近年来，燃气内燃机技术不断发展，尽可能减少污染物的排放，以适应越来越严格的气体发动机排放法规要求。主要的技术路线有两种：稀薄燃烧和富氧燃烧。

目前燃气内燃机采用的技术路线主要有两种：稀薄燃烧和富氧燃烧，两者有各自的适用场景和特点。

- 稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出。

- 富氧燃烧技术具有燃料适应性广、环境适应性强，同时负载瞬间响应能力强等特点。

一、两者区别与优势对比

图一：富氧燃烧和稀薄燃烧的比较

富氧燃烧（Rich-Burn）技术简单说就是燃气内燃机运行于接近理论当量燃烧空燃比（Air/Fuel ratio, AFR），使之有足够的空气让燃料充分燃烧。富氧燃烧的燃气内燃机需要匹配三元催化器（TWC）来降低氮氧化合物（NOx），一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）等有害空气污染物的排放。

稀薄燃烧（Lean-Burn）技术，也称为贫燃燃烧技术，是在燃料燃烧时加入过量的空气, 一方面可以显著提高燃料的利用率, 改善燃料的经济性; 另一方面大量稀混空气能降低燃烧室最高燃烧温度，从而减少氮氧化合物（NOx）的产生，进而降低氮氧化合物（NOx）的排放。同时稀薄燃烧技术对爆震能够起到抑制作用，从而可以提高缸内平均有效压力（BMEP）以达到最佳燃烧效果，因而广泛用于能量密度高以及能量利用效率高的应用场景。

二、降低排放

图二：不同空燃比下的排放示意图

富氧燃烧技术的燃气内燃机的NOx排放量为12-16 g/bhp-hr（折算排烟在5%氧含量时，NOx排放浓度为5,000 ‐ 6,500 mg/Nm³）。但是其接近理论当量燃烧排烟组分，以及较高的排烟温度，可以通过匹配三元催化器，以有效降低排烟中三大污染物的排放：NOx，CO及HC，其中NOx的排放量可以降低99%以上，同时杜绝有毒物质甲醛的排放。通过富氧燃烧+TWC技术，排烟中NOx排放浓度可以降至0.1 g/bhp-hr以下（折算排烟在5%氧含量时，NOx排放浓度低于50 mg/Nm³），同时实现超低HC排放，极大地减少温室气体“碳足迹”的排放。

在能量密度高以及能量利用效率高的应用场景，同时适度的排放指标（排烟在5%氧含量时，NOx排放浓度为250或者500 mg/Nm³）情况下，稀薄燃烧技术将具有显著的优势。不需要安装尾气处理设备，颜巴赫6系列燃气内燃机可以实现高达24 bar的缸内平均有效压力以及46.5%以上的发电效率。如需达到富氧燃烧+TWC技术同样的排放指标，采用稀薄燃烧技术的燃气内燃机将需要匹配选择性催化还原（SCR）脱硝设备。选择性催化还原（SCR）脱硝同时可以显著降低CO以及甲醛的排放，但是较低的排烟温度限制了HC的减排效果。

三、运行灵活性

富氧燃烧技术的燃气内燃机可以应用于各种天然气燃料，但是生物沼气、污水沼气以及垃圾填埋气的气体限制使用，此类燃料气体会引起三元催化剂中毒。富氧燃烧技术较高的燃烧室温度限制了燃气内燃机的输出功率和缸内平均有效压力，因此富氧燃烧技术的燃气内燃机相比稀薄燃烧技术的燃气内燃机的能源利用效率较低。但是在NOx排放浓度指标要求极低的情况下，稀薄燃烧技术的燃气内燃机的能源利用效率显著衰减，乃至和富氧燃烧技术的燃气内燃机能源利用效率接近。

由于稀薄燃烧技术的空燃比（AFR）较高，燃气内燃机的排烟中有仍有超过10%的氧气，其排烟中的NOx排放量为富氧燃烧技术燃气内燃机排烟的NOx排放量的5%~10%。稀薄燃烧技术的燃气内燃机匹配选择性催化还原（SCR）脱硝设备后将可以实现更低更严格的排放指标要求。SCR通过控制尿素的量来有效将NOx转化为氮气。稀薄燃烧+SCR技术将可以使燃气内燃机在更佳的空燃比（AFR）下运行，以实现燃气内燃机更高的缸内平均有效压力以及发电效率。

四、结论

近年来，燃气内燃机技术不断发展，尽可能减少污染物的排放，以适应越来越严格的气体发动机排放法规要求。

各个地区纷纷考虑出台更严厉的NOx排放指标要求，有些区域将NOx排放指标要求定为50 mg/Nm³，甚至30 mg/Nm³。在此趋势下，富氧燃烧+ TWC技术将成为很好的选择。

稀薄燃烧技术受海报高度影响明显，在海拔高度超过约450米（1500 英尺）情况下，稀薄燃烧技术的燃气内燃机将开始出现功率衰减。而富氧燃烧技术的燃气内燃机将可以在约2438米（8000英尺）的情况下保持满功率输出。

综上所述，稀薄燃烧技术与富氧燃烧技术比较总结如下表：

表一：稀薄燃烧技术与富氧燃烧技术比较表