نوع مقاله : مقاله پژوهشی
تازه های تحقیق
در این مطالعه، یک چارچوب نوآورانه و مبتنی بر اصول فیزیکی برای مقیاسگذاری کورههای احتراق بدون شعله از مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی ارائه شد. این چارچوب با تعریف مجموعهای از متغیرهای کلیدی و استخراج شش عدد بدونبُعد مستقل توانست شرایط لازم برای حفظ رژیم احتراق توزیعشده را در ابعاد مختلف تضمین کند. به طور خلاصه، تحلیل مقایسهای میدان دما، توزیع آلایندهها، الگوهای خطوط جریان، پروفایلهای بازچرخانی داخلی، اعداد رینولدز توربولانسی و دامکوهلر و همچنین بازدههای انرژی-اگزرژی در روش مقیاسگذاری ارائهشده نشان میدهد که این روش قادر است ضمن اینکه رژیم احتراق بدون شعله را در گذار از مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی با موفقیت حفظ کند، یکنواختی دما را بهبود بخشیده، توزیع دمای میانگین و بیشینه را با اختلاف کمتر از 2% پیشبینی نموده، انتشار CO و NO را در محدوده مجاز استاندارد آلایندگی EPA به حداقل رسانده و شدت بازچرخانی داخلی گازهای احتراق (FGR) را بیش از شش برابر افزایش میدهد. همچنین کاهش 36% در ضخامت ناحیه واکنش و حفظ بازده قانون اول و دوم ترمودینامیک، عملکرد برتر این روش در مقیاسگذاری را اعتبارسنجی میکند. این برتری عمدتاً ناشی از حفظ مطلوب پروفایلهای سرعت و هندسه نازل در این روش است که در کنار یکدیگر، اختلاط مؤثر سوخت و هوا و آزادسازی حرارت را بهصورت توزیعشده تضمین میکند. علاوه بر این، ارزیابی اعداد رینولدز توربولانسی و دامکوهلر تأیید میکند که روش مقیاسگذاری ارائه شده به نزدیکترین مقدار Ret×Da در کوره آزمایشگاهی دست مییابد و بدین ترتیب تعادل صحیح میان مقیاسهای زمانی اختلاط و شیمیایی را بازتولید میکند. این یافتهها تأیید میکنند که روش مقیاسگذاری مبتنی بر تحلیل بدون بُعد، در ترکیب با طراحی آگاهانه ساختارهای جریان و بازچرخانی، برای دستیابی به پایداری رژیم در سامانههای احتراق بدون شعله، ضروری است. به طور کلی، نتایج نشان میدهند که حفظ احتراق بدون شعله در فرایند مقیاسگذاری به طور حیاتی به سه عامل کلیدی بستگی دارد:
1. دستیابی به FGR کافی از طریق تناسب قطر به طول و بدین ترتیب حفظ زمان ماند و افزایش شدت بازچرخانی.
2. حفظ اعداد رینولدز توربولانسی و دامکوهلر در محدودههای پایدار برای ایجاد تعادل در برهمکنشهای آشفتگی-شیمی.
3. تضمین یکنواختی حرارتی برای مهار ایجاد گرادیان در جبهههای موضعی شعله.
در حالی که روشهای تجربی مرسوم اغلب این پارامترها را نادیده میگیرند، چارچوب پیشنهادی به طور ذاتی آنها را حفظ کرده که عملکرد برتر این روش را توضیح میدهد. در مجموع، چارچوب ارائهشده ابزاری قدرتمند و قابلاتکا برای طراحی و توسعه کورههای صنعتی کمآلاینده و پایدار در رژیم احتراق بدون شعله بوده و میتواند پایهای برای گسترش فناوریهای پاک و کارآمد در کاربردهای صنعتی آینده فراهم آورد.
موضوعات
عنوان مقاله English
نویسندگان English
IIn this study, a new unified framework for scaling flameless combustion furnaces is developed based on π-Buckingham dimensional analysis and an integrated energy–exergy evaluation. The objective of the framework is to preserve the distributed reaction regime during the scale-up from a 10 kW laboratory furnace to a 10 MW industrial system. Accordingly, a set of geometric, flow, heat-transfer, and reaction-kinetics parameters is selected, and six independent dimensionless groups are derived. Three-dimensional CFD simulations employing the EDC combustion model, the GRI-Mech 3.0 mechanism, and the DO radiation model indicate that the proposed scaling method can reproduce the peak temperature with only a 1.7% deviation and the mean temperature with 1.8% deviation. Furthermore, CO emissions decrease from 64 to 41 mg/kJ and NO emissions from 53 to 27 mg/kJ in the scaled-up configuration. Analysis of Ret and Da confirms that this method provides the closest match in reproducing turbulence-chemistry interaction. Energy and exergy assessments also show that the efficiencies remain nearly unchanged between the laboratory and industrial scales. Overall, the results demonstrate that the proposed framework offers a reliable approach for designing low-emission and thermally stable industrial furnaces operating in the flameless combustion regime.
