使用催化过程进行燃烧或氧化是一种众所周知的方法，用于潜在地降低燃气涡轮发动机系统的氮氧化物（NOx）排放水平。存在各种将燃料中的化学能转化为转化产物中的热能的方法。主要过程是：1）气相燃烧，2）催化燃烧，和3）催化氧化。还存在这些方法的组合，例如具有催化氧化的第一阶段然后是气相燃烧过程（通常称为催化热）的方法。在催化氧化中，空气 - 燃料混合物在催化剂存在下被氧化。在所有催化过程中，催化剂允许相对于非催化燃烧温度降低发生氧化的温度。较低的氧化温度导致NOx产生减少。在催化氧化中，所有反应都发生在催化表面上;没有局部高温，因此形成NOx的可能性最低。在催化燃烧或热熔燃烧中，反应的某些部分在气相中发生，这增加了局部温度并导致形成NOx的更高可能性。使用催化氧化，在最佳催化氧化条件下，可以实现低于百万分之一的NOx水平;通常的非催化燃烧器，催化燃烧或催化燃烧不能实现这种低水平。在本申请中，术语“催化燃烧器”用于指利用催化的任何燃烧器，优选利用催化氧化的燃烧器。

 

催化燃烧器中使用的催化剂倾向于在某些温度条件下最佳地运行。特别地，通常存在最低温度，低于该最低温度，给定的催化剂将不起作用。例如，当天然气是燃料时，钯催化剂需要高于800K的空气 - 燃料混合物的燃烧器入口温度。另外，催化氧化的缺点在于，必须供给烃燃料完全氧化的物理反应表面随着燃烧器入口温度的降低呈指数增加，这大大增加了燃烧器的成本并使整个设计复杂化。对相对高的燃烧器入口温度的需求是一般的催化燃烧，特别是催化氧化在燃气涡轮发动机系统中没有得到广泛使用的主要原因之一。更具体地，除非采用回收循环，否则在压缩机压力比小于约40的燃气轮机中通常不能实现这种高燃烧器入口温度。在回收循环中，空气 - 燃料混合物在燃烧之前通过与涡轮机废气的热交换而被预热。因此，至少在某些条件下，回收可以帮助实现所需的燃烧器入口温度以实现适当的催化剂操作。然而，通常会遇到其他操作条件，即使在回收的情况下仍然不能达到所需的最低燃烧器入口温度。

 

例如，当在小型燃气轮机中应用回收时，回热器中的材料温度限制可以限制最大空气或空气 - 燃料混合物温度。例如，对于换热器中的常规高温材料，换热器的最大安全操作温度可以是大约900K，因此大约800到850K的空气 - 燃料混合物温度大约是可以达到的最高温度。 。该温度范围高于某些类型催化剂的最低催化剂操作温度，因此催化燃烧器可在一个特定操作条件下适当地操作，例如100％负载和标准日环境条件。然而，在其他操作条件下，例如部分负载和/或冷环境条件，燃烧器入口温度可能低于最小值。

 

期望能够克服这些问题，从而可以在小型燃气涡轮发动机系统中实现催化氧化的低NOx潜力。此外，催化过程还可以实现其他优势。这些方法扩展了气态烃燃料的操作可燃性极限，包括但不限于填埋气体，厌氧消化气体，天然气和甲烷。因此，该方法可以在比常规燃烧更稀释（更稀）的燃料/空气比下进行。