熱力型NOx是指空氣中的N2在高溫下氧化生成NOx。當溫度低于1500℃時，熱力型NOx生成量很少；高于1500℃ 時，溫度每升高100℃，NOx生成速度將增大6～7倍。在實際燃燒過程中，由于燃燒室內溫度分布不均勻，如果出現局部高溫區，則會在該區域生成較多的熱力型NOx。因此，熱力型NOx是減少天然氣燃燒過程中NOx排放量的主要控制類型。

快速型NOx是由空氣中的N2與燃料中的碳氫離子團(CH等)反應生成CN類化合物，然后再被氧化成NOx，通常在富燃料(氧濃度相對較低)的情況下產生。相對而言，大顆粒的固體燃料在燃燒時，較難與空氣進行均勻混合，較易形成富燃料現象，從而生成快速型NOx。天然氣為氣體燃料，易與空氣均勻混合，因此，天然氣燃燒過程中不易生成快速型NOx。

       燃料型NOx是指燃料中的含氮化合物在燃燒過程中熱分解又接著氧化成NOx。天然氣中含氮化合物的量很少，因此，天然氣燃燒過程中不易生成燃料型NOx。

熱力型NOx需高溫條件，經研究發現，當燃料與空氣的當量比為1:1 時，燃燒溫度最高。因此，基于該原理，人們提出目前使用最廣的分級燃燒技術，包括空氣分級燃燒技術與燃料分級燃燒技術?？諝夥旨壢紵敲绹?0世紀50年代提出的，將空氣分兩次通入鍋爐，形成兩級燃燒。一次空氣與燃料在鍋爐入口附近的著火區進行局部富燃料燃燒，僅生成少量NOx。通過推遲二次空氣的混入，進而降低鍋爐內溫度，較大程度地抑制了熱力型NOx的生成。燃料分級燃燒與空氣分級燃燒正好相反，第一級為富空氣燃燒，雖會生成一定量的NOx，但在第二級燃燒中，通入二次燃料，可以使第一級生成的NOx在還原氣氛下生成N2，進而控制NOx生成。

空氣分級燃燒比燃料分級燃燒更易于操作和控制，也更成熟，是目前使用最廣泛的低NOx燃燒技術之一。但由于其燃燒溫度較低，因此在供熱燃氣鍋爐中使用較少。而燃料分級燃燒技術適用于各種燃氣鍋爐，且能顯著降低NOx排放量，使煙氣中NOx質量濃度降至60mg/m3左右。

貧燃預混燃燒是指燃料進入鍋爐前與過量空氣預混，再點火燃燒。其不僅能保證燃料充分燃燒，而且過量空氣的通入能起到降低燃燒溫度、控制NOx生成的作用。該工藝能夠通過控制空氣當量比來調節燃燒溫度，最高可減少85%～90%的NOx生成量。但由于其是在偏離理論空氣量的情況下燃燒，容易出現燃燒不穩定的現象，進而導致火焰吹熄或振蕩燃燒。同時，過高的過?？諝庀禂禃е屡艧煙釗p失的增加，降低鍋爐熱效率。

煙氣再循環技術是向火焰區域通入煙氣，不僅能起到降低燃燒溫度的作用，而且煙氣的加入降低了氧氣分壓，進而減弱氧氣與氮氣生成熱力型NOx的反應。煙氣再循環技術分為外部煙氣再循環與內部煙氣再循環。外部煙氣再循環技術是指鍋爐出口的煙氣經過一個外部管道循環返回鍋爐的燃燒區。內部煙氣再循環技術是指通過改變燃燒器與爐膛的結構，使煙氣在爐膛內循環回流到燃燒區域。內部煙氣再循環可以借助旋流燃燒器讓氣流產生旋轉達到循環效果，也可以通過高速噴射火焰的卷吸作用使煙氣循環。通過煙氣再循環，產生渦流，在火焰中心形成環形的再循環區域，該區域的高溫氣體將回到燃燒器喉部，不僅確保了天然氣點火，而且降低了火焰溫度和氧氣分壓，進而減少NOx生成。但煙氣的引入導致爐膛溫度降低，煙氣流速增加，爐膛與各受熱面間的熱量分配改變，鍋爐熱效率降低。同時，還可能出現燃燒不穩定的現象。

