メタン-空気拡散火炎における燃焼限界に与える水蒸気添加の影響に関する数値解析

概要

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高水蒸気かつ低酸素雰囲気下での火炎の燃焼特性および燃焼限界を解明することは, 水蒸気添加型ガスタービン発電システムの開発にとってきわめて重要である. 本研究では, 高水蒸気かつ低酸素雰囲気下でのメタン・空気対向流拡散火炎について詳細素反応機構を用いた数値解析を行い, その火炎構造や燃焼限界に与える水蒸気添加の影響を調べ, 消炎のメカニズムについて検討した. その結果, 以下のような知見を得た. 水蒸気の添加により火炎温度は著しく低下し消炎限界に達する. 燃料や酸化剤の予熱温度により消炎限界での添加水蒸気濃度はかなり異なり, より多くの水蒸気を添加するためにはより高い予熱温度が必要である. 放射熱損失の影響で添加水蒸気濃度あるいは火炎温度が約1割低下するが, 消炎限界の火炎温度はほぼ同じとなる. 水蒸気の大きな比熱による火炎温度の低下が消炎を引き起こす大きな要因であるが, 消炎に対する反応動力学的な影響も存在する. とくに, 素反応O+CH3→H+CH2O (R10), OH+H2→H+H2O (R84), H2O+O→OH+OH (−R86), OH+HO2→O2+H2O (R87) およびOH+CH4→CH3+H2O (R98) における発熱速度の変化は, 消炎限界付近での火炎安定性に大きな影響を与える.
社団法人　化学工学会の論文
2004-11-20