天然氣摻氫對終端用戶的影響

為明確現(xiàn)有終端用戶設(shè)備的摻氫適應(yīng)性情況，通過案例調(diào)研和模

型試驗分析的方法，評估天然氣輸送系統(tǒng)中氫氣摻混對終端用戶設(shè)備

——居民設(shè)備（如燃氣灶、熱水器、壁掛爐）和工業(yè)設(shè)備（燃氣鍋爐、

燃氣輪機、壓縮機、發(fā)動機）在燃燒穩(wěn)定性、熱效率和污染物排放等

方面的影響。結(jié)果表明：適量摻氫能夠改善燃燒性能，降低污染物排

放，然而摻氫比的提高也引入了如火焰穩(wěn)定性下降、材料兼容性問題

等安全風(fēng)險。摻氫比10%以內(nèi)時，對居民燃氣設(shè)備燃燒特征及穩(wěn)定性

影響較弱，并一定程度降低了污染排放物。因工業(yè)設(shè)備的運行原理差

異，其對摻氫比也表現(xiàn)不同的適應(yīng)性。燃氣鍋爐的示范應(yīng)用表明23%

左右是最佳摻氫比，而燃氣輪機在摻氫比介于10%?20岫勺情況下，

能夠保持設(shè)備的安全可靠性，防止回火并且滿足排放標準；摻氫可以

解決發(fā)動機初期點火所需能量大、稀燃能力不足的問題，但排放尾氣

成分則受多種因素影響；壓縮機的轉(zhuǎn)動速率和構(gòu)造的穩(wěn)固性在混入氫

氣后會受到顯著影響，目前建議摻氫比在10%以下。

在“2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”的“雙碳”

目標下，中國更加重視可再生能源的發(fā)展與探索。而氫能源作為新能

源的佼佼者之一，以其環(huán)保、高能效并且具備可連續(xù)發(fā)展的柔性二次

能源特質(zhì)，堪稱應(yīng)對能源短缺的最終策略。為解決氫能的大規(guī)模長距

離輸運問題，業(yè)界提出了基于現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)設(shè)施進行摻氫的方案,

但在此方案下終端用戶設(shè)備的天然氣摻氫適應(yīng)性是另外一個決定性

的因素。摻氫對于終端用戶設(shè)備的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：1）摻

氫后對設(shè)備燃燒特征的影響；2）摻氫后對終端設(shè)備材料性能的影響。

目前各國工業(yè)界及學(xué)術(shù)界對天然氣摻氫的問題已經(jīng)開展了一定

研究。自2000年起，世界各地均對天然氣摻氫的技術(shù)及應(yīng)用開展了

研究。根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)匯總，截至2019年，全球?qū)I(yè)機構(gòu)已

開展了37個天然氣輸送系統(tǒng)融合氫氣的相關(guān)實證項目研究，主要探

討將氫氣摻入天然氣中，通過天然氣輸送管網(wǎng)為住宅和商業(yè)用戶供應(yīng)

燃料氣的實用性，考察天然氣與氫氣混合后在輸送比例上對管網(wǎng)關(guān)鍵

組件、管道和用戶端設(shè)備的可能影響，以及混合氣體運送、儲存的技

術(shù)及其安全性方面，大多數(shù)研究認為目前終端用戶設(shè)備可以適用一定

比例的摻氫天然氣，但需要針對具體設(shè)備性能開展具體分析。許多歐

洲和美洲國家探索在不對現(xiàn)行天然氣傳輸體系進行改造的情況下實

施將氫燃料注入現(xiàn)有輸氣網(wǎng)絡(luò)的試驗與示范。項目包括歐盟的

Naturalhy（自然氫）項目、荷蘭的SustainableAmeland（可持續(xù)

