在全球向低碳经济转型的浪潮中，化石燃料燃烧仍是温室气体排放的重要 “贡献者”，煤炭在全球能源消费和二氧化碳排放中占据着不小的比重，如何实现煤炭的低碳燃烧成为亟待攻克的难题。氨煤混燃技术因在减排、成本等方面展现出的潜力，成为备受关注的解决方案。然而，氨与煤这两种燃料燃烧特性差异显著，混燃时的火焰特性如着火位置、火焰尺寸等会发生改变，且不同实验条件下燃烧行为差异大，缺乏统一的控制策略，深入探究氨煤体系的燃烧和火焰特性、揭示其着火与燃烧机制至关重要。
为了揭开氨煤混燃中煤粉颗粒着火行为的奥秘，国内研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Fuel》上。
研究人员采用 Hencken 燃烧器，该设备能控制温度和氧浓度，构建稳定的燃烧环境，实验中氧浓度设定在 10% 至 30%，温度恒定为 1473K。同时，借助高速摄像机与背光照明系统结合的技术，捕捉不同氨掺混比（0-80%）下煤粉颗粒燃烧的高分辨率、时间分辨火焰图像，以此从微观层面分析氨混燃对着火延迟、火焰结构和着火模式的影响。
颗粒速度和着火延迟特性
通过分析不同测试条件下着火阶段（0-5 cm）的颗粒速度分布发现，煤粉颗粒注入后被周围高温热共流迅速加热，随着氨掺混比增加，颗粒平均速度先减小后增大。尤其在高氨掺混比时，着火前颗粒速度显著跃升，且氧浓度越高，这一趋势越明显，进而影响着火延迟距离和时间。
火焰形态与着火模式分析
对火焰图像的进一步分析显示，与纯煤燃烧相比，氨掺混使挥发分火焰的面积和纵横比显著增大。此外，氨的加入引发了一种新现象 —— 挥发分火焰与炭颗粒分离。通过研究火焰微观结构，确定了氨煤混燃特有的着火模式，分别为分离均相着火模式（GI (S)）和分离均相 - 异相着火模式（GI-HI (S)）。随着氧浓度增加，煤粉颗粒的着火模式逐渐从 GI 模式转变为 GI-HI 模式。而且，氨掺混比越高，挥发分火焰的拖尾现象越明显，当氨掺混比超过 40% 时，会发生挥发分火焰分离，出现独特的着火模式。
这项研究深入揭示了氨掺混对煤粉颗粒着火特性的影响。研究发现的颗粒速度变化规律、挥发分火焰形态改变以及新着火模式的确定，为优化氨煤混燃的低碳燃煤策略提供了宝贵的理论依据，有助于推动低碳燃煤技术的发展，在减少温室气体排放、实现煤炭清洁高效利用等方面具有重要的现实意义。
