تحلیل عددی و آزمایشگاهی اثر گرمایش مستقیم سوخت گاز طبیعی بر تشکیل دوده، خصوصیات احتراقی، درخشندگی و تولید NOx در شعله نفوذی گاز طبیعی

در این مقاله، با هدف افزایش تابش شعله گاز طبیعی، اثر گرمایش مستقیم سوخت در محفظه پیش­ احتراق بر تولید ذرات کربنی در فرایند احتراق و تاثیر آن بر درخشندگی شعله، دمای محصولات احتراق و همچنین انتشار آلاینده­های احتراقی مورد مطالعه عددی و آزمایشگاهی قرار گرفته است. کل دبی جرمی سوخت ورودی ثابت بوده که از دو مجرای مختلف وارد محفظه پیش­احتراق می­شوند. ابتدا، سوخت اولیه به­صورت محوری و سپس سوخت خوراک به­ صورت شعاعی در شعله حاصل از گاز اولیه تزریق شده و اثر نسبت سوخت اولیه به کل دبی سوخت مطالعه شده است. شبیه­سازی­ها به­صورت سه­بعدی انجام شده و برای مدلسازی احتراق از مفهوم کسر مخلوط و با درنظر گرفتن اثرات آشفتگی بر نرخ واکنش­های شیمیایی از مدل تابع چگالی احتمال  با توزیع فرضی استفاده شده است. نتایج عددی نشان می­دهد که در نسبت­های سوخت اولیه به کل دبی سوخت کمتر از ۵۰ درصد، دوده ناشی از احتراق ناقص سوخت خوراک در محفظه پیش احتراق باعث افزایش انتشارCO  در خروجی کوره و کاهش بازده احتراق می­شود. اما، در نسبت­ های سوخت اولیه به کل دبی سوخت بیشتر از ۵۰ درصد  و کامل­تر شدن فرایند احتراق، به علت تجزیه حرارتی سوخت خوراک و تولید کربن زنده، تابش از شعله افزایش یافته است. در نسبت سوخت اولیه به کل دبی سوخت برابر ۸۵ درصد،  ذرات کربنی به میزان ۹ درصد دبی سوخت کل تولید می­شود و این ذرات کربنی در داخل شعله اصلی با کسب انرژی درخشان شده و در نتیجه آن تابش ۱۵درصد افزایش و انتشار الاینده NOx حدود PPM۵۲ کاهش یافته است. نتایج عددی و تجربی توزیع دما و انتشار NOx تطابق خوبی نشان می­دهند.

Keywords:

گرمایش مستقیم گاز , ذرات کربنی , دوده , تابش درخشانی , تجزیه حرارتی