Назначение: В Национальном университете кораблестроения с целью снижения содержания в отработавших газах энергетических установок морского и стационарного назначения оксидов углерода и азота, несгоревших углеводородов, а также дымности разработана опытная плазмохимическая система.
Описание разработки:
Система включает в себя два основных функциональных элемента: плазмохимический модуль для активации углеводородного топлива (жидкого или газообразного) перед его подачей в камеру сгорания и источник его электропитания.
Плазмохимический модуль осуществляет плазменную активацию углеводородного топлива с получением газообразных продуктов, содержащих высокореакционные компоненты: химически активные атомы O, H, радикалы OH, CH, CH3, HO2, ионы, а также электронный газ. Модуль представляет собой электродуговой плазмохимический реактор прямоточной схемы с подводом плазмообразующего воздуха через тангенциальные каналы и подачей топлива поперечными струями в плазменный поток. Давление реагентов в реакционной камере 0,1...0,4 МПа, потребляемая электрическая мощность 0,4...2,0 кВт. Источник питания постоянного тока с крутопадающей внешней характеристикой обеспечивает первоначальный пробой электродугового промежутка и устойчивое горение электрической дуги в плазмохимическом модуле.
Плазмохимическая система позволяет снизить содержание в отходящих газах CO и CH на 15...25 %, сажи на 20...35 %, оксидов азота – до 30 %.
Плазмохимический модуль обеспечивает подвод в зоны подготовки и горения основного топлива высокореакционных компонентов, образующихся в результате реагирования активируемого топлива (в количестве 3…5 % от расхода основного) с воздушной плазменной струей. Воздух, который поступает в модуль, нагревается до плазменных температур (2000…3000 К) в результате теплообмена с электрической дугой, горящей между электродами. Модуль представляет собой устройство для активации топлива, который состоит из последовательно расположенных генератора плазмы и прямоточного реактора камеры смешения.
Продукты реакций, которые имеют аномальные для обычного горения значения температур, концентраций активных элементов и уровней турбулентности направляются в основную камеру сгорания. Эти продукты интенсифицируют процессы воспламенения и сгорания топливовоздушной смеси, способствуют дожиганию образующихся сажистых частиц и токсичных продуктов неполного сгорания, обеспечивают возможность организации горения сверхбедных смесей, расширяют в 2…3 раза пределы устойчивости факела.
Область применения: Предложенная технология низкоэмиссионного плазмохимического горения может быть использована как для модернизации существующих газотурбинных двигателей, двигателей внутреннего сгорания, паровых и водогрейных котлов, технологических топливосжигающих устройств, газогенераторов, так и при проектировании камер сгорания нового поколения.
English