阿曼蘭德）項目、德國的DVGW（燃氣與供水工業(yè)技術(shù)和科學(xué)協(xié)會）

計劃、法國的GRHYD（氫能脫碳電網(wǎng)管理）計劃,以及英國Hydeploy

（氫能部署）項目和H21LeedsCityGate（氫氣利茲城市之門）項

目等，上述項目研究均認為摻氫是在未來30^50年內(nèi)大規(guī)模推廣氫氣

的唯一現(xiàn)實解決方案，但在利用已有管網(wǎng)摻氫和終端用戶適用性方面

仍有一些工作需要開展。

目前認為，氫氣在燃燒速率與火焰溫度方面較天然氣表現(xiàn)出更為

顯著的特性，它不僅能加快燃料燃燒的擴散速度，還能減少點燃所需

能量的最低限度，并增加了燃料的稀燃界限?；谶@些因素，必須對

氣體最終使用設(shè)備，即終端用戶設(shè)備進行摻氫適用性評估，重點在于

對現(xiàn)有使用終端不改動的情況下，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)節(jié)氫氣在天然

氣中的比例，是否能夠保障終端用戶設(shè)備的使用效能和安全性，同時

通過摻氫有效降低排放。秦琨等研究了摻氫比對低排放燃燒室性能的

影響，基于現(xiàn)役某型工業(yè)低排放燃氣輪機結(jié)構(gòu)和性能，用數(shù)值模擬方

法分析了燃料中摻氫比對低排放燃燒室性能的影響，發(fā)現(xiàn)額定工況下

摻氫比W30%（以體積分數(shù)計，下同）時，燃燒室不發(fā)生回火；在其

他工況下，負荷變化對燃燒室邊界條件影響較為復(fù)雜，對噴嘴回火邊

界影響無單調(diào)性變化規(guī)律。呂光普等調(diào)研了氫燃氣輪機燃燒技術(shù)現(xiàn)狀

及趨勢，介紹了氫燃氣輪機燃燒技術(shù)發(fā)展過程中面臨的主要問題，歸

納了解決回火和NOx排放的思路及方法，認為設(shè)計新型氫燃燒室可大

幅降低回火的可能性。

摻氫對終端設(shè)備材料性能亦有影響。氫氣進入金屬會造成材料機

械性能下降、氫致開裂、氫鼓泡、氫腐蝕等一系列問題。眾多實驗表

達了同一觀點，即隨著鋼材等級的提升，其遭受氫脆現(xiàn)象的可能性逐

漸增加。目前普遍接受的觀點是，輸送氫氣的管道材料硬度理應(yīng)W22

HRC,并且其抗拉強度最好W93MPa。目前，雖然針對摻氫天然氣輸

送管線還沒有正式出臺相應(yīng)規(guī)范，但是對應(yīng)純氫輸送管道的相關(guān)標準

已經(jīng)發(fā)布，這些標準具有一定參考價值，例如國際標準ASMEB

31.12-2019《氫氣管道》和CGAG-5.6《氫氣管道系統(tǒng)》及國家標準

GB50177—2005《氫氣站設(shè)計規(guī)范》和GB17820—2018《天然氣》

等規(guī)程。與氫對管道材料的影響相比，摻氫對終端設(shè)備材料性能的影

響研究較少，亦缺少行業(yè)級的指導(dǎo)文件。李叢等梳理了摻氫/純氫環(huán)

境下燃氣輪機的氫致?lián)p傷研究現(xiàn)狀，通過分析目前國內(nèi)外相關(guān)研究,

歸納了臨氫環(huán)境下燃氣輪機材料的氫損傷機制以及相關(guān)影響因素，認

為盡管已經(jīng)提出多種氫損傷機制來解釋材料在臨氫環(huán)境下性能劣化

行為，但仍未有一種統(tǒng)一的模型來解釋所有材料的氫損傷機制。

分析研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于不同的應(yīng)用環(huán)境、燃燒特性以及用

氣設(shè)備最合適的摻氫比，尚未有統(tǒng)一結(jié)論。同時大多數(shù)研究集中在對

于單一設(shè)備的摻氫適應(yīng)性評估，缺少對于終端用戶，包括民用終端設(shè)

