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摘 要：航空活动产生的二氧化碳等温室气体每年都在增长，欧洲甚至要求对飞往欧洲的民用航班征收碳排放税，而且欧美的航空排放适航标准对航空的气体排放要求也越来越高。为适应全球化的竞争，从二氧化碳排放要求角度，综合国外对新型航空燃料的探讨，介绍并探讨液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG）作为航空燃料的发展趋势及特点，为国内航空燃料的发展引入一个新的思路。
关键词：液化天然气；航空燃料；发展趋势；特点
一、我国液化天然气作为航空燃料的发展趋势
全球的天然气探明储量高达1.38×1014m3，潜在储量2.52×1014 m3，预计两者合计可供人类使用超过100年。天然气的供应量正在逐年上升，预计在2040年左右将超过石油和煤炭成为最主要的一次能源.我国能源中长期发展规划明确指出：“十二五”期间，大力发展天然气，2030年天然气将占到一次能源的10%，成为我国能源发展战略中的一个亮点和绿色能源支柱之一[1]。
2003年全球天然气消费量为2.6×1012 m3，至2006年持续以1.8%的比例增加，其后又以每年2.8%的比例增长，预计2025年全球天然气消费量将达501×1012m3，而在天然气贸易量中有7%是通过LNG的方式来进行的。中国LNG工厂，从20世纪末开始经历了一个从无到有、从小到大的发展过程，近年来我国小型LNG工厂发展迅速，截止到2010年1月，我国已经运营的小型LNG装置有30多座，总规模近106 m3/d，年产量超过260×107kg。另外，在建和拟建设的LNG液化项目还有30座左右，近一两年将陆续投入运行，而且单座容量都有增大的趋势，设计规模介于2×106～3×106 m3/d。同时，国家加大了跨国天然气管道和沿海进口LNG接收站的规划建设规模.因此，未来5年，中国无论是管道天然气还是沿海LNG接收站的天然气供应量都会有大幅度的增长。
二、液化天然气作为航空燃料的特点
为分析LNG作为航空燃料的特点及可行性，将LNG与目前在用的液态航空燃料进行了比较，LNG，100LL汽油和3号航空煤油的基本物性和燃烧特性的比较如表1及表2所示。
表1 不同燃料物性比较
表2 不同燃料燃烧特性比较
从3种燃料特性的比较可以看出LNG具有如下特点：
（一）密度低、热值高
航空发动机工作过程中所需携带的燃料数量由续航里程、飞机所能提供的用于承载燃料油箱的体积等因素所决定。对使用不同燃料产生相同能量时所需油箱的体积和燃料质量进行了比较，比较结果如表3所示（以产生2000MJ能量为例）。
由于密度低，在产生相同的能量时LNG需要更大容积的油箱，与使用航空汽油和航空煤油比油箱体积分别增加了47.41%%和59.64%。但由于LNG的热值高，因此在产生相同能量时所需燃料的质量下降15%左右。燃油质量是飞机起飞质量的重要组成部分，对中短程客机B737-300、远程客机B747-400、中远程客机B767-300分别使用航空煤油和LNG作为燃料产生相同能量时的质量进行了比较，结果如表4所示。
表3 航空发动机使用不同燃料时的比较
表4 使用航空煤油与LNG燃料时质量比较
从比较的结果上看，使用LNG时由于燃料的热值高于航空煤油，因此在产生相同能量的前提下所需燃料的质量会下降15%左右，导致燃油占起飞质量的百分比下降，最终导致不同机型的最大起飞质量下降4%-8%[2]。但由于未考虑使用LNG时所需气化增压装置等的质量，所获得的结果是偏高的。起飞质量降低，可增加飞机的载货能力和续航里程，降低航空运输成本。这是LNG与航空煤油相比的一大优点。
