近日，航空動(dòng)力研究所李玉陽教授團(tuán)隊(duì)在國際燃燒學(xué)期刊Proceedings of the Combustion Institute上發(fā)表綜述論文“Ammonia Combustion for Gas Turbine Decarbonation: Opportunities, Strategies, and Challenges”，針對(duì)氨燃料在燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用中的機(jī)遇、策略和挑戰(zhàn)進(jìn)行了綜述與展望。李玉陽教授為論文第一作者和通訊作者。
氨是支撐農(nóng)業(yè)發(fā)展與工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵化工原料。在全球能源低碳轉(zhuǎn)型的背景下，其功能屬性與應(yīng)用邊界正加速拓展，兼具“氫載體”與“零碳燃料”的雙重價(jià)值，特別是在面臨脫碳挑戰(zhàn)的燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，氨的應(yīng)用帶來了全新機(jī)遇。
文章圍繞氨燃燒穩(wěn)定性低、污染物排放高兩大核心問題，系統(tǒng)梳理了氨燃燒調(diào)控策略的研究進(jìn)展。在燃燒強(qiáng)化方面，分類綜述了燃料側(cè)、氧化劑側(cè)和外場(chǎng)輔助三類強(qiáng)化策略，并介紹了燃燒強(qiáng)化控制效應(yīng)的研究進(jìn)展。在污染物控制方面，通過與化石燃料的對(duì)比，揭示了氨分子結(jié)構(gòu)特征所引發(fā)的獨(dú)特控制機(jī)制，即化石燃料燃燒的調(diào)控依賴于低溫和短停留時(shí)間以抑制氮氧化物的生成，而氨燃燒調(diào)控則恰好相反，高溫和長停留時(shí)間有利于其污染物控制。文章重點(diǎn)聚焦氨燃燒領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題——燃燒穩(wěn)定性與排放的同步調(diào)控。李玉陽教授團(tuán)隊(duì)提出的“化學(xué)-熱力-流動(dòng)”層級(jí)協(xié)同燃燒調(diào)控策略，代表了該領(lǐng)域的最新進(jìn)展，即主燃級(jí)通過富氧富燃工況設(shè)計(jì)，綜合化學(xué)效應(yīng)和熱力效應(yīng)，在強(qiáng)化燃燒的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了主燃級(jí)氮氧化物控制和殘氨自驅(qū)裂解；次燃級(jí)結(jié)合空氣分級(jí)的流動(dòng)效應(yīng)確保殘氫貧燃脫除。該策略獲得了穩(wěn)定窗口拓寬3倍、NOx總體排放降低50%的顯著效果，實(shí)現(xiàn)了“燃燒強(qiáng)化-化氨為氫-分級(jí)凈化”的穩(wěn)定性與排放同步調(diào)控。
氨燃燒“化學(xué)-熱力-流動(dòng)”層級(jí)協(xié)同燃燒調(diào)控策略與效果
文章指出，面對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的大規(guī)模應(yīng)用需求，當(dāng)前仍面臨多重挑戰(zhàn)，包括突破清潔高效的氨合成技術(shù)、建設(shè)穩(wěn)定可靠的氨儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施、實(shí)現(xiàn)實(shí)際工況下復(fù)雜燃燒過程的動(dòng)態(tài)控制、以及部署智能安全防護(hù)體系等。未來研究亟需打通基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用之間的壁壘，充分激發(fā)氨在未來能源系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。
本文是我校首次在該期刊上發(fā)表的綜述論文，研究得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科委“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”等資助。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1540748925000902
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