Экологически чистый способ сжигания газообразного топлива с применением квазиоптического СВЧ-излучения
Рассмотрена проблема разработки малоэмиссионных камер сгорания с уменьшенным выбросом окислов азота NOx, работающих на природном или сжиженном газе. Изучена возможность сжигания особо бедных топливных смесей. Для инициирования зажигания и стабилизации горения используется разряд, сгенериро-ванный квазиоптическим СВЧ-излучением. Основные результаты. При инициировании зажигания стримерным разрядом получено увеличение скорости горения примерно в четыре раза по сравнению с обычным искровым зажиганием и существенное увеличение полноты сгорания. Продемонстрировано зажигание стримерным разрядом особо бедной топливно-воздушной смеси с коэффициентом избытка окислителя больше предела воспламенения при нормальных условиях.
Судя по косвенным признакам, при инициировании горения СВЧ-разрядом, созданным квазиоптическим излучением, зажигание имеет нетепловой характер. СВЧ-разряд возбуждает атомы кислорода, в результате чего генерируется мощное ультрафиолетовое излучение, которое вызывает образование холодной неравновесной плазмы с лавинообразным нарастанием числа свободных электронов. Стримерный разряд распространяется со скоростью порядка 5 км/с, поэтому инициирование зажигания происходит сразу по всему объему. Температура топливной смеси в месте инициирования зажигания не превышает 400 К. За счет отсутствия при горении областей с высокой температурой, которые ответственны за термический механизм Зельдовича образования NOx, а также за счет высокой скорости горения, в результате чего не успевает развиться механизм Фенимора образования «быстрых NOx», судя по всему, исключается образование NOx в заметных количествах. Затраты энергии сравнимы с искровым зажиганием. Практическая значимость. Изучаемая технология предназначена для внедрения в области двигателей внутреннего сгорания, энергетических газовых турбин, газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, работающих на природном газе.