Estudo da estabilidade de chamas de difusão produzidas por combustíveis de baixo poder calorífico

Abstract

Os mecanismos referentes à estabilização de chamas de difusão são objeto de diversos estudos contidos na literatura nas últimas décadas. A busca de soluções para a obtenção de uma combustão adequada para cada aplicação está associada à redução do impacto ambiental decorrente deste processo. Desta forma, a utilização do gás natural como combustível, por exemplo, está associada à produção de petróleo. O controle das chamas nos queimadores de rejeito é imprescindível para que haja controle no processo de combustão, visando garantir a segurança em plataformas e refinarias. Para tanto, foi realizado um estudo experimental, a fim de analisar as regiões e características de estabilidade de chamas de difusão. Neste estudo, foi utilizado um queimador com escoamento externo de ar, nos moldes da configuração proposta por Burke e Schumann. Este queimador, representativo de aplicações industriais, é capaz de estabilizar diversos regimes de combustão. Assim sendo, os fenômenos de descolamento, extinção e reatamento de chama foram ponderados. A adição de gás carbônico ao gás natural veicular permitiu estudar a influência da diluição do combustível, a partir de um inerte, na estabilidade da chama. Desta forma, por meio destas misturas sintéticas, é possível avaliar a estabilidade de combustíveis de baixo poder calorífico. A análise dos resultados possibilitou concluir que o aumento da diluição com gás carbônico produziu chamas de menor altura e com menor quantidade de fuligem. Entretanto, a altura de levantamento não foi prejudicada de maneira significativa. Além disso, o aumento da diluição resultou em limites de descolamento e extinção menores, enquanto o limite de reatamento não apresentou alterações relevantes. Todavia, as chamas de misturas com níveis elevados de gás carbônico se mostraram incapazes de reatar ao queimador. Os resultados obtidos neste trabalho servem como base para trabalhos futuros que ampliem a escala da montagem experimental de forma a equiparar às aplicações industriais.

The mechanisms related to diffusion flames stabilization have been subject of several studies within the last decades. The search for solutions to obtain optimum combustion for each application is associated with the reduction of the environmental impact caused by this process. Thus, the use of natural gas as fuel, for example, is associated with oil production. The flame control in flares is indispensable for combustion process optimization, in order to enhance security in platforms and refineries. For such, an experimental study was performed to examine the flame stability regions and its characteristics. In this study, a burner with external air coflow, similar to that proposed by Burke and Schumann was used. This burner, representative of industrial applications, is capable of stabilizing several combustion regimes. Therefore, flame lift-off, flame blowout and flame reattachment behaviors were considered. The addition of carbon dioxide in natural gas vehicular allowed to study the influence produced by fuel dilution in flame stability. Thus, from these synthetic mixtures, it is possible to evaluate the stability of low calorific fuels. Results analysis allowed to conclude that the increase of dilution by adding carbon dioxide led to lower flame heights and less soot formation. However, the lift-off height was not affected significantly. Furthermore, the increase in carbon dioxide percentage led to lower lift-off and blowout limits, even though the reattachment behavior didn't show relevant changes. However, high concentrations of carbon dioxide produced flames which have not been able to reattach to the burner nozzle. Results obtained from this study serve as the basis for future works including scale enlargement of experimental setup, in order to equate to industrial applications.