贫预混燃烧室氨氢燃烧数值模拟研究

氨气因燃烧时无碳排放越来越受到人们的关注,通过数值模拟对纯氨以及氨氢混合燃料在贫预混燃烧室中的燃烧特性以及污染物排放进行了研究。结果表明:纯氨以及掺氢比为10%~50%的氨氢混合燃料均可在本文所采用的燃烧室中稳定燃烧;随着掺氢比的增大,主燃区温度越来越高,火焰形状越来越宽,在掺氢比达到61%时发生回火;随着掺氢比的增大,主燃区内产生的NO浓度单调递增;在火焰筒出口处由于从掺混孔以及冷却孔射入大量空气,掺氢比由0增加到30%时NO摩尔分数单调增加到2.13×10^(-4),当掺氢比继续增大时NO浓度呈下降趋势。

NH_(3)/H_(2)掺混MILD燃烧及NO_(x)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NH_(3)/H_(2)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(H_(2))F)和当量比(Φ_(J)),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(NO_(x))排放等。结果表明,添加少量H_(2)可显著增强NH_(3)火焰的稳定性,降低自着火温度并消除火焰抬升。此外,X(H_(2))_(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,NH_(3)在燃烧前大量分解为H_(2),导致燃烧温度较高。关于NO_(x)排放,N_(2)O和NO是最主要来源,NO_(2)可忽略不计。整体上,N_(2)O和NO的排放随X(H_(2))_(F)的增加先升高再降低。当X(H_(2))_(F)较低时,N_(2)O的浓度峰值与排放量和NO相当。提高X(H_(2))_(F),温度升高,导致N_(2)O转化为NO和N_(2),因此NO变为主要的NO_(x)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。