Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива
Предложена упрощенная модель горения и образования оксидов азота при сжигании жидкого топлива в цилиндрической камере сгорания. Сравнение экспери-ментальных и расчетных данных, полученных с помощью коммерческого пакета программ PHOENICS 3.6, показало удовлетворительное согласование результатов. Иссл...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61414 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива / С.Г. Кобзарь, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 3. — С. 62-69. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61414 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кобзарь, С.Г. Халатов, А.А. 2014-05-05T07:58:17Z 2014-05-05T07:58:17Z 2006 Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива / С.Г. Кобзарь, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 3. — С. 62-69. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61414 66.011:662.76 Предложена упрощенная модель горения и образования оксидов азота при сжигании жидкого топлива в цилиндрической камере сгорания. Сравнение экспери-ментальных и расчетных данных, полученных с помощью коммерческого пакета программ PHOENICS 3.6, показало удовлетворительное согласование результатов. Исследовано влияние коэффициента избытка воздуха на образование оксидов азота. Запропоновано спрощену модель горіння та утворення оксидів азоту при спалюванні рідкого палива у циліндричній камері згоряння. Порівняння експериментальних і розрахункових даних, отриманих за допомогою комерційного пакету програм PHOENICS 3.6, показало задовільне узгодження результатів. Досліджено вплив коефіцієнту надлишку повітря на утворення оксидів азоту. The simplified theoretical model of a liquid fuel burning and nitrogen oxides formation in the cylindrical combustion chamber is suggested. The good agreement between experiments and calculations obtained by means of CFD package PHOENICS 3.6 was obtained. The influence an air-fuel ratio on the nitrogen oxides formation was investigated. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Использование и сжигание топлива Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива The approbation of the simplified model of a liquid fuel combustion and nitrogen oxides formation Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива |
| spellingShingle |
Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива Кобзарь, С.Г. Халатов, А.А. Использование и сжигание топлива |
| title_short |
Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива |
| title_full |
Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива |
| title_fullStr |
Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива |
| title_full_unstemmed |
Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива |
| title_sort |
апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива |
| author |
Кобзарь, С.Г. Халатов, А.А. |
| author_facet |
Кобзарь, С.Г. Халатов, А.А. |
| topic |
Использование и сжигание топлива |
| topic_facet |
Использование и сжигание топлива |
| publishDate |
2006 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The approbation of the simplified model of a liquid fuel combustion and nitrogen oxides formation |
| description |
Предложена упрощенная модель горения и образования оксидов азота при сжигании жидкого топлива в цилиндрической камере сгорания. Сравнение экспери-ментальных и расчетных данных, полученных с помощью коммерческого пакета программ PHOENICS 3.6, показало удовлетворительное согласование результатов. Исследовано влияние коэффициента избытка воздуха на образование оксидов азота.
Запропоновано спрощену модель горіння та утворення оксидів азоту при спалюванні рідкого палива у циліндричній камері згоряння. Порівняння експериментальних і розрахункових даних, отриманих за допомогою комерційного пакету програм PHOENICS 3.6, показало задовільне узгодження результатів. Досліджено вплив коефіцієнту надлишку повітря на утворення оксидів азоту.
