氢气在氯气中燃烧

给天然气发电加氢添绿成潮流，100%燃氢发电难在哪？

燃气轮机掺氢燃烧，这一“老技术”近年来成为天然气发电领域的新热潮。在天然气中加入氢气可以显著减少温室气体的排放总量，减少天然气作为化石燃料的消耗。依托燃气发电成熟的设备和基础设施，逐步提高掺氢占氢能的比例，最终将发电灵活高效的燃气轮机改造成完全零碳排放的燃气轮机。
对于全球可再生能源领导者中国来说，燃气轮机掺氢和纯氢燃烧的价值更具想象空间空:大规模清洁能源开发有望加速绿色制氢效率和经济性的提升。利用富氢燃料通过燃气轮机发电，将有助于降低天然气的对外依存度，减少发电中的二氧化碳排放。近年来，世界主要燃气轮机制造商都在积极提高燃气轮机掺氢燃烧能力，开拓新市场空，中国是他们加速新技术落地的重要目标市场。
“燃气轮机燃烧氢气并不是什么新鲜事。在化学和炼钢过程中产生的低热值伴生气具有非常高的氢含量GE气体发电服务中国区总经理徐鑫近日对本报表示，氢能是近年来的热门话题，但实际上，烧氢本身并不是一个全新的技术。通用电气公司在韩国投入使用的6B型燃气轮机已经使用氢含量为70%-95%(按体积计)的燃料运行了20多年。目前，GE在全球有100多台低热值含氢燃料机组在运行，累计运行小时数超过800万小时，其中部分机组的燃料氢含量超过50%。
从不同型号来看，GE的E/B级燃机具有100%的燃氢能力，功率最大、效率最高的HA级燃机具有50%的燃氢能力。通用电气的目标是到2030年实现HA级燃气轮机100%的氢燃烧能力。既然有了技术和实践基础，为什么最新的燃气轮机实现从50%掺氢到100%掺氢的跨越还需要近10年？
GE燃气发电集团中国区产品技术总经理严对本报解释说，不同型号的燃氢能力的差异主要来源于其燃烧系统的差异。E/B级燃气轮机使用的MNQC(多喷嘴静音燃烧系统，扩散燃烧技术)已经可以实现100%的氢气燃烧，但在排放控制和能效方面有一定的局限性。而HA级燃气轮机使用的DLN2.6e微孔预混燃烧器可以实现高效率、高比例掺氢燃烧，同时控制氮氧化物排放。
2005年，就在页岩气革命爆发前，美国将氢气列为技术储备中的低热值燃料。当时，GE向美国能源部申请了氢燃烧技术研发的国家项目，开发出了微孔预混燃烧器。2016年，该燃烧器应用于9HA燃机，即DLN 2.6e燃烧器。就这样，这种原本靠燃烧氢气产生的燃烧器，首次应用到了以天然气为燃料的燃气轮机上。随着碳中和的推进，近两年氢气开始流行，这项技术已经支持了氢气和天然气的联合燃烧。
根据颜的进一步分析，氢气从50%添加到100%的研发过程中还有很多技术难题，包括燃烧技术、材料技术、控制技术、氮氧化物控制技术等。【/br/】首先，说到燃烧，氢气的比例越高，燃烧的挑战就越高。DLN 2.6e燃烧器在GE格伦威尔试验台的严格测试中实现了50%的氢燃烧能力，但从试验台到电厂现场还有很长的路要走。很多配套设施，如辅助设备、密封、管道、通风、危险气体检测、火焰检测等技术，仍然需要在各种类型的机组上进行验证。
另外，随着燃料中氢气比例的增加，氢气对管道金属材料的氢脆腐蚀会加剧；控制不仅针对燃气轮机本身，而且针对整个联合循环发电厂；燃烧温度越高，产生的氮氧化物就越多。氢气比例逐渐提高后，如何将氮氧化物的排放控制在一定范围内，满足环保标准，也是一个技术难题。【/br/】上述关键核心技术需要一步步不断突破。和其他技术在燃气轮机应用中所遵循的规律一样，燃气轮机的掺氢能力会一步一步提高，它会通过不断的技术发展和验证不断进步。【/br/】据悉，总体而言，GE已经为燃气轮机动力装置制定了一套完整的燃氢方案，包括主机、辅机、系统控制等。该方案已在示范电厂现场得到验证。葛认为，随着氢源供应的增加，示范项目正在加速进入下一阶段。
美国长岭能源公司(Long Ridge Energy)在俄亥俄州拥有的一座HA级燃气发电厂，正试图通过将氢气与天然气燃料混合来实现低碳转型。这不仅是美国第一座氢燃料燃气轮机电厂，也是世界上第一座实现掺氢燃烧的HA级联合循环燃气轮机电厂。长脊能源开创了工业应用的先河，其燃气轮机目前已实现15%-20%氢燃烧，并计划在2030年具备100%氢燃烧能力。除了向电网供电，该公司还计划向一些耗电量极高的外围数据中心提供这种“低碳”电力。
中国首座氢燃9HA电厂即将在广东惠州落地。该电厂由广东能源集团惠州大亚湾石化区综合能源站建设，包括两台9HA.01重型燃气轮机联合循环机组。2023年项目投产后，两台燃气轮机将采用10%的氢气掺混比例与天然气混合燃烧。
以上项目的“示范”意义居多，氢气的成本和碳价将直接决定未来燃氢燃气轮机的市场规模。由于全球氢产业链尚未成熟，目前氢的价格为4000万美元英国热量单位，因此混合氢并不经济。
但徐鑫看好中国氢能产业的发展前景和氢能透平在整体能源体系中的市场空。“目前制氢效率不高，没有形成规模效应。中国可再生能源的大规模发展，为绿色氢的可及性和规模效应创造了条件。如果制氢的效率和经济性能够突破，只有中国能够弯道超车。在未来，纯氢燃烧的燃烧机会将是新动力系统的重要支撑，也是解决能源安全问题的可行方案。”