綠色燃燒技術
在可見的未來，人類所面對的能源短缺與環境變化，都會迫使人類改變現有能源使用方法。因此目前的首要的任務為開發新能源、發展更有效率與更潔淨燃燒方式。所以，當能夠以更少的燃料或低熱值燃料燃燒產生動力、排放更少的燃燒廢氣為本研究發展方向。一般的溫度與壓力下，碳氫氣體燃料與大氣壓下的空氣混合，存在一個可燃極限(flammability limit)範圍， 在這個範圍中燃料可以藉由燃燒過程釋放熱能，但超過這個範圍並無法燃燒。 一般生質燃料其大多具有高含水率、低熱值特性，在一般燃燒器中並無法燃燒或燃燒完全，因此本實驗室發展一綠色燃燒技術-多孔性介質燃燒技術，本技術在多孔性床質移動顆粒床的燃燒控制技術，該項技術應用一超焓燃燒概念結和移動顆粒床技術，發展一適用於低熱值燃料，並可達到低排放的燃燒器。將超焓燃燒技術介紹如下：
圖6a為一典型之接近定當量火焰溫度圖，初始溫度為常溫，其火焰溫度略低於理論絕熱火焰溫度(Tad)，在經過混合過程後，溫度會略為增加，這種紊流的混合過程，僅會在典型燃燒方式中，將兩個溫度差異很大的產物混合使得燃燒產物的溫度迅速下降，造成較大的溫度梯度。當將空氣預熱，造成所有溫度上升，使得包含火焰溫度、生成物溫度都與預熱溫度有等比例上升，這多餘的熱以回收預熱空氣用，以此為一循環，如圖6b
所示稱為預熱空氣燃燒(Preheat
air combustion, PAC)
。當預熱溫度高於引燃溫度時，稱為高溫預熱燃燒(High
temperature air combustion, HiTAC)，同樣地，多餘的熱用於預熱初始空氣，但其火焰溫度與燃燒生成物溫度差異不大，這樣地情形下，火焰面(flame
front)迅速地增厚，使得溫度梯度變小，所以其燃燒產物的化學生成機制也與原始燃燒及PAC有很大的不同。
圖6為原始燃燒、預熱空氣燃燒(PAC)與高溫空氣燃燒(HiTAC)的溫度與燃燒過程示意圖。
Tsuji, H., Gupta, A. K., Hasegawa, T., katsuki, M., Kishimoto, K. and Morita, M., High Temperature Air Combustion, CRC press, 2003
因此當初始溫度提高時，在同一個熱值下，可燃極限也就跟著提高(如圖7所示)，當燃料為一低熱值燃料時(Qf=1 MJ/kg)，其於常溫下並無法順利地引燃，所以當提高初始溫度至1300K時，由圖中可以清楚地發現其擁有接近高熱值燃料的可燃極限，所以這樣的燃燒技術可以適用於極貧油或低熱值燃料的燃燒。此種方式稱為預熱空氣燃燒(Preheat air combustion, PAC)，另一方面當初始溫度提高至引燃溫度時甚至會有自動引燃(Auto-ignition)的現像發生，這種方式稱之為高溫空氣燃燒技術(High-temperature air combustion, HiTAC)。
Tsuji, H., Gupta, A. K., Hasegawa, T., katsuki, M., Kishimoto, K. and Morita, M., High Temperature Air Combustion, CRC press, 2003
圖8一般甲烷/空氣的火焰結構圖，有薄的反應區(thin reaction zone)稱為薄碎焰(flamelet)。在這個區域內有著快速的反應使得溫度、濃度產生了極大的梯度(gradient)，主要均是因為反應區內有著大量的熱釋放。相反地，以一氮氣稀釋的甲烷氣(40%)及氮氣稀釋的空氣(氧氣濃度約8%)，圖8中可以看出火焰反應區變厚，火焰溫度較低、預熱溫度均高於1273K，此低火焰溫度主要是因為預熱反應物及大量稀釋氮氣的空氣，因為在大量稀釋反應氣體，使得反應區的局部反應率變小，需增加反應區體積，來維持相同的原始燃燒反應率。因此，燃燒所產生反應及熱釋放，夾帶著大量的生成物氣體，使得與原始燃燒相比，其分佈範圍較廣。因此，有著較緩和的溫度上升，這些機制會抑制燃燒系統中的NOx產生。
圖8 反應區厚度溫度梯度圖
Law, C. K., Combustion Physics, Cambridge, New York, 2005