مطالعه تجربی تاثیر هندسه سرمشعل بر طول شعله و آلاینده‌های اکسیدهای نیتروژن و کربن مونواکسید در یک مشعل غیر پیش‌آمیخته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر تاثیر ابعاد مختلف سرمشعل‌های استوانه‌ای بر طول شعله و آلاینده‌های ناکس و کربن مونواکسید در یک مشعل غیر پیش‌آمیخته به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام آزمایش‌ها از یک نمونه مشعل غیرپیش‌آمیخته با سوخت گاز طبیعی و سرمشعل‌های استوانه‌ای شکل با قطرهای خارجی ثابت، قطرهای داخلی و طول‌های متفاوت استفاده شده است. در این بررسی، دو دسته مختلف از سرمشعل‌ها به‌کار گرفته شده‌است. دسته اول سرمشعل‌ها، دارای قطر داخلی 4  و 6  سانتیمتر با طول یکسان 10 سانتیمتر و دسته دوم سرمشعل‌ها، دارای طول 10، 15 و 20 سانتیمتر با قطر داخلی یکسان 6 سانتیمتر می‌باشند. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهند که در یک توان ثابت با افزایش سرعت هوای ورودی، مقدار طول شعله کاهش و در یک سرعت هوای ثابت با افزایش توان مشعل، طول شعله افزایش می‌یابد. همچنین با بررسی اثر تغییر طول و قطر داخلی سرمشعل‌ها بر طول شعله مشاهده گردید که در یک توان ثابت مشعل، تغییر طول و قطر داخلی سرمشعل، تأثیر چندانی روی طول شعله ندارد، درحالی‌که افزایش قطر موجب کاهش حداکثر 42 درصدی ناکس و افزایش 40 درصدی آلاینده کربن مونواکسید می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of the effect of the flame holder geometry on flame length and NOx and CO emissions in a non-premixed burnerr

نویسندگان [English]

  • seyed abdolmehdi hashemi
  • Hamed Forozandeh
  • Mahdi Mollamahdi
چکیده [English]

In this paper, the effect of different flame holder geometry on the flame length and NOx and CO emissions in a non-premixed burner is experimentally studied. A non-premixed burner with natural gas fuel and some cylindrical flame holder geometry with fixed outer diameter and different internal diameter and length is used. First, tests are carried out for the flame holders with the internal diameter of 4 and 6 cm and length of 10 cm and then for the flame holders with the length of 10, 15, and 20 cm and the internal diameter of 6 cm. The results show that by increasing the air flow rate, the flame length increases at the fixed-power of the burner and by increasing the power of burner, the flame length increases at the fixed-air flow rate. Moreover, it is indicated that any changes at the length and internal diameter of the flame holder have not effect on the flame length, but there are effective on NOx and CO emission. Increasing the diameter of the flame holder decreases up to 42 percent of NOx and increases up to 40 percent CO.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Non-premixed burner
  • flame holder
  • NOx
  • CO
  • Flame length

