Беспламенное горение

В свете последних тенденций в регулировании выбросов парниковых газов и охраны окружающей среды, а также в направлении более экономически эффективных производственных систем растет спрос на разработку систем сжигания для сокращения выбросов загрязняющих веществ и потребления топлива. В этом контексте прорывная технология, называемая беспламенным сжиганием, появилась около тридцати лет назад. Во-первых, для энергоэффективного сжигания в сталеплавильных печах, в настоящее время является консолидированной частью нескольких исследовательских проектов в области усовершенствованного сжигания. Во время экспериментов с самовосстанавливающейся горелкой на полях в 19891 году наблюдалось удивительное явление: при температуре печи 1000 °C и температуре предварительно нагретого воздуха около 650 °C пламени не было видно, но топливо полностью сгорело. Кроме того, выбросы CO и NOx из печи были значительно низкими, а благодаря предварительному нагреву воздуха была достигнута высокая энергоэффективность. Чтобы определить условия беспламенного горения, можно сказать, что реагенты должны превышать температуру самовоспламенения и должны содержать достаточное количество инертных продуктов сгорания, чтобы снизить конечную температуру реакции значительно ниже адиабатической температуры пламени настолько, чтобы фронт пламени не мог быть стабилизирован [1]. Видимые различия приводят к различным стадиям реакции, которые протекают по разным химическим путям, что приводит к совершенно другому образованию загрязняющих веществ и распределению теплового потока горячих продуктов сгорания. Смешивание рециркуляционных объемов (низкое число Дамкелера) преследует двойную цель - предварительный нагрев и снижение пиков температуры на выходе. Другими особенностями технологий является то, что топливо окисляется в среде с низким содержанием кислорода значительным количеством инертных (дымовых) газов путем самовозгорания без видимых или слышимых признаков пламени, обычно связанного с горением; зона химической реакции довольно диффузна, и это приводит к почти равномерному выделению тепла и плавному температурному профилю. Все эти факторы приводят к чрезвычайно эффективному процессу, а также к снижению выбросов; кроме того, в соответствии с правилами безопасности можно отказаться от контроля пламени, поскольку отсутствует опасность тушения реакции и, следовательно, отсутствует риск взрыва.

В обычных системах сжигания достигается устойчивый фронт пламени, а местная температура приближается к адиабатической. Фронт характеризуется резким градиентом температуры и состава из-за радикальных реакций и тушения конвекцией. Высокие пиковые температуры стабилизируют пламя, но в то же время вызывают образование теплового NO. Напротив, в беспламенной горелке фронт пламени исключается, и реакции горения происходят при смешивании топлива, воздуха и рециркулируемых продуктов сгорания; смешивание также является механизмом управления теплопередачей и, следовательно, температурным профилем. Это последнее, следовательно, не может слишком сильно отклоняться от температуры рециркулируемых продуктов сгорания. 

Режим беспламенного горения может быть индивидуализирован с помощью некоторых хорошо составленных карт. Различные зоны горения в зависимости от скорости разрежения и содержания кислорода: в типичном беспламенном режиме окисление топлива происходит при очень ограниченном поступлении кислорода при очень высокой температуре.

В глобальном масштабе беспламенные окислительные горелки могут быть разработаны для любого применения, где стабилизация фронта пламени является критической проблемой, для преодоления проблемы колебаний или «гудения», которое влияет на камеры сгорания на основе премиксов; Другими областями применения, заслуживающими упоминания, являются керамическая и стекольная промышленность, а также химическая промышленность. В частности, у последнего есть репрезентативные примеры в нефтехимических процессах и процессах риформинга, где беспламенный кислород является подходящей альтернативой для дальнейшего снижения выбросов CO 2  . Кроме того, было проведено меньше исследований по использованию твердого топлива, включая биомассу, в условиях беспламенного горения. Характеристики горения и выбросы при сжигании высокотемпературного воздуха, а также инновационная конструкция котла описаны в нескольких статьях для обычных видов топлива (как в случае оксиугольной технологии) [2] и биомассы. Растущий интерес к биотопливу на самом деле подталкивает технологию FLOX к решению проблемы, связанной с его неоднородным характером: несколько исследовательских проектов в ЕС родились с этой целью, как BOFcom , направленный на разработку низкоуглеродного варианта на заводе, работающем на коле, путем интеграции кислородного топлива и беспламенного сжигания с совместным сжиганием угля и биомассы.