氨气/氢气混合燃料在燃气轮机运行工况下的火用损特性

摘要：

将氨气(NH3)和氢气(H2)的混合燃料应用于燃烧系统,对中国实现"碳中和"战略目标具有重要意义;为解析NH3/H2 混合燃料在燃气轮机等动力装置中的能质转换行为,降低燃烧系统的不可逆损失,对NH3/H2 混合燃料燃烧过程的火用损特性进行讨论;采用均质燃烧模型模拟F级、H级燃气轮机在升负荷条件下值班火焰点燃预混燃料的过程,比较不同掺混率及运行压力下的火用损率,在此基础上分析当量比对化学反应中放热和火用损的影响.结果表明:NH3/H2 混合燃料作为甲烷(CH4)的替代燃料可以降低燃烧过程中的总火用损率;45%～50%的H2 掺混率区间可以使F级燃气轮机的总火用损率最小,50%～55%的H2 掺混率可以使H级燃气轮机的总火用损率最小;路径N2H2→NNH→N2 引起的火用损率变化显著,并对燃烧过程中的火用损率降低起主导作用;而排气引起的火用损率主要源于组分OH的高贡献比;在当量比恒定的情况下,优化放热和火用损权衡关系的最佳方法是控制当量比为 0.9;在可变当量比策略下,由富燃过渡到贫燃的燃烧过程可以保证较小的化学成本特征及污染物排放.

关键词：氨气/氢气双燃料、燃气轮机燃烧、火用损、化学动力学、数值模拟

所属期刊栏目：47

分类号：O64(物理化学（理论化学）、化学物理学)

资助基金：北京市自然科学基金;山东省自然科学青年基金项目

在线出版日期：2023-09-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：174-182