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 آلاینده های احتراقی مورد مطالعه عددی و آزمایشگاهی قرار گرفته است. کل دبی جرمی سوخت ورودی ثابت بوده که از دو مجرای مختلف وارد محفظه پیش احتراق می شوند. ابتدا، سوخت اولیه به صورت 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. شبیه سازی ها به صورت سه بعدی انجام شده و برای مدلسازی احتراق از مفهوم کسر مخلوط و با درنظر گرفتن اثرات آشفتگی بر نرخ واکنش های شیمیایی از مدل تابع چگالی احتمال با توزیع فرضی استفاده شده است. نتایج عددی نشان می دهد که در نسبت های سوخت اولیه به کل دبی سوخت کمتر از 50 درصد، دوده ناشی از احتراق ناقص سوخت خوراک در محفظه پیش احتراق باعث افزایش انتشارCO در خروجی کوره و کاهش بازده احتراق می شود. اما، در نسبت های سوخت اولیه به کل دبی سوخت بیشتر از 50 درصد و کامل تر 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 85 درصد، ذرات کربنی به میزان 9 درصد دبی سوخت کل تولید می شود و این ذرات کربنی در داخل شعله اصلی با کسب انرژی درخشان شده و در نتیجه آن تابش 15درصد افزایش و انتشار الاینده NOx حدود PPM52 کاهش یافته است. نتایج عددی و تجربی توزیع دما و انتشار NOx تطابق خوبی نشان می دهند.