Formation of CO in the Oxy-Fuel Premixed Flame

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych oraz numerycznych dotyczących tworzenia tlenku węgla (II) w kinetycznym płomieniu gazu ziemnego w warunkach oksy-spalania. W doświadczeniach korzystano z palnika nisko-wirowego, w którym stopień zawirowania strugi określony za pomocą liczby wiru S < 0,6. Badano wpływ składu utleniacza zawierającego CO2 i 23–29% obj. O2 na zmiany stężeń CO w płomieniu. Pobór spalin do analizy realizowano w osi palnika w odległościach 0,02–0,1 m z krokiem 0,02 m. Pomiaru temperatury spalin zasysanych do analizy dokonano termoparą PtRh10-Pt. Analizę reakcji w płomieniu o temperaturze 1500K przeprowadzono w programie Chemked II [7], po zaimplementowaniu mechanizmu spalania zaproponowanego przez Mendiara, Glarborg [14] zawierającego 779 reakcji zachodzących pomiędzy 97 związkami chemicznymi. W pakiecie FactSage™ [1] obliczono adiabatyczne równowagowe temperatury płomieni podczas spalania gazu ziemnego z dodatkiem O2 i CO2. Na podstawie obliczeń w programie Chemked wytypowano dominujące reakcje odpowiedzialne za tworzenie CO w płomieniu. Największy wkład w tworzenie CO ma reakcja: OH + CO ↔ H + CO2, a jej szybkość jest uzależniona od udziału CO2 w atmosferze utleniającej. Drugą reakcją sklasyfikowaną wg szybkości tworzenia CO jest: HCCO + O2 ↔ OH + CO + CO. Ponadto określono szczytowe stężenia rodników H, biorące udział w reakcjach tworzenia CO przy współudziale CO2 oraz ich zmiany z zawartością tlenu w mieszance palnej. Tlenek węgla w procesie oksy-spalania powstaje w płomieniu bardzo szybko, o czym świadczą szczytowe stężenia CO występujące najbliżej palnika. Jednak jego utlenienie do CO2 jest znacznie wolniejsze co wynika ze spadku stężenia CO z czasem rezydencji. Obecność znacznych ilości CO2 w substratach spalania ma działanie hamujące proces utleniania gazu ziemnego.