Параметрические расчётные исследования снижения эмиссий NOx при организации последовательного сжигания топлива с диффузионной второй зоной

Аннотация

Данная статья является третьей из цикла статей, посвящённых расчётным исследованиям по оптимизации процесса сжигания топливовоздушной смеси с температурами газов на выходе из камеры сгорания примерно1600\оC и более при удовлетворении требований к вредным выбросам. 

Приводятся результаты расчётов сжигания газообразного топлива в камере сгорания (КС), состоящей из двух последовательно расположенных объёмов сгорания, каждый из которых имеет своё горелочное устройство (ГУ). Первое ГУ является традиционным для малоэмиссионных камер сгорания (МЭКС); с завихрителями и зоной подготовки смеси, пилотной и основной горелками. На вход в него подаётся идеально перемешанная топливовоздушная смесь (ТВС). Второе ГУ расположено ниже по потоку, за первой зоной горения. На вход в него подаётся газообразное топливо (природный газ) без предварительного перемешивания с воздухом. Процесс сжигания во второй зоне -- диффузионный. Рассмотрено две конструкции ГУ второй зоны. В первом из них топливо подаётся за плохообтекаемым телом (пережимом), служащим  для создания зоны стабилизации пламени. В нём же расположен топливный коллектор. Топливо подаётся через специальные отверстия в устье пережима. Вторая конструкция представляет из себя кольцевой коллектор вокруг жаровой трубы и трубки подачи топлива, заглублённые внутрь на 15 мм. Эта конструкция не предполагает специальной организации зоны стабилизации пламени. В обоих случаях сжигание топлива второй зоны происходит в среде с пониженным содержанием кислорода и высокой температурой. 

Показаны результаты оптимизаций распределения топлива между двумя зонами горения, количества и диаметра отверстий подачи топлива и длины второй зоны горения для получения наименьших выбросов NO_x при температуре газов на выходе 1700\оС и высокой полноте сгорания топлива. Результаты позволяют оценить минимально возможные концентрации эмиссий оксидов азота в двузонной камере сгорания с диффузионной второй зоной.

Приведены сравнения схем двузонного сжигания топлива при кинетическом и диффузионном горении во второй зоне. Показано, что кинетическое горение позволяет получать значительный выигрыш по концентрациям NOx как относительно одной зоны горения, так и двух зон с диффузионной второй зоной. Простота конструкции диффузионной второй зоны привлекательна, но обеспечивает при этом меньшее снижение концентрации NO_x.