The simplified theoretical model of a liquid fuel burning and nitrogen oxides formation in the cylindrical combustion chamber is suggested. The good agreement between experiments and calculations obtained by means of CFD package PHOENICS 3.6 was obtained. The influence an air-fuel ratio on the nitrogen oxides formation was investigated.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61414 |
| citation_txt |
Апробация упрощенной модели расчета горения и формирования оксидов азота при сжигании жидкого топлива / С.Г. Кобзарь, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 3. — С. 62-69. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kobzarʹsg aprobaciâuproŝennoimodelirasčetagoreniâiformirovaniâoksidovazotaprisžiganiižidkogotopliva AT halatovaa aprobaciâuproŝennoimodelirasčetagoreniâiformirovaniâoksidovazotaprisžiganiižidkogotopliva AT kobzarʹsg theapprobationofthesimplifiedmodelofaliquidfuelcombustionandnitrogenoxidesformation AT halatovaa theapprobationofthesimplifiedmodelofaliquidfuelcombustionandnitrogenoxidesformation |
| first_indexed |
2025-11-25T23:50:48Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:50:48Z |
| _version_ |
1850586384748773376 |
| fulltext |
В настоящее время основным топливом в теп;
лоэнергетике являются органические природные
ископаемые: природный газ, уголь и мазут. В по;
следнее время наметились трудности с обеспечени;
ем Украины природным газом – основным видом
топлива на ТЭЦ и в котельных, расположенных в
крупных городах. Рост цены на газ и ограничение
объемов его потребления требует использования
резервного топлива, которым может служить
жидкое топлива, например, мазут.
Сжигание жидкого топлива приводит к увели;
чению формирования оксидов азота по сравне;
нию с природным газом, так как такое топливо
содержит азот. Модернизация существующего
оборудования требует проведения дополнитель;
ных натурных экспериментов, которые стоят до;
статочно дорого. Большую помощь в проведении
предмодернизационного анализа оказывает мно;
гопараметрическое моделирование процессов
горения с помощью CFD пакетов, таких как
Phoenics, Fluent, CFX, StarCD и др. В настоящее
время существует достаточно много математиче;
ских моделей процесса горения жидкого топлива
и формирования оксидов азота. Использование
детальных механизмов горения, которые вклю;
чают от 25 до 200 реакций, приводит к большим
затратам компьютерного времени и их целесооб;
разно использовать только на заключительной
стадии проектирования. На этапе предваритель;
ных и оценочных расчетов целесообразно при;
менять упрощенные, но достаточно точные мо;
дели горения и образования оксидов азота.
62 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
Запропоновано спрощену модель
горіння та утворення оксидів азоту при
спалюванні рідкого палива у циліндрич�
ній камері згоряння. Порівняння експе�
риментальних і розрахункових даних,
отриманих за допомогою комерційного
пакету програм PHOENICS 3.6, показало
задовільне узгодження результатів.
Досліджено вплив коефіцієнту надлишку
повітря на утворення оксидів азоту.
Предложена упрощенная модель го�
рения и образования оксидов азота при
сжигании жидкого топлива в цилиндри�
ческой камере сгорания. Сравнение
экспери�ментальных и расчетных дан�
ных, полученных с помощью коммерче�
ского пакета программ PHOENICS 3.6,
показало удовлетворительное согласо�
вание результатов. Исследовано влия�
ние коэффициента избытка воздуха на
образование оксидов азота.
The simplified theoretical model of a
liquid fuel burning and nitrogen oxides for�
mation in the cylindrical combustion cham�
ber is suggested. The good agreement
between experiments and calculations
obtained by means of CFD package
PHOENICS 3.6 was obtained. The influ�
ence an air�fuel ratio on the nitrogen
oxides formation was investigated.
УДК: 66.011:662.76
КОБЗАРЬ С.Г., ХАЛАТОВ А.А.
Институт технической теплофизики НАН Украины
АПРОБАЦИЯ УПРОЩЕННОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА
ГОРЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ
СЖИГАНИИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА
k – кинетическая энергия турбулентности;
L – длина камеры сгорания;
P – абсолютное давление;
r – радиус камеры сгорания;
R – универсальная газовая постоянная;
T – абсолютная температура;
x, y, z – цилиндрические координаты;
u, v, w – тангенциальная, радиальная и осевая
компоненты скорости;
Yi – массовая концентрация компонента;
[Yi] – молярная концентрация компонента;
α– коэффициент избытка воздуха;
ε – энергия диссипации;
ρ – плотность.
Индексы
pr – prompt;
терм – термический;
топ – топливный.
