我國經(jīng)濟(jì)快速增長，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境代價(jià)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，環(huán)境污染問題反應(yīng)強(qiáng)烈。節(jié)能減排勢(shì)在必行。建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的主體，應(yīng)從多方面著手，積極主動(dòng)開展工作，全面完成各項(xiàng)節(jié)能減排任務(wù)，促進(jìn)能源與環(huán)保協(xié)調(diào)發(fā)展，走可持續(xù)發(fā)展的新型工業(yè)化道路，因此必須采用清潔能源。

天然氣作為未來的主要能源，具有許多其他能源所不具備的優(yōu)勢(shì)：

1．天然氣是最清潔的燃料。天然氣燃燒后生成二氧化碳和水，與煤炭和重油比較，燃燒天然氣產(chǎn)生的有害物質(zhì)大幅度減少，如以天然氣代替燃煤，可減少氮氧化物排放量80—90%，一氧化碳排放量可減少52%，并基本杜絕二氧化硫的排放和城市酸雨的產(chǎn)生。

2．天然氣更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，比液化石油氣便宜約50%左右。

3．天然氣熱效高，在同樣壓力下，天然氣在燃燒時(shí)較相同體積的大部分其他礦物燃料釋放出更高的熱值。

4．天然氣還具有安全的特點(diǎn)，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體，不會(huì)危害人體健康，密度比空氣輕，即使泄泄露，也是往上空飄散，不易形成爆炸源。

然而我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，工業(yè)化進(jìn)程明顯加快，石油和化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，形成了巨大的能源需求，舊有能源體系已無法適應(yīng)新形勢(shì)的需要，由此產(chǎn)生的資源、環(huán)境和安全，節(jié)能減排問題越來越受到社會(huì)關(guān)注。天然氣作為一種非常重要的化工生產(chǎn)原料，天然氣安全及其減少其燃燒對(duì)環(huán)境造成的污染越來越受到關(guān)注目前我國燃?xì)馊紵姆绞街饕腥N：擴(kuò)散式燃燒、大氣式燃燒、預(yù)混式燃燒。

（1）擴(kuò)散式燃燒

將管口噴出的燃?xì)膺M(jìn)行燃燒，如果燃?xì)庵胁缓趸瘎瑒t燃燒所需的氧氣將依靠擴(kuò)散作用從周圍大氣獲得。這種燃燒方式稱為擴(kuò)散式燃燒在層流狀態(tài)下，擴(kuò)散燃燒依靠分子擴(kuò)散作用是周圍氧氣進(jìn)入燃燒區(qū)；在紊流狀態(tài)下，則依靠紊流擴(kuò)散作用來獲得燃燒所需要的氧氣。由于分子擴(kuò)散進(jìn)行的比較緩慢，因此層流擴(kuò)散燃燒的速度取決于氧的擴(kuò)散速度。燃燒的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)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(chuàng)造出一種燃燒器，他能從周圍大氣中吸入一些空氣與燃?xì)忸A(yù)混，在燃燒時(shí)形成不發(fā)光的藍(lán)色火焰，這就是實(shí)驗(yàn)室常用的本生燈。預(yù)混式燃燒的出現(xiàn)使燃燒技術(shù)得到很大的發(fā)展。

擴(kuò)散式燃燒容易產(chǎn)生煤煙，燃燒溫度也相當(dāng)?shù)?，但?dāng)預(yù)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(qiáng)化，火焰溫度也提高了。因此部分預(yù)混式燃燒得到了廣泛的應(yīng)用。在習(xí)慣上又稱大氣式燃燒本生火焰是部分預(yù)混層流火焰的經(jīng)典例子，它由內(nèi)錐和外錐組成。在內(nèi)錐表面火焰向內(nèi)傳播，而未燃的燃?xì)饪諝饣旌衔飫t不斷地從錐內(nèi)向外流出。在氣流的法向分速度等于法向火焰?zhèn)鞑ニ俣戎醣愠霈F(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的焰面，其形狀近似于一個(gè)圓錐面，顏面內(nèi)側(cè)有一層很薄的淺藍(lán)色燃燒層，因此內(nèi)錐又稱藍(lán)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(lán)色椎體上僅僅進(jìn)行一部分燃燒過程。所得的中間產(chǎn)物穿過內(nèi)錐面，其外部按擴(kuò)散方式與空氣混合面燃燒。一次空氣系數(shù)越小，外錐就越大。

