Oksijenle zenginleştirilen sentetik gaz yakıtların yanma kararsızlığının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of combustion instabilityof oxygen enri̇ched synthetic gas fuels
Yazar: BUĞRAHAN ALABAŞ
Danışman: PROF. DR. İLKER YILMAZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Sivil Havacılık = Civil Aviation

Özet:
Oksijence zenginleştirme prosesleri, günümüzde yakma sistemlerinde baca gazı emisyonunun azaltılmasında önemli bir yer tutmaktadır. Diğer taraftan oksijence zenginleştirmenin alevde meydana getirdiği kararlılık değişimleri, bu işlemin endüstriyel uygulamalardaki kullanımını kısıtlamaktadır. Kirletici emisyonların azaltılmasında önemi bilinen oksijence zenginleştirme sürecinde, yaşanan kararsızlıkların belirlenmesi ve hidrokarbon içeren yakıt karışımlarında bu kararsızlıkların oluşum şartlarının belirlenmesi büyük önem taşımaktadır.

Bu tez çalışmasında, metan gazı içerisine farklı oranlarda H2, CO ve CO2 gazları ilave edilerek, yakıt karışımlarının oksijence zenginleştirme performansları, farklı zorlayıcı frekanslardaki yanma kararsızlıkları ve yanma sonu emisyonları tespit edilmiştir. Ön karışımlı ve girdap destekli, bir yanma akustik odada yapılan deneylerde öncelikle CH4 içerisine ilave edilen farklı gazların oksijence zenginleştirme limitine olan etkisi tespit edilmiştir. Bu limitler içerisinde yakıt karışımları oksijence zenginleştirilerek yakılmış ve yanma akustik odada yakıcı kollarındaki hoparlörlerin ürettiği frekanslarda alev zorlanmıştır. Alevde meydana gelen kararsızlıklar; dinamik basınç, statik basınç, ışık şiddeti ve alev görüntülerinde meydana gelen değişimlere göre değerlendirilmiştir. Ayrıca test edilen bütün yakıt karışımlar için baca gazı emisyon ölçümleri yapılmıştır. Deneysel sonuçlar; oksijence zenginleştirmenin CO emisyonlarını oldukça azalttığı,
NOx emisyonlarında bir miktar artışa neden olduğunu göstermiştir. Ayrıca CH4/CO2 karışımında alev kararlığını artıran oksijence zenginleştirme, CH4/H2 ve CH4/H2/CO alevlerinde kararsızlıklara sebep olmuştur.

Abstract:
Oxygen enrichment processes has an important role in reducing flue gas emissions in combustion systems today. However, the stability changes caused by the oxygen enrichment in the flame structure restrict the use of this process in industrial applications. It carries great importance to determine the formation conditions of the instabilities in the process of enrichment with oxygen, especially in hydrocarboncontaining fuel mixtures, in reducing pollutant emissions.

In this thesis study, the oxygen enrichment performances, combustion instabilities at different forcing frequencies and flue gas emissions of the fuel mixtures were determined by adding different proportions of H2, CO and CO2 gases into methane gas. In the experiments performed in a thermo-acoustic combustion chamber with premixed and swirl support. The effect of different gases addition into CH4 on the oxygen enrichment limit was determined. Within these limits, the fuel mixtures were enriched with oxygen and burned, and the flame was forced by the acoustic frequencies generated by the speakers located arms of the chamber. Instability in flame were evaluated, according to dynamic pressure, static pressure, luminous intensity and changes in flame images. In addition, flue gas emission measurements were made for all fuel mixtures tested. Experimental results; It has shown that enrichment with oxygen significantly reduces CO emissions and causes a slight increase in NOx emissions. In addition, the oxygen enrichment, which increases the flame stability in the CH4/CO2 mixture, caused instability in the CH4/H2 and CH4/H2/CO flames.