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在現(xiàn)有能源設(shè)施中直接燃燒氫作為燃料是否可行?
這個問題的答案是肯定的。在其他能源應(yīng)用中，如燃?xì)鉁u輪機(jī)、加熱器、鍋爐或發(fā)電，在氫與天然氣混合燃燒或純氫燃燒中，氫燃燒沒有根本的障礙。
目前，意大利富西納氫氣工廠(100%氫氣)、韓國大山石化工廠(95%氫氣)、中國武漢鋼鐵廠(60%氫氣)等多個發(fā)電廠已經(jīng)使用氫氣作為燃料。還有一些計劃中使用100%氫作為燃料的項目，如荷蘭Wattenfall的Magnum電廠和猶他州的Vattenfall電廠。
那么，在現(xiàn)有的能源系統(tǒng)中使用氫作為燃料有什么限制呢?
雖然氫燃燒為能源存儲和轉(zhuǎn)換提供了一條有前景的道路，但它還不是目前天然氣能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的“現(xiàn)成”燃料。燃料處理系統(tǒng)、閥門和管道以及燃燒室硬件都需要改變，以解決污染物排放、可操作性和成本問題。
我們還需要解決排放問題。燃燒氫不會釋放出任何微?；蛞谎趸?，因為它不含碳原子，這是氫作為燃料的另一個主要好處。然而，氫燃燒會產(chǎn)生氮氧化物(NOx)排放。從本質(zhì)上講，當(dāng)空氣被加熱到高溫時，空氣中的N2和O2開始相互反應(yīng)，就產(chǎn)生了氮氧化物。因此，與氫相關(guān)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是低NOx燃燒系統(tǒng)。
還有可操作性問題，即設(shè)備在沒有停機(jī)、損壞或性能不合格的情況下可靠運行的能力。氫在幾個方面影響著可操作性，其中，在以氫為天然氣的系統(tǒng)中，回火是最嚴(yán)重的問題。氫的火焰速度比天然氣的火焰速度高一個數(shù)量級，因為火焰可以逆流而上，嚴(yán)重?fù)p壞硬件。
除此之外，氫燃料燃燒產(chǎn)物的傳熱系數(shù)高于天然氣。因為燃?xì)廨啓C(jī)的峰值溫度是由向旋轉(zhuǎn)渦輪的傳熱控制的，隨著氫含量的增加，可能需要降低渦輪進(jìn)口溫度。雖然高氫燃料提高循環(huán)效率，但這被較低的渦輪入口溫度所抵消。
簡而言之，氫無疑是一種可以接受的、非常清潔的燃料。目前，有H2水平為50%的低NOx燃?xì)廨啓C(jī)與天然氣配合使用。用純氫操作的系統(tǒng)也已開發(fā)出來。未來的一個關(guān)鍵發(fā)展挑戰(zhàn)是低氮氧化物、燃料靈活的系統(tǒng)，可以輕松地使用各種燃料組件，從純天然氣到純氫。下面的圖表概述了這些使用氫的不同技術(shù)的成熟度、開發(fā)要求和氮氧化物遵從性。
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