煙氣再循環(huán)可實現(xiàn)對燃燒溫度、氧濃度的控制，改善燃燒室溫度場、流場等，從而達到降低排放和提高燃燒效率的目的。綜述了煙氣（廢氣、燃氣） 再循環(huán)技術在不同領域的應用和研究進展，并對其歸納如下： 通過煙氣再循環(huán)技術可實現(xiàn)高溫空氣燃燒、稀薄燃燒、富氧燃燒和柔和燃燒等燃燒方式。從而達到降低排放、提高燃燒效率的目的。實現(xiàn)煙氣再循環(huán)難點在于煙氣回流量的控制。采用何種方式回流煙氣及強化回流是煙氣再循環(huán)燃燒技術的重要研究內容。

在工業(yè)燃燒器中無論是普通的燃氣燃燒器、燃油燃燒器，還是純氧燃燒器，煙氣再循環(huán)技術都有著廣闊的應用前景。高溫空氣燃燒是實現(xiàn)工業(yè)燃燒的有效方法，其核心即是通過煙氣再循環(huán)實現(xiàn)對空氣的預熱。該燃燒方式具有火焰體積成倍增加、火焰溫度場分布均勻、低NOx排放等顯著優(yōu)點。

夏德宏等提出將收縮－擴張結構用于燃燒器的空氣通道。開發(fā)出了用于高溫空氣燃燒的煙氣自循環(huán)型燃燒器，該燃燒器利用空氣經過縮放通道形成的負壓區(qū)卷吸燃燒室大量的煙氣，助燃空氣在燃燒之前被加熱和稀釋到較低的氧含量。通過數值模擬分析了喉部面積對煙氣自循環(huán)式燃燒的影響規(guī)律。實際運行中該燃燒器與常規(guī)燃燒器相比排煙溫度降低了30K，效率提高了9%，燃料節(jié)約率13%，具有相當可觀的經濟效益。

此外，煙氣再循環(huán)對燃油霧化亦有一定改善效果。劉聯(lián)勝等研究煙氣再循環(huán)對氣泡霧化噴嘴下游的旋流液霧火焰宏觀特性以及燃燒產物成分的影響。研究表明： 煙氣再循環(huán)一方面提高了油霧顆粒蒸發(fā)速度，改變了燃油液霧旋流火焰的宏觀特性，使其火焰長度縮短、剛性增強，而且削弱了高溫區(qū)的存在，顯著降低了煙氣中不完全燃燒產物，使燃燒效率得到提高； 另一方面煙氣再循環(huán)大大降低了火焰高溫區(qū)的氧氣體積分數，抑制了NOx的形成，從而可使NOx排放量大幅度減少。

純氧燃燒技術在玻璃爐窯、冶金工業(yè)爐窯中的應用取得了良好的節(jié)能減排效果。在對已有的燃燒系統(tǒng)從普通空氣燃燒改造為純氧燃燒的過程中，由于純氧燃燒溫度特別高，因此需要利用燃燒器將大量的煙氣回流實現(xiàn)對溫度的控制，從而避免燒嘴和燒嘴磚的過熱燒損和煙氣減少帶來的局部高溫的問題。Mark D等研究一種典型的煙氣外循環(huán)式純氧燃燒器。該燃燒器的回流煙氣通過控制閥從管道進入預燃室，在預燃室中與燃料和氧氣充分混合后進入主燃燒室進行燃燒反應。該燃燒器主要應用在對普通空氣助燃的燃燒設備進行純氧燃燒改造上，可實現(xiàn)類似于普通燃燒時的火焰特性。

燃煤鍋爐燃燒中煙氣再循環(huán)技術主要與空氣分離、富氧增壓燃燒等技術相結合，形成有自己特點的燃燒技術。Horne和Steinburg提出空氣分離/再循環(huán)技術，也稱為O2/CO2燃燒技術。

該技術原理圖如圖1所示。

圖1

空氣分離將氧氣從空氣中分離出來，分離出來的純氧與鍋爐燃燒的部分煙氣混合成新的混合氣，替代原來的空氣作為燃料的氧化劑，由于氮氣在空氣分離時被分離掉，所以該過程燃燒產物中CO2的含量達到95%以上。煙氣大部分直接液化處理。其余再循環(huán)煙氣與純氧按照一定比例混合后進入爐膛，進行與常規(guī)燃燒方式類似的燃燒過程?？諝夥蛛x/煙氣再循環(huán)燃燒技術不僅能使分離收集CO2容易進行，還同時具備相當低的NOx排放和較高的脫硫效率的功能，能夠有效控制燃煤污染。

由于常規(guī)空氣分離/煙氣再循環(huán)燃燒技術中將二氧化碳壓縮為液態(tài)需要消耗大量能量。因此美國Thermo Energy公司在常規(guī)空氣分離/煙氣再循環(huán)燃燒技術基礎上提出增壓富氧燃燒技術。增壓富氧燃燒的整體化發(fā)電系統(tǒng)的燃燒與捕集CO2的全過程均在6～8MPa的高壓下完成，大大減少壓縮電耗與壓降損失，與常壓富氧燃燒采用多級壓縮與制冷捕集CO2相比，壓縮電耗大大減少。煙氣回流燃燒室前仍會有一定的壓降，因此需要利用煙氣再循環(huán)壓縮機對再循環(huán)煙氣進行壓縮升壓后循環(huán)回燃燒室。在高壓下對氣體進行壓縮升壓，再循環(huán)壓縮機的電耗較大，使整體系統(tǒng)經濟性下降。針對上述問題，由于CO2在6MPa高壓下的液化溫度為25°C左右，因此提出一種先將CO2液化升壓再汽化蒸發(fā)為氣態(tài)CO2后循環(huán)回燃燒室的新型煙氣再循環(huán)系統(tǒng)。對液態(tài)CO2進行壓縮升壓的增壓泵的電耗遠小于對氣態(tài)CO2進行壓縮升壓的壓縮機的電耗，故采用此種將CO2先液化再蒸發(fā)的新型煙氣再循環(huán)系統(tǒng)可使整體發(fā)電系統(tǒng)的經濟性提高。