Горение смеси метан-кислород в среде перегретого водяного пара атмосферного давления

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью создания высокоэффективных энергоблоков по одному из направлений, предусматривающему разработку конструкции пароперегревателя и технологии перегрева водяного пара до температур выше 800 ?С сверхкритического давления перед непосредственным вводом пара в турбоустановку. Цель работы. Исследование влияния соотношения расходных энтальпийных характеристик горючей смеси (CH4+O2) по составу, близкому к стехиометрии, и слабо перегретого водяного пара атмосферного давления на температуру реагирующих сред (продуктов сгорания в среде водяного пара), а также на качественный и количественный состав парогазовой смеси в диапазоне расходных характеристик стабильного и устойчивого горения. Методы исследования. В работе используются отработанные методики измерений всех параметров процесса в автоматизированном режиме сбора и обработки первичной информации: температуры, давления, расхода, состава газовой конденсированной фазы. Применяется проточный метод измерения концентрации продуктовых компонентов в режиме реального времени с погрешностью ±5 %. Результаты. Выявлено, что с повышением численного значения отношения горючей смеси к спутно подаваемому водяному пару происходит постепенное повышение роли реакции неполного окисления метана. Также имеется область, где будет происходить доминирующее влияние реакции полного окислении метана при незначительной паровой конверсии метана. Это обстоятельство может свидетельствовать об уменьшении доли водорода в продуктах горения на выходе из пароперегревателя (камеры сгорания). Термодинамический анализ горения метана и кислорода в среде водяного пара необходимо проводить с учетом возможного влияния процесса паровой конверсии метана в широком интервале температур, но в большей степени при температуре более 700 ?С. Паровая конверсия метана имеет место не только в непосредственной области смешения водяного пара на границе поверхности факела с продуктами сгорания, но и за фронтом пламени в объеме камеры сгорания.

The relevance of the research is caused by necessity of making highly effective power-generating units on one of the directions, providing working out of a construction of the steam superheater and production engineering of steam overheat up to temperatures above 800 °С of the supercritical pressure before the immediate steam feeding into a turbine. The operation purpose: examination of the influence of enthalpic metering characteristics of a gas mixture (CH4+O2) close to stoichiometric composition, and feebly overheated steam of atmospheric pressure on the temperature of the reacting medium (products of combustion in the environment of steam), and also on qualitative and quantitative composition of a steam-gaseous intermixture over the range of metering characteristics of stable and resistant to burning. Research techniques. The authors used proved measurement techniques of all parameters of process in the automated mode of gathering and processing of the primary information: temperature, pressure, charge, composition of a gas condensed phase. The flowing method of concentration measuring of products in real time mode with a margin error ±5 % was also used. The relevance of the research is caused by necessity of making highly effective power-generating units on one of the directions, providing working out of a construction of the steam superheater and production engineering of steam overheat up to temperatures above 800 °С of the supercritical pressure before the immediate steam feeding into a turbine. The operation purpose: examination of the influence of enthalpic metering characteristics of a gas mixture (CH4+O2) close to stoichiometric composition, and feebly overheated steam of atmospheric pressure on the temperature of the reacting medium (products of combustion in the environment of steam), and also on qualitative and quantitative composition of a steam-gaseous intermixture over the range of metering characteristics of stable and resistant to burning. Research techniques. The authors used proved measurement techniques of all parameters of process in the automated mode of gathering and processing of the primary information: temperature, pressure, charge, composition of a gas condensed phase. The flowing method of concentration measuring of products in real time mode with a margin error ±5 % was also used.