Étude du mécanisme d’effet de la structure du brûleur sur la formation d’oxydes d’azote et l’efficacité de décomposition dans un système couplé combustion-décomposition ammoniac-hydrogène

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摘要

【Objectif】 Répondre aux besoins de gestion de pointe du réseau électrique et de production d’hydrogène bas carbone. 【Méthode】 En utilisant l’ammoniac comme vecteur de stockage d’énergie, un modèle numérique couplé de combustion-décomposition de l’ammoniac-hydrogène a été établi, analysant de manière systématique quatre types de structures de brûleurs (ordinaire, poreux, double couche poreuse, graduel) ainsi que l’effet de la vitesse d’entrée de l’ammoniac dans la zone de décomposition sur les caractéristiques d’émission de NOx et l’efficacité de décomposition de l’ammoniac. Le modèle intègre la cinétique Ni-Pt/Al_2O3 et des modèles de résistance/échauffement des milieux poreux, validé expérimentalement avec une erreur absolue moyenne inférieure à 4,4 %. 【Résultats】 La décomposition endothermique de l’ammoniac réduit significativement la température de la zone de combustion et inhibe la formation thermique de NO, tandis que N_2O augmente légèrement (~7×10–5 %), ce qui entraîne une réduction globale importante des émissions de NOx. Les quatre types de brûleurs atteignent un taux de décomposition de l’ammoniac de 99,99 %, mais la distribution des zones à haute décomposition varie : le brûleur graduel réduit efficacement la formation de NOx mais retarde le démarrage de la décomposition en raison de l’ajout d’ammoniac froid secondaire ; le brûleur à double couche poreuse stocke bien la chaleur, mais la température localement élevée favorise la formation de NO ; le brûleur poreux monocouche atteint un meilleur équilibre entre le contrôle de NOx et la fourniture de chaleur de décomposition. Les études complémentaires montrent que l’augmentation de la vitesse d’entrée d’ammoniac dans la zone de décomposition renforce l’effet endothermique et réduit la température de combustion, ce qui diminue davantage NO par rapport à l’augmentation de N_2O, abaissant ainsi globalement NOx ; même à une vitesse d’entrée d’ammoniac de 10 m/s, le taux de décomposition reste supérieur à 90 %. 【Conclusion】 Cette étude révèle le mécanisme synergique thermo-chimique intégrant combustion et décomposition de l’ammoniac-hydrogène, et propose le brûleur poreux monocouche comme structure préférée pour les scénarios de gestion de pointe en côté production, fournissant une base théorique et une référence technique pour la conception coordonnée du stockage d’énergie à base d’ammoniac, de la production d’hydrogène et du contrôle des NOx.

关键词

stockage d’énergie ammoniac-hydrogène; combustion ammoniac-hydrogène; décomposition de l’ammoniac pour production d’hydrogène; couplage combustion-décomposition; contrôle NO_x

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