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天然氣摻氫:減排和氫能運(yùn)輸兩手抓

2023-08-02 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)作者:孫 瑜 瀏覽數(shù):819

全球首例重型燃機(jī)商業(yè)機(jī)組高比例摻氫試驗(yàn)成功

圖為荊門燃機(jī)項(xiàng)目。 本報(bào)記者 孫瑜攝

7月14日12時(shí)30分,國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱國(guó)家電投)湖北公司鄂中區(qū)域公司荊門燃機(jī)項(xiàng)目熱網(wǎng)東線工程高能環(huán)保段蒸汽正式并入主管網(wǎng)供汽。該項(xiàng)目特色在于,其在重型燃機(jī)商業(yè)機(jī)組上成功實(shí)現(xiàn)了30%摻氫燃燒。這將提高荊門燃機(jī)項(xiàng)目的供熱能力和可靠性,增加零碳熱源點(diǎn)。

天然氣摻氫,被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是未來(lái)實(shí)現(xiàn)氫能大規(guī)模輸送、解決氫能供需錯(cuò)配的重要路徑之一。此次在重型燃機(jī)商業(yè)機(jī)組上實(shí)現(xiàn)的30%摻氫燃燒改造和運(yùn)行需要克服哪些困難?下一步,天然氣摻氫又該如何走?

高比例摻氫要攻克回火和排放難題

走進(jìn)國(guó)家電投荊門綠動(dòng)能源有限公司,記者見到了大型調(diào)壓設(shè)備、配套管道設(shè)施、燃機(jī)控制系統(tǒng)以及4根卸氫柱。

“氫氣供應(yīng)商通過(guò)高壓管束車將氫氣運(yùn)到公司卸氫柱,氫氣卸下來(lái)后要進(jìn)行2次調(diào)壓,然后在混氫罐同天然氣進(jìn)行摻和,最終通過(guò)燃機(jī)產(chǎn)生電、熱。”國(guó)家電投湖北鄂中區(qū)域公司負(fù)責(zé)人于紅偉向科技日?qǐng)?bào)記者介紹了荊門燃機(jī)項(xiàng)目運(yùn)行流程。他告訴記者,項(xiàng)目配套建設(shè)了熱力管網(wǎng),以電、熱、水、冷多聯(lián)供的方式實(shí)施綜合能源供應(yīng),替代了區(qū)域的分散鍋爐,實(shí)現(xiàn)了較高的能源綜合利用率。

“此前,在國(guó)際上沒(méi)有商業(yè)機(jī)組實(shí)現(xiàn)過(guò)30%摻氫燃燒這么高的比例。”于紅偉表示,為實(shí)現(xiàn)30%天然氣摻氫燃燒試驗(yàn),科研人員攻克了多項(xiàng)難題。其中,最困難的當(dāng)屬回火和達(dá)標(biāo)排放問(wèn)題。

回火是指正在燃燒的氣體火焰引燃了還未燃燒的可燃混合氣的現(xiàn)象。于紅偉解釋道:“氫氣和天然氣具有不同的物理化學(xué)特性,這導(dǎo)致兩者在管道中的燃燒條件不同,易造成回火?;鼗饦O易破壞燃燒穩(wěn)定性,對(duì)點(diǎn)火器和管道設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生極大的損壞。”

面對(duì)這一難題,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)燃機(jī)的燃燒器和控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造,多次進(jìn)行摻氫試驗(yàn)和設(shè)備調(diào)試,最終找到了混合氣體的中間值,攻克了燃機(jī)高比例摻氫帶來(lái)的回火難題。

不僅如此,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模摻氫摻混精準(zhǔn)控制技術(shù)與燃機(jī)的聯(lián)調(diào)技術(shù),使改造后的燃機(jī)機(jī)組能夠兼容純天然氣和天然氣摻氫兩種運(yùn)行模式,可在0%—30%摻氫運(yùn)行條件下自由切換。

“在環(huán)保方面,降低摻氫天然氣的氮氧化物排放是一大難題。”國(guó)家電投湖北公司鄂中區(qū)域公司副總經(jīng)理白紅濤說(shuō),由于混合氣體帶來(lái)的變化,原有天然氣排放調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以適應(yīng)新的工況,難以達(dá)到氮氧化物排放低于50毫克每立方米的國(guó)家規(guī)定。

“通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試改動(dòng),燃機(jī)最終實(shí)現(xiàn)了氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。”白紅濤表示,目前燃機(jī)在摻氫運(yùn)行過(guò)程中,環(huán)保排放等各項(xiàng)指標(biāo)合格穩(wěn)定。

大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用要降低用氫成本

在現(xiàn)役天然氣機(jī)組中增加氫燃料來(lái)源,不僅能夠保證冬季供暖安全穩(wěn)定,同時(shí)還能有效減少天然氣用氣量,減少碳排放。白紅濤說(shuō),僅荊門一臺(tái)54兆瓦的燃機(jī)在摻氫30%情況下每年就可減少二氧化碳排放1.8萬(wàn)噸以上。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,截至2020年底,全球天然氣摻氫項(xiàng)目約有40個(gè)。多個(gè)國(guó)家已將天然氣摻氫的應(yīng)用列入國(guó)家規(guī)劃中,旨在通過(guò)天然氣摻氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑和工業(yè)供熱領(lǐng)域深度脫碳。

天然氣摻氫具有減碳、促進(jìn)制造業(yè)升級(jí)、調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)等重要優(yōu)勢(shì)。于紅偉表示,在探索大規(guī)模天然氣摻氫商業(yè)應(yīng)用方面,荊門燃機(jī)項(xiàng)目還要降低用氫成本。

白紅濤給記者算了一筆賬:目前荊門燃機(jī)項(xiàng)目購(gòu)買1立方米天然氣大約需花費(fèi)2.7元,購(gòu)買1立方米氫氣需要花費(fèi)3元,而氫氣的熱值卻僅為天然氣的三分之一左右,這意味著燃燒約3立方米氫氣才能產(chǎn)生燃燒1立方米天然氣的熱量。“什么時(shí)候1立方米氫氣的價(jià)格降到0.9元了,摻氫燃燒就具有經(jīng)濟(jì)效益了。”他說(shuō)。

這也為全國(guó)其他地區(qū)天然氣摻氫項(xiàng)目提供了啟示:在具有制氫、輸氫、儲(chǔ)氫區(qū)位優(yōu)勢(shì)的地方,摻氫項(xiàng)目更具大規(guī)模商業(yè)化優(yōu)勢(shì)。

除降低用氫成本外,打開天然氣摻氫大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景,還需進(jìn)一步完善頂層設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系,推進(jìn)終端燃?xì)饧夹g(shù)迭代,加強(qiáng)摻氫天然氣應(yīng)用安全風(fēng)險(xiǎn)管理。

今年3月發(fā)布的《天然氣管道摻氫輸送及終端利用可行性研究報(bào)告》預(yù)測(cè),“十四五”時(shí)期,我國(guó)預(yù)計(jì)新增天然氣管道摻氫示范項(xiàng)目15—25個(gè),摻氫比例達(dá)到3%—20%,氫氣消納量每年15萬(wàn)噸。

中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)理事長(zhǎng)劉賀明認(rèn)為,我國(guó)具備較好的發(fā)展天然氣管道摻氫輸送技術(shù)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。“目前我國(guó)城鎮(zhèn)用氣人口有5.3億人,天然氣管道長(zhǎng)度達(dá)113.5萬(wàn)公里。未來(lái)15—20年,我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)將得到進(jìn)一步發(fā)展,天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將為氫能運(yùn)輸提供更大可能性與空間。”

 

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