天然气掺氢燃烧发展现状.docx

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1、天然气掺氢燃烧发展现状氢能是清洁能源，将其掺入天然气，可减少二氧化碳排放，如英国的HyDePIoy项目，掺氢20%预计能减少相当于250万辆汽车的尾气排放。氢气储运成本高，利用现有的天然气管网掺氢输送，可降低氢能储运成本，实现大规模、低成本的远距离氢能运输。掺氢天然气能提高燃烧效率和热值，使能源利用更充分，降低单位能量成本，在工业和民用燃气应用中可带来可观节约。一、发展现状1、国内发展情况起步与试点阶段：我国天然气掺氢技术总体处于起步阶段，但已开展多个试点项目。如2024年11月25日，潮州首个陶瓷梭式窑天然气掺氢燃烧试验研究科创项目成功点火，实现了掺氢比为32%条件下的稳定运行；2024年9

2、月，浙能集团在平湖市天然气门站实施的国内首次城镇燃气高比例掺混氢气燃烧和氢气分离试验，成功验证了3%至30%比例氢气掺入天然气燃烧及终端再分离技术的可行性。技术研发与突破：中国科学院广州能源研究所燃烧与热流科研团队成功研制出国内首座智能化天然气掺氢陶瓷梭式窑，开发出可任意调节掺氢比例的低氮燃烧器，突破了大功率天然气掺氢安全高效燃烧等关键技术。标准制定与规范：相关标准规范已在逐步制定和完善中，如天然气掺氢混气站技术规程已发布，允许最大掺氢比例20%；城镇民用氢气输配技术规程已进入审核阶段。2、国外发展情况欧美部分国家的天然气掺氢技术发展相对较快,英国的HyDePIoy项目将风电制取的氢气以20%

3、的比例掺入天然气运营网络；日本三菱日立联手进行了30%比例氢燃料燃烧测试，开发出专用燃烧器，且已将天然气掺氢的应用列入国家规划中，旨在实现建筑和工业供热领域深度脱碳。二、应用前景1、能源供应领域提高能源利用效率：氢气的燃烧热值高，掺入天然气后可提高燃料的总体利用效率，在相同能量需求下，能够减少天然气的消耗量,从而降低总体能源成本。促进能源转型：随着全球对清洁能源需求的增加，天然气掺氢技术有助于传统能源向清洁能源转型，且掺氢天然气可提供丰富的储能方式，促进清洁能源的开发利用。2、工业生产领域降低碳排放：氢气是清洁零碳排放能源，掺入天然气中能够降低燃烧过程中的碳排放，有助于应对气候变化和全球变暖，

4、与纯天然气相比，可显著减少温室气体排放。推动产业升级：可用于制氢、炼钢、水泥等工业生产过程，降低能源成本，提高生产效率，推动产业转型升级。3、交通运输领域提升动力性能：掺入氢气的天然气能够提高车辆的动力性能，减少尾气排放，降低噪音污染，推动可持续交通的发展，可为城市公共交通和出租车提供清洁、高效的能源。内燃机应用：氢-天然气混合燃料内燃机研发和示范应用已成为热点，与天然气内燃机相比，其效率明显提升、有害排放物大幅降低、碳排放可降低20%以上，是内燃机实现碳中和的重要途径。4、供暖领域清洁供暖：在供暖领域，天然气掺氢燃烧可实现清洁供暖，减少污染物排放，改善环境质量，同时提高能源利用效率，降低能源

5、成本。现有设备适应性：对燃气轮机和内燃机等供暖设备，经过一定调整和改进能够适应掺氢天然气的使用，从而提高整体能源效率。5、分布式发电领域提高发电效率：在分布式发电中，天然气掺氢燃烧可提高发电效率，减少温室气体排放，为偏远地区或小型社区提供可靠的清洁能源供应，提高能源自给率。与可再生能源协同：可与太阳能、风能等可再生能源发电系统相结合，实现多能源互补，提高能源系统的稳定性和可靠性，解决可再生能源发电的间歇性问题。1、掺氢比例限制：我国进入天然气长输管道的气体质量要求规定，仅允许不超过3%的氢气进入天然气管道。而在一些特定项目和研究中，如国内的内蒙古华电氢能工业天然气掺烧绿氢示范项目，目标掺氢比例

