ДИСТАНЦИОННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ КАМЕР СГОРАНИЯ

Трёгер Иоганнес В., Зеегер Томас

doi:10.17586/2226-1494-2015-15-2-211-217

2015 , ТОМ 15, НОМЕР 2 ( март-апрель )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-2-211-217

ДИСТАНЦИОННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ КАМЕР СГОРАНИЯ

Трёгер И.В., Зеегер Т.

Читать статью полностью

Язык статьи - Английский

Ссылка для цитирования: Трёгер И.В., Зеегер Т. Дистанционный метод контроля температуры газа для промышленных камер сгорания // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 2. С. 211–217.

Аннотация

Применение процессов сгорания топлива в присутствии чистого кислорода представляет значительный интерес для многих отраслей промышленности благодаря низкому содержанию выделяемых оксидов азота NOx при высоких температурах сгорания даже при отсутствии предварительного подогрева. Для оптимизации подобных процессов требуется ясное понимание их сущности, основанное на точных экспериментальных данных. В настоящее время отсутствуют точные результаты экспериментов с высоким временным разрешением, касающиеся турбулентных процессов сгорания топлива в промышленных установках. Помимо определения концентрации выбрасываемых веществ, огромное значение имеет информация о температуре сгорающего газа, позволяющая лучше понимать протекающие химические реакции и процессы формирования выбросов в атмосферу. Когерентная антистоксовская рамановская спектроскопия (CARS) – это отличный дистанционный лазерный метод исследования высокотемпературных турбулентных процессов сгорания топлива. При помощи колебательной CARS системы с применением О2 исследована работа промышленной камеры сгорания на 400 кВт, сопряженной с соответствующей вспомогательной печью. В камеру сгорания подавался чистый кислород и природный газ в эквивалентном соотношении =0,9. Пространственно разнесенные температуры в нижнем потоке измерены на протяжении 600 мм. Установлено, что дополнительный подсос атмосферного воздуха может в значительной степени влиять на температуру газа.

Ключевые слова: колебательная когерентная антистоксовская рамановская спектроскопия, измерение температуры газа, сгорание топлива, диагностика процесса сгорания

Благодарности. Авторы благодарят AiF за финансирование совместной прикладной исследовательской (IGF) работы 17838 N / 4 Исследовательской ассоциации Института газа и теплоты, г. Эссен, e.V.- GWI, Hafenstraße 101, 45356 Essen, Germany, работа проводилась в рамках IGF Федерального министерства экономики и технологии на основе Постановления Федерального Парламента Германии.

Список литературы

1. Maclean S., Leicher J., Giese A., Irlenbusch J. NOx-arme Nutzung von Oxy-fuel-verbrennung mit stark N2-haltigem Sauerstoff in der NE-Metallurgie // GWI - Gaswärme International. 2012. V. 61. P. 85-92.

2. Al-Chalabir R., Schatz C., Yap L., Marshall R. Flat flame oxy-fuel burner technology for glass melting // Ceramic Engineering and Science Proceedings. 1995. V. 16. N 2. P. 202–215.

3. Ross C.P., Tincher G.L., Rasmussen M. Glass melting technology: a technical and economic assessment, glass manufacturing industry // U.S. Department of Energy-Industrial Technologies Program, 2004. N DEFC- 36-021D14315.

4. Kluger F., Mönckert P., Wild T., Marquard A., Levasseur A.A. Entwicklungsstand der oxy-fuelverbrennungstechnologie / In: Kraftwerkstechnisches Kolloquium 2010 – Kraftwerkstechnik.

5. Kuckshinrichs W., P Markewitz., Linssen J., Zapp P., Peters M., Köhler B., Müller T.E., Leitner W. Weltweite innovation bei der entwicklung von CCS-technologien und möglichkeiten der nutzung des

recyclings von CO2 // Study on Behalf of the Federal Ministry of Economy and Energy. 2010. N 25/08 AZ | D4-020815.

6. Warnatz J., Maas U., Dibble R.W. Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation. Berlin: Springer, 2001. 378 p. doi: 10.1007/978-3-540-45363-5

7. Lallemant N., Breussin F., Weber R. Analysis of the flame structure, heat transfer and NOx emission characteristics of oxy-natural gas flames // International Flame Research Foundation. 1998. Doc N F85/y/7.

8. Lallemant N., Dugué J., Weber R. Analysis of the experimental data collected during the OXYFLAM-1 and OXYFLAM-2 experiments // International Flame Research Foundation. 1997. N F85/Y/4.

9. Lallemant N., Dugué J., Weber R. Measurement techniques for studying oxy-natural gas flames // Journal of the Institute of Energy. 2003. V. 76. N 507. P. 38–53.

10. Eckbreth A.C. Laser Diagnostics for Combustion Temperature and Species. Amsterdam: Gordon and Breach Publishers, 1996. 632 p.

11. Kohse-Höinghaus K. Applied Combustion Diagnostics. NY: Taylor & Francis, 2002. 672 p.

12. Kampmann S., Seeger T., Leipertz A. Simultaneous coherent anti-Stokes Raman scattering and twodimensional laser Rayleigh thermometry in a contained technical swirl combustor // Applied Optics. 1995. V.

34. N 15. P. 2780–2786.

13. Beyrau F., Datta A., Seeger T., Leipertz A. Dual-pump CARS for the simultaneous detection of N2, O2 and CO in CH4 flames // Journal of Raman Spectroscopy. 2002. V. 33. N 11–12. P. 919–924.

