Визначення основних характеристик стабілізаторних мікрофакельних пальникових пристроїв при спалюванні забаластованих паливних газів

Автор(и)

  • Ольга Юріївна Черноусенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0002-1427-8068
  • Леонід Сергійович Бутовський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-8947-9887
  • Олена Олександрівна Грановська Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна https://orcid.org/0000-0003-3385-0768
  • Олег Сергійович Мороз Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-3906-8913
  • Олександр Сергійович Старченко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-5502-469X

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242984

Ключові слова:

пальниковий пристрій, сталість горіння, забаластований паливний газ, довжина факелу, стабілізатор, баластування, паливний газ, характеристики горіння

Анотація

Були проведені експериментальні дослідження щодо спалювання альтернативних газів у вигляді суміші пропан-бутану з повітрям і двоокисом вуглецю за стабілізаторним плоским модулем, який обтікався з обох боків повітряним потоком. Забаластоване паливо подавалось струменями в повітряний потік із отворів, що розміщувались на бокових стінках стабілізатора. При цьому відбувалось часткове попереднє перемішування палива і повітря. Встановлено, що при баластуванні палива інертними домішками довжина факелу і максимальна температура поступово зменшуються, а викиди оксидів азоту знижуються. При збільшенні вмісту баласту в паливі відбувається зрив горіння. Встановлена залежність стійкості факелу від відносної витрати баласту. Для стабілізації горіння в зону рециркуляції за стабілізатором з окремого колектора подається високо реакційне паливо. Забаластоване паливо проходить через чергові факели високотемпературного палива і відбувається процес горіння всього палива. Комбінована схема сумішеутворення дозволяє регулювати витрату палива по зонах і таким чином підтримувати стабільну потужність пальника. У разі подачі всього палива в зону рециркуляції за стабілізатором можлива поява так званого «багатого» зриву, при якому відбувається відрив факелу від стабілізатора. При роботі на таких режимах високо реакційне паливо подається з отворів на бокових стінках стабілізатора, які розміщуються ближче до його зривних кромок, ніж отвори подачі забаластованого палива. При цьому струмені забаластованого палива також проходять між факелами високо реакційного палива і відбувається сумісне горіння всього палива.

Біографії авторів

Ольга Юріївна Черноусенко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра «Теплоенергетики»

Леонід Сергійович Бутовський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Теплоенергетики»

Олена Олександрівна Грановська, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Теплоенергетики»

Олег Сергійович Мороз, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Кафедра «Теплоенергетики»

Олександр Сергійович Старченко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспирант

Кафедра «Теплоэнергетики»

