安萨尔多宣布突破100%燃氢燃气轮机技术

导读：据powermag网站2月13日标识，安萨尔多公司已成功展示了其恒压顺序燃烧 （CPSC） 技术——专为基于其旗舰 GT36 H级燃气轮机型号的新型氢优化燃烧器而设计——可以灵活地使用高达100%的氢燃料。

安萨尔多公司宣布的这一突破标志着 FLEX4H2（或氢的灵活性）计划的重大胜利，这是一个为期四年的欧洲项目，旨在设计、开发和验证一种高效且高度灵活的100%燃氢燃烧系统用于大型重型燃气轮机。

这家意大利发电解决方案公司表示，这一里程碑是在德国科隆的专用测试设施成功测试GT36燃烧器原型后实现的。该公司表示：“这些测试突出了燃烧室在天然气和氢气之间无缝切换的能力，展示了其卓越的燃料和操作灵活性。”

安萨尔多的 H 级 GT36燃气轮机利用从其 GT26 燃气轮机中获得的经验来改进顺序燃烧技术，实现更高的燃烧温度、更低的排放以及更高的操作和燃料灵活性。“GT36 发动机代表了一项面向未来的投资，因为它的高效率和一流的燃氢70%的能力，也是通过顺序燃烧实现的，” 安萨尔多公司表示。

FLEX4H2的一项核心工作是基于安萨尔多公司的CPSC技术开发新型燃烧室的设计，这是为安萨尔多公司的旗舰GT36 H级燃气轮机（联合循环760兆瓦）燃烧室开发的第二代燃烧系统。

顺序燃烧是从应用于安萨尔多公司的GT26 F级和GT24燃气轮机的燃烧器技术演变而来的。在 GT26 中，顺序燃烧是通过两个燃烧阶段实现的，由高压涡轮机隔开：第一级 （EV） 在超过 30 bar 的压力下运行，而第二级 （SEV） 在大约 EV 压力的一半下运行。

安萨尔多公司表示：“由于高燃烧速度和高火焰温度，标准燃气轮机燃烧技术在高氢含量下难以适应，存在NOx排放量高和回火风险，这通常会导致燃气轮机不得不降低功率以符合环保标准。基于两个连续的燃烧阶段，GT36通过将燃料转移到第二阶段来恢复第一阶段的因功率下降带来的损失。这允许充分的操作灵活性、低 NOx。

湍流火焰速度（由当量比和燃料成分驱动）定义了第一级的火焰位置。在第二阶段，火焰位置更多地受到入口温度以及燃料成分的影响，FLEX4H2澄清。“如果燃料反应性发生重大变化 - 例如用氢基燃料代替天然气 - 火焰往往会回火，因为它们的火焰传播速度更快，自燃时间更短。”它说。

它补充说，CPSC系统基本上通过调整第一级和第二级之间的燃料分配来缓和更高燃料反应性的影响。如果燃料的反应性增加，则分配给第一级的燃料较少，以降低当量比并保持最佳的湍流火焰速度，而第二级则用更多的燃料进行补偿，以从第一级调整中恢复任何功率损失。它说，较低的第一级火焰温度在第二级产生较低的入口温度，这反过来又将自燃时间平衡在最佳值，并确保第二级火焰处于其设计位置。

顺序燃烧由串联的两个燃烧阶段组成：第一级（上游）通过火焰在涡流中的传播来稳定，而第二（下游）级通过自燃来稳定。在恒压顺序燃烧 （CPSC） 系统中，可以通过调整第一级和第二级之间的燃料分配来补偿较高燃料反应性的影响。

根据 安萨尔多公司服务技术负责人Vasileios Stefanis的说法，FLEX4H2选择CPSC作为其开发改进燃烧系统的核心技术，因为它能够最大限度地提高循环效率，同时将排放保持在非常低的水平。

就目前而言，GT36已经可以在天然气中燃烧70%的氢气。然而，FLEX4H2项目为其新型燃烧器的开发和验证设定了几个具有挑战性的目标。其中包括确保100%有能力的燃烧系统能够在最具挑战性的氢燃烧条件下运行，例如 H 级工作温度和压力，这是最高循环效率所必需的。至关重要的是，新系统还必须在不使用稀释剂的情况下满足欧洲严格的氮氧化物和二氧化碳排放目标。

“现代燃气轮机必须以超高的燃烧温度、强大的火焰稳定性和最广泛的灵活性为目标，无论是在燃气轮机运行还是燃料类型方面。“Stefanis表示，ETN Global是一个由整个燃气轮机技术价值链组成的贸易集团。“顺序燃烧已经证明了它在实现如此雄心勃勃的目标方面的优势。”他说。

他指出：“使用两个燃烧阶段，一个利用空气动力学保障火焰稳定，由火焰传播驱动，另一个通过自燃稳定，在氮氧化物排放、调节能力和燃料灵活性方面提供了出色的性能。“顺序燃烧技术的内在灵活性已被证明可以在氢含量非常高的各种燃料上实现清洁和高效的运行。氮氧化物排放可以降低到非常低的水平，这要归功于在顺序燃烧器中实现的较短的火焰后停留时间，以及自燃稳定火焰燃烧到第一阶段的热产物中的优势，其特点是氧含量较低，从而抑制氮氧化物的形成。

Stefanis说，改进后的燃烧室系统“应该完全改装到现有的燃气轮机上，从而为翻新现有燃气轮机提供重要机会。他说，最终，该项目旨在实现技术成熟度6，这应该为“项目完成后不久的商业部署铺平道路”。

FLEX4H2 由清洁氢伙伴关系（一个支持氢研究和创新的欧洲公私联盟）、欧盟 （EU） 和瑞士共同资助，于 2023 年 1 月启动，将持续到 2026 年 12 月。FLEX4H2合作伙伴包括来自六个欧洲国家的实体。

除安萨尔多公司外，这些机构还包括Arttic Innovation（德国）、Centre Européenne de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique – CERFACS（法国）、Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – DLR（德国）、Edison（意大利）、ETN Global（比利时）、Sintef Energi（挪威）、Ansaldo Energia Switzerland（瑞士）、Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften – ZHAW（瑞士）。

FLEX4H2是一个由欧洲主导的项目，旨在设计、开发和验证一种安全、高效且燃料灵活的燃烧系统，该系统能够在天然气中任何浓度的氢混合物中运行，最高可达 100%。该项目计划于 2026 年 12 月结束，正在分阶段推出。

作为该项目的协调员，安萨尔多公司将整合所有活动。Stefanis指出：“这个项目成功的关键在于该联盟非常平衡的多学科组成，将发电厂领域的世界领先企业之一与著名的领先研究合作伙伴、燃气轮机行业利益相关者代表协会以及主要发电厂运营商聚集在一起。

安萨尔多公司正在领导两个工作包，包括燃烧系统设计的开发。“此外，安萨尔多公司将开发制造设计，并协调燃烧室原型硬件的生产，以及它们的测试和验证。”Stefanis说。