Dezembro 2021 vol. 8 num. 4 - VII Simpósio Internacional de Inovação e Tecnologia

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AVALIAÇÃO DA FORMAÇÃO DE FULIGEM EM CHAMAS CONFINADAS DE GÁS DE SÍNTESE NA OEC USANDO CONDIÇÕES POBRES E DOPAGEM DE ACETILENO

EVALUATION OF SOOT FORMATION IN SYNGAS CONFINED FLAMES ON THE OEC USING LEAN CONDITIONS AND ACETYLENE DOPING

Wilfinger, Mariana ; Neves, Paulo Roberto Freitas ; Santos, Alex Álisson Bandeira ;

Original Article:

O processo de combustão continuará sendo uma das principais fontes de energia por algum tempo. No entanto, esse processo causa impactos ambientais com seu uso, o que traz problemas globais como o efeito estufa e as emissões de partículas, como a fuligem. Por isso, são necessários estudos para tornar os processos de combustão mais sustentáveis e eficientes. Com isso em mente, o uso da gaseificação de biomassa tem sido estudado, resultando em um combustível conhecido como gás de síntese, composto em grande parte de hidrogênio e monóxido de carbono, que, como vem da biomassa, tem um efeito reduzido sobre as emissões. Estudos de combustão também são realizados em condições pobres que permitem a redução das emissões. Nesse contexto, o trabalho tem como objetivo apresentar o estudo experimental da correlação entre o uso de gás de síntese, a técnica de combustão intensificada de oxigênio (OEC) em condições pobres com doping de acetileno, em uma chama difusa confinada e seus efeitos associados na formação de fuligem. A técnica de extinção de luz laser foi usada para medir a concentração de fuligem. A concentração de fuligem foi avaliada em razões de equivalência de 0,7 e 1,0, 21 e 30% do conteúdo volumétrico de oxigênio no oxidante e dopagem com acetileno de 5% (em volume). Analisando os resultados na condição de uso de OEC associado às condições pobres na queima do gás de síntese, percebeu-se um aumento na tendência da concentração de fuligem em relação ao resultado sem enriquecimento.

Original Article:

The combustion process will continue to be one of the main sources of energy for some time. However, this process causes environmental impacts with its use, which brings global problems such as the greenhouse effect and particulate emissions, such as soot. Therefore, studies are needed to make more sustainable and efficient combustion processes. With this in mind, the use of biomass gasification has been studied, resulting in a fuel known as syngas, composed largely of hydrogen and carbon monoxide, which, as it comes from biomass, has a reduced effect on emissions.

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Palavras-chave: Fuligem, Gás de síntese, Combustão pobre, Dopagem com acetileno,

