Chemical Kinetic Mechanism Study on Premixed Combustion of Ammonia/Hydrogen Fuels for Gas Turbine Use

燃烧 冲击管 机制(生物学) 点火系统 化学 氮氧化物 工艺工程 热力学 核工程 工程类 冲击波 有机化学 物理 量子力学
作者
Hua Xiao,Agustín Valera-Medina
出处
期刊:Journal of engineering for gas turbines and power [ASME International]
卷期号:139 (8) 被引量:90
标识
DOI:10.1115/1.4035911
摘要

To explore the potential of ammonia-based fuel as an alternative fuel for future power generation, studies involving robust mathematical, chemical, thermofluidic analyses are required to progress toward industrial implementation. Thus, the aim of this study is to identify reaction mechanisms that accurately represent ammonia kinetics over a large range of conditions, particularly at industrial conditions. To comprehensively evaluate the performance of the chemical mechanisms, 12 mechanisms are tested in terms of flame speed, NOx emissions and ignition delay against the experimental data. Freely propagating flame calculations indicate that Mathieu mechanism yields the best agreement within experimental data range of different ammonia concentrations, equivalence ratios, and pressures. Ignition delay times calculations show that Mathieu mechanism and Tian mechanism yield the best agreement with data from shock tube experiments at pressures up to 30 atm. Sensitivity analyses were performed in order to identify reactions and ranges of conditions that require optimization in future mechanism development. The present study suggests that the Mathieu mechanism and Tian mechanism are the best suited for the further study on ammonia/hydrogen combustion chemistry under practical industrial conditions. The results obtained in this study also allow gas turbine designers and modelers to choose the most suitable mechanism for combustion studies.

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