貝克休斯 凱普斯通燃氣輪機的優勢及特性
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jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司一、純氫燃氣輪機的優勢 ：jru廣州南創電子科技有限公司燃氫燃氣輪機能夠支撐能源行業深度減碳，是銜接風能、太陽能等可再生新能源、新型儲能系統、電力系統的可靠性最高、經濟性最好的跨季節調節裝備。目前各大燃氣輪機OEM廠商均承諾在2030年前開發出低排放純氫燃氣輪機，支持全球天然氣電網向可再生能源系統的轉型。純氫燃氣輪機能夠完全使用氫氣作為燃料進行燃燒，具有以下顯著優勢：
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司① 零碳排放：氫氣燃燒的產物主要是水蒸氣，不產生二氧化碳，從而顯著減少溫室氣體排放，有助于應對氣候變化。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司② 高效能量密度：氫的能量密度較高，意味著相同質量的燃料可以產生更多的能量，提高了燃氣輪機的效率。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司③ 多樣化能源來源：氫氣可以通過多種途徑生產，如電解水、天然氣重整、固體燃料氣化、生物質轉化等，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，成為工業領域用氫的主要來源。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司④ 高靈活性：氫燃氣輪機可以與現有的天然氣基礎設施部分兼容，具備較好的適應性和靈活性。目前已經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有天然氣燃氣輪機基礎設施產生顛覆性影響，通過相對成本較低的改造即可實現10%以上的碳減排。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司二、氫氣的燃燒特性：jru廣州南創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具有以下特點：
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司① 為達到同樣的熱負荷，燃料系統需要供應更大的體積流量。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司② 燃燒溫度是影響熱力NOx生成的最敏感參數，其與NOx生成速率呈指數關系。氫氣燃燒峰值溫度高，產生的熱力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。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司③ 氫氣質量擴散系數是天然氣的3倍，火焰速度快10倍，容易快速形成易爆環境，燃燒壓力升高率過高或者壓力波動。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司④ 噴射后勢能低，凝聚性低，穩定火焰短，更靠近燃燒器噴嘴，容易發生回火。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司⑤ 氫氣點火能小，點火濃度寬，極易自燃。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司⑥ 氫氣的燃燒產物為高溫水蒸氣，相對于天然氣燃燒產物氣體成分不同，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的動力學特性。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司綜上，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方面存在著自燃、回火、NOx排放超標和燃燒振蕩等主要問題。
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jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司燃氣輪機技術難點及應對方案：jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司燃氣輪機是一種燃料靈活性相對較高的發電或者驅動設備，但是氫氣和天然氣燃燒特性差異較大，在現有天然氣燃燒室開展富氫燃燒會影響燃燒穩定性及整機匹配，帶來整機的可靠性及排放問題。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司目前典型的應對方案分為兩種：
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司（1）基于成熟構型改進，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少于30%，經過適應性改造可以到60~70%，但無法實現全氫燃燒。而使用傳統的擴散燃燒室可以控制回火，實現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。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司（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路線當屬微混燃燒技術，主要原理是將大尺度火焰轉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的駐留時間，可以大幅度降NOx生成。目前大多數都處在研究開發過程中，基本實現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。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司二、貝克休斯純氫燃氣輪機發展路線
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司貝克休斯輕型工業燃氣輪機系列（NovaLT5/12/16）針對天然氣的干式低排放版本目前可以實現30%的摻氫混燒。為了實現100%全氫燃燒，貝克休斯分兩個階段在2026年前實現純氫低排放燃機開發并逐步推向市場。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司第一階段，基于成熟部分預混燃燒技術實現純氫穩定燃燒，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。目前可以實現做到天然氣燃燒、摻氫燃燒、純氫燃燒之間輕松切換，產品在摻氫燃氣管線增壓站上已經逐步應用。
jru廣州南創電子科技有限公司jru廣州南創電子科技有限公司第二階段，2023年完成全預混純氫低排放燃燒技術開發，目前正在HyPowerGT項目支持下開展部件及整機驗證，全新設計的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，技術成熟度達到TRL7。
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