Разработка метода энергоэффективного и экологически чистого беспламенного сжигания газовых смесей в горелочных устройствах с сотовой матрицей

Работа посвящена разработке метода энергоэффективного и экологически чистого беспламенного сжигания газовых смесей в горелочных устройствах с сотовой проницаемой матрицей без применения катализаторов, обеспечивающий возможность сжигания в горелочных устройствах, камерах сгорания, в первую очередь газотурбинных установок, смесей сверх бедного состава и на основе альтернативных низкокалорийных топлив.
Получены следующие результаты:
1. Проведен анализ научно-технической литературы по рассматриваемой проблеме. Проведено соответствующее патентное исследование.
2. Изготовлены рабочие чертежи и смонтирован лабораторный стенд САГ-1 для проведения экспериментальных исследований горелочных устройств с объемной (сотовой) матрицей. Изготовлены термопары для измерения высокотемпературных газовых потоков. Отработана методика измерения температуры обоих сторон матриц.
3. Отработана технология изготовления сотовых (объемных) матриц различных конструкций с различными геометрическими параметрами из керамики с регулярными каналами и из металлических элементов.
4. Сконструированы, изготовлены и отлажены:
- инжектор для горелочных устройств с ограниченной тепло напряженностью (для бытовых газовых плит, нагревательных систем и пр.)
- смесительное устройство для горелочных устройств с высокой тепло напряженностью с принудительной подачей газа и воздуха (для камер сгорания ГТУ, мощных нагревательных систем и пр.)
5. Проведена тестовые эксперименты с горелками с объемной керамической матрицей из керамики с регулярными каналами и из металлических элементов - с матрицами из метало тканого материала (metal fiber) и спрессованной из нихромовой проволоки (МП матрицы).
6. Определены предельные энергетические характеристик горелочных устройств с различными матрицами. Показано, что в ИК горелке с объемной матрицей возможно организация горения углеводородо - воздушных смесей при удельной мощности с единицы выходного сечения горелки до 2000 квт/м2.
7. Определены экологических параметры горения на различных режимах работы горелки. Показано, что концентрация окислов азота и окиси углерода в продуктах сгорания может быть снижена до величины 2-10 ppm.
8. Определение КПД горелочного устройства при различных режимах работы. Показана более высокая эффективность работы ИК горелки с сотовой матрицей по сравнению с горелкой открытого пламени бытовой газовой плиты. Экономия газа составила до 50%,
9. Исследованы особенности зажигания газового пламени новый метод формирования искрового разряда с помощью источника модулированного высокого напряжения с большим выходным сопротивлением (устройство Р1). Показано, что данный метод воспламенения обеспечивает понижение энергии воспламенения.
10. Обнаружено, что небольшие колебания концентрации метана в смеси смещают нижний предел воспламенения в сторону бедных смесей.

Проведен анализ результатов исследований горелочных устройств. Технико-экономические исследования эффективности внедрения горелочных устройств в народное хозяйство и оценка эффективности горелочных устройств в сравнении с современным научно-техническим уровнем, позволило разработать рекомендации по использованию результатов проведенных НИР и сформулировать технические требования для технического задания ОКР на разработку горелочных устройств нового типа.