Formation of CO in the Oxy-Fuel Premixed Flame

• Autorzy: Jerzak W.

Warianty tytułu

PL

Powstawanie CO w kinetycznym płomieniu tlenowo-paliwowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych oraz numerycznych dotyczących tworzenia tlenku węgla (II) w kinetycznym płomieniu gazu ziemnego w warunkach oksy-spalania. W doświadczeniach korzystano z palnika nisko-wirowego, w którym stopień zawirowania strugi określony za pomocą liczby wiru S < 0,6. Badano wpływ składu utleniacza zawierającego CO₂ i 23–29% obj. O₂ na zmiany stężeń CO w płomieniu. Pobór spalin do analizy realizowano w osi palnika w odległościach 0,02–0,1 m z krokiem 0,02 m. Pomiaru temperatury spalin zasysanych do analizy dokonano termoparą PtRh10-Pt. Analizę reakcji w płomieniu o temperaturze 1500K przeprowadzono w programie Chemked II [7], po zaimplementowaniu mechanizmu spalania zaproponowanego przez Mendiara, Glarborg [14] zawierającego 779 reakcji zachodzących pomiędzy 97 związkami chemicznymi. W pakiecie FactSage™ [1] obliczono adiabatyczne równowagowe temperatury płomieni podczas spalania gazu ziemnego z dodatkiem O₂ i CO₂. Na podstawie obliczeń w programie Chemked wytypowano dominujące reakcje odpowiedzialne za tworzenie CO w płomieniu. Największy wkład w tworzenie CO ma reakcja: OH + CO ↔ H + CO₂, a jej szybkość jest uzależniona od udziału CO₂ w atmosferze utleniającej. Drugą reakcją sklasyfikowaną wg szybkości tworzenia CO jest: HCCO + O₂ ↔ OH + CO + CO. Ponadto określono szczytowe stężenia rodników H, biorące udział w reakcjach tworzenia CO przy współudziale CO₂ oraz ich zmiany z zawartością tlenu w mieszance palnej. Tlenek węgla w procesie oksy-spalania powstaje w płomieniu bardzo szybko, o czym świadczą szczytowe stężenia CO występujące najbliżej palnika. Jednak jego utlenienie do CO₂ jest znacznie wolniejsze co wynika ze spadku stężenia CO z czasem rezydencji. Obecność znacznych ilości CO₂ w substratach spalania ma działanie hamujące proces utleniania gazu ziemnego.

Słowa kluczowe

EN

oxycombustion; flame CO concentration; combustion kinetics

PL

oksyspalanie; stężenie CO w płomieniu; kinetyka spalania

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: Tom 17, cz. 1
• Strony: 300--315
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Jerzak W.

• AGH University of Science and Technology

Bibliografia

• 1. Bale C.W., Bélisle E., Chartrand P., Decterov S.A., Eriksson G., Hack K., Jung I.-H., Kang Y.-B., Melançon J., Pelton A.D., Robelin C., Petersen S.: FactSage thermochemical software and databases – recent developments. Calphad, 2(33), 295–311 (2009).
• 2. Barbas M., Costa M., Vranckx S., Fernandes R. X.: Experimental and chemical kinetic study of CO and NO formation in oxy-methane premixed laminar flames doped with NH3. Combustion and Flame, 162, 1294–1303 (2015).
• 3. Baukal C. E. (ed.): Industrial Burners Handbook. CRC Press LLC, Boca Raton 2003. 4. Biett J., Deflau J.L., Pillier L., Vovelle C.: Influlence of CO2 and H2 on the Chemical Structure of a Premixed, Lean Methane-Air Flame. Proceedings of the 3rd European Combustion Meeting. Greece 2007.
• 5. Chen L., Ghoniema A. F.: Modeling CO2 Chemical Effects on CO Formation in Oxy-Fuel Diffusion Flames Using Detailed, Quasi-Global, and Global Reaction Mechanisms. Combustion Science and Technology, 186(7), 829–848 (2014).
• 6. Glarborg P. and Bentzen L. B.: Chemical Effect of a High CO2 Concentration in Oxy-Fuel Combustion of Methane. Energy & Fuels, 22(1), 291– 296 (2008).
• 7. Gökalp I., Lebas E.: Alternative fuels for industrial gas turbines. Applied Thermal Engineering, 24(11–12), 1655–1663 (2004).
• 8. International Energy Outlook. World Energy Outlook. 2013, July 25, www.eia.gov/forecasts/ieo/
• 9. Jelezniak M., Jelezniak I.: Chemked-II version 3.5. Program for chemical kinetics of gas-phase reactions. http://www.chemked.com
• 10. Jerzak W.: Emissions of NOx and CO from natural gas combustion with adding CO2 at varying distances from the burner. Rocznik OchronaŚrodowiska (Annual Set The Environment Protection), 16, 148–160 (2014).
• 11. Kalicka Z., Jerzak W. Kawecka Cebula E.: The effect of combustion ofnatural gas with 21-29% O2/CO2/N2 mixtures on emission of carbon monoxide.Archives of Environmental Protection, 39(4), 93–103 (2013).
• 12. Konnov A.A.: Remaining uncertainties in the kinetic mechanism of hydrogen combustion. Combustion and Flame. 152(4), 507–528 (2008).
• 13. Li G., Zhou H., Cen K.: Emission characteristics and combustion instabilities in an oxy-fuel swirl-stabilized combustor. Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 9(11), 1582–1589 (2008).
• 14. Lyngfelt A., Leckner B., Mattisson T.: A fluidized-bed combustion process with inherent CO2 separation; application of chemical-looping combustion. Chemical Engineering Science, 56(10), 3101–3113 (2001).
• 15. Mądrawski J., Ziemblińska K., Juszczak R., Zawal D., Olejnik J.: Tradycyjne i alternatywne metody oceny intensywności procesu sekwestracji ditlenku węgla przez kruszywo betonowe z recyklingu. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection), 15, 2526–2545 (2013).
• 16. Mendiara T., Glarborg P.: Ammonia chemistry in oxy-fuel combustion of methane. Combustion and Flame, 156(10), 1937–1949 (2009).
• 17. Smith G.P., Golden D.M., Frenklach M., Moriarty N.W., Eiteneer B., Goldenberg M., Bowman C.T., Hanson R.K., Song S., Gardiner W.C., Lissianski V.V., Qin Z.: Gri-Mech™, www.me.berkeley.edu/gri_mech
• 18. Toftegaard M.B., Brixa J., Jensena P.A., Glarborg P., Jensen A.D.: Oxy-fuel combustion of solid fuels. Progress in Energy and Combustion Science, 36(5), 581–625 (2010).
• 19. Xie Y., Wang J., Zhang M., Gong J., Jin W., Huang Z.: Experimental and Numerical Study on Laminar Flame Characteristics of Methane Oxy-fuel Mixtures Highly Diluted with CO2. Energy & Fuels, 27, 6231–6237 (2013).