1燃氣燃燒方法發展趨勢
      人們是從擴散燃燒現象發現氣體燃料(天然氣)的。開始人們還以為是神火而頂禮膜拜，形成所謂“拜火教”。我國是世界公認的利用天然氣最早的國家。早在公元前250  年我們的祖先在四川就知道用天然氣的擴散燃燒方法煮鹽。后來過了2000多年，被稱為“燃氣工業之父” 的蘇格蘭工程師默克多才用焦爐氣的擴散火焰來照明。當時在1813年新年除夕之夜，在英國的惠斯頓大橋上兩排燃氣燈一起照明，結束了靠蠟燭、油燈照明的日子。這也是當時科技界輝煌的成就。燃氣燈照明的好景并不常，當愛笛生發明了電白熾燈后，燃氣燈幾經全力與電競爭照明市場。結果無論在技術上，還是在經濟上都競爭不過電白熾燈。在市場經濟規律的驅使下，燃氣燈不得不讓出絕大部分的照明市場。后來還 是大氣式燃燒的本生火焰為燃氣指出了向熱能方向發展的道路。由于大氣式燃燒方法使燃氣燃燒比較完全，易點火，污染少，使用簡單，來源充足，價格便宜，運送方便，結果逐步代替了煤，成為城市三大能源之一。隨著技術的發展與人們對環境的要求越來越高，人們發現大氣式燃燒方法有許多不可避免的缺點，國內外燃氣工作者開始進一步研究全一次空氣預混燃燒方法及適應這種燃燒方法的燃具。本文目的在介紹各種燃燒方法的特點的基礎上，重點論述全預混空氣燃燒方法主要特點及這種燃燒設備所需的技術條件。

2 擴散式燃燒方法
      這是一種最簡單的燃燒方法。在燃燒以前，燃

氣與空氣不混合，燃氣自火孔流出后，靠擴散與空

氣混合燃燒。這種燃燒方法有簡單，容易點火，不會回火，燃燒穩定，燃具結構簡單等優點。但是對于需要空氣多的高熱值燃氣(天然氣、液化石油氣)，靠層流擴散是達不到完全燃燒的要求的，具體的缺點是煙氣中CO含量比較高，燃具的體積比較大。為此所有的民用燃具大部分淘汰了擴散式燃燒方法。但是，層流擴散式燃燒方法也有其不可忽視的優點。例如這種燃燒方法的穩定性比較高，沒有回火，不容易離焰。由于在燃燒過程中溫度不高，氧氣濃度低，所以沒有產生NOx的條件，其燃燒產物中幾乎沒有NOx。相反在這種條件下，CO卻容易產生。為此在采用這種燃燒方法時必須充分考慮有足夠的燃燒空間。目前我國還有不少使用低熱值人工燃氣的地區，如果采用大氣式燃燒方法火焰達不到穩定時，可以考慮采用擴散式燃燒方法。
      強制鼓風擴散燃燒方法多用于工業爐上的工業燃燒器。采用這種燃燒方法需要合理地組織空氣與燃氣混合，避免產生大量的NOx與CO。
3 部分預混空氣(大氣式)燃燒方法
      預先混入部分空氣的大氣式燃燒方法與擴散式燃燒方法相比有燃燒完全、火焰短、熱強度大的優點。但是這種燃燒方法有回火的可能，也會離焰與

 較差，穩定燃燒的范圍較小，必須采用防止離焰與回火的穩焰措施。民用燃具中的紅外線輻射器和灶具就是采用多孔陶瓷板或雙金屬網作為穩焰載體，達到穩焰效果。工業燃具中，負荷小的與民用相同，采用多孔陶瓷板，負荷大的則多采用單火道及多火道穩焰。民用燃具負荷小，可以考慮用利用燃氣壓力引射空氣，工業燃具負荷大，如果利用燃氣引射空氣會使引射器的體積過于龐大，不得不采用強制鼓風的方法。
      全預混空氣(無焰式)燃燒方法，最大的優點是：    燃燒強度大，火焰短，可以降低爐膛高度；
      不需要二次空氣，省去了二次空氣的入口的面積；
      具有較大的面積熱強度與體積熱強度，可縮小燃燒設備體積；
      火焰面可以靠近熱交換器，加大傳熱系數。提高熱效率；
      燃燒產物可以在火焰面的下方流出，使熱流向下，有利于冷凝式熱水器，有利于向下輻射的工藝要求；
      在全預混空氣燃燒的條件下，燃燒產物中CO及NOx含量都比較低；
      這種燃燒方法，在穩定的燃氣與空氣的混合比例下，可以使熱效率隨著負荷降低而增加。大大提

