摘要:為滿(mǎn)足日趨嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和減少碳排放的需求,燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出低排放、高參數(shù)、多燃料和寬工況靈活運(yùn)行的趨勢(shì).現(xiàn)有的單一旋流貧預(yù)混燃燒技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)這些新的變化.因此,該文挑選了10種有潛力的先進(jìn)燃燒技術(shù)展開(kāi)綜述,首先簡(jiǎn)要介紹其原理和發(fā)展現(xiàn)狀,然后針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),從技術(shù)成熟度、污染物排放等方面分析其應(yīng)用前景和可行性,并提出下一步需要突破的技術(shù)瓶頸和關(guān)鍵問(wèn)題.在此基礎(chǔ)上,提出了一種評(píng)價(jià)方法,分析和比較各技術(shù)的綜合性能和實(shí)施難易程度,為技術(shù)路線(xiàn)和攻關(guān)方向的篩選提供參考依據(jù).

　　關(guān)鍵詞:燃?xì)廨啓C(jī);燃燒技術(shù);燃料靈活性;NOx;碳排放

　　20世紀(jì)90年代,隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高,傳統(tǒng)的噴水(或蒸汽)降溫的方法已經(jīng)不能使燃?xì)廨啓C(jī)的NOx排放達(dá)標(biāo).迫于環(huán)保壓力,燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)逐漸從擴(kuò)散燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)樨氼A(yù)混燃燒,產(chǎn)生了現(xiàn)代干式低NOx燃燒室[13].通過(guò)將燃料與過(guò)量空氣預(yù)混,貧預(yù)混燃燒降低了火焰溫度峰值,顯著減少了熱力型NOx.以F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)為例[2],采用貧預(yù)混燃燒后,NOx排放從42μmol/mol降至9μmol/mol(干基,15%O2摩爾濃度,以下皆同),是燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)上的一大突破,在國(guó)際主流燃?xì)廨啓C(jī)(F級(jí)以上)上得到廣泛應(yīng)用.

　　21世紀(jì)以來(lái),環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格.以我國(guó)北京和長(zhǎng)三角地區(qū)為例,NOx排放上限是15μmol/mol,而美國(guó)和日本的一些地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)更是達(dá)到了2μmol/mol.但嚴(yán)格的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)與燃?xì)廨啓C(jī)效率的提升產(chǎn)生了矛盾.為提高循環(huán)效率,燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)在持續(xù)提高.以三菱最新型的J級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)為例[45],其燃?xì)鉁囟葹?600℃,壓比為25,NOx排放高達(dá)25μmol/mol,超過(guò)了許多國(guó)家和地區(qū)的排放上限.雖然能夠通過(guò)后處理的方法來(lái)滿(mǎn)足NOx排放法規(guī),但也帶來(lái)了運(yùn)行成本的上升和氨逃逸的問(wèn)題.

　　GE(GeneralElectric)公司的試驗(yàn)[6]和佐治亞理工學(xué)院的計(jì)算[7]表明,當(dāng)燃?xì)鉁囟冗_(dá)到1700℃時(shí),即使在理想預(yù)混條件下,現(xiàn)有貧預(yù)混燃燒室的NOx排放也將超過(guò)20μmol/mol.而現(xiàn)有的強(qiáng)旋流預(yù)混器,燃料與空氣的預(yù)混度一般在98%以上,其N(xiāo)Ox減排潛力已經(jīng)挖掘殆盡.由此可見(jiàn),對(duì)于現(xiàn)有基于強(qiáng)旋流預(yù)混的貧預(yù)混燃燒室而言,單純依靠增強(qiáng)預(yù)混以降低NOx排放的方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)一步提高燃?xì)獬鯗氐囊��?

　　為應(yīng)對(duì)氣候變化,碳減排已經(jīng)成為大趨勢(shì).相應(yīng)地,燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)發(fā)展也將有新的變化.現(xiàn)有的貧預(yù)混燃燒技術(shù)能否適應(yīng)這些新的變化?目前,正值我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)專(zhuān)項(xiàng)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期,厘清這一問(wèn)題,有助于企業(yè)選擇合適的技術(shù)路線(xiàn),有助于科研院所開(kāi)展針對(duì)性的研究.首先,太陽(yáng)能和風(fēng)能的發(fā)展對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的隨動(dòng)匹配能力提出了更高要求.美國(guó)能源信息署[8]預(yù)計(jì),到2050年,太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電在總發(fā)電量的比例將從現(xiàn)在的40%增加到70%[7].

　　但是,太陽(yáng)能與風(fēng)能具有頻繁波動(dòng)、隨季節(jié)變化的問(wèn)題,不能與電網(wǎng)的負(fù)荷完全匹配.為此,需要用燃?xì)廨啓C(jī)電站隨動(dòng)補(bǔ)償.這就要求燃?xì)廨啓C(jī)具有快速啟停和變負(fù)荷能力,能夠在低負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行.但是,現(xiàn)有貧預(yù)混燃燒室的低負(fù)荷穩(wěn)定性差,可調(diào)比(最低負(fù)荷與滿(mǎn)負(fù)荷功率之比)一般不低于40%.低于此臨界值,燃燒室不能運(yùn)行在貧預(yù)混模式,NOx排放超標(biāo).現(xiàn)有較窄的穩(wěn)定運(yùn)行范圍,不能匹配將來(lái)隨動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊��? 其次,燃燒氫氣或氨氣等無(wú)碳燃料對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料適應(yīng)能力提出了新的要求.這些新型燃料的燃燒和排放特性迥異于傳統(tǒng)天然氣燃料.氫氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣确浅８?導(dǎo)致預(yù)混燃燒時(shí)(尤其是有強(qiáng)旋流產(chǎn)生回流區(qū)的情況)易發(fā)生回火.

　　因此,目前基于強(qiáng)旋流預(yù)混燃燒器的燃燒室,不能適應(yīng)純氫燃料.以西門(mén)子燃?xì)廨啓C(jī)為例,其燃料中氫含量一般不能超過(guò)60%,否則就要采用擴(kuò)散燃燒,導(dǎo)致NOx排放超標(biāo).天津煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站中使用的西門(mén)子E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī),燃燒煤制合成氣,氫氣體積含量大約25%,采用擴(kuò)散燃燒,NOx排放40μmol/mol,經(jīng)過(guò)后處理才能達(dá)標(biāo)[9].而對(duì)于氨氣這類(lèi)燃燒速度極低的燃料,其預(yù)混火焰穩(wěn)定性極差.而且由于燃料氮的存在,貧預(yù)混燃燒會(huì)產(chǎn)生非常高的NOx排放[10].由此可見(jiàn),現(xiàn)有的基于強(qiáng)旋流燃燒器的貧預(yù)混燃燒技術(shù)并不適用于氫或氨燃料.

　　綜上所述,現(xiàn)有的基于強(qiáng)旋流燃燒器和頭部分級(jí)的貧預(yù)混燃燒室已經(jīng)不能適應(yīng)未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)高參數(shù)、低排放、寬負(fù)荷、多燃料的發(fā)展要求.未來(lái)的先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī),必須要有先進(jìn)的燃燒技術(shù)與之匹配.但未來(lái)的燃燒技術(shù)發(fā)展方向是什么?還有哪些技術(shù)瓶頸和關(guān)鍵問(wèn)題需要解決?為回答這些問(wèn)題,本文將對(duì)有潛力的先進(jìn)燃燒技術(shù)展開(kāi)綜述.首先,簡(jiǎn)單梳理現(xiàn)有貧預(yù)混燃燒技術(shù)的特點(diǎn),以及各項(xiàng)新技術(shù)的原理和發(fā)展現(xiàn)狀,并針對(duì)上述4個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展要求(高參數(shù)、低排放、寬負(fù)荷、多燃料),分析各項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題.在此基礎(chǔ)上,對(duì)比和評(píng)估各項(xiàng)燃燒技術(shù)的應(yīng)用前景和可行性,篩選優(yōu)先攻關(guān)方向,供工程和科研人員參考.

　　1先進(jìn)燃燒技術(shù)分析

　　1.1現(xiàn)有貧預(yù)混燃燒室

　　與擴(kuò)散燃燒室相比,現(xiàn)代干式低NOx燃燒室的最根本技術(shù)特征為取消了二次空氣孔,絕大部分空氣與燃料預(yù)混燃燒,以降低火焰溫度.但由于絕大部分空氣進(jìn)入燃燒室頭部與燃料預(yù)混,導(dǎo)致低負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定性差(火焰溫度低易熄火),對(duì)燃料的適應(yīng)能力也較差(Wobbe數(shù)變化一般不超過(guò)10%).

　　因此,燃燒器為強(qiáng)旋流式,在加強(qiáng)預(yù)混的同時(shí)產(chǎn)生回流區(qū)穩(wěn)定火焰.此外還在頭部布置多個(gè)燃燒器,通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒器之間的燃料分配及燃燒模式,分級(jí)(staging)升降負(fù)荷,兼顧高負(fù)荷工況的NOx排放和低負(fù)荷工況的穩(wěn)定性. 這種燃燒室實(shí)際上是運(yùn)用了空氣稀釋、預(yù)混燃燒、旋流燃燒、分級(jí)燃燒(頭部分級(jí))等多項(xiàng)燃燒技術(shù)的綜合體.這是因?yàn)槿紵�室要考慮各方面的要求,包括NOx和CO排放、低負(fù)荷穩(wěn)定性、燃料適應(yīng)性等.一種燃燒技術(shù)很難同時(shí)滿(mǎn)足多方面的要求.換言之,一種成功的燃燒室,需要通過(guò)多種燃燒技術(shù)的組合來(lái)滿(mǎn)足各方面的要求.先進(jìn)燃燒技術(shù)大多是針對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn),下文分別介紹.

　　1.2軸向燃料分級(jí)

　　高等級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)(燃?xì)鉁囟?gt;1450℃)的NOx主要為熱力型,生成速率與燃?xì)庠谌紵�室�?nèi)的停留時(shí)間成正比.因此,盡量減少高溫燃?xì)獾耐Ａ魰r(shí)間能夠降低NOx排放.軸向分級(jí)燃燒技術(shù)就是利用了這一原理.燃燒室在軸向上分為兩級(jí),其燃燒溫度可以獨(dú)立調(diào)節(jié).空氣和燃料各分為兩部分,一部分空氣與一部分燃料預(yù)混后進(jìn)入第一級(jí)燃燒,剩余的空氣與燃料噴入第二級(jí),與第一級(jí)燃燒產(chǎn)物混合后繼續(xù)燃燒.通過(guò)調(diào)節(jié)兩級(jí)的空氣和燃料分配比例。

　　降低第一級(jí)的溫度,減少第二級(jí)的停留時(shí)間,可以有效降低NOx排放.軸向燃料分級(jí)繼續(xù)沿用了空氣稀釋、預(yù)混燃燒、旋流燃燒、頭部分級(jí)等多項(xiàng)燃燒技術(shù),可以看做是現(xiàn)有貧預(yù)混燃燒室在軸向上增加了一個(gè)分級(jí)自由度,屬于燃燒組織方式的改進(jìn).通過(guò)調(diào)節(jié)第一級(jí)和第二級(jí)的燃料分配,軸向分級(jí)燃燒室不但有效降低了NOx排放,還具有優(yōu)異的低負(fù)荷穩(wěn)定性,拓寬了可調(diào)比.燃料分兩級(jí)注入還提高了燃料適應(yīng)性,允許更大的Wobbe數(shù)變化范圍,燃燒活性更高的燃料.此外,由于軸向分級(jí)燃燒室增加了后端空氣孔,減小了燃燒室壓力損失,可以提高循環(huán)效率,并有助于抑制熱聲振蕩[12].

　　相對(duì)于現(xiàn)有的貧預(yù)混燃燒室,軸向燃料分級(jí)只是在后端增加了燃料和空氣噴入裝置,前端還可以沿用原來(lái)的貧預(yù)混燃燒室頭部設(shè)計(jì),較為容易實(shí)現(xiàn),成為新一代主流燃燒技術(shù).20世紀(jì)90年代,ABB(ASEABrownBoveri)公司的GT24/26燃?xì)廨啓C(jī)率先使用了2個(gè)貧預(yù)混燃燒室串聯(lián)(中間有高壓渦輪)的方法,獲得了很好的低負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行性能.但該方案也帶來(lái)了成本高、第2個(gè)燃燒室易回火等問(wèn)題,沒(méi)有獲得商業(yè)上的成功.GE公司首先在H級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)上使用單個(gè)燃燒室內(nèi)軸向燃料分級(jí)技術(shù),并實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)行[12].

　　NOx排放相比于非分級(jí)燃燒室有30℃的優(yōu)勢(shì),可調(diào)比從43%拓寬到25%[12].利用此技術(shù)改造的E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)[11],可調(diào)比從60%拓寬到35%.Ansaldo公司的GT36燃?xì)廨啓C(jī)[13]使用了軸向分級(jí)燃燒室,NOx排放低于25μmol/mol,可調(diào)比拓寬到30%.研究[1417]表明,軸向燃料分級(jí)燃燒降低NOx排放的關(guān)鍵在于調(diào)節(jié)第一級(jí)與第二級(jí)之間的燃料分配、空氣分配與停留時(shí)間分配,使得:1)在保證第一級(jí)穩(wěn)定燃燒的前提下,盡量提高第二級(jí)的燃料分配(降低第一級(jí)燃?xì)鉁囟?;2)在燃盡CO的前提下,盡量縮短第二級(jí)的燃?xì)馔Ａ魰r(shí)間;3)第二級(jí)反應(yīng)物與第一級(jí)燃?xì)獗M量混合充分后燃燒.但是,GE單筒燃燒室的試驗(yàn)結(jié)果表明,出口溫度一定的情況下,隨著第二級(jí)燃料比例的增加(第一級(jí)燃燒溫度降低),NOx排放并不是單調(diào)降低,而是呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì).這一現(xiàn)象違背了分級(jí)燃燒室降低NOx排放的原理,即NOx排放隨第一級(jí)燃?xì)鉁囟冉档投鴨握{(diào)降低.

　　2先進(jìn)燃燒技術(shù)比較

　　以上綜述表明,相對(duì)于現(xiàn)有的技術(shù),新型燃燒技術(shù)的變化可以歸納為4類(lèi):1)改進(jìn)各個(gè)燃燒器之間的組織與分級(jí)方式,比如在頭部分級(jí)基礎(chǔ)上增加了軸向分級(jí);2)改進(jìn)單元燃燒器的性能,比如從強(qiáng)旋流改為低旋流或管式微混;3)加強(qiáng)稀釋、改變空氣組分,比如煙氣循環(huán)和富氧燃燒;4)改變?nèi)紵�模�?比如催化燃燒、柔和燃燒和增壓燃燒.總結(jié)了這4類(lèi)改進(jìn)思路及其原理.至于哪一類(lèi)更有效、哪一類(lèi)更有發(fā)展?jié)摿?還需要針對(duì)NOx排放、低負(fù)荷穩(wěn)定性和燃料適應(yīng)性這三大性能指標(biāo),開(kāi)展具體分析.

　　為便于分析和比較,本文總結(jié)了各種先進(jìn)燃燒技術(shù)的成熟度和關(guān)鍵性能指標(biāo),并對(duì)其打分.其中的技術(shù)成熟度參考美國(guó)航空航天局的定義:3為概念驗(yàn)證,5為部件級(jí)相關(guān)工況驗(yàn)證,7為整機(jī)驗(yàn)證,9為商業(yè)運(yùn)行.以此為參照,其他技術(shù)性能指標(biāo)也為1—9分,1分最差,9分最優(yōu),3分為現(xiàn)有的旋流+頭部分級(jí)貧預(yù)混燃燒技術(shù).以旋流+頭部分級(jí)貧預(yù)混燃燒技術(shù)為基準(zhǔn),分為1—3、4—6、7—9三個(gè)等級(jí),每級(jí)為一個(gè)代差.

　　如果一項(xiàng)技術(shù)與現(xiàn)有基準(zhǔn)相比有一個(gè)代差,例如軸向分級(jí)的NOx排放相比現(xiàn)有的旋流+頭部分級(jí)貧預(yù)混燃燒技術(shù)有顯著降低,可以支撐燃?xì)鉁囟壬弦粋�(gè)等級(jí),分值加3.如果能夠產(chǎn)生革命性的突破(例如柔和燃燒的NOx接近于0,相比現(xiàn)有技術(shù)有2個(gè)代差),分值加6.如果只能產(chǎn)生較小的改善,不能產(chǎn)生代差,其分值加1或2.如果比現(xiàn)有貧預(yù)混技術(shù)還差,則減1或2.

　　3未來(lái)技術(shù)發(fā)展路徑

　　可以分析比較各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),提出適用于下一代高效低排放燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn),并進(jìn)一步考慮未來(lái)碳減排的需要,探討有潛力的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn).

　　3.1下一代燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)

　　技術(shù)路線(xiàn)的選擇,不但要考慮實(shí)施后的性能增益,還要考慮實(shí)施的難易程度.而技術(shù)成熟度可以作為一個(gè)實(shí)施難易程度的參考.技術(shù)成熟度越高,意味著研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)越低,研發(fā)周期越短.因此,以綜合性能增益為橫軸,以技術(shù)成熟度為縱軸,將上述各技術(shù)顯示在其中.其中增壓燃燒各項(xiàng)性能未知,不參與評(píng)比.以性能增益得分2和技術(shù)成熟度5為分界線(xiàn),可以將這10項(xiàng)燃燒技術(shù)分布在4個(gè)區(qū)域.右上角的區(qū)域代表性能好、技術(shù)成熟度最高(研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)低),應(yīng)該作為優(yōu)先發(fā)展路線(xiàn);右下角的區(qū)域代表性能好,但是離商業(yè)應(yīng)用還有相當(dāng)距離,還需要深入研究和驗(yàn)證;左上角可以作為輔助方法考慮,左下角不值得考慮.

　　燃料軸向分級(jí)和空氣軸向分級(jí)技術(shù)成熟度最高,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)行,研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)最小.改變?nèi)紵�模�?如催化燃燒)也有很高的增益,但其技術(shù)成熟度較低,實(shí)施中有很多不確定性,需要在整機(jī)上充分驗(yàn)證.改變空氣組分的方法(富氧燃燒)雖然增益非常高,但需要有空氣分離裝置,顯著降低系統(tǒng)效率.如果不考慮碳捕捉的需要,則沒(méi)必要使用富氧燃燒.以上分析表明,通過(guò)增加分級(jí)和燃燒器組合來(lái)改變?nèi)紵�組織方式最容易實(shí)現(xiàn),也能得到很好的效果.因此,軸向分級(jí)是我國(guó)研制下一代燃?xì)廨啓C(jī)的首選技術(shù)路線(xiàn).

　　此外,4類(lèi)改進(jìn)方法,有些可以聯(lián)合使用以達(dá)到最大增益.正如在節(jié)2.2中分析過(guò)的,軸向分級(jí)燃燒是在旋流預(yù)混+頭部分級(jí)的基礎(chǔ)上增加了軸向分級(jí)的自由度,從而獲得了很好的性能改善.參照這個(gè)思路,可以考慮改進(jìn)軸向分級(jí)燃燒室中的單元燃燒器,以期獲得更大的性能增益.微混燃燒器和低旋燃燒器是2個(gè)很好的選擇,不但能夠進(jìn)一步降低NOx排放,還適合高氫燃料.因此,綜合考慮下一代燃?xì)廨啓C(jī)NOx減排和燃?xì)涞男枰?當(dāng)前應(yīng)該大力發(fā)展以微混燃燒器或低旋燃燒器與軸向分級(jí)相結(jié)合的路線(xiàn).

　　考慮到微混燃燒器的技術(shù)成熟度比低旋燃燒器高,微混燃燒器與軸向分級(jí)的路線(xiàn)應(yīng)是最優(yōu)路線(xiàn).其他的燃燒技術(shù)也可以參照這個(gè)思路進(jìn)行改進(jìn),強(qiáng)化增益,彌補(bǔ)缺陷.比如催化燃燒的性能得分很高,尤其是適合反應(yīng)活性低的燃料,但是存在催化劑受熱失效的問(wèn)題.可以與軸向空氣分級(jí)相結(jié)合,將催化劑置于富燃區(qū),降低催化劑溫度,并且防止回火.柔和燃燒的得分也比較高,但其技術(shù)成熟度還很低,需要進(jìn)一步在相關(guān)條件(高壓)下展開(kāi)研究.可以考慮與煙氣循環(huán)結(jié)合,在燃燒室內(nèi)部實(shí)現(xiàn)煙氣循環(huán),加熱并稀釋反應(yīng)物,達(dá)到無(wú)焰燃燒條件.增壓燃燒在提高效率方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),如果能夠?qū)崿F(xiàn),則是一種顛覆性的技術(shù),但是目前技術(shù)成熟度最低,還需要在基礎(chǔ)研究和概念驗(yàn)證方面開(kāi)展更多工作,闡明其機(jī)理問(wèn)題.

　　3.2適用于碳捕捉的燃燒技術(shù)

　　與燃燒相關(guān)的碳捕捉方法,可以分為兩類(lèi)[70]:1)燃燒前捕捉,即脫除碳?xì)淙剂系奶歼M(jìn)行捕捉,燃料轉(zhuǎn)化氫燃料后進(jìn)行燃燒;2)燃燒后碳捕捉,即將燃燒產(chǎn)物中的CO2分離出來(lái)進(jìn)行捕捉.本文針對(duì)這兩類(lèi)方法,分別討論適用的燃燒技術(shù). 適用于燃燒前碳捕捉的燃燒技術(shù)需要能夠燃燒氫燃料.目前可行性比較大的是氫氣和氨氣.這兩種燃料的燃燒特性迥異.氫氣活性非常高,強(qiáng)旋流預(yù)混燃燒中極易發(fā)生回火.而氨氣活性很低,極易熄火,而且由于燃料氮的存在,貧預(yù)混燃燒的NOx排放很高.

　　由此可見(jiàn),現(xiàn)有的強(qiáng)旋流貧預(yù)混燃燒技術(shù)不適合這兩種氫燃料.對(duì)于氫氣,需要考慮燃燒時(shí)的回火問(wèn)題.相對(duì)于強(qiáng)旋流燃燒器,微混燃燒器的回流區(qū)很弱,甚至沒(méi)有.再加上管壁的淬滅效應(yīng),管式微混燃燒器有很好的抗回火能力,可以考慮將其與軸向燃料分級(jí)技術(shù)聯(lián)合,降低頭部的燃料空氣比,避免回火.此外,富燃(氧氣不足)可以有效避免回火,適合高氫燃料[50].

　　因此,可以進(jìn)一步用管式微混燃燒器與RQL結(jié)合,獲得更好的抗回火能力.EGR與富氧燃燒可以富集燃燒產(chǎn)物中的CO2,提高碳捕捉效率.尤其是富氧燃燒,在碳減排方面有優(yōu)勢(shì),需要加大研究投入.其中常規(guī)富氧燃燒需要進(jìn)一步在部件級(jí)試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展?jié)M負(fù)荷工況的驗(yàn)證,而超臨界富氧燃燒則需要集中在概念研究和燃燒器規(guī)模的驗(yàn)證,解決基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題.富氧燃燒可以與分級(jí)燃燒或催化燃燒相結(jié)合,以改善其低負(fù)荷穩(wěn)定性和燃燒效率.

　　除了這些常規(guī)的燃燒手段,還可以考慮將燃燒與燃料電池相結(jié)合,在提高碳捕捉效率的同時(shí),提高系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率.燃料電池的氧化劑與燃料有物理隔離,反應(yīng)產(chǎn)物中的CO2與空氣中的氮?dú)馐欠蛛x的,十分有利于碳捕捉.而且,燃料電池的能源轉(zhuǎn)換效率比燃?xì)廨啓C(jī)高,NOx排放很低.但是,燃料電池對(duì)燃料的要求比較高,不能使用傳統(tǒng)的碳?xì)淙剂?如天然氣.因此,可以將RQL燃燒室與燃料電池相結(jié)合,組成RFQL(richGburn,fuelcell,quickmix,leanGburn)融合式燃燒室[71].碳?xì)淙剂显诟蝗紖^(qū)轉(zhuǎn)化為CO與H2,進(jìn)入燃料電池中反應(yīng).未反應(yīng)完全燃料可以進(jìn)入燃燒室的貧燃區(qū)進(jìn)一步燃燒,產(chǎn)生的熱量驅(qū)動(dòng)渦輪和壓氣機(jī),為RFQL提供空氣.

　　4結(jié)論

　　本文基于未來(lái)的環(huán)保要求和碳減排趨勢(shì),分析了燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).結(jié)果表明,目前基于強(qiáng)旋流+頭部分級(jí)的貧預(yù)混燃燒室已經(jīng)不能滿(mǎn)足未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)在NOx排放、寬負(fù)荷運(yùn)行性能和燃料適應(yīng)性等方面的發(fā)展需求.必須發(fā)展新的燃燒技術(shù),以適應(yīng)未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的要求,即提高效率的同時(shí)降低污染物排放,拓寬燃料適應(yīng)性和低負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定性,并降低碳捕捉成本.

　　為此,本文對(duì)10種先進(jìn)燃燒技術(shù)展開(kāi)綜述,從原理、技術(shù)成熟度、污染物排放等多個(gè)方面分析其發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景,并提出下一步需要研究的問(wèn)題.在此基礎(chǔ)上,拆解分析各項(xiàng)技術(shù)的原理,討論未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒技術(shù)的發(fā)展方向.考慮到多方面性能的平衡,未來(lái)先進(jìn)燃燒室將是多種燃燒技術(shù)的組合.進(jìn)一步提出了一種評(píng)價(jià)方法,定量分析和比較各技術(shù)的綜合性能和實(shí)施難易程度,為技術(shù)路線(xiàn)和攻關(guān)方向的篩選提供參考依據(jù).軸向分級(jí)與微混燃燒相結(jié)合可以作為目前的技術(shù)主攻方向.為降低風(fēng)險(xiǎn),可以分兩步走:第一步實(shí)現(xiàn)軸向分級(jí),第二步實(shí)現(xiàn)微混燃燒.該方案的實(shí)施,能夠滿(mǎn)足短期內(nèi)降低NOx排放和拓寬可調(diào)比、提高燃?xì)淠芰Φ囊��?

　　燃?xì)夤こ陶撐姆独��?a href="http://www.gxmember.com/lwfw/kjlw/29656.html" target="_blank"> 城市燃?xì)庑畔⒒�管理系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題及建設(shè)探討

　　考慮到未來(lái)碳減排及進(jìn)一步提高效率的發(fā)展趨勢(shì),富氧燃燒、催化燃燒、增壓燃燒以及軸向分級(jí)—燃料電池融合是值得研究的重點(diǎn)方向.尤其是超臨界富氧燃燒、增壓燃燒和軸向分級(jí)—燃料電池融合,技術(shù)成熟度很低,需要在基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證上持續(xù)投入.

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　　作者：李蘇輝,張歸華,吳玉新