流化床中氨燃烧产生的CO、NO和N2O排放特性及其对碳中和能源技术的启示

本研究通过实验室规模流化床燃烧系统，揭示了氨(NH3)燃烧过程中CO、NO和N2O的排放规律，重点探讨了CO氛围、O2浓度(0-6 vol%)、床温(840-920°C)、气体停留时间(4.9-10.5 s)及NH3注入位置(WB/DBZ)等参数对污染物生成的影响，为商用循环流化床(CFB)锅炉的氨混燃技术提供了关键数据支撑。

　　

Highlight

实验室规模的流化床燃烧系统被用于模拟商用CFB锅炉的运行条件，系统研究了NH₃混燃时CO、NO和N₂O的排放行为。重点考察了含CO环境、烟气O₂浓度、床层温度、气体停留时间和NH₃注入位置等关键参数的影响。

对比含CO与不含CO的NH₃燃烧行为

在O₂贫乏条件下(0 vol% O₂)，CO氛围中NH₃的高反应活性抑制了CO燃烧，导致CO₂浓度降低而CO飙升至1856.4 ppm。当床温为840°C时，N₂O排放量在0 vol% O₂时为1.7 ppm，而在6 vol% O₂时达到峰值34.2 ppm。

温度与停留时间的协同效应

将床温升至920°C后，N₂O排放显著降低：0 vol% O₂时完全消失，6 vol% O₂时降至14.1 ppm（较840°C降低58.8%）。延长气体停留时间至10.5 s在高温(920°C)下进一步减少N₂O排放，但在840°C时却呈现相反趋势。

NH₃注入位置的魔法

通过双向端口将NH₃注入密相床层(DBZ)时，840°C条件下NO和N₂O排放量显著低于通过风箱(WB)注入的方式，这为优化工业装置设计提供了重要启示。

结论

本研究明确了流化床环境中NH₃燃烧的污染物生成机制，证实提高床温和优化注入位置可有效控制N₂O排放，为开发低碳高效的氨能利用技术奠定了实验基础。