Целью данной работы является апробация упро;
щенного механизма горения жидкого топлива и
расчет эмиссии оксидов азота в атмосферу с помо;
щью пакета прикладных программ Phoenics v3.6.
Объектом исследования была цилиндрическая
камера сгорания с боковым выходом продуктов
сгорания и горелкой, расположенной на оси ка;
меры. Размеры камеры были следующие: длина
L = 4,2 м, внутренний радиус r = 0,8 м. Схемати;
ческое изображение подачи воздуха и топлива
показано на рис.1. Угол распыла топлива состав;
ляет 60о, а диаметр капель изменяется в диапазо;
не от 50 до 100 мкм. Воздух подается через три
коаксиальных цилиндрических подвода I1, I2, I3,
причем поток в среднем входе имеет тангенци;
альную составляющую скорости u2, т.е. является
закрученным. Траектории движения капель топ;
лива и их испарение моделировались подпро;
граммой Gentra – опция испаряющаяся капля
[1]. Всего использовалось десять точек ввода ка;
пель. Для тестирования модели были использо;
ваны результаты экспериментов [2]. Модель ка;
меры сгорания, построенная в препроцессоре
Phoenics v3.6, представлена на рис. 2.
Для расчета полей скорости, концентрации и
теплообмена решали осредненные уравнения
движения Рейнольдса и уравнение энтальпии.
Для замыкания гидродинамических уравнений
использовали RNG k;ε модель турбулентности,
которая показывает наилучшие результаты при
расчете течений с криволинейными линиями то;
ка и с закруткой потока. Радиационный теплооб;
мен моделировался при помощи встроенной в
пакет Phoenics модели Radiosity [3]. Степень чер;
ноты стенки принимали равной 0,9.
Жидкое топливо состоит из целого ряда ком;
понентов (табл. 1). Используя углеродно;водо;
родный баланс исходного топлива, жидкое топ;
ливо было представлено в виде единственной
компоненты С15Н28, ее теплофизические свойст;
ва представлены в табл. 2.
Горение жидкого топлива моделировали в
предположении, что горят только пары топлива.
Модель предполагает, что на первом этапе, после
испарения, происходит горение паров жидкого
топлива с образованием СО и воды (уравнение
1), а на втором этапе идет дожигание СО до СО2
(уравнение 2).
, (1)
. (2)
Для нахождения средней скорости реакции (1)
использовалась модель разрушения вихрей
(EBU) [4]:
2 2
1
CO O CO
2
+ →
15 28 2 2
1
C H 14 O 15CO 14H O
2
+ → +
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 63
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
Рис. 1. Горелка и схема подачи воздуха и топлива в
камеру сгорания.
Рис. 2. Модель камеры сгорания, построенная в препроцессоре Phoenics v3.6.
[кг/м3с], (3)
где константа модели CEBU = 1,0.
Средняя скорость реакции (2) принималась
минимальной, определенной по модели EBU и
закона Аррениуса [3]:
RCO = – min (REBU, RAr), (4)
где
×
× [CO][O2]0,25[H2O]0,5 [кмоль/м3·с] [5].
Моделирование процесса формирования ок;
сидов азота было проведено с учетом всех трех
основных механизмов образования – термичес;
кого, Prompt и топливного. Предполагалось, что
совокупность оксидов азота NOx можно предста;
вить только одним оксидом азота NO, с молеку;
лярной массой MNO=30. В общем виде источни;
ковый член в уравнении переноса NO можно
записать следующим образом:
SNO = SтемпNO + SprNO + SтoпNO. (5)
Механизм образования
термического NOx
Механизм образования термического NOx был
предложен Зельдовичем [6], который учитывает
окисление азота воздуха при температуре выше
1800К. Формирование термического NOx сильно
зависит от “пиковой” температуры пламени и на;
личия кислорода в зонах с высокой температурой.
