Testování a simulace vlivu přídavku vodíku na výbušné vlastnosti směsi fosilních paliv a vzduchu

Marek Štefek

Master's thesis

Testing and simulation on effects of hydrogen addition on explosion characteristics of fossil fuel-air mixture

Abstract:

Diplomová práce je zaměřena na testování a simulaci výbuchových charakteristik směsi fosilních paliv – koksárenského plynu – s přídavkem vodíku ve vzduchu. Tento plyn se v moravskoslezském kraji vyskytuje jako směs vznikající koksováním černého uhlí a používá se jako palivo pro proces spalování. Obsahuje až 60 % vodíku, 25 % metanu a 10 % oxidu uhelnatého spolu s dalšími hořlavými složkami s koncentrací menší než 5 %. Nebezpečí prvních dvou jmenovaných složek představuje výbušnost. Oxid uhelnatý je výbušný a toxický. Testování čistého vodíku i koksárenského plynu bylo provedeno ve dvou výbuchových komorách o objemu 0.020 m3 a 1 m3. Simulace vlivu přídavku vodíku byla provedena výpočtem maximálního výbuchového tlaku pro přidávané koncentrace nižší než spodní mez výbušnosti. Dále byla provedena vizualizace úniku koksárenského plynu z potrubí. Koksárenský plyn je pro praxi zajímavý, protože do budoucna je uvažován pro použití jako zdroj vodíku. Zároveň v našem regionu v minulosti docházelo k mnoha únikům, z nichž k nejznámějšímu došlo v roce 1976, kdy byl jeho výbuchem zničen ostravský most Pionýrů. Diplomová práce si tedy klade za cíl seznámit s výsledky přídavku vodíku do směsi koksárenského plynu a simulovat tak výkyvy v jeho koncentraci, které jeho výrobu mohou reálně provázet.

Abstract:

The diploma thesis is focused on testing and simulation of explosion characteristics of fossil fuels mixture - coke oven gas - with the addition of hydrogen in the air. This gas occurs in the Moravian-Silesian Region as a mixture formed by the coking of black coal and is used as a fuel for the combustion process. It contains up to 60 % hydrogen, 25 % methane and 10 % carbon monoxide together with other flammable components with a concentration less than 5 %. The danger of the first two named components is explosivity. Carbon monoxide is explosive and toxic. Testing of pure hydrogen and coke oven gas was performed in two explosion chambers with a volume of 0.020 m3 and 1 m3. The simulation of the effect of hydrogen addition was performed by calculating the maximum explosion pressure for added concentrations lower than the lower explosion limit. Furthermore, a visualization of the coke oven gas leak from the pipeline was performed. Coke oven gas is interesting from practical point of view because it is considered as a source of hydrogen in the future. At the same time, there have been many leaks in our region in the past, the most famous of which occurred in 1976, when its explosion destroyed the Ostrava Pioneers Bridge. The diploma thesis aims to present the results of the hydrogen addition to the coke oven gas mixture and thus simulate fluctuations in its concentration, which can actually accompany its production.

Keywords

Koksárenský plyn, výbuchový tlak, predikce maximálního výbuchového tlaku, rychlost nárůstu výbuchového tlaku, deflagrační index, čas do dosažení maxima výbuchového tlaku

Keywords

Coke oven gas, explosion pressure, maximum adiabatic explosion pressure, maximum rate of pressure rise, deflagration index, time to reach the maximum explosion pressure

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 4. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 2. 6. 2021
• Supervisor: Jan Skřínský
• Reader: Mária Skřínská

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta bezpečnostního inženýrství

Master programme / field:
Požární ochrana a průmyslová bezpečnost / Technická bezpečnost osob a majetku