（3）預(yù)混式燃燒

完全預(yù)混式燃燒是在部分預(yù)混式燃燒的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它雖然出現(xiàn)的較晚。但因?yàn)樵诩夹g(shù)上比較合理，很快便得到了廣泛的應(yīng)用進(jìn)行完全預(yù)混式燃燒的條件是：

第一、燃?xì)夂涂諝庠谥鹎邦A(yù)先按化學(xué)當(dāng)量比混合均勻。

第二、設(shè)置專門的火道，使燃燒區(qū)內(nèi)保持穩(wěn)定的高溫。

在以上條件下，燃?xì)?空氣混合物到達(dá)燃燒區(qū)后在瞬間燃燒完畢?；鹧婧芏躺踔量床灰?，所以又稱無焰燃燒完全預(yù)混式燃燒火道的容積熱強(qiáng)度很高，并且能在很小的過?？諝庀禂?shù)下達(dá)到完全燃燒，因此燃燒溫度較高完全預(yù)混式可燃物的燃燒速度極快，但火焰穩(wěn)定性差。

完全預(yù)混式燃燒過程的熱強(qiáng)度與火道有很大的關(guān)系。正確設(shè)計(jì)的貨到不僅提高了燃燒穩(wěn)定性，增加了燃燒強(qiáng)度，而且高溫火道對(duì)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(jìn)行燃燒。燃燒器的種類很多。按一次空氣系數(shù)分類可分為1、擴(kuò)散式燃燒器，燃?xì)馀c空氣不預(yù)混，一次空氣系數(shù)等于0；2、大氣式燃燒器，燃?xì)馀c一部分空氣預(yù)先混合，一次空氣系數(shù)為0.2~0.8；3、預(yù)混式燃燒器，燃?xì)馀c空氣完全預(yù)混，一次空氣系數(shù)大于1。

對(duì)燃燒器的技術(shù)要求主要有以下幾個(gè)方面：

一、燃燒比較完全。

二、燃燒穩(wěn)定。當(dāng)燃?xì)鈮毫Α⑷A白指數(shù)和燃燒勢(shì)在正常范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，不發(fā)生回火和脫火現(xiàn)象。

三、燃燒效率較高。

四、再而頂壓力下，燃燒器能達(dá)到所要求的熱負(fù)荷。

五、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬消耗少、調(diào)節(jié)方便、工作無噪聲。

擴(kuò)散式燃燒器燃燒穩(wěn)定，不會(huì)回火，運(yùn)行可靠；結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；操作簡單，容易點(diǎn)火；可利用低壓燃?xì)?，燃?xì)鈮毫?00-400帕或者更低時(shí)，仍能正常工作；不需要鼓風(fēng)。然而其燃燒強(qiáng)度低，火焰長，需要較大的燃燒室；容易產(chǎn)生不完全燃燒。為使燃燒安全，必須供給較多的過?？諝?；由于過?？諝庀禂?shù)較大，燃燒溫度低。其適用于沸水器、熱水器、紡織業(yè)中的加熱設(shè)備及小型采暖鍋爐，用作點(diǎn)火器和指示性燃燒器。

大氣式燃燒器通常利用燃?xì)庖湟淮慰諝?，故屬于引射式燃燒器。根?jù)燃?xì)鈮毫Φ牟煌?，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(yè)裝置。

大氣式燃燒器比擴(kuò)散式燃燒器火焰短、火力強(qiáng)、燃燒溫度高；可以燃燒不同性質(zhì)的燃?xì)?，燃燒比較完全、燃燒效率比較高、煙氣中CO含量比較少；可應(yīng)用低壓燃?xì)猓捎诳諝庖揽咳細(xì)馕?，所以不需要送風(fēng)設(shè)備；適應(yīng)性強(qiáng)，可以滿足較多工藝的需求。然而由于只預(yù)混了部分空氣，而不是全部燃燒所需的空氣，故火孔熱強(qiáng)度、燃燒溫度雖比自然引風(fēng)擴(kuò)散式燃燒器高，但仍受限制，仍不能滿足某些工藝的要求；當(dāng)熱負(fù)荷較大時(shí)，多火孔燃燒器的結(jié)構(gòu)比較笨重。適用范圍廣，在家庭及公用事業(yè)的燃?xì)庥镁呷缂矣迷睢崴?、沸水器及食堂灶用得最廣，在小型鍋爐及工業(yè)爐上也有應(yīng)用完全預(yù)混式燃燒器有混合裝置及頭部兩部分組成。根據(jù)燃燒器使用的壓力、混合裝置及頭部結(jié)構(gòu)的不同，完全預(yù)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(jié)構(gòu)分為無火道頭部結(jié)構(gòu)、有火道頭部結(jié)構(gòu)、用金屬或陶瓷穩(wěn)焰器做成的頭部結(jié)構(gòu)。