کلیدواژهها English
سامانههای احتراقی متداول، با وجود استفاده گسترده در صنایع مختلف، ذاتاً با محدودیتهای قابلتوجهی همراه هستند؛ از مهمترین این چالشها میتوان به انتشار بالای اکسیدهای نیتروژن(NOx) و مونوکسید کربن (CO)، وجود گرادیانهای شدید دمایی و بازده کم انرژی اشاره کرد. طی دهههای اخیر، این مسائل زمینهساز انجام پژوهشهای گستردهای با رویکرد توسعه فناوری پاکتر و کارآمدتر در حوزه احتراق شده است؛ بهگونهای که کاهش اثرات زیستمحیطی و ارتقای عملکرد حرارتی به اهداف اصلی این مطالعات تبدیل شدهاند. با افزایش سختگیریهای نظارتی و گسترش تلاشهای جهانی در جهت کاهش انتشار کربن، توجه پژوهشگران بیش از پیش به رژیمهای پیشرفته احتراق معطوف شده است؛ رژیمهایی که کنترل دقیقتری بر پایداری شعله، تولید آلایندهها و بهرهوری انرژی فراهم میکنند. در این میان، احتراق بدون شعله[1] بهعنوان یکی از نوآورانهترین فناوریها، جایگاه ویژهای یافته است. شایان ذکر است که اگرچه روشهای متعددی در چارچوب احتراق سنتی، از جمله احتراق مرحلهای، استفاده از مشعلهای چرخشی و بازچرخانی گازهای خروجی برای کاهش آلایندهها و بهبود بازده انرژی توسعه یافتهاند، اما این رویکردها معمولاً موجب افزایش پیچیدگی عملیاتی میشوند. در مقابل، احتراق بدون شعله بهصورت ذاتی امکان کاهش همزمان آلایندهها ]1[، یکنواختسازی میدان حرارتی ]2[، و بهبود پایداری احتراق ]3[، را فراهم میآورد. این رژیم میتواند هم در سامانههای پیشمخلوط[2] و هم غیرپیشمخلوط[3] شکل بگیرد.
برای دستیابی به شرایط پایدار احتراق بدون شعله، رعایت مراحل زیر ضروری است:
|
(1) |
|
که در آن همان دمای احتراق یا اختلاف دمای بین واکنشدهندهها و فرآوردهها است.
باید تأکید نمود که شرط > یا شرط کاهش اختلاف دما باید به دماهای موضعی در ناحیه واکنش اعمال شود، نه به دمای ورودی. این رویکرد به دلیل اهمیت خوداشتعالی موضعی در تثبیت و حفظ رژیم احتراق بدون شعله، حیاتی و تعیینکننده است ]3[.
پژوهشهای پیشین نشان میدهند که بازچرخانی گازهای حاصل از احتراق[4] نقش اساسی و تعیینکنندهای در شکلگیری رژیم احتراق بدون شعله دارد ]8،7[. این فرآیند بهطور همزمان موجب پیشگرمایش واکنشدهندهها، رقیقسازی غلظت اکسیژن و ایجاد شرایط مناسب برای اختلاط کامل و یکنواخت سوخت و هوا میشود. در چنین حالتی، بهجای آنکه واکنش احتراقی بهصورت موضعی میان سوخت و هوا اتفاق بیفتد، یک احتراق گسترده و توزیعشده در محفظه احتراق شکل میگیرد که در آن مخلوطی از سوخت، هوا و بخشی از محصولات نسوخته احتراق حضور دارند. این سازوکار نه تنها زمان ماند[5] احتراق را افزایش میدهد، بلکه امکان بازیافت مؤثر انرژی حرارتی موجود در این گازها را نیز فراهم میسازد ]9[. بنابراین، بازچرخانی مناسب گازهای حاصل از احتراق میتواند بهعنوان یکی از عوامل حیاتی در برآورد سه شرط اساسی لازم برای احتراق بدون شعله تلقی شود. با توجه به نقش تعیینکننده بازچرخانی در پایداری این رژیم و ایجاد شرایط واکنشی یکنواخت، توسعه روشهای مقیاسگذاری که بتوانند این ویژگیهای کلیدی را در گذار از کورههای آزمایشگاهی به مقیاسهای بزرگتر حفظ کنند، ضرورتی انکارناپذیر دارد.
