近日，航空动力研究所李玉阳教授团队在国际燃烧学期刊Proceedings of the Combustion Institute上发表综述论文“Ammonia Combustion for Gas Turbine Decarbonation: Opportunities, Strategies, and Challenges”，针对氨燃料在燃气轮机应用中的机遇、策略和挑战进行了综述与展望。李玉阳教授为论文第一作者和通讯作者。
氨是支撑农业发展与工业生产的关键化工原料。在全球能源低碳转型的背景下，其功能属性与应用边界正加速拓展，兼具“氢载体”与“零碳燃料”的双重价值，特别是在面临脱碳挑战的燃气轮机领域，氨的应用带来了全新机遇。
文章围绕氨燃烧稳定性低、污染物排放高两大核心问题，系统梳理了氨燃烧调控策略的研究进展。在燃烧强化方面，分类综述了燃料侧、氧化剂侧和外场辅助三类强化策略，并介绍了燃烧强化控制效应的研究进展。在污染物控制方面，通过与化石燃料的对比，揭示了氨分子结构特征所引发的独特控制机制，即化石燃料燃烧的调控依赖于低温和短停留时间以抑制氮氧化物的生成，而氨燃烧调控则恰好相反，高温和长停留时间有利于其污染物控制。文章重点聚焦氨燃烧领域的关键科学问题——燃烧稳定性与排放的同步调控。李玉阳教授团队提出的“化学-热力-流动”层级协同燃烧调控策略，代表了该领域的最新进展，即主燃级通过富氧富燃工况设计，综合化学效应和热力效应，在强化燃烧的同时，实现了主燃级氮氧化物控制和残氨自驱裂解；次燃级结合空气分级的流动效应确保残氢贫燃脱除。该策略获得了稳定窗口拓宽3倍、NOx总体排放降低50%的显著效果，实现了“燃烧强化-化氨为氢-分级净化”的稳定性与排放同步调控。
氨燃烧“化学-热力-流动”层级协同燃烧调控策略与效果
文章指出，面对燃气轮机的大规模应用需求，当前仍面临多重挑战，包括突破清洁高效的氨合成技术、建设稳定可靠的氨储运基础设施、实现实际工况下复杂燃烧过程的动态控制、以及部署智能安全防护体系等。未来研究亟需打通基础研究与工程应用之间的壁垒，充分激发氨在未来能源系统中的应用潜力。
本文是我校首次在该期刊上发表的综述论文，研究得到了国家自然科学基金、上海市科委“科技创新行动计划”等资助。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1540748925000902
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