蒸汽稀释对加压NH3/O2/H2O火焰的作用机理研究
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作者:
韩博
张屿
赵义军
张文达
张
单位:
哈尔滨工业大学能源科学与工程学院
摘要:
氨富氧燃烧作为潜在的零碳高效燃烧发电技术,其发展受到火焰温度和NOx排放较高的限制。水蒸气稀释可以有效抑制氨富氧火焰温度和NOx排放,需要探究水蒸气稀释作用机理,平衡调控氨富氧燃烧效率和火焰特性。本文在近真实燃机进气温度和燃烧室压力条件下对NH3/O2/H2O火焰进行动力学模拟,探究了不同当量比和压力条件下水稀释对NH3/O2/H2O火焰的影响,解耦了蒸汽稀释在氨富氧燃烧中的物理和化学作用。结果表明,NH3/O2/H2O燃烧中NH3的转化率接近1,NO占NOx排放的99.99%以上。增大压强与蒸汽稀释均降低了层流火焰速度,蒸汽稀释和加压分别对火焰温度产生抑制和促进作用。在高压条件(1.0 MPa)下,稀释比0.25可使层流火焰速度和火焰温度分别降低102.89 cm/s和376.23 K。贫燃条件下NO排放随着压力增加先减小后增大,富燃条件下加压对NO排放产生单调抑制作用,1.0 MPa、稀释比0.25的条件可使NO排放降低至164.7 ppmv@15% O2。相较于化学作用,蒸汽稀释的物理作用对氨富氧燃烧层流火焰速度、火焰温度和NOx排放影响更为显著。物理作用中稀释效应影响最大,该效应显著抑制了层流火焰速度和火焰温度,促进了NOx排放;热力学效应、输运效应、辐射效应降低了火焰速度与温度,辐射效应的影响最小。当压强增大时,蒸汽稀释对氨火焰特性的物理作用普遍增强,化学作用有所减弱。在蒸汽稀释的化学作用中,加压条件下直接反应效应比三体反应效应更加显著,二者都会抑制火焰速度并降低火焰温度,直接反应效应可以减少NO排放而三体反应效应则相反。
关键词:
氨
加压O2/H2O燃烧
层流火焰速度
火焰温度
NO排放
图表:
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