完全預(yù)混式燃燒器燃燒完全，化學(xué)不完全燃燒較少；過?？諝馍伲?dāng)用于工業(yè)爐直接加熱工作時(shí)，不會(huì)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(qiáng)度大，因而可縮小燃燒室容積。設(shè)有火道，容易燃燒低熱值燃?xì)?；不需鼓風(fēng)，節(jié)省鼓風(fēng)設(shè)備。然而完全預(yù)混式燃燒器為保證燃燒穩(wěn)定，要求燃?xì)鉄嶂导懊芏纫€(wěn)定；發(fā)生回火的可能性大，調(diào)節(jié)范圍比較小。為防止回火，頭部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜和笨重；熱負(fù)荷大的燃燒器，結(jié)構(gòu)龐大和笨重。故每個(gè)燃燒器的熱負(fù)荷一般不超過2300千瓦。噪音大，特備是高壓和高負(fù)荷時(shí)更是如此。主要應(yīng)用在工業(yè)加熱裝置上。

然而能源的過度消耗導(dǎo)致了日益嚴(yán)重的環(huán)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NOX、CO以及SO2.研究表明，天然氣催化燃燒技術(shù)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(shù)的結(jié)合已有很長的歷史，但現(xiàn)代催化燃燒技術(shù)是近幾十年來對(duì)環(huán)境與節(jié)能的要求日益迫切的形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的一門新興技術(shù)。20世紀(jì)50-60年代，汽車尾氣凈化技術(shù)和有機(jī)廢氣催化焚燒技術(shù)的發(fā)展為研究共進(jìn)料情況下燃起催化氧化積累了大量實(shí)驗(yàn)依據(jù)和數(shù)學(xué)模型。20世紀(jì)90年代初期，各國政府對(duì)空氣質(zhì)量法規(guī)中排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步緊縮，史為高溫催化燃燒技術(shù)的研究提供了新的動(dòng)力。從20世紀(jì)70年代中期開始，被催化燃燒技術(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益所吸引。各大企業(yè)和科研部門針對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用和基礎(chǔ)理論展開了全球性的研究競賽，特別是在21世紀(jì)初，新興的石油化學(xué)工業(yè)以及精細(xì)化學(xué)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，推動(dòng)了催化作用基礎(chǔ)理論的研究，大大的深化了對(duì)催化劑和催化的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。催化燃燒技術(shù)不僅在消除污染、環(huán)境保護(hù)方面顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而且在能源利用的節(jié)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(shí)現(xiàn)完全燃燒，對(duì)改善燃燒過程、降低反應(yīng)溫度、促進(jìn)完全燃燒、抑制有毒有害物質(zhì)的形成等方面具有極為重要的作用，是一個(gè)環(huán)境有好的過程，啟用用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，已廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)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(yīng)，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(jìn)行無焰燃燒，有機(jī)物質(zhì)氧化發(fā)生在固體催化表面，同時(shí)產(chǎn)生CO2和H2O，并放出大量的熱量。引起氧化反應(yīng)溫度低，所以大大的抑制了空氣中的N2形成高溫NOX.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(shù)形成分子氮。

