2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of ammonia burner for simultaneous high-intensity combustion and NOx reduction
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19K04219
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
奥村 幸彦 香川大学, 創造工学部, 教授 (80262971)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アンモニア / CO2フリー燃焼 / 同軸噴流拡散火炎 / 低NOxバーナー / 窒素酸化物 / 乱流火炎 / 水素キャリア / 水素保炎 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アンモニアはCO2 を排出しない，すなわち地球温暖化ガスゼロ排出の燃料である．しかしながら，アンモニアの火炎伝播速度は0.06 m/s以下であり，従来の炭化水素燃料（石油系燃料）と比較すると極端に低いため安定燃焼が困難であり，かつ強制燃焼させると大量のNOxを生成する．そこで本研究では，水素保炎によりアンモニアを燃焼させる新規バーナー（３重管構造）を製作した．３重管の内側１重管よりアンモニア，２重管から補助燃料の水素を3m/sで流し，最外管である３重管からの可変空気流速を 3m/sとした場合に同軸噴流拡散火炎が生成できる．加えて，バーナー中心から燃料流（１重管：NH3および２重管：H2）を3m/sで，３重管からの可変空気流（高速空気流）を3.0m/s以上～11.0 m/sでそれぞれ噴出した場合を３重噴流拡散火炎と定義する．特に高速空気流が8.0m/sの条件を乱流燃焼場における代表的な３重噴流拡散火炎と位置づける．本研究では，難燃性のアンモニアを高速気流中でも安定に燃焼させるバーナーを開発し，同時に還元域配置により低NOx化を達成する.以下は本年度の主たる研究成果である。
(1) CRECKスキーム使用による計算結果（ NOｘおよび火炎構造）は実験値とよく一致した．
（2） CRECK-Mechを用いて，水素保炎型アンモニアバーナーにおけるNOx生成・消滅機構（N系の主要な反応パス）が示された．同時に，3次元空間におけるNOx生成位置および消滅位置が詳細に解明された．
(3) 火炎内部の非燃焼域にNOx還元域を拡大するために，部分的に逆拡散火炎を取り入れた拡散火炎を提案した．逆拡散火炎では，1重管から空気を噴出，かつ2重管では予混合火炎（NH3/H2）とした．内側火炎で生成されたNOxが還元域に流入するため，最終的なNOx濃度は低減することが確かめられた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大型シミュレーションへの計算環境が整った．シミュレーションには，理研のスーパーコンピューター(富岳）を使用した．加えて，低NOx化への新燃焼法式が提案でき，かつ実験がほぼ終了した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、以下の(1)～(3)の研究を推進する．
(1)火炎内においてN，NH，NH2と反応可能なNOx還元ゾーンを拡大配置する設計を更に構築する．
(2)同軸バーナーにおいて更なる高負荷燃焼とNOxの同時低減，およびNH3/H2燃焼の低輻射特性の改善を炉内設計により達成する．
(3)アンモニア専焼が可能な新バーナの開発に着手した．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスによる行動制限のため、出張が出来なかった。
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