Визначення особливостей процесу сумішоутворення водневого пальника
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.302892Ключові слова:
водневе паливо, водневий пальник, витратні показники пальника, сумішоутворення, виробництво тепла, оксиди азотуАнотація
Використання водневого палива в якості альтернативного джерела індивідуального теплопостачання є досить перспективним напрямком розвитку теплової енергетики. Проте, через фізичні властивості водню та особливостями його горіння виникає ряд проблем для практичного застосування водневих теплогенераторів. До таких проблем належать забезпечення стабільності факелу та великі викиди термічних оксидів азоту (NOX). Для стабільної роботи водневого пальника, безпечної експлуатації та зниження викидів оксидів азоту при спалювання водню в першу чергу необхідно забезпечити якісне попереднє змішування з повітрям.
В даній роботі наведено перший етап дослідження роботи водневого пальника для виробництва теплоти в модулі Flow Simulation програмного середовища SolidWork. Для об’ємних витрат повітря та водню, що відповідають потужностям 1, 1,5 та 2 кВт та коефіцієнту надлишку повітря α=1,6. Наведена конструкція дає можливість забезпечити рівномірне сумішоутворення (об’ємна частка водню складає приблизно 18,5 % по вихідному перерізу пальника та швидкість на виході з пальника відповідно 5,4, 8,1, 10,8 м/с. Пальник представляє собою сопло з короткою камерою попереднього змішування. Спочатку водень подається для змішування в повітряний потік через симетрично розташовані отвори. Після чого створюється завихрення, що забезпечують якісне змішування газів при малій довжині пальника, а також рівномірний розподіл швидкості на виході.
Отримані результати дозволяють перейти до наступного етапу – дослідження процесів горіння водню в топковій камері контактного теплогенератора, які б забезпечували формування стійкого факелу та низькі викиди NOX. Крім того, така конструкція може бути використана при розробці водневих пальників опалювальних котлів для забезпечення потреб приватних будинків та малих підприємств
Посилання
- Pro skhvalennia Enerhetychnoi stratehiyi Ukrainy na period do 2050 roku. Rozporiadzhennia Kabinetu Ministriv UkrainyNo. 373-r. 21.11.2023. Available at: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/373-2023-%D1%80#Text
- Skorokhod, B., Solonin, Y. (Ed.) (2015). Hydrogen in alternative energy and the latest technologies. Kyiv: "KIM", 294.
- Varlamov, G. B., Mitchenko, I. O., Jianguo, J., Weijie, Z., Zongyan, W. (2023). Modern technologies for increasing the energy and environmental efficiency of energy production. Power engineering: Economics, Technique, Ecology, 3. https://doi.org/10.20535/1813-5420.3.2022.271992
- Alekseev, V. A., Christensen, M., Konnov, A. A. (2015). The effect of temperature on the adiabatic burning velocities of diluted hydrogen flames: A kinetic study using an updated mechanism. Combustion and Flame, 162 (5), 1884–1898. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2014.12.009
- Pareja, J., Burbano, H. J., Ogami, Y. (2010). Measurements of the laminar burning velocity of hydrogen-air premixed flames. International Journal of Hydrogen Energy, 35 (4), 1812–1818. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.12.031
- Ravi, S., Petersen, E. L. (2012). Laminar flame speed correlations for pure-hydrogen and high-hydrogen content syngas blends with various diluents. International Journal of Hydrogen Energy, 37 (24), 19177–19189. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.09.086
- Berger, L., Kleinheinz, K., Attili, A., Pitsch, H. (2019). Characteristic patterns of thermodiffusively unstable premixed lean hydrogen flames. Proceedings of the Combustion Institute, 37 (2), 1879–1886. https://doi.org/10.1016/j.proci.2018.06.072
- Syred, N., Abdulsada, M., Griffiths, A., O’Doherty, T., Bowen, P. (2012). The effect of hydrogen containing fuel blends upon flashback in swirl burners. Applied Energy, 89 (1), 106–110. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.01.057
- Dutka, M., Ditaranto, M., Løvås, T. (2016). NOx emissions and turbulent flow field in a partially premixed bluff body burner with CH4 and H2 fuels. International Journal of Hydrogen Energy, 41 (28), 12397–12410. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.05.154
- Aniello, A., Poinsot, T., Selle, L., Schuller, T. (2022). Hydrogen substitution of natural-gas in premixed burners and implications for blow-off and flashback limits. International Journal of Hydrogen Energy, 47 (77), 33067–33081. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.07.066
- Skottene, M., Rian, K. E. (2007). A study of NOxNOx formation in hydrogen flames. International Journal of Hydrogen Energy, 32 (15), 3572–3585. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.02.038
- Durocher, A., Meulemans, M., Versailles, P., Bourque, G., Bergthorson, J. M. (2021). Back to basics – NO concentration measurements in atmospheric lean-to-rich, low-temperature, premixed hydrogen–air flames diluted with argon. Proceedings of the Combustion Institute, 38 (2), 2093–2100. https://doi.org/10.1016/j.proci.2020.06.124
- Purohit, A. L., Nalbandyan, A., Malte, P. C., Novosselov, I. V. (2021). NNH mechanism in low-NOx hydrogen combustion: Experimental and numerical analysis of formation pathways. Fuel, 292, 120186. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120186
- Schmidt, N., Müller, M., Preuster, P., Zigan, L., Wasserscheid, P., Will, S. (2023). Development and characterization of a low-NOx partially premixed hydrogen burner using numerical simulation and flame diagnostics. International Journal of Hydrogen Energy, 48 (41), 15709–15721. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.01.012
- Haynes, W. M., Lide, D. R., Bruno, T. J. (Eds.) (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781315380476
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Kateryna Romanova, Ivan Mitchenko
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.