依靠過去的技術，在民用燃具中，除了紅外線輻射器外，其他大負荷燃燒設備(如熱水器)難以實現以上要求，為此限制了此種燃燒方法的應用。
      目前燃氣燃燒設備的發展趨勢
      4.1社會要求

燃氣燃燒設備首先的任務是安全。因為燃氣事業本身是造福于人類的，但是，一旦發生了事故，對受害者是百分之百的“造害”。另一方面，安全問題解決不好燃氣事業不能發展。
      4.2市場需要

隨著社會的發展與技術的進步，先是人民生活水平不斷提高，對燃氣設備提出更高的要求。目前家庭的廚房設備越來越高檔，因此要求燃氣設備外形漂亮，體積巧小，并且與周圍家具及環境協調。除了美觀以外還要求使用方便，負荷大、功能多、價格廉等。
      4.3安裝條件

根據我國民用建筑的現況，除了帶有獨立煙道的別墅住宅及二、三層建筑和少數帶有符合規范的專用煙道的高樓以外，絕大部分建筑基本上沒有條件安裝靠熱壓頭的自然煙道排煙的熱水器或其他燃燒設備。為此生產廠家開發了靠風機排煙或鼓風的燃氣燃燒設備。
      目前燃氣燃燒設備技術水平：早在60年代末70

年代初我國就開發了全預混燃燒的紅外線輻射器。90年代開始了引射型紅外線民用灶具的批量生產。近年來，在熱水器方面我國生產廠家分別開發了強制排煙、機力鼓風、強制給排氣型的熱水器，在安全、控制技術方面已趨成熟(要重視批量生產的質量穩定性)，有的廠家引進國外技術開發了近似全預混的燃燒器，為了防止回火，利用進水冷卻燃燒器頭部。這就說明我國已具備了采用全預混燃燒方法的條件。
      發展全預混空氣燃燒方法所需要的技術條件
      發展全預混空氣燃燒方法需要如下技術條件：
      首先要解決空氣鼓風，目前我國不少廠家已經開發了強排、強制給排氣的熱水器，因此參照一些國外經驗，強制鼓風燃燒的技術可以順利解決。
      第二步要解決的問題是燃燒器頭部的燃燒火孔或穩焰載體的選擇。采用常規的雙金屬網或者多孔陶瓷板的可以滿足面積熱強度要求低的地方，如紅外線輻射器常采用多孔陶瓷板作為穩焰載體。對于面積熱強度要求大的地方就需要采用其他的火孔型式及相適應的穩焰措施。在這方面，我國高校和生產廠家都做了一些工作，歐洲的生產廠家業也提供了不少的型式，尤其是碳纖維與金屬纖維燃燒載體的出現，更進一步促進了全預混空氣燃燒方法的發展。但是，無論采用哪種火孔型式或哪種穩焰載體，都需要把燃燒設備的穩定工作曲線(如圖1)做出來 。此曲線受燃氣性質、燃氣壓力、燃燒火孔的型式、穩焰載體性能、燃燒設備的爐膛及熱交換器的構造等因素的影響，不能盲目采用國外或其他不是自己做出來的曲線。

     下一步就要解決燃氣與空氣的混合問題了。最節能最方便的方法是利用燃氣壓力靠引射器吸空氣。目前的紅外線輻射器就是采用這種方法。以天然氣為例，燃氣引射空氣的引射比需要達到1比10至1比11，對于液化石油氣引射比需要高達1比35之多。要達到如此大的引射比，在目前陶瓷板的阻力和液化石油氣的額定壓力(2800帕)條件下，要達到足夠的引射比，必須保證噴嘴與文吐利嚴格對中，文吐利管內壁光滑。否則也是不容易達到的。就是可以達到也會因負荷加大使引射器體積過分龐大，而不能使用。現在的形勢是,已經有了空氣鼓風，完全可以甩開燃氣引射空氣的引射器，利用空氣與燃氣的壓力機力混合。很明顯在這種條件下，空氣引射燃氣將會大大地降低引射比，同時也會減小引射器的體積。

