NH/H掺混MILD燃烧及NO排放特性的数值模拟研究
作者机构:北京大学工学院 太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室 大连海事大学轮机工程学院 华中科技大学能源与动力工程学院
出 版 物:《洁净煤技术》 (Clean Coal Technology)
年 卷 期:2024年
核心收录:
学科分类:083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程(可授工学、理学、农学学位)] 08[工学]
基 金:国家自然科学基金资助项目(52206145 52076095)
主 题:氨/氢混合燃料 MILD燃烧 当量比 燃烧特性 NOx排放
摘 要: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,可有望实现氨/氢混合燃料的清洁高效燃烧,但目前对这方面的研究非常有限。本文采用数值模拟的方法对预混NH3/H2射流火焰的MILD燃烧和排放特性进行了研究。改变了射流中的氢气比例(XH2,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就能显著增强NH3火焰的稳定性,降低自着火温度并消除火焰抬升。此外,XH2,F的增加能够提高燃烧温度,加快H、O和OH自由基的产生,并使燃烧模式从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是最主要的来源,NO2可忽略不计。整体上,N2O和NO的排放随XH2,F的增加先升高再降低。当XH2,F较低时,N2O的浓度峰值与排放量和NO的相当。提高XH2,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浓度以及射流对伴流中氧气的卷吸共同影响了NO的排放。