Podstawą przedstawionej w pracy analizy procesu spalania niskokalorycznych paliw gazowych w modelowej komorze spalania turbiny gazowej były przeprowadzone przez autora badania eksperymentalne i obliczenia numeryczne. Na bazie uzyskanych rezultatów badań oraz przeprowadzonej analizy literatury można stwierdzić, że zakładane przez autora cele pracy zostały osiągnięte. Można także sformułować następujące wnioski:
spalanie gazów niskokalorycznych ma istotny wpływ na środowisko naturalne poprzez obniżenie emisji tlenków azotu;
utylizacja gazów o nienormatywnych składach chemicznych zawierających metan poprzez ich kontrolowane utlenianie (spalanie) stanowi mniejsze obciążenie dla środowiska naturalnego;
przeprowadzone przez autora obliczenia numeryczne z wykorzystaniem dostępnych w programie Ansys Fluent modeli i mechanizmów mogą stanowić podstawę do projektowania komór spalania turbin gazowych;
wypracowana przez autora metoda prowadzenia obliczeń oparta o dostępne modele obliczeniowe charakteryzuje się dużą dokładnością oraz krótkim czasem obliczeń;
badania eksperymentalne układów w małej skali mają istotne znaczenie w procesie projektowania urządzeń technicznych.
Tezy pracy, przedstawione w rozdziale 2.2 zostały potwierdzone, a więc:
1. Możliwe jest uzyskanie stabilnego płomienia podczas spalania paliw niskokalorycznych w szerokim zakresie parametrów operacyjnych, takich jak skład molowy paliwa oraz współczynnik nadmiaru powietrza.
2. Możliwe jest spalanie gazów ziemnych o różnym składzie molowym z wykorzystaniem jednej geometrii palnika, bez znaczących modyfikacji.
3. Możliwe jest zastosowanie obliczeń CFD do modelowania procesu spalania gazów niskokalorycznych w turbinach gazowych przy ograniczonej sprzętowo wersji oprogramowania.
87
Pomimo osiągnięcia zakładanych celów oraz potwierdzania zakładanych tez pracy, zaproponować można dalsze prace, które pozwolą na dopracowanie geometrii palnika na potrzeby spalania np. gazów syntezowych. W tym celu autor proponuje:
wykonanie badań rozkładu prędkości w procesie spalania dla paliwa Metan-50;
wykonanie badań eksperymentalnych spalania mieszaniny metanu z dwutlenkiem węgla (paliwa CO2-10 oraz CO2-10);
wykonanie badań eksperymentalnych spalania gazów syntezowych.
88
Bibliografia
[1] Ministerstwo Gospodarki, „Polityka energetyczna Polski do 2030 roku,” Warszawa, 2009.
[2] Urząd Regulacji Energetyki, [Online]. Available: http://www.ure.gov.pl/pl/prawo/prawo-wspolnotowe/dyrektywy.
[3] Główny Urząd Statystycny, [Online]. Available:
http://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/srodowisko-energia/energia/zuzycie-paliw-i-nosnikow-energii-w-2013-r-,6,8.html.
[4] Biuro Bezpieczeństwa Narodowego, „Analiza nt. wielkości strat w przesyle energii elektrycznej w Polsce,” Warszawa, 2012.
[5] Państwowy Instytu Geologiczny, [Online]. Available:
http://geoportal.pgi.gov.pl/css/surowce/images/2013/mapy/large/large_7.jpg.
[6] Państwowy Instytu Geologiczny, [Online]. Available: http://www.pgi.gov.pl/pl/instytut-geologiczny-surowce-mineralne/gaz-lupkowy/4730-gaz-lupkowy-ilustracje.html.
[7] W. Kordylewski, Spalanie i paliwa, Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2005.
[8] M. Witt i G. P., „Numerische Untersuchung von laminaren Methan/Luft-Vormischflammen,”
PSI-Report TM-50-00-07, 2000.
[9] A. Kowalewicz, Podstawy procesów spalania, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2000.
[10] D. Dandy, 2015. [Online]. Available: http://navier.engr.colostate.edu/~dandy/code/.
[11] W. C. Reynolds, STANJAN, Stanford University, 1988.
[12] T. J. Chmielniak, A. Rusin i K. Czwiertnia, Turbiny gazowe, Wrocław: Zakład Narodowy im.
Ossolińskich, 2001.
