Development of ammonia burner for simultaneous high-intensity combustion and NOx reduction

开发同时进行高强度燃烧和氮氧化物还原的氨燃烧器

• 批准号: 19K04219
• 负责人: 奥村 幸彦
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04219/
• 关键词: アンモニア; オフガス; 窒素酸化物; CO2フリー燃焼; サーマルNOx; フュエルNOx; 燃焼速度; 水素キャリア; 同軸噴流拡散火炎; 低NOxバーナー; 乱流火炎; 水素保炎; 温暖化防止; NOx 低減; 乱流燃焼

二酸化炭素（CO2）濃度の増加が温暖化の原因とされる中，燃焼時にCO2 を排出しないエネルギーを利用する水素社会が注目されている．特に，H2の製造過程でもCO2を排出しない「グリーンH2」の普及が期待されている．しかし，海外からH2を液体状態で輸送するには -253 ℃ に保つ必要があるなど，実現には多くの課題がある．そのため，H2をアンモニア（NH3）へ変換し，NH3をH2キャリアとしてタンカーで国内へ輸送，NH3をH2に再変換し，燃焼等に利用する構想が提案されている．しかし，NH3からH2への分解・製造では，純粋なH2は製造されず，H2/N2混合ガスが副生される．化学式(2NH3→3H2+N2）に示すように，NH3はH2：N2 = 3：1のH2/N2混合ガス（オフガスと呼ぶ）に分解される．NH3からオフガスへの分解過程では残存NH3の発生が，オフガスからH2の精製過程ではN2の除去などが，複雑な工程と追加のエネルギーを必要とし効率が悪い.そこで，本研究ではNH3からH2への分解・製造時に発生するNH3/H2/N2混合ガスを直接燃焼利用するために，燃焼特性について明らかにした．結果として，以下の結論を得た．（１）XNH3/ XH2 = 1.0～1.63 の分解範囲内では，オフガス（NH3/H2/N2）はほぼ完全燃焼すると共に，割合の等しいNH3/H2 火炎と比較してNOxが抑制できる．（２）Fuel NOx ＞＞Thermal NOx の関係が成立し，Fuel NOxは燃焼領域全体から生成し，Thermal NOx は（水素の選択燃焼に起因することにより）リム付近の外縁部から生成する．（３）オフガス（NH3/H2/N2）火炎では，NH3/H2 火炎と比較して，NH3 単位モル当たりの NOx 排出量が低い．これは，火炎温度の低下に伴うNOx 生成反応速度の減少に起因する．

The reason for the increase in the concentration of carbon dioxide (CO2) and the warming is due to the fact that CO2 is emitted during combustion and the use of hydrogen is of great concern to the society. Specially, the production process of H2 does not discharge CO2, and the popularity of "グリーンH2" is expected.しかし, overseas からH2を liquid state でtransport するには -253 ℃ にprotection つnecessary があるなど, 実appears には多くのISSUE がある.そのため，H2をアンモニア（NH3）へ変changeし，NH3をH2キャリアとしてタンカDomestic transportation, NH3, H2 regeneration, combustion, etc. are planned and proposed.しかし, NH3 からH2 への decomposition and production では, pure 粋なH2 は production されず, H2/N2 mixed ガスがauxiliary される. The chemical formula (2NH3 → 3H2 + N2) is the same as the decomposition of NH3 and H2: N2 = 3: 1. NH3 からオフガスへのThe decomposition process では remains NH3 発生が, オフガスからH2のIn the purification process, N2 removal is necessary and the recovery process is necessary to increase the efficiency.悪い.そこで, this study is based on the decomposition and production of NH3 and H2 and the production of NH3/ H2/N2 mixed ガスを direct combustion uses するために, and the combustion characteristics are について明らかにした. As a result, the following conclusions can be drawn. (1) XNH3/ Flame and comparison, NOx and NOx inhibition, etc. (2) Fuel NOx ＞＞Thermal NOx The relationship is established, Fuel NOx is generated in the entire burning area, Thermal NOxは（水素の选択burn焼にcausationすることにより）リムFUNearlyの外縁部からGenerationする. (３) オフガス (NH3/H2/N2) flame is high, NH3/H2 flame is relatively high, NH3 is low in NOx emissions. This is because the decrease in flame temperature is accompanied by the decrease in NOx generation reaction speed.

项目成果

Effect of reaction scheme on the structure of ammonia turbulent flame

反应方案对氨湍流火焰结构的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Tomohiro Tsubota;Naoya Matsuda;Yukihiko Okumura
• 通讯作者: Yukihiko Okumura

ガスエンジンの排ガス特性に及ぼすシンガス（CO/H2）比の影響

合成气（CO/H2）比例对燃气发动机废气特性的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 岸 直弥;星加 浩輔 ，奥村 幸彦
• 通讯作者: 星加 浩輔 ，奥村 幸彦

Flame Structure and Reaction Analysis for Ammonia Turbulent Burner with Hydrogen Flame Stabilizer

氢火焰稳定氨湍流燃烧器火焰结构与反应分析

• DOI: 10.20619/jcombsj.64.208_168
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Combustion Society of Japan
• 作者: 奥村幸彦，坪田知大，松田直也，堀 司，赤松史光

高負荷燃焼とNOx低減の同時機能実現に向けたCO2フリー燃焼器の開発

开发无二氧化碳燃烧器，同时实现高负荷燃烧和氮氧化物还原功能

• 发表时间: 2021
• 期刊: Cybermedia High Performance Computer Journal
• 作者: Juangsa Firman Bagja;Darmanto Prihadi Setyo;Aziz Muhammad;奥村 幸彦
• 通讯作者: 奥村 幸彦

NOx reaction analysis of ammonia flame burner with hydrogen stabilizer

氢稳定剂氨焰燃烧器NOx反应分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Matsuda Naoya;Tsubota Tomohiro;Yukihiko Okumura
• 通讯作者: Yukihiko Okumura