Numerical Study on Homogeneous SO₂ Oxidation in High Temperature Conditions

• Autorzy: Jójka J. , Czyżewski P.

Identyfikatory

DOI

10.21008/j.2449-920X.2017.69.1.04

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna procesu homogenicznego utleniania SO₂ w warunkach wysokich temperatur

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Significant content of SO₃ in exhaust gases generates difficulties in maintenance of metallurgical plants and large combustion installations. To minimize the range of this problem, numerical models of reacting flow can be introduced to the designed process. Modeling combustion and post combustion of SO₃ formation requires adding reaction mechanism of reactive mixture to flow equations. In this work three kinetic mechanisms of SO₂ oxidation have been used to predict SO₃ formation, expressed in SO₃ outlet concentration and SO₂ to SO₃ conversion rate. Physical model of flow through quartz glass tube, based on [Belo et al. 2014] experiment, has been created and implemented in Ansys Fluent. Difference between experimental data and model calculations results have been presented as a function of species concentration and temperature.

PL

Znacząca zawartość SO₃ w spalinach powoduje trudności w użytkowaniu instalacji metalurgicznych oraz energetycznego spalania. W celu minimalizacji zasięgu tego problemu, do etapu projektowania instalacji mogą zostać wprowadzone modele reakcji chemicznych przepływającego płynu. Modelowanie powstawania SO₃ w trakcie procesu spalania oraz w elementach instalacji spalinowej wymaga uzupełnienia równań przepływu o mechanizmy reagującej mieszanki. W tej pracy zostały wykorzystane trzy mechanizmy uwzględniające utlenianie SO₂ do predykcji formacji SO₃, wyrażonej przez koncentrację wylotową SO₃ i współczynnik konwersji SO₂ do SO₃. Model fizyczny przepływu przez szklaną rurę, bazujący na eksperymencie [Belo et al. 2014], został przygotowany i zaimplementowany do oprogramowania Ansys Fluent. Różnice pomiędzy danymi eksperymentalnymi oraz obliczeniami dla poszczególnych modeli zostały zaprezentowane w funkcji koncentracji związków oraz temperatur.

Słowa kluczowe

EN

SO2; SO3; oxidation; CFD; Fluent; kinetic mechanism

PL

SO2; SO3; utlenianie; CFD; Fluent; mechanizmy kinetyki reakcji

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej
• Czasopismo: Journal of Mechanical and Transport Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 69, No. 1
• Strony: 39--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Jójka J.

• Poznan University of Technology, Faculty of Machines and Transport

autor

Czyżewski P.

• Poznan University of Technology, Faculty of Machines and Transport

Bibliografia

• [1] Alzueta M.U. et al., 2001, Inhibition and Sensitization of Fuel Oxidation by SO2, Combustion and Flame, Vol. 127, Iss. 4, 2234–2251.
• [2] Bello L.P. et al., 2014, High-Temperature Conversion of SO2 to SO3: Homogeneous Experiments and Catalytic Effect of Fly Ash from Air and Oxy-fuel Firing, Energy & Fuels, 28(11), p. 7243–7251.
• [3] European Integrated Pollution Prevention and Control Bureau (EIPPCB), 2010, Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Large Combustion Plants. Industrial Emissions Directive 2010/75/EU (Integrated Pollution Prevention and Control).
• [4] Hindiyarti L., Glarborg P., Marshall P., 2007, Reactions of SO3 in the O/H Radical Pool under Combustion Conditions, Journal of Physical Chemistry, 11, p. 3984–3991.
• [5] Hunter S.C., 1982, Formation of SO3 in gas turbines, Transactions of the ASME, 104, p. 44–51.
• [6] Jaworski R.J., Mack S., 2016, Evaluation of Methods for Measurement of SO3/H2SO4 in Flue Gas, Journal of the Air Pollution Control Association, 29:1, p. 43–46.
• [7] Kramlich J.C., 1980, The Fate and Behavior of Fuel–Sulfur in Combustion Systems. PhD thesis, Washington State University, Washington, USA.
• [8] Mueller M.A. et al., 2000, Kinetic modeling of the CO/H2O/O2/NO/SO2 system: Implications for high‐pressure fall‐off in the SO2 + O(+M) = SO3(+M) reaction, International Journal of Chemical Kinetics, 32(6), p. 317–339.
• [9] Salonen M., Kurten T., Sundberg M., Vehkamaki H., 2007, Quantum Chemical Calculations of the Binding Energies of (H2SO4)2, HOSO2 H2SO4 and HOSO4 H2SO4, Nuclear and Atmospheric Aerosols, p. 218–221.
• [10] Schofield K., 2001, The Kinetic Nature of Sulfur’s Chemistry in Flames. Combustion and Flame, 123, p. 137–155.
• [11] Semrau K.T., 1971, Control Of Sulfur Oxide Emissions From Primary Copper, Lead And Zinc Smelters–A Critical Review, Journal of the Air Pollution Control Association, 21:4, p. 185–194.
• [12] Srivastava R.K. et al., 2004, Emissions of Sulfur Trioxide from Coal-Fired Power Plants, Journal of the Air & Waste Management Association, 54:6, p. 750–762.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).