متخصصان تاکنون روشهای مقیاسگذاری متنوعی از نمونههای آزمایشگاهی به سامانههای صنعتی یا نیمهصنعتی پیشنهاد دادهاند که هدف اصلی آنها، انطباق ویژگیهای اساسی احتراق از جمله دینامیک سیالات، انتقال حرارت و جرم و سینتیک ترموشیمیایی بوده است ]10،11[. مقیاسگذاری صحیح موجب میشود شاخصهای عملکردی اصلی سامانه، مانند یکنواختی میدان دما، سطح انتشار آلایندههایی نظیر NOx وCO، ساختار شعله و کیفیت اختلاط، در مقیاس صنعتی نیز همانند مقیاس آزمایشگاهی حفظ شود ]10[. اهمیت این موضوع در سامانههای احتراق بدون شعله دوچندان است، زیرا حتی انحرافی اندک در توزیع حرارتی یا غلظت محلی اکسنده میتواند سامانه را از رژیم واکنش توزیعشده خارج کرده و شرایط احتراق معمولی را ایجاد کند ]12[.
برای مواجهه با این چالش، روشهای متعددی برای مقیاسگذاری پیشنهاد شدهاند که در میان آنها، فرمولبندی اسپالدینگ ]13[ جامعترین و شناختهشدهترین چارچوب محسوب میشود. چارچوب تعمیمیافته اسپالدینگ، یک ساختار نظاممند برای مقیاسگذاری سامانههای احتراقی، شامل مشعلها، کورهها، بویلرها و تجهیزات وابسته، در ابعاد و شرایط عملیاتی مختلف فراهم میکند ]13[. این رویکرد مجموعهای از اعداد بدونبُعد را در قالب یک ماتریس بالامثلثی معرفی میکند که چهارده پدیده فیزیکی اصلی مرتبط با احتراق، نظیر انتقال حرارت، انتقال جرم، انتقال تکانه و سینتیک واکنش را دربرمیگیرد. این پارامترها عوامل مختلف مانند هدایت حرارتی، نفوذ جرمی، نیروهای شناوری، نرخ واکنش و مشخصات جریان را شامل میشوند. برای ایجاد شباهت دینامیکی و حرارتی میان سامانه آزمایشگاهی و صنعتی، لازم است تمامی گروههای بدونبُعد مرتبط در هر دو مقیاس تطابق یابند. با این حال، پیچیدگی بالا و تعداد زیاد این پارامترها سبب شد اسپالدینگ یک راهبرد سلسلهمراتبی برای فیلترگذاری معرفی کند. در این راهبرد، ابتدا پارامترهای نامرتبط با پیکربندی مسئله حذف شده و سپس متغیرهایی با تأثیر ناچیز کنار گذاشته میشوند. این چارچوب تأثیر بسیاری بر پژوهشهای حوزه مقیاسگذاری گذاشته و همچنان مرجعی برای ارزیابی روشهای سادهشدهتر به شمار میآید.
با وجود جامعیت روش اسپالدینگ، پیچیدگی ریاضیاتی و تعداد بالای گروههای بدونبُعد، اغلب کاربرد عملی آن را دشوار میکند. از اینرو، روشهای سادهشده متعددی توسعه یافتهاند که در آنها هندسه کوره و ویژگیهای جریان بهصورت مستقیم با توان حرارتی ورودی مرتبط میشوند. این روشها معمولاً بر پایه برقراری رابطهی تجربی میان طول مشخصه، سرعت جریان و توان ورودی استوار هستند؛ رابطهای که خود از شکل سادهشده موازنه انرژی استخراج شده است.
الگوریتم اصلی مقیاسگذاری در روشهای پیشین به این صورت است که توان حرارتی کوره را به صورت معادله (2) بیان کرده و از آنجایی که مساحت سطح، ارتباط مستقیمی با مربع طول دارد ( ، این تناسب به صورت معادله (3) بیان میشود ]10[:
|
(2) |
|
|
(3) |
|
در روابط فوق، نشاندهنده توان حرارتی کوره است؛ Hl ارزش حرارتی پایین در واحد جرم، دبی جرمی سوخت، چگالی سوخت، Vfuel سرعت ورودی سوخت، A مساحت سطح مقطع نازل سوخت و d قطر نازل سوخت است.
تمامی روشهای مقیاسگذاری با هدف ایجاد یک رابطه مشخص بین طول مشخصه کوره (d) و سرعت جریان (V) توسعه یافتهاند. به این ترتیب، میتوان نسبت مقیاس هندسی ( ) را بر اساس نسبت توان و با استفاده از معادله (3) استخراج نمود. در نتیجه، اگر توان کوره به اندازه ضریبی مانند n افزایش یابد مقیاس طول متناظر (s) نیز متناسب با آن تعیین خواهد شد.
رویکردهای رایج در مقیاسگذاری
یکی از این روشها، رویکرد سرعت ثابت (V=constant) است ]11،14،15[. در این روش فرض میشود که سرعت ورودی سوخت یا مخلوط سوخت و هوا در کوره آزمایشگاهی و مدل مقیاسگذاریشده یکسان باقی میماند. با اعمال این فرض به معادله (3)، رابطه میان توان حرارتی ورودی و مقیاس هندسی به صورت سادهشده زیر به دست میآید:
|
(4) |
|
بر این اساس، اگر توان حرارتی کوره با ضریب n افزایش یابد، ابعاد مشخصه باید با ضریب مقیاس شوند تا تشابه هندسی و هیدرودینامیکی تحت فرض سرعت ثابت حفظ شود. با وجود سادگی و سهولت این روش، یک محدودیت اساسی وجود دارد: از آنجا که ابعاد هندسی افزایش مییابند اما سرعت جریان ثابت میماند، زمان مشخصه اختلاط افزایش مییابد (𝜏 d/V). افزایش زمان اختلاط موجب کاهش نرخ اختلاط میشود و این کاهش میتواند بهطور نامطلوبی بر یکنواختی فرآیند احتراق تأثیر بگذارد. در چنین شرایطی احتمال شکلگیری نواحی موضعی داغ و در نتیجه افزایش تولید آلایندههایی مانند NOx و CO بیشتر میشود ]16،17[.
یکی دیگر از این روشها، رویکرد زمان ماند ثابت ]14،15[ است. در این روش، زمان ماند بهعنوان یک شاخص کلیدی برای فرآیند اختلاط در کوره در نظر گرفته میشود. این مقیاس زمانی بهصورت نسبت طول مشخصه به سرعت جریان تعریف میشود (𝜏 d/V). برای آنکه ویژگیهای اختلاط و واکنش مشاهدهشده در مقیاس آزمایشگاهی در نمونه مقیاسشده نیز حفظ شوند، مقدارτ در فرآیند مقیاسگذاری ثابت نگه داشته میشود. با اعمال شرط(τ=constant) در معادله (3)، رابطه سادهشده زیر به دست میآید:
|
(5) |
|
بر این اساس، اگر توان ورودی کوره با ضریب n افزایش یابد، ابعاد مشخصه باید با ضریب مقیاس شوند تا زمان ماند ثابت باقی بماند. این رویکرد بهویژه برای رژیمهایی که به زمان اختلاط و تکمیل واکنش حساس هستند، از جمله احتراق بدون شعله، بسیار مناسب است؛ زیرا در این رژیم، واکنشهای توزیعشده به پیشگرمایش یکنواخت و زمان ماند کافی واکنشدهندهها وابستهاند و هرگونه کاهش در مقیاس زمانی اختلاط میتواند منجر به ناپایداری و افزایش آلایندهها شود.
روش دیگری که به آن پرداخته میشود، رویکرد کول[6] ]18[ است. این روش در ابتدا با هدف بررسی پایداری آکوستیکی یک شعله جت غیر پیشمخلوط توسعه یافت. در این رویکرد فرض میشود که سرعت ورودی V و مربع طول مشخصه سهم برابری در تعیین توان حرارتی دارند. به بیان دیگر، سرعت میتواند متناسب با مربع نسبت مقیاس طول در نظر گرفته شود ]18[:
|
(6) |
|
بر این اساس، افزایش توان حرارتی کوره با ضریب n، مستلزم افزایش ابعاد مشخصه با ضریب است. نکته مهم در روش کول آن است که با افزایش توان، سرعت ورودی با آهنگ سریعتری نسبت به قطر مشعل رشد میکند. این شتابگیری قابل توجه جت خروجی میتواند منجر به کاهش محسوس فشار سیستم شود. با وجود این، مشابه روش زمان ماند ثابت، رویکرد کول به دلیل مقیاسگذاری ملایمتر ابعاد هندسی در مقایسه با توان ورودی، افت فشار کلی کمتری را در سامانه احتراق ایجاد میکند ]16[.
