Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T02:52:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298891.pdf: 1694623 bytes, checksum: 6dc250d0f774ed692cd01e7ac19d0015 (MD5) / Este trabalho trata sobre a combustão de gás natural, butano e etanol em um queimador poroso visando o desenvolvimento de reatores porosos para produção de gás de síntese (H2 + CO). Para a realização dos testes, foi construída uma bancada experimental que permite a combustão de combustíveis líquidos e gasosos. O estudo foi realizado para uma ampla faixa de razão de equivalência, avaliando desde chamas pobres até chamas ricas em combustível. Para cada combustível testado são apresentadas distribuições de temperatura no meio poroso, diagrama de estabilidade de chama e análise da composição dos produtos. Os resultados para combustão pobre de gás natural e butano indicam velocidades de chama até 4,4 vezes maiores que a velocidade de chama laminar na mesma razão de equivalência. O limite inferior de inflamabilidade foi ampliado em 20% para o gás natural e 21% para o butano. Para os dois combustíveis foram medidas temperaturas no meio poroso acima da temperatura de chama adiabática. O maior excesso de temperatura foi registrado para a combustão de gás natural no ponto de operação ?=0,5 e uch= 22,5 cm/s, onde a temperatura medida ultrapassou em 17% a temperatura de chama adiabática para a mesma condição inicial da mistura reagente. Nos testes de combustão rica de butano e etanol também foram medidas velocidades de chama acima da velocidade de chama laminar e temperaturas no meio poroso acima da temperatura de chama adiabática. No entanto, para a combustão rica de gás natural as velocidades de chama são da mesma ordem que a velocidade de chama laminar e as temperaturas no queimador chegam a ser 20% menores que a temperatura de chama adiabática correspondente. As medições de CO e CO2 foram comparadas com o equilíbrio químico e mostraram o mesmo comportamento em função da razão de equivalência. Porém, simulações de um reator plug flow realizados no software Chemkin® mostraram uma cinética muito lenta para combustão rica, indicando que o tempo de residência dos reagentes no queimador é insuficiente para atingir o equilíbrio químico. A maior produção de gás de síntese prevista na análise acontece na combustão de etanol em ?=2,3, chegando a 29% em volume (11,3% de H2 + 17,7% de CO). Calculando a perda de calor do queimador poroso, a máxima eficiência térmica foi estimada em 80%. / This work investigates the combustion of natural gas, butane, and ethanol in a porous burner for the development of porous reactors to produce syngas (CO + H2). An experimental apparatus was built to test premixed combustion of liquid and gaseous fuels. The study was performed for a wide range of equivalence ratio, from lean to rich combustion. Temperature distributions inside the porous media, stability diagrams and the composition of combustion products are presented for each fuel tested. For lean combustion of natural gas and butane the measured flame speeds were up to 4,4 times higher than the laminar flame speed in the same equivalence ratio. The lower flammability limit was extended by 20% for natural gas and 21% for butane. Temperatures in the porous media above the adiabatic flame temperature were measured for both fuels. The largest temperature excess was recorded for the combustion of natural gas in the operating point = 0,5 and uch= and 22,5 cm/s, where the measured temperature exceeded by 17% the adiabatic flame temperature. For rich combustion of butane and ethanol the measured flame speeds were also above the laminar flame speed and the temperatures in porous media above the adiabatic flame temperature. However, for rich combustion of natural gas the flame speeds are of the same order as the laminar flame speed and the temperatures in the burner are up to 20% lower than the corresponding adiabatic flame temperature. Measurements of CO and CO2 were compared to chemical equilibrium composition and showed the same trend when equivalence ratio is changed. However, simulations of a plug flow reactor performed with the Chemkin® software showed a very slow chemical kinetics for rich combustion, indicating that the residence time of the reactants in the burner is insufficient to reach the chemical equilibrium. The highest production of syngas was obtained in the combustion of ethanol at = 2,3, reaching 29% in mole fraction (11,3% H2 + 17,7% CO). Based on calculations of heat loss from the porous burner, the highest thermal efficiency was about 80%.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-12-18Bitstream added on 2014-06-13T19:25:46Z : No. of bitstreams: 1 caputo_pd_me_guara.pdf: 1452016 bytes, checksum: bd796f6ea43f3ec75f5c6bf6d5e2078a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Esta dissertação analisa a possibilidade de utilizar combustíveis gasosos alternativos para reduzir o consumo de gás de coqueria em usinas siderúrgicas integradas. Foram consideradas misturas a) de gás de coqueria com gases de gaseificação e b) de gás natural com gases de gaseificação, para substituir o gás de coqueria puro e misturas do gás de coqueria com gás de alto forno. Os dois parâmetros principais que definem a intercambiabilidade entre os gases foram o Índice de Wobbe e o Índice de Weaver relativo a descolamento de chama. O percentual de economia de gás de coqueria foi calculado para as diversas misturas consideradas. / This dissertation analyzes the possibility of using alternate fuel gases to reduce the consumption of coke oven gas in integrated steel making plants. The following gas mixtures were considered: a) coke oven gas with different gasification gases and b) natural gas with different gasification gases to substitute either pure coke oven gas or mixtures of coke oven gas with blast furnace gas. Eight gasification gases from biomass and coal were selected from the literature as prospective substitutes. The two main parameters that defined the interchangeability were the Wobbe Index and the Weaver Index related to flame blow out. The economy of coke oven gas was calculated for all considered alternate gases.