伴随21世纪的到来，世界各国都面临着亟待解决的能源问题。氢气是高效清洁环保型新能源，在二十一世纪有望成为世界能源舞台上举足轻重的二次能源。

相较煤炭、天然气、石油等传统燃料，氢气具备热 值高、能量密度大、反应零排放等天然优势，是我国碳中和目标下理想的“清洁能源”。我国氢气产量全球领先，2020年达到2500万吨，2012-2020年CAGR约5.74%。但是从下游应用来看，我国氢气仍主要应用于化工领域，以氨、甲醇等大宗材料合成为主，在能源消费领域渗透较低。

国家和地方多重利好政策加持下，我国氢能源行业有望进入高速成长期，氢能将成为我国能源体系的重要组成部分，在交通运输、工业等领域有望实现持续渗透，产生较为广阔的经济市场。预计2036-2050年氢能源在我国能源消费中的占比将达到10%，年经济产值将超过10万亿元。在地方政策方面，已有超过20个省市发布氢能相关政策规划，明确2025—2030年氢能发展目标。

1.氢气的特点

(1)氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质

(2)所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此在能源工业中氢气是极好的传热载体

(3)氢气燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，3％－97％范围内均可燃。而且燃点高，燃烧速度快。

(4)除核燃料外，氢气的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，达142.35lkJ/kg，每千克氢气燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。

(5)所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0.0899g/L；氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

(6)氢气本身无毒，与其他燃料相比氢气燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，而且燃烧生成的水还可继续制氢气，反复循环使用

2.氢气的开发与利用

由以上特点可以看出氢气是一种理想的新型能源。目前，虽然液氢已广泛用作航天动力的燃料，但氢气大规模的商业应用还面临着许多问题，氢气能否被广泛使用，制氢工艺是基础。因为水分子中氢和氧的结合非常牢固，要把它们分开，需花费很大的力气。为了避开这个难点，目前实际上主要还是利用天然气、煤炭和石油产品作原料来制取氢气。

（1）矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法。

①煤的焦化。

②水煤气转化。

③从天然气、炼厂气（石油炼制厂的副产气体）、油田气等气体燃料中制取氢气。

（2）电解水法。 水中放进一点儿氢氧化钠、硫酸钾、硫酸之类的电解质，通电之后，极上就能放出氢气。电解水法制得氢气的纯度可达99.5～99.8%。

（3）各种化工过程副产品氢气的回收，如氯碱工业、冶金工业等。

（4）热化学循环分解水制氢。 该方法是在水 反应系统中加人中间物，经历不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，且中间物不消耗。这其实也是一种加热直接分解水的方法，不过不是单纯依靠加热硬把氢、氧一步分开，而是通过某些化学药品（如二氧化硫、硫酸和硫酸铋）与水反应，分几步把水分解制得氢气，形成一个热化学循环，所以又叫做分步反应分解水制氢法。

（5）生物质制氢。 它是将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法。

氢能的利用方向很广，使用价值也很高。总结起来氢能可以在以下领域得到充分利用，但某些利用方向还尚在理想状态下。

（1）氢可以做汽车燃料。 用氢气作燃料油许多优点，首先是干净卫生氢气燃烧后的产物是水，不会污染环境，非常有利于环境的保护。其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高。

（2）燃料氢气发电还可以通过燃料氢气能发电。

（3）氢气在氧气中燃烧放出大量的热，其火焰-氢氧焰的温度高达3000℃，可用来焊接或切割金属。

（4）冶金、化学工业等方面的副产氢气目前有些被排放，造成能源的浪费，合理回收利用可以为企业带来很大的经济利益。例如加装燃氢蒸汽锅炉，可以为生产工艺提供蒸汽，也可以用来发电。

氯碱企业从氯碱装置的氢处理工序输出的（生产合成盐酸后多余的）氢气通过管道输送，进入预处理系统预处理后送至燃氢锅炉系统燃烧产生蒸汽。

比如10万吨/年烧碱生产中，每吨烧碱需求蒸汽量约0.6t。燃氢锅炉与燃煤工业锅炉相比，燃氢锅炉可实现烧碱每吨生产成本降低80.5元，全年降烧碱生产成本低约805万元。同时，清洁燃料氢气取代不可再生燃煤使用，每年可减少折标燃煤消耗8500余吨。继而减少直排二氧化碳21000余吨、直排二氧化硫81.6吨、直排氮氧化物60吨、直排烟尘1370吨。