注水-蒸汽技術，即在鍋爐燃燒區噴入水或者蒸汽，以控制燃燒溫度，避免燃燒溫度過高。早在1973年，美國通用電氣GE公司就率先使用該技術實現了控制NOx排放量的目的。雖然注水-蒸汽技術能夠有效地降低熱力型NOx的生成，但是隨著注水或蒸汽量的增加，天然氣不完全燃燒比例增加，CO和未燃燒碳氫化合物的量增加，尤其是當水或者蒸汽與天然氣的物質的量之比超過0.8時，CO和未燃燒碳氫化合物的量呈現指數增加趨勢。

催化燃燒技術是指天然氣在催化劑作用下進行燃燒，一般在燃燒器入口添加催化劑，讓天然氣和氧化劑以較低的活化能在催化劑表面反應。由于燃燒僅在催化劑表面進行，燃燒溫度較低，因此可以減少NOx的生成量。常用的催化劑為多孔介質，由于多孔介質的傳熱系數更大，會加強火焰的對外傳熱，進一步降低燃燒溫度，通?？傻陀?000K。但催化燃燒必須保證催化劑活性在燃燒過程中不變。另外，催化劑造價相對較高。因此，催化燃燒技術目前還未實現工業化應用。

傳統的火焰燃燒為局部燃燒過程，由于反應僅發生在火焰處，因此，極易形成局部高溫，導致NOx的生成。1989年德國和日本的工程師提出了無焰燃燒技術。無焰燃燒是指將高溫空氣和燃料通過不同噴口噴入燃燒室，劇烈混合，使反應在一個寬廣區域內發生，有時甚至會充滿整個爐膛，火焰被劇烈放大，鋒面消失，無明顯輪廓，肉眼看不見明顯火焰，因此被稱為無焰燃燒。由于燃燒在整個爐膛內發生，溫度分布均勻，不會出現局部高溫區，從而將NOx濃度控制在較低水平。進行無焰燃燒時需將空氣預熱至650℃，爐內溫度僅為1000℃，NOx接近于零排放。進行無焰燃燒，需要滿足以下要求：應分別射入高速空氣流和燃料流，以降低氧氣濃度；應保持整個燃燒環境溫度穩定；爐膛內多余熱量應快速移除，以保證爐膛內溫度不會過高。

為了在降低燃燒溫度的同時，使燃料盡可能充分燃燒，Pourhoseini提出了一種新型的擴散燃燒技術。該技術借助燃料熱解的原理，將20%～50%的天然氣直接通至火焰中心。經實驗發現，這部分天然氣在火焰中心直接裂解為炭黑顆粒，不僅提高了火焰輻射熱量，而且裂解過程為吸熱過程，大大降低了火焰溫度，進而減少近35%的NOx排放量。

Zhu Lei等人提出了一個多級注氫燃燒工藝，發現通過對燃燒爐進行多點注氫，不僅能夠提高燃燒效率，還能起到降低NOx生成量的作用。

由于天然氣低NOx燃燒技術主要是通過降低燃燒溫度來減少NOx排放量，這勢必會導致燃燒所產生的熱量降低，因此人們提出了將天然氣與其他燃料混合的雙燃料燃燒工藝，最常用的為天然氣與汽油。兩種燃料混合進料，并結合均質壓燃技術，在保證燃燒所產生的熱量的前提下，通過燃料的充分混合，均勻燃燒，避免局部高溫的出現，降低NOx排放量。