مراجع

[1] R.-H. Chen, J. F. DRISCOLL, J. Kelly, M. Namazian, R. Schefer, A comparison of bluff-body and swirl-stabilized flames, Combustion science and Technology, Vol. 71, No. 4-6, pp. 197-217, 1990.
[2] S. Hosokawa, Y. Ikeda, T. Nakajima, Effect of flame holder shape on vortex shedding, 32nd Joint Propulsion Conference and Exhibit, 1996.
[3] G. Winterfeld, on processes of turbulent exchange behind flame holders, in Proceeding of, Elsevier, pp. 1265-1275.
[4] A. Mestre, Combustion Researches and Reviews, Butterworth's Scientific Publications, London, 1955.
[5] R. Soenoko, The Effect of a Flame Holder Shape Modification Toward the Diffusion Flame Stability Zone Shift, World Applied Sciences Journal, Vol. 8, No. 3, pp. 339-344, 2010.
[6] S. Hashemi, N. Hajialigol, A. Fattahi, K. Mazaheri, R. Heydari, Investigation of a flame holder geometry effect on flame structure in non-premixed combustion, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 27, No. 11, pp. 3505-3512, 2013.
[7] S. Hashemi, N. Hajialigol, K. Mazaheri, A. Fattahi, Investigation of Air Turbulence Intensity Effect on the Flame Structure in Different Flame Holder Geometry, International Journal of Engineering-Transactions C: Aspects, Vol. 26, No. 12, pp. 1423, 2013.
[8] M. Miguel-Brebion, D. Mejia, P. Xavier, F. Duchaine, B. Bedat, L. Selle, T. Poinsot, Joint experimental and numerical study of the influence of flame holder temperature on the stabilization of a laminar methane flame on a cylinder, Combustion and Flame, Vol. 172, pp. 153-161, 2016.
[9] S. Hong, S. J. Shanbhogue, K. S. Kedia, A. F. Ghoniem, Impact of the flame-holder heat-transfer characteristics on the onset of combustion instability, Combustion Science and Technology, Vol. 185, No. 10, pp. 1541-1567, 2013.
[10] S. Hashemi, H. F. Jounaghani, Experimental study of the effect of a simple flame holder on the stability of a non-premixed flame, AmirKabir Journal of Science & Research, In Press, 2016. (In Persian)  
[11] M. Mahmoodi Arya, A. Fahimi Rad, H. Momahedi Heravi, Experimental investigation on the effect of CO2 diluents on pollutants emission in propane-air non-premixed flames, Energy Engineering Management, Vol. 1, No. 2, pp. 31-40, 2012.
[12] J. I. Erete, K. J. Hughes, L. Ma, M. Fairweather, M. Pourkashanian, A. Williams, Effect of CO 2 dilution on the structure and emissions from turbulent, non-premixed methane–air jet flames, Journal of the Energy Institute, 2016.
[13] T. Boushaki, N. Merlo, C. Chauveau, I. Gökalp, Study of emission pollutants and dynamics of non-premixed turbulent oxygen enriched flames from a swirl burner, Proceedings of the Combustion Institute, 2016.
[14] H. Kobayashi, K. Oono, E.-S. Cho, H. Hagiwara, Y. Ogami, T. Niioka, Effects of turbulence on flame structure and NOx emission of turbulent jet non-premixed flames in high-temperature air combustion, JSME International Journal Series B, Vol. 48, No. 2, pp. 286-292, 2005.
[15] T. Terasaki, S. Hayashi, The effects of fuel-air mixing on NO x formation in non-premixed swirl burners, in Proceeding of, Elsevier, pp. 2733-2739.
[16] S.-H. Kim, M. Kim, Y. Yoon, I.-S. Jeung, The effect of flame radiation on the scaling of nitrogen oxide emissions in turbulent hydrogen non-premixed flames, Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 29, No. 2, pp. 1951-1956, 2002
[17] R. P. K. de Mello, C. A. Martins, A. O. de Toledo, M. T. de Mendonça, M. A. Ferreira, REYNOLDS NUMBER AND EQUIVALENCE RATIO EFFECTS ON NOx EMISSION ON NON PREMIXED TURBULENT FLAMES, 19th International Congress of Mechanical Engineering, 2007.
[18] J. Oh, P. Heo, Y. Yoon, Acoustic excitation effect on NOx reduction and flame stability in a lifted non-premixed turbulent hydrogen jet with coaxial air, International journal of hydrogen energy, Vol. 34, No. 18, pp. 7851-7861, 2009.
[19] P. Baziar, A. Hajipour, A. Fahimirad, M. M. Arya, H. Heravi, The Effect of Swirl on NOX Formation in a Non-Premixed Propane/Air Flame, International Journal of Mechatronics, Electrical and Computer Technology , Vol. 5, No. 15, pp. 2175-2185, 2015. 
[20] R. Cheng, D. Littlejohn, W. A. Nazeer, K. Smith, Laboratory studies of the flow field characteristics of low-swirl injectors for adaptation to fuel-flexible turbines, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 130, No. 2, pp. 021501, 2008.
[21] J. P. Holman, Experimental Methods for Engineers: McGraw-Hill, 1994. 
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 4
مهر و آبان 1398
صفحه 141-150

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار