【摘 要】
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氢能作为一种高热值的清洁能源,燃烧过程无碳排放;同时,再燃技术作为降低NO排放的关键技术,在空气助燃和富氧燃烧方式下的研究表明碳氢燃料能使一部分已生成的NO再燃还原为N2,实现低氮排放;利用氢气掺混碳氢燃料实现“减碳降氮”的研究引起很多学者关注。但部分研究表明在实际燃烧中加入氢气会导致更多的NO排放,氢气掺混碳氢燃料的NO再燃还原效果存在较大不确定性,因此,本文对氢气掺混甲烷与丙烷燃料再燃还原NO
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氢能作为一种高热值的清洁能源,燃烧过程无碳排放;同时,再燃技术作为降低NO排放的关键技术,在空气助燃和富氧燃烧方式下的研究表明碳氢燃料能使一部分已生成的NO再燃还原为N2,实现低氮排放;利用氢气掺混碳氢燃料实现“减碳降氮”的研究引起很多学者关注。但部分研究表明在实际燃烧中加入氢气会导致更多的NO排放,氢气掺混碳氢燃料的NO再燃还原效果存在较大不确定性,因此,本文对氢气掺混甲烷与丙烷燃料再燃还原NO进行了全面而深入的研究。本文基于自主搭建的射流搅拌反应器在N2和富CO2气氛下进行了CH4-H2和C3H8-H2燃料再燃还原NO的实验研究,并借助CHEMKIN-PRO对实验工况进行了化学动力学模拟。同时,筛选出了分别适用于CH4-H2燃料和C3H8-H2燃料再燃还原NO模拟的详细反应机理:PG2018-mod机理和POLIMI机理。CH4-H2与C3H8-H2再燃对NO还原的实验和模拟结果具有较好的一致性。在本文所在的研究范围里（温度T=800-1300 K和当量比Φ=0.5-2.5）,在N2气氛下,CH4-H2燃料的最大NO还原发生在H2在燃料中占比50%、T≈1300 K和Φ≈1.1的工况下,最大NO还原率为70%,仅比纯甲烷燃料的最大还原率小4%;在富CO2气氛下,最优工况为H2在燃料中占比50%、T≈1300 K和Φ≈1.5,最大还原率为38%,与纯甲烷燃料的最大还原率相等。以C3H8-H2作为再燃燃料时,在N2气氛下的最优工况为H2在燃料中占比50%、T≈1300 K和Φ≈1.2。最大NO还原率为85%,比纯丙烷燃料的最大NO还原率仅低1%。在富CO2气氛下的最优工况为H2在燃料中占比50%、T≈1300 K和Φ≈1.8,最大还原率为76%,较纯丙烷燃料的最大NO还原率仅低6%。C3H8-H2燃料NO再燃的最优当量比随着CO2浓度的增加而增大。
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