Palavras-chave: Soot, Syngas, Lean combustion, Acetylene doping,

DOI: 10.5151/siintec2021-208197

Referências bibliográficas
  • [1] "1 GÓMEZ, Henar Olmedo; CALLEJA, Miguel Castaños; FERNÁNDEZ, Luis Aldea; KIEDRZYńSKA, Aleksandra; LEWTAK, Robert. Application of the CFD simulation to the evaluation of natural gas replacement by syngas in burners of the ceramic sector. Energy, [S.L.], v. 185, p. 15-27, out. 2019. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2019.06.064.
  • [2] 2 BARAIYA, Nikhil A.; CHAKRAVARTHY, S.R.. Effect of syngas composition on high frequency combustion instability in a non-premixed turbulent combustor. International Journal Of Hydrogen Energy, [S.L.], v. 44, n. 12, p. 6299-6312, mar. 2019. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.115.
  • [3] 3 BAUKAL, JR., C. E. Oxygen-enhanced Combustion. 1a ed. New York: CRC Press, 1998.
  • [4] 4 SANTOS, Alex Álisson Bandeira; GOLDSTEIN, Leonardo; FERRARI, Carlos Alberto. An experiment on the effect of oxygen content and air velocity on soot formation in acetylene laminar diffusion flame produced in a burner with a parallel annular coaxial oxidizer flow. International Communications In Heat And Mass Transfer, [S.L.], v. 36, n. 5, p. 445-450, maio 2009. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2009.02.001.
  • [5] 5 Dunn-Rankin, D. Lean Combustion – Technology and Control. 1a ed. New York: Academic Press, 2008.
  • [6] 6 KOZLOV, V.e.; TITOVA, N.s.; CHECHET, I.V.. Modeling study of hydrogen or syngas addition on combustion and emission characteristics of HCCI engine operating on isooctane. Fuel, [S.L.], v. 221, p. 61-71, jun. 2018. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2018.02.062.
  • [7] 7 SKEEN, S.A.; YABLONSKY, G.; AXELBAUM, R.L.. Characteristics of non-premixed oxygen-enhanced combustion: ii. flame structure effects on soot precursor kinetics resulting in soot-free flames. Combustion And Flame, [S.L.], v. 157, n. 9, p. 1745- 1752, set. 2010. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.combustflame.2010.04.013.
  • [8] 8 SANTOS, Alex Álisson Bandeira. Investigação do uso da combustão enriquecida com O2 em chamas confinadas de gás natural. 2010. 273 f. Tese (Doutorado) – Pós-Graduação em Energia e Ambiente, Universidade Federal da Bahia, Salvador.
  • [9] 9 Kobayashi, H., Otawara, Y., Wang, J., Matsuno, F., Ogami, Y., Okuyama, M., Kudo, T., Kadowaki, S. Turbulent premixed flame characteristics of a CO/H2/O2 mixture highly diluted with CO2 in a high-pressure environment. Proceedings of the Combustion Institute, [S.L], v. 34, p. 1437-1445, 2013.
  • [10] 10 SAFER, K.; TABET, F.; OUADHA, A.; SAFER, M.; GÖKALP, I.. Simulation of a syngas counter-flow diffusion flame structure and NO emissions in the pressure range 1–10atm. Fuel Processing Technology, [S.L.], v. 123, p. 149-158, jul. 2014. Elsevier BV. http://dx.doi.org/1016/j.fuproc.2013.019.
  • [11] 11 OTHMAN, N F; BOOSROH, M H. Effect of H2and CO contents in syngas during combustion using Micro Gas Turbine. Iop Conference Series: Earth and Environmental Science, [S.L.], v. 32, p. 012-037, mar. 2016. IOP Publishing. http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/32/1/012037.
  • [12] 12 Wilfinger, M. M., Santos, A.A.B., Macedo, E.A.S., Oliveira, T.D., 2018. Análise da Eficiência da Combustão Confinada de Gás De Síntese em Condições de Misturas Pobres com Dopagem de Acetileno Associada à OEC. Congresso Nacional de Engenharia Mecânica,10. Maio, 2018. Salvador, Brazil.
  • [13] 13 ILBAS, M. The effect of thermal radiation and radiation models on hydrogen– hydrocarbon combustion modelling. International Journal Of Hydrogen Energy, [S.L.], v. 30, n. 10, p. 1113-1126, ago. 2005. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.10.009.
  • [14] 14 VOSS, S.; MENDES, M.A.A.; PEREIRA, J.M.C.; RAY, S.; PEREIRA, J.C.F.; TRIMIS, D.. Investigation on the thermal flame thickness for lean premixed combustion of low calorific H2/CO mixtures within porous inert media. Proceedings Of The Combustion Institute, [S.L.], v. 34, n. 2, p. 3335-3342, jan. 2013. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.proci.2012.06.044.
  • [15] 15 GOSWAMI, M.; VAN GRIENSVEN, J.G.H.; BASTIAANS, R.J.M.; KONNOV, A.A.; GOEY, L.P.H. de. Experimental and modeling study of the effect of elevated pressure on lean high-hydrogen syngas flames. Proceedings Of The Combustion Institute, [S.L.], v. 35, n. 1, p. 655-662, 20 Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.proci.2014.05.057.
  • [16] 16 FERREIRA, D.S. Queimadores pulsantes para baixas emissões de poluentes. 2001. 165 f. Dissertação (Mestrado) – Pós-Graduação em Transmissão e Conversão de Energia, UNESP, Guaratinguetá.
  • [17] 17 IULIIS, S. de; BARBINI, M.; BENECCHI, S.; CIGNOLI, F.; ZIZAK, G.. Determination of the Soot Volume Fraction in an Ethylene Diffusion Flame by Multiwavelength Analysis of Soot Radiation. Combustion And Flame, [S.L.], v. 115, n. 1-2, p. 253-261, out. 1998. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/s0010-2180(97)00357-x.
