Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

ВЛАЖНОЕ ГОРЕНИЕ – СОВРЕМЕННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА И РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.25-30.096-117

Полный текст:

Аннотация

Рассмотрена роль воды и водяного пара в процессах горения с целью сокращения выбросов оксидов азотаи углерода. Благодаря высоким значениям избыточной энтальпии пара и организации различных схем тепловой и термохимической утилизации энергии повысилось КПД использования топлива, в частности, в газовыхтурбинах и ДВС.Выполнен комплекс расчетно-теоретических исследований сокращения выбросов оксидов азота и углерода при сжигании газового топлива (природного газа) в зависимости от влажности атмосферного воздуха спомощью двух подходов: CFD-моделирования с привлечением DRM 19 механизма горения метана на 19 компонентов и механизма Боумена в качестве «постпроцессора» для определения концентрации [NO]; различныетермодинамические модели прогноза образования оксидов азота NO.Численные расчеты процессов переноса импульса, теплоты и массы, проведенные в единой системе суравнениями химической кинетики для реакций горения по механизму GRI, и расчет образования NO, выполненный как постпроцессор по механизму Боумена, позволили определить фактическое содержание [CO] и[NO] в зависимости от режимных условий горения и конструкции топочного устройства. При этом термодинамика равновесного состояния продуктов сгорания даёт возможность оценить только относительное изменение концентрации [NO], которое обусловлено влиянием на горение отклонений, вносимых исходными составами реагентов, параметрами состояния горючей (топливоокислительной) смеси и характеристиками процесса горения.Разработана методология CFD-моделирования и изложены результаты численного анализа влияния относительной влажности атмосферного воздуха в диапазоне φ = 0–100 % на концентрации [NO] и [СО] на выходе из топочной камеры. Установлено резкое, более чем на порядок сокращение выбросов NO и одновременно примерно двукратное снижение концентрации СО при сжигании метановоздушной смеси в условияхувлажнения воздуха горения до состояния насыщения при температуре 325 К.Выполнен комплекс экспериментальных исследований по влиянию увлажнения атмосферного воздуха наструктуру и экологические характеристики факела при сжигании природного газа в открытом факеле подготовленной смеси, а также предложена методология оценки образования оксидов азота в зависимости от влагосодержания горючей смеси. Результаты измерений использованы для верификации расчетных данных.Совпадение относительного изменения выхода NO (NOx) в результате увлажнения воздуха горения, полученное расчетным и опытным путем, подтвердило качественное и количественное соответствие предложенныхфизико-химических моделей и процедур CFD-анализа изучаемым процессам.

Об авторе

Б. С. Сорока
Институт газа НАН Украины
Украина

Борис Семенович Сорока - доктор технических наук, профессор, заведующий отделом высокотемпературного тепломассообмена

д. 39, ул. Дегтяревская, Киев, 03113



Список литературы

1. Annual energy outlook. August 2016. US Energy Information Administration [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.eta.gov./forecasts/deo – (Дата обращения: 16.03.2018).

2. Guillet, R. Porous Exchanger and Water Vapor Pump the Altarex Boiler / R. Guillet // 1995 International Gas Research Conference; Proceedings; Cannes, France, 6–9 November,1995, Dan A. Dolenc, editor. Volume II. Rockville, MD, Government Institutes, Inc., 1996.– P. 2783–2792.

3. Beneke, F. Klimaziele und ihre Auswirkungen auf die Thermoprozessindustrie / F. Beneke. – Processwärme – Thermoprocesstechnik. Warme – behandlung, Anlagenbau und – betrieb. – 2018.– No. 1 – P. 41–42.

4. Сорока, Б.С. Влияние климатических факторов на теплотехнические характеристики, энергетическую эффективность и оценка экологических последствий сжигания газового топлива / Б.С. Сорока // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE) . – 2017. – № 4–6. – С. 116–129.

5. Ambient Condition Effects on NOx and CO emissions from process heaters / 2008, ASME Intern. Mechanical Engineering Conference, November 2–6, 2008, Boston, Mass., USA, IMECE 2008 – 68284. – 112 р.

6. Overview of Greenhouse Gases / Greenhouse Gas Emissions [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.epa.gov/ghgemissions… – (Дата обращения: 22.03.2018).

7. Humid Air Motor Technology for green profits. – MAN Prime Serv [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mandieselturbo.2018. – 7 р. – (Дата обращения: 23.03.2018).

8. Пыль пустыни – и во вред, и во благо / По 115Атериалам журнала «Prevention Magazine» (USA) “2000” (Еженедельник). – 2018. – № 8 (855). – С4.

9. Nakicenovic, N. SDEWES 2014.1056 Achieving Sustainable Development Coals (Sdg) Including Energy for All within Planetary Boundaries in Sustainable Development of Energy. – Water and Environment Systems. – 2015. – P. 61–62.