روش دیگر، رویکرد کومار[7] ]16[ است؛ این رویکرد با هدف حفظ نرخ بالای آزادسازی حرارت در عین اعمال بازچرخانی گسترده گاز دودکش تحت شرایط احتراق بدون شعله توسعه یافته است. در این روش، قطر مشخصه مشعل بر اساس ریشه سوم توان حرارتی ورودی مقیاسگذاری میشود (d ∝ ). این رابطه کاملاً با معیار زمان ماند ثابت سازگار است. تمامی پارامترهای هندسی اصلی، از جمله قطر نازل مشعل و ابعاد کوره، بر اساس این همبستگی تعیین میشوند تا میزان آزادسازی حرارت، یکنواخت و پایدار باقی بماند. برای به حداقل رساندن افت فشار و در عین حال تضمین اختلاط مؤثر، سرعت تزریق هوای احتراق به صورت تجربی بهینهشده و در حدود 100 متربرثانیه است. افزون بر این، موقعیت و سرعت تزریق هوای ثانویه با استفاده از شبیهسازیهای عددی تعیین میشود تا بازچرخانی داخلی تقویت شده و فرآیند اکسایش مونوکسیدکربن باقیمانده تسهیل شود. در این روش، رژیم احتراقی بدون شعله، زمانی مطلوب تلقی میشود که زمان ماند مناسب (𝜏 ∼ d/V < 80) را برآورده کند. کاربرد گسترده روش کومار در دامنه وسیعی از ارزشهای حرارتی سوخت، از 5/4 تا 45 مگاژول بر کیلوگرم اثبات شده است؛ موضوعی که این روش را برای سوختهای گازی و مایع در سامانههای با بازده بالا و آلایندگی کم، گزینهای مناسب و کارآمد میسازد.
جدول۱، خلاصهای از عوامل مقیاس هندسی( ) ، نسبتهای سرعت( ) ، زمان ماند( ) و آزادسازی حرارت حجمی ( )را برای هر یک از روشهای مقیاسگذاری مذکور، ارائه میکند.
جدول 1- مقایسه روشهای مختلف مقیاسگذاری، با توجه به قوانین ابعاد هندسی، سرعت، زمان ماند و نرخ آزادسازی حرارت [16]
Table 1- Comparison of different scaling methods with respect to geometric dimensions, velocity, residence time, and volumetric heat-release rate [16]
|
Scaling methods |
Geometric scaling s = d2 /d1 |
Velocity scaling V = V2 /V1 |
𝜏 |
|
|
CV |
|
Constant |
|
|
|
CRT |
|
|
Constant |
Constant |
|
Cole |
|
|
|
|
|
Kumar |
|
100 m/s |
|
Constant |
علیرغم انجام پژوهشهای گسترده در حوزه مقیاسگذاری سامانههای احتراقی، از جمله کورههای زیستتوده ]17،19[، راکتورهای بستر سیالسان ]24-20[، مشعلهای زغالسنگ ]27-25[، احتراق مافوقصوت ]28،29[ و مشعلهای متداول گازی و مایع ]10،30،31[، همچنان یک شکاف تحقیقاتی اساسی در زمینه حفظ رژیمهای بنیادی احتراق در فرآیند مقیاسگذاری وجود دارد. این شکاف نشان میدهد که با وجود پیشرفتهای قابل توجه در مقیاسگذاری تجهیزات و فرآیندها، چالش تضمین پایداری و حفظ رژیم احتراق بدون شعله هنگام انتقال از مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی همچنان بهطور کامل حل نشده است. همچنین مطالعات پیشین عمدتاً بر اصلاحات تجربی تکیه داشتهاند؛ اصلاحاتی که معمولاً شامل تغییر در طراحی نازلهای ورودی و خروجی یا بهکارگیری تزریق هوای ثانویه است تا عملکرد سامانه پس از مقیاسگذاری بهبود یابد. هرچند این راهبردها میتوانند منجر به بهبودهای موضعی شوند، اما فاقد یک چارچوب نظری یکپارچه هستند که بهطور ذاتی قادر به حفظ رژیم احتراقی مطلوب، بهویژه احتراق بدون شعله باشد. به منظور حل شکاف تحقیقاتی مطرحشده، پژوهش حاضر یک چارچوب مبتنی