Sentetik gaz yakıtların yanma karakteristiklerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of combustion characteristics of synthetic gases
Yazar: HARUN YILMAZ
Danışman: PROF. DR. İLKER YILMAZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Sentetik gazların değişken gaz bileşimi, pratik yakıcılarda karşılaşılan işletme şartlarında ilgili yakıtların yanma karakteristiklerinin ve alev davranışlarının kapsamlı bir şekilde incelenmesini gerektirir.
Bu tez çalışmasında öncelikli olarak, farklı oranlarda CNG/H2/CO/CO2 içeren sentetik gaz karışımlarını, geniş bir çalışma şartı aralığında herhangi bir alev kararsızlığına (alev geri tepmesi, alev sönmesi, vuruntu veya termo-akustik kararsızlıklar) sebebiyet vermeden yakabilecek bir yakıcı sistemi tasarlanmış ve imal ettirilmiştir. Daha sonra, bu yakıcı sisteminde sentetik gaz yanma ve emisyon davranışına yakıt kompozisyonu, swirl (girdap) sayısı ve eşdeğerlik oranının etkileri; eksenel ve radyal sıcaklık, NOx, CO ve CO2 dağılımları belirlenerek deneysel olarak incelenmiştir. Gaz kompozisyonları belirlenirken H2/CO oranı yüksek, orta ve düşük ısıl değer sağlayacak şekilde, üç farklı değerde sabit tutulmuş ve her bir gaz karışımı farklı oranlarda CO2 ile seyreltilmiştir. Son olarak, yakıcı içerisindeki akustik sınır şartlar yanma odası kollarına yerleştirilmiş hoparlörler vasıtasıyla 0-300 Hz aralığında frekansa sahip ses dalgaları oluşturularak değiştirilmiş ve bu şartlar altında saf CNG, CNG/H2 ve CNG/H2/CO karışımlarının alev davranışları; anlık alev görüntüleri, ışık yoğunluğu ve basınç profilleri incelenerek belirlenmiştir. Bu çalışma sonucunda, gaz kompozisyonu ve swirl sayısına bağlı olarak sentetik gazların üretilen yakıcıdaki kararlı çalışma aralıkları, sentetik gaz bileşenlerinin yanma karakteristiklerine etkileri ve haricen uyarılmış akustik şartlarda sentetik gazların alev davranışları tespit edilmiştir.

Abstract:
Gas composition diversity of synthetic gases necessitates comprehensively examination of flame characteristics and flame behavior of respective fuels at operating conditions encountered in practical burners.
In this thesis study, primarily, a burner system which can combust synthetic gas mixtures that contain varying amount of CNG/H2/CO/CO2 over a wide operating condition range without causing any flame instability (flashback, blowout, auto-ignition or thermo-acoustic instabilities) was designed and manufactured. Then, in this burner system, effects of gas combustion, swirl number and equivalence ratio on combustion and emission behavior of synthetic gas flames were experimentally investigated by determining axial and radial temperature, NOx, CO and CO2 distributions. While determining gas compositions, H2/CO ratio was kept constant at three different value which could provide high, moderate and low heating value, and each gas mixture was diluted with varying amount of CO2. Lastly, acoustic boundary conditions of the burner was modified via side arm mounted loud speakers by creating sound waves with frequencies in the range of 0-300 Hz and under these conditions, flame behavior of pure CNG, CNG/H2 and CNG/H2/CO mixtures were determined by investigating instantaneous flame images, pressure and luminous intensity profiles. As a result of this study, stable operating range of tested synthetic gas mixtures in respective burner based on the gas composition and swirl number, effects of synthetic gas constituents on flame characteristics, and flame behavior of synthetic gases under externally excited acoustic conditions were determined.