近日，合肥综合性国家科学中心能源研究院氢氨中心团队在氨燃料高效清洁燃烧领域取得新进展。相关成果以“Experimental investigation of oxygen-enriched combustion in conjunction with plasma ignition and plasma-assisted combustion to improve ammonia combustion”为题，发表在国际能源领域期刊《Fuel》上。

氨作为一种极具潜力的零碳燃料，已成为燃煤替代和氢能载体的重要方向。然而，点火困难、燃烧不稳定、燃烧强度不足以及燃料型NO?排放高等问题，长期制约其工程化应用。传统单一稳燃手段（如单纯富氧、单纯等离子体或单纯回流区稳燃）在高流速、贫燃等苛刻工况下性能有限，难以兼顾“稳燃”与“低氮”。

针对上述瓶颈，研究团队创新构建了“滑动电弧等离子体耦合富氧助燃”燃烧体系，系统探索了等离子体点火、等离子体助燃、富氧助燃及两者耦合四种工况。结果表明：

(1) 单一等离子体点火难以维持氨火焰，单独富氧或助燃仅能改善局部燃烧区域；

(2) 等离子体与富氧耦合后，显著拓宽了氨火焰的稳定燃烧域，尤其在21%–40%富氧浓度范围内协同效应最为明显；

(3) 温度显著提升：火焰根部等离子区温度高达4200–4800 K，耦合后火焰温度进一步提升约200 K，最高达2093 K；

(4) 活性粒子增强：光谱分析显示，OH、O、Hα等关键活性粒子显著增加，加速了氨的氧化反应进程；

(5) 排放可控：仅用等离子体助燃时NO排放低于2000 ppm，引入富氧后NO有所升高，但在30%氧浓度下可较好平衡燃烧促进与排放控制。

该研究的核心创新在于突破了单一稳燃方式的技术边界，通过等离子体的瞬态化学效应与富氧环境下的反应动力学增强形成深度协同，实现了“1+1>2”的超叠加稳燃效果。

相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）自主立项项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2026.138701 

图1

图1 火焰燃烧稳定域：（a）不同等离子体点火功率及富氧浓度对氨燃烧稳定域的影响；不同等离子体助燃功率及富氧浓度对氨燃烧稳定域的影响（b）400 W（c）800 W（d）1200 W（NH₃: 20 SLPM）

 图2

图2不同氧浓度的氨火焰温度随着轴向距离及当量比的变化：（a）φ= 0.6（b）φ= 0.8（c）φ= 1.0（d） φ= 1.2 （Pi= 800 W、Pa= 800 W、NH3：20 SLPM）