气体燃料——氢气

1、气体燃料氢气 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

2、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2-1 h2的主要物化特性特性参数数值特性参数数值质量热值/(mjkg-1)高 141.8最大火焰速度时当量比1.7/(mjkg-1)低 120.1理论燃空比/(kgkg-1)0.02915摩尔热值/(mjkmol-1)高 285.8理论空燃比/(kgkg-1)34.38/(mjkmol-1)

3、低 242.1空气中燃烧界限/%4.175标态体积热值/(mjm-3)高 12.74极限过量空气系数o.157.o/(mjm-3)低 10.80着火温度/571与空气理论混合气热值/(mjm-3)3.186与空气燃烧理论体积百分比f/(a+f)%29.5理论混合气点火能量/j3.1810-5最小点火能量/j1.3410-5气态密度/(kgm-3)0.08987空气中最大火焰速度/(cms-1)291气态粘度/(mpas)0.0202最大火焰速度时温度/k2380气化热/(kjkmol-1)90.4三、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

4、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0.0130.020mj，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2-2 一些燃料最大火焰传播速度的比较 (单位：cm/s)氢汽油航空煤油乙炔苯甲苯一氧化碳甲醇二乙醚291.237.736.9155.344.6