Развитие технологии низкоэмиссионного сжигания жидких углеводородов в условиях паровой газификации за счет совместной подачи окислителей-разбавителей для эффективной и экологически безопасной утилизации промышленных отходов

В результате выполнения работ впервые получено, что при сжигания некондиционного жидкого топлива, распыляемого перегретым водяном паром в лабораторном образце горелочного устройства с принудительной подачей воздуха и газов разбавителей (азота и углекислого газа) в камеру газогенерации, возможно управление производством вредных выбросов за счет как варьирования типа газа разбавителя, так и его расходом. Наибольший эффект достигается в «переходном» режиме работы устройства. При этом, использование подходов распыла топлива перегретым водяным паром в камеру газогенерации позволяет применить подход варьирования массовой доли газов разбавителей в камере газогенерации для дополнительного снижения уровня вредных выбросов устройства не зависимо от типа используемого топлива. Так, в ходе выполнения работ второго года были отлажены системы обеспечения работы горелки (подача топлива, пара, воздуха) для проведения экспериментальных исследований сжигания некондиционного топлива (отработанного автомобильного масла), адаптированы методики измерения характеристик пламени, тепловыделения и газового анализа промежуточных и равновесных продуктов сгорания при подаче газов разбавителей (азота и углекислого газа) совместно с воздухом в камеру газогенерации горелочного устройства при распылении такого топлива паровой струей. На огневом стенде получены данные о характеристиках пламени лабораторных испытаний горелки при сжигании некондиционного топлива в зависимости от основных факторов. Получено, что для сжигания некондиционного топлива характерны более высокие температуры у выходного сопла горелочного устройства, чем для дизельного топлива. При этом, для дизельного топлива при подаче только воздуха в камеру газогенерации отмечаются более высокие максимальные значения во внешнем пламени (~1600°C), в то время как для отработанного масла максимальное значение не превышает 1400°С. Добавление разбавителя в виде азота или углекислого газа к первичному воздуху приводит к снижению температуры пламени. При подаче смесей кислород-азот, кислород-углекислый газ, по мере повышения концентрации кислорода и снижения суммарного массового расхода подаваемых газов наблюдается значительный рост температуры факела на выходе из камеры газогенерации горелочного устройства и увеличение максимума температуры. Затем по мере разбавления внешнего факела атмосферным воздухом происходит выравнивание температурных кривых как для топливно-воздушных, так и для обогащенных кислородом смесей. Анализ продуктов сгорания в пламени вдоль оси симметрии горелочного устройства показал, что расположение точек минимума и максимума концентраций не изменяется при добавлении к подаваемому в камеру газогенерации воздуху разбавителей в виде азота или углекислого газа. При этом слабо изменяются и значения содержания CmHn и CO. Повышение концентрации кислорода путем уменьшения доли газа разбавителя в подаваемом воздухе наоборот, ведет к существенным различиям по этим компонентам. При помощи проточного калориметра рассчитана полезная тепловая мощность в зависимости от условий подачи газов разбавителей в камеру газогенерации горелки, а также получены результаты газового анализа состава охлажденных продуктов сгорания. Получено, что добавление к воздуху разбавителей в виде углекислого газа и азота позволяет несколько снизить выбросы оксидов азота (с 340 мг/кВт до 315 и 305 мг/кВтч для переходных режимов соответственно) при сохранении высокой степени удельного количества выделившегося тепла ~45.0 МДж/кг. При этом повышение массовой доли кислорода к разбавителю до 1:2 ведет к значительному росту удельного производства оксидов азота. При снижении доли разбавителей наблюдается плавное увеличение производства NOx, а при увеличении с переходом в «пульсационный» режим наблюдается дальнейшее снижение содержания оксидов азота в продуктах сгорания, однако, при этом, имеется значительный рост производства монооксида углерода.