Дослідження технології мікрофакельного низькоемісійного спалювання природного газу з адаптацією для китайських типів енергетичних котлів
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya2(84).2026.057Ключові слова:
низькоемісійний пальник, природний газ, оксиди азоту, коефіцієнт надлишку повітряАнотація
Актуальність дослідження зумовлена необхідністю зниження викидів оксидів азоту під час спалювання природного газу в теплоенергетичних установках та підвищення енергоекологічної ефективності газоспалювального обладнання. Особливого значення набуває впровадження низькоемісійних технологій горіння, здатних забезпечити стабільне спалювання палива за мінімального утворення забруднювальних речовин. Метою роботи є дослідження процесів мікрофакельного низькоемісійного спалювання газу та оцінка ефективності високошвидкісного струминного пальника щодо зниження утворення оксидів азоту NOx, вирівнювання температурного поля та покращення екологічних характеристик процесу горіння. Для досягнення поставленої мети проведено чисельне CFD-моделювання процесів горіння у програмному середовищі ANSYS Fluent із використанням RANS-підходу та стандартної k–ε моделі турбулентності. Досліджено вплив геометричних параметрів пальника та коефіцієнта надлишку повітря на температурний режим і процеси утворення NOx. Виконано експериментальні дослідження мікрофакельного пальника потужністю 200 кВт із використанням газоаналізатора GASMET DX4000. Встановлено, що запропонована конструкція пальника забезпечує формування множини мікрофакелів, інтенсифікацію змішування паливоповітряної суміші та більш рівномірний розподіл температури у камері згоряння. Визначено, що найбільш ефективний режим роботи досягається при діаметрі повітряного каналу 16 мм та коефіцієнті надлишку повітря α ≈ 1,4. Отримані результати показали, що концентрація NOx у продуктах згоряння не перевищує 50 мг/м³, що відповідає сучасним вимогам до низькоемісійних технологій спалювання. Практичне значення роботи полягає у можливості використання запропонованих мікрофакельних пальників для модернізації існуючих теплотехнічних установок і підвищення екологічної безпеки процесів спалювання природного газу.
Отримано: 03.01.2026. Доопрацьовано: 09.03.2026. Прийнято: 17.04.2026.
Посилання
1. DAI Dong⁃hua , CHEN Bin⁃bin , HE Hai⁃feng , et al. (2024).Numerical Simulation of Combustion Performance of New Low⁃nitrogen Gas Burner. Power System Engineering. 40 (5) , September 2024, 7-9.
2. Zhai S, Jacob J D, Wang X, et al.(2021). Control of particulate nitrate air pollution in China [J]. Nature Geoscience, 14(6):389-395.
3. ZHANG Jun Xia , ZHANG Jiang Feng. (2016). Analysis of Chemical Reaction Kinetics Behavior of Nitrogen Oxide During Air-staged Combustion in Pulverized Boiler [J]. Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis, 11(1): 2-4.
4. Deng Xin-hua Li Kan-ping. (2019). Development and Application of Low Nitrogen Gas Burner. Energy Conservation & Environmental Protection, 2019 (09) 82-83
5. Monika Zajemska, Dorota Musia & Anna Poskart. (2014). Effective methods of reduction of nitrogen oxides concentration during the natural gas combustion. Environmental Technology, 35 (5), 602–610,
6. Riazi R, Farshchi M, Shimura M, et al. (2017). An Experimental Study on Combustion Dynamics and NOx Emission of a Swirl Stabilized Combustor with Secondary Fuel Injection[J].Journal of Thermal ence and Technology, 5(2):266-281.
7. QIAOFangqi ,MICuili ,WUZhe ,CUIHaiting ,ZHANG Kai ,WUJinghao ,JIANG Jingzhi.(2025). Influence of gas staged coupling swirl structure on combustion performance. Journal of Hebei University of Scienceand Technology. 46 (6), 684-693.
8. KAMAL M M,MOHAMAD A A. (2006). Combustionin porous media[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers , PartA: Journal of Powerand Energy, 220(5):487- 508.
9. Taras Kravets, Igor Galyanchuk, Oksana Yurasova, Andrii Kapustianskyi, Kateryna Romanova (2022).. The heat-transfer system modelling of the convective heating surfaces of a TP-92 steam boiler. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal; 25(3):5–20. DOI: https://doi.org/10.33223/epj/152899
10. NGUYENT H,PARKJ,JUNGS,et al. (2019). Anumerical study on NOx formation behavior in a lean-premixed gas turbine combustorusing CFD-CRN method[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 33(10):5051-5060.
11. Solero G, Coghe A. (2000). Effect of injection typology on turbulent homogeneous mixing in a natural gas swirl burner[J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 21(3),162- 170.
12. Al-Abdeli Y, Masri A R. (2003). Stability characteristics and flowfields of turbulent nonpremixed swirling flames[J]. Combustion Theory and Modelling, 7(4),731-766.
13. QIAOFangqi ,MICuili ,WUZhe ,CUIHaiting ,ZHANG Kai ,WUJinghao ,JIANGJingzhi (2025). Influence of gas staged coupling swirl structure on combustion performance. Journal of Hebei University of Scienceand Technology, 46 (6), 684-693.
14. NIANTengfei,LIJinggao,LIPing,et al. (2024). Numerical simulation of CH4 non-premixed combustion process considering chemical reaction model. ContemporaryChemicalIndustry, 53 (9):2181-2189.
15. ZHENG Jianxiang, GENG Ruyi, ZHANG Chi, et al. (2019). Simulation study on the formation of soot in non-premixed methane turbulent diffusion flame. Journal of Northeast Electric Power University, 39(6), 37-43.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Енергетика і автоматика
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Усі матеріали поширюються на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International Public License, що дозволяє іншим розповсюджувати рукопис із визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
