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天然氣摻氫:減排和氫能運輸兩手抓
2023-08-03 09:49:53來源: 科技日報

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

天然氣摻氫,被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是未來實現(xiàn)氫能大規(guī)模輸送、解決氫能供需錯配的重要路徑之一。此次在重型燃機商業(yè)機組上實現(xiàn)的30%摻氫燃燒改造和運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


(相關(guān)資料圖)

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

“氫氣供應(yīng)商通過高壓管束車將氫氣運到公司卸氫柱,氫氣卸下來后要進行2次調(diào)壓,然后在混氫罐同天然氣進行摻和,最終通過燃機產(chǎn)生電、熱。”國家電投湖北鄂中區(qū)域公司負責(zé)人于紅偉向科技日報記者介紹了荊門燃機項目運行流程。他告訴記者,項目配套建設(shè)了熱力管網(wǎng),以電、熱、水、冷多聯(lián)供的方式實施綜合能源供應(yīng),替代了區(qū)域的分散鍋爐,實現(xiàn)了較高的能源綜合利用率。

“此前,在國際上沒有商業(yè)機組實現(xiàn)過30%摻氫燃燒這么高的比例。”于紅偉表示,為實現(xiàn)30%天然氣摻氫燃燒試驗,科研人員攻克了多項難題。其中,最困難的當(dāng)屬回火和達標(biāo)排放問題。

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,對點火器和管道設(shè)備都會產(chǎn)生極大的損壞。”

面對這一難題,項目團隊對燃機的燃燒器和控制系統(tǒng)進行了改造,多次進行摻氫試驗和設(shè)備調(diào)試,最終找到了混合氣體的中間值,攻克了燃機高比例摻氫帶來的回火難題。

不僅如此,項目團隊還實現(xiàn)了大規(guī)模摻氫摻混精準(zhǔn)控制技術(shù)與燃機的聯(lián)調(diào)技術(shù),使改造后的燃機機組能夠兼容純天然氣和天然氣摻氫兩種運行模式,可在0%—30%摻氫運行條件下自由切換。

“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?!眹译娡逗惫径踔袇^(qū)域公司副總經(jīng)理白紅濤說,由于混合氣體帶來的變化,原有天然氣排放調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以適應(yīng)新的工況,難以達到氮氧化物排放低于50毫克每立方米的國家規(guī)定。

“通過反復(fù)實驗和對設(shè)備進行調(diào)試改動,燃機最終實現(xiàn)了氮氧化物達標(biāo)排放?!卑准t濤表示,目前燃機在摻氫運行過程中,環(huán)保排放等各項指標(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)役天然氣機組中增加氫燃料來源,不僅能夠保證冬季供暖安全穩(wěn)定,同時還能有效減少天然氣用氣量,減少碳排放。白紅濤說,僅荊門一臺54兆瓦的燃機在摻氫30%情況下每年就可減少二氧化碳排放1.8萬噸以上。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,截至2020年底,全球天然氣摻氫項目約有40個。多個國家已將天然氣摻氫的應(yīng)用列入國家規(guī)劃中,旨在通過天然氣摻氫技術(shù)實現(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、促進制造業(yè)升級、調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)等重要優(yōu)勢。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,荊門燃機項目還要降低用氫成本。

白紅濤給記者算了一筆賬:目前荊門燃機項目購買1立方米天然氣大約需花費2.7元,購買1立方米氫氣需要花費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。“什么時候1立方米氫氣的價格降到0.9元了,摻氫燃燒就具有經(jīng)濟效益了?!彼f。

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

除降低用氫成本外,打開天然氣摻氫大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用場景,還需進一步完善頂層設(shè)計和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系,推進終端燃氣技術(shù)迭代,加強摻氫天然氣應(yīng)用安全風(fēng)險管理。

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告》預(yù)測,“十四五”時期,我國預(yù)計新增天然氣管道摻氫示范項目15—25個,摻氫比例達到3%—20%,氫氣消納量每年15萬噸。

中國城市燃氣協(xié)會理事長劉賀明認(rèn)為,我國具備較好的發(fā)展天然氣管道摻氫輸送技術(shù)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)?!澳壳拔覈擎?zhèn)用氣人口有5.3億人,天然氣管道長度達113.5萬公里。未來15—20年,我國天然氣產(chǎn)業(yè)將得到進一步發(fā)展,天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將為氫能運輸提供更大可能性與空間。”

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