مقالات كنفرانس احتراق ايران

گاز طبيعي جايگزين مطلوبي براي سوختهاي متداول و بهترين راه حل كوتاه مدت براي نيازهاي اقتصادي و زيست محيطي است. براي بهبود فرايند احتراق گاز طبيعي، راههاي گوناگوني وجود دارد. از آن جمله مي توان به غني سازي سوخت با اكسيژن و يا هيدروژن اشاره نمود. در اين بررسي اثرات افزايش هيدروژن بر گاز طبيعي در راكتور پلاگ مورد مطالعه قرار گرفته است. اين راكتور از آن رو انتخاب شده است كه مي توان با آن رفتار برخي از جريانهاي واكنشي و نيز سيستمهاي حرارتي مانند محفظه احتراق توربين گاز را شبيه سازي نمود. نسخه سوم مكانيزم GRI-3.0 براي توصيف سينتيكي واكنش مورد استفاده قرار گرفته است. اين مكانيزم شامل 325 واكنش بنيادي و 53 جزء شيميايي مي باشد كه براي توصيف احتراق متان بهينه سازي شده است.

تحقيق حاضر، مطالعه عددي تاثير انژكتورها بر روي اختلاط و پايداري شعله گاز هيدروژن در جريان هواي مافوق صوت مي باشد. تعداد انژكتور در مدلهاي مورد مطالعه شامل يك انژكتور، دو انژكتور و سه انژكتور است. بدين منظور معادلات حاكم شامل معادلات بقا، جرمي، ناوير استوكس و مدل توربولانس در روش عددي درجه بالا بكار گرفته شده و با در نظر گرفتن شيمي نرخ محدود، حل شده اند. دما، ميدان جريان و ضرايب مولي اجزا در سه مدل تزريق مورد بررسي قرار گرفته اند. با توجه به نتايج بدست آمده مي توان تغييرات شديدي در شكل شعله براي سه مدل مورد بررسي در نتيجه تغييرات شديد در ميدان جريان را مشاهده نمود.

در اين مقاله مدلي يك بعدي و پايا براي احتراق اسپري در محفظه هاي استوانه اي و در شرايط مادون بحراني ارايه شده است. در اين مدل، پس از اختلاط بي نهايت سريع سوخت مايع و اكسنده گازي، احتراق بلافاصله صورت گرفته و تنها مقياس زماني حاكم بر مساله مربوط به تبخير قطرات سوخت خواهد بود. خواص فاز گازي با استفاده از شرايط تعادل محاسبه شده است. با استفاده از اين مدل مي توان در هر نقطه از محفظه احتراق دما و سرعت گاز، قطر و سرعت قطره، نسبت هم ارزي و نيز دبي جرمي گاز و مايع را محاسبه نمود. همچنين با استفاده از اين مدل مي توان پارامترهاي حايز اهميت از نظر طراحي از قبيل طول محفظه، پيشاني شعله و حداكثر دماي گازهاي محفظه احتراق را در زمان محاسباتي معقولي تخمين زد.

مزيت مهم فرايند گاز سازي سوختهاي جامد كربني به گاز سنتز (syngas) نسبت به احتراق مستقيم را مي توان قابليت جداسازي تركيبات خورنده اي كه از واكنش سوختهاي جامد ايجاد مي شوند دانست. در اين فرايند از تزريق هوا و يا اكسيژن به همراه بخار آب به داخل راكتور گازسازي (gasifier) براي گازسازي و احتراق سوخت استفاده مي شود. در اين مقاله شبيه سازي ترموديناميكي اين فرايند در gasifier بستر متحرك، توسط نرم افزار THERMOFLOW به منظور ماكزيمم سازي ارزش حرارتي syngas انجام شده است. مهمترين متغيرهاي موثر در خواص شيميايي و فيزيكي syngas را مي توان ميزان اكسيژن يا هواي ورودي و بخار آب ورودي به gasifier ذكر كرد. شبيه سازي ترموديناميكي اين فرايند نشان مي دهد كه افزايش دبي جرمي هوا و اكسيژن نسبت به دبي سوخت سبب كاهش ارزش حرارتي syngas و افزايش دماي آن مي شود. در حالي كه افزايش دبي جرمي بحار آب ورودي نسبت به دبي جرمي سوخت، سبب كاهش دما مي شود. ولي ارزش حرارتي syngas ابتدا افزايش يافته سپس كاهش مي يابد. بيشترين ارزش حرارتي syngas برابر 17500kj/kg از تزريق اكسيژن به نسبت 0.25 سوخت ورودي و به ازاي نسبت 0.6 دبي جرمي بخار آب به دبي سوخت قابل دستيابي است.