  • [18] 1 GÓMEZ, Henar Olmedo; CALLEJA, Miguel Castaños; FERNÁNDEZ, Luis Aldea; KIEDRZYńSKA, Aleksandra; LEWTAK, Robert. Application of the CFD simulation to the evaluation of natural gas replacement by syngas in burners of the ceramic sector. Energy, [S.L.], v. 185, p. 15-27, out. 2019. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2019.06.064.
  • [19] 2 BARAIYA, Nikhil A.; CHAKRAVARTHY, S.R.. Effect of syngas composition on high frequency combustion instability in a non-premixed turbulent combustor. International Journal Of Hydrogen Energy, [S.L.], v. 44, n. 12, p. 6299-6312, mar. 20 Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2001.115.
  • [20] 3 BAUKAL, JR., C. E. Oxygen-enhanced Combustion. 1a ed. New York: CRC Press, 1998.
  • [21] 4 SANTOS, Alex Álisson Bandeira; GOLDSTEIN, Leonardo; FERRARI, Carlos Alberto.
  • [22] An experiment on the effect of oxygen content and air velocity on soot formation in acetylene laminar diffusion flame produced in a burner with a parallel annular coaxial oxidizer flow. International Communications In Heat And Mass Transfer, [S.L.], v. 36, n. 5, p. 445-450, maio 2009. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2009.02.001.
  • [23] 5 Dunn-Rankin, D. Lean Combustion – Technology and Control. 1a ed. New York: Academic Press, 2008.
  • [24] 6 KOZLOV, V.e.; TITOVA, N.s.; CHECHET, I.V.. Modeling study of hydrogen or syngas addition on combustion and emission characteristics of HCCI engine operating on isooctane. Fuel, [S.L.], v. 221, p. 61-71, jun. 2018. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2018.02.062.
  • [25] 7 SKEEN, S.A.; YABLONSKY, G.; AXELBAUM, R.L.. Characteristics of non-premixed oxygen-enhanced combustion: ii. flame structure effects on soot precursor kinetics resulting in soot-free flames. Combustion And Flame, [S.L.], v. 157, n. 9, p. 1745- 1752, set. 2010. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.combustflame.2010.04.013.
  • [26] 8 SANTOS, Alex Álisson Bandeira. Investigação do uso da combustão enriquecida com O2 em chamas confinadas de gás natural. 2010. 273 f. Tese (Doutorado) – Pós-Graduação em Energia e Ambiente, Universidade Federal da Bahia, Salvador.
  • [27] 9 Kobayashi, H., Otawara, Y., Wang, J., Matsuno, F., Ogami, Y., Okuyama, M., Kudo, T., Kadowaki, S. Turbulent premixed flame characteristics of a CO/H2/O2 mixture highly diluted with CO2 in a high-pressure environment. Proceedings of the Combustion Institute, [S.L], v. 34, p. 1437-1445, 2013.
  • [28] 10 SAFER, K.; TABET, F.; OUADHA, A.; SAFER, M.; GÖKALP, I.. Simulation of a syngas counter-flow diffusion flame structure and NO emissions in the pressure range 1–10atm. Fuel Processing Technology, [S.L.], v. 123, p. 149-158, jul. 2014. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2013.10.019.
  • [29] 11 OTHMAN, N F; BOOSROH, M H. Effect of H2and CO contents in syngas during combustion using Micro Gas Turbine. Iop Conference Series: Earth and Environmental Science, [S.L.], v. 32, p. 012-037, mar. 2016. IOP Publishing. http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/32/1/012037.
  • [30] 12 Wilfinger, M. M., Santos, A.A.B., Macedo, E.A.S., Oliveira, T.D., 2018. Análise da Eficiência da Combustão Confinada de Gás De Síntese em Condições de Misturas Pobres com Dopagem de Acetileno Associada à OEC. Congresso Nacional de Engenharia Mecânica,10. Maio, 2018. Salvador, Brazil.
  • [31] 13 ILBAS, M. The effect of thermal radiation and radiation models on hydrogen– hydrocarbon combustion modelling. International Journal Of Hydrogen Energy, [S.L.], v. 30, n. 10, p. 1113-1126, ago. 2005. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.10.009.
  • [32] 14 VOSS, S.; MENDES, M.A.A.; PEREIRA, J.M.C.; RAY, S.; PEREIRA, J.C.F.; TRIMIS, D.. Investigation on the thermal flame thickness for lean premixed combustion of low calorific H2/CO mixtures within porous inert media. Proceedings Of The Combustion Institute, [S.L.], v. 34, n. 2, p. 3335-3342, jan. 2013. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.proci.2012.06.044.
  • [33] 15 GOSWAMI, M.; VAN GRIENSVEN, J.G.H.; BASTIAANS, R.J.M.; KONNOV, A.A.; GOEY, L.P.H. de. Experimental and modeling study of the effect of elevated pressure on lean high-hydrogen syngas flames. Proceedings Of The Combustion Institute, [S.L.], v. 35, n. 1, p. 655-662, 2015. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.proci.2014.05.057.
  • [34] 16 FERREIRA, D.S. Queimadores pulsantes para baixas emissões de poluentes. 2001. 165 f. Dissertação (Mestrado) – Pós-Graduação em Transmissão e Conversão de Energia, UNESP, Guaratinguetá.
  • [35] 17 IULIIS, S. de; BARBINI, M.; BENECCHI, S.; CIGNOLI, F.; ZIZAK, G.. Determination of the Soot Volume Fraction in an Ethylene Diffusion Flame by Multiwavelength Analysis of Soot Radiation. Combustion And Flame, [S.L.], v. 115, n. 1-2, p. 253-261, out. 1998. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/s0010-2180(97)00357-x."
Como citar:

Wilfinger, Mariana; Neves, Paulo Roberto Freitas; Santos, Alex Álisson Bandeira; "AVALIAÇÃO DA FORMAÇÃO DE FULIGEM EM CHAMAS CONFINADAS DE GÁS DE SÍNTESE NA OEC USANDO CONDIÇÕES POBRES E DOPAGEM DE ACETILENO", p. 175-184 . In: VII International Symposium on Innovation and Technology. São Paulo: Blucher, 2021.
ISSN 2357-7592, DOI 10.5151/siintec2021-208197

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