气体燃料——氢气

气体燃料气体燃料 氢气氢气 气体燃料是能源的一个重要组成部分 被称为继煤和石油 之后的第三大能源 尤其在当前煤碳 石油等固 液体燃料储 量急剧减少 而能源需求急剧增长的形势下 气体燃料的重要 性愈来愈突出 内燃机用的气体燃料主要包括氢气 纯氢或各种工业副产 品非纯氢 天然气 液化石油气 石油伴生气 发生炉煤气 沼气和工业副产品煤气等 其中发生炉煤气又包括木制煤气 煤制煤气 谷壳煤气 植物秸秆煤气等 一 氢气的资源情况一 氢气的资源情况 自然状态下 大气中只含有极少量的氢气 因此氢气的来源主 要从水中进行裂解制取 以及来源于各种工业副产品 尽管氢 气不像石油 天然气等有较大自然储量 但做为氢气来源的水 资源却是极其丰富的 而且氢气燃烧后生成水 形成资源的快 速循环 图 2 1 是目前汽车用的能源一览表 图 2 2 是氢气制 取应用的能源循环图 从上述两图可以看出 氢气将在未来可 耗尽能源消耗殆尽时起到主导作用 这也是目前世界各发达国 家投入大量财力 物力进行这方面研究的根本原因 二 氢气的物化特性二 氢气的物化特性 氢气的分子组成为 h2 表 2 1 列出了氢气的主要物化特性 表表 2 12 1 h2h2 的主要物化特性的主要物化特性 特性参数数值特性参数数值 mj kg 1 高 141 8最大火焰速度时当量比 1 7 质量热值 mj kg 1 低 120 1理论燃空比 kg kg 1 0 02915 mj kmol 1 高 285 8理论空燃比 kg kg 1 34 38 摩尔热值 mj kmol 1 低 242 1空气中燃烧界限 4 1 75 mj m 3 高 12 74极限过量空气系数o 15 7 o 标态体积热值 mj m 3 低 10 80着火温度 571 与空气理论混合气热值 mj m 3 3 186 理论混合气点火能量 j 3 18 10 5 与空气燃烧理论体积百分比 f a f 29 5 最小点火能量 j 1 34 10 5 气态密度 kg m 3 0 08987 空气中最大火焰速度 cm s 1 291 气态粘度 mpa s 0 0202 最大火焰速度时温度 k 2380 气化热 kj kmol 1 90 4 三 氢气的燃料特点三 氢气的燃料特点 氢气可以单独作为内燃机的燃料 也可以与汽油作为混合燃料 氢气在后一情况下不仅自身参与燃烧而成为火花点火式发动机 的一部分 一般掺烧量不大 而且可改善汽油的燃烧 氢气作 为内燃机燃料有下列特点 1 尽管质量低热值高 表 2 1 是汽油低热值的 2 73 倍 但由于氢的相对分子质量小 1 016 质量轻 以致其标态体积 热值只有 10 80mj m3 与弛放气的体积热值相近 10 95mj m3 氢气与空气的理论混合气标态热值也只有 3 186mj m3 与沼气 相近 3 230mj m3 比汽油低约 15 2 着火界限很宽在空气中燃烧的着火界限为 4 1 75 比 汽油和柴油的着火界限大很多 这就是说可以稀薄燃烧 这对 于降低发动机的部分负荷时的能耗率有重要意义 3 有很高的火焰传播速度其火焰传播速度高达 2 91m s 是 汽油的 7 72 倍 比乙炔还高 87 这就说明氢气在汽油机中燃 烧时抗爆性比汽油好 表 2 2 列出了一些燃料最大火焰传播速 度的比较 4 点火能量较低最小可以低到 0 013 0 020mj 比汽油低得 多 所以 汽油掺氢燃烧后 其所需点火能量可以降低 5 氢气是一种清洁燃料其燃烧产物是水 没有碳和碳烟 表表 2 22 2 一些燃料最大火焰传播速度的比较一些燃料最大火焰传播速度的比较 单位 单位 cm s cm s 氢汽油航空煤油乙炔苯甲苯一氧化碳甲醇二乙醚 291 237 736 9155 3