浓淡燃烧技术及其喷嘴催化燃烧技术及应用1、浓淡燃烧技术及其喷嘴（1）工业炉及锅炉上的应用浓淡燃烧技术是在一台炉内将数个烧嘴分成两组，一组为燃料过剩即02不足（浓）而抑制NO的生成量; 另一组为燃料不足即空气过剩（淡），降低火焰温度而抑制NO的生成，两组烧嘴的燃烧产物在炉内互补 达到完全燃烧所要求的总的空气系数在燃气炉上使用效果很好，与一般烧嘴相比，NO生成量可降低 20%〜40%另外也可以在采用Y型空气（蒸汽）雾化喷嘴时，在头部相问或上下不同的配给燃料/空气 喷射形成浓淡型喷嘴，多股火焰相会既可降低NO,又保证完全燃烧2）燃气轮机上的应用类似于工业炉的浓淡燃烧原理的燃烧方式在航空和地面燃气轮机上也得到了实用，我们给出了几种燃 油径向分级燃烧室方案它们是在环形燃烧室分隔成内、外环腔（甚至内、中、外三个环腔），其中 LW6000 工业燃机是在CFM56—5B、GE90航空燃机的双环腔基础上开发的更为完善的燃气型清洁燃烧室，在实 现低污染排放技术方面登上了新台阶，它突出解决了燃机在由低工况至高况的整个功率范围内浓淡不一 的分级燃烧，从而达到全面降低各种污染物排放它除了采取多项燃烧室新的技术，如火焰简短粗（缩短 停留时间），冷却气量少（减少火焰冷淬）、压气机放气（保证合适油气比）等措施以降低NO、CO、UHC夕卜， 更主要是燃料气与空气混合装置很独特。
燃料通过空心轴向旋流叶片进入混合器，在与空气混合之前， 通过叶片后缘小孔，保持在预混器出口处的剩余涡流有助于稳定下游预混火焰•是保证低NO,的主要 手段浓淡燃烧技术的应用及效果燃烧设 备形式实施方法效果工业 炉、锅 炉1、浓淡燃烧喷 嘴（偏离燃烧）两个或多个不同降NO约18%2、大小喷口交 叉的Y型喷嘴原理同1）降NO约30%燃气涡轮径向分级（燃 油分级）1）双环腔燃烧室-低功率外环工 作，富油，完全燃烧；高功率双 环工作，贫油航机 GE90、CFM56-5B 采用 NO30%, CO、UHC 降70%2）双头部燃烧室-慢车头部大， 恰当比下工作，起飞状态双头工作法国SNECMA公司航机方案降NO30%，也可降CO,UHC3）三环腔燃烧室-原理同1）， 只是中间状态工作更合理工业燃机LM6000（燃气）NO22.4mg/m3.co7.5mg/m3,uhc1.4mg/m3烟气再循环燃烧技术的实质是降低助燃空气中含氧量（低于21%O2），以降低NO排量在某种意义上 讲，它与采用低空气过系数的低氧燃烧机理一致在工业炉和锅炉上已经广泛采用的自身烟气再循环喷 嘴或风机引入烟气再循环燃烧系统已经收到节能和低污染双重效果，已有资料作过介绍过。
值得特别介绍的是在目前国外进口的锅炉用全自动燃油（气）燃烧器上，为了满足环境保护要求，各公司 纷纷推出各自的烟气再循环专利技术，其实它们采取的技术方案太同小异，都是利用燃烧器头部出口处 高温高速燃烧气体引射作用，通过出孔、洞炉内烟气，因烟气吸热和稀释了氧的浓度，使燃烧区内惰性 气体含量增加，使燃烧速度和温度降低2、催化燃烧技术及应用（1）催化燃烧的一般原理催化燃烧是多相反应中的完全氧化反应，可燃气体（或混气）借助催化剂的作用，使反应的活化能降低， 加速反应速度，能在低温下完全氧化即催化燃烧是一种“弱火焰”过程，允许燃烧氧化在低于正常贫油 火焰稳定极限的油气比对应温度下进行在燃烧装置中可利用催化反应区替代化学反应区，允许在温度 低于1000K时稳定燃烧，并可达到超低NO排放催化剂种类很多，早期采用自金作为催化剂，催化效果好但价格昂贵，日前应用的有两类：一是采用 高温台金作载体的催化剂，如将铂盐、钯盐或其他活性金属用电镀法或浸镀法用喷嘴镀在载体金属上， 其形状有带状、筛网状、碎粒及理绕球状；二是用无机氧化物作为载体的催化剂，如用氧化铝及耐热陶 瓷(氧化锆等)怍为载体，浸钯或铂，其形状有圆柱型、蜂窝型及球型。
在催化反应前后，催化制本身的 化学组成和质量不会发生变化但是过高的工作温度也会造成催化剂的“老化”，减弱催化作用，这是催 化燃烧技术应中的主要技术问题2)催化燃烧技术的应用1) 在工业炉、锅炉排烟中为了进一步降低NO排放量，采用的烟气脱硝技术中的干法脱硝也就是应用催 化还原法，它选择氨(NH3)、尿素等含氮化合物，按如下反应式进行还原反应： 2NH3+5NO2^7NO+3H2O，4 NH3+6NO^5N2+6 H2O, 4 NH3+4NO^4N2+6H2O 因此一般称为选择性催化 还原(SCR),目前已广泛应用如果增加碳基催化剂，则可同时脱硫、脱硝2) 在汽油机上除采用许多降低污染物技术措施外，为了进一步降低排气中CO、UHC污染物，还采用了 一些废气净化装置，如热反应器、空气喷射及催化反应器其中催化反应器是采用在氧化铝等颗粒状或 蜂窝状载体中充填铂、钯、镍、铬等合金作为催化剂利用废气余温发生催化反应，使CO、UHC氧化 为CO2和H2O,也可认为是低温补充燃烧过程另外在催化反应器中CO、UHC和H2可与NO还原成 n2,这就是三元催化反应器综合净化作用还有些技术问题尚待解决：在柴油机上除采用催化剂净化器 降低废气中CO、UHC之外，对柴油机废气中较多的NO排放物也可采用SCR技术。
3) 在高性能燃气轮机上NO的排放是极为严重的问题，催化燃烧技术的应用研究也一直在进行中综合 其特点是：a. 催化燃烧喷嘴与预混、分级和变几何燃烧技术结台才可发挥其优势b. —般催化燃烧室，以日本研制的方案为例，它包含预燃区、预混区、催化燃烧段和变几何掺混段在 低工况下预燃段工作，燃烧产物中 CO、 UHC 经催化段则可降低在高工况下工作补充供人燃料与预燃 段燃气充分混合，再进入催化燃烧段，并由变几何掺混段控制其空气流量，保持催化剂在有效温度范围 内，以抑制 NO 排放量c充分、均匀的预税是保证消除局部高温，有利于抑制NO的生成和保护催化床不过烧美国在实验清洁燃烧室计划(ECCP)执行的同时，1977年NASA和美国空军制订了先进低污染催化燃 烧室计划，并由GE和P&W公司实施美国GE和P&W公司分别提出了六个没想的催化燃烧室方案 GE公司终分析研究筛选其中最有希望的两种方案它们类似于E3发动机径向分级的先进技术发动机 燃烧室方案方案为基本平行分级，内侧为催化燃烧窜，方案为环管回流平行分级，外侧为催化燃烧室 喷嘴，P&W公司也对六种方案进行了分析与评价•它们包括：基本的单纯催化喷嘴，富态前端混合式， 基本的径向分级，带变几何的轴向分级，带变几何的管环式径向分缎等。
两个公司的催化裂化喷嘴方案的基本构思是采用燃料分级，即采取常规燃烧室与催化燃烧室组合在 低工况下使用常规燃烧室，而在全负荷状态下大部分或全部温升是通过催化燃烧室达到的这种分级方 法要求仔细控制空气流量分配，保持所要求的催化床的温度及压力损失因此还需要利用变几何调控空 气，以便与燃料配置相协调两个公司所采用的催化床材料结构也各具特点：GE公司是采用Engelhard工业实验计划评价过的DXE-441 型催化反应器，它是将钯浸渍到稳定的氧化铝(钒上)片中，在覆盖到蜂窝状氧化锆复合材料支 承件上蜂窝结构为14. 1孔/ cm2，每孔承力直径为1. 7mm，开孔面积比为54. 2%P&W公司选 择了氧化锆作为单片基底材料，该材料可以承受1900K高温这两个公司的试验结果表明：燃烧喷嘴效 率随催化床长度(100〜170mm)的增加而增大这两个公司提出的方案经评价仍有如下主要技术问题：一是催化床进口混气速度、温度及混合必须均 匀，要求90%〜95%的燃料蒸发；二是催化床是在长时间内保持热耐久性投性能稳定性；三是由于第一 项要求，必须防止自动点火和同火，因此要求燃料快速蒸发和混合解决上述问题，难度很大，因此20世纪80年代很少见到美国提出的该方案的深入研究报告。
据资料 介绍GE公司在FT4C-3F型燃机上采用的催化燃烧室喷嘴与刚前面方案不同，它是将原来8个火焰简 的直流式分管燃烧室改为尺寸更大的同流式，前置燃烧室喷嘴用于燃机启动和加速阶段，为扩散燃烧， 也可采用 DLN 系统燃料注入器控制燃料与助燃空气均匀混合，在催化组件中进行无焰燃烧形成高温 燃气，在燃尽段进行完全燃烧据最近报道：AHision公司参与ATS规划，在研制的效率为40%的13.5MW燃机，采用了联合燃烧喷 嘴，在空转和低负荷由预混贫态混气燃烧，在50%以上工况进行催化燃烧该燃机胜比为30, t4可达 1430C表明催化燃烧技术已进入实用性研究阶段该种组合燃烧室类似。