[13] J. Beeckmann, N. Chaumeix, P. Dagaut, G. Dayma, F. Egolfopoulos, F. Foucher, P. de Goey, F.
Halter, A. Konnov, C. Mounaim-Rousselle, H. Pitsch, B. Renou, E. Varea i E. Volkov,
„Collaborative Study for Accurate Measurements of Laminar Burning Velocity,” w European Combustion Meeting, Lund, 2013.
[14] J. Chomiak, Podstawowe problemy spalania, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1977.
[15] J. F. Yu, R. Yu, X. S. Bai, B. R. J. M., J. A. van Oijen i L. H. P. de Goey, „Numerical study of heat transfer and flame stabilization of laminar premixed flames an-chored to heat-flux burner,”
w European Combustion Meeting, Lund, 2013.
89
[16] W. B. Weng, Z. H. Wang, Y. He, Y. J. Zhou, J. H. Zhou i K. F. Cen, „H2/CO Laminar Burning Velocity Measurement Using Teflon Coated Heat Flux Burner,” w European COmbustion Meeting, Lund, 2013.
[17] J. Beeckmann, „Uncertainties in spherical flame measurements: a collaborative study,” w LBV Laminar Burning Velocity, Rouen, 2015.
[18] G. Damkohler, The effect of turbulence on the flame velocity in gas mixtures, Washington:
National Advisory Committee for Aeronautics, 1947.
[19] T. Dobski, Spalanie gazów ziemnych o dużej zawartości azotu w urządzeniach przemysłowych, Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2001.
[20] A. H. Lefebvre i D. R. Ballal, Gas Turbine Combustion. Alternative Fuels and Emissions., Boca Raton: CRC Press, 2010.
[21] B. Karlovitz, D. W. Denniston, D. H. Knapschaefer i F. E. Wells, „Studies on Turbulent Flames,”
Symposium (International) on Combustion, tom 4, pp. 613-620, 1953.
[22] R. Borghi, „On the structure and morphology of turbulent premixed flames,” w Recent Advances in Aeronautical Science, New York, Plenum Press, 1985, pp. 117-138.
[23] A. H. Lefebvre i D. R. Ballal, „The Structure and Propagation of Turbulent Flames,” Proceedings of the Royal Societ of London. Series A, tom 344, nr 1637, pp. 217-234, 1975.
[24] G. P. Smith, D. M. Golden, M. Frenklach, N. W. Moriarty, B. Eitenner, M. Goldenberg, C. T.
Bowman, R. K. Hanson, S. Song, W. C. J. Gardiner, V. V. Lissianski i Z. Qin, „GRI-MECH 3.0,”
[Online]. Available: http://combustion.berkeley.edu/gri-mech/.
[25] Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami, „Wartości opałowe (WO) i wskaźniki emisji CO2 (WE) w roku 2012 do raportowania w ramach Wspólnotowego Systemu Handlu Uprawnieniami do Emisji za rok 2015,” Warszawa, 2014.
[26] J. Jarosiński, Techniki Czystego spalania, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1996.
[27] R. K. Wilk, Low-emission Combustion, Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2002.
[28] Y. B. Zeldowicz, „The oxidation of nitrogen in combustion and explosion,” Acta Physicochimica, tom 24, nr 4, pp. 577-628, 1946.
[29] C. P. Fenimore, „Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames,” Symposium on Combustion, tom 13, nr 1, pp. 373-380, 1971.
[30] B. Gradoń i J. Tomeczek, „Prediction of N2O and NH3 in Fuel-Rich Gaseous Flames,”
Combustion and Flame, tom 126, nr 4, pp. 1856-1859, 2001.
[31] J. Tomeczek i B. Gradoń, „The role of N2O and NNH in the formation of NO via HCN in hydrocaron fuels,” Combustion and Flame, tom 133, nr 3, pp. 311-322, 2003.
[32] R. Stone, Introduction to Internal Combustion Engines, London: Macmillan Press LTD, 1999.
[33] J. Ferguson i A. Kirpatrick, Internal Combustion Engines, John Willey, 2000.
90
[34] K. Wuelfer, Einfluss der Ladungswechselcharakteristik auf die Verbrennung von Gasmotoren, Praca doktorska, Technische Universitat Munchen, 2014.
[35] M. B. Linck, A. K. Gupta, G. Bourhis i K. Yu, „Combustion Characteristics of Pressurized Swirling Spray Flame and Unsteady Two-Phase Exhaust Jet,” w 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, 2006.
