بينما تبحث الصناعات في جميع أنحاء العالم عن حلول طاقة مستدامة ، يبرز الهيدروجين (H2) كبديل واعد للوقود الأحفوري التقليدي. في John Zink ، نحن نقود زمام المبادرة في ابتكار تقنيات الاحتراق التي تلبي الاحتياجات المتطورة لعملائنا. يتمثل أحد مجالات التركيز في تحويل الغلايات التي تعمل بشكل عرضي من الغاز الطبيعي إلى الهيدروجين. توفر هذه العملية إمكانيات مثيرة ولكنها تأتي مع مجموعة من التحديات الخاصة بها.
لماذا الهيدروجين؟
تختلفخصائص احتراق الهيدروجين بشكل ملحوظ عن خصائص الوقود الأحفوري التقليدي مثل الغاز الطبيعي. أولا ، يتمتع الهيدروجين بسرعة لهب أسرع بكثير وحدود أوسع للقابلية للاشتعال. كما أنه لا ينتج السخام أو أول أكسيد الكربون (CO) أو المركبات العضوية المتطايرة (VOCs). هذه الخصائص تجعل الهيدروجين خيارا جذابا لتقليل الانبعاثات وتحسين كفاءة الاحتراق.
ومع ذلك ، فإن هذه الخصائص نفسها تشكل أيضا تحديات كبيرة في التصميم. تتطلب الغلايات التي تعمل بشكل عرضي ، والتي تستخدم تقليديا مع الوقود الأحفوري ، تعديلات دقيقة للتعامل مع الهيدروجين بشكل فعال.
التحديات الرئيسية في تحويل الهيدروجين
عند الانتقال من الغاز الطبيعي إلى الهيدروجين ، يجب معالجة العديد من اعتبارات التصميم:
- سرعة اللهب: سرعة لهب الهيدروجين أعلى بكثير من سرعة الغاز الطبيعي. في الواقع ، في درجة حرارة التشغيل النموذجية ، يمكن أن تكون سرعة لهب الهيدروجين أسرع بسبع مرات من الميثان. هذا يعني أن جبهات اللهب يمكن أن تنتشر بسرعة أكبر ، مما قد يؤدي إلى عدم الاستقرار وارتفاع درجة الحرارة الموضعية في المرجل.
- حدود القابلية للاشتعال: يحتوي الهيدروجين على نطاق أوسع من القابلية للاشتعال مقارنة بالغاز الطبيعي. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إنشاء منطقة أكثر اتساعا حيث يكون خليط الوقود قابلا للاحتراق ، مما يزيد من احتمالية وجود نقاط اشتعال غير مقصودة داخل المرجل.
- نقل الحرارة: يحترق الهيدروجين أكثر سخونة من الغاز الطبيعي ، مما قد يؤثر على ديناميكيات نقل الحرارة داخل المرجل. قد يتطلب هذا التغيير في توزيع درجة الحرارة تعديلات في إمالة الموقد ، أو تعديلات على مواد الموقد ، أو حتى تعديلات على آليات التسخين الزائد للغلاية لمنع التلف.
- انبعاثات أكاسيد النيتروجين: بينما يزيل احتراق الهيدروجين انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والمركبات العضوية المتطايرة ، فإنه يمكن أن يزيد من أكاسيد النيتروجين (NOx) بسبب ارتفاع درجات حرارة الاحتراق. تتطلب معالجة انبعاثات أكاسيد النيتروجين تصميما دقيقا للشعلة للتخفيف من هذا التأثير.
الحلول العملية والاختبار
لمواجهة هذه التحديات ، أجرينا اختبارات صارمة في مركز اختبار البحث والتطوير في تولسا ، أوكلاهوما. قمنا بتطوير موقد متخصص قادر على التعامل مع الخصائص الفريدة للهيدروجين. كشفت اختباراتنا عن