Горение жидких углеводородов с подачей перегретого водяного пара

Проведено комплексное исследование влияния перегретого водяного пара на процессы горения жидких углеводородов в газофазных и дисперсных потоках. Созданы оригинальные горелочные устройства различного типа, применимые в тепловой энергетике. Обоснован способ управления показателями горения, позволивший достичь низкой эмиссии СО и NO_x в режиме устойчивого воспламенения и высокой полноты сгорания топлива.

Горение дизельного топлива при распылении паром в горелке с прозрачным корпусом	Содержание CO (слева) и NOx (справа) в продуктах сгорания, Fv – расход пара, Ff – расход топлива

Исследование характеристик горения жидких углеводородов при распылении сверхзвуковой струёй перегретого водяного пара или при подаче пара в зону горения продуктов термического разложения топлива выполнено с использованием комплекса методов: цифровая трассерная визуализация, теневая фотография, калориметрия, газовый анализ, методы термопарных измерений и инфракрасной термографии, спектрометрии, электронной микроскопии. Разработанная система регулирования расхода и перегрева пара позволила изучить зависимости структуры и дисперсного состава газокапельного потока, распределений скорости и температуры в факеле, состава продуктов сгорания от параметров пара. Была измерена концентрация и распределение по размерам сажевых частиц, проанализирована их морфология.

Исследования проведены с использованием разработанных оригинальных горелочных устройств (мощностью до 50 кВт) испарительного и распылительного типа и различных видов горючего: дизельного топлива, отработанного моторного масла, сырой нефти. Внутри горелочного устройства горение происходит в условиях недостатка окислителя, часть горючих компонентов (в том числе образующиеся при паровой газификации водород и СО) сгорают во внешнем факеле. Показано, что (в отличие от интенсификации горения потоком воздуха) подача пара при горении жидких углеводородов обеспечивает возможность управления эмиссией NO_x и СО. Для дизельного топлива найдены режимы, с запасом удовлетворяющие самым жестким современным международным тре-бованиям к производству этих токсичных компонентов продуктов сгорания. Важным для практики является то, что эти режимы горения характеризуются высокой тепловой производительностью. В результате исследований научно обоснован простой и эффективный способ управления показателями горения – путем задания определенного отношения массовых расходов пара и топлива.

Полученные данные важны для развития теплофизики и механики многофазных реагирующих потоков, результаты обладают значительным потенциалом масштабного применения в теплоэнергетике и машиностроении.

ИТ СО РАН, с.н.с., д.т.н. Ануфриев И.С., м.н.с. Копьев Е.П., м.н.с. Шадрин Е.Ю., тел. 8(383)316-50-44.