2025年1月，華天航空動(dòng)力與某能源央企相關(guān)單位簽署了“2MW純氫燃機(jī)技術(shù)研究項(xiàng)目”協(xié)議，雙方計(jì)劃依托華天自研的HGT-2燃機(jī)（青鳥15丙），開展純氫燃機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范驗(yàn)證。這是雙方在完成“擴(kuò)散型純氫燃燒室”一期工程的基礎(chǔ)上，開展的整機(jī)純氫燃燒示范驗(yàn)證工程。

　　氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)作為一種清潔、高效的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)全球能源轉(zhuǎn)型和碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)中具有重要作用。其具有快速啟動(dòng)、靈活調(diào)峰、低碳/零碳排放的特點(diǎn)，可以為新能源電力系統(tǒng)提供最佳的系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定性。在新能源電力系統(tǒng)構(gòu)建的“可再生發(fā)電、電解水制氫、氫燃料發(fā)電”的新模式中，氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)能夠有效彌補(bǔ)可再生能源在時(shí)空分布上的波動(dòng)性，保障電力供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性。

　　燃?xì)廨啓C(jī)純氫利用的技術(shù)難題在于燃燒產(chǎn)物由于具有較高的含水量，進(jìn)而影響了混合物的分子量和比熱容，對(duì)整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)布萊頓循環(huán)會(huì)造成很大的影響。主要表現(xiàn)為膨脹過程熵降的變化、渦輪入口流量的變化以及渦輪葉片外側(cè)傳熱系數(shù)的變化，對(duì)整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)性能參數(shù)和部件匹配帶來的較大的困難。

　　需解決的另一個(gè)難題在于燃燒的組織，由于氫氣的火焰速度較其他燃料高一個(gè)數(shù)量級(jí)，這增加了火焰的不穩(wěn)定性?；鹧媸艿嚼鞎r(shí)，這種不穩(wěn)定性會(huì)加劇，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)的壓力脈動(dòng)增加，從而引發(fā)熱聲振蕩問題。同時(shí)由于氫氣混合物的勞斯指數(shù)遠(yuǎn)小于1，導(dǎo)致優(yōu)先擴(kuò)散效應(yīng)增強(qiáng)，使得燃燒強(qiáng)度增加，這將可能導(dǎo)致火焰熄滅極限的變化。氫氣的高傳輸特性，使得其質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)小于熱擴(kuò)散系數(shù)，再結(jié)合其較高的火焰速度，極易出現(xiàn)回火現(xiàn)象。

　　通過采取微混燒氫燃燒的技術(shù)，利用微混單元的換熱特性，防止回火及預(yù)混氣在管內(nèi)自燃；火焰尺寸的縮小以及燃料分級(jí)供給的方式，可以有效控制熱聲振蕩；采用多夾層的結(jié)構(gòu)，可以有效提高冷卻效果并降低火焰筒表面溫度，減少因高溫引起的熱應(yīng)力和損壞風(fēng)險(xiǎn)，徹底解決燃?xì)廨啓C(jī)純氫利用的技術(shù)難題。

　　在低排放純氫燃燒室開發(fā)的基礎(chǔ)上，雙方在整機(jī)研發(fā)層面，確定了2MW級(jí)高效低排放純氫燃機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，完成了方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)設(shè)備選型工作，充分考慮氫氣燃燒特性和燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)整體影響，對(duì)機(jī)組整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，涵蓋軸系計(jì)算分析、流程設(shè)計(jì)、旁油管路設(shè)計(jì)、自控部分設(shè)計(jì)以及外圍設(shè)計(jì)等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保整機(jī)性能的可靠性和穩(wěn)定性。在控制技術(shù)研制層面，開展摻氫/純氫燃料燃燒高精度控制參數(shù)匹配性研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒過程的精確控制，確保燃機(jī)在不同工況下都能穩(wěn)定高效運(yùn)行。在材料研發(fā)層面，建立了完善的材料選材體系及工藝體系，針對(duì)純氫燃燒工況，對(duì)金屬和涂層進(jìn)行優(yōu)化研究，收集并優(yōu)化材料服役性能數(shù)據(jù)，確保熱通道關(guān)鍵部件及其防護(hù)涂層能夠滿足純氫燃燒的嚴(yán)苛要求，實(shí)現(xiàn) 100% 國(guó)產(chǎn)化，提高整機(jī)的使用壽命和安全性。