Estudio del mecanismo del efecto de la estructura del quemador sobre la formación de óxidos de nitrógeno y la eficiencia de descomposición en el sistema acoplado de combustión-descomposición de amoníaco-hidrógeno

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摘要

【Objetivo】 Satisfacer las demandas de regulación de punta en redes eléctricas y la producción de hidrógeno bajo en carbono. 【Método】 Utilizando amoníaco como medio de almacenamiento de energía, se estableció un modelo numérico acoplado de combustión-descomposición de amoníaco-hidrógeno, analizando sistemáticamente cuatro tipos de estructuras de quemadores (ordinario, poroso, poroso doble capa, escalonado), así como el efecto de la velocidad de entrada del amoníaco en la zona de descomposición sobre las características de emisión de NOx y la eficiencia de descomposición. El modelo incorpora la cinética Ni-Pt/Al_2O3 y modelos de resistencia/transmisión de calor en medios porosos, verificado experimentalmente en literatura con un error absoluto medio inferior al 4,4 %. 【Resultados】 La descomposición endotérmica del amoníaco redujo significativamente la temperatura de la zona de combustión y suprimió la formación térmica de NO, mientras que el N_2O se aumentó ligeramente (~7×10–5%), resultando en una reducción significativa general de las emisiones de NOx. En los cuatro tipos de quemadores, la tasa de descomposición de amoníaco alcanzó el 99,99 %, pero la distribución de las regiones de alta descomposición varió: el quemador escalonado redujo eficazmente la producción de NOx pero retrasó el inicio de la descomposición debido a la adición de amoníaco frío secundario; el quemador porous de doble capa retuvo bien el calor, pero las altas temperaturas locales promovieron la formación de NO; el quemador porous de una sola capa alcanzó el mejor equilibrio entre el control de NOx y el suministro de calor de descomposición. Estudios adicionales mostraron que aumentar la velocidad de entrada de amoníaco en la zona de descomposición aumentó el efecto endotérmico y redujo la temperatura de combustión, reduciendo la disminución de NO más que el aumento de N_2O, llevándose así a una reducción adicional de NOx; incluso a una velocidad de entrada de amoníaco de 10 m/s, la tasa de descomposición se mantuvo por encima del 90 %. 【Conclusión】 El estudio revela el mecanismo sinérgico termoquímico integrado de la combustión-descomposición de amoníaco-hidrógeno y propone un quemador poroso de una sola capa como estructura preferida para escenarios de regulación de picos en el lado de generación, proporcionando base teórica y referencia de ingeniería para el diseño coordinado de almacenamiento de energía con amoníaco, producción de hidrógeno y control de NOx.

关键词

almacenamiento de energía amoníaco-hidrógeno; combustión amoníaco-hidrógeno; descomposición de amoníaco para producción de hidrógeno; acoplamiento combustión-descomposición; control NO_x

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