Dissertação

{pt_PT=Fuel Flexibilization of a Small Scale Low-Swirl Burner for Biogas and Hydrogen} {} EVALUATED

{pt=As atuais preocupações ambientais têm levado a maiores restrições de emissões e a uma maior procura de métodos capazes de conseguir baixos níveis de emissões e de incorporar combustíveis mais ecológicos, como o biogás. Estes devem, idealmente, ser capazes de estabilizar chamas mais pobres, com o objetivo de reduzir as emissões de NOx. O desenvolvimento das chamas em swirl, um desenho baseado na adição de rotação ao escoamento, vem sendo aperfeiçoado há décadas, e originou o queimador de low-swirl (LSB, Low-swirl burner). Apesar de terem sido feitos vários estudos acerca da escalabilidade e adaptabilidade a novos combustíveis, a maioria dos trabalhos utilizou queimadores de maior potência e maiores dimensões. Este trabalho pondera a utilização de um queimador menor e avalia os limites de estabilidade para diversas composições de combustíveis com biogás e hidrogénio. Os testes mostraram que chamas enriquecidas com hidrogénio exibem blow-off a razões de equivalência menores que chamas de metano, baixando-se o limite de uma gama de 0.75 a 0.85 para 0.6 a 0.7. Além disso, mostrou-se que as anteriores são menos afetadas pela adição de CO2 que estas últimas, permitindo uma queima abaixo de Φ=0.6. Ademais, estimativas de emissões para chamas ideais mostraram uma quebra nos níveis de emissões de NOx para condições pobres. Estimou-se uma redução das emissões em cerca de 80% numa redução de Φ de 1 para 0.8, e uma redução adicional para metade para um combustível base de 60/40% de CH4 /CO2. A adição de hidrogénio não mostrou um impacto significativo nas emissões. , en=The current environmental concerns have led to increased restrictions on emissions and a higher demand of methods capable of achieving both lower pollutant emission levels and incorporating environmentally friendly fuels such as biogas. These should ideally be able to stabilize flames under leaner conditions, with the goal of lowering the NOx emission levels. Development of swirled flames, a design based on adding rotation to the flow, has been ongoing for decades, and has eventuated the low-swirl burner (LSB) design. Although several studies have been made on the scalability and fuel flexibility of the design, most previous work has focused on higher thermal loads and larger burners. This study ponders the possibility of using a smaller burner and evaluates the stability limits for different compositions of biogas and hydrogen as fuel. Tests showed that hydrogen-enriched flames exhibited blow-off at lower equivalence ratios than methane flames, lowering the lean blow-off limit from a range of 0.75 to 0.85 to values of 0.6 to 0.7. In addition, it was shown the former are less affected by the addition of CO2 than the latter, allowing for burning at equivalence ratios under 0.6. Furthermore, emissions estimates for ideal flames showed a drop in NOx levels for leaner conditions. A drop from a Φ of 1 to 0.8 was estimated to drop NOx emissions by roughly 80%, and emissions drop even further to about half for a base fuel with a 60/40% split of CH4 and CO2. Hydrogen addition was shown not to significantly impact emissions.}
{pt=Queimador Low-Swirl, Biogás, Hidrogénio, en=Low-Swirl Burner, Biogas, Hydrogen}

Novembro 6, 2020, 9:0

Orientação

ORIENTADOR

Edgar Caetano Fernandes

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Filipe João Marques Quintino

Centro IN+

Investigador Auxiliar