Горение без пламени, FLOX®
Большой интерес в науке и технике вызывает наша новая технология горения - беспламенное окисление FLOX® . Благодаря высокому предварительному смешиванию отходящих газов и воздуха можно избежать пиковых температур в пламени. Термическое образования NOx подавляется практически полностью даже при очень высокой температуре догрева воздуха для горения.
Снижение выбросов NOx было и есть одним из важнейших требований к современной горелочной технике. Высокие пиковым температурам в пламени и связанные с ними особо высокие выбросы NOx возникают при высоких температурах процессов обработки и многократно умножаются при повышении КПД горения путем догрева воздуха для горения.
При использовании беспламенного окисления (коротко FLOX®, зарегистрированная торговая марка фирмы WS Wärmeprozesstechnik GmbH) удается существенно снизить образование NOx также при очень высоком догреве воздуха на горение. После вложения больших средств и труда во всесторонее изучение были разработаны основы использования жтого нового вида горения и применены на практике в производстве. Сегодня на самых различных предприятиях работают несколько тысяч FLOX® горелок, а часть FLOX® горелок в объёме заказов WS Wärmprozesstechnik постоянно растет.
Различия между обычным горением и беспламенным окислением наглядно объясняются на следующих графиках.
На этих рисунках показаны расчетные температурные поля горелки, которая эксплуатировалась в режимах пламя и FLOX при неизменных граничных условиях. Ясно видны различия температуры в области вблизи горелки, в то время как температуры вне этой области были практически одинаковы. Это ведет к тому, что выбросы NO очень сильно снижаются по причине отсутствующих температурных пиков без изменения общих характеристик теплопередачи.
(рассчитано PHOENICS)
Фотографии показывают пространство горения испытательной печи, которая сначала была нагрета горелкой в обычном режиме пламя. После переключения в FLOX® режим не видно больше никакой реакционной зоны. Топливо полностью реагирует бесшумно и невидимо.
ä
Здесь показаны температуры вдоль оси горелки и сравнены с измеренными термоэлементами значениями. И здесь ясно видно различие в области вблизи горелки. Значения NOx снижаются от 160ppm в режиме Пламя до 6 ppm в режиме FLOX. Догрев воздуха достигал во время измерения порядка 650°C.
Следующие фотографии показывают значения, которые были получены путем измерения лазерным устройством. Верхняя фотография отображает турбулентное пламя, нижнее - FLOX горение. Слева показаны температуры с помощью спектрозональной фотографии. Голубой цвет соответствует температуре 300 Кельвин и красный - 2100 Кельвин, в соответствии с отображенной внизу шкале. Справа располагается шкала распредедения OH радикалов в соответствии с общей шкалой. В центре представлено распределение в реакционной зоне температуры и ОН вдоль одной линии.
Различия здесь очевидны. В то время, как при горении с пламенем имеются большие различия в температуре и концентрации OH, эти отношения при беспоаменном окислении существенно более равномерны. При этом не наблюдаются сильные перепады.
(Источник: Laseroptical Investigation of Highly Preheated Combustion with Strong Exhaust Gas Recirculation, T. Plessing, N. Peters, J.G. Wünning, 27th International Symposium on Combustion, University of Colorado at Boulder, 2.-7. August 1998)
Литература о беспламенном окислении:
(в алфавитном порядке)
Coelho P.J., Peters N., Numerical Simulation of a Mild Combustion Burner, Combustion and Flame, Volume 124, No. 3, Combustion Institute, February 2001
Plessing T., Peters N., Wünning J.G., Laser Optical Investigation of Highly Preheated Combustion With Strong Exhaust Gas Recirculation, Twenty - Seventh Symposium (International) on Combustion / The Combustion Institute, 1998, pp. 3197-3204
Telger R., Roth W., Опыт применения горелок с FLOX®, Gas Wärme International 44 (1995), Heft 7/8, S. 323-337
Wünning J., Flammenlose Oxidation von Brennstoff mit hochworgewärmter Luft, Chem.-Ing.-Tech. 63 (1991), Nr. 12, S. 1243-1245
Wünning J.A., Wünning J.G., Brenner für die flammlose Oxidation mit geringer NO-Bildung auch bei höchster Luftvorwärmung, Gas Wärme International, Band 41 (1992), Heft 10, S. 438-444
Wünning J., Flammlose Oxidation in Strahlheizrohren, 16. Deutscher Flammentag, VDI Berichte 1090, 1993, S. 487-494
Wünning J.G., Flammlose Oxidation von Brennstoff, Dissertation, Aachen, 1996
Wünning J.A., Wünning J.G., Flameless Oxidation to Reduce Thermal NO-Formation, Prog. Energy Combust. Sci. Vol. 23, Seite 81-94, 1997
Wünning J.G., Flameless Combustion in the Thermal Process Technology, 2nd International Seminar on High Temperature Combustion, Stockholm, Sweden, 2000