①早期燃燒技術是在穩定燃燒的前提下提高燃料燃盡率，忽略了NOx的生成。②隨著燃燒控制技術工業化水平的提高以及環保部門對NOx控制要求的提出，以分級燃燒為代表的低NOx燃燒技術開始了大規模的應用，至今仍廣泛使用。③分級燃燒對NOx排放量的控制水平差異較大。迫于環境空氣質量亟待改善的壓力，燃燒器領域開始采用煙氣再循環對在用燃燒器進行改造，分級燃燒和煙氣再循環組合技術開始得到廣泛應用。2003 年美國南加州再次發布了調嚴天然氣NOx排放標準，使貧燃預混工藝開始普及。④隨著能源價格上漲，排煙熱損失和風機能耗過大的問題逐漸凸顯，不得不繼續開發業主接受度高、兼顧NOx排放和能源效率的新技術。

在我國開展低NOx燃燒技術研究的高校和科研院所主要包括中國特種設備檢測研究院燃燒器測試中心、清華大學、浙江大學、同濟大學、中國科學技術大學等。但國內對天然氣低NOx燃燒技術在多技術耦合方面的研究還多停留在理論階段，在工程應用方面仍有許多工作尚未開展。而在北美已有多項工程案例。未來還需借鑒國外的成功案例，加強多種低NOx燃燒工藝耦合的應用研究。

燃燒器是控制NOx生成量的核心設備，而目前國內燃燒器中進口燃燒器約占市場總份額的 90%，且以歐洲品牌為主。擴散燃燒有助于火焰穩定，操作安全，是目前燃燒器企業采用的主要技術。但由于其火焰內存在局部高溫區，會產生相對較多的熱力型NOx，導致目前國內NOx排放水平在100～400mg/m3 范圍內。未來還須加強國產燃燒器的設計、研究?？傮w來說，應圍繞以下兩方面進行，首先是注重燃燒器的低NOx燃燒設計，其次應與鍋爐設計相匹配，集成裝備的研發是解決燃氣鍋爐NOx的重要問題。

我國除技術研究之外，為了推進低NOx燃燒技術的應用，地方政府開始逐步出臺相應的優惠政策。例如，北京市在2017年出臺計劃，擬完成總容量為1×10000t/h 燃氣(油)鍋爐低NOx燃燒技術改造任務，并公布了2017年鍋爐低NOx燃燒技術改造補貼政策。單臺鍋爐的補貼額度為(5.5～9.6)×10000元/(t·h-1)。2018年，西安市也頒布了燃氣鍋爐低氮NOx燃燒改造工作相關政策，一方面對NOx排放標準進行了規范，另一方面也提出了一系列的優惠補貼政策。

① 受技術、裝備、監測等方面的限制，我國NOx排放國家標準寬于國外標準，國內在標準制定和執行方面還有待進一步加強。國家、地方應制定更為嚴格的NOx排放標準，并完善法規體系，嚴于執行和監督管理，使之落實到位。

② 以天然氣為原料的燃氣鍋爐，要降低 NO x排放，主要是控制熱力型NOx的產生，其次是快速型NOx。應通過降低火焰高溫有效地減少熱力型NOx的產生。目前常用的天然氣低NOx燃燒工藝包括:分級燃燒、貧燃預混燃燒、煙氣再循環、注水 －蒸汽、催化燃燒、無焰燃燒以及其他兼顧燃燒效率與低NOx燃燒的新工藝。

③ 為了在保證燃燒效率的基礎上，進一步降低NOx的排放量，未來的研究工作需要圍繞以下幾方面開展:在現有工藝的基礎上進行深度再開發;在保證燃燒效率的前提下，研究、優化新型的低NOx燃燒技術；加強多工藝耦合技術的研發，主要包括工藝方案的耦合以及多燃料耦合兩方面;積極開展低NOx燃燒技術的工業化應用。

④ 對國內而言，還需要加強多工藝耦合的應用研究以及國產燃燒器的設計生產。燃燒器的研究一方面應注重燃燒器的低NOx燃燒設計；另一方面還應與鍋爐設計相匹配，集成裝備的研發是解決燃氣鍋爐NOx的重要問題。

⑤ 低NOx燃燒技術改造政府補貼政策的出臺可以進一步推動低NOx燃燒器發展。