備和工業(yè)終端設(shè)備的系統(tǒng)性對比分析，尚沒有對于目前相關(guān)研究的系

統(tǒng)梳理和總結(jié)成果。

本文立足于氫能發(fā)展趨勢，分析天然氣與氫氣混合的基本特性及

對終端設(shè)備性能的影響，全面剖析摻氫天然氣在居民和工業(yè)應(yīng)用中的

可行性與挑戰(zhàn)。通過相關(guān)示范案例調(diào)研、相關(guān)設(shè)備性能分析以及現(xiàn)有

技術(shù)評估，針對目前行業(yè)所涉及的終端用戶一居民端設(shè)備和工業(yè)設(shè)備

兩大類，其中居民設(shè)備包括燃氣灶、燃氣熱水器和壁掛爐等，工業(yè)設(shè)

備包括燃氣鍋爐、燃氣輪機、發(fā)動機和壓縮機等設(shè)備的摻氫適應(yīng)性和

影響進行梳理，希望通過系統(tǒng)總結(jié)分析，明確目前在居民終端和工業(yè)

終端設(shè)備摻氫的技術(shù)現(xiàn)狀，為后續(xù)技術(shù)發(fā)展提供參考和指導(dǎo)。

1、天然氣摻氫后的物性變化分析

在燃氣應(yīng)用中，當(dāng)運行安全、效率、性能或增加污染物的排放等方面

無實質(zhì)性變化時，一種燃氣替代另一種燃氣的能力稱為燃氣互換。因

此在評估天然氣摻氫對終端用戶的適用性時，首先應(yīng)明確2種可燃氣

體的互換性，即摻氫后對燃氣總體燃燒性能和排放的影響大小。

?1氧氣與天然氣的主要物性對比

Tabic1Thecomparisonofhydrogenandnaturalgas

空中艇小空氣中的空氣中的空氣中的最小

相用密度/爆等收取/低熱(fl/

物質(zhì)點火火曠敢累敗，火給瑪度/燃畿速度/濘領(lǐng)，崗/

分，啦tit(kg*mt)%(MbnC)

mJ（enr,s-*）七cm

2.0160.0K270.0174.075.006110.222045265725OOM

人然氣

[6(M30.65940274。01635.901?7534770.203

（甲烷）5.375

天然氣的主要成分為甲烷，表1為常溫常壓（20℃、100kPa）下氫

氣和甲烷的主要性質(zhì)對比。氫氣具有密度小、爆炸區(qū)間范圍寬、最小

點火能量低、火焰溫度高、擴散系數(shù)大等特點。因此，摻氫天然氣和

常規(guī)天然氣的物性、燃爆特性都存在一定差異，具體差異大小取決于

摻氫比。例如，氫氣的體積能量密度（低熱值）約是天然氣的1/3,

在相同工況下，摻氫會降低天然氣管道輸送氣體的能量含量，導(dǎo)致終

端用戶天然氣需求量上升。

播發(fā)比例必

(?)比熱"隨著撐輒比的變化

圖1推羯天然氣希整變化

圖1為在不同的摻氫比下，摻氫天然氣的物性特征隨著摻氫比的變化

曲線。

由圖可知，隨著摻氫比的增加，摻氫天然氣的熱值、黏度和密度

隨著摻氫比的升高均表現(xiàn)出降低的趨勢。在摻氫比為30%狀態(tài)下，與

純天然氣相比，摻氫天然氣的高熱值、黏度和密度降了20.5%ai.1%.

