In the modern world, issues related to the use of alternative fuels are becoming increasingly pressing. These fuels offer the potential to achieve significantly improved environmental and technological performance. Currently, among such fuels, biodiesel, ammonia, LPG, and hydrogen are considered the most promising options. LPG and hydrogen exhibit a high Lower Heating Value (LHV) and have a relatively low environmental impact. This article investigates the combustion of hydrogen-LPG mixtures in a diffusion burner. The main parameters under study include the proportion of hydrogen in the fuel, equivalence ratio, and vane angle. The analyzed parameters encompass NOx and CO concentrations. The studies have demonstrated that the addition of hydrogen can reduce greenhouse gas emissions, as the combustion product is clean water. The primary focus of this research is the examination of combustion processes involving flow swirl systems and alternative fuels and their mixtures. The studies indicate that flame stabilization is significantly influenced by several factors. The first factor is the amount of hydrogen added to the fuel mixture. The second factor is the degree of mixing between the fuel and oxidizer, along with hydrogen. Lastly, the equivalence ratio plays a crucial role. As the studies have shown, the maximum stabilization for a speed of 5 m/s is achieved at an angle of 60° and a hydrogen fraction of 40%, resulting in φ_LBO = 0.9. This represents an 8.0% improvement in stabilization compared to the baseline mode, primarily due to the substantial proportion of hydrogen. An analysis of flame photographs reveals that as the twist angle increases, a recirculation zone becomes more apparent. Increasing the blade angle and incorporating hydrogen leads to a reduction in CO concentrations in the exhaust gases. The analysis indicates that increasing the hydrogen proportion to 50%, compared to the absence of hydrogen, results in a 30% decrease in CO concentration. In our case, for the option φ = 0.3 and blade angles of 60°, the reduction in CO concentration was 28.5%. From the authors’ perspective, the most optimal vane angle is 45°, along with a hydrogen fraction of 30–40%. With these parameters, it was possible to achieve concentrations of NOx = 17–25 ppm, φ_LBO = 0.66, and CO = 130–122 ppm.

Синтетический газ является низкореакционным топливом, и его состав постоянно меняется. Поэтому для эффективного сжигания синтетического газа различного состава необходимо подобрать оптимальный угол наклона стабилизатора. Уголковый стабилизаторы имеют три разных угла: стабилизатор под углом 45 0, стабилизатор под углом 60° и стабилизатор под углом виде полукруга. Размеры уголковых стабилизаторов, оптимальные аэродинамические сечение за стабилизатором были просчитаны с применением численного моделирования в программе «Comsol Multiphysics 6.0». Основная цель заключалась в разработке физических моделей и численном исследовании аэродинамического потока воздуха (синтетического газа) в горелочном устройстве с целью определения оптимального угла стабилизаторов для эффективного горения топливно-воздушной смеси. Проведя анализ результатов численного моделирования уголковых стабилизаторов, что размеры, угол стабилизаторов существенно влияют на скоростные профили и аэродинамику. Особое внимание следует уделить области внутри уголковых стабилизаторов, где находится зона обратных токов. Влияние изменения скоростей на контуры скорости оказалось незначительным, однако общий вывод состоит в том, что угол наклона и форма стабилизатора оказывают влияние на процессы смешивания топливно-воздушной смеси и, следовательно, на стабилизацию, неполное сгорание топлива и выбросы оксидов азота. Ключевые слова: уголковые стабилизаторы, аэродинамические сечение, закрученные потоки, зона обратных токов, контуры скорости, топливно-воздушной смеси.

