碳中和背景下天然气掺氢技术现状及展望

随着气候变化对环境保护的重视越来越高,各国纷纷进行碳中和的目标设定。在这样的政策背景下,天然气掺氢技术逐渐成为了一种清洁、环保的低碳技术。综述了天然气掺氢技术的现状和发展前景。掺氢技术主要涉及热解构反应、氢化反应和吸附剂膜等物质媒介吸氢反应等。虽然氢气在燃气领域存在技术成本、安全性、氢气来源等问题,但未来仍可通过技术创新、产业链完善以及政策支持等多种手段推动天然气掺氢技术不断发展和应用,实现能源的可再生及碳排放的减少,助推碳中和背景下能源革命的进程。

天然气随动掺氢技术研究进展

我国承诺在2030年前落实“碳达峰”目标,实现“双碳”目标的重要能源之一就是氢气。作为一种零排放的二次能源,氢气可以和天然气掺和应用,进而减少煤炭等污染性、不可再生能源的消耗。为了深入分析天然气掺氢技术的应用,在明确天然气随动掺氢技术类型后,就推动天然气掺氢技术发展以及未来发展方向进行了探讨,以期为相关工作者提供参考。

天然气掺氢燃烧技术在旋流式燃气灶上的数值模拟研究

为研究天然气掺氢后在家用燃气灶上的燃烧特性变化,将天然气掺氢燃烧技术应用于家用旋流式燃气灶上,进行数值模拟和热态实验。首先对详细燃烧机理GRI-Mech 3.0进行了简化,通过对比验证,简化机理与详细机理的计算误差小于1%。然后使用简化机理进行燃气灶的数值模拟,将数值模拟与热态实验计算结果进行对比分析,发现燃烧区域平均温度的最大误差不超过12%,证实了数值模拟的可行性。最后进行了天然气掺氢工况的数值模拟,结果表明家用燃气灶的一次空气系数随着掺氢体积分数的提高逐渐上升,对燃烧特性影响较大。同时,掺入体积分数15%的氢气后,CO排放的摩尔分数降低了约9%;燃烧区域平均温度基本保持稳定,证实了天然气掺氢技术的有效性。研究成果为天然气掺氢燃烧技术在燃气灶上的推广应用提供参考。

CH_(4)掺混H_(2)的燃烧数值模拟及掺混比合理性分析

本工作针对天然气掺氢燃烧技术在燃气锅炉的最佳掺混比开展数值模拟研究,以小火焰燃烧器为研究对象,计算了在空气氛围、恒定过氧系数、不同甲烷掺混氢气比条件下,掺氢比对燃料燃烧温度、燃烧速率、主要污染物排放浓度的影响。其中燃烧机理采用GRI-MECH 3.0简化机理,该反应包含24个基元反应,涉及17种组分。计算结果表明,随掺氢比增加,燃烧温度上升、燃烧反应速率加快,炭烟和CO的浓度与排放总量均降低,NOx的浓度上升但排放总量先减小后增大。结合我国城镇燃气的燃料互换性规范及工业污染物排放标准,得出最佳掺氢比为23%。