بررسی عددی افزودن بخارآب به هوای احتراق دیگ بخار صنعتی

مسایل زیست ‌ محیطی و آلودگی هوا در سال‌های اخیر توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. نیروگاه‌های حرارتی ازجمله عوامل آلوده‌کننده هوایند. یکی از راهکارهایی که برای احتراق بهتر و آلایندگی کمتر در سیستم‌های احتراقی، ازجمله توربین‌های گاز، به کار رفته ایده افزودن بخار آب است. در این تحقیق، مد نظر بوده تا با ایده افزودن بخار آب به توربین گازی کاری مشابه در دیگ‌های بخار انجام شود که برای این کار یک محفظه احتراق تک مشعل متقارن محوری 11 مگاواتی با استفاده از نرم‌افزار متن‌باز OpenFoam و حلگر ReactingFoam مدل شده ‌است. برای شبیه‌سازی، معادلات بقای جرم، تکانه، انرژی و گونه به‌صورت کوپل باهم حل شدند و تصحیح فشار در معادلات تکانه طبق الگوریتم PIMPLE انجام‌ شده است. مدل به کاررفته برای اغتشاش مدل ، مدل تشعشعی fvDOM، مدل احتراقی استفاده‌شده PaSR و مکانیزم واکنش GRI-3 بوده که شامل 53 گونه و 325 واکنش است. برای اعتبارسنجی حلگر و مدل‌های به کاررفته، از مسئله معیاری استفاده شده که یک مشعل ساده بوده و نتایج تجربی آن موجود است. بعد از اثبات صحت حل، مسئله ذکرشده شبیه‌سازی شد که مشاهده شد در محفظه احتراق در حالت هوای خشک دما و به‌تبع آن ناکس تولیدی زیاد است. دمای شعله در محفظه بعد از تزریق بخار در سه نسبت 5، 10 و 15 درصد از کل هوای ورودی کمتر شده به صورتی که دمای شعله 370 درجه کلوین پایین آمد و همچنین مقدار NO خروجی 81 درصد و مقدار  خروجی 76 درصد کاهش پیدا کرد، اما مقدار خروجی OH 7/2 برابر شد. در عین ‌حال، آلایندگی‌های کربنی و به‌طور خاص برای گونه CO، که مورد توجه تحقیق حاضر است، 58 درصد افزایش یافت و به مقدار ppm 17 رسید، اما همچنان از استاندارهای ملی و اروپایی بسیار کمتر بود.