（二）低温储存气态使用
航空发动机的工作高度一般在10km 左右，此时的大气温度在-50℃左右.在这样的工作环境下工作时，要求所使用燃料的冰点要低于-50℃以保证燃料有较好的流动性。LNG是通过深冷技术将天然气在常压下冷却到-162℃的，因此不会存在外界温度过低而影响燃料流动性的问题。同时，低温燃料气化过程中还会释放冷能，可用于航空发动机高温部件的冷却。液体燃料的黏性会影响到燃料的雾化及燃烧特性，通常希望航空燃料的黏度适中。为实现好的雾化及燃烧特性，在使用液体燃料时需要通过使用燃油雾化喷嘴及对流场的组织使燃料的雾化特性满足燃烧的要求。而LNG在使用时为气体燃料，因此不存在雾化问题，也不会存在由于雾化效果差所导致的燃烧问题。
（三）可燃极限宽燃烧特性好
LNG的可燃极限为5%-15%，远高于航空汽油的1%-5%和航空煤油的1.4%%-7.5%。宽的可燃极限导致燃料的点火性能好，尤其是当飞机出现高空停车再启动时，宽可燃极限对空中再启动非常有利。燃料的燃烧效率会影响燃料的经济性和环保性，在航空发动机燃烧室上的试验测试表明，LNG和航空煤油在相同状态下的燃烧效率分别为0.986和0.981，燃料效率基本相同。燃用LNG时的NOx及CO排放明显低于航空煤油[3]。
结束语
我国在发动机研制水平上一直落后于欧美，但使用天然气的燃气轮机研制已有了一定的技术积累，LNG 作为公交车和出租车的燃料在国内多个大城市已有了较大范围的推广，若能够在未来寻找到合理可行的方案将LNG 用于新一代的客机，那么燃料的清洁性和相对低廉的价格将有助于我国的新一代客机进入民用飛机市场。
参考文献
[1] 吉桂明.使用液化天然气作为商船的燃料[J].热能动力工程，2015（6）：879-879.
[2] 邢大鹏.液化天然气燃料在航运业的应用前景[J].当代化工，2015（4）：721-722.
[3] 胡建君.浅析LNG作为船舶动力燃料的市场前景[J].科技创新与应用，2015（29）：58-59.
（作者单位：深圳华安液化石油气有限公司 广东深圳 518119；
身份证号码410711197802281015）
关键词：液化天然气；航空燃料；发展趋势；特点
一、我国液化天然气作为航空燃料的发展趋势
全球的天然气探明储量高达1.38×1014m3，潜在储量2.52×1014 m3，预计两者合计可供人类使用超过100年。天然气的供应量正在逐年上升，预计在2040年左右将超过石油和煤炭成为最主要的一次能源.我国能源中长期发展规划明确指出：“十二五”期间，大力发展天然气，2030年天然气将占到一次能源的10%，成为我国能源发展战略中的一个亮点和绿色能源支柱之一[1]。
2003年全球天然气消费量为2.6×1012 m3，至2006年持续以1.8%的比例增加，其后又以每年2.8%的比例增长，预计2025年全球天然气消费量将达501×1012m3，而在天然气贸易量中有7%是通过LNG的方式来进行的。中国LNG工厂，从20世纪末开始经历了一个从无到有、从小到大的发展过程，近年来我国小型LNG工厂发展迅速，截止到2010年1月，我国已经运营的小型LNG装置有30多座，总规模近106 m3/d，年产量超过260×107kg。另外，在建和拟建设的LNG液化项目还有30座左右，近一两年将陆续投入运行，而且单座容量都有增大的趋势，设计规模介于2×106～3×106 m3/d。同时，国家加大了跨国天然气管道和沿海进口LNG接收站的规划建设规模.因此，未来5年，中国无论是管道天然气还是沿海LNG接收站的天然气供应量都会有大幅度的增长。
二、液化天然气作为航空燃料的特点