После образования атомарного кислорода со;
гласно механизму
, (6)
(7)
начинается процесс окисления атмосферного
азота в соответствии с механизмом термического
NO
, (8)
. (9)
В дополнение к первым двум реакциям, кото;
рые учитывают образование оксидов азота при
α > 0,85, используется реакция
, (10)
которая важна при α < 0,85 и может не прини;
маться во внимание при более высоких значени;
ях коэффициента избытка воздуха.
Константы реакций для уравнений (8–10) бы;
ли взяты из работы [7]:
, (11)
, (12)
, (13)
, (14)
, (15)
, (16)
где k1, k2, k3 – константы прямых реакций
(8)–(10) соответственно, а k–1, k–2, k–3 – констан;
ты обратных реакций.
8
3
24560
1,7 10 expk
T
−
−⎛ ⎞= × ⎜ ⎟⎝ ⎠
7
3
450
7,1 10 expk
T
−⎛ ⎞= × ⎜ ⎟⎝ ⎠
3
2
20820
3,8 10 expk T
T
−
−⎛ ⎞= × ⎜ ⎟⎝ ⎠
4
2
4680
1,8 10 expk T
T
−⎛ ⎞= × ⎜ ⎟⎝ ⎠
7
1
425
3,8 10 expk
T
−
−⎛ ⎞= × ⎜ ⎟⎝ ⎠
8
1
38370
1,8 10 expk
T
−⎛ ⎞= × ⎜ ⎟⎝ ⎠
3
N OH NO H+ ←⎯→ +
2
2
N O NO O+ ←⎯→ +
1
2
O N NO N+ ←⎯→ +
2
O M O O M+ ⇔ + +
2
O 2O⇔
9 15000
5,4 10 expArR
T
⎛ ⎞= ⋅ −⎜ ⎟⎝ ⎠
15 28
2
C H 15 28
O
min C H ;
2,231
EBUR C
k
ε⎛ ⎞= − ⋅ ⋅ρ⎜ ⎟⎝ ⎠
64 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
Та б л . 1 . Состав топлива
Так как расчеты проводились при α ≥ 1,0, то
результирующее выражение для расчета образо;
вания оксидов азота по термическому механизму
можно записать в следующем виде:
. (17)
В уравнении (17) концентрация компонентов
выражена в моль · м–3. Концентрации O2 и N2 бе;
рутся из мгновенных значений рассчитанных по;
лей концентрации, а концентрация радикала [O]
определялась исходя из гипотезы о частичном
равновесии по выражению [8, 9]
. (18)
Таким образом, слагаемое, определяющее
вклад в образование оксидов азота по термичес;
кому механизму в уравнении (5), имеет следую;
щий вид:
.
Prompt NOx механизм
При низких температурах (Т < 1800К) образо;
вание NOx по термическому механизму мало по
сравнению с общим количеством оксидов азота.
При этом основной вклад в образование NOx
вносят оксиды азота, которые образовываются
по механизму Prompt и из азота топлива (топлив;
ный NOx). Образование NOx по механизму
Prompt происходит в зонах, содержащих несго;
ревшие углеводородные радикалы, что характер;
но при рециркуляционных течениях непосредст;
венно в зоне горения, когда часть продуктов
сгорания попадает в зону горения.
Горение углеводородов включает в себя мно;
жество комплексных реакций и промежуточных
продуктов горения, расчет которых занимает
много компьютерного времени. В связи с этим
многими исследователями предложено рассчи;
тывать образование Prompt NOx по глобальной
модели. В исследовании использовалась зависи;
мость, предложенная в [10]
. (19)
Таким образом, слагаемое, определяющее
вклад в образование оксидов азота по Prompt ме;
ханизму в уравнении (5), имеет вид
.
Механизм образования
топливного NOx
Механизм образования топливного NOx опи;
сывает окисление азота, содержащегося в топли;
ве. В зависимости от промежуточных реакций
радикалов и наличия кислорода в зонах, где про;
исходят эти реакции, азот топлива может преоб;
разовываться как в N2, так и в NO. Этот механизм
также включает восстановление NO молекул до
молекул азота при наличии CH радикалов. Сле;
дует отметить, что преобразование азота топлива
в оксиды азота сильно зависит и от локального
стехиометрического значения.
