发布日期: 2024年02月03日
来源:上海交大 新闻学术网
文章内容
近日,上海交大机械与动力工程学院航空动力研究所李玉阳教授团队在国际能源领域前沿期刊The Innovation Energy上发表了题为“Self-promoted fuel pyrolysis under oxygen enrichment enables clean and efficient ammonia combustion”的论文,发现增氧燃烧能够显著促进新型零碳燃料氨在火焰中的自驱动裂解,从而突破氨燃烧活性和污染排放同步调控挑战。航空动力研究所博士研究生刘尊迪为论文第一作者,李玉阳教授和李伟助理教授为共同通讯作者。
氨是全球产量最高的化工原料之一,被广泛运用于农业、工业、医药等领域。近年来,氨已成为一种极具前景的零碳燃料和储氢载体,在能源领域引发了广泛关注,对于燃气轮机、内燃机、锅炉等燃烧装备脱碳意义重大。针对氨燃烧污染排放高和反应活性低两大挑战,研究者发现了氨富燃条件下剩余燃料对NOx的热还原机制,观察到了低NOx/NH3排放当量比窗口,并在燃料侧提出了活性燃料掺烧、预裂解等多种燃烧强化策略。然而前人工作中氨燃烧低排放窗口极为狭窄(0.01-0.06),且在燃料侧强化策略影响下易出现污染排放“此消彼长”的严峻挑战,氨燃烧活性和污染排放同步调控已成为国际氨能领域的“圣杯”问题之一。
论文团队于2019年在Combustion and Flame上提出了氨燃烧的增氧强化策略,发现氧含量提高一倍,氨的层流火焰传播速度可提升五倍以上,达到实际燃气轮机中天然气/空气燃烧的水平。然而前人碳氢燃料研究发现,增氧燃烧中数百摄氏度的温升会导致NOx的显著上升,引发了研究者对氨燃烧增氧强化策略出现污染排放“此消彼长”问题的疑虑。针对这一问题,论文团队在燃气轮机单级模型燃烧室中开展了氨增氧燃烧研究,发现增氧强化在贫燃条件下会导致氨燃烧NOx排放大幅增加,而在富燃条件下则出现了令人惊异的低排放窗口拓宽现象。随着氧含量从21%升至40%,氨旋流火焰的稳定当量比窗口宽度由0.66拓展近三倍,到达1.86,而低排放窗口宽度则由0.05同步拓展超过六倍,达到0.31。动力学分析揭示空气条件下低排放窗口宽度由剩余燃料与NOx之间的充分反应决定,增氧条件下显著升高的火焰温度强化了氨气的自驱动裂解,促进燃料整体裂解率的提升,抑制了富燃端残余NH3排放,从而显著拓宽了低排放窗口,实现了燃气轮机单级燃烧条件下氨燃烧活性和污染排放的同步调控。未来进一步结合分级燃烧组织可在二级燃烧区有效清除残余氢气,形成一种具有广泛应用前景的高效清洁氨燃烧技术。
氨空气燃烧及增氧燃烧的实验和动力学分析
The Innovation Energy期刊是The Innovation期刊最新发布的姊妹刊,由中国科学院青年创新促进会创办,旨在报道能源领域的前沿突破和技术创新。
论文链接:https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-ener.2024.100006
交流讨论
WesternBlot产品选择繁多,哪些适合您的蛋白样品和实验需求?赛默飞BlotBuilder根据您的样品/要求为您个性化推荐更适合的WB实验方案和产品指南!填写联系方式领取指南!
SuperScript IV CellsDirect cDNA合成!无需分离纯化RNA,单管完成细胞裂解和反转录,适用于微量样品/单细胞,产物可直接用于PCR等下游应用,欢迎索取详细资料
义翘神州2022-2023流感疫苗株重组抗原,疫苗生产所需关键材料!义翘神州ProVir病毒抗原库覆盖600+流感病毒抗原、近年WHO推荐的所有流感疫苗株!领取详细资料
新!Twist Bioscience推出高通量抗体生产平台,只需输入基因序列下单,收到对应的纯化抗体!淘选能与抗原结合的潜在表位hits,后继so easy!欢迎索取详细信息