關于燃氣與空氣的比例混合器國外廠家已有產品進入我國市場，例如霍尼韋爾(Honeywell)與西特(Sit)兩家公司都推出自己的產品。但是，國外的產品一般把執行機構與控制電路合為一體，圖2就是這種帶文吐利管的燃氣空氣比例閥的示意圖。當需要提高燃燒設備的負荷時，可加大風機壓力，提高空氣流量，同時在文吐利與調節器的作用下，燃氣流量也隨之加大，并保持原來與空氣流量的比例。同理，在小負荷條件下，也可以保持燃氣與空氣的比例不變。一般來說，國外產品性能穩定，但價格比較貴。有時國外的控制技術不一定符合國情。所以最好的辦法是根據國情自己設計。有關燃氣與空氣比例混合的技術問題另文詳述。
      根據以上論述，我國發展全預混空氣燃燒技術的條件已經成熟。首先在強制給排氣的熱水器的基礎上，加以改進就可成為先進的節約能源(以低熱值計的熱效率可達100％)，保護環境(CO與NQ含量都低)的冷凝式熱水器。

目前我國燃氣燃燒的方式主要有三種：擴散式燃燒、大氣式燃燒、預混式燃燒。

（1）擴散式燃燒

將管口噴出的燃氣進行燃燒，如果燃氣中不含氧化劑，則燃燒所需的氧氣將依靠擴散作用從周圍大氣獲得。這種燃燒方式稱為擴散式燃燒

在層流狀態下，擴散燃燒依靠分子擴散作用是周圍氧氣進入燃燒區；在紊流狀態下，則依靠紊流擴散作用來獲得燃燒所需要的氧氣。由于分子擴散進行的比較緩慢，因此層流擴散燃燒的速度取決于氧的擴散速度。燃燒的化學反應進行得很快，因此火焰焰面厚度很小

（2）大氣式燃燒

1855年本生創造出一種燃燒器，他能從周圍大氣中吸入一些空氣與燃氣預混，在燃燒時形成不發光的藍色火焰，這就是實驗室常用的本生燈。預混式燃燒的出現使燃燒技術得到很大的發展。

擴散式燃燒容易產生煤煙，燃燒溫度也相當低，但當預先混入一部分燃燒所需空氣后，火焰就變得清潔，燃燒得以強化，火焰溫度也提高了。因此部分預混式燃燒得到了廣泛的應用。在習慣上又稱大氣式燃燒

本生火焰是部分預混層流火焰的經典例子，它由內錐和外錐組成。在內錐表面火焰向內傳播，而未燃的燃氣空氣混合物則不斷地從錐內向外流出。在氣流的法向分速度等于法向火焰傳播速度之初便

出現一個穩定的焰面，其形狀近似于一個圓錐面，顏面內側有一層很薄的淺藍色燃燒層，因此內錐又稱藍色錐體

由于一次空氣量小于燃燒所需要的空氣量，因此在藍色椎體上僅僅進行一部分燃燒過程。所得的中間產物穿過內錐面，其外部按擴散方式與空氣混合面燃燒。一次空氣系數越小，外錐就越大