6、为20%；国家管网集团组织的试验最大掺氢比例为30%o2、管道材料要求：需研究不同掺氢比例对输送管道材料的影响，建立管道材料性能劣化数据库。一般来说，氢气含量较低的掺氢天然气对现有输送管网有较好的相容性，随着氢气含量增加，对管材要求更严格，要确保管材能抗氢脆、氢损伤等。3、设备相容性标准：涉氢设备如离心压缩机等，在材料选择、设计制造、规范标准方面与纯天然气设备有较大不同，要保证其在掺氢环境下的可靠性和准确性，防止失效风险。4、燃气互换性考量：不同燃气互换性判别方法侧重点不同，需合理确定掺氢比例，以保证终端燃具能较好适应掺氢天然气，如英国研究得出掺氢比例10%时，当地多数天然气燃气设备能适应，国

7、内研究得出向12t天然气中掺入氢气的最高掺氢比例为23%o5、安全设施配备：T/ZBSQN001-2023天然气掺氢管道技术规范规定了天然气掺氢管道的安全设施等技术要求，包括站场材料相容性评估与测试原则、设备适用性选型与设置原则、关键工艺与安全适用性评估与测试原则、泄漏监检测系统安全评估与测试原则。6、风险防控与应急处理：制定风险防控方案和应急处理预案，建立监测系统，对管道运行状况实时监测，以便及时发现和处理泄漏等事故，同时要开展相关试验，为风险防控和应急处理提供技术支撑。四、面临挑战1、安全方面氢气泄漏风险：氢气分子小、扩散速度快，易泄漏且难被察觉。一旦泄漏，在封闭空间中易形成可燃混合气体，

8、遇到火源就会爆炸。例如，在输气管道的微小孔隙或连接处，氢气可能会泄漏出来。燃烧特性改变：氢气的燃烧速度快，火焰传播速度高，掺氢后可能导致回火、脱火等异常燃烧现象，这对燃烧设备的安全性构成威胁。2、技术兼容性方面设备适应性：现有的天然气燃烧设备，如锅炉、燃气轮机等，大多是基于纯天然气设计的。掺氢燃烧时，设备的燃烧性能、热效率等可能会受到影响，需要对设备进行改造或重新设计。管网适应性：天然气管道长期输送掺氢天然气可能会出现氢脆现象，使管道材料性能下降，导致管道破裂。同时，氢气与天然气的混合均匀性也是一个问题，不均匀的混合可能会导致局部氢气浓度过高,引发安全事故。4、成本方面制氢成本：目前，绿色制氢

9、如电解水制氢）技术的成本仍然较高，这会导致天然气掺氢的成本上升，影响其大规模应用。终端设备改造升级成本：为适应掺氢燃烧，对终端设备进行改造升级需要投入大量资金，这对企业和用户来说是一个不小的负担。五、示范项目内蒙古华电氢能工业天然气掺烧绿氢示范项目：2024年11月26日在包头市达茂旗点火成功，是国内首个工业天然气掺烧绿氢示范项目。采用“绿电制绿氢、产业用绿氢”模式，将华电氢能达茂旗20万千瓦新能源制氢工程的绿氢，掺入供应内蒙古金鄂博氟化工有限责任公司的天然气中，用于无水氢氟酸工业生产，掺氢比例为20%,每年可消纳绿氢2000吨，有效改善燃烧和传热效率，降低污染物排放。浙能集团平湖市天然气公司门站示范项目：2023年9月12日投运，是全国首个城燃-氢能制储掺输分用一体化示范项目。涵盖绿电制氢、管道储氢、天然气掺氢等全产业链，设计天然气掺氢比例30%,明确了利用在役城燃设施耦合发展氢能和天然气产业的“浙能路径”。国家电投荆门绿动电厂掺氢燃烧改造项目：2021年12月26日，国家电投荆门绿动电厂成功实现15%掺氢燃烧改造和运行，是全球首个在天然气商业机组中进行掺氢燃烧的联合循环、热电联供示范项目,也是我国首次在重型燃机商业机组上实施掺氢燃烧改造试验和科研攻关。计划二期2022年底开展30%掺氢燃烧，使机组具备0%至30%掺氢运行条件下自由切换的灵活性。