Ön Karışımlı Bir Yakıcıda Kok Fırını Gazı Yanma Karakteristiklerinin Sayısal Olarak İncelenmesi
Numerical Investigation Of Coke Oven Gas Combustion Characteristics In A Premixed Burner
Yazar: Taşdemir, Sezgin; Karyeyen, Serhat; İlbaş, Mustafa
Dergi: Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, Vol. 10 No. 1, 2022
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Kok fırını gazı,yanma,emisyon,ön karışımlı yakıcı ; Coke oven gas,combustion,emission,premixed burner

Her geçen gün daha da artan enerji ihtiyacımızı karşılamak için ülkemizde de çokça bulunan kömür rezervini doğrudan kullanmak, gerek taşınmasının zor olması, gerek büyük hacimli yakıcıya ihtiyaç duyması gerekse de kül, cüruf gibi atıklar bırakması ve özellikle kirletici emisyonlarının fazla olması nedeniyle doğrudan kullanılması elverişli olmayabilir. Oksijensiz ortamda ısıl işleme maruz kalan kömürden elde edilen gazlar ise hem taşınması kolay, hem basit ve küçük yakıcıya ihtiyaç duyması hem de yakma sırasında daha az havaya ihtiyaç duyması ve özellikle daha az kirletici emisyon oluşturması nedeniyle bu gaz yakıtın tüketilmesi daha uygun olacaktır. Bu çalışmada, kömürün koklaştırma yan ürünü olan kok fırını gazının, ön-karışımlı olarak yanma performansı ve emisyon karakteristikleri sayısal olarak incelenmiştir. Kok fırını gazını yakmak için yakıtı ve havayı önceden karıştırırarak yanma odasına gönderen ön-karışımlı bir yakıcı kullanılmıştır. Yanma koşullarında fakir karışım bölgesinde kalınarak hava fazlalık katsayısı λ=1,2 ve λ=1,5 koşullarında yakıt-hava karışımı ön-karışımlı olarak tüketilmiştir. Çalışmada 10 kW güce karşılık gelen yakıt miktarı yanma odasına gönderilmiştir. Ölçümlerin yapıldığı deney düzeneği ANSYS-Fluent ticari kodu ile üç boyutlu olarak modellenmiştir. Yanma modeli olarak GRI-Mech 3.0 kimyasal kinetiği yardımıyla kok fırını gazı ve yanma sonu NO_X tahminleri için 21, 27, 78, 162 ve 239 basamaklı reaksiyonlar oluşturulmasıyla Eddy Dissipation Concept yanma modeline entegre edilerek yanma modellenmesi gerçekleştirilmiştir. Radyasyon modeli olarak P-1 seçilmiş olup, türbülans modelinin etkisini belirlemek için de 3 farklı türbülans modeli kullanılmıştır. Elde edilen sıcaklık ve NO_X profilleri deneysel verilerle karşılaştırılmış ve oldukça iyi bir uyum olduğu saptanmış, 162 basamaklı reaksiyonun yeterli olduğu görülmüştür.

In order to meet our ever-increasing energy needs, it may not be convenient to directly use the coal reserves, which are abundant in our country, because it is difficult to transport, requires large volumes of combustor, leaves wastes such as ash and slag, and especially due to the high pollutant emissions. Gases obtained from coal exposed to heat treatment in an oxygen-free environment, on the other hand, would be more appropriate to consume because it is easy to transport, requires a simple and small burner, and requires less air during combustion, and especially forms less pollutant emissions. In this study, the premixed combustion performance and emission characteristics of coke oven gas, which is a by-product of coal coking, were numerically investigated. A premixed burner pre-mixing the fuel and air, and introducing the mixture to the combustion chamber was used to burn the coke oven gas. The fuel-air mixture was consumed as premixed at excess air ratios of λ=1,2 and λ=1,5 under lean combustion conditions. In the study presented, the amount of fuel corresponding to a power of 10 kW was introduced to the combustion chamber. The experimental setup in which the measurements were made was modeled as three-dimensional through a commercial code ANSYS-Fluent. Combustion modeling was carried out by integrating the Eddy Dissipation Concept into the combustion model by creating 21, 27, 78, 162 and 239-step reactions for the coke oven gas and end-of-combustion NO_X estimations with the help of GRI-Mech 3.0 chemical kinetics as a combustion model. P-1 was chosen as the radiation model, and 3 different turbulence models were used to determine the effect of the turbulence model. The obtained temperature and NO_X profiles were compared with the experimental data and it was determined that there was a satisfactorily good agreement, it was seen that the 162-step reaction was sufficient.