36.5%o但摻氫天然氣的比熱容隨摻氫比的升高而增加，與純天然氣

相比，天然氣的摻氫比為30%時，混合氣的比熱容增加8.6虬

2、居民端設(shè)備摻氫的影響

鑒于氫氣和天然氣在根本特性上存在著顯著差異，天然氣摻氫后,

其比重、發(fā)熱量及燃燒行為等會產(chǎn)生變化。各類燃燒器具因其自身燃

燒能力的差異，所能承受的摻氫比也有所不同，因此，在摻氫時，必

須認真考量摻氫天然氣的替代性和摻氫對于燃燒效能的潛在影響。而

在評估摻氫影響時，應(yīng)主要集中在評估居民用戶設(shè)備（燃氣灶、燃氣

熱水器、燃氣壁掛爐等）燃燒穩(wěn)定性、熱效率、污染物排放特性。

通過對12種典型燃具的測試，包括家用燃氣灶、熱水器、壁掛爐、

大鍋灶等設(shè)備對燃氣摻氫比的適用范圍，摻氫比低于10%時，所測試

的設(shè)備都能適應(yīng)，火焰穩(wěn)定性、火焰?zhèn)鞑ニ俣纫约盁嶂刀荚诳山邮芊?/p>

圍。羅子萱等針對家用燃具的燃燒開展了研究，包括燃氣灶、熱水器

以及燃氣熱水爐，考察了摻氫天然氣燃燒的安全性與煙氣排放特性,

結(jié)果表明，當(dāng)天然氣中的摻氫比在20%以內(nèi)時，可直接在燃氣具上應(yīng)

用。但DEVRIESH等的研究結(jié)果表明，在不增加回火風(fēng)險的前提下，

天然氣中最大摻氫比依賴于天然氣的初始組成，對于純甲烷可以摻入

11.2%的氫氣，所以在應(yīng)用時需注意天然氣的組成。

2.1燃氣灶

居民燃氣灶主要用于食品加工，其特點是用氣負荷變化較大。因此在

進行摻氫適應(yīng)性評估時，應(yīng)重點關(guān)注在摻氫后火焰的燃燒特性，例如

摻氫后是否會發(fā)生回火、點火延遲等現(xiàn)象，同時進行熱效率和污染物

排放的相關(guān)分析。

(a)捧輒比0%(b)撐乳比10%?c)捧乳比20%

1d)摻乳比30%(e)撐氧比40%

圖2各種推氫比下火燃形態(tài)M

1)燃燒特征。通過對典型居民燃氣灶進行不同摻氫比的燃燒試驗發(fā)

現(xiàn)，隨著摻氫比增大，火焰內(nèi)錐逐漸變短，火焰逐漸變硬，火焰形態(tài)