[36] R. Jankowski, Badania spalania gazów ziemnych w powietrzu o podwyższonej temperaturze i ciśnieniu w przepływie z silnym zawirowaniem, Poznań: Praca doktorska na Politechnice Poznańskiej, 2010.
[37] [Online]. Available: http://www.power-technology.com/projects/rifaa/rifaa2.html.
[38] V. Bellucci, D. Nowak, W. Geng i C. Steinbach, „On the Use of Thermoacoustic Analysis for Robust Burner Design,” Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, tom 130, 2008.
[39] T. Dobski, R. Jankowski i R. Ślefarski, „Badania stabilności płomienia w palniku turbiny GT8C,”
Raport Politechniki Poznańskiej 56-371/04, 2006.
[40] J. Chomiak, Combustion: a study in theory, fact and application, Montreux: Abacus Press, 1990.
[41] H. I. H. Saravanamuttoo, G. F. C. Rogers i H. Cohen, Gas Turbine Theory, Essex: Pearson Prentice Hall, 2001.
[42] F. Rinaldi and B. Najafi, "Temperature Measurements in WTE Boilers Using Suction Pyrometer," Sensors, 15 11 2013.
[43] Dantec Dynamic, [Online]. Available: http://www.dantecdynamics.com/educational-slideshows.
[44] „http://www.cantera.org/docs/sphinx/html/index.html,” [Online].
[45] „http://www.reactiondesign.com/products/chemkin/chemkin-pro/,” [Online].
[46] T. Dobski, Combustion Gases in Modern Technologies, Poznań: Publishing House of Poznan University of Technology, 2011.
[47] T. Giampaolo, Gas Turbine Handbook: Principles and Practices, Boca Raton, 2006.
[48] J. Sacha, Spalanie mieszaniny biogazów i syngazów w silnie zawirowanym przepływie, Poznań:
Praca doktorska na Politechnice Poznańskiej, 2013.
[49] R. Ślefarski, J. Sacha i P. Grzymisławski, „Combustion of mixtures of biogases and syngases with methane in strong swirl flow,” w European Combustion Meeting, Lund, 2013.
[50] R. M. Batista de Oliveira, Numerical Simulation of a Small Mild Combustior, Master Thesis, Lizbona, 2012.
[51] S. R. Shabanian, M. Derudi, M. Rahimi, A. Frassoldati, A. Cuoci i T. Faravelli, „Experimental and Numerical Analysis of Syngas Mild Combustion,” w XXXIV Meeting of the Italian Section of the Combustion Institute, Rome, 2011.
[52] Ansys Inc., Ansys Fluent Theory Guide, Canonsburg: Ansys, 2013.
[53] J. Warnatz, U. Maas i R. W. Dibble, Combustion, Springer, 1999.
91
[54] J. W. Elsner, Turbulencja przepływów, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1987.
[55] T. Poinsot i D. Veynante, Theoretical and Numerical Combustion, Philadelphia: Edwards, 2005.
[56] C. T. Bowman, R. K. Hanson, D. F. Davidson, W. C. Gardiner, V. Lissianski, G. P. Smith, D. M.
Golden, M. Frenklach i M. Goldenberg, „GRI-MECH 2.11,” [Online]. Available:
http://www.me.berkeley.edu/gri_mech/.
[57] P. Grzymisławski, R. Ślefarski, J. Sacha i T. Dobski, „Combustion of low calorific natural gases in strong recilculating gas burners for gas turbine,” w 34th International Symposium on
Combustion, Warszawa, 2012.
[58] T. Dobski, R. Ślefarski, P. Grzymisławski i M. Gołębiewski, „Spalanie gazów ziemnych niskokalorycznych w turbinach gazowych,” Rynek Energii, tom 2, nr 111, pp. 54-60, 2014.
[59] Alstom, „GT13E2 AEV Burner,” 2012. [Online]. Available:
http://www.alstom.com/Global/Power/Resources/Documents/Brochures/aev-burner-gt13e2-gas-turbines.pdf?epslanguage=en-GB.
[60] F. R. Martínez, A. A. R. Martínez, M. T. Velázquez, P. Q. Diez, G. T. Eslava i J. A. Francis,
„Evaluation of the Gas Turbine Inlet Temperature with Relation to the Excess Air,” Energy and Power Engineering, tom 3, nr 4, pp. 517-524, 2011.
92