Посилання

  1. Klumchuk, O. V., Grokh, N. V. (2012). Production of biogas: experience of foreign countries and prospect of development is in Ukraine. Zb. Naukovykh prats VNAU, 2 (64), 50–54. Available at: http://econjournal.vsau.org/files/pdfa/869.pdf
  2. Kholod, N., Evans, M., Pilcher, R. C., Roshchanka, V., Ruiz, F., Coté, M., Collings, R. (2020). Global methane emissions from coal mining to continue growing even with declining coal production. Journal of Cleaner Production, 256, 120489. doi: http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120489
  3. Vladimirov, Ia. A., Zysin, L. V. (2018). Methodological aspects of energy utilization of municipal solid waste and its gasification products. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki, 24 (1), 5–16. Available at: doi: http://doi.org/10.18721/JEST.240101
  4. Liu, C., Yan, B., Chen, G., Bai, X. S. (2010). Structures and burning velocity of biomass derived gas flames. International Journal of Hydrogen Energy, 35 (2), 542–555. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.11.020
  5. Sigal, I. Ia., Marasin, A. V., Smikhula, A. V., Sigal, A. I., Kolchev, V. A. (2013). Experimental study of biogas burning and it use in industrial boilers. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology, 17 (139), 84–89. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/eksperimentalnoe-issledovanie-goreniya-biogaza-i-ego-ispolzovanie-v-promyshlennyh-kotlah/viewer
  6. Sigal, I. Ia., Smіkhula, A. V., Marasin, A. V., Kuts, V. P., Dombrovskaia, E. P., Kolchev, V. A., Kernazhitskaia, E. S. (2013). Experimental Research of a Biogasas a Fuel for Boilers. Energotekhnologii i resursosberezhenie, 5, 26–32. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127237?show=full
  7. Anggono, W., Wardana, I. N. G., Lawes, M., Hughes, K. J., Wahyudi, S., Hamidi, N., Hayakawa, A. (2013). Biogas Laminar Burning Velocity and Flammability Characteristics in Spark Ignited Premix Combustion. Journal of Physics: Conference Series, 423, 012015. doi: http://doi.org/10.1088/1742-6596/423/1/012015
  8. Hosseini, S. E., Bagheri, G., Khaleghi, M., Abdul Wahid, M. (2015). Combustion of Biogas Released from Palm Oil Mill Effluent and the Effects of Hydrogen Enrichment on the Characteristics of the Biogas Flame. Journal of Combustion, 2015, 1–12. doi: http://doi.org/10.1155/2015/612341
  9. Sigal, I. Ia., Marasin, F. V., Smikhula, A. V. (2014). Gas Burners for Combustion of Biogas in Boilers. Energotekhnologii i resursosberezhenie, 3, 68–72. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/127295
  10. Komina, G. P. (2018). Environmental characteristics of combustion of gasesin a closed ring flame. Voda i ekologiia: problemy i resheniia, 1 (73), 39–47.
  11. Koliienko, V. A., Halinska, T. A., Shelimanova, O. V. (2015). Combined burning of mixture of natural and producer gases. Naukovyi visnyk NUBiP Ukrainy, 5, 136–138. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/nvnau_tech_2015_224_26
  12. Slavinskaia, N. A. (2007). Proekt Evropeiskogo soiuza «Vysokoeffektivnaia gazovaia turbina s primeneniem sinteticheskogo gaza». Gazoturbinnye tekhnologii, 24–27.
  13. Lebedev, A. S., Simin, N. O., Tarasov, D. S., IUshkevich, A. V. (2010). Rabota kamer sgoraniia GTU na produktakh gazifikatsii tverdogo topliva. Teploenergetika, 6, 73–79.
  14. Serbyn, S. Y., Honcharova, N. A., Vylkul, V. V. (2015). Studying the peculiarities of the working process in the combustion chamber of synthetic gas-operated turbine engine of 2.5MW. Visnyk NTU «KhPI», 16 (1125), 14–18. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/17564
  15. Escudero, M., Jiménez, Á., González, C., Nieto, R., López, I. (2012). Analysis of the behaviour of biofuel-fired gas turbine power plants. Thermal Science, 16 (3), 849–864. doi: http://doi.org/10.2298/tsci120216131e