براي بررسي روش اصلاح شيميايي استيله كردن بر روي مقاومت به آتش تخته لايه، لايه هاي راش تهيه و به ابعاد آزموني تبديل و در درون راكتور با طي زمان هاي متفاوت استيله شدند. از لايه هاي تيمار شده، تخته لايه هاي آزموني ساخته شدند و بر اساس استاندارد ISO 11925-3 در معرض شعله مستقيم قرار گرفتند و سپس مدت زمان شعله ور بودن و دوام افروختگي آنها اندازه گيري شد. نتايج حاصل نيز بر اساس طرح آماري كاملا تصادفي متعادل مورد تجزيه و تحليل قرار گرفتند تا موثر بودن تيمار استيله كردن بر روي مقاومت آتش (دوام شعله و افروختگي) مشخص گردد. از آزمون مقايسه ميانگين دانكن نيز براي رتبه بندي پارامترهاي اندازه گيري شده استفاده شد. نتايج مبين تاثير گذار بودن تيمار استيله كردن بر روي شعله و افروختگي بودند. به نحوي كه با افزايش شدت تيمار، دوام شعله در تخته لايه هاي استيله شده بيشتر مي شود، ولي افروختگي آنها كمتر مي گردد. هم چنين مشخص شد كه تخته لايه هاي استيله شده با شعله هاي كوتاه و آبي مي سوزند، در حالي كه تخته هاي تيمار نشده با شدت زياد و شعله زرد رنگ مشتعل مي گردند. در نهايت اين پژوهش حاكي از كندتر سوختن تخته لايه هاي استيله شده در مقايسه با تخته هاي تيمار نشده بود.

در اين مقاله با استفاده از يك روش عددي با دقت درجه دو، به همراه الگوريتم تطبيق شبكه و تعقيب جبهه شاك، به شبيه سازي دتونيشن گازي در يك كانال پرداخته شده است. مدل سينتيكي بكار رفته، مدل يك مرحله اي آرنيوسي است. آغاز دتونيشن با استفاده از مدل موج بلست صفحه اي به عنوان يك شرط اوليه انجام گرفته است. سپس اين موج بلست يك بعدي، توسط اغتشاشي در چگالي، كه در جلوي موج بلست قرار داده شده ناپايدار گرديده است. با انتشار دتونيشن در ماده نسوخته، جبهه دتونيشن دو بعدي در كانال شكل گرفته است. اين جبهه كه شامل نقاط سه گانه، امواج عرضي، موج وابسته و موج اصلي ماخ است مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين ساختار سلولي كه از دنبال كردن مسير نقاط سه گانه حاصل مي شود بدست آمده است.

درمقاله حاضر يك مدل رياضي براي شبيه سازي كوره Texaco downflow entrainment ارايه مي شود كه در آن از پسماند فرايند coal liquefaction و دوغاب ذغال سنگ - آب به عنوان خوراك فرايند استفاده مي شود. تغييرات دماو غلظت در طول كوره با استفاده از حل معادلات جرم و انرژي و با در نظر گرفتن سينتيك واكنشهاي گازسازي و احتراق مدل سازي شده اند. حاصل اين مدل سازي يك برنامه كامپيوتري در بستر نرم افزار MATLAB مي باشد كه در دانشگاه شريف توسعه داده شده است. نتايج بدست آمده از حل اين برنامه در شرايط عملياتي مختلف با نتايج حاصل از عملكرد صنعتي سك واحد عملياتي از شركت Texaco مقايسه شده است. نتايج حاصل از مدل سازي حاضر بسيار نزديك به اطلاعات تجربي مي باشند. همچنين محاسبات نشان ميدهد كه براي احتراق مستقيم ذغال سنگ مقدار نسبت O₂/Fuel بايد در حدود 3.5 باشد. در چنين شرايطي كل گازهاي سنتز به طور كامل به H₂O, CO₂ تبديل مي شوند. در شرايطي كه بيشترين ميزان گازهاي سنتز با بيشترين ارزش حرارتي مورد نياز باشد محدوده بهينه براي نسبت Steam/Fuel بر طبق محاسبات معادل 0.3-0.6 مي باشد.

