Simulation of biogas counter flow diffusion flame under several operation conditions of composition and pressure

Abstract

This study addresses the influence of several operating conditions (composition and ambient pressure) on biogas diffusion flame structure and NO emissions with particular attention on chemical and thermal effect of CO2.The biogas flame is modeled by a counter flowdiffusion flame and analyzed in mixture fraction space using flamelet approach. The GRI Mech-3.0 mechanism that involves 53 species and 325 reactions is adopted for the oxidation chemistry. It has been observed that flame properties are very sensitive to biogas composition and pressure. CO2 addition decreases flame temperature, mass fraction of chain carrier radicals (O,H and OH) and index NO emission. Added CO2 may participate in chemical reaction due to thermal dissociation; excessively supplied CO2 plays the role of pure diluent. Pressure rise reduces flame thickness, radiation losses and dissociation amount. At high pressure, recombination reactions coupled with chain carrier radicals reduction, diminishes NO mass fraction Cette étude considère l’influence de plusieurs conditions opératoires (composition et pression ambiante) sur la structure de la flamme non pré mélangée du biogaz et l’émission du NO. La flamme du biogaz est modélisée par une flamme de diffusion à contre courant et analysée dans le plan de la fraction de mélange en utilisant l’approche des flammelettes. La cinétique chimique est représentée par le mécanismeGRI Mech-3.0 qui comprend 53 espèces chimiques et 325 rectionsélémentaires. Il a été observé que l’ajout du CO2 diminue la température de la flamme, la fraction massique des radicaux O, H et OH et de l’indice d’émission de NO. Le CO2ajouté peut participer dans la réaction chimique du à la dissociation thermique; par contre l’ajout d’une quantité importante de CO2 joue le rôle d’un diluant. L’augmentation de la pressionréduit l’épaisseur de la flamme, les pertes par rayonnement et le taux de dissociation. Aux pressions élevées, les réactions de recombinaisoncouplée avec la réduction des radicaux porteurs de chaine réduit la fraction massique du NO