  16. Gómez, M., Amell, A., Zapata, L. (2015). Spark ignition engine performance and emissions in a high compression engine using biogas and methane mixtures without knock occurrence. Thermal Science, 19 (6), 1919–1930. doi: http://doi.org/10.2298/tsci140829119g
  17. Rowhani, A., Tabejamaat, S. (2015). Experimental study of the effects of swirl and air dilution on biogas non-premixed flame stability. Thermal Science, 19 (6), 2161–2169. doi: http://doi.org/10.2298/tsci130112157r
  18. Butovskii, L. S., Granovskaia, E. A., Fialko, N. M. (2010). Ustoichivost fakela za ploskim stabilizatorom pri podache gaza vnedreniem v vozdushnii potok. Tekhnologicheskie sistemy, 3 (52), 72–76. Available at: http://technological-systems.net/index.php/Home/article/view/455
  19. Butovskii, L. S., Granovskaia, E. A., Fialko, N. M., Strokin, V. N., Shvetsova, L. A. (2011). Povyshenie ustoichivosti fakela pri podache gaza v zonu retsirkuliatsii za stabilizatorom. Tekhnologicheskie sistemy, 3 (56), 74–81.
  20. Jet- derived low-NOx combustors to be offered for Land-based mashines (1990). Gas Turbine World, 20 (6), 30.
  21. Keppel, W. (1994). 20 jahre ABB – gasturbinen typ 13: von 55 bis 165 MWt – spiegelbild einer evolution. VGB Kraftwerkstechnik, 74, Heft 4, 361–372.
  22. Funke, H. H.-W., Keinz, J., Kusterer, K., Ayed, A. H., Kazari, M., Kitajima, J. et. al. (2017). Development and Testing of a Low NOx Micromix Combustion Chamber for Industrial Gas Turbines. International Journal of Gas Turbine, Propulsion and Power Systems, 9 (1), 27–36. doi: http://doi.org/10.38036/jgpp.9.1_27
  23. Sudarev, A. V., Butovsky, L. S., Granovskya, E. A. (1994). Process studies applied to ceramic gas turbine engine low-emission double-zone micro-diffusion combustion chamber. ASME Paper, 94-GT-445. Hagus, 6. doi: http://doi.org/10.1115/94-gt-445
  24. Gadde, S., Wu, J., Gulati, A., McQuiggan, G., Koestlin, B., Prade, B. (2006). Syngas capable combustion systems development for advanced Gas turbines. ASME TURBO EXPO 2006. Paper GT 2006-90970. Barcelona. doi: http://doi.org/10.1115/gt2006-90970
  25. Lefebvre, A. H., Ibrahim, A. R. A. F., Benson, N. C. (1966). Factors affecting fresh mixture entrainment in bluff-body stabilized flames. Combustion and Flame, 10 (3), 231–239. doi: http://doi.org/10.1016/0010-2180(66)90079-4
  26. Chigier, N. A., Mech, A. M. I., Gilbert, J. L. (1968). Recirculation Eddies in the Wake of Flameholders. Journal of the Institute of Fuel, 3, 105–112.
  27. Winterfeld, G. (1965). On processes of turbulent exchange behind flame holders. Symposium (International) on Combustion, 10 (1), 1265–1275. doi: http://doi.org/10.1016/s0082-0784(65)80261-2
  28. Abdulin, M. Z., Siryi, A., Tkachenko, O. M., Kunyk, A. A. (2020). Boilers modernization due to energy-ecological improvement technology of burning. Bulgarian Chemical Communications, 52, 14–19. Available at: http://www.bcc.bas.bg/bcc_volumes/Volume_52_Special_F_2020/BCC-52-F-2020-14-19-Abdulin-2.pdf
  29. Raushenbakh, B. V., Belii, S. A., Bespalov, I. V. et. al. (1964). Fizicheskie osnovy rabochego protsessa v kamerakh sgoraniia vozdushno-reaktivnykh dvigatelei. Moscow: Mashinostroenie, 526.
  30. Bauer, A. B. (1967). Some experiments in the near wake of cones. AIAA Journal, 5 (7), 1356–1358. doi: http://doi.org/10.2514/3.4202
  31. Ansys Fluent 14.0 Theory Guide from https://www.scribd.com/doc/140163341/Ansys-Fluent-14-0-Theory-Guide

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-31

Як цитувати

Черноусенко, О. Ю., Бутовський, Л. С., Грановська, О. О., Мороз, О. С., & Старченко, О. С. (2021). Визначення основних характеристик стабілізаторних мікрофакельних пальникових пристроїв при спалюванні забаластованих паливних газів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(8 (113), 51–65. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242984

Номер

Том 5 № 8 (113) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Olga Chernousenko, Leonid Butovsky, Olena Hranovska, Oleh Moroz, Oleksandr Starchenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.