При испарении капли топлива азотосодержа;
щие соединения попадают вместе с парами в газо;
вую фазу. При дальнейшем нагреве эти соедине;
ния разлагаются на промежуточные соединения
NO NO
[NO]pr
pr
d
S M
dt
=
15 28
60000
[C H ]exp
RT
−⎛ ⎞
⎜ ⎟⎝ ⎠
pr 7
2 2
[NO]
1,2 10 [N ][O ]
t
d
d
= ×
NO NO
[NO]T
терм
d
S M
dt
=
1/ 2 1/ 2
2
27123
[O] 36,64 [O ] expT
T
−⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠
2
1 2 2 2 1 2
2 2 1
[NO] 2[O]{ [O ][N ] [NO] }
[O ] [NO]
Td k k k k
dt k k
− −
−
−=
+
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 65
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
Та б л . 2 . Теплофизические свойства топлива
HCN, N, CN и NH, а затем они могут преобразо;
ваться в NOx [10]. Механизм образования топлив;
ного NOx происходит по схеме 1.
Для определения локальной концентрации
HCN решалось дополнительное концентрацион;
ное уравнение. HCN, образованный из азота топ;
лива, пропорционален количеству топлива, пе;
решедшего в газовую фазу в результате
испарения капель жидкого топлива. Дальше HCN
участвует в двух реакциях: реакция 1 – окисление
с образованием NO и реакция 2 – восстановле;
ние до N2. Средние скорости реакций разложе;
ния HCN в реакциях 1 и 2 определялись по соот;
ношениям [10]:
, (20)
. (21)
где: R1, R2 – скорость реакций HCN (1/с); X;моль;
ная доля; a = 1; A1 = 3,5 · 1010 (1/с); A2 = 3,0 · 1012
(1/с); E1 = 67000 кал/моль; E2 = 60000 кал/моль.
Оксиды азота из азота топлива образуются в
первой реакции и разрушаются во второй. Ис;
точниковый член в уравнении (5) имет вид
где .
Результаты апробации упрощенной
модели расчета горения и формирования
оксидов азота
Были проведены два варианта расчетов для ус;
тановки мощностью 750 кВт, коэффициент из;
бытка воздуха составлял α =1,0 и 1,2. Для α = 1,2
значения скорости на срезе горелки задавались сле;
дующими (см. рис. 1): вход I1 – w1 = 18,83 м/с, вход
I2 – w2 = 2,56 м/с, u2 = 5,3 м/с, вход I3 – w3 = 18,83 м/с.
Температура стенки принималась такой же, как и
в экспериментах [2] Т = 1273К. Результаты рас;
четов при α =1,2 сравнивались с результатами
экспериментов [2]. На рис. 3 и 4 представлено
сравнение результатов расчета с эксперимен;
тальными данными по распределению темпера;
туры и концентрации оксидов азота в двух попе;
речных сечениях цилиндрической камеры
сгорания. Из рис. 3 видно, что получено хорошее
согласование результатов математического моде;
лирования и экспериментальных данных. В сече;
нии z/L = 0,0714 математическая модель “улав;
ливает” пик температуры. Далее по потоку при
z/L = 0,214 экспериментальный профиль темпе;
ратуры становится почти равномерным, однако
модель демонстрирует небольшой пик темпера;
туры.
Сравнение результатов расчетных и экспери;
ментальных данных позволяет говорить об адек;
ватности применяемой модели образования ок;
сидов азота. Из рис. 4 видно, что в обоих
сечениях моделирование дает качественное и ко;
NO
NO 2 2
M P
S R
RT
− = −NO
NO 1 1
,
M P
S R
RT
− =
NO NO 1 NO 2
,топS S S− −= +
2
2 2 NO
expHCN
E
R A X X
RT
−⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠
2
1
1 1 O
exp
a
HCN
E
R A X X
RT
−⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠
66 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
Cхемa 1.
