Исследование влияния добавления пара для снижения выбросов при сжигании газообразного топлива в атмосферном горелочном устройстве малой мощности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучается эффективность добавления пара применительно к задаче снижения выбросов оксидов азота и углерода для горелочных устройств атмосферного типа малой мощности на примере сжигания газообразного топлива. Экспериментально определены тепловые и экологические характеристики сжигания газообразного топлива при его подаче в основание высокоскоростной струи перегретого водяного пара как способа низкоэмиссионного горения. В ходе эксперимента измерены полнота сгорания топлива, газовый анализ уходящих газов и средняя температура вдоль оси симметрии пламени. Полученные результаты демонстрируют, что подача перегретого водяного пара позволяет значительно снизить концентрацию вредных веществ в продуктах сгорания (NOx и CO в 1,6 и 1,8 раза) по сравнению с дутьем нагретого воздуха, при этом сохраняется высокая полнота сгорания топлива за счет реакции взаимодействия углеводородного топлива с паром.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Мария Андреевна Мухина

Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: mary-andr@yandex.ru

инженер-исследователь

Россия, Новосибирск

Евгений Павлович Копьев

Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук

Email: kopyeve@itp.nsc.ru

кандидат технических наук, заведующий лабораторией

Россия, Новосибирск

Иван Сергеевич Садкин

Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук

Email: sadkinvanya@mail.ru

инженер-исследователь

Россия, Новосибирск

Евгений Юрьевич Шадрин

Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук

Email: evgen_zavita@mail.ru

кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник

Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. World Energy Outlook. — International Energy Agency, 2022. 524 p. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2022.
  2. Kosoi A. S., Zeigarnik Y. A., Popel’ O. S., Sinkevich M. V., Filippov S. P., Shterenberg V. Y. The conceptual process arrangement of a steam–gas power plant with fully capturing carbon dioxide from combustion products // Therm. Eng., 2018. Vol. 65. P. 597–605. doi: 10.1134/S0040601518090045.
  3. Barma M. C., Saidur R., Rahman S. M. A., Allouhi A., Akash B. A., Sait S. M. A review on boilers energy use, energy savings, and emissions reductions // Renew. Sust. Energ. Rev., 2017. Vol. 79. P. 970–83. doi: 10.1016/J.RSER.2017.05.187.
  4. Al-Qurashi K., Lueking A. D., Boehman A. L. The deconvolution of the thermal, dilution, and chemical effects of exhaust gas recirculation (EGR) on the reactivity of engine and flame soot // Combust. Flame, 2011. Vol. 158. P. 1696–704. doi: 10.1016/j.combustflame.2011.02.006.
  5. Li S., Zhang Y., Qiu X., Li B., Zhang H. Effects of inert dilution and preheating temperature on lean flammability limit of syngas // Energ. Fuel., 2014. Vol. 28. P. 3442–3452. doi: 10.1021/ef500187s.
  6. Pugh D. G., Bowen P. J., Marsh R., et al. Dissociative influence of H O vapour/spray on lean blowoff and NOx reduction for heavily carbonaceous syngas swirling flames // Combust. Flame, 2017. Vol. 177. P. 37–48. doi: 10.1016/j.combustflame.2016.11.010.
  7. Zhang P., Shao Y., Niu J., Zeng X., Zheng X., Wu C. Effect of low-nitrogen combustion system with flue gas circulation technology on the performance of NOx emission in waste-to-energy power plant // Chem. Eng. Process., 2022. Vol. 175. P. 108910. doi: 10.1016/J.CEP.2022.108910.
  8. Li A., Zheng Z., Peng T. Effect of water injection on the knock, combustion, and emissions of a direct injection gasoline engine // Fuel, 2020. Vol. 268. P. 117376. doi: 10.1016/j.fuel.2020.117376.
  9. Le Cong T., Dagaut P. Experimental and detailed modeling study of the effect of water vapor on the kinetics of combustion of hydrogen and natural gas, impact on NOx // Energ. Fuel., 2009. Vol. 23. P. 725–34. doi: 10.1021/ef800832q.
  10. Boushaki T., Dhué Y., Selle L., Ferret B., Poinsot T. Effects of hydrogen and steam addition on laminar burning velocity of methane–air premixed flame: Experimental and numerical analysis // Int. J. Hydrogen Energ., 2012. Vol. 37. P. 9412–9422. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.03.037.
  11. Albin E., Nawroth H., Göke S., D’Angelo Y., Paschereit C. O. Experimental investigation of burning velocities of ultra-wet methane–air–steam mixtures // Fuel Process. Technol., 2013. Vol. 107. P. 27–35. doi: 10.1016/j.fuproc.2012.06.027.
  12. Zou C., Song Y., Li G., Cao S., He Y., Zheng C. The chemical mechanism of steam’s effect on the temperature in methane oxy-steam combustion // Int. J. Heat Mass Tran., 2014. Vol. 75. P. 12–18. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.03.051.
  13. Honzawa T., Kai R., Seino M., et al. Numerical and experimental investigations on turbulent combustion fields generated by large-scale submerged combustion vaporizer burners with water spray equipment // J. Nat. Gas Sci. Eng., 2020. Vol. 76. P. 103158. doi: 10.1016/j.jngse. 2020.103158.
  14. Матинья А., Дельфо Ж. Л., Пилье Л., Вовель К. Исследование влияния СО2 и Н2О на химическую структуру бедных и богатых метановоздушных пламен при атмосферном давлении // Физика горения и взрыва, 2009. Т. 45. № 6. С. 3–14. EDN: MBZVHN.
  15. Cui G., Dong Z., Wang S., Xing X., Shan T., Li Z. Effect of the water on the flame characteristics of methane hydrate combustion // Appl. Energ., 2020. Vol. 259. P. 114205. doi: 10.1016/j.apenergy.2019.114205.
  16. Anufriev I. S., Kopyev E. P., Sadkin I. S., Mukhina M. A. NOx reduction by steam injection method during liquid fuel and waste burning // Process Saf. Environ., 2021. Vol. 152. P. 240–248. doi: 10.1016/j.psep.2021.06.016.
  17. Kopyev E. P., Anufriev I. S., Sadkin I. S., Shadrin E. Y., Minakov A. V. Experimental study of kerosene combustion with steam injection in laboratory burner // J. Eng. Thermophys., 2022. Vol. 31. No. 4. P. 589–602. doi: 10.1134/S1810232822040063.
  18. УСУ «Крупномасштабный термогидродинамический стенд для исследования тепловых и газодинамических характеристик энергоустановок». http://ckp-rf.ru/usu/73570/.
  19. Anufriev I. S., Kopyev E. P. Diesel fuel combustion by spraying in a superheated steam jet // Fuel Process. Technol., 2019. Vol. 192. P. 154–169. doi: 10.1016/j.fuproc.2019.04.027.
  20. Anufriev I. S., Krasinsky D. V., Shadrin E. Y., Kopyev E. P., Sharypov O. V. Investigation of the structure of the gas flow from the nozzle of a spray-type burner // Thermophys. Aeromech., 2019. Vol. 26. P. 657–672. doi: 10.1134/S0869864319050044.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 — линия газа; 2 — водопровод; 3 — пар; 4 — линия передачи данных; 5 — линия управления