Синтетикалық газ – бұл үнемі өзгеріп отыратын құрамы бар реактивті емес отын, оны тиімді жағу үшін тұрақтандырғыштың оңтайлы бұрышын таңдауды қажет етеді. Бұрыштық тұрақтандырғыштардың үш нұсқасы қарастырылды: 45°, 60° бұрыштары бар, сонымен қатар жартылай шеңбер тәрізді тұрақтандырғыш. Бұлардың геометриялық шамалары және тұрақтандырғыштан кейінгі тиімді аэродинамикалық өнімділіктерін Ansys Fluent бағдарламасымен сандық модельдеу бойынша есептеулер жүргізілді. Сандық модельдеудің есептеу нәтижелері болашақта тәжірибе жасау кезінде қолданылады. Басты мақсат - физикалық үлгілерді жасап шығару мен отын мен ауаның аралас қоспасының нәтижелі жануын қамтамасыз ететін тұрақтандырғыштың оңтайлы бұрышын табу мақсатында жанарғыдағы ауа (не болмаса биогаз) аэродинамикалық ауа ағынына (немесе синтетикалық газға) сандық талдау жүргізу болды. Сандық модельдеу нәтижелері тұрақтандырғыштардың геометриясы мен көлбеу бұрышы жылдамдықтың таралуына және ағынның аэродинамикалық сипаттамаларына айтарлықтай әсер ететіндігін көрсетті. Рециркуляция аймағындағы тұрақтандырғыштардың ішкі бөліктеріне ерекше көңіл бөлінеді. Ағындардың жылдамдықтарының ауытқуынан таралатын тізбектерге ықпалы аса маңызды болмаса да, тұрақтандырғыштардың құрылымы мен еңісі отын мен ауаның араласу үдерістеріне, жалынның орнықты болуына, толық жанбау деңгейіне және азот тотығының бөліну мөлшеріне елеулі ықпал ететіні айқындалды. Кілтті сөздер: бұрыштық тұрақтандырғыш, шиыршық ағын, аэродинамикалық қима, жылдамдықтар сұлбасы, рециркуляция аймағы.

The global push for low-carbon electricity generation has made hydrogen-enriched natural gas an attractive near-term decarbonization option. This paper combines experimental and thermodynamic analyses of H₂–CH₄ combustion in gas turbine combustion chambers. Experiments were conducted on a patented two-stage swirl burner across 240 operating conditions. The effects of hydrogen fraction (γ = 0–40%), swirler vane angle (30°, 45°, 60°), equivalence ratio (φ = 0.17–1.00), and fuel injection strategy were measured against NOx and CO emissions and lean blowout stability. Each 10% increase in hydrogen content raised NOx by 23–24% via the Zel’dovich thermal mechanism, while CO fell by up to 28.5% at φ = 0.3 and 60° due to enhanced OH-radical activity. The minimum recorded NOx was 12.08 ppm (Type 2 injection, 30°, γ = 0%, φ = 0.3). Hydrogen addition improved lean blowout stability by 32–46% per 10% H₂. A parallel thermodynamic analysis showed that integrating an organic Rankine cycle (ORC) and supplementary H₂–CH₄ firing in the heat recovery steam generator cuts specific CO₂ emissions by 7.5–10% and raises net efficiency by 0.79–4.0 percentage points. Critical comparison with 28 published studies identified an optimal operating window: γ = 20–30%, φ = 0.5–0.7, 45° vane angle (SW = 0.8).

В статье представлены результаты численного моделирования сжигания биогазового топлива в новой горелке. Целью работы является определение эмиссий NOx при сжигании биогазового топлива. Исследуется влияние параметров потока на эмиссионную характеристику горелки, а также рассматривается влияние геометрических параметров горелки на процесс горения биогаза. Результаты показывают, что при сжигании биогаза составом CH4 = 65%, O2 = 1%, H2 = 3%, CO2 = 26%, N2 = 5% в новой горелке топливо горит полностью и выход NOx не превышает 10 ppm при О2 =...

Бұл мақалада ағынның бұрылу бұрышын реттеуге болатын микроалаулы оттықта төмен калориялы синтетикалық газдардың жану үдерісінің сандық зерттеу нәтижелері ұсынылған. k-ε SST модельдерін қолдана отырып, ANSYS Fluent және COMSOL Multiphysics бағдарламалық пакеттерінде есептелді. Зерттеу нәтижесінде анықталғандай, ағынның тұрақты аймақтары айналу бұрышы 60° құрағанда пайда болады және көмекші тұтандыруды қолданбай, төмен калориялы газдың жану процесі мен жалын тұрақтылығы қамтамасыз етіледі. Микроалаулы жану принципі негізіндегі нәтиже температуралық өрісті теңестіріп, азот оксидтерін азайту мен көміртегі оксидінің толық реакциядан өтетінін көрсетті. Қол жеткізілген деректер тексеріліп, баламалы отынды қолдана алатын газ турбиналы қондырғылардың жану камераларын жобалауға негіз бола алады.