Влияние состава генераторного газа на выбросы загрязняющих веществ

ЦЕЛЬ. Определение количественных характеристик выбросов оксидов азота при сжигании газовых смесей, содержащих водород, монооксид углерода и метан.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Рассматривалось нескольких типов газов различных химических составов и количественного содержания компонентов: CH₄; CO; H₂; 7 типов синтез-газа с разным содержанием CH₄, CO, H₂, CO₂, N₂. Такие типы синтез-газа имели низкие, средние и высокие значения теплоты сгорания. При выполнении численных исследований параметров и состава продуктов сгорания использовался подход, основанный на химически равновесном состоянии многокомпонентной реагирующей смеси при минимальном значении изобарно-изотермического потенциала. Получены значения основных параметров продуктов сгорания и оценки выбросов оксидов азота при различном соотношении исходных компонентов в газовой смеси и различных значениях коэффициента избытка воздуха. Значения относительных показателей расхода продуктов сгорания достаточно сильно коррелируют со значениями относительных показателей выбросов оксидов азота.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Получены численные оценки взаимосвязи между теплотой сгорания генераторных газов, расходными характеристиками продуктов сгорания, определяемыми составом исходной газовой смеси, и выбросами оксидов азота. Количественный показатель W_пс, определяемый отношением массовых расходов продуктов сгорания базового топлива и альтернативного генераторного газа, при условии одинаковой тепловой мощности энергоустановки, дает возможность предварительной сравнительной оценки ожидаемого уровня выбросов NO_x . При значениях W_пс ≈ 1 уровень выбросов NO_x у сравниваемых топливных композиций примерно одинаковый. Соответственно, при значениях этого показателя больше или меньше единицы уровни выбросов оксидов азота при сжигании альтернативного генераторного газа выше или ниже, чем при сжигании базового топлива. Практическое использование показателя W_пс наиболее эффективно на стадиях разработки и проектирования новых энергоустановок, включая оптимизацию планирования вычислительных и натурных экспериментов, а также при переводе эксплуатируемых энергоустановок на альтернативное газовое топливо.

1. Ramos A., Monteiro E., Rouboa A. Numerical approaches and comprehensive models for gasification process: a review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. V. 110. pp. 188 – 206. doi: 10.1016/j.rser.2019.04.048.

2. Mazaheri N., Akbarzadeh A.H., Madadian E., et al. Systematic review of research guidelines for numerical simulation of biomass gasification for bioenergy production // Energy Conversion and Management. 2019. V. 183. pp. 671 – 688. doi: 10.1016/j.enconman.2018.12.097.

3. Naoumov V. I., Krioukov V.G., Abdullin A.L., et al. Chemical kinetics in combustion and reactive flows: modeling tools and applications. – Cambridge University Press, 2019. doi:10.1017/9781108581714

4. Perera S., Wickramasinghe C., Samarasiri B., et al. Modeling of thermochemical conversion of waste biomass – a comprehensive review // Biofuel Research Journal. 2021. V. 8(4). pp. 1481 – 1528. doi: 10.18331/BRJ2021.8.4.3.

5. Kushwah A., Reina T.R., Short M. Modelling approaches for biomass gasifiers: a comprehensive overview // Science of the Total Environment. 2022. V. 834. pp. 155243. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.155243.

6. Ajorloo M., Ghodrat M., Scott J., et al. Recent advances in thermodynamic analysis of biomass gasification: a review on numerical modelling and simulation // Journal of the Energy Institute. 2022. V. 102. pp. 395 – 419. doi: 10.1016/j.joei.2022.05.003.

7. Tezer Ö., Karabağ N., Öngen A., et al. Biomass gasification for sustainable energy production: a review // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47(34). pp. 15419-15433. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.02.158

8. Khan M. J., Al-attab K. A. Steam Gasification of Biomass for Hydrogen Production – A Review and Outlook // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2022. V. 98(2). pp. 175 – 204. doi: 10.37934/arfmts.98.2.175204

9. Sanusi Y.S., Dandajeh H.A. Effect of different syngas compositions on the combustion characteristics and emission of a model combustor // Nigerian Journal of Technology. 2020. V. 39(3). pp. 767 – 775 doi: 10.4314/njt.v39i3.16

10. Othman N.F., Boosroh M.H. Effect of H2 and CO contents in syngas during combustion using Micro Gas Turbine // IOP Publishing IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. V. 32. 2016. 012037. doi:10.1088/1755-1315/32/1/012037

11. Van Huynh C., Kong S-C. Combustion and NOx emissions of biomass-derived syngas under various gasification conditions utilizing oxygen-enriched-air and steam // Fuel. V. 107. pp. 455-464. doi:10.1016/j.fuel.2012.12.016

12. Таймаров М.А., Ильин В.К., Чикляев Е.Г., Сунгатуллин Р.Г. Особенности применения метано-водородной фракции в качестве топлива для котлов ТЭС. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2019;21(3):109-116. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2019-21-3-109-116

13. Гнутикова М.И. Влияние температуры топливно-воздушной смеси на массовую долю выбросов оксидов азота в процессе термохимической рекуперации // Математические методы в технологиях и технике. 2021; (5): 115-118. doi:10.52348/2712-8873_MMTT_2021_5_115

14. Иваницкий М.С. Производственный экологический контроль полициклических ароматических углеводородов в продуктах сгорания органического топлива. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2024;26(1):3-12. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2024-26-1-3-12

15. Демин А.В., Демина Г.В. Экологические характеристики термической утилизации отходов с внешним и внутренним подводом тепловой энергии. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022;24(6):143-152. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-6-143-152.