如圖2所示，而且燃燒過程沒有出現(xiàn)脫火、離焰、黃焰等不正?，F(xiàn)象。

當(dāng)摻氫比為10%時，未觀察到熄火或震爆的情況，然而摻氫比提升至

20%時，輕度的熄火震爆現(xiàn)象隨之發(fā)生。

2)回火隱患。氫氣的回燃特性決定其作為燃料時可能引發(fā)安全隱患。

摻氫天然氣在廚爐使用中會出現(xiàn)再燃現(xiàn)象，當(dāng)廚爐保持穩(wěn)定燃燒時,

逐步提高摻氫比，摻氫比最大可為50%；若是在點燃之前便加入氫氣，

則無回火現(xiàn)象發(fā)生的最大摻氫比僅為25%。ZHA0等對摻氫天然氣的燃

燒特性研究結(jié)果與上述結(jié)果接近，其研究顯示在摻氫比達到20%時燃

氣灶會發(fā)生回火現(xiàn)象。

3)點火及熱效率特征。家用烤爐燃燒器使用摻氫天然氣作為燃料時，

因氫氣的加入能夠減少點火所需時間。當(dāng)混合氣中摻氫比為25%時,

該燃燒器觸及了復(fù)燃的界限。并且隨著氣體中摻氫比的增加，火焰將

更加靠近燃燒器的表層。而當(dāng)摻入10%氫氣時，燃燒器的溫度提高了

63%O氫氣的引入導(dǎo)致了火焰內(nèi)部的氫原子、氧原子及羥基的濃度提

升，進而增加了化學(xué)反應(yīng)的活躍性，使得氣體混合物相較于單純的天

然氣而言燃燒得更迅速，進一步加速了燃燒過程中的放熱速度。這一

系列的效果使得高溫廢氣與鍋底之間的熱對流系數(shù)提高，熱交換量得

以增加，從而促使燃氣灶的熱效率得到顯著提升。

4）排放物特征。當(dāng)摻氫比W17%時，混合后的氣體可直接用于家庭和

商業(yè)用途的爐灶。隨著摻氫比的上升，混合燃料里氫與碳的摩爾比例

逐步上升，進而導(dǎo)致在燃燒生成物中碳元素的比例遞減。同時，因為

氫含量的增多，OH自由基的濃度得到提升，這有利于加速C0向C02

的轉(zhuǎn)化，終使得排放廢氣中的CO濃度下降。研究表明，當(dāng)摻氫比為

15%時，CO的排放濃度下降了大約9%。

2.2燃氣熱水器

燃氣熱水器用于制備生活熱水，在保證燃燒安全性的前提下，主要需

關(guān)注熱水器的燃燒效率和污染物排放。

1）燃燒效率。試驗研究表明，只要摻氫比W10%,燃燒裝置就能夠維

持穩(wěn)定燃燒。和天然氣相比，氫氣的理論燃燒空氣量更少，燃燒溫度

更高，因此摻氫天然氣燃燒的溫度相對較高，有利于提高熱效率同

時由于混合氣體的氫元素含量較高，煙氣的露點溫度和濕度都較高,

有利于煙氣中的水蒸氣冷凝，能充分利用冷凝式熱水器的的潛熱，從

而也提高了熱效率。

2）排放物。通過向燃燒系統(tǒng)引入氫氣，導(dǎo)致熱水裝置工作負荷和排

出的廢煙溫度略為下降，與此同時，該熱水裝置的熱能轉(zhuǎn)化效能實現(xiàn)

了提高，且CO排放量顯著下降，NOx的釋放亦小幅減少。

2.3燃氣壁掛爐

燃氣壁掛爐和燃氣熱水器的工作原理基本相似，在使用摻氫天然氣時,

需要考慮是否會發(fā)生回火或脫火等安全性問題。試驗研究表明，摻氫

比在之間時，燃燒器的火焰燃燒狀況保持正常，沒有發(fā)生熄

滅、火焰倒流或呈現(xiàn)黃色火焰的現(xiàn)象。燃氣壁掛爐的燃燒器多為全預(yù)

