Flashback propensity due to hydrogen blending in natural gas: Sensitivity to operating and geometrical parameters

倒叙 燃烧室 测距 燃烧 天然气 甲烷 当量比 机械 体积热力学 灵敏度(控制系统) 材料科学 核工程 化学 计算机科学 热力学 物理 工程类 电信 有机化学 电子工程
作者
Filippo Fruzza,Rachele Lamioni,Alessandro Mariotti,Maria Vittoria Salvetti,Chiara Galletti
出处
期刊:Fuel [Elsevier]
卷期号:362: 130838-130838 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2023.130838
摘要

Hydrogen has emerged as a promising option for promoting decarbonization in various sectors by serving as a replacement for natural gas while retaining the combustion-based conversion system. However, its higher reactivity compared to natural gas introduces a significant risk of flashback. This study investigates the impact of operating and geometry parameters on flashback phenomena in multi-slit burners fed with hydrogen-methane-air mixtures. For this purpose, transient numerical simulations, which take into account conjugate heat transfer between the fluid and the solid walls, are coupled with stochastic sensitivity analysis based on Generalized Polynomial Chaos. This allows deriving comprehensive maps of flashback velocities and burner temperatures within the parameter space of hydrogen content, equivalence ratio, and slit width, using a limited number of numerical simulations. Moreover, we assess the influence of different parameters and their interactions on flashback propensity. The ranges we investigate encompass highly H2-enriched lean mixtures, ranging from 80% to 100% H2 by volume, with equivalence ratios ranging from 0.5 to 1.0. We also consider slit widths that are typically encountered in burners for end-user devices, ranging from 0.5mm to 1.2mm. The study highlights the dominant role of preferential diffusion in affecting flashback physics and propensity as parameters vary, including significant enrichment close to the burner plate due to the Soret effect. These findings hold promise for driving the design and optimization of perforated burners, enabling their safe and efficient operation in practical end-user applications.

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