天然气-氢气混合燃料相关文献

氢气与天然气理化性质对比

性质

氢气

天然气

相对分子量

2.016

16.043

密度（kg/m³）

0.089

0.7-0.75

热值（KJ/m³）

10794

33440-41800

运动黏度（10⁶/m²/s）

93.0

14.5

扩散系数（10⁴kg.m²/s）

0.611

0.296

最低着火温度（^oC）

400

540

最小点火能（10^-8KJ）

1.511

29.010

燃烧界限（%）

5-75

5-15

爆炸极限（%）

4-76

5-15

火焰传播速度（m/s）

2.65

0.38

常温下燃烧温度（^oC）

1430

800-1000

关于长江大学天然气掺氢的研究结论

天然气锅炉掺氢燃烧特性以及“电转气”系统制氢的经济性展开了研究。主要成果如下:(1)建立了热伴流燃烧器模型,基于甲烷燃烧24步GRI-MECH化学反应动力学简化机理,对常规空气氛围下,空气过量系数恒定的甲烷掺混不同比例氢气的混合气体进行了燃烧数值模拟研究。对比了各工况下燃烧的温度云图、轴向温度分布、燃烧各组分分布云图、污染物分布云图。从机理上分析并比较了不同掺氢比对燃料燃烧温度、燃烧速率、污染物(碳烟、NOx、CO)生成与浓度分布规律。结果表明:掺氢会升高燃烧温度、增加H和OH自由基浓度、加强氧化作用,促进甲烷燃烧的链式反应、促进热力型NOx的生成、抑制CO和碳烟的生成。随着掺氢比的增加,燃烧效率提高、燃烧反应速率加快、燃烧热损失减小,碳烟和CO的浓度与排放总量均降低,NOx的浓度上升但排放总量先减小后增大,掺氢体积分数在0～40%时对NOx具有减排效果。(2)建立了套管旋流燃烧器模型,设计了6种掺氢比例工况,对常规空气氛围下、空气过量系数恒定的天然气掺混不同比例氢气的混合气体进行了燃烧数值模拟。分析对比了各工况燃烧的温度分布、燃烧烟气的成分与排放量,并根据锅炉污染物特别排放限值的规定分析了NOx、碳烟排放的变化规律。结果表明:锅炉发热功率恒定时,掺氢会提高燃烧温度、加快燃烧速率、减少烟气排放、降低CO2排放量、增加水蒸气的生成,抑制NOx和碳烟的生成与排放。在满足燃料互换性的前提下,得出燃气锅炉最佳掺氢体积分数为24.7%。(3)建立了制氢站的项目经济模型,基于净现值NPV与内部收益率IRR方法,对制氢站项目的三种制氢方案进行了经济性与敏感性分析。结果表明:“电转气”系统制取“能源氢”和“工业氢”的方案利用正常风电即可有良好的经济效益,但所制氢注入天然气管网的方案需要销纳“弃风”电能才可保证收益。影响项目经济性的主要因素有四点:制氢技术成本、电价、“弃风”电能发电占比、氢价。NPV与IRR对各影响因素的敏感性强度大小依次为:氢价>制氢技术成本>“弃风”电能发电占比=电价。

关于景德镇陶瓷大学天然气掺氢的研究结论

陶瓷烧制过程消耗的能源以及排放的污染物较多.天然气作为目前烧制陶瓷的主要燃料,其主要成分为甲烷,与煤炭、石油相比,虽属于清洁能源,但是其燃烧过程仍会产生NO、NO2等污染物.为实现国家"双碳"目标,系统研究了窑炉燃烧过程中掺氢对燃烧的影响.通过研究五种不同的掺氢比例对于窑炉整体燃烧的影响,发现氢气的加入会促进燃烧使得窑炉内温度上升200 K,并且随着氢气含量的提升,·O、·OH、·H这类促进燃烧的自由基产生速率提高.氢气的加入会促进窑炉内部NO的产生,也会抑制窑炉内部NO2的产生.氢气的加入并不会改变燃烧本身的性质,即燃烧仍是以CH链氧化为主的燃烧反应。结果显示,最优掺氢比例为40％。

关于热科学与动力工程教育部重点实验室(清华大学能源与动力工程系)天然气掺氢的研究结论

掺氢天然气作为一种低碳燃料其在已有燃气设备上的适应性成为关注重点。在一台配有金属纤维燃烧器的350 kW燃气实验炉上进行掺氢燃烧实验重点关注掺氢比(0%~30%)和负荷(25%~100%)变化对燃烧器运行性能和污染物排放的影响。结果表明保证负荷和风机转速不变时掺氢后炉膛燃烧的过量空气系数增加NO_(x)、CO和CO_(2)同时降低;随着负荷的增加金属纤维燃烧器更趋向于蓝焰模式NO_(x)排放降低CO排放增加。实验过程中基本上所有工况(经过优化后)均可以满足NO_(x)和CO排放都低于30 mg/m^。

