分级空气高速射流对煤掺氨燃烧中氨预分解与NOx生成影响

氨作为零碳清洁燃料,对碳减排有重要作用,但其燃烧过程中NOx生成倾向大。针对煤掺氨燃烧NOx生成控制问题,以某50kW一维试验炉系统所用旋流燃烧器为原型,提出一种内置高速空气射流阵列结构的新型煤掺氨旋流燃烧器结构,以实现炉内氨预分解后燃烧和分级燃烧。进一步用CFD燃烧数值模拟探究空气分级比、过量空气系数及氨燃料喷口尺寸对氨煤掺烧火焰结构及NOx排放影响,优化新型燃烧器结构及运行参数。结果表明,相比于原型燃烧器,采用空间分散高速三次风射流会导致燃烧区域滞后,加深空气分级,减小主燃烧区域局部过量空气系数,抑制氨过度氧化形成NOx,也降低火焰温度峰值,利于抑制热力型NOx产生。同时通过调控总过量空气系数使氨热解发生区域沿炉膛轴向逐渐延伸,火焰前部高温欠氧区增大,促进氨受热预分解为N2和H2,进一步减少氨中燃料氮直接转化形成NOx。空气分级比20∶22∶58时,NOx生成体积分数由原燃烧器的3309×10-6降至新型燃烧器的1069×10-6,降幅达67.69%。增大过量空气系数,或过量空气系数不变、控制一次风率不变而增大三次风率将促进上述效应,进一步减少NO生成。氨管内径变化范围仅考虑5~9mm,氨喷射速度和分散高速三次风带来的协同效应有待进一步研究。

余荣浩(2000—),男,江西宜春人,硕士研究生。E-mail:1127147224@qq.com

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余荣浩,徐义书,王华坤,等.分级空气高速射流对煤掺氨燃烧中氨预分解与NOx生成影响[J].洁净煤技术,2024,30(5):72-84.

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