低氮燃气燃烧技术及燃烧器设计进展
摘要：在高温燃烧过程中，氮氧化物的排放污染一直是业界关注的焦点。这部
分气体不仅稳定性较差，而且大多能够在湿热环境中转变为NO与NO?，从而给
人们的生命财产带来威胁。随着技术的成熟，低氮燃烧技术开始以其环保效益高、清洁无污染受到了一致好评。在本文中，笔者分析了高温燃烧中氮氧化物的生成
原理以及影响因素，并在此基础上探讨了如何控制氮氧化物的排放，以供参考。
关键词：低氮燃烧；燃烧器设计；技术进展
引言
近些年我国的化工行业得到了长足的发展，高温燃烧在各生产领域均有着突
出的贡献。尤其是天然气等能源的普及推广，虽然很大程度上改善以往的三废排
放问题，但氮污染的问题仍未有效缓解。究其原因，主要是以往的燃烧技术存在
一刀切的问题，没有针对不同介质来调整燃烧方案。由此可见，在低氮燃烧技术
中分层燃烧的个性化方案是重要突破口，同时兼顾燃尽的火焰长度，才能真正实
现减小高温燃烧的氮污染。
一、氮氧化物的控制原理
（一）气体燃料的特点
气体的高温燃烧基本不会发生相态变化，因此其主要包括混合、升温以及燃
烧3个阶段。从燃烧温度来看，气体燃烧的过程温度普遍较高。业界常见的氢气
与液化气燃烧的问题均不低于2000℃，而目前对环境最友好的天然气在燃烧的过
程中温度也高达1700℃。除此之外，气体燃烧的反映速率也较其他模式快，往往
就存在回火的现象。一旦气体的排放速度小于反应速率，那么火焰就会影响到火
孔内的环境，严重的可能会造成气源爆炸。
（二）氮氧化物的影响因素
关于气体燃烧的氮氧化物研究已有十数年的努力，根据学术成果表明氮氧化
物可按照生产方式的不同归类为热力型、快速型两个大类。其中热力型所产生的
氮氧化物含量更多，但快速型氮氧化物的生产也不容忽视。而在以往的燃烧器设
计中，技术人员往往顾此失彼导致技术应用达不到预期的效果。热力型顾名思义
就是在火焰区域生产的氮氧化物，因此很容易受到温度的影响。从业界实践的经
验来看，当火焰温度超过1800℃时氮氧化物的生成量会出现井喷式的增长。可见，在气体燃烧中氮氧化物的排放量并非是单调递增的趋势，而会受到燃烧工况的左右。而快速型是指在部分预混情况下所表现出较快的反应速率，抑或是在扩散燃
烧中与侧面空气燃烧所生产。在这种燃烧条件下，空气与燃气的比例对氮氧化物
的生成量有着显著的影响，因此也将是燃烧器设计的关注要点。
二、燃烧器对氮氧化物的影响
（一）预热温度
考虑到工业生产的实际需求，燃烧器的设计必须提高燃烧反应的速率。因此
大部分产品在运行前都需要对空气预热，从而给升温着火做好准备工作。但是这
种设计方案使问题进一步升高，从而导致氮氧化物的生成量直线上升。不仅如此，传统燃烧器扩散现象严重，使得空气剩余系数超出额定值。在这种反应条件下，
会令大量的热能被浪费，经济性能差强人意。因此，要想在满足使用需求的前提
下改善氮氧化物排放，就应该积极应用完全预混技术。预先将空气与燃料按照合
理的比例混合，其燃烧过程更加充分产生的化合物相对也会较少。而且热力型与
快速型氮氧化物的排放均与温度呈正相关的趋势，降低预热问题也是设计中需要