در اين مطالعه روشي الگوريتمي براي تحليل و ساده سازي مكانيزم هاي شيميايي كامل (Detailed) توسعه يافته است. در اين روش اهميت نسبي اجزا شيميايي و واكنشهاي بنيادي (Elementary) با استفاده از آناليزهاي جريان واكنش و حساسيت شناسايي شده و با حذف اجزا و واكنشهاي زايد از مكانيزم كامل، مكانيزم كوچكتري موسوم به مكانيزم اسكلتي (Skeleti) ايجاد مي گردد كه همچنان شامل واكنشهاي بنيادي است. روش مزبور در مورد احتراق گاز طبيعي در راكتور كاملا آميخته يا (Perfectly-Stirred Reactor) PSR مورد مطالعه قرار گرفته و با استفاده از آن علاوه بر شناسايي اجزا و مسيرهاي واكنشي مهم، ابعاد مكانيزم و حجم زمان محاسبات به نحو چشمگيري تقليل يافته است.

در اين پژوهش تاثير استيلاسيون بر روي رفتار حرارتي لايه هاي راش مورد مطالعه قرار گرفت. لايه هاي راشن در شرايط اتمسفري و درون آون در دماي 120^oC با انيدريد استيك و بدون حضور كاتاليست، در طي زمان هاي 15، 30، 60، 90 و 1020 دقيقه تيمار شدند. درصد افزايش وزني (WPG) لايه ها به عنوان شاخص شدت تيمار استيلاسيون 1.24%، 9.01%، 11.49%، 13.15% و 17.81% به دست آمد. لايه هاي تيمار شده و تيمار نشده براي بررسي رفتار حرارتي توسط دستگاه آناليز حرارتي هم زمان (STA) مورد آزمون قرار گرفتند و نمودارهاي وزن سنجي حرارتي (TGA) و آناليز حرارتي ديفرانسيلي (DTA) آنها ثبت گرديد. نتايج DTA نشان دادند كه كليه نمونه ها داراي دو پيك گرمازا مي باشند و با افزايش شدت تيمار استيلاسيون نقطه شروع اشتعال نمونه هاي استيله شدن در پيك گرمازاي اول نسبت به نمونه هاي استيله نشده (شاهد) در دماي بالاتري قرار دارد، ضمن اين كه اشتعال آنها انرژي نسبتا كمتري آزاد مي كند، ولي نمونه هاي استيله شدن ديرتر به پيك گرمازاي دوم مي رسند و انرژي بيشتري نسبت به نمونه شاهد آزاد مي كنند. بررسي نمودارهاي TGA نشان داد كه با افزايش شدت تيمار، تخريب حرارتي نمونه هاي استيله شده در دماهاي بالاتري نسبت به نمونه هاي تيمار نشده روي مي دهد. كاهش جرم در نمونه شاهد در دماي كمتر و با سرعت بيشتري صورت مي گيرد، در حالي كه با افزايش شدت تيمار استيلاسيون كاهش جرم ديرتر و در دماي بالاتري اتفاق مي افتد.

در اين مقاله اندازه گيري موضعي دوده شعله سوخت مايع به روش جمع آوري بر روي فيلتر در يك كوره آزمايشگاهي براي زوايا و الگوهاي مختلف پاشش سوخت مطالعه شده است. اندازه گيريهاي دوده براي زواياي پاشش سوخت 30 و 45 و 60 درجه، الگوي پاشش مخروط توخالي و مخروط تو پر و براي نسبتهاي سوخت به هواي مختلف انجام شده است. اندازه گيري دماي شعله توسط ترموكوپل ديجيتالي نوع S انجام گرفته است. نتايج نشان مي دهد با وجوديكه ماكزيمم غلظت دوده توليد شده در شعله با افزايش زاويه پاشش زياد مي شود، مقدار دوده خروجي از كوره به دليل افزايش آميختگي و بالا رفتن نرخ احتراق كاهش مي يابد. همچنين نتايج نشان مي دهد كاربرد الگوهاي مختلف پاشش سوخت به صورت مخروط توخالي و مخروط توپر بر چگونگي توزيع و مقدار دوده موثر است. بطرويكه در الگوي پاشش مخروط توپر تمركز بيشترين توليد دوده در روي محور مركزي صورت مي گيرد. در صورتيكه در الگوي پاشش مخروط توخالي تمركز دو.ده خارج از محور مركزي كوره اتفاق مي افتد و ماكزيمم دوده توليد شده در الگوي مخروط تو خالي بيشتر است. براي هر الگوي پاشش سوخت محل ماكزيمم مقدار غلظت دوده با افزايش زاويه پاشش به محل نازل سوخت نزديكتر شده است.

