Vliv OEC metod na emise NOx, rozložení teplot ve spalovací komoře a rozložení tepelných toků do stěny spalovací komory

The influence of oxygen-enhanced combustion methods on NOx emissions, in-flame temperatures and heat flux distribution

abstract

en

The present work is aimed at experimental investigation and comparison of characteristics of three various oxygen-enhanced combustion (OEC) methods, namely premix enrichment (PE), air-oxy/fuel combustion (AO) and oxygen lancing (OL). The combustion tests are carried out with an experimental two-staged gas burner at a large-scale burners testing facility. As for the PE method, the high-purity oxygen is injected into the incoming combustion air stream through the diffuser inserted in the air supply duct before entering the burner, while in the AO and OL methods the oxygen is injected directly into the flame through oxygen nozzle heads inserted in the center burner pipe and near secondary gas nozzles, respectively. The total oxygen concentration is varied from 21 % to 38 % which corresponds to the flow rate of oxygen in the range from 0 Nm3/h to 100 Nm3/h (N denotes the normal conditions, i.e. 0 Celsius degrees, 101.325 kPa). All tests are carried out at the burner thermal input of 750 kW for two combustion regimes – one-staged and two-staged fuel combustion. The target oxygen concentration in dry flue gas is kept around 3 % by volume. The characteristics of OEC methods such as the concentration of nitrogen oxides in flue gas, flue gas temperature, heat flux to the combustion chamber wall, in-flame temperatures distribution in the horizontal symmetry plane of the combustion chamber, and the stability of flame are investigated.

Cílem práce bylo experimentálně vyšetřit a porovnat charakteristiky tří různých metod spalování s vyšším obsahem kyslíku (zkráceně OEC). Jmenovitě se jednalo o metodu přimíchávání kyslíku přímo do proudu spalovacího vzduchu (premix enrichment = PE metoda), metodu nástřiku kyslíku do jádra plamene (air-oxy/fuel combustion = AO metoda) a metodu nástřiku kyslíku do obálky plamene (oxygen lancing = OL metoda). Spalovací zkoušky byly provedeny s experimentálním hořákem s dvoustupňovým přívodem paliva. V případě metody PE, vysoce čistý kyslík byl vstřikován do proudů spalovacího vzduchu přes difuzor vložený do přívodního vzduchového potrubí před samotným hořákem. V případě metod AO a OL, kyslík byl vstřikován přímo do prostoru plamene přes kyslíkovou trysku umístěnou ve středu hořáku a kyslíkové trysky umístěné v blízkosti sekundárních plynových trysek. Celková koncentrace kyslíku se měnila v rozmězí 21 % a 38 %, což odpovídalo průtoku přídavného kyslíku v rozmezíá 0 Nm3/h až 100 Nm3/h (N označuje normální podmínky, tj. teplotu 0 stupňů Celsia, tlak 101,325 kPa). Všechny zkoušky byly provedeny při konstantním výkonu hořáku 750 kW pro dva spalovací režimy – jednostupňový a dvoustupňový přívod paliva. Koncentrace kyslíku v suchých spalinách byla udržována kolem hodnoty 3 %. Cílem zkoušek bylo vyhodnotit vliv koncentrace kyslíku, metody OEC a stupňovitého přívodu paliva na celou řadu parametrů spalování. Tyto parametry zahrnovaly emise oxidů dusíku, teplotu spalin, rozložení tepelných toků do stěny spalovací komory, rozložení teplot v horizontální rovině symetrie spalovací komory a stabilitu plamene.

The present work is aimed at experimental investigation and comparison of characteristics of three various oxygen-enhanced combustion (OEC) methods, namely premix enrichment (PE), air-oxy/fuel combustion (AO) and oxygen lancing (OL). The combustion tests are carried out with an experimental two-staged gas burner at a large-scale burners testing facility. As for the PE method, the high-purity oxygen is injected into the incoming combustion air stream through the diffuser inserted in the air supply duct before entering the burner, while in the AO and OL methods the oxygen is injected directly into the flame through oxygen nozzle heads inserted in the center burner pipe and near secondary gas nozzles, respectively. The total oxygen concentration is varied from 21 % to 38 % which corresponds to the flow rate of oxygen in the range from 0 Nm3/h to 100 Nm3/h (N denotes the normal conditions, i.e. 0 Celsius degrees, 101.325 kPa). All tests are carried out at the burner thermal input of 750 kW for two combustion regimes – one-staged and two-staged fuel combustion. The target oxygen concentration in dry flue gas is kept around 3 % by volume. The characteristics of OEC methods such as the concentration of nitrogen oxides in flue gas, flue gas temperature, heat flux to the combustion chamber wall, in-flame temperatures distribution in the horizontal symmetry plane of the combustion chamber, and the stability of flame are investigated.

Spalování s vyšším obsahem kyslíku, stupňovité spalování, oxidy dusíku, tepelný tok, teploty v plameni

Oxygen-enhanced combustion, staged combustion, nitrogen oxides, heat flux, in-flame temperatures

03.08.2014

San Francisco

Proceedings of 35th International Symposium on Combustion

1–1

1