Vliv provozních parametrů spalování a konstrukčních parametrů nízkoemisního hořáku na charakteristické parametry spalovacích procesů

Abstract

Hlavní náplní práce bylo vyšetření vlivu provozních parametrů spalování (přebytek spalovacího vzduchu, poměr paliva na primárním stupni) a konstrukčních parametrů nízkoemisního hořáku (úhel sklonu sekundárních trysek, natočení sekundárních trysek vzhledem k ose hořáku) na tvorbu emisí NOx a CO, teplotu spalin, tvar, stabilitu a rozměry plamene, teploty v horizontální rovině symetrie spalovací komory a množství tepla odvedeného z horkých spalin do pláště spalovací komory. Vlastní experimentální činnost byla provedena v laboratoři Ústavu procesního a ekologického inženýrství, která je zaměřena na hořákové zkoušky. Pro zkoušky byl použit hořák se stupňovitým přívodem paliva. Na základě experimentálních dat byl vytvořen matematický model, který popisuje závislost NOx na provozních parametrech spalování a konstrukčních parametrech hořáku. Podle modelu s rostoucím přebytkem spalovacího vzduchu a rostoucím úhlem natočení sekundárních trysek klesá tvorba NOx. Dále byla změřena teplotní pole v horizontální rovině symetrie spalovací komory, kde při vyšším přebytku spalovacího vzduchu klesaly teplotní špičky plamene. Vyhodnoceno bylo také tepelné zatížení pláště spalovací komory po délce plamene pro vybraná nastavení. Výsledky ukazují, že s rostoucím množstvím spalovacího vzduchu se snižovala účinnost přenosu tepla do stěn komory.

The main aim of the work was the investigation of the effect of operational parameters of the combustion process (combustion air excess, primary fuel ratio) and burner constructional parameters (the pitch angle of secondary nozzles, tangential orientation of secondary nozzles towards the axis of the burner) on the formation of NOx and CO, flue gas temperature, the shape, dimensions and stability of the flame, in-flame temperatures in the horizontal symmetry plane of the combustion chamber and the amount of heat extracted from the hot combustion gases in the combustion chamber’s shell. Experimental activities were carried out in the laboratory of the Institute of Process and Environmental Engineering, which is focused on burners testing. The combustion tests were performed with the experimental low-NOx type burner, namely the two-gas-staged burner. Mathematical model developed based on the experimental data describes the dependency of NOx on the operating parameters of the combustion process and burner constructional parameters. The model shows that increasing air excess and increasing angle of tangential orientation of the secondary nozzles reduce the formation of NOx. The temperature peaks in the horizontal symmetry plane of the combustion chamber decreases with increasing combustion air excess. The thermal load to the combustion chamber’s wall along the length of the flame was evaluated for selected settings. It was validated that the thermal efficiency of is reduced when higher air excess is used.