成都光明光电股份有限公司特种光学玻璃材料技术创新中心天然气掺氢的研究结论

在小型玻璃熔窑中以掺氢天然气作为燃料探究不同掺氢比例的燃烧特性及其对熔窑特性的影响。研究表明:在不改变现有窑炉供气管道结构以及燃料总流量的情况下随着天然气中氢气(H_(2))体积分数由0增加至25%燃烧火焰的长度及覆盖面减小火焰峰值温度升高火焰中的氢氧根(OH^(-))浓度增大;因此天然气掺氢燃烧对熔窑结构提出了新的要求对耐火材料、火焰喷枪的耐高温和抗碱性能要求更高。在熔窑特性方面随掺氢量的增加炉温与玻璃液面的吸热量先升高后降低掺氢的体积分数为20%时炉温最高较不掺氢时升高了20;烟气中二氧化碳(CO_(2))体积浓度占比随掺氢比增大而降低掺氢比例为25%时相比于不掺氢工况降低了7.5%。

北京科技大学能源与环境工程学院天然气掺氢的研究结论

天然气混合氢气燃烧可有效降低含碳物质的排放。但掺混氢气会改变燃料性质进而影响燃烧进程故有必要对掺氢燃烧进行深入研究。主要研究了以混氢天然气为燃料的燃气轮机的燃烧特性和排放特性采用数值模拟的方法研究不同的掺氢比(H_(2)体积含量为0~100%一共6种工况)对GE-10实验型燃气轮机燃烧室燃烧过程的影响。研究结果表明随着掺氢比的增加火焰温度上升燃烧反应区前移。在低掺混比下火焰筒出口处的温度分布随掺氢比增大趋向均匀。当掺氢比超过0.6时出口处温度分布均匀性大幅下降。此外混合燃料中氢气成分的增加会导致局部释热量提高进而导致NO_(x)排放增加当掺氢比超过0.8时NO_(x)排放量增加的幅度变大。同时随着掺氢比的提高CO和CO_(2)的排放量显著减少H_(2)O的生成量显著增加。研究结果将为后续混氢燃烧技术在工业燃气轮机上的应用提供理论指导。

关于重庆大学城市建设与环境工程学院民用天然气掺氢的研究结论

为了研究天然气掺氢后对家用燃气灶燃烧特性的影响,通过燃气互换性理论确定了天然气的最大掺氢比例为23%,在此基础上设置灶前压力分别为1500,2000,3000Pa,并对掺氢比例分别为5%,10%,15%,20%的天然气进行燃烧试验.试验结果表明:随着天然气掺氢比例的增加,家用燃气灶的一次空气系数逐渐增加,热负荷逐渐下降,热效率逐渐升高;天然气掺氢后,家用燃气灶烟气中的CO,NO,NOx含量均低于纯天然气燃烧后的烟气。

关于深圳市燃气集团股份有限公司民用天然气掺氢的研究结论

从能量计量、体积计量以及碳税等方面,对天然气管道掺氢进行经济可行性分析。以能量计量时,氢气成本需为天然气成本的28.6%~37.5%;以体积计量时,上游氢气生产成本需低于天然气。当下游用气费用不变,每掺1%氢气,中游售价需下降0.63%~0.72%;当中游利润不变,掺氢比为5%~20%时,氢气成本应低于天然气成本与0.62~0.63倍天然气利润之和;当两者均不变,氢气价格需低于天然气成本价格的37.1%~38.1%。考虑碳税为50~500元/t时,每掺1 m^(3)氢气,价格应再降低0.029~0.300元/m^(3)。

业界对于天然气掺氢的研究结论

英国学者研究得出，掺氢比例为 10%时，当地使用的多数天然气燃气设备能够较好地适应，家用灶具受华白数、回火指数的影响，掺氢比例不应超过 23%。比利时学者通过计算华白数得到将低于 17％的氢气掺入本国天然气后可直接供应于家用、商用燃具。国内马向阳等人以 12T 天然气为基础气，采用高华白数和燃烧势计算方法得出向12T 天然气中掺入氢气的最高掺氢比例为 23%，并对掺氢比例分别为 5%、10%、15%、20%的掺氢天然气进行了燃烧实验，结果表明随着掺氢比的增加，家用燃气灶的热负荷逐渐下降，热效率不断提高，燃烧所排放的污染物含量低于纯天然气。