10. Jaffe, A.M. Green Giant. Renewable Energy and Chinese Power [Электронный ресурс] / Foreign Affairs, March / April 2018 Issue. – Режим доступа: https://www.foreignaffairs.com/articles/china/20180213/green-giant – (Дата обращения: 27.03.2018).

11. Rooney, T. Carbon Everywhere But What About the Water / T. Rooney // Renewable Energy World. – 2010. – Jan.11. – P. 1–6.

12. Altfeld, K. Entwicklung der Erdgas – beschaffenheiten in Europa / K. Altfeld, P. Schley // Gaswärme Int. – 2012. – No. 2. – P. 57–63.

13. Leicher, J. et al. Gasbeschaffenheitsänderungen: Lösungsansätze für industrielle Feuerungsprozesse / J. Leicher [et al.] // Gaswärme Int. – 2013. – No. 6.– P. 43–56.

14. Altfeld, K. Admissible hydrogen concentrations in natural gas systems / K. Altfeld, D. Pinchbeck // Gas for energy. – 2013. – No. 3. – P. 1–12.

15. Бондаренко, Б.И. Межфазный углеродообмен: термодинамика и процессы переноса (Монография) / Б.И. Бондаренко, Б.С. Сорока, В.К. Безуглый. – Киев НВП «Наукова думка», 2013. – 223 c.

16. Боумен, К.Т. Кинетика образования и разложения загрязняющих веществ при горении. В книге: Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени: Пер. c англ. / Ред. Чигир Н.А. – М.: Машиностроение, 1981.– С. 59–83.

17. Сорока, Б.С. Низкоэмиссионное сжигание подготовленных газо – воздушных смесей в камере с рециркуляцией продуктов сгорания / Б.С. Сорока, В.А. Згурский, М. Хинкис // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. – 2013. – № 1 (12). – С. 368–374.

18. Szewczyk, D. High Temperature Burners (HTB) as the result of the connection of HiTAC combustion technology with central recuperative systems / D. Szewczyk, J. Engdahl, A. Stachowski // Proceedings: 8th International Symposium on High Temperature Air Combustion and Gasification. Poznan, Poland, 2010. – P. 337–345.

19. Kazakov A., Frenklach M. Natural gas reduced combustion mechanism [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.me.berkeley.edu/drm/ – (Дата обращения: 02.04.2018).

20. Hermann, F. Computational and Experimental Investigation of Emissions in a Highly Humidified Premixed Flame / F. Hermann, J. Klingmann, R. Gabrielsson // Proceedings of 2003 ASME Turbo Power for Land, Sea & Air. – Atlanta, Georgia, US, 2003. – GT 2003–38337.

21. Сорока Б.С., Горупа В.В. Анализ процесса конденсации водяного пара газовых атмосфер и продуктов сгорания / Б.С. Сорока, В.В. Горупа // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2017. – № 1. – С. 3–15.

22. Брюханов, О.Н. Аэродинамика, горение и теплообмен при сжигании топлива: Справочное пособие / О.Н. Брюханов, Б.С. Мастрюков. – СПб: Недра, 1994. – 317 с.

23. Soroka, B. Development of Computation Techniques and Data Generalization on Burning Velocity of Dry and Humidified Inflammable Gas Fuel-Oxidant Mixtures / B. Soroka, V. Zgurskyi, N. Vorobyov // International Journal of Energy for a Clean Environment. (IJECE). – 2011. – Vol. 12. – No. 2–4. – P. 187–208.

24. Soroka, B. Preventing autoignition inside the burner with high-temperature oxidant preheating / B. Soroka [et al.] // International Journal of Energy for a Clean Environment. – 2017. – Vol. 18(2). – P.113–122.

25. Göke, S. Influence of Steam Dilution on NOx Formation in Premixed Natural Gas and Hydrogen Flames / S. Göke, C.O. Paschereit. – Copyring 2012 by S. Göke. Published by the American Institute of Aeronaufics and Astronautics, Inc. (AIAA) with permission. AIAA – 15 p.

26. Bogdanova V., Moreau J. Guillet R. The water vapor pump technologies back in France. CIEC, 2014, June. – 4 p. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ciec.fr/wpcontent/themes/ciec/assets/fichier/english-pave.pdf. – (Дата обращения: 05.04.2018).

27. Guillet, R. The Humid Combustion to Protect Environment and to Save the Fuel: the Water Vapor Pump and Maisotsenko Cycles Examples/ R. Guillet // International Journal of Energy for a Clean Environment. – 2011. – No. 12 (2–4). – P. 259 – 271.


Для цитирования:


Сорока Б.С. ВЛАЖНОЕ ГОРЕНИЕ – СОВРЕМЕННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА И РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2018;(25-30):96-117. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.25-30.096-117

For citation:


Soroka B.S. WET BURNING – THE MODERN TREND IN ENVIRONMENTAL BENIGN FUEL COMBUSTION AND IN SOLUTION TO THE PROBLEM OF SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF THE POWER GENERATION. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2018;(25-30):96-117. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.25-30.096-117

Просмотров: 142


ISSN 1608-8298 (Print)