يكي از پارامترهاي موثر بر عملكرد موتورهاي انژكتوري و ميزان آلاينده هاي خروجي از آنها، تعيين مكانيسم زماني پاشش و زمان مناسب براي پاشش در هر كدام از مكانيسم ها مي باشد. زمان پاشش سوخت بطور مستقيم بر چگونگي تبخير سوخت، اختلاط هوا و سوخت، ميزان تشكيل فيلم مايع در پورت و ميزان سوخت وارد شده به سيلندر تاثير گذاشته و بر اين اساس نقش مهمي در عملكرد مناسب موتور و كنترل ميزان آلاينده هاي خروجي بخصوص HC ايفا مي كند. در اين مقاله تاثير زمان پاشش سوخت در مكانيسم زماني ترتيبي، با استفاده از مدل ايجاد شده از موتور XU7JP-L3 (مورد استفاده درخودرو سمند) در كد مهندسي Wave و با استفاده از مدل انژكتور پالس ويدس بررسي مي شود و با نتايج تست موتور در حالت تمام بار و نيمه بار مقايسه مي شود. دقت مدلسازي با استفاده از داده هاي حاصل از تست گرم موتور تاييد شده و تطابق زيادي را با داده هاي واقعي موتور نشان مي دهد. با توجه به ميزان گشتاور موتور و آلاينده هاي خروجي از موتور، زمان بهينه پاشش در سرعت ها و بارهاي مختلف بدست مي آيد.

احتراق ذرات كروي آلومينيوم در شرايط فشار ثابت با تشكيل شعله پايدار انجام شده و رژيمهاي سينتيك - ديفيوژن در احتراق آلومينيوم مشاهده گرديد. افزايش درصد اكسيژن باعث افزايش سرعت سوزش ذرات و كاهش حجم حفره هاي احتراق نيافته گرديده و تعويض گاز بستر نيتروژن با آرگون، نرخ احتراق ذرات را افزايش مي دهد. كاهش قطر ذرات شدت احتراق را افزايش داده و باعث انجام احتراق در فاز گاز مي گردد. ضمن بررسي و تحليل تاثير پارامترهاي مختلف بر رفتار احتراق ابر ذرات آلومينيوم، رابطه سرعت سوزش بر حسب غلظت ذرات بدست آمده است.

علاوه بر اثر شرايط محيطي، از عوامل مهم و تاثير گذار بر عملكرد توربين هاي گازي، نوع سوخت مصرفي در آنها است. نوع سوخت با اعمال اثر بر دبي محصولات احتراق و خواص محصولات احتراق بر توان خروجي، راندمان و انرژي گازهاي خروجي از اگزوز اثر بسيار دارد. به علاوه مقدار آلاينده هاي موجود در محصولات احتراق خروجي از اگزوز به نوع سوخت بستگي دارد. در اين مقاله با استفاده از يك روش ديفرانسيلي ساده و بدون نياز به منحني هاي مشخصه توربين و كمپرسور اثر گاز طبيعي و گازوييل بر توان خروجي، راندمان و انرژي گازهاي خروجي از اگزوز توربين گاز با دقت كافي محاسبه شده و با استفاده از يك روش تقريبي مقدار NO_x موجود در محصولات احتراق خروجي بدست مي آيد. نتايج بدست آمده با نتايج تست كارايي و اندازه گيري NO_x خروجي يك نوع توربين گازي مقايسه گرديده است.

در اين مقاله اعمال و روش هاي مديريتي بهينه سازي مصرف انرژي به همراه به كارگيري روش هاي فني براي بهبود كارايي مصرف انرژي در كوره هاي سوخت فسيلي معرفي شده است. پارامترهاي تاثيرگذار بر عملكرد يك كوره سوخت فسيلي از نقطه نظر مصرف انرژي متعدد است. از سوي ديگر بسياري از اين پارامترها، در ارتباطي نزديك، بر يكديگر تاثير گذاشته و از يكديگر تاثير مي پذيرند. تاثيرگذاري عوامل موثر كوره بر يكديگر، گاه آنچنان نزديك، متقابل و فراگير است كه تعيين اولويت براي انجام اقدامات بهينه سازي مصرف انرژي با مشكل رو به رو مي شود. براي نمونه كيفيت نامطلوب محصولات توليدي، مي تواند ناشي از عوامل مختلفي چون: مشخصات نامناسب سوخت و مواد اوليه، انتقال حرارتا ضعيف در كوره، نبود كنترل يا كنترل ناكاراي عملكرد كوره و … باشد. همچنين نارسايي عملكرد يكي از سيستم هاي تشكيل دهنده كوره، عملكرد ديگر سيستم ها را تحت شعاع قرار مي دهد. براي نمونه عملكرد نابهينه سيستم احتراق كوره، باعث افزايش مصرف سوخت و هزينه هاي مربوطه، كاهش بازده توليد، كاهش كيفيت محصولات توليدي افزايش گازهاي آلاينده محيط زيست و … مي گردد.