混燃燒器，它在摻氫后燃燒熱效率變化與熱水器相似，在摻氫后燃燒

溫度會有所提高，同時提高了熱效率。根據(jù)相關(guān)研究，壁掛爐能接受

的摻氫比高達50%,在滿負荷和半負荷的工況下均不會發(fā)生回火和脫

火現(xiàn)象。

隨著摻氫比的提升，3種居民用設(shè)備的實際測定熱效率普遍呈輕微上

升趨勢，燃氣爐的最大偏離值達到一7.14%這一數(shù)字仍低于GB16410

—2007《家用燃氣灶具》標準規(guī)定的一4%?10%的范圍。同時，熱水

器和壁掛式鍋爐的最大偏離值分別為-3.81%和-3.21%o隨著摻氫比

的上升，所觀察到的3款燃燒裝置所排放的煙氣中，C0的含量普遍

有所下降。同時，燃氣灶和壁掛式熱水鍋爐排出的NOx整體呈減少趨

勢，但是燃氣式熱水器所釋放的NOx含量呈現(xiàn)的下降態(tài)勢較弱。

3、工業(yè)設(shè)備摻氫的影響

天然氣摻氫可有效降低工業(yè)用戶的碳排放。摻氫天然氣的工業(yè)用戶主

要包括燃氣鍋爐、燃氣輪機、燃氣內(nèi)燃機、工業(yè)窯爐及其他工業(yè)燃燒

器。摻氫天然氣可有效降低這些設(shè)備的碳排放，但也帶來了一系列技

術(shù)挑戰(zhàn)和安全考量。

3.1燃氣鍋爐

燃氣鍋爐摻氫已經(jīng)在業(yè)界得到一定的應(yīng)用，并且都達到了較好的效果,

具體如表2所不。在燃氣鍋爐中，將不同摻氫比的天然氣的燃燒過程

進行仿真分析，以考察不同摻氫比對燃燒溫度、速度及主要污染物排

放濃度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著摻氫比的增加，燃燒溫度會逐步上升、燃燒

反應(yīng)速率會逐漸加快，炭煙和CO的濃度與排放總量均有所降低，NOx

的濃度上升，但排放總量先減小后增大。結(jié)合我國城鎮(zhèn)燃氣的燃料互

換性規(guī)范及工業(yè)污染物排放標準，目前最佳摻氫比為23%o

?2氧氣鍋爐的應(yīng)用情況

[able2Applicationofhydrogenboilcr

年盼應(yīng)用情況運營效果

國內(nèi)需I臺年立輒氣則區(qū).

2002?行證式氧氣網(wǎng)爐在上海氯啾化?股份“限公司正式投產(chǎn)

在運茸期間產(chǎn)生/R好的經(jīng)濟效益

人津LG加?；瘜W(xué)公司陽f麒燒堿裝置2匕45t/h二氣鍋爐.

2006投產(chǎn)運行以來.操作方便.女個,確定

使用氯裝置生產(chǎn)的高純氧氣(99?%)和市政天然氣作為燃料

河南神4疑發(fā)化I股份仃限公司選購運行至2016q.取得羥濟效益2000i；

2010

副產(chǎn)氧氣1臺6t/h燃乳蝌爐回收力元.后因產(chǎn)能升級珞燃久鋼爐拆除

安莊中科化學(xué)有限公司投優(yōu)年設(shè)了以乳氣為出料的蒸汽御爐.

2011投產(chǎn)至今.蝌爐運行狀況喪好

為廠區(qū)提供旗汽

水火化T有限公司新建空的國氣lOVh輒氣鍋爐.

費洲首行時?式箕氣蝌爐

2012同枚利用抬線裝R放空的氫氣

3.2燃氣輪機

燃氣輪機通過燃燒燃料與空氣混合物產(chǎn)生的熱氣，來推動渦輪機旋轉(zhuǎn)