（3）預混式燃燒

完全預混式燃燒是在部分預混式燃燒的基礎上發展起

來的，它雖然出現的較晚。但因為在技術上比較合理，很快便得到了廣泛的應用

進行完全預混式燃燒的條件是：

     燃氣和空氣在著火前預先按化學當量比混合均勻

     設置專門的火道，使燃燒區內保持穩定的高溫

在以上條件下，燃氣-空氣混合物到達燃燒區后在瞬間燃燒完畢。火焰很短甚至看不見，所以又稱無焰燃燒

完全預混式燃燒火道的容積熱強度很高，并且能在很小的過剩空氣系數下達到完全燃燒，因此燃燒溫度較高

完全預混式可燃物的燃燒速度極快，但火焰穩定性差。

完全預混式燃燒過程的熱強度與火道有很大的關系。正確設計的貨到不僅提高了燃燒穩定性，增加了燃燒強度，而且高溫火道對迅速燃盡也起了很大的作用

  天然氣燃燒利用方式主要是借助燃燒器進行燃燒。燃燒器的種類很多。按一次空氣系數分類可分為1、擴散式燃燒器，燃氣與空氣不預混，一次空氣系數等于0；2、大氣式燃燒器，燃氣與一部分空氣預先混合，一次空氣系數為0.2~0.8；3、預混式燃燒器，燃氣與空氣完全預混，一一次空氣系數大于1.

對燃燒器的技術要求主要有以下幾個方面

   （1）燃燒比較完全。

   （2）燃燒穩定。當燃氣壓力、華白指數和燃燒勢在正常范圍內波動時，不發生回火和脫火現象

   （3）燃燒效率較高。

   （4）再而頂壓力下，燃燒器能達到所要求的熱負荷

（5）結構緊湊、金屬消耗少、調節方便、工作無噪聲

    擴散式燃燒器燃燒穩定，不會回火，運行可靠；結構簡單，制造方便；操作簡單，容易點火；可利用低壓燃氣，燃氣壓力為200-400帕或者更低時，仍能正常工作；不需要鼓風。然而其燃燒強度低，火焰長，需要較大的燃燒室；容易產生不完全燃燒。為使燃燒安全，必須供給較多的過剩空氣；由于過剩空氣系數較大，燃燒溫度低。其適用于沸水器、熱水器、紡織業中的加熱設備及小型采暖鍋爐，用作點火器和指示性燃燒器。

大氣式燃燒器通常利用燃氣引射一次空氣，故屬于引射式燃燒器。根據燃氣壓力的不同，它又可分為低壓引射和高（中）壓引射器，前者多用于民用后者多用于工業裝置。

大氣式燃燒器比擴散式燃燒器火焰短、火力強、燃燒溫度高；可以燃燒不同性質的燃氣，燃燒比較完全、燃燒效率比較高、煙氣中CO含量比較少；可應用低壓燃氣，由于空氣依靠燃氣吸入，所以不需要送風設備；適應性強，可以滿足較多工藝的需求。然而由于只預混了部分空氣，而不是全部燃燒所需的空氣，故火孔熱強度、燃燒溫度雖比自然引風擴散式燃燒器高，但仍受限制，仍不能滿足某些工藝的要求；當熱負荷較大時，多火孔燃燒器的結構比較笨重。適用范圍廣，在家庭及公用事業的燃氣用具如家用灶、熱水器、沸水器及食堂灶用得最廣，在小型鍋爐及工業爐上也有應用

完全預混式燃燒器有混合裝置及頭部兩部分組成。根據燃燒器使用的壓力、混合裝置及頭部結構的不同，完全預混式燃燒器按壓力可分為加壓混合和采用引射作為混合裝置；按頭部結構分為無火道頭部結構、有火道頭部結構、用金屬或陶瓷穩焰器做成的頭部結構。

完全預混式燃燒器燃燒完全，化學不完全燃燒較少；過剩空氣少，當用于工業爐直接加熱工作時，不會引起工件過分氧化；燃燒溫度高，容易滿足高溫工藝要求；火道式無焰燃燒器燃燒強度大，因而可縮小燃燒室容積。設有火道，容易燃燒低熱值燃氣；不需鼓風，節省鼓風設備。然而完全預混式燃燒器為保證燃燒穩定，要求燃氣熱值及密度要穩定；發生回火的可能性大，調節范圍比較小。為防止回火，頭部結構比較復雜和笨重；熱負荷大的燃燒器，結構龐大和笨重。故每個燃燒器的熱負荷一般不超

過2300千瓦。噪音大，特備是高壓和高負荷時更是如此。主要應用在工業加熱裝置上。

然而能源的過度消耗導致了日益嚴重的環境污染。天然氣是重要的化石清潔能源。然而天然氣燃燒熱之高，污染排放物少，但是在正常的燃燒條件下仍排放大量的NO_X、CO以及SO₂.研究表明，天然氣催化燃燒技術不僅可以提高燃燒率，而且可以有望從根本上改善天然氣燃燒的污染物排放問題

  催化作用與燃燒技術的結合已有很長的歷史，但現代催化燃燒技術是近幾十年來對環境與節能的要求日益迫切的形勢下應運而生的一門新興技術。20世紀50~60年代，汽車尾氣凈化技術和有機廢氣催化焚燒技術的發展為研究共進料情況下燃起催化氧化積累了大量實驗依據和數學模型。20世紀90年代初期，各國政府對空氣質量法規中排放標準的進一步緊縮，史為高溫催化燃燒技術的研究提供了新的動力。從20世紀70年代中期開始，被催化燃燒技術所帶來的經濟效益和環境效益所吸引。各大企業和科研部門針對該技術的應用和基礎理論展開了全球性的研究競賽，特別是在21世紀初，新興的石油化學工業以及精細化學工業的蓬勃發展，推動了催化作用基礎理論的研究，大大的深化了對催化劑和催化的本質的認識。催化燃燒技術不僅在消除污染、環境保護方面顯示出獨特的優勢，而且在能源利用的節省方面也甚為有效。

  催化燃燒可以使燃料在較低的溫度下實現完全燃燒，對改善燃燒過程、降低反應溫度、促進完全燃燒、抑制有毒有害物質的形成等方面具有極為重要的作用，是一個環境有好的過程，啟用用領域不斷擴展，已廣泛的應用在生產與日常生活的諸多方面

    催化燃燒是典型的氣--固相催化反應，它借助催化劑降低了反映的活化性，使其在較低的起燃溫度200~300攝氏度下進行無焰燃燒，有機物質氧化發生在固體催化表面，同時產生CO₂和H₂O，并放出大量的熱量。引起氧化反應溫度低，所以大大的抑制了空氣中的N₂形成高溫NO_X.而且由于催化劑有選擇性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物的氧化過程，使其多數形成分子氮。

   與傳統的火焰燃燒相比催化燃燒有大量的優勢：

  （1）起燃溫度低，能耗少，燃燒易達穩定，甚至到起燃溫度后無需外接傳熱就能完成氧化反應

  （2）凈化效率高，污染物（如NO_X及不完全燃燒產物等）的排放水平較低

（3）適應氧濃度范圍大，噪音小，無二次污染。且燃燒緩和，運轉費用低，操作管理也很方便

  天然氣催化燃燒可以分為三大類：第一類是擴散催化燃燒。燃氣未經預混從平面燃燒器后端達到催化劑表面，淹沒過期從四周擴散到催化劑表面。使燃氣在催化劑表面催化燃燒，熱量從表面輻射出去燃燒溫度一般小于600攝氏度。目前，市場上的催化燃燒爐灶和部分正在開發的催化燃燒紅外輻射加熱器屬于此類燃燒方式；第二類是預混貧燃絕熱催化燃燒。使用蜂窩狀催化劑。天然氣與空氣經過預混和預熱在絕熱反應器中的蜂窩狀催化劑上發生表面催化燃燒和氣相燃燒，燃燒溫度高達1200~1300攝氏度，應用于燃氣輪機；第三類是預混輻射催化燃燒。催化劑可以是管、平面或蜂窩狀。天然氣與空氣經過與混在催化燃燒其中發生表面催化和氣相反應，燃料能量轉換為紅外輻射能量傳出。催化燃燒紅外輻射加熱器的燃燒方式可以采用第一類和第三類催化燃燒

     天然氣按一定比例與空氣混合，在催化劑表面進行無焰燃燒，避免氣相燃燒發出的可見光而造成的能量損失，其能量大部分轉化為紅外射線，可以用于物體干燥加熱，稱為催化燃燒紅外輻射加熱。紅外輻射加熱以電磁波的形式傳遞熱量，不需要任何媒介，熱損失小。當被加熱分子受到某種頻率的紅外線照射時，輻射源的輻射能譜與被加熱物分子產生共振吸收，加速分子內部的熱運動，從而達到升溫加熱的目的。目前市場受紅外加熱設備一般是電紅外，可以發射全波段的紅外光譜并得到廣泛應用，缺點是一次性投資和運作成本高，能源利用率低，而能源短缺不可回避，發展節能技術是資源節約型社會發展的戰略性選擇，天然氣紅外加熱技術由此應運而生，并已經在工業和民用燃燒設備上得到廣泛應用。如涂裝工業可用于汽車、自行車、縫紉機和家用等的漆膜干燥，紡織工業活性染料印花的干燥、塑料制革工業樹脂干燥和皮革干燥以及農業生產谷物油料干燥和種子處理等實踐證明，天然氣紅外輻射加熱比傳統的對流加熱和紅外加熱具有投資省、效率高、運行成本不低和污染少等優點。

  天然氣催化燃燒紅外輻射加熱技術利用其體燃燒在催化劑表面均勻燃燒，克服了非催化天然氣紅外輻射加熱技術的缺點，比非催化天然氣紅外技術具有更高的能量轉化率和能源利用率

   催化燃燒在環境友好工程中的應用

   催化燃燒應用在燃氣輪機發電領域

 美國在20世紀末最后十年里，天然氣電廠以每年6000MW裝機容量的速度逐年遞增。隨著‘‘西氣東輸’’世紀工程的啟動，我國天然氣發電領域也逐步與世界接軌，因此對該領域中存在的應用技術問題的探究已是刻不容緩。天然氣燃燒中的環境問題是由于天然氣的熱值較高，似的燃燒室溫度高達1800攝氏度，助燃空氣中的N₂，發生高溫氧化，造成NO_X污染。它以催化燃燒代替傳統的獲賠燃燒方式，燃燒室溫度被降至1500攝氏度以下，能夠有效的抑制熱效應NO_X，生成反映的發生。工業領域對催化燃燒技術的興趣還在于，催化劑能夠穩定貧燃火焰，進行高溫燃比燃燒，增大了燃料的利用率；另外，催化劑促進的無焰燃燒，產生的熱流溫度適中，無需冷卻空氣進行稀釋，可直接驅動燃氣輪機發電不僅能夠降低對環境的破壞，還大大的提高了燃氣輪機的效率

推廣催化燃燒技天然氣催化技術燃燒紅外輻射加熱技術克服了一半天然氣紅外輻射加熱燃燒溫度高、容易回火、NO_X、CO₂和UHC排放量高等缺點。目前，催化燃燒技術的研究與應用進入了一個快速發展的階段，它的作用也越來越被人們所重視。催化燃燒技術也在許多領域得到了運用。例如汽車及其他機動車輛由于引入了催化技術、節省了燃料，加盟很低了廢棄物的排放，使環境污染的程度大大降低。催化技術也成功應用于家用燃氣的催化燃燒，水泥熟料的煅燒，但進一步的研究仍是非常必要的。

     催化燃燒領域的應用廣泛，意義之大，在未來的社會發展美中，它具有舉足輕重的地位，對節能降耗，合理利用資源和保護環境上都具有重要的推動作用。因此，大力推進催化燃燒技術的研究工作，積極術的應用，對社會的發展和環境的保護具有深刻積極的影響

5 結 論

催化燃燒領域的應用廣泛，意義之大，在未來的社會發展美中，它具有舉足輕重的地位，對節能降耗，合理利用資源和保護環境上都具有重要的推動作用。因此，大力推進催化燃燒技術的研究工作，積極術的應用，對社會的發展和環境的保護具有深刻積極的影響

參考文獻

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All air premixed combustion method and technical conditions

 Yang Bo     120121605

Abstract: In the premixed combustion air as the research object, using the method of experimental research, it is concluded that the experimental results, the results of the study show that all air premixed combustion square method technical conditions for three, natural gas is known as a clean, efficient, high quality energy, in the chemical industry, the electric power, city gas, and other industrial and civil fields is widely used. Along with the west-east gas transmission and full implementation of China's natural gas industry will enter a rapid development stage. However natural gas combustion heat of the high and pollution emissions less, but in normal combustion conditions still discharge a large number of NOX, CO and SO2. Research shows that gas catalytic combustion technology can not only increase the combustion rate, but also is expected to fundamentally improve the gas burning pollutant emission problems.

Keyword:Full premixed air  Atmospheric type combustion