of natural gas combustion under CO₂/O₂/N₂ atmosphere - comparison with experimental results

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Zaprezentowano porównanie wpływu atmosfery CO₂/O₂/N₂ i O₂/N₂ na stężenie wybranych produktów spalania gazu ziemnego. Obliczenia równowagowe wykonano w programie FactSage™ 6.2 [1] w warunkach adiabatycznej temperatury płomienia. Numeryczne warianty warunków spalania, jak stężenie tlenu i CO₂ w mieszance paliwowej oraz współczynnik nadmiaru tlenu, odpowiadały przeprowadzonym próbom eksperymentalnym. Porównanie wyników eksperymentalnych z obliczeniami w stanie równowagi wykazało podobieństwo m. in. w kierunku spadku stężenia NO wraz ze wzrostem zawartości CO₂ w mieszance paliwowej. Zwiększanie współczynnika nadmiaru powietrza w przypadku atmosfery O₂/N₂ powodowało, początkowo wzrost stężenia NO a następnie spadek, zarówno w przypadku obliczeń jak i pomiarów. Dodatek CO₂ do mieszanki utleniającej powodował zwiększenie stężenia CO w spalinach. Efekt ten słabnął wraz ze wzrostem współczynnika nadmiaru tlenu. Przedstawiono również wyniki obliczeń wpływu składu mieszanki na równowagowe stężenia rodników, mających istotny wpływ na przebieg procesu spalania. Wykazano, iż obliczenia równowagowe mogą być pomocne do określenia kierunku zmian składu spalin, szczególnie w przypadku modyfikacji składu mieszanki paliwowej.

EN

The effect of an O₂/N₂/CO₂ atmosphere in comparison with the O₂/N₂ one on the concentrations of natural gas combustion products was presented. The equilibrium calculations were performed with FactSage ™ 6.2 program [1] for the adiabatic flame temperature. The combustion conditions assumed for the performed numeric calculations, such as the oxygen and carbon dioxide concentrations in oxidizing mixture and the oxygen excess ratio in the fuel mixture, were the same as in the carried-out experiments. The comparison of the experimental results with the calculated ones done for equilibrium conditions showed that NO concentration was decreasing in flue gas with increasing CO₂ concentration in fuel mixture. In O₂/N₂ atmosphere, the increase in oxygen excess ratio results initially in increasing NO concentration, and then in its decrease, which was indicated by the calculations as well as the experimental studies. The CO ₂addition in oxidizing mixture was producing the CO increase in flue gas. The effect was declining when the oxygen excess ratio got higher. There was also presented the effect of fuel mixture composition on equilibrium radicals concentrations, which affect substantially the combustion process. It was shown that the equilibrium calculations can be of help to indicate the direction of changes of flue gas composition, especially for the case, when the fuel mixture composition is modified.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie termodynamiczne; spalanie w tlenie; gaz ziemny

EN

thermodynamic modeling; oxy-fuel combustion; natural gas

• Wydawca: Polski Instytut Spalania
• Czasopismo: Archiwum Spalania
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 12, nr 3
• Strony: 81--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Jerzak W.

• AGH – Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kalicka Z.

autor

Kawecka-Cebula E.

Bibliografia

• [1]. Bale C. W., i inni, FactSage Thermochemical Software and Databases, ,,Calphad”, 2002 nr 2 (26), s. 189-228.
• [2]. Amato A.,. Hudak B, D’Souza P. , i inni, Measurements and analysis of CO and O2 emissions in CH4/CO2/O2 flames, ,,Proceedings of the Combustion Institute”, 2011 (33), s. 3399-3405.
• [3]. Ruan J., Kobayashi H., Niioka T., Ju Y., Combined Effects of Nongray Radiation and Pressure on Premixed CH4/O2/CO2 Flames, ,,Combustion and Flame”, 2001 nr 1-2 (124), s. 225-230.
• [4]. Chernovsky M. K., Atreya A., Im H. G., Effect of CO2 diluent on fuel versus oxidizer side of spherical difusion flames in microgravity, ,,Proceedings of the Combustion Institute”, 2007 (31) , s. 1005-1013.
• [5]. Glarborg P., Bentzen L. B., Chemical Effects of a Hight CO2 Concentration in Oxy-Fuel Combustion of Methane, ,,Energy& Fuels”, 2008 (22), s. 291-296.
• [6]. Jones H. R. N., Leng J., The Influence of Fuel Composition on Emissions of CO, NO, and NO2 from a Gas- Fired Pulsed Combustor, ,,Combustion and Flame”, 1996 nr 4 (104), s. 419-430.
• [7]. Kalicka Z., Jerzak W., Kawecka Cebula E., The effect of combustion of natural gas with 21%-29% O2/CO2/N2 mixtures on emission of carbon monoxide, ,,Archives of Environmental Protection”, 2012 zaakceptowano do druku
• [8]. Tomeczek J., Pierwotne sposoby obniżania emisji tlenków azotu z pieców przemysłowych opalanych gazem ziemnym, ,,Hutnik – Wiadomości Hutnicze”, 1994 nr 7, s. 235-238.
• [9]. Sutton J. A., Fleming J. W., Towards accurate kinetic modeling of prompt NO formation in hydrocarbon flames via the NCN pathway, ,,Combustion and Flame”, 2008 nr 3 (154), s. 630-636.
• [10]. Miller J. A.,. Bowman C. T., Mechanism and Modeling of Nitrogen Chemistry in Combustion, ,,Prog. Energy Combust. Sci.”, 1989 nr 4 (15), s. 287-338.
• [11]. Zhao R., Liu H., Zhong X., Wang Z., Hu H. , Qiu J., Modeling of NOx conversion during combustion under high CO2 concentration using detailed chemical kinetics, ,,Fuel Processing Technology”, 2011 nr 5 (92), s. 939-945