北京
导读：2025年1月，华天航空动力与某能源央企相关单位签署了“2MW纯氢燃机技术研究项目”协议，双方计划依托华天自研的HGT-2燃机（青鸟15丙），开展纯氢燃机关键技术研究与示范验证。这是双方在完成“扩散型纯氢燃烧室”一期工程的基础上，开展的整机纯氢燃烧示范验证工程。
氢燃料燃气轮机作为一种清洁、高效的能源转换设备，在实现全球能源转型和碳达峰碳中和目标中具有重要作用。其具有快速启动、灵活调峰、低碳/零碳排放的特点，可以为新能源电力系统提供最佳的系统平衡和稳定性。在新能源电力系统构建的“可再生发电、电解水制氢、氢燃料发电”的新模式中，氢燃料燃气轮机能够有效弥补可再生能源在时空分布上的波动性，保障电力供应的可靠性和稳定性。
燃气轮机纯氢利用的技术难题在于燃烧产物由于具有较高的含水量，进而影响了混合物的分子量和比热容，对整个燃气轮机布莱顿循环会造成很大的影响。主要表现为膨胀过程熵降的变化、涡轮入口流量的变化以及涡轮叶片外侧传热系数的变化，对整个燃气轮机性能参数和部件匹配带来的较大的困难。
需解决的另一个难题在于燃烧的组织，由于氢气的火焰速度较其他燃料高一个数量级，这增加了火焰的不稳定性。火焰受到拉伸时，这种不稳定性会加剧，导致燃烧室内的压力脉动增加，从而引发热声振荡问题。同时由于氢气混合物的劳斯指数远小于1，导致优先扩散效应增强，使得燃烧强度增加，这将可能导致火焰熄灭极限的变化。氢气的高传输特性，使得其质量扩散系数小于热扩散系数，再结合其较高的火焰速度，极易出现回火现象。
通过采取微混烧氢燃烧的技术，利用微混单元的换热特性，防止回火及预混气在管内自燃；火焰尺寸的缩小以及燃料分级供给的方式，可以有效控制热声振荡；采用多夹层的结构，可以有效提高冷却效果并降低火焰筒表面温度，减少因高温引起的热应力和损坏风险，彻底解决燃气轮机纯氢利用的技术难题。
在低排放纯氢燃烧室开发的基础上，双方在整机研发层面，确定了2MW级高效低排放纯氢燃机的设计参数，完成了方案设计以及系统设备选型工作，充分考虑氢气燃烧特性和燃气轮机系统整体影响，对机组整体结构进行优化设计，涵盖轴系计算分析、流程设计、旁油管路设计、自控部分设计以及外围设计等多个关键环节，确保整机性能的可靠性和稳定性。在控制技术研制层面，开展掺氢/纯氢燃料燃烧高精度控制参数匹配性研究，实现对燃烧过程的精确控制，确保燃机在不同工况下都能稳定高效运行。在材料研发层面，建立了完善的材料选材体系及工艺体系，针对纯氢燃烧工况，对金属和涂层进行优化研究，收集并优化材料服役性能数据，确保热通道关键部件及其防护涂层能够满足纯氢燃烧的严苛要求，实现 100% 国产化，提高整机的使用寿命和安全性。
华天燃机始终坚持“以客户为中心”的核心价值观，携手战略合作伙伴，推进纯氢燃机的考核试验，建立涵盖热声震荡抑制技术、火焰筒壁温控制技术、整机集成技术等核心技术自主化体系，真正意义上突破“卡脖子”技术瓶颈，为我国纯氢燃机技术的发展和能源结构的优化升级贡献力量。
来源：华天航空动力
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