面向氢冶金和水泥煅烧的H<sub>2</sub>-O<sub>2</sub>富燃预混燃烧特性

陈玉龙; 万建龙

doi:10.13568/j.cnki.651094.651316.2025.05.06.0001

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面向氢冶金和水泥煅烧的H₂-O₂富燃预混燃烧特性

智慧工程与先进制造专题 | 更新时间：2026-03-24

- 面向氢冶金和水泥煅烧的H₂-O₂富燃预混燃烧特性
- Rich Premixed Combustion Characteristic of H₂-O₂ for Hydrogen Metallurgy and Cement Calcination
- 新疆大学学报（自然科学版中英文） 2026年43卷第2期页码：250-256
- 作者机构：
  
  华中科技大学能源与动力工程学院，湖北武汉 430074
- 作者简介：
  
  陈玉龙（2000—），男，硕士生，从事燃气超清洁高效燃烧理论与技术的研究，E-mail： 2568102910@qq.com.
  万建龙（1988—），男，博士，副教授，主要从事先进燃烧理论与技术的研究，E-mail： jlw@hust.edu.cn.
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年项目“热回流-流体回流协同作用下的火焰动力学特性”(51706080)
- DOI：10.13568/j.cnki.651094.651316.2025.05.06.0001
  中图分类号： TK124;TF051
- 收稿：2025-05-06，
  
  修回：2025-12-29，
  
  录用：2025-12-31，
  
  纸质出版：2026-03-25
- 稿件说明：
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陈玉龙，万建龙. 面向氢冶金和水泥煅烧的H₂-O₂富燃预混燃烧特性［J］. 新疆大学学报（自然科学版中英文），2026，43（2）：250-256.

Chen Yulong，Wan Jianlong. Rich premixed combustion characteristic of H₂-O₂ for hydrogen metallurgy and cement calcination［J］. Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition in Chinese and English)，2026，43(2)：250-256.
陈玉龙，万建龙. 面向氢冶金和水泥煅烧的H₂-O₂富燃预混燃烧特性［J］. 新疆大学学报（自然科学版中英文），2026，43（2）：250-256. DOI： 10.13568/j.cnki.651094.651316.2025.05.06.0001.

Chen Yulong，Wan Jianlong. Rich premixed combustion characteristic of H₂-O₂ for hydrogen metallurgy and cement calcination［J］. Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition in Chinese and English)，2026，43(2)：250-256. DOI： 10.13568/j.cnki.651094.651316.2025.05.06.0001.

摘要

为实现冶金和水泥行业的减排增效，利用H

-O

富燃预混燃烧产生的高温还原气对金属矿石和碳酸钙进行低碳高效还原，H

-O

富燃预混燃烧是其中的核心技术之一，可为相关燃烧器的开发提供理论支持．本文通过数值模拟研究带钝体的燃烧器内H

-O

富燃预混燃烧特性．结果表明，H

-O

富燃预混火焰在不同雷诺数下的可燃范围较宽，雷诺数为300、400和500时，稳定运行当量比范围分别为1.75、2.05和2.10．火焰在回火或吹熄之前保持稳定对称形态，且呈现C形．流场的逆向流动将H

带到了紧贴钝体的回流区附近，随后与高温燃烧产物混合流出燃烧器．而O

在火焰锋面上游边界附近被完全消耗．随着雷诺数增大，烟气中H

含量略有下降；而当量比增大时，H

含量接近线性增大．通过调节流量和当量比，可在较大范围内精确调控还原气体中的H

百分比．本文结果为利用绿氢在高效还原石灰石或金属矿物的同时实现超低CO

排放提供了新方案.

Abstract

To achieve low-emission and high-efficiency in the metallurgy and cement industries

the high-temperature reducing gases generated by hydrogen-oxygen rich premixed combustion can be used for low-carbon and efficient reduction of metallic ores and calcium carbonate. Hydrogen-oxygen rich premixed combustion technology is one of the core methods for this process and provides theoretical support for the development of related burners. In this study

the combustion characteristics of hydrogen-oxygen rich premixed combustion in a combustor with a bluff-body are numerically simulated. The results show that the flammability limits of the hydrogen-oxygen mixture are wide at different Reynolds numbers

and stable operating equivalence ratios range from 1.75

2.05 and 2.10 at Reynolds numbers of 300

400 and 500

respectively. The flame remains symmetrically sta

ble before flashback or blow-off occurs

and is C-shaped. The reverse flow of the flow field carries the hydrogen gas to the vicinity of the recirculation zone immediately adjacent to the bluff-body

where it subsequently mixes with the high temperature combustion products and flows out of the burner. However

oxygen is completely consumed near the upstream boundary of the flame front. Further analysis indicates that as the Reynolds number increases

the hydrogen content in the exhaust gas decreases slightly

while the hydrogen content increases almost linearly with the equivalence ratio. By adjusting the flow rate and equivalence ratio

the hydrogen percentage in the reductive gas can be precisely controlled over a wide range. This study offers a new approach to achieving ultra-low CO

emissions while efficiently reducing limestone or metallic minerals using green hydrogen.

关键词

Keywords

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Rich Premixed Combustion Characteristic of H2-O2 for Hydrogen Metallurgy and Cement Calcination

DOI：10.13568/j.cnki.651094.651316.2025.05.06.0001

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