14. Braeuer A., Beyrau F., Weikl M.C., Seeger T., J Kiefer., Leipertz A., Holzwarth A., Soika A. Investnigation of the combustion process in an auxiliary heating system using dual-pump CARS // Journal of Raman Spectroscopy. 2006. V. 37. N 6. P. 633–640. doi: 10.1002/jrs.1489

15. Magre P., Aguerre F., Collin G., Versaevel P., Lacas F., Rolon J.C. Temperature and concentration measurements by CARS in counterflow laminar diffusion flames // Experiments in Fluids. 1995. V. 18. N 5. P. 376–382. doi: 10.1007/BF00211395

16. Brackmann C., Bood J., Bengtsson P.-E., Seeger T., Schenk M., Leipertz A. Simultaneous vibrational and pure rotational coherent anti-Stokes Raman spectroscopy for temperature and multispecies concentration measurements demonstrated in sooting flames // Applied Optics. 2002. V. 41. N 3. P. 564–572.

17. Beyrau F., Seeger T., Malarski A., Leipertz A. Determination of temperatures and fuel/air ratios in an etheneair flame by dual-pump CARS // Journal of Raman Spectroscopy. 2003. V. 34. N 12. P. 946–951. doi: 10.1002/jrs.1092

18. Datta A., Beyrau F., Seeger T., Leipertz A. Temperature and CO concentration measurements in a partially premixed CH4/Air coflowing jet flame using coherent Anti-Stokes Raman scattering // Combustion Science and Technology. 2004. V. 176. N 11. P. 1965–1984. doi: 10.1080/00102200490504607

19. Weikl M.C., Beyrau F., Leipertz A. Simultaneous temperature and exhaust-gas recirculation-measurements in a homogeneous charge-compression ignition engine by use of pure rotational coherent anti-Stokes Raman spectroscopy // Applied Optics. 2006. V. 45. N 15. P. 3646–3651. doi: 10.1364/AO.45.003646

20. Brackmann C., Bood J., Afzelius M., Bengtsson P.-E. Thermometry in internal combustion engines via dualbroadband rotational coherent anti-Stokes Raman spectroscopy // Measurement Science and Technology. 2004. V. 15. N 3. P. R13–R25. doi: 10.1088/0957-0233/15/3/R01 И.В. Трёгер, Т. Зеегер

21. Clauss W., Klimenko D.N., Oschwald M., Vereschagin K.A., Smirnov V.V., Stelmakh O.M., Fabelinsky V.I. CARS investigation of hydrogen Q-branch linewidths at high temperatures in a high-pressure H2-O2 pulsed burner // Journal of Raman Spectroscopy. 2002. V. 33. N 11–12. P. 906–911.

22. Hussong J., Lückerath R., Stricker W., Bruet X., Joubert P., Bonamy J., Robert D. Hydrogen CARS thermometry in a high-pressure H2–air flame. Test of H2 temperature accuracy and influence of line width by comparison with N2 CARS as reference // Applied Physics B: Lasers and Optics. 2001. V. 73. N 2. P. 165–172.

23. Switzer G., Sturgess G., Sloan D., Shouse D. Relation of CARS temperature fields to lean blowout performance in an aircraft gas turbine generic combustor // AIAA paper 94-3271. 1994.

24. Meyer T.R., Roy S., Lucht R.P., Gord J.R. Dual-pump dual-broadband CARS for exhaust-gas temperature and CO2–O2–N2 mole-fraction measurements in model gas-turbine combustors // Combustion and Flame. 2005. V. 142. N 1–2. P. 52–61. doi: 10.1016/j.combustflame.2005.02.007

25. Reichardt T.A., Schrader P.E., Farrow R.L. Comparison of gas temperatures measured by coherent anti- Stokes Raman spectroscopy (CARS) of O2 and N2 // Applied Optics. 2001. V. 40. N 6. P. 741–747.

26. Seeger T. Moderne Aspekte der linearen und nichtlinearen Raman-Streuung zur Bestimmung thermodynamischer Zustandsgrößen in der Gasphase. Habilitation, University of Erlangen-Nuremberg, 2006.

27. Eckbreth A.C., Dobbs G.M., Stufflebeam J.H., Tellex P.A. CARS temperature and species measurements in augmented jet engine exhausts // Applied Optics. 1984. V. 23. N 9. P. 1328–1339.

28. Magens E. Nutzung von Rotations-CARS zur Temperatur- und Konzentrationsmessung in Flammen. Dissertation, University of Erlangen-Nuremberg, 1993.

29. Rahn L.A., Palmer R.E., Koszykowski M.L., Greenhalgh D.A. Comparison of rotationally inelastic collision models for Q-branch Raman spectra of N2 // Chemical Physics Letters. 1987. V. 133. N 6. P. 513–516. doi: 10.1016/0009-2614(87)80069-6

30. Herzberg G. Molecular Spectra and Molecular Structure. 2nd ed. D. van Nostrand Company, Inc., 1963.

31. Rouillé G., Millot G., Saint-Loup R., Berger H. High-resolution stimulated Raman spectroscopy of O2 // Journal of Molecular Spectroscopy. 1992. V. 154. N 2. P. 372–382. doi: 10.1016/0022 2852(92)90215-A

32. Thumann A., Seeger T., Leipertz A. Evaluation of two different gas temperatures and their volumetric fraction from broadband N2 coherent anti-Stokes Raman spectroscopy spectra // Applied Optics. 1995. V. 34. N 18. P. 3313–3317. doi: 10.1364/AO.34.003313

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License