簡便高效超凈燃燒發電技術誕生

據2007年8月7日《每日科學》網站報道，科研人員成功測試了一種以純氫為燃料，配備超低排放燃燒技術（即低漩渦注射器）的試驗性燃氣輪機模擬器。低漩渦注射器可以燃燒不同的燃料，是一種既簡便又低本高效的技術。此次試驗具有里程碑式的意義，它表明這種燃燒技術有潛力幫助消除發電廠每年排放的數百萬噸二氧化碳和數千噸氧化氮。低漩渦注射器很有希望使氧化氮的排放量接近于零，而氧化氮是在發電過程中通過天然氣等燃料的燃燒排放出來的。氧化氮簡稱NOx，它既是一種溫室氣體，又是構成煙霧的氣體之一。

美國能源部電力輸送和能源可靠性辦公室最初投資開發低漩渦注射器是為了使這種技術能夠用于實地發電（既分布式發電）的工業燃氣輪機。這項研究旨在開發一種可以利用低漩渦注射器技術充分減少氧化氮排放的天然氣燃氣輪機。

羅伯特·程及其同事大衛·小約翰與圣迪亞哥太陽渦輪公司的肯尼思·史密思和瓦甄·納茲合作，把低漩渦注射器技術運用于可以產生700萬瓦特電力的“金牛座70”型燃氣輪機。該研究小組的努力使他們獲得了“研究與開發100強”的殊榮。他們將繼續開發可用于碳中和可再生燃料的低漩渦注射器，這些燃料來源于垃圾掩埋和其它工業處理過程，比如石油加工和垃圾處理。羅伯特·程說：“這是一項飛速發展的科技”。他強調稱，這些燃氣輪機正被用于發電，其工作方式是燃燒氣體燃料，它們的工作原理與噴氣式飛機的渦輪發動機相似。

美國能源部石化燃料辦公室正在資助其它計劃，在這些計劃中，科研人員將測試低漩渦注射器在先進的整體氣化聯合循環設施中燃燒合成氣體（氫氣和一氧化碳組成的混合氣體）和氫燃料的能力。整體氣化聯合循環設施又稱未來發電廠，有望成為世界上第一種接近于零排放的煤碳發電廠。未來發電廠將從氣化煤中制造出氫氣，同時沒收這一過程中產生的二氧化碳。裝機容量約為2億瓦特的氫燃氣輪機是未來發電廠的關鍵成分，目前科研人員正在對幾種將用于氫燃氣輪機的燃燒技術進行評估，低漩渦注射器技術是其中之一。伯克利國家試驗室通過與國家能源技術實驗室的合作，成功測試了這種以純氫為燃料的低漩渦注射器裝置，從而樹立了一座新的里程碑。

美國電力研究院燃氣輪機技術負責人萊昂納多·安格羅在致“研究與開發100強”選拔委員會的推薦信中寫道：“這種設備的潛力給我留下了深刻的印象，作為下一代煤碳整體氣化聯合循環發電廠的關鍵技術，它可以賦予未來發電廠捕獲二氧化碳的能力......該技術的應用為研制整體氣化聯合循環發電廠使用的燃氣輪機帶來了希望，這種發電廠的運轉將依賴于氫含量極高的合成氣體燃料或純氫燃料。”
低漩渦注射器是如何工作的

低漩渦注射器是一種機械性較為簡單的設備，它沒有運動機件，可以使氣體燃料和混合氣體產生適度的旋轉，從而使混合氣體從燃燒器中擴散出來。流出的氣體位于燃燒器噴口的不遠處，所產生的火焰是穩定的。不僅它的火焰是穩定的，而且它的燃燒溫度低于傳統的燃燒裝置。由于氧化氮是在高溫條件下產生的，因此火焰溫度較低將把氧化氮的排放降低到一個極低的水平。“低漩渦注射器的工作原理背離了傳統的方法，”羅伯特·程說：“全世界的燃燒專家才剛剛開始接受這種違反常理的概念。要解釋這種燃燒現象中隱藏的科學，需要綜合分析湍流力學、熱力學和火焰化學等學科的相關原理。”

裝有低漩渦注射器的天然氣燃氣輪機所排放的氧化氮比傳統燃氣輪機要少一個數量級。伯克利國家試驗室和太陽渦輪公司的試驗表明，裝有低漩渦注射器的燃燒器僅僅排放出了百萬分之二的氧化氮（15%的氧氣），比傳統燃燒裝置少5倍以上。

低漩渦注射器技術更重要的意義在于，它不僅能夠燃燒天然氣和氫氣等多種不同燃料，而且比較容易與現有的燃氣輪機技術相結合，從而不需要廣泛地重新設計燃氣輪機。低漩渦注射器將被設計為燃氣輪機發電廠的插入式組件。

羅伯特·程開發的低漩渦注射器技術最近被《研究與開發》雜志授予了2007年“研究與開發100強”獎，成為本年度百佳新技術之一。該技術已獲準用于燃氣輪機和其它相關應用領域。