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        氫可以作為能源設備中的燃料來“燒”嗎?為什么沒推廣開來

        原創文章 發布時間: 2021-08-14 10:38:08

          氫可以在現有能源設備中作為燃料來“燒”嗎?這個問題的答案是肯定的。沒有什么根本障礙使氫不能在燃氣輪機、加熱器、鍋爐或發電等其他能源應用中燃燒、氫與天然氣的混合燃燒,或作為純氫燃燒。

          事實上,氫已經在意大利福西納氫電站(100%氫氣)、韓國大山石化廠(95%氫氣)、中國武漢鋼廠(60%氫氣)等多個發電廠作為燃料使用。目前還有一些計劃中的項目使用100%的氫氣作為燃料,例如荷蘭瓦滕法爾的Magnum工廠和猶他州的Vattenfall發電廠。

          那么,在現有的能源系統中,以氫氣為燃料有什么約束條件?

          雖然氫燃燒提供了一個很有前途的儲能和轉換途徑,但對于當今的天然氣能源轉換裝置來說,這并不是一種“隨時可用”燃料。燃料處理系統、閥門和管道以及燃燒室硬件需要進行更改,以解決污染物排放、可操作性和成本等問題。

          我們還需要解決污染物排放問題。氫燃燒不會排放任何微?;蛞谎趸?,因為它不含碳原子,這是氫作為燃料的另一個主要好處。然而,氫燃燒會產生氮氧化物(NOx)排放。本質上,當空氣加熱到高溫時,空氣中的N2和O2開始相互反應時,就會產生NOx。因此,與使用氫氣有關的關鍵挑戰是低NOx燃燒系統。

          還有可操作性問題,即設備在不停機、不損壞或性能不合格的情況下可靠運行的能力。氫從幾個方面影響可操作性,其中回火是將氫氣用于天然氣的系統中最嚴重問題,氫的火焰速度比天然氣高一個數量級,因為火焰會向上游傳播并嚴重損壞硬件。

          此外,氫燃料燃燒產物的傳熱系數高于天然氣。由于燃氣輪機中的峰值溫度是由到旋轉渦輪的熱傳遞控制的,這可能需要隨著氫含量的增加而降低渦輪進口溫度。雖然高氫燃料可以提高循環效率,但這會被降低渦輪進口溫度來抵消。

          總之,氫無疑是一種可接受的、非常清潔的燃料。目前存在H2水平50%,與天然氣共同使用的低NOx燃氣輪機;也已經開發出了用純氫操作的系統。未來的關鍵發展挑戰是低NOx、燃料柔性系統,該系統可以在純天然氣到從純氫氣之間等多種燃料成分下輕松操作。

          為什么氫氣作為燃料卻不能廣泛運用?主要有以下問題:

          1、儲存問題,也是最主要的問題,儲存難度大,需要高壓,密封要求高,不能泄漏,萬一泄漏很容易爆炸。

          2、制備成本高。相對于石油,氫氣的制取成本要高很多。而且也只能用石油等制取,既然石油能直接使用,當然不會找麻煩來制取。至于電解水,耗費的電能估計比氫氣燃燒能利用的能量還多呢。

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