气体燃料——氢气

　　评论：　更新日期：2013年04月11日

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	/(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
摩尔热值	/(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
标态体积热值	/(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	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/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

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
291.2	37.7	36.9	155.3	44.6	38.6	42.9	52.3	43.7
甲烷	乙烷	丙烷	正丁烷	正戊烷	正已烷	正庚烷	环戊烷	环乙烷
37.3	44.2	42.9	41.6	42.5	42.5	42.5	41.2	42.5