與傳統(tǒng)的火焰燃燒相比催化燃燒有大量的優(yōu)勢(shì)：

（1）起燃溫度低，能耗少，燃燒易達(dá)穩(wěn)定，甚至到起燃溫度后無需外接傳熱就能完成氧化反應(yīng)。

（2）凈化效率高，污染物（如NOX及不完全燃燒產(chǎn)物等）的排放水平較低。

（3）適應(yīng)氧濃度范圍大，噪音小，無二次污染。且燃燒緩和，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)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(kuò)散催化燃燒。燃?xì)馕唇?jīng)預(yù)混從平面燃燒器后端達(dá)到催化劑表面，淹沒過期從四周擴(kuò)散到催化劑表面。使燃?xì)庠诖呋瘎┍砻娲呋紵?，熱量從表面輻射出去燃燒溫度一般小?00攝氏度。目前，市場上的催化燃燒爐灶和部分正在開發(fā)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(yù)混貧燃絕熱催化燃燒。使用蜂窩狀催化劑。天然氣與空氣經(jīng)過預(yù)混和預(yù)熱在絕熱反應(yīng)器中的蜂窩狀催化劑上發(fā)生表面催化燃燒和氣相燃燒，燃燒溫度高達(dá)1200~1300攝氏度，應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)；第三類是預(yù)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(jīng)過與混在催化燃燒其中發(fā)生表面催化和氣相反應(yīng)，燃料能量轉(zhuǎn)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(jìn)行無焰燃燒，避免氣相燃燒發(fā)出的可見光而造成的能量損失，其能量大部分轉(zhuǎn)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(dāng)被加熱分子受到某種頻率的紅外線照射時(shí)，輻射源的輻射能譜與被加熱物分子產(chǎn)生共振吸收，加速分子內(nèi)部的熱運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到升溫加熱的目的。目前市場受紅外加熱設(shè)備一般是電紅外，可以發(fā)射全波段的紅外光譜并得到廣泛應(yīng)用，缺點(diǎn)是一次性投資和運(yùn)作成本高，能源利用率低，而能源短缺不可回避，發(fā)展節(jié)能技術(shù)是資源節(jié)約型社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略性選擇，天然氣紅外加熱技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生，并已經(jīng)在工業(yè)和民用燃燒設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用。如涂裝工業(yè)可用于汽車、自行車、縫紉機(jī)和家用等的漆膜干燥，紡織工業(yè)活性染料印花的干燥、塑料制革工業(yè)樹脂干燥和皮革干燥以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)谷物油料干燥和種子處理等實(shí)踐證明，天然氣紅外輻射加熱比傳統(tǒng)的對(duì)流加熱和紅外加熱具有投資省、效率高、運(yùn)行成本不低和污染少等優(yōu)點(diǎn)。

天然氣催化燃燒紅外輻射加熱技術(shù)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(shù)的缺點(diǎn)，比非催化天然氣紅外技術(shù)具有更高的能量轉(zhuǎn)化率和能源利用率。

催化燃燒在環(huán)境友好工程中的應(yīng)用

美國在20世紀(jì)末最后十年里，天然氣電廠以每年6000MW裝機(jī)容量的速度逐年遞增。隨著‘‘西氣東輸’’世紀(jì)工程的啟動(dòng)，我國天然氣發(fā)電領(lǐng)域也逐步與世界接軌，因此對(duì)該領(lǐng)域中存在的應(yīng)用技術(shù)問題的探究已是刻不容緩。天然氣燃燒中的環(huán)境問題是由于天然氣的熱值較高，似的燃燒室溫度高達(dá)1800攝氏度，助燃空氣中的N2，發(fā)生高溫氧化，造成NOX污染。它以催化燃燒代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(yīng)NOX，生成反映的發(fā)生。工業(yè)領(lǐng)域?qū)Υ呋紵夹g(shù)的興趣還在于，催化劑能夠穩(wěn)定貧燃火焰，進(jìn)行高溫燃比燃燒，增大了燃料的利用率；另外，催化劑促進(jìn)的無焰燃燒，產(chǎn)生的熱流溫度適中，無需冷卻空氣進(jìn)行稀釋，可直接驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電不僅能夠降低對(duì)環(huán)境的破壞，還大大的提高了燃?xì)廨啓C(jī)的效率。

推廣催化燃燒技天然氣催化技術(shù)燃燒紅外輻射加熱技術(shù)克服了一半天然氣紅外輻射加熱燃燒溫度高、容易回火、NOX、CO2和UHC排放量高等缺點(diǎn)。目前，催化燃燒技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的階段，它的作用也越來越被人們所重視。催化燃燒技術(shù)也在許多領(lǐng)域得到了運(yùn)用。例如汽車及其他機(jī)動(dòng)車輛由于引入了催化技術(shù)、節(jié)省了燃料，加盟很低了廢棄物的排放，使環(huán)境污染的程度大大降低。催化技術(shù)也成功應(yīng)用于家用燃?xì)獾拇呋紵?，水泥熟料的煅燒，但進(jìn)一步的研究仍是非常必要的。

催化燃燒領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，意義之大，在未來的社會(huì)發(fā)展美中，它具有舉足輕重的地位，對(duì)節(jié)能降耗，合理利用資源和保護(hù)環(huán)境上都具有重要的推動(dòng)作用。因此，大力推進(jìn)催化燃燒技術(shù)的研究工作，積極術(shù)的應(yīng)用，對(duì)社會(huì)的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)具有深刻積極的影響。