مطالعه آزمایشگاهی تزریق بخار آب و ترکیبات نفتی توسط نبولایزر بر راندمان و آلایندگی شعله گاز طبیعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

2 رئیس اداره پژوهش، دانشگاه جامع علمی کاربردی خراسان شمالی، بجنورد، ایران

3 استادیار گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

چکیده

استفاده از گاز طبیعی به جای سوخت‌های مایع و جامد، باعث کاهش راندمان حرارتی شده و تولیدکنندگان صنعتی را با مشکلات زیادی مواجه نموده است. در این پژوهش با استفاده از تکنولوژی نبولایزر که به طور شایع برای انتقال دارو در بیماران ریوی استفاده می‌شود، اثر تزریق ترکیبات نفتی و بخار آب، بر بازده حرارتی و تولید آلاینده‌ها در شعله گاز طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است. دستگاه نبولایزر باعث ایجاد برش‌های میکرونی مایع تزریقی می‌گردد و با توجه به کاهش قطر ذرات، وجود جریان به شدت آشفته خروجی و اختلاط مناسب ترکیبات، اثرگذاری تزریق جهت افزایش بازده و کاهش آلاینده‌ها افزایش می‌یابد. در نمونه بستر آزمون، تزریق یک درصد وزنی ترکیبات نفتی به شعله گاز طبیعی توسط دستگاه نبولایزر، موجب افزایش 5/2 درصدی راندمان حرارتی، کاهش 12 درصدیدمای گازهای خروجی از دودکش، کاهش 13 درصدی آلاینده ناکس و افزایش آلاینده مونواکسید کربن به میزان 6 درصد خواهد شد، همچنین تزریق 2 درصد وزنی قطرات آب به همراه 1 درصد وزنی ترکیبات نفتی، موجب افزایش بیش از یک درصد بازده حرارتی، کاهش 6 درصدیدمای گازهای خروجی از دودکش، کاهش بیش از 42 درصد آلاینده ناکس و کاهش آلاینده مونواکسید کربن به میزان 26 درصد خواهد شد.   

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Study of Injecting Water Vapor and Oil Compounds by Nebulizer on the Efficiency and Natural Gas Flame Pollution

نویسندگان [English]

  • Amin Jodat 1
  • Mojtaba Najafian 2
  • Abolfazl Mohammadi 3
1 Mechanical Engineering Department, University of Bojnord, Bojnord 945 3155111, Iran.
2 Mechanical Engineering, Applied Science University of North Khorasan, Bojnord, Iran.
3 Chemical Engineering Department, University of Bojnord, Bojnord 945 3155111, Iran.
چکیده [English]

In this study, by using nebulizer technology commonly used for the delivery of aerosolized drugs in pulmonary patients, the effect of injecting oil compounds and water vapor by nebulizer on the thermal efficiency and production of pollutants in gas emissions of natural gas diffusion flame is studied. The Nebulizer device creates micron incisions of injected liquid and, due to the reduced injection particle diameter, existing highly turbulent outflow and proper mixing of oil and water vapor compounds with gas and air inlet to the burner, effectiveness of the injection increases to enhance efficiency and reduce pollutants. In the experimental setup, the injection of 1 wt% of oil compounds into the natural gas flame by a nebulizer improves thermal efficiency by 2.5%, decreases the temperature of the exhaust gases from the chimney by 12%, and also pollutants by 13%, and increases carbon monoxide pollutant by 6%. Also, the injection of 2 wt.% of water drops as well as 1 wt.% of oil compounds will increase thermal efficiency by more than 1%, reduce the temperature of chimney exhaust gases by 6 %, reduce pollutants by more than 42 % and carbon monoxide pollutant by 26%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Experimental system
  • Natural gas flame
  • nebulizer
  • Thermal and radiation efficiency
  • Pollutants

مراجع

[1] A.E. Green, B.A. Green, J.C. Wagner, Radiation enhancement in oil/coal boilers converted to Natural gas, in, Google Patents, 1991.
[2] W. Hutny, G. Lee, Improved radiative heat transfers from hydrogen flames, International journal of hydrogen energy, 16(1) (1991) 47-53.
[3] B. Butler, M. Denison, B. Webb, Radiation heat transfer in a laboratory-scale, pulverized coal-fired reactor, Experimental thermal and fluid science, 9(1) (1994) 69-79.
[4] F. Steward, K. Guruz, The effect of solid particles on radiative transfer in a cylindrical test furnace, in:  Symposium (International) on Combustion, Elsevier, 1975, pp. 1271-1283.
[5] S.W. Baek, J. Ju Kim, H.S. Kim, S.H. Kang, Effects of addition of solid particles on thermal characteristics in hydrogen-air flame, Combustion Science and Technology, 174(8) (2002) 99-116.
[6] H. Guo, F. Liu, G.J. Smallwood, Ö.L. Gülder, Numerical study on the influence of hydrogen addition on soot formation in a laminar ethylene–air diffusion flame, Combustion and Flame, 145(1-2) (2006) 324-338.
[7] C. Saji, C. Balaji, T. Sundararajan, Investigation of soot transport and radiative heat transfer in an ethylene jet diffusion flame, International Journal of Heat and Mass Transfer, 51(17-18) (2008) 4287-4299.
[8] A. Samanta, R. Ganguly, A. Datta, Effect of CO2 dilution on flame structure and soot and NO formations in CH4-air nonpremixed flames, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 132(12) (2010) 124501.
[9]  S.H. Pourhoseini, M. Moghiman, Experimental and numerical investigation into enhancing radiation characteristics of natural-gas flame by injection of micro kerosene droplets, Journal of Enhanced Heat Transfer, 21(6) (2014).
[10] S.C. Tsai, C.H. Cheng, N. Wang, Y.L. Song, C.T. Lee, C.S. Tsai, Silicon-based megahertz ultrasonic nozzles for production of monodisperse micrometer-sized droplets, IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, 56(9) (2009) 1968-1979.
[11] L. Chybowski, R. Laskowski, K. Gawdzińska, An overview of systems supplying water into the combustion chamber of diesel engines to decrease the amount of nitrogen oxides in exhaust gas, Journal of Marine Science and Technology, 20(3) (2015) 393-405.
 
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 53، شماره 1
فروردین 1400
صفحه 31-40

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار