氢氧混合气协同烟煤燃烧的多功能效应：减排增效与颗粒演变的实验验证

　　针对燃煤机组低负荷运行中燃烧不稳定、NOX 排放高等问题，研究人员通过搭建200 kW一维炉实验平台，系统研究了氢氧混合气（HHO）与烟煤分级混燃的特性。结果表明，分级混燃使主燃区温度提升3.45%-7.72%，NOX 减排97.4%，飞灰残碳率降至1.06%，并显著改变颗粒形貌。该研究为工业燃煤机组实现低碳高效运行提供了新思路。

　　

随着全球能源结构转型加速，燃煤发电仍承担着电网调峰的重要角色，但低负荷工况下燃烧效率下降、污染物排放激增等问题日益突出。尤其在中国等煤炭依赖型能源体系中，如何平衡能源安全与环保目标成为关键挑战。现有解决方案如微油助燃、宽温脱硝等技术往往顾此失彼，而纯氢能源又面临储运成本高、安全隐患大等瓶颈。在此背景下，华北电力大学的研究团队创新性地提出采用即产即用的氢氧混合气（HHO）协同燃煤技术，通过实验揭示了这种混合气在提升燃烧效率与控制污染物方面的双重功效，相关成果发表于能源领域顶级期刊《Fuel》。

研究团队采用200 kW下行式一维炉集成HHO发生系统，通过B/S型热电偶实时监测温度场，结合烟气分析仪、飞灰采集探针及SEM-EDS（扫描电镜-能谱联用）等技术，系统比较了预混与分级两种HHO注入模式对燃烧特性、排放物及颗粒演化的影响。实验设计涵盖600-2400 L/h的HHO流量梯度，重点关注主燃区（P1-P3）温度分布、NO_X
/SO₂
排放规律及飞灰微观形貌变化。

燃烧温度提升机制
数据显示，分级混燃使监测点P1-P3温度分别升至1500°C、1444°C和1325°C，较纯煤燃烧提升3.45%-7.72%。这种升温效应源于HHO中氢组分的高火焰传播速度（2107°C绝热火焰温度）及内置氧的协同作用，有效强化了煤粉燃烧链式反应。相比之下，预混模式因过早消耗氧浓度反而抑制了后期燃烧强度。

污染物协同控制
分级混燃创造了强还原气氛，将NO_X
从117 ppm骤降至3 ppm，同时SO₂
被压制至检测限以下（<2 ppm）。这与预混模式导致SO₂
飙升至867 ppm形成鲜明对比——后者因灰分中CaSO₄
高温分解释放硫分。研究首次阐明HHO注入时序对硫转化路径的调控作用，为多污染物协同控制提供了新策略。

燃烧效率与颗粒重构
当HHO流量达600 L/h时，飞灰未燃碳（UBC）含量从9.98%锐减至1.06%，大颗粒（>100 μm）占比下降50.86%，平均粒径由67.1 μm缩小至53.5 μm。SEM图像显示，HHO混燃促使飞灰中光滑空心微珠增多，表面碳絮体减少，证实其通过延长颗粒停留时间与增强氧化性提升了燃尽度。

这项研究不仅验证了HHO作为"燃烧催化剂"与"排放调节剂"的双重功能，更建立了分级注入模式在能效-环保平衡上的优势。其创新性体现在三方面：一是破解了氢能安全利用难题，通过即制即用规避储运风险；二是揭示了HHO对煤粉燃烧微观机制的调控规律；三是为现役燃煤机组低碳改造提供了可推广的技术路径。研究团队指出，未来可结合可再生能源电解制氢，进一步降低HHO的碳足迹，推动"煤电-绿氢"耦合系统的发展。该成果对实现《中国能源技术革命创新行动计划》中"燃煤发电近零排放"目标具有重要实践意义。