貝克休斯 凱普斯通燃氣輪機的優(yōu)勢及特性

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一、純氫燃氣輪機的優(yōu)勢 ：7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
燃氫燃氣輪機能夠支撐能源行業(yè)深度減碳，是銜接風能、太陽能等可再生新能源、新型儲能系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的可靠性最高、經(jīng)濟性最好的跨季節(jié)調(diào)節(jié)裝備。目前各大燃氣輪機OEM廠商均承諾在2030年前開發(fā)出低排放純氫燃氣輪機，支持全球天然氣電網(wǎng)向可再生能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。純氫燃氣輪機能夠完全使用氫氣作為燃料進行燃燒，具有以下顯著優(yōu)勢：7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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①　零碳排放：氫氣燃燒的產(chǎn)物主要是水蒸氣，不產(chǎn)生二氧化碳，從而顯著減少溫室氣體排放，有助于應對氣候變化。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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②　高效能量密度：氫的能量密度較高，意味著相同質(zhì)量的燃料可以產(chǎn)生更多的能量，提高了燃氣輪機的效率。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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③　多樣化能源來源：氫氣可以通過多種途徑生產(chǎn)，如電解水、天然氣重整、固體燃料氣化、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化等，隨著電解槽成本、電耗及綠電的價格逐步降低，綠氫將逐步取代灰氫，成為工業(yè)領(lǐng)域用氫的主要來源。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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④　高靈活性：氫燃氣輪機可以與現(xiàn)有的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施部分兼容，具備較好的適應性和靈活性。目前已經(jīng)在實施的摻氫示范項目表明，低于30%體積比例摻氫不會對現(xiàn)有天然氣燃氣輪機基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生顛覆性影響，通過相對成本較低的改造即可實現(xiàn)10%以上的碳減排。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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二、氫氣的燃燒特性：7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
氫氣燃燒特性相對于甲烷變化較大，氫氣體積熱值僅有甲烷的1/3，但是爆炸極限寬、燃燒速度快、燃燒溫度也比甲烷高150℃，因此高氫含量燃氣輪機燃燒系統(tǒng)具有以下特點：7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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①　為達到同樣的熱負荷，燃料系統(tǒng)需要供應更大的體積流量。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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②　燃燒溫度是影響熱力NOx生成的最敏感參數(shù)，其與NOx生成速率呈指數(shù)關(guān)系。氫氣燃燒峰值溫度高，產(chǎn)生的熱力NOx排放較高。同時因氫氣密度低，射流穿透能力弱，易被高速氣流快速卷走，帶來局部當量比高和高溫熱點的問題，進而生成大量的NOx。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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③　氫氣質(zhì)量擴散系數(shù)是天然氣的3倍，火焰速度快10倍，容易快速形成易爆環(huán)境，燃燒壓力升高率過高或者壓力波動。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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④　噴射后勢能低，凝聚性低，穩(wěn)定火焰短，更靠近燃燒器噴嘴，容易發(fā)生回火。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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⑤　氫氣點火能小，點火濃度寬，極易自燃。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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⑥　氫氣的燃燒產(chǎn)物為高溫水蒸氣，相對于天然氣燃燒產(chǎn)物氣體成分不同，其焓降也會有所不同，會影響渦輪邊界條件甚至改變整個系統(tǒng)的動力學特性。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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綜上，氫氣燃燒過程具有火焰溫度高、傳播速度快的特點，采用純氫或摻氫混合燃料的燃氣輪機燃燒技術(shù)方面存在著自燃、回火、NOx排放超標和燃燒振蕩等主要問題。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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燃氣輪機是一種燃料靈活性相對較高的發(fā)電或者驅(qū)動設(shè)備，但是氫氣和天然氣燃燒特性差異較大，在現(xiàn)有天然氣燃燒室開展富氫燃燒會影響燃燒穩(wěn)定性及整機匹配，帶來整機的可靠性及排放問題。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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目前典型的應對方案分為兩種：7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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（1）基于成熟構(gòu)型改進，擴展天然氣燃燒室的工作范圍。目前各OEM廠商普遍使用的先進低NOx技術(shù)的貧預混燃燒室不能直接燃用純氫，為了避免回火及熱聲振蕩，一般控制燃料中氫氣體積分數(shù)少于30%，經(jīng)過適應性改造可以到60~70%，但無法實現(xiàn)全氫燃燒。而使用傳統(tǒng)的擴散燃燒室可以控制回火，實現(xiàn)100%燃氫，但為了減少由較高的擴散燃燒火焰溫度引起的NOx增加，須要采用注入蒸汽、氮氣或者采用成本昂貴的NOx減排裝置。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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（2）新研適用于全氫燃燒的新型低排放燃燒室。這其中最主流的技術(shù)路線當屬微混燃燒技術(shù)，主要原理是將大尺度火焰轉(zhuǎn)化為多個微小尺度火焰，增強了空氣和氫氣的局部混合強度，提升了混合均勻度，同時小尺度火焰顯著縮短了氫氣在高溫區(qū)的駐留時間，可以大幅度降NOx生成。目前大多數(shù)都處在研究開發(fā)過程中，基本實現(xiàn)了原理試驗驗證向工程應用的過渡，污染物排放抑制效果顯著。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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二、貝克休斯純氫燃氣輪機發(fā)展路線7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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貝克休斯輕型工業(yè)燃氣輪機系列（NovaLT5/12/16）針對天然氣的干式低排放版本目前可以實現(xiàn)30%的摻氫混燒。為了實現(xiàn)100%全氫燃燒，貝克休斯分兩個階段在2026年前實現(xiàn)純氫低排放燃機開發(fā)并逐步推向市場。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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第一階段，基于成熟部分預混燃燒技術(shù)實現(xiàn)純氫穩(wěn)定燃燒，NOx排放控制在150ppm以下，通過選擇性催化還原（SCR）進一步降低至15ppm甚至更低。目前可以實現(xiàn)做到天然氣燃燒、摻氫燃燒、純氫燃燒之間輕松切換，產(chǎn)品在摻氫燃氣管線增壓站上已經(jīng)逐步應用。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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第二階段，2023年完成全預混純氫低排放燃燒技術(shù)開發(fā)，目前正在HyPowerGT項目支持下開展部件及整機驗證，全新設(shè)計的DLN純氫燃燒室全溫全壓燃燒器上開展性能及排放驗證，技術(shù)成熟度達到TRL6。2026年在NovaLT16機組上率先應用并開展長時間運行考核，技術(shù)成熟度達到TRL7。7zQ廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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