بر اصول فیزیکی را بر پایه قضیه π-باکینگهام توسعه داده است. هدف این چارچوب حفظ پایداری رژیم احتراق بدون شعله در گذار از کوره آزمایشگاهی با توان 10 کیلووات به نمونه صنعتی با توان 10 مگاوات است، بهگونهای که ویژگیهای اصلی رژیم بدون شعله در هر دو مقیاس، پایدار باقی بماند. ابتدا سعی میشود با شناسایی مهمترین پارامتر های مقیاسگذاری، گروه های بدون بعد قضیهπ -باکینگهام تشکیل شده و پس از مقیاسگذاری هندسی، تحلیل جامع شیمیایی-ترمودینامیکی بر روی نتایج انجام شود. تحلیل انجامشده شامل شناسایی رژیمهای احتراق، ارزیابی توزیعهای دمایی و غلظت آلایندهها، بررسی بازچرخش گازهای دودکش(FGR)، مشخصهسازی برهمکنش آشفتگی-شیمی از طریق اعداد رینولدز آشفته و دامکوهلر، و در نهایت ارزیابی بازدههای انرژی و اگزرژی است. این رویکرد ساختیافته تضمین میکند که شاخصهای عملکرد مبتنی بر قانون اول و قانون دوم ترمودینامیک بهطور همزمان در نظر گرفته شوند و در نتیجه، اعتبارسنجی جامع و قابلاتکایی از راهبردهای مقیاسگذاری پیشنهادی فراهم میشود.
بر این اساس، مطالعه حاضر نه تنها به چالش دیرینه حفظ رژیم احتراق در فرآیند مقیاسگذاری پاسخ میدهد، بلکه یک روششناسی قابلانتقال ارائه میکند که ملاحظات هندسی، ترمودینامیکی و دینامیک سیالات را در قالب یک چارچوب نظری یکپارچه گردآورده است. انتظار میرود یافتههای این پژوهش زمینهساز طراحی سامانههای احتراق بدون شعله در مقیاس بزرگ با عملکردی پاکتر، پایدارتر و قابل اطمینانتر در کاربردهای صنعتی باشد.
سامانههای احتراقی متداول، با وجود استفاده گسترده در صنایع مختلف، ذاتاً با محدودیتهای قابلتوجهی همراه هستند؛ از مهمترین این چالشها میتوان به انتشار بالای اکسیدهای نیتروژن(NOx) و مونوکسید کربن (CO)، وجود گرادیانهای شدید دمایی و بازده کم انرژی اشاره کرد. طی دهههای اخیر، این مسائل زمینهساز انجام پژوهشهای گستردهای با رویکرد توسعه فناوری پاکتر و کارآمدتر در حوزه احتراق شده است؛ بهگونهای که کاهش اثرات زیستمحیطی و ارتقای عملکرد حرارتی به اهداف اصلی این مطالعات تبدیل شدهاند. با افزایش سختگیریهای نظارتی و گسترش تلاشهای جهانی در جهت کاهش انتشار کربن، توجه پژوهشگران بیش از پیش به رژیمهای پیشرفته احتراق معطوف شده است؛ رژیمهایی که کنترل دقیقتری بر پایداری شعله، تولید آلایندهها و بهرهوری انرژی فراهم میکنند. در این میان، احتراق بدون شعله[8] بهعنوان یکی از نوآورانهترین فناوریها، جایگاه ویژهای یافته است. شایان ذکر است که اگرچه روشهای متعددی در چارچوب احتراق سنتی، از جمله احتراق مرحلهای، استفاده از مشعلهای چرخشی و بازچرخانی گازهای خروجی برای کاهش آلایندهها و بهبود بازده انرژی توسعه یافتهاند، اما این رویکردها معمولاً موجب افزایش پیچیدگی عملیاتی میشوند. در مقابل، احتراق بدون شعله بهصورت ذاتی امکان کاهش همزمان آلایندهها ]1[، یکنواختسازی میدان حرارتی ]2[، و بهبود پایداری احتراق ]3[، را فراهم میآورد. این رژیم میتواند هم در سامانههای پیشمخلوط[9] و هم غیر پیشمخلوط[10] شکل بگیرد.
برای دستیابی به شرایط پایدار احتراق بدون شعله، رعایت مراحل زیر ضروری است:
پیشگرماش واکنشدهندهها (شامل سوخت و اکسنده) تا دمایی بالاتر از
