滑动弧辅助甲烷/氨预混燃烧及NOx排放特性
孟旭1
方世东2
梁吉轲3
李可可3
储建军4
潮宇3
沈洁2
陈冕3
香开新4
1.中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所,安徽 合肥 2300312.安徽理工大学安全科学与工程学院,安徽淮南 232001;中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究3.中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所,安徽 合肥 230031;合肥综合性国家科学中心能源4.合肥综合性国家科学中心能源研究院,安徽 合肥 230031
摘要：氨燃料燃烧稳定性差及NOx排放问题是制约其作为零碳燃料应用的瓶颈.采用滑动弧(Gliding Arc,GA)等离子体技术改善甲烷/氨预混燃烧性能,在不同当量比(Φ)和掺氨比(xNH3)条件下研究了甲烷/氨/空气预混旋流火焰的稳定性及排放特性.结果表明:增加掺氨比能提升火焰高度,并降低火焰稳定性,而施加滑动弧等离子体可以显著提高火焰稳定性.当xNH,=0-1.0时,在滑动弧等离子体辅助作用下,贫燃吹熄极限扩展至0.46-0.79(拓展幅度为10.2％～40.3％),富燃吹熄极限扩展至1.92-2.31(拓展幅度为28％～32％).光谱诊断结果表明:Hα*、OH*和NH;活性粒子的强度随着掺氨比的增加逐渐提高,这些活性粒子有效促进了燃烧,其中NH2*能够有效降低燃烧过程中NOx的排放.在Φ=1.1且低掺氨比(xNH3＜0.6)时,滑动弧等离子体导致NO排放略有增加,并在xNH3=0.4时达到峰值(增幅约为9％),这是由于滑动弧等离子体提升了火焰温度,增强了热力型NOx生成.然而,随着掺氨比进一步增加,滑动弧等离子体增强NH;还原NO化学反应,有效降低了 NO排放量,最大降幅达到15.5％.通过氨反应网络发现,氨首先转化为NH2*,然后参与后续反应路径,即通过HNO中间体氧化生成NO或直接还原NO生成N2和NNH.NO负敏感性系数表明,NH2*在还原NO反应中起着重要作用.滑动弧等离子体在增强甲烷/氨预混燃烧稳定性、扩展贫燃/富燃极限以及降低NOx排放方面具有显著效果,为氨燃料的清洁高效燃烧提供了一种具有潜力的技术路径.
关键词：滑动弧等离子体甲烷/氨预混燃烧吹熄极限NOx排放特性火焰形貌反应路径
分类号：X701(一般性问题)TQ038(一般性问题)
资助基金：安徽省高效协同创新基金资助项目(GXXT-2021-013)安徽省高效协同创新基金资助项目(GXXT-2022-026)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-24（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 148-157 )
英文信息