蓝金校徽 低碳能源与光电传感实验室
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Applied Thermal Engineering · 2026

热回流与空气分级协同降低纯氨燃烧NO排放

Staged ammonia-air combustion in a heat-recirculating Swiss-roll burner

热回流与分级燃烧为低反应活性燃料的高效、低排放利用提供思路。研究面向纯氨燃烧，探索 Swiss-roll 燃烧器中稳燃与污染物控制的协同设计。

研究动机

氨不含碳，具有替代传统燃料的潜力，但反应活性低、富燃稳焰困难，强化燃烧又可能增加NO生成。分级供风需要主燃烧区既稳定又充分消耗氨。本研究利用螺旋通道回收烟气热量，探索富燃主级与下游补风的协同作用。

研究方法

建立Swiss-roll燃烧器的三维数值模型，考虑湍流、气固耦合传热、辐射和氨反应动力学。在常压、入口温度300 K条件下，比较单级与空气分级燃烧，分析热功率、主级及全局当量比对火焰结构、反应路径和出口排放的影响。

Swiss-roll燃烧器结构示意：（a）单级燃烧基准结构；（b）引入二次空气的分级燃烧结构。图中保留螺旋进出口通道、隔热层与二次空气入口。
Swiss-roll燃烧器结构示意：（a）单级燃烧基准结构；（b）引入二次空气的分级燃烧结构。图中保留螺旋进出口通道、隔热层与二次空气入口。

主要结论

  1. 模拟显示，富燃主级抑制燃料氮向NO转化，并促进氨消耗及部分分解；下游补风在较低温度下完成剩余燃料氧化，限制新增NO。
  2. 在3.0 kW、主级当量比1.8和全局当量比0.6的模拟工况下，出口NO约为65 ppm（干基、15%氧折算），同时有效控制氨和氢逸出。
  3. 最低NO对应的主级当量比随功率变化：3.0 kW时约为1.7，4.0–5.0 kW时约为1.9。结果提示应协同调节供风与热状态，而非单独强化燃烧。
空气分级Swiss-roll燃烧器的数值预测温度场：热功率3.0 kW，主级当量比1.8，全局当量比1.0。（a）外表面；（b）内部；（c）对称平面；（d）Y–Z截面。图中显示富燃主反应区、二次空气形成的低温区及下游第二反应区，体现分级燃烧的空间分离特征。
空气分级Swiss-roll燃烧器的数值预测温度场：热功率3.0 kW，主级当量比1.8，全局当量比1.0。（a）外表面；（b）内部；（c）对称平面；（d）Y–Z截面。图中显示富燃主反应区、二次空气形成的低温区及下游第二反应区，体现分级燃烧的空间分离特征。

论文信息

Bowen Sun, Qing Li, Yu Wang

Applied Thermal Engineering · 2026 · 303 · 132174

论文来源（DOI）