Исследование процессов горения жидких углеводородов при распылении струей перегретого водяного пара


Авторы

Ануфриев И. С.

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН, проспект Академика Лаврентьева, 1, Новосибирск, 630090, Россия

e-mail: anufriev@itp.nsc.ru

Аннотация

Исследован процесс горения жидких углеводородов при распылении струей перегретого водяного пара. В прямоточном атмосферном горелочном устройстве на примере дизельного топлива изучено влияние режимных параметров на характеристики горения: тепловыделение, газовый состав продуктов сгорания, температуру факела. Найдены зависимости основных теплотехнических и экологических показателей горелки от расхода перегретого водяного пара и расхода топлива. Максимальная полнота сгорания топлива достигает 98.6%. С ростом массовой доли пара (до 50%) наблюдается снижение содержания оксидов азота. Минимальные значения содержания оксида углерода достигают 5 мг/кВт×ч, при этом уровень содержания оксидов азота является максимальным, но не превышает 90 мг/кВт·ч, что соответствует 3 классу по нормативу EN 267. Найдена эмпирическая зависимость, позволяющая для заданной мощности горелки определить значения расхода пара и топлива, обеспечивающие минимальные выбросы CO.

Ключевые слова

горелочное устройство, дизельное топливо, перегретый водяной пар, распыление топлива, лабораторные исследования, температура факела, теплота сгорания, газовый анализ

Библиографический список

  1. Alekseenko S.V., Pashchenko S.E., Salomatov V.V. Nanocluster initiation of offgrade hydrocarbon fuels // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2010. V. 83. N 4. P. 729–741. DOI: 10.1007/s10891-010-0403-6

  2. Nadeem M., Rangkuti C., Anuar K., Haq M.R.U., Tan I.B., Shah S.S. Diesel engine performance and emission evaluation using emulsified fuels stabilized by conventional and gemini surfactants // Fuel. 2006. V. 85. P. 2111–2119. DOI: 10.1016/j.fuel.2006.03.013

  3. Samec N., Kegl B., Dibble R.W. Numerical and experimental study of water/oil emulsified fuel combustion in a diesel engine // Fuel. 2002. V. 81. P. 2035–2044. DOI: 10.1016/S0016-2361(02)00135-7

  4. Wang L.P., Fu W.B. An analysis of the combustion characters and the mechanism of oil-consumption economy for diesel engines using water-blended oil // Fuel Processing Technology. 2001. V. 72. N 1. P. 47–61. DOI: 10.1016/S0378-3820(01)00183-7

  5. Kökkülünk G., Gonca G., Ayhan V., Cesur İ., Parlak A. Theoretical and experimental investigation of diesel engine with steam injection system on performance and emission parameters // Applied Thermal Engineering. 2013. V. 54. N 1. P. 161–170. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2013.01.034

  6. Parlak A., Ayhan V., Cesur İ., Kökkülünk G. Investigation of the effects of steam injection on performance and emissions of a diesel engine fuelled with tobacco seed oil methyl ester // Fuel Processing Technology. 2013. V. 116. P. 101–109. DOI: 10.1016/j.fuproc.2013.05.006

  7. Mohapatra D., Swain R.K., Jena S.P., Acharya S.K., Patnaik P.P. Effect of steam injection and FeCl3 as fuel additive on performance of thermal barrier coated diesel engine // Sustainable Environment Research. 2018. V. 28. N 5. P. 247–255. DOI: 10.1016/j.serj.2018.03.004

  8. Williams A. Combustion of liquid fuel sprays. Butterworth-Heinemann, 1990. DOI: 10.1016/C2013-0-00958-9

  9. Вигриянов М.С., Саломатов В.В., Алексеенко С.В. Способ бессажного сжигания топлива. Патент РФ 2219435. 2003.

  10. Anufriev I.S., Baklanov A.M., Borovkova O.V., Vigriyanov M.S., Leshchevich V.V., Sharypov O.V. Investigation of soot nanoparticles during combustion of liquid hydrocarbons with injection of a superheated steam jet into the combustion region // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2017. V. 53. N 2. P. 140–148. DOI: 10.1134/S0010508217020034

  11. Alekseenko S.V., Anufriev I.S., Vigriyanov M.S., Kopyev E.P., Sharypov O.V. Characteristics of diesel fuel combustion in a burner with injection of a superheated steam jet // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2016. V. 52. N 3. P. 286–293. DOI: 10.1134/S0010508216030059

  12. Alekseenko S.V., Anufriev I.S., Vigriyanov M.S., Dulin V.M., Kopyev E.P., Sharypov O.V. Steam-enhanced regime for liquid hydrocarbons combustion: velocity distribution in the burner flame // Thermophysics and Aeromechanics. 2014. V. 21. N 3. P .393–396. DOI: 10.1134/S0869864314030123

  13. Алексеенко С.В., Ануфриев И.С., Арсентьев С.С., Вигриянов М.С., Копьев Е.П., Шарыпов О.В. Влияние параметров перегретого водяного пара на процесс горения жидких углеводородов // Теплофизика и аэромеханика. 2019. Т. 26. № 1. С. 109–113. DOI: 10.1134/S0869864319010104

  14. Gad H.M., Ibrahim I.A., Abdel-baky M.E., Abd El-samed A.K., Farag T.M. Experimental study of diesel fuel atomization performance of air blast atomizer // Experimental Thermal and Fluid Science. 2018. V. 99. P. 211–218. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2018.07.006

  15. Yao C., Geng P., Yin Z., Hu J., Chen D., Ju Y. Impacts of nozzle geometry on spray combustion of high pressure common rail injectors in a constant volume combustion chamber // Fuel. 2016. V. 179. P. 235–245. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.03.097

  16. Furuhata T., Kawata T., Mizukoshi N., Arai M. Effect of steam addition pathways on NO reduction characteristics in a can-type spray combustor // Fuel. 2010. V. 89. N 10. P. 3119–3126. DOI: 10.1016/j.fuel.2010.05.018

  17. Вигриянов М.С. Горелочное устройство. Патент РФ 2450207. 2012.

  18. Anufriev I.S., Kopyev E.P., Shadrin E.Y. Investigating characteristics of liquid hydrocarbon spraying by a steam jet // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 115. 05010. DOI: 10.1051/matecconf/201711505010

  19. Dryer F.L. Water addition to practical combustion systems – Concepts and applications // Symposium (International) on Combustion. 1977. V. 16. P. 279–295. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80332-9

  20. DIN EN 267:2011-11. Automatic forced draught burners for liquid fuels.

  21. https://www.weishaupt.de/

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024