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CFD analysis of the combustion of natural gas and biogas in a can type combustor
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.22 MB | Adobe PDF |
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Abstract(s)
In this work, a CFD analysis was conducted on pollutant emissions from the combustion
of natural gas and biogas in a can-type combustion chamber. The fuels evaluated
included natural gas, used as a reference, a mixture of natural gas with biogas, and three
types of biogases with distinct compositions, where the percentage of CH4 was
progressively reduced while the percentages of CO2 and N2 increased. Additionally,
considering that biogas may contain oxygen in its composition, two biogases with
different O2 percentages were also analysed. The numerical study was performed using
ANSYS Fluent 2023 R2 software, employing the standard k - e turbulence model and
the P-1 radiation model. The geometry of the combustion chamber was designed using
CATIA V5 software. To evaluate the emissions of chemical species such as CO2, CO, UHC,
and NOx, the detailed combustion mechanism GRI Mech 3.0 was used. The results show
the variation in pollutant emissions as a function of the change in fuel, while maintaining
the initial heat input constant. It was found that the presence of a central recirculation
zone plays a crucial role in pollutant formation, as it contributes to flame stability and
promotes a more efficient air-fuel mixture. With the increase in the percentages of CO2
and N2 in the fuel, a significant reduction in NOx emissions was observed, although
accompanied by an increase in CO2 emissions. Regarding CO and UHC emissions, the
values obtained were nearly zero, although a decreasing trend was identified as the
percentages of CO2 and N2 increased. When O2 was present in the biogas, an increase in
NOx emissions was recorded, while CO2 emissions remained constant. On the other
hand, CO and UHC emissions remained nearly zero, with a slight decreasing trend. It was
concluded that biogas, despite the increase in CO2 emissions, is an alternative to natural
gas, as it not only has a more sustainable and ecological production process but also
results in lower NOx emissions. However, the presence of O2 in biogas did not prove to
be advantageous, as NOx emissions increased and it did not contribute to a significant
reduction in other pollutant gases.
Neste trabalho foi realizada uma análise em CFD das emissões poluentes provenientes da combustão de gás natural e biogás numa câmara de combustão do tipo "can". Os combustíveis avaliados incluíram gás natural, utilizado como referência, uma mistura de gás natural com biogás e três tipos de biogás com composições distintas, nos quais a percentagem de CH4 foi progressivamente reduzida, enquanto as percentagens de CO2 e N2 aumentaram. Adicionalmente, considerando que o biogás pode conter oxigénio na sua composição, foram também analisados dois biogases com diferentes percentagens de O2. O estudo numérico foi realizado com o software ANSYS Fluent 2023 R2, utilizando os modelos de turbulência standard k - e e de radiação P-1. A geometria da câmara de combustão foi desenhada no software CATIA V5. Para avaliar as emissões de espécies químicas, como CO2, CO, UHC e NOx, foi utilizado o mecanismo detalhado de combustão GRI Mech 3.0. Os resultados mostram a variação das emissões poluentes em função da mudança de combustível, mantendo constante a potência térmica inicial. Verificou-se que a presença de uma zona de recirculação central desempenha um papel crucial na formação de poluentes, pois contribui para a estabilidade da chama e promove uma mistura mais eficiente de ar e combustível. Com o aumento das percentagens de CO2 e N2 no combustível, observou-se uma redução significativa nas emissões de NOx, acompanhada, no entanto, por um aumento nas emissões de CO2. Relativamente às emissões de CO e UHC, os valores obtidos foram praticamente nulos, embora tenha sido identificada uma tendência de diminuição com o aumento de CO2 e N2. Quando presente O2 no biogás, registou-se um aumento nas emissões de NOx, enquanto as emissões de CO2 permaneceram praticamente constantes. Por outro lado, as emissões de CO e UHC mantiveram-se praticamente nulas, com uma ligeira tendência para diminuir. Concluiuse que o biogás, apesar do aumento nas emissões de CO2, é uma alternativa ao gás natural, apresentando não só uma formação mais sustentável e ecológica, como também menores emissões de NOx. Contudo, a presença de O2 no biogás não se revelou vantajosa, uma vez que que as emissões de NOx aumentaram e não contribui para uma redução significativa dos restantes gases poluentes.
Neste trabalho foi realizada uma análise em CFD das emissões poluentes provenientes da combustão de gás natural e biogás numa câmara de combustão do tipo "can". Os combustíveis avaliados incluíram gás natural, utilizado como referência, uma mistura de gás natural com biogás e três tipos de biogás com composições distintas, nos quais a percentagem de CH4 foi progressivamente reduzida, enquanto as percentagens de CO2 e N2 aumentaram. Adicionalmente, considerando que o biogás pode conter oxigénio na sua composição, foram também analisados dois biogases com diferentes percentagens de O2. O estudo numérico foi realizado com o software ANSYS Fluent 2023 R2, utilizando os modelos de turbulência standard k - e e de radiação P-1. A geometria da câmara de combustão foi desenhada no software CATIA V5. Para avaliar as emissões de espécies químicas, como CO2, CO, UHC e NOx, foi utilizado o mecanismo detalhado de combustão GRI Mech 3.0. Os resultados mostram a variação das emissões poluentes em função da mudança de combustível, mantendo constante a potência térmica inicial. Verificou-se que a presença de uma zona de recirculação central desempenha um papel crucial na formação de poluentes, pois contribui para a estabilidade da chama e promove uma mistura mais eficiente de ar e combustível. Com o aumento das percentagens de CO2 e N2 no combustível, observou-se uma redução significativa nas emissões de NOx, acompanhada, no entanto, por um aumento nas emissões de CO2. Relativamente às emissões de CO e UHC, os valores obtidos foram praticamente nulos, embora tenha sido identificada uma tendência de diminuição com o aumento de CO2 e N2. Quando presente O2 no biogás, registou-se um aumento nas emissões de NOx, enquanto as emissões de CO2 permaneceram praticamente constantes. Por outro lado, as emissões de CO e UHC mantiveram-se praticamente nulas, com uma ligeira tendência para diminuir. Concluiuse que o biogás, apesar do aumento nas emissões de CO2, é uma alternativa ao gás natural, apresentando não só uma formação mais sustentável e ecológica, como também menores emissões de NOx. Contudo, a presença de O2 no biogás não se revelou vantajosa, uma vez que que as emissões de NOx aumentaram e não contribui para uma redução significativa dos restantes gases poluentes.
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Emissões Poluentes Ansys Fluent Biogás Câmara de Combustão Catia V5 Gas Natural Turbina a Gas