NH/H掺混MILD燃烧及NO排放特性的数值模拟研究

作     者：刘祥涛 王国昌 司济沧 李鹏飞 米建春 

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。