以產(chǎn)生動力。渦輪機排出的熱廢氣中產(chǎn)生的熱量可以回收，產(chǎn)生蒸汽,

可用于蒸汽輪機或其他機械設(shè)備。添加氫氣到天然氣管網(wǎng)對燃氣輪機

影響的相關(guān)研究中指出，除了一些可以接受高摻氫比(>50%)的專

用燃氣輪機，以及一些能夠燃燒摻氫比10%摻氫天然氣的特定燃氣輪

機，其他燃氣輪機會有天然氣中摻氫比＜5%的基本限制。

摻氫比對大型F級燃氣輪機發(fā)電機組燃燒器的燃燒效果會產(chǎn)生一定

影響。研究表明，燃氣輪機在摻氫比介于10%?20%的情況下，能夠

保持設(shè)備的安全可靠性，并且滿足排放標準。三菱、通用、西門子、

安薩爾多等知名燃氣輪機制造商在燃氣輪磯的摻氫研究、測試和示范

運用方面進行了積極的探討（見表3）,并在技術(shù)上取得了進展與有

限的實踐經(jīng)驗。

表3燃機廠商氫燃料燃機研究進展

Table3Researchprogressofhydrogenfueltuibinemanufacturers

公司可適應(yīng)摻乳比主要解決的同即機型

-U也動力系統(tǒng)30%~90%NO.排放及㈣火問圖M70IF/J

西“子能源公司60%WTNO,抒放,增月制造SGT-60G-SGT-R00

安然爾多徒源公司0%?100%開發(fā)光避燃燒系統(tǒng)GT261i「36

通用電氣發(fā)電公M0%700%環(huán)形燃燒器.多噸嘴的燒翳.增材JW造6BHE/9E/9F

摻氫燃氣輪機研制的關(guān)鍵技術(shù)較多，對于低排放燃氫燃燒室，最核心

的是以下4項關(guān)鍵技術(shù)：1）低NOx排放與燃燒穩(wěn)定性技術(shù)。目前其

解決方法與燃天然氣基本相同，主要技術(shù)手段為貧燃預(yù)混燃燒技術(shù)。

2）防回火技術(shù)。目前預(yù)防回火主要采用微孔預(yù)混燃燒技術(shù)，如通用、

三菱公司燃燒器結(jié)構(gòu)，防止燃燒區(qū)域存在低速區(qū)，而出現(xiàn)回火現(xiàn)象。

3）防預(yù)混區(qū)自燃技術(shù)。低排放燃氫燃燒室應(yīng)合理控制燃料噴射速度

及預(yù)混通道長度。4）用氫安全防護技術(shù)。需重點對氫燃料管路及密

封件合理選材，對氫燃料系統(tǒng)及氫燃料管路走向存在的密閉空間，進

行實時監(jiān)控。同時，還應(yīng)對密閉空間內(nèi)可能出現(xiàn)的所有熱源進行物理

隔離。

3.3發(fā)動機對于采用天然氣作為燃料的發(fā)動機，往往存在初期點火所

需能量大、稀燃能力不足等缺點，而這些可以通過摻入適量的氫氣解

決。實驗研究表明，以摻氫比W40%的摻氫天然氣混合氣為燃料的發(fā)

動機，其燃料使用效率會隨著摻氫比是的上升而遞增，從而提升了發(fā)

動機的運行經(jīng)濟性；而在不同工作負荷條件下，摻氫比的提高，導(dǎo)致

了NOx和CO排量的上升。增大點火提前角和摻氫比，NOx、CH4以及

CO的排放量皆隨之上升，對點火提前角進行優(yōu)化能有效改善天然氣

發(fā)動機的尾氣排放狀況。

數(shù)值模擬同樣表明，采用摻氫比0%?30%摻氫天然氣混合燃料進行燃

燒試驗，結(jié)果顯示，摻氫比10%的混合燃料可更顯著地增強引擎性能

以及降低排放物的生成。

在氣摻氫比介于0%?4096間內(nèi)，天然氣HCCI引擎的燃燒活動及其排

放表現(xiàn)出C0與C02的濃度下降，同時NOx濃度卻呈現(xiàn)增長的趨勢。

但同時也有研究表明，摻入氫氣的內(nèi)燃機表觀熱效率（ITE）受到摻

氫比及定速運轉(zhuǎn)時的空燃比影響甚巨。

3.4壓縮機

摻氫天然氣會對壓縮機的進出口壓力、能量消耗、轉(zhuǎn)速和功率等關(guān)鍵

性能指標造成影響。壓縮機的工作效能取決于進入壓縮機做工的氣體

體積及流通速率，壓縮機的轉(zhuǎn)動速率和構(gòu)造的穩(wěn)固性在混入氫氣后會

受到顯著影響。

混合燃料中摻氫比每增加5%,典型的R-R型壓縮機入口的流量會下

降，同時進口壓力、排氣壓力和壓力提升分別約提高3.34%>1.60%

和0.39%,而自耗的氣量、所需能源和壓縮比例平均降低0.35%.4.11%

和1.64%。相比氣溫對壓縮機的影響，摻氫比對壓縮機的性能參數(shù)有

著更加顯著的影響。當(dāng)提升摻氫比時\壓縮設(shè)備的壓力比率與抗喘振

性能相應(yīng)減少,在摻氫比達到20%時,喘振安全邊際減少了19.78%,

而壓縮比例相應(yīng)降低了6.44%o

在天然氣輸送網(wǎng)絡(luò)中，離心式壓縮機扮演著提升管線壓力的關(guān)鍵角色,

對于保證輸氣的效率與安全具有決定性的作用。而壓縮機的工作狀態(tài)

與所處