Скачать (129KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема горелочного устройства

Скачать (94KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Карты содержания кислорода (а) и монооксида углерода (б) в продуктах сгорания: левый столбец — подача нагретого воздуха; правый столбец — подача перегретого пара

Скачать (543KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фотографии пламени горелочного устройства при различных режимных параметрах (см. таблицу)

Скачать (126KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Профили средней температуры пламени вдоль вертикальной оси сопла горелки для режимов при подаче струи нагретого воздуха при постоянстве расхода распылителя (а) и при постоянстве расхода топлива (б): 1 — A10P8; 2 — A10P9; 3 — A10P10; 4 — A10P11; 5 — A8P9; 6 — A10P9

Скачать (102KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Профили средней температуры пламени вдоль вертикальной оси сопла горелки для режимов при подаче струи перегретого водяного пара при постоянстве расхода распылителя (а) и при постоянстве расхода топлива (б): 1 — S8P8; 2 — S8P9; 3 — S8P10; 4 — S8P11; 5 — S6P9; 6 — S8P9; 7 — S10P9

Скачать (105KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Карты содержания оксидов азота в продуктах сгорания: (а) подача нагретого воздуха; (б) подача перегретого пара

Скачать (97KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Профили концентраций газовых компонент в пламени вдоль вертикальной оси сопла горелочного устройства для режима подачи струи нагретого воздуха: 1 — A8P9; 2 — A10P8; 3 — A10P9; 4 — A10P10; 5 — A10P11

Скачать (107KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Профили концентраций газовых компонент в пламени вдоль вертикальной оси сопла горелочного устройства для режима подачи струи перегретого пара: 1 — S6P9; 2 — S8P8; 3 — S8P9; 4 — S8P10; 5 — S8P11; 6 — S10P9

Скачать (109KB)
Метаданные

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».