科研人员提出灵活氢燃料清洁燃烧新思路 | 科技前线

在能源清洁转型背景下，燃气轮机作为电网调峰关键装备，正朝着高效、低碳、灵活的方向快速发展。氢燃料燃气轮机凭借零碳排放的优势，成为能源装备领域的重要发展方向，但面临燃料氢含量波动与调峰负荷快速变化的“双重动态”挑战。氢燃料的高活性易引发回火、NOx排放超标及振荡等问题，对燃烧室燃料适应性与变工况能力提出较高要求。

中国科学院工程热物理研究所科研团队提出基于对撞射流的微混燃烧技术路线，为突破这一技术瓶颈提出了解决方案。

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“对撞射流”新思路

这一基于对撞射流的微混燃烧技术，通过让燃料、空气射流直接碰撞产生强烈湍流，实现了燃料与空气的短距离高效混合。

这种创新性设计，提升了混合效率，为低NOx排放奠定了基础，并通过降低局部火焰拉伸率增强了火焰静态稳定性，展现出优异的燃料适应性和变工况性能。

▲基于对撞射流的微混燃烧组织

同时，科研团队提出分区燃烧调控策略。该策略通过模块化设计，将燃烧室划分为多个独立控制的区域，每个区域可根据燃料类型、实际工况调整运行参数，实现变负荷过程中的燃烧精细化管理。

这种“分而治之”的策略，使得高活性的氢燃料和低活性燃料都能在各自最优条件下燃烧，抑制了负荷和燃料组分变化带来的高NOx排放和热声振荡等问题。

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大科学装置验证技术可行性

在国家重大科技基础设施高效低碳燃气轮机试验装置燃烧室试验平台上，科研团队研制出湿化循环天然气微混燃烧室和富氢煤制气微混燃烧室试验件，完成了F级燃气轮机参数的全温高压单筒燃烧室试验验证。

试验结果表明，该技术实现了宽负荷范围内的稳定低NOx燃烧，排放水平较传统燃烧室降低50%以上，同时避免了回火和热声振荡问题。

▲升负荷过程燃烧室实拍照片

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技术优势与特色

微混燃烧组织采用易模块化的“堆积木式”设计，可根据不同负荷需求灵活调整规模，为产品系列化开发提供了便利。这种设计理念允许根据实际应用场景快速调整燃烧室方案，缩短了产品开发周期，降低了研发成本。

▲模块化微混喷嘴火焰照片

通过分区调控策略，团队实现了从低负荷到满负荷的宽工况稳定运行，可满足电网调峰对运行灵活性的要求。

目前，团队正在推进该燃烧室技术路线在H/J等高参数燃气轮机以及掺氢、纯氢等低碳燃料燃气轮机的应用验证。这些验证工作将为该技术的工程化应用提供依据，也可为氢燃料燃气轮机的商业化推广奠定技术基础。

来源：中国科学院工程热物理研究所