личественное согласование с результатами экс;
периментов. Максимум концентрации NOx
(рис. 4 а) в области r = 0,05, объясняется высокой
концентрацией кислорода в струе из центрально;
го входа горелки, который в этом сечении еще не
перемешался с продуктами сгорания. Минимум
на этой кривой также связан с концентрацией
кислорода, который практически отсутствует
при r = 0,2. В сечении z/L = 0,214 профиль кон;
центрации оксидов азота достаточно равномер;
ный (рис. 4 б), что связано с равномерным про;
филем температуры (рис. 3 б).
Хорошее согласование результатов расчетов с
экспериментальными данными позволяет счи;
тать, что упрощенный механизм горения жидко;
го топлива позволяет адекватно описывать про;
цесс горения и образования оксидов азота в ци;
линдрической камере сгорания.
Для выявления влияния работы камеры сгора;
ния на нерасчетных режимах были проведены
расчеты для условий α = 1. На рис.5 представле;
но влияние коэффициента избытка воздуха на
образование оксидов азота. Как видно из графи;
ков, при α = 1 распределение концентрации NOx
имеет качественно другой характер и при
r > 0,75…0,4 м существенно выше, чем при
α = 1,2. Такой результат объясняется образова;
нием возвратных течений (pис. 6). Профиль осе;
вой скорости представляет собой комбинацию
осевого и закрученного потоков. В центре каме;
ры сгорания (до r = 0,075м) преобладает струй;
ное осевое течение из входа I1, далее по радиусу
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 67
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
а б
Рис. 3. Распределение температуры в поперечном сечении цилиндрической камеры сгорания:
а) z/L = 0,0714; б) z/L = 0,214.
а б
Рис. 4. Концентрация оксидов азота NOx в поперечном сечении цилиндрической камеры сгорания:
а) z/L=0,0714; б) z/L=0,214.
на профиль осевой скорости начинает влиять за;
крученный поток. При α = 1,2 в периферийной
области камеры сгорания осевая скорость меняет
свой знак (r = 0,25м) и тем самым обеспечивает
перенос продуктов сгорания к корню факела,
снижая концентрацию кислорода в зоне высоких
температур. В результате снижается уровень фор;
мирования оксидов азота.
Выводы
1. Предложенный упрощенный механизм
горения позволяет адекватно описывать процесс
горения жидкого топлива и образования оксидов
азота в цилиндрической камере сгорания. Наи;
лучшее согласование расчетных и эксперимен;
тальных результатов наблюдается в сечении
близком к срезу горелки.
2. Уменьшение коэффициента избытка воз;
духа для данной камеры сгорания и горелки (от;
клонение от рабочего режима) приводит к сниже;
нию рециркуляционных течений и, как следствие,
к увеличению концентрации оксидов азота.
ЛИТЕРАТУРА
1. The GENTRA User Guide. CHAM, London –
2002.
2. Ilbas M. Studies of ultra low NOx burnes. Phd
thesis. University of Wales. College of Cardiff, UK. 1996.
3. PHOENICS Reference Guide Version 3.6.
CHAM, London – 2004.
4. D.B. Spalding. Mixing and chemical reaction
in steady confined turbulent flames. In 13th Symp.
(Int.) on Combustion, p. 649;657, Pittsburgh, 1971.
The Combustion Institute, Pittsburgh.
5. F.L.Dryer “The Phenomenology of modeling
combustion chemistry”, p. 121;241, Fossil Fuel
Combustion, Ed. W.Bartok & A.F.Sarofim, John
Wiley & Sons, 1990.
6. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б.,
Махвиладзе Г.М. Математическая теория горения
и взрыва.;М.: Наука, 1980.;478с.
