贝克休斯 凯普斯通燃气轮机的优势及特性
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9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司一、纯氢燃气轮机的优势 ：9S5广州南创电子科技有限公司燃氢燃气轮机能够支撑能源行业深度减碳，是衔接风能、太阳能等可再生新能源、新型储能系统、电力系统的可靠性最高、经济性最好的跨季节调节装备。目前各大燃气轮机OEM厂商均承诺在2030年前开发出低排放纯氢燃气轮机，支持全球天然气电网向可再生能源系统的转型。纯氢燃气轮机能够完全使用氢气作为燃料进行燃烧，具有以下显著优势：
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司① 零碳排放：氢气燃烧的产物主要是水蒸气，不产生二氧化碳，从而显著减少温室气体排放，有助于应对气候变化。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司② 高效能量密度：氢的能量密度较高，意味着相同质量的燃料可以产生更多的能量，提高了燃气轮机的效率。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司③ 多样化能源来源：氢气可以通过多种途径生产，如电解水、天然气重整、固体燃料气化、生物质转化等，随着电解槽成本、电耗及绿电的价格逐步降低，绿氢将逐步取代灰氢，成为工业领域用氢的主要来源。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司④ 高灵活性：氢燃气轮机可以与现有的天然气基础设施部分兼容，具备较好的适应性和灵活性。目前已经在实施的掺氢示范项目表明，低于30%体积比例掺氢不会对现有天然气燃气轮机基础设施产生颠覆性影响，通过相对成本较低的改造即可实现10%以上的碳减排。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司二、氢气的燃烧特性：9S5广州南创电子科技有限公司氢气燃烧特性相对于甲烷变化较大，氢气体积热值仅有甲烷的1/3，但是爆炸极限宽、燃烧速度快、燃烧温度也比甲烷高150℃，因此高氢含量燃气轮机燃烧系统具有以下特点：
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司① 为达到同样的热负荷，燃料系统需要供应更大的体积流量。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司② 燃烧温度是影响热力NOx生成的最敏感参数，其与NOx生成速率呈指数关系。氢气燃烧峰值温度高，产生的热力NOx排放较高。同时因氢气密度低，射流穿透能力弱，易被高速气流快速卷走，带来局部当量比高和高温热点的问题，进而生成大量的NOx。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司③ 氢气质量扩散系数是天然气的3倍，火焰速度快10倍，容易快速形成易爆环境，燃烧压力升高率过高或者压力波动。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司④ 喷射后势能低，凝聚性低，稳定火焰短，更靠近燃烧器喷嘴，容易发生回火。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司⑤ 氢气点火能小，点火浓度宽，极易自燃。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司⑥ 氢气的燃烧产物为高温水蒸气，相对于天然气燃烧产物气体成分不同，其焓降也会有所不同，会影响涡轮边界条件甚至改变整个系统的动力学特性。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司综上，氢气燃烧过程具有火焰温度高、传播速度快的特点，采用纯氢或掺氢混合燃料的燃气轮机燃烧技术方面存在着自燃、回火、NOx排放超标和燃烧振荡等主要问题。
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9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司燃气轮机技术难点及应对方案：9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司燃气轮机是一种燃料灵活性相对较高的发电或者驱动设备，但是氢气和天然气燃烧特性差异较大，在现有天然气燃烧室开展富氢燃烧会影响燃烧稳定性及整机匹配，带来整机的可靠性及排放问题。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司目前典型的应对方案分为两种：
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司（1）基于成熟构型改进，扩展天然气燃烧室的工作范围。目前各OEM厂商普遍使用的先进低NOx技术的贫预混燃烧室不能直接燃用纯氢，为了避免回火及热声振荡，一般控制燃料中氢气体积分数少于30%，经过适应性改造可以到60~70%，但无法实现全氢燃烧。而使用传统的扩散燃烧室可以控制回火，实现100%燃氢，但为了减少由较高的扩散燃烧火焰温度引起的NOx增加，须要采用注入蒸汽、氮气或者采用成本昂贵的NOx减排装置。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司（2）新研适用于全氢燃烧的新型低排放燃烧室。这其中最主流的技术路线当属微混燃烧技术，主要原理是将大尺度火焰转化为多个微小尺度火焰，增强了空气和氢气的局部混合强度，提升了混合均匀度，同时小尺度火焰显著缩短了氢气在高温区的驻留时间，可以大幅度降NOx生成。目前大多数都处在研究开发过程中，基本实现了原理试验验证向工程应用的过渡，污染物排放抑制效果显著。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司二、贝克休斯纯氢燃气轮机发展路线
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司贝克休斯轻型工业燃气轮机系列（NovaLT5/12/16）针对天然气的干式低排放版本目前可以实现30%的掺氢混烧。为了实现100%全氢燃烧，贝克休斯分两个阶段在2026年前实现纯氢低排放燃机开发并逐步推向市场。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司第一阶段，基于成熟部分预混燃烧技术实现纯氢稳定燃烧，NOx排放控制在150ppm以下，通过选择性催化还原（SCR）进一步降低至15ppm甚至更低。目前可以实现做到天然气燃烧、掺氢燃烧、纯氢燃烧之间轻松切换，产品在掺氢燃气管线增压站上已经逐步应用。
9S5广州南创电子科技有限公司9S5广州南创电子科技有限公司第二阶段，2023年完成全预混纯氢低排放燃烧技术开发，目前正在HyPowerGT项目支持下开展部件及整机验证，全新设计的DLN纯氢燃烧室全温全压燃烧器上开展性能及排放验证，技术成熟度达到TRL6。2026年在NovaLT16机组上率先应用并开展长时间运行考核，技术成熟度达到TRL7。
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