Estudo do mecanismo do efeito da estrutura do queimador na formação de óxidos de nitrogênio e eficiência de decomposição no sistema acoplado de combustão-decomposição de amônia-hidrogênio

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摘要

【Objetivo】 Atender às demandas de pico na rede elétrica e à produção de hidrogênio de baixo carbono. 【Método】 Utilizando amônia como meio de armazenamento de energia, foi estabelecido um modelo numérico acoplado de combustão-decomposição de amônia-hidrogênio, analisando sistematicamente quatro tipos de estruturas de queimadores (comum, poroso, poroso de dupla camada, gradativo) e o efeito da velocidade de entrada da amônia na zona de decomposição sobre as características de emissão de NOx e a eficiência de decomposição da amônia. O modelo incorpora cinéticas Ni-Pt/Al_2O3 e modelos de resistência/transmissão de calor de meios porosos, verificado experimentalmente na literatura com erro médio absoluto inferior a 4,4%. 【Resultados】 A decomposição endotérmica da amônia reduziu significativamente a temperatura da zona de combustão e inibiu a formação térmica de NO, enquanto o N_2O aumentou ligeiramente (~7×10–5%), resultando em uma redução geral substancial das emissões de NOx. Em quatro tipos de queimadores, a taxa de decomposição da amônia alcançou 99,99%, mas a distribuição das regiões de alta decomposição variou: o queimador gradativo reduziu eficazmente a formação de NOx, mas o início da decomposição foi retardado devido à adição de amônia fria secundária; o queimador poroso de dupla camada armazenou calor adequadamente, porém altas temperaturas locais favoreceram a formação de NO; o queimador poroso de camada única alcançou o melhor equilíbrio entre controle de NOx e fornecimento de calor da decomposição. Estudos adicionais mostraram que o aumento da velocidade de entrada da amônia na zona de decomposição reforçou o efeito endotérmico e reduziu a temperatura da combustão, fazendo com que a redução de NO fosse maior que o aumento de N_2O, levando a uma redução adicional de NOx; mesmo com velocidade de entrada de amônia de 10 m/s, a taxa de decomposição manteve-se acima de 90%. 【Conclusão】 O estudo revela o mecanismo sinérgico termoquímico integrado no sistema acoplado de combustão-decomposição de amônia-hidrogênio e propõe o queimador poroso de camada única como estrutura preferida para cenários de regulação de pico do lado da geração, oferecendo base teórica e referência de engenharia para o projeto coordenado de armazenamento de energia de amônia, produção de hidrogênio e controle de NOx.

关键词

armazenamento de energia amônia-hidrogênio; combustão amônia-hidrogênio; decomposição de amônia para produção de hidrogênio; acoplamento combustão-decomposição; controle NO_x

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