Determining the quantitative composition of an unknown gaseous fuel and combustion products from the measured process parameters in the fuel combustion process

Abstract

There exists a wide range and a considerable potential of alternative (non-certified) gas fuel types. Uncertainty and flexibility of nonconventional fuels’ composition seriously limits the possible exploitation of these energy sources. Therefore developed are both a mathematical model based on the chemical thermodynamics equations, allowing to calculate the composition of the combustion products in terms of suboptimal ratio of fuel — oxidizer, and a computational method for determining the composition of fuel in the combustion process, thus allowing to determine the optimal parameters of combustion. The limitations of the approach are being discussed. Also suggested is the solution of the inverse problem, namely, the determination of the composition and caloric content (enthalpy) of combustion products on the basis of combustion products and their measured volume known qualitative composition flow and temperature (measured process parameters). An assessment of the proposed model being effected, its limitations have been found.

Существует широкий спектр и значительный потенциал альтернативных (несертифицированных) видов газового топлива. Неопределенность и гибкость состава нетрадиционных видов топлива серьезно ограничивает возможные эксплуатации этих источников энергии. Предложены математическая модель, основанная на уравнениях химической термодинамики, позволяющих вычислить состав продуктов сгорания в условиях неоптимального соотношения топ- ливо — окислитель, и вычислительный метод определения состава топлива в процессе сгорания, что позволяет оп- ределить оптимальные параметры горения. Также предложено решение следующей обратной задачи: определение количественного состава и калорийности (энтальпии) продуктов сгорания на основании известного качественного состава продуктов сгорания, а также их измеренного объема потока и температуры (измеренных технологических параметров). Проведена оценка предложенной модели, установлены её ограничения.

Існує широкий спектр і значний потенціал альтернативних (несертифікованих) видів газового палива. Невизначеність і гнучкість складу нетрадиційних видів палива серйозно обмежує можливі експлуатації цих джерел енергії. Запропоновано ма- тематичну модель, засновану на рівняннях хімічної термодинаміки, що дозволяють обчислити склад продуктів зго- ряння в умовах неоптимального співвідношення паливо — окислювач, і обчислювальний метод визначення складу палива в процесі згоряння, тим самим дозволяючи визначити оптимальні параметри горіння. Обговорюються обме- ження підходу. Також запропоновано розв’язання зворотного завдання, а саме: визначення кількісного складу та калорійності (ентальпії) продуктів згоряння на підставі відомого якісного складу продуктів згоряння, а також вимі- ряного обсягу їх потоку і температури (виміряних технологічних параметрів). Проведено оцінку запропонованої моделі, встановлено її обмеження.