NH3/H2掺混MILD燃烧及NOx排放特性的数值模拟

化石能源的利用推动了人类社会的进步,但也造成了全球气候变化,威胁人类的生存与发展。在此背景下,氨和氢作为零碳燃料引起了人们的重视,但其燃烧利用面临诸多问题。MILD燃烧是一种新型燃烧方式,有望实现氨/氢混合燃料的清洁高效燃烧,但目前研究非常有限。采用数值模拟方法对预混NH3/H2射流火焰的MILD燃烧和排放特性进行研究。改变了射流中的氢气比例(X(H2)F)和当量比(ΦJ),并详细分析了温升、反应域、抬升高度、自由基浓度以及氮氧化物(NOx)排放等。结果表明,添加少量H2可显著增强NH3火焰的稳定性,降低自着火温度并消除火焰抬升。此外,X(H2)F的增加能提高燃烧温度,加快H、O和OH自由基的产生,并使燃烧模式由MILD燃烧转变为高温燃烧。富燃料且氢气比例较低时,NH3在燃烧前大量分解为H2,导致燃烧温度较高。关于NOx排放,N2O和NO是最主要来源,NO2可忽略不计。整体上,N2O和NO的排放随X(H2)F的增加先升高再降低。当X(H2)F较低时,N2O的浓度峰值与排放量和NO相当。提高X(H2)F,温度升高,导致N2O转化为NO和N2,因此NO变为主要的NOx排放源。此外,富燃工况中,燃烧温度、OH浓度及射流对伴流中氧气的卷吸共同影响NO排放。

刘祥涛(1995—),男,山东济宁人,博士研究生。E-mail:liuxtcoe@stu.pku.edu.cn

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刘祥涛,王国昌,司济沧,等.NH3/H2掺混MILD燃烧及NOx排放特性的数值模拟[J].洁净煤技术,2024,30(8):107-116.

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