为分析LNG作为航空燃料的特点及可行性，将LNG与目前在用的液态航空燃料进行了比较，LNG，100LL汽油和3号航空煤油的基本物性和燃烧特性的比较如表1及表2所示。
表1 不同燃料物性比较
表2 不同燃料燃烧特性比较
从3种燃料特性的比较可以看出LNG具有如下特点：
（一）密度低、热值高
航空发动机工作过程中所需携带的燃料数量由续航里程、飞机所能提供的用于承载燃料油箱的体积等因素所决定。对使用不同燃料产生相同能量时所需油箱的体积和燃料质量进行了比较，比较结果如表3所示（以产生2000MJ能量为例）。
由于密度低，在产生相同的能量时LNG需要更大容积的油箱，与使用航空汽油和航空煤油比油箱体积分别增加了47.41%%和59.64%。但由于LNG的热值高，因此在产生相同能量时所需燃料的质量下降15%左右。燃油质量是飞机起飞质量的重要组成部分，对中短程客机B737-300、远程客机B747-400、中远程客机B767-300分别使用航空煤油和LNG作为燃料产生相同能量时的质量进行了比较，结果如表4所示。
表3 航空发动机使用不同燃料时的比较
表4 使用航空煤油与LNG燃料时质量比较
从比较的结果上看，使用LNG时由于燃料的热值高于航空煤油，因此在产生相同能量的前提下所需燃料的质量会下降15%左右，导致燃油占起飞质量的百分比下降，最终导致不同机型的最大起飞质量下降4%-8%[2]。但由于未考虑使用LNG时所需气化增压装置等的质量，所获得的结果是偏高的。起飞质量降低，可增加飞机的载货能力和续航里程，降低航空运输成本。这是LNG与航空煤油相比的一大优点。
（二）低温储存气态使用
航空发动机的工作高度一般在10km 左右，此时的大气温度在-50℃左右.在这样的工作环境下工作时，要求所使用燃料的冰点要低于-50℃以保证燃料有较好的流动性。LNG是通过深冷技术将天然气在常压下冷却到-162℃的，因此不会存在外界温度过低而影响燃料流动性的问题。同时，低温燃料气化过程中还会释放冷能，可用于航空发动机高温部件的冷却。液体燃料的黏性会影响到燃料的雾化及燃烧特性，通常希望航空燃料的黏度适中。为实现好的雾化及燃烧特性，在使用液体燃料时需要通过使用燃油雾化喷嘴及对流场的组织使燃料的雾化特性满足燃烧的要求。而LNG在使用时为气体燃料，因此不存在雾化问题，也不会存在由于雾化效果差所导致的燃烧问题。
（三）可燃极限宽燃烧特性好
LNG的可燃极限为5%-15%，远高于航空汽油的1%-5%和航空煤油的1.4%%-7.5%。宽的可燃极限导致燃料的点火性能好，尤其是当飞机出现高空停车再启动时，宽可燃极限对空中再启动非常有利。燃料的燃烧效率会影响燃料的经济性和环保性，在航空发动机燃烧室上的试验测试表明，LNG和航空煤油在相同状态下的燃烧效率分别为0.986和0.981，燃料效率基本相同。燃用LNG时的NOx及CO排放明显低于航空煤油[3]。
结束语
我国在发动机研制水平上一直落后于欧美，但使用天然气的燃气轮机研制已有了一定的技术积累，LNG 作为公交车和出租车的燃料在国内多个大城市已有了较大范围的推广，若能够在未来寻找到合理可行的方案将LNG 用于新一代的客机，那么燃料的清洁性和相对低廉的价格将有助于我国的新一代客机进入民用飛机市场。
参考文献
[1] 吉桂明.使用液化天然气作为商船的燃料[J].热能动力工程，2015（6）：879-879.
[2] 邢大鹏.液化天然气燃料在航运业的应用前景[J].当代化工，2015（4）：721-722.
[3] 胡建君.浅析LNG作为船舶动力燃料的市场前景[J].科技创新与应用，2015（29）：58-59.
（作者单位：深圳华安液化石油气有限公司 广东深圳 518119；
身份证号码410711197802281015）