Экологические характеристики современных систем бытового использования топлива. Часть 2. Образование вредных веществ при сжигании природного газа в атмосферных горелках: экспериментальные исследования

В Институте газа НАН Украины выполняются комплексные исследования формирования токсичных выбросов в пламени атмосферных горелок и за пределами видимых горящих конусов («богатое» первичное пламя). Проведение экспериментов обусловлено доказанным существенным содержанием вредных веществ в продуктах сгорания газового топлива в бытовых приборах и непосредственным контактом потребителей с газовыми выбросами при работе плит. Предложена методология изучения образования вредных выбросов, изготовлен огневой компьютеризованный стенд для исследования сжигания углеводородных газов в горелках бытовых плит. В качестве токсичных выбросов рассматриваются оксиды углерода СО и азота NO и NO₂, а как варьируемые параметры приняты коэффициент избытка первичного воздуха и тепловая нагрузка горелки. В условиях эксплуатации газовой плиты ее варьируемые характеристики – это давление газа перед соплом атмосферной горелки и ее тепловая мощность. При оптимизации конструкции горелок определяющей величиной устойчивости горения, энергетических и экологических показателей сжигания топлива является коэффициент избытка первичного воздуха λ_pr при заданном давлении газа перед горелкой. Установлено влияние этого коэффициента на образование СО, NO, NO₂, доказана возможность появления выбросов с высокой концентрацией диоксида азота. Поскольку концентрация [NO] с повышением λ_pr уменьшается, a на абсолютный уровень концентраций [NO₂] величина λ_pr влияет незначительно, определено, что доля концентрации [NO₂] в смеси [NO_x] = [NO] + [NO₂] возрастает с увеличением коэффициента избытка первичного воздуха.

1. . Сорока, Б. С. Сучасний стан та напрями удосконалення пальників побутових газових плит. Ч. 1: Науково-технологічні засади ефективного використання палива та екологічно чистого спалювання газу в кухонних плитах / Б. С. Сорока, В. В. Горупа // Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2017. № 3. С. 3–19.

2. Сорока, Б. С. Экологические характеристики современных систем бытового использования топлива. Ч. 1 / Б. С. Сорока, В. В. Горупа // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 4. С. 340–354. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-4-340-354.

3. Сорока, Б. С. Эффективность использования газового топлива и окислительной смеси при их увлажнении / Б. С. Сорока, Н. В. Воробьев // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 6. С. 547–564. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-547-564.

4. Гламаздин, П. М. Экологические аспекты модернизации водогрейных котлов большой мощности / П. М. Гламаздин, Д. П. Гламаздин, Ю. П. Ярмольчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 3. C. 249–259. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-3-249-259.

5. Creamer, K. S. Primary Aeration as a NOx Control Strategy. Topical Report, January–December 1994 [Electronic resource] / K. S. Creamer, M. J. Grassi, P. George. // Osti.gov. 2005. Mode of access: https://www.osti.gov/biblio/91537.

6. Whag, H. The Effects of Primary Air Distribution on Emission from a Natural Gas Water Heater [Electronic Resource] / Н. Whag. Marquette University, 2012. Mode of access: https://epublications.marquette.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1167&context=theses_open

7. Handbook for Evaluating Emissions and Costs of APUs and Alternative Systems / National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Washington, The National Academies Press, 2012. 244 p. https://doi.org/10.17226/22797.

8. Плити газові побутові. Загальні технічні умови: ДСТУ 2204–93. Киів: Держстандарт Украіни, 1994. 43 с.

9. Продукты сгорания природного газа при высоких температурах: состав и термодинамические свойства / И. Н. Карп [и др.]. Киев: Технiка, 1967. 382 с.

10. Göke, S. Influence of Steam Dilution on NOx Formation in Premixed Natural Gas and Hydrogen Flames / S. Göke, C. O. Paschereit // 50th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 2012. https://doi.org/10.2514/6.2012-1272.

11. Backhaus, K.-H. Erdgas als Erfolgsfaktor zur Errei-chung Europäischer Klimaziele [Electronic Resource] / K.-H. Backhaus // Haustechnic Dialog. 2013. Mode of access: https://www.haustechnikdialog.de/News/15302/Erdgas-als-Erfolgsfaktor-zur-Erreichung-Europaeischer-Klima ziele-Aktuelle-Herausforderungen.

12. Nicole, W. Cooking up Indoor Air Pollution / W. Nicole // Environmental Health Perspectives. 2014. Vol. 122, Nо 1. https://doi.org/10.1289/ehp.122-A27.