目前，在燃气领域，天然气凭借高安全性、高热值、价格便宜等优点，已得到广泛应用。但天然气燃烧将会排放大量的CO2，难以满足低碳要求，亟需一种降低燃气领域碳排放的替代方案。氢气因清洁、绿色、可再生等优势而广受关注，但氢气的体积热值较低，燃烧的核心技术不够成熟，故以氢气作为燃料仍存在一定困难。同时，氢气的大规模运输仍然面临挑战。尽管纯氢管道输送可以实现大规模、长距离氢气输送，但存在成本高、技术支撑不足等方面的限制。掺氢天然气可以综合天然气与氢气的优点，优化燃料的燃烧特性和排放性能，是燃气领域实现“双碳”目标的有效途径。

一、天然气掺氢技术

1.掺氢天然气输送

天然气中掺入一定比例氢气形成的掺氢天然气，可以直接通过在役天然气管道输送。目前，天然气掺氢输送是氢能输送的最佳途径。掺氢天然气不仅可以实现长距离、大规模的氢能输配，还能快速打通制氢、储氢、输氢及用氢的全产业链。由于各国天然气气质与管输要求不同，全球范围内对于掺氢天然气管输允许的最高掺氢比尚无统一定论。中国石化、深圳燃气、国家电投等企业及相关研究机构对天然气掺氢比进行了初步研究。截至2021年，在朝阳天然气掺氢示范项目中，燃气锅炉以掺氢比10％的掺氢天然气作为燃气，已安全运行一年。总体而言，掺氢比较低的掺氢天然气能够较好地与现有天然气管网系统相兼容。将氢气掺入天然气管道中输送时，会对管道造成一定的危害。掺混氢气导致的管道损害主要包括氢脆、氢致开裂、氢鼓泡、脱碳以及氢腐蚀等，促使管道材料的韧性降低、疲劳裂纹扩展速率增大，存在燃气泄漏风险。张小强等研究了氢气浓度、输送压力等操作参数对天然气管道安全性的影响，结果表明，随着掺氢比从10％增至20％，管道的安全操作压力从7.70MPa降至5.38MPa。可见，管道氢脆现象的发生与掺氢比密切相关，为保证输送管道设施的安全，需要严格控制掺氢天然气中的掺氢比。

2.燃气互换性

在互换性研究中，若置换气能够在原有基准气的燃具上燃烧，且燃烧时的燃烧特性以及效果与基准气保持一致，则认为置换气可与基准气互换。以Delbaurg法、Weaver指数为标准，满足互换性要求的掺氢比分别为24％、13％。赵伟等以华白数与燃烧势这一对参数指标组作为评价依据，认为中国普遍使用的燃气（12T天然气）互换的掺氢比为0～29.6％。不同地区的天然气组分、燃具的类型都有差异，未来应根据不同的情况，综合考虑安全性与经济性，因地制宜，建立一套适合中国燃气体系的互换性评价标准。

二、应用研究

目前，掺氢天然气主要应用于家用燃气、工业燃气轮机以及车用发动机等领域。

1.家用燃气具

针对掺氢天然气作为燃气具燃料的可行性分析主要集中于安全适应性、热效率以及排放性能等方面。当前，针对使用掺氢天然气作为燃料的家用燃气具的研究尚处于起步阶段。掺氢比会对燃气具的安全性能、热效率以及排放特性等方面造成影响，未来仍需进一步针对家用燃烧器展开研究，确定家用燃气具掺氢比的安全标准。

2.燃气轮机

为了降低燃气轮机碳排放并提高热效率，国内外相继开展掺氢天然气燃气轮机相关研究。在中国，国家电投于2022年对掺氢比为30％的运燃机燃烧进行了改造，并实现了成功运行；哈电通用燃气轮机有限公司今年生产出了首套掺氢9HA级重型燃机，助力惠州掺氢燃烧电厂实现将掺氢比10％的掺氢天然气作为燃料。总之，国内外纯氢/掺氢燃气轮机方面研究相对成熟，已取得了一定研究成果以及实际应用经验，但仍需对其高效性、稳定性、更低的CO及NOx排放量等问题进行研究。

3.发动机

压缩天然气作为发动机燃料始于19世纪30年代，至今仍在使用。但其稀燃能力较差，排放的废气中含有大量有害气体CO、NOx。使用掺氢天然气可以很好地解决上述问题，并对内燃机的燃烧有明显的促进作用。掺氢天然气发动机的指示热效率受掺氢比、恒定转速下的过量空气比的影响很大。在众多的研究中，可以选择合适的掺氢比、过量空气比来达到更高的热效率。同时，还可以结合EGR或采用稀薄燃烧等技术实现掺氢天然气发动机高效、低污染燃烧。总体而言，国内外掺氢天然气的应用已经取得了一定的应用成果。但掺氢燃烧相关的法律法规及标准体系尚不健全，限制了掺氢天然气的应用与推广，亟需进一步建立健全相关法规和行业标准体系。（内容摘自：陈伊宇，龙礼文，黄泰明，等.天然气掺氢燃烧技术研究进展[J].油气储运，2023，42（8）：872-881.）