氨/煤温和与强低氧稀释(MILD)共燃体系中NO生成机制与燃烧调控策略研究

为破解燃煤电厂快速降碳需求下NH3 /煤混燃存在的燃烧不稳定与NOx 排放激增难题，研究人员创新性将MILD（温和与强低氧稀释）燃烧技术应用于氨煤共燃体系。通过重构燃料射流角度(α)与距离(l)调控炉内回流强度(Kv )，揭示MILD regime建立与NO抑制的关联机制，实现860 ppm（降幅40.2%）的NO控制目标，为清洁低碳能源转型提供关键技术支撑。

　　

全球能源结构转型迫在眉睫，燃煤发电作为主要CO₂
排放源面临严峻挑战。氨(NH₃
)因其零碳特性成为理想替代燃料，但其高氮含量(82.3%)导致NO_x
排放超标，加之燃烧稳定性差的缺陷，严重制约实际应用。传统解决方案如湍流燃烧、预热燃烧等虽能提升稳定性，却往往伴随NO_x
进一步升高。这一矛盾促使研究者将目光投向兼具高稳定性和低NO_x
特性的MILD（Moderate or Intense Low-oxygen Dilution）燃烧技术，但其在NH₃
/煤两相流体系中的作用机制尚属空白。

华中科技大学煤燃烧国家重点实验室团队在《Journal of the Energy Institute》发表研究，首次通过数值模拟揭示了MILD regime下NH₃
/烟煤共燃的NO生成调控规律。研究采用国际火焰研究基金会(IFRF)的0.58 MW中试炉，通过调整燃料射流角度(α)和距离(l)重构炉内回流分布，结合湍流-化学反应耦合模型、颗粒追踪技术及详细氮化学机理，系统解析了MILD燃烧状态建立与NO抑制的内在关联。

关键技术方法
研究基于IFRF实验炉建立三维CFD模型，采用Realizable k-ε模型模拟湍流，EDC模型处理湍流-化学反应相互作用，煤炭热解采用两步竞争反应模型，焦炭反应包含C_char
-O₂
/H₂
O/CO₂
多路径机制，NH₃
氧化涉及158步详细化学反应机理。验证采用网格独立性测试(633,820网格)与实验数据对比。

主要研究结果

1. 燃烧稳定性提升机制：增大α至+10°或延长l使上游回流强度K_v
   提升47%，主反应区温度波动降低62%，形成均匀温场(ΔT<300K)。
2. 燃料转化路径转变：K_v
   增强使焦炭消耗从C_char
   -O₂
   主导转为C_char
   -O₂
   与C_char
   -H₂
   O/CO₂
   协同，NH₃
   消耗从NH₃
   -O₂
   路径转向NH₃
   -O₂
   与NH₃
   -NO还原反应并存。
3. NO抑制效应：α=+10°时40 cal%掺氨工况出口NO仅860 ppm，较α=0°基准降低40.2%，主要归因于焦炭气化反应增强和NH₃
   非氧化行为占比提升至68%。

结论与意义
该研究首次阐明MILD regime下NH₃
/煤共燃的NO调控三重机制：强回流降低局部氧浓度抑制燃料氮氧化；均匀温场削弱热力型NO生成；延长颗粒停留时间促进NH₃
与NO的再还原反应。Zha Xiaojian等提出的射流参数优化方案，为燃煤机组"氨代煤"改造提供了兼顾低碳排放与超低NO_x
的技术路线，对实现电力行业"双碳"目标具有重要实践价值。研究还发现高挥发分烟煤可通过挥发分集中释放改善局部当量比，这为燃料适配性选择提供了新依据。