氨氢燃烧-分解耦合体系中燃烧器结构对氮氧化物生成与分解效率的作用机理研究OA

【目的】为满足电网调峰与低碳制氢需求。【方法】以氨作为储能介质,建立了氨氢燃烧-分解耦合数值模型,系统分析了普通、多孔、双层多孔、分级4类燃烧器结构,以及分解区氨气入口速度对NO_(x)排放特性与氨分解效率的作用机制。模型引入Ni-Pt/Al_(2)O_(3)动力学与多孔介质阻力/传热模型,经文献实验验证,平均绝对误差小于4.4%。【结果】氨分解吸热显著降低了燃烧区温度,抑制了热力型NO生成,而N_(2)O仅轻微增加(约7×10^(–5)%),整体上NO_(x)排放大幅减少。4类燃烧器中,氨分解率均可达99.99%,但高分解率区域分布存在差异:分级燃烧器虽能有效降低NO_(x)生成,却因二级冷氨掺入导致分解起始滞后;双层多孔燃烧器蓄热充分,但局部高温促进NO生成;单层多孔燃烧器在NO_(x)控制与分解供热间取得最佳平衡。进一步研究表明,分解区氨气入口速度增大增强了吸热效应并降低了燃烧温度,使NO减少幅度大于N_(2)O增加幅度,从而整体NO_(x)进一步降低;即便在氨气入口速度10 m/s条件下,氨分解率仍保持在90%以上。【结论】研究揭示了氨氢燃烧-分解一体化的热-化学协同机制,提出了单层多孔燃烧器作为发电侧调峰场景下的优选结构,可为氨能储放-制氢-低NO_(x)协同设计提供理论依据与工程参考。