В дисертаційній роботі для вирішення задач, пов’язаних з дослідженням процесів спалювання сумішей з добавками водню до метану, визначенням їх теплоти згоряння, дослідженням утворення оксидів азоту був допрацьований експериментальний стенд, а також розроблена відповідна методика проведення експериментів.
Процес горіння в роботі розглядався як трикомпонентна реакція за участю водяної пари, що міститься в атмосферному повітрі, розпад води на складові запускає основні процеси ланцюгових реакцій, які притаманні горінню палива. Теоретичне вивчення процесів горіння включало кількісний аналіз енергії, яка витрачається на нагрів та випаровування води, що міститься в атмосферному повітрі, та оцінки її частки по відношенню до корисної енергії палива, яка залежить від вмісту водню в паливі та коефіцієнту надлишку повітря. Визначено, що при вмісті вологи у повітрі 20г/м3 і коефіцієнті надлишку повітря 1,15, значення цієї частки енергії знаходиться в межах від 1,98% (природний газ) до 6,01 % (водень).
З метою виявлення впливу домішок водню, який подавався у вигляді водного розчину перекису водню, на процес утворення оксидів азоту і доокислення NO до NO2 у процесах горіння, були проведені експериментальні дослідження. Розчин перекису водню різної концентрації (від 4% до 30%, що відповідало вмісту водню у водному розчині від 10,8% до 9,44%) вносився у вигляді краплі рідини у фронт полум’я ламінарного факелу метану.
Встановлено, що характер отриманих залежностей є аналогічним розподілу концентрації монооксиду азоту при введенні у фронт полум’я краплі дистильованої води. Інтенсивне зростання концентрації оксидів азоту спостерігається вже у початкових перерізах фронту полум’я з моменту початку розігрівання суміші ще до досягнення максимальної температури. При чому чим вища концентрація розчину Н2О2, що вноситься у фронт полум’я, тим інтенсивніше відбувається зростання вмісту оксидів азоту. При внесені у фронт полум’я 30% розчину Н2О2 (що відповідає вмісту Н2 в розчині 9,44 %) рівень концентрації NO практично досягає початкового, тобто одержаного без внесення краплинної вологи (90-95 мг/м3), тоді як внесення у фронт полум’я Н2О (що відповідає вмісту Н2 в розчині 11,1 %) приводить до зниження концентрації NO до 65 мг/м3, тобто на 35-40 %. Це можливо пояснити тим, що Н2О2 інтенсивніше ніж Н2О утворює радикал ОН-, що бере активну участь у окисленні вуглеводнів.
Таким чином, збільшення концентрації Н2О2 до 30% у розчині (відповідно концентрації Н2 в розчині до мінімальної в експериментах - 9,44%) призводило до збільшення сумарного виходу монооксиду азоту на 35-45% для умов експерименту за рахунок інтенсивнішого утворення радикалів ОН-, НО2- і збільшення рівня температур за рахунок догорання СО.
Відокремлені вимірювання NO і NO2 показали, що залежність частки NO2 від вмісту Н2 у розчині, що вводиться у фронт полум’я, є неоднозначною і істотно залежить від місця відбору проби в перерізі фронту полум’я. Температура понад 800 С істотно впливає на швидкості реакції і змінює кінетику процесів, що відбуваються за участі перекису водню, причому у різних перерізах фронту ці зміни різні за характером, що можна пояснити зменшенням часу існування Н2О2 у полум’ї ( 20 мс і менше).
Найсприятливішими умовами доокислення NO в NO2 є введення у факел розчину, в якому вміст водню становить 10,0 - 10,5 %, у температурному інтервалі 800 – 1000º С. Цим умовам відповідає не фронт полум’я, а заполум’яна область. Тому при збільшенні концентрації водню у метановодневій паливній суміші у топці котла буде відповідно зростати концентрація NO, частка NO2 буде зменшуватися.
Інтенсивність доокислення NO в NO2 має свій екстремум, який залежить від концентрації водню у розчині, що вводиться. Максимальне утворення NO2 в наших експериментах спостерігалось для вмісту Н2 у розчині близько 9,4%.
Збільшення концентрації розчину Н2О2 від нуля до 30% (і відповідно зменшення вмісту водню у розчині від 10,8% до 9,44 %) призводило до збільшення сумарного утворення оксидів азоту на 35-45% і збільшення рівня температур в тому числі за рахунок догорання СО.