7. Baulch D.L., Drysdall D.D., Horne, D.G., and
Lloyd, A.C. 1973. “Evaluated Kinetic Data for High
Temperature Reactions”. Butterworth.
8. Williams A., Clarke A.G. and Pourkashanian M.
The mechanism of NOx formation during combus;
68 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
а б
Рис. 5. Влияние коэффициента избытка воздуха на концентрацию NOx в поперечном сечении
цилиндрической камеры сгорания: а) z/L=0,0714; б) z/L=0,214.
Рис. 6. Распределение осевой скорости в
поперечном сечении цилиндрической камеры сгора�
ния (z/L=0,0714).
tion of coal, NOx Generation and Control in Boiler
and Furnace Plant Symposium, 8th September,
Portsmouth, 1988.
9. Warnatz J. NOx formation in high tempera;
ture processes/ University of Stuttgart, Germany
1990.
10. De Soete G.G. ‘Overall reaction rates of NO
and N2 formation from fuel nitrogen’, 15th Symp.
(Int.) on Combustion, The Combustion Institute –
1975, pp. 1093;1102.
Получено 15.03.2006 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 69
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
Пропонуються спосіб термоконтакт�
ного піролізу вугілля і конструкція топки,
призначена для спалювання твердого
палива в циркулюючому киплячому
шарі. Розраховані геометричні та
фізичні параметри зони піролізу, розта�
шованої поблизу стінки області надша�
рового простору. Показано, що при по�
дачі вугілля через частину площі
поперечного переріза кільцевої зони
відбувається руйнування кластерів, що
інтенсифікує процес горіння (га�
зифікації) в ядрі потоку.
Предлагаются способ термоконтакт�
ного пиролиза угля и конструкция топки,
предназначенная для сжигания твердо�
го топлива в циркулирующем кипящем
слое. Рассчитаны геометрические и фи�
зические параметры зоны пиролиза,
расположенной в пристеночной области
надслоевого пространства. Показано,
что при подаче угля через часть площа�
ди поперечного сечения кольцевой зо�
ны происходит разрушение кластеров,
что интенсифицирует процесс горения
(газификации) в ядре потока.
We offer a method of coal thermal con�
tact pyrolysis and a design of furnace for
burning firm fuel in a circulating fluidized
bed. Geometrical and physical parameters
of a pyrolysis zone located in the wall area
of freebed are calculated. It is shown, that
at submission of coal through a part of the
area of cross�section of a ring zone, there
occurs destruction of clusters that inten�
sifies process of burning (gasification) in
the core of a stream.
УДК 532.529: 662.62
РОХМАН Б. Б.
Институт угольных энерготехнологий НАН и Минтопэнерго Украины
О НЕКОТОРЫХ МЕТОДАХ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ В ЦИРКУЛИРУЮЩЕМ
КИПЯЩЕМ СЛОЕ
Ar, Re, Nu, Pr — критерии Архимеда, Рейнольдса,
Нуссельта, Прандтля;
Ad, Vd — доли золы и летучих в твердом топливе
(на сухую массу);
А, Б, В, I — IX — варианты расчета;
— скорость выгорания окислителя;
a — степень черноты;
B — расход твердой фазы;
C — концентрация;
c — теплоемкость;
D — диаметр;
E — энергия активации;
— вектор силы тяжести;
f — сечение;
G — расход газа;
g — ускорение свободного падения;
H — высота;
k — константа скорости реакции;
k0 — предэкспоненциальный множитель;
m — масса;
P — давление газа;
R — универсальная газовая постоянная;
t — температура;
u, w — составляющие вектора скорости;
Vdaf — доля летучих веществ в пересчете на сухую
беззольную (горючую) массу;
x, z — радиальная и аксиальная координаты;
α — коэффициент теплообмена;
β — истинная объемная концентрация частиц;
γ, γ0 — постоянные спада экспоненты;
δ — диаметр частицы;
θ — угол;
F
2OA
|