洁净煤技术

作者：孟旭, 方世东, 梁吉轲, 李可可, 储建军, 潮宇, 沈洁, 陈冕, 香开新

关键词：滑动弧等离子体,甲烷/氨预混燃烧,吹熄极限,NO_<i>x</i>排放特性,火焰形貌,反应路径

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(Ф)和掺氨比(x_\mathrmNH_3 )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x_\mathrmNH_3 =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：\mathrmH_\alpha^* 、\mathrmOH^* 和\mathrmNH_2^* 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\mathrmNH_2^* 能够有效降低燃烧过程中NOx的排放。在Ф=1.1且低掺氨比(x_\mathrmNH_3 ＜0.6)时，滑动弧等离子体导致NO排放略有增加，并在x_\mathrmNH_3 =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\mathrmNH_2^* 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\mathrmNH_2^* ，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，\mathrmNH_2^* 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。

来源：2025年第11期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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