براي رسيدن به كاهش آلودگي NO_x تا ميزان 30ppm، تكنيك هاي كاهش NO_x براي پايين آوردن دماي نوك شعله و موجود بودن اكسيژن از طريق افزايش رقيق كننده هاي متعدد در فرايند احتراق اجرا گرديده است. اين امر از طريق توسعه يك كلاس جديد از مشعلها با عنوان LNB انجام گرديده است.
بعنوان قانون جديد ابلاغ شده كه مطابق استاندارد لايه ازن از CAA مي باشد. تحقيق احتراق روي توسعه يك كلاس پيشرفته از LNB كه به نام ULNB مي باشد، متمركز گرديده است. اهداف تحقيق توليد مشعلهايي كه آلودگي NO_x را تا اعداد يك رقمي (كمتر از 10PPM حجمي در ازاي 3% اكسيژن) كاهش داده و شدت آلودگي CO را كاهش مي دهد، مي باشد. ULNBها مخصوصا براي سوختن سوختهاي گازي، مانند گاز طبيعي، كه ذاتا از باندهاي نيتروژن عاري مي باشند، طراحي گرديده اند. نتايج و موفقيتهاي آنها، بوسيله تكنيكهاي چگونگي كاهش توليد NO_x كه مي تواند منجر به كاهش تشكيل سريع حرارتي NO_x بدون اثر پايين آوردن بازدهي شوند، اندازه گيري مي شود.
ساختمان و تركيب يك واحد جديد Coker در يك پالايشگاه نفت براي كاهش NO_x در نظر گرفته شده است. براي رسيدن به كاهش مورد نياز، پالايشگاه اقدام به احداث و اضافه نمودن گرم كننده هاي (heater) متعدد نفت خام با مشعلهاي با NO_x فوق العاده پايين نموده است. اضافه نمودن مشعلهايي براي كاهش NO_x يك سلسله رقابت بي مانندي را براي مصرف كنندگان و فروشندگان مشعل ها پديده آورده است. از آنجايي كه عملكرد مشعلهاي متعارف و معمولي در گرم كننده هاي فعلي رضايت بخش مي باشد، نصب مشعلهاي با NO_x فوق العاده پايين مي تواند بسبب انتشار فعل و انفعالات مشعل به مشعل به كوره رقابت بيشتر را ثابت كند. علاوه بر آن، اين مشكلات معمولا تا زمانيكه مشعل هاي جديد نصب نشده اند، به چشم نمي آيد.
مدل سازي به يك ابزار حياتي در طراحي و توسعه مشعل هاي NO_x فوق العاده پايين امروزي در صنايع هيدروكربني و فرايندهاي شيميايي تبديل شده است. بعنوان يك تكنيك پيشرفته حل مشكل، مدل سازي ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) و جريان سرد فيزيكي بصورت موفقيت آميزي در حل مسايل و مشكلات بوجود آمده با افزودن مشعل با NO_x فوق العاده پايين مورد استفاده قرار مي گيرد.
در تحقيق و پژوهش حاضر توسط مهندسان (CFD)، ارايه دهندگان و فروشندگان مشعل، مدلسازي محفظه هواي با فشار فوق جو (تهويه اجباري) را پس از نصب جهت تعيين مشكلات احتمالي كه در حالات واقعي بهره برداري استفاده كنندگام از كوره ها پديده مي آيد، انجام گرديده است. پس از نصب، اپراتورهاي كوره، با مسايل و مشكلات غير منتظره همراه با شعله هاي با امواج و ضربانهاي (جهش هايي) طولاني متناوب كه به تيوبهاي فرايند برخورد مي نمايد، مواجه شده اند. جريان هواي متغير در محفظه هوا در فشار فوق جو مشعل، دهانه مشعل و كوره از جمله مسايل پديد آمده، اثبات شده اند.
گروه مدل سازي فروشندگان مشعل هم از مدل سازي CFD و هم از مدل سازي فيزيكي براي تشخيص و برطرف كردن اين مسايل و مشكلات، بهبود و اصلاح بهره برداري از كوره هاي مصرفي و تامين يك شعله يكنواخت، آبي و تميز مانند شكل شماره 1 كمك گرفته اند.
علاوه بر آن، كار ارايه شده در اينجا، علاوه بر كار مدل سازي، كمك به بهبود و اصلاح بهره برداري كوره نيز مي باشد.