燃氢锅炉的技术特点以及优势

1、技术特点 

（1）燃氢蒸汽锅炉本体采用双锅筒、纵置式、D型布置的自然循环型结构。锅炉采用微正压的燃烧方式，鼓风机随燃烧器配套。亦可采用立式布置，对流传热部分为单程，减少了炉内烟气流程的死角，保证了烟气排放顺畅，降低烟气阻力，避免未燃氢气在炉内聚集，产生爆鸣。

（2）燃料氢气采用扩散燃烧方式，燃烧时，不产生回火现象，确保氢气燃烧可靠、稳定。

（3）锅炉点火燃料为天然气或液化石油气，点火、负荷调整、火焰监控、锅炉水位及连锁控制均为可变程序控制器（PLC）完成，安全可靠。

（4）燃烧室的直径与高度均大于火焰直径与高度，保证氢气安全燃烧后烟气进入对流段燃氢锅炉燃烧室，防爆面积大、安全可靠。

（5）燃氢锅炉采用多重连锁保护装置，当锅炉运行时，任何异常波动均会自动报警直接连锁停车。

（6）燃烧器在设计时充分考虑到燃料工况，气体燃料、热值等实现稳定、充分燃烧。

（7）采用变频比例调节控制燃烧供风量，按照选择所燃烧的燃料特性计算配风的百分比，配风比可根据现场燃烧状况进行设定，调试正常后参数进行保存固定。

（8）电脑显示屏显示主要运行工况，简单明了，易于掌握。参数在调试后固化，具备自动保护功能，防止执行误操作命令。

（9）燃气、空气单独通道控制，在线可设置风/气比例，不会出现由于连杆传动误差，造成锅炉无法自动运行。

（10）锅炉底部设有放水阀，因为氢气燃烧后产生大量的水需要及时放出。

2、燃氢锅炉的优势 

（1）以锅炉蒸汽压力、炉膛负压等参数为目标，无级连续自动完成比例式燃料调节和鼓风风量调节；

（2）设置两级保护，两级气动阀可靠切断燃料，助燃空气压力低开关。风机系统为燃烧器提供助燃空气，并在点炉前进行前吹扫和停炉后进行后吹扫，彻底清除炉膛内的可燃气体; 燃烧器即使在部分负荷条件下，也能保持稳定的燃烧状态，从而达到最大的燃烧效率。锅炉负荷调节范围为30～100%；加热炉热负荷自动调节,风气比自动调节;

（3）燃烧器采用比例调节控制，具有燃烧程序控制, 比例调节控制和安全保护控制等功能。采用PLC+触摸屏控制，具有自动和手动功能，运行安全可靠。

（4）自动吹扫、程序点火,点火失败声光报警；管道自动进行氮气置换。

（5）火焰检测，熄火停炉保护；

（6）蒸汽压力高报警及保护；

（7）燃烧风压压力低声光报警及保护；

（8）外部故障待机保护报警、保护；

（9）燃气压力高(保护)、低报警(保护) 当燃料压力超出允许值时，自动切断燃料供应；

（10）燃气阀组通过阀关位反馈至PLC检漏，阀漏报警（保护）两阀组间加装放空阀；

（11）电脑显示屏集中显示锅炉蒸汽压力、锅炉水位、炉膛压力、炉膛温度、排烟温度及各种报警参数，各燃气阀开度、风门开度及各种报警，简化现场控制，集中盘面，减少故障点，提高可靠性。 

（12）燃烧器在设计时充分考虑到燃烧稳定的保障。

（13）燃气、风门单独通道控制.

（14）系统设计两套紫外火焰检测器，为原装进口产品，一个检测熄火时报警不停炉，二个都检测不到火焰时再熄火保护，这样避免了因检测器的问题造成误报警停炉事故。

（15）所有报警及保护采用单项人工复位；

（16）锅炉水位自动调节、双重保护，一路采用磁翻板液位变送器将水位信号转换为4-20mA信号,用于水位连续调解；另一路采用电极液位传感器，重复保护锅炉避免缺水发生。水位自动控制系统具备如下功能：

自动调节锅炉水位，使水位稳定在规定范围内（利用变频）。手动上水。

缺水双重保护。

液位计中心距：L=440mm。

（17）所有报警及保护采用单项人工复位；

（18）控制系统具备以下联锁保护与报警等功能：

锅炉超压报警及保护；

风压压力低报警及保护；

仪表风压力低报警；

高、低水位报警。

极低水位保护。

燃气压力高(保护)、低报警(保护) 当煤气压力超出允许值时，自动切断燃料供应；

外部故障报警、保护；

氢气的储存

1、常压储氢

2、高压储氢

3、液氢储氢——密度高、但能耗大、且有自然挥发

4、金属氢化物

5、吸附储氢

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