Сжигание жидких углеводородов с подачей перегретого пара

Внедрение: 2014 г.

В одноимённой статье учёных из Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН (г. Новосибирск) описан оригинальный лабораторный образец горелочного устройства, использующий «сажепаровый» режим сжигания дизельного топлива. Данный режим обеспечивает резкую интенсификацию горения жидких углеводородов за счет подачи в зону горения струи перегретого водяного пара. С применением метода цифровой трассерной визуализации исследовано поле скорости во внешнем факеле горелочного устройства. Успешно апробирован способ засева высокотемпературного реагирующего потока трассерами — микроскопическими частицами оксида кремния, образующимися в факеле при добавлении силиконового масла в жидкое топливо. На основе термопарных измерений с применением модуля АЦП LTR114 исследовано распределение температуры в факеле, установлено, что максимальная температура достигает 1500°С. На проточном калориметре проведены предварительные измерения тепловыделения при сжигании дизельного топлива в исследуемом режиме.

Рисунок 1. Схема горелочного устройства (а); горение дизельного топлива без подачи пара (б); установившийся сажепаровый режим горения (в). 

Горелочное устройство состоит из цилиндрического корпуса 1 с топкой 2, топливопровода 3, воздуховодов 4, встроенного парогенератора 5 с форсункой 6 и камеры газогенерации 7. Парогенератор содержит бачок-испаритель 8, паросепаратор 9, пароперегреватель 10.

Рисунок 2. Вид огневого стенда, оснащенного системой измерения температуры с координатно-перемещающим устройством (КПУ).

Судя по фото, модуль LTR114 был применён в составе крейта LTR‑U‑1‑4 (примеч. от L‑Card).

Измерения поля температуры проводились в плоскости симметрии факела. Рабочий конец термопары помещался в различные точки внутри факела (согласно плану) при помощи автоматизированного КПУ. Сигнал с термопары через АЦП LTR114 (24 бита, 4 кГц) поступал на компьютер. Автоматизированный сбор данных, визуализация, первичная обработка и сохранение осуществлялись с помощью специально разработанной программы. Основное назначение этой программы: синхронизация КПУ и АЦП; управление автоматизированным перемещением измерительной системы; визуализация сигналов в абсолютных величинах в момент измерений; автоматизированный непрерывный сбор и сохранение данных в файл; одновременный синхронизированный запуск нескольких каналов. Последующая визуализация данных выполнялась в программе Origin. 

Рисунок 3. Проточный калориметр, оснащенный измерительными приборами.

В калориметре вывод сигналов на компьютер осуществлялся с использованием АЦП LTR114. Сбор данных, их визуализация и экспорт проводились в программе LGraph2.

Рисунок 4. Распределение средней во времени температуры в факеле (а); фотография факела (б); распределение аксиальной компоненты средней скорости (в).

Результаты исследования горения дизельного топлива в автономном горелочном устройстве с подачей перегретого водяного пара свидетельствуют о том, что сажепаровый режим сжигания может быть эффективен при утилизации жидких углеводородов с получением тепловой энергии. Ключевая стадия процесса горения – паровая газификация продуктов разложения топлива – позволяет рассчитывать на достижение более высоких экологических характеристик по сравнению с технологиями сжигания, использующими повышенный расход воздуха. Новые данные могут быть использованы для верификации разрабатываемых физико-математических моделей изучаемого процесса.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, Программы Президиума РАН «Горение и взрыв», Программы совместных фундаментальных исследований СО РАН и НАНБ 2012-2014 гг., РФФИ (проект № 14‑08‑00177‑а).

Источник:

Алексеенко С.В., Ануфриев И.С., Вигриянов М.С., Копьев Е.П., Шарыпов О.В. Сжигание жидких углеводородов с подачей перегретого пара // Труды шестой российской национальной конференции по теплообмену. – Москва. – 2014.

Разработчик: Алексеенко С.В., Ануфриев И.С. , Вигриянов М.С., Копьев Е.П., Шарыпов О.В. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН)