中国工程热物理学会 燃烧学
学术会议论文 编号：084296
一种适用于富氢合成气燃气轮机燃烧室
的超低NOX燃烧技术——无焰燃烧1
1 1 1.2 1 1
徐纲 ，崔玉峰 ，吕煊 ，聂超群 ，黄伟光
(1:中国科学院先进能源动力重点实验室（工程热物理研究所），2：中国科学院研究生院，100190)
(010-82543091,Email:xug@mail.etp.ac.cn)
摘要：无焰燃烧是一种通过提高燃烧室中空气温度，降低氧气浓度等手段产生无明显火焰锋面火焰的
燃烧方式。本文首先对无焰燃烧研究的进展，特别是针对燃气轮机燃烧室领域的研究进行了回顾，认
为无焰燃烧具有以下特点：1)无明显火焰锋面，2) 火焰稳定，3)极低 NOx 排放，4)在低当量比燃烧时
几乎不会发生热声振荡与回火。影响无焰燃烧特性的主要参数包括燃料的成分、氧化剂的氧浓度等。
目前已经完成的许多无焰燃烧室的应用研究的结果证明了无焰燃烧在燃气轮机燃烧室领域的可行性，
并且证明与贫燃料预混燃烧相比可以明显改善性能。最后指出由于无焰燃烧几乎不会发生回火和热声
振荡问题，因此特别适合于解决 IGCC 系统中燃烧富氢合成气的燃气轮机燃烧室的 NOX 排放问题，并
介绍了作者在该方面开展的初步研究工作。
关键词：无焰燃烧 综述 富氢合成气 极低 NOx 排放 燃气轮机燃烧室
引言
[1]
无焰燃烧（Flameless Combustion, FC ），又称为无焰氧化 （Flameless Oxidation ）, 高
温空气燃烧(High Temperature Air Combustion, HiTAC)[2], MILD （Moderate and Intense
[3] [3]
Low Oxygen Dilation)燃烧 , 热量再循环燃烧（Heat Recirculation Combustion ） ，是一
种在高温、低氧浓度、低燃料空气当量比条件下产生不可见火焰的燃烧技术。这种技术
通常是采用大量回流的高温烟气与新鲜的空气掺混，一方面要提高空气的温度使之超过
燃料的自点燃温度，另一方面达到稀释氧化剂、降低氧浓度的目的，这种经过稀释的高
温空气遇到燃料后燃料发生自燃。由于这时燃烧反应是在一定的空间范围内同时发生
的，形成高度分散的反应区，不存在象扩散燃烧或者预混燃烧那样明显的火焰锋面。正
是由于分散火焰的本质才导致“无焰燃烧”[4] 。虽然与烟气掺混后的空气温度很高，但
是由于稀释后氧气浓度很低，因此得到的火焰温度很低。只要通过调整烟气的回流比使
得火焰温度低于 1800K，就可以获得极低的 NOX 排放。采用无焰燃烧技术时，可以使
得燃料和空气分别供入燃烧室，并且可以采用很高的燃料射流速度，因此不会发生回火；
在无焰燃烧形成的这种高度分散反应区内不存在火焰传播过程，因此几乎不会发生热声
振荡问题。无焰燃烧的这些特点特别适合于燃烧富氢燃料，不但可以获得很低的 NOX
排放，还可以解决回火和热声振荡问题。无焰燃烧还具有高度火焰稳定性，不需要采用
旋流器或者钝体等稳焰技术，即使在很低的 O2 浓度和当量比条件下也可以稳定燃烧；
此外，无焰燃烧还具有很高的燃烧效率，这又使得无焰燃烧也可以应用于极低热值的燃
1
资助项目： 国家高技术研究发展计划（863 ）项目（No.2006AA05Z239 ）
料，解决火焰稳定和燃烧效率低等问题。
实际上，无焰燃烧并不是一种全新的燃烧方式，该技术在工业炉中早已得到了成功
应用[1]，有效提高了燃烧效率并降低了NOX 排放。在工业锅炉的无焰燃烧中，高温空气
的获得有两种方法：1）通过换热器来使燃气加热新鲜空气；2 ）直接掺混燃气进入未燃
空气。文献[1]中介绍了两个应用实例，分别是同流换热炉（
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