[pt] Atualmente, vem ocorrendo um notável aumento de
investimentos no setor de gás natural no Brasil.
A utilização do gás natural para a geração de energia tem
importantes atrativos como, por exemplo, a diversidade de
oferta do gás e sua queima mais limpa em relação a outros
combustíveis fósseis. Existe um crescente interesse em
projetos, idéias e opções alternativas para melhorar a
performance e reduzir as descargas poluentes de
equipamentos de combustão industrial para o meio ambiente.
A necessidade de processos mais eficientes e menos
poluentes tem acelerado a busca por desenvolvimento
tecnológico.
No projeto desenvolvido, foi investigada a performance de
um modelo baseado na formulação de volumes finitos,
incluindo o modelo k-e de turbulência, o modelo generalizado
de taxas finitas de Arrhenius e Magnussen para o cálculo
das reações químicas, e o modelo de radiação por
transferência discreta, para simular o processo de
combustão em fornalhas industriais através da utilização do
pacote comercial Fluent (versão 4.4). O principal objetivo
do estudo foi o de investigar a performance deste modelo em
simular a combustão e prever a formação de NO e CO em
chamas industriais de gás natural através da comparação com
dados experimentais.
Para a simulação da combustão foram testados dois modelos,
o primeiro correspondendo a uma única reação global de
oxidação do metano (1 etapa), e o segundo composto por
duas reações (2 etapas). Uma sensível evolução foi obtida
empregando-se o modelo em duas etapas em comparação com o
em uma etapa.
Para a simulação da formação de NO foram testados sete
casos diferentes. Nestes casos, foram principalmente
investigados os mecanismos - thermal NOx -,- prompt NOx - e
o método PDF para a representação da interação química-
turbulência. Percebeu-se que o método PDF permitiu uma
evolução na predição da formação de NO na fornalha. Além
disso, o - prompt NOx - foi o mecanismo dominante e
portanto faz-se necessária uma investigação mais
aprofundada sobre as características desse mecanismo para
melhores resultados na predição de NO. Apesar da evolução
dos modelos empregados e de seus resultados durante o
trabalho, são necessárias novas investigações para detectar
possíveis melhorias em tais modelos que possibilitem
previsões mais realistas para a formação de NO. / [en] Nowadays, a strong raise in investments is occurring in the
natural gas segment in Brazil.
The natural gas application for energy generation is very
attractive due to many reasons, like the offering diversity
and the cleaner burning in comparison with other fossil
combustibles.
There is an increasing interest in projects, ideas and
alternative options for the improvement of the performance
and reducing the pollutants discharges of industrial
combustion equipments to the environment.
The need for more efficient and less polluters processes has
accelerated the search for technological development.
In the present work, it was investigated the performance of
a model based in the finite volume formulation including
the k-e model of turbulence, the generalized finite rate
model of Arrhenius and Magnussen for the chemical reactions
calculations, and the discrete transfer radiation model for
simulating the combustion processes in natural gas
industrial flames using the commercial code Fluent (version
4.4). The main goal of the inquiry was to investigate the
performance of such modeling approach in predicting NO and
CO formation inside the furnace by the comparison with the
experimental data.
For the combustion modeling, two mechanisms were simulated.
The first corresponding to an unique global reaction for
the oxidation of methane (1 step), and the second
corresponding to two reactions (2 steps).
An evident evolution was obtained using the two steps model.
Seven different cases were tested to predict the NO
formation. In these cases, the main investigations were
concentrated on the mechanisms -thermal NOx-, -prompt NOx-
and on the PDF method for representing the interaction
between chemistry and turbulence.
The PDF method improved the prediction for the NO formation
within the furnace. The -prompt NOx- was the dominating
mechanism and therefore it is necessary a deeper
investigation on the characteristics of this mechanism for
better results in estimating the NO concentrations.
Although the models, mechanisms and results have improved
along the present research, new investigations are
necessary for more accurated predictions for the NO
formation. / [es] Atualmente, ha ocurrido un notable aumento de inversiones en el sector de gas natural en Brasil. La
utilización del gas natural para la generación de energía tiene importantes atractivos como, por
ejemplo, la diversidad de oferta del gas y su quema más limpia en relación a otros combustibles
fósiles. Existe un cresciente intereés en proyectos, ideas y opciones alternativass para mejorar la
calidad y reducir las descargas poluentes de equipos de combustión industrial para el medio
ambiente. La necesidad de procesos más eficientes y menos poluentes ha acelerado la búsqueda del
desarrollo tecnológico. En el proyecto desarrollado, se investigó la performance de un modelo basado
en la formulación de volumes finitos, incluyendo el modelo k-e de turbulencia, el modelo
generalizado de tasas finitas de Arrhenius y Magnusen para el cálculo de las reacciones químicas, y
el modelo de radiación por transferencia discreta, para simular el proceso de combustión en hornos
industriales a través de la utilización del software comercial Fluent (versión 4.4). El objetivo principal
de este estudio fue el de investigar la performance de este modelo al simular la combustión y preveer
la formación de NO y CO en llamas industriales de gas natural a través de la comparación con datos
experimentales. Para la simulación de la combustión se provaron dos modelos, el primeiro
corresponde a una única reacción global de oxidación del metano (1 etapa), y el segundo compuesto
por dos reacciones (2 etapas). Se obtiene una sensible evolución al utilizar el modelo en dos etapas
envés del modelo con una etapa. Para la simulación de la formación de NO se probaron siete casos
diferentes. En estos casos, se ivestigaron principalmente los mecanismos - thermal NOx -,- prompt NOx
- y el método PDF para la representación de la interacción química-turbulencia. Se observa que el
método PDF permite una evolución en la predicción de la formación de NO en el horno. Además, el -
prompt NOx - fue el mecanismo dominante y por lo tanto se hace necesario una investigación más
profunda sobre las características de ese mecanismo para mejorar los resultados en la predición de
NO. A pesar de la evolución de los modelos empleados y de sus resultados durante el trabajo, se
necesitan nuevas investigaciones para detectar posibles mejorías que hagan posible previsiones más
realistas para la formación de NO.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:1883 |
| Date | 24 August 2001 |
| Creators | ANDRE AUGUSTO ISNARD |
| Contributors | MARCOS SEBASTIAO DE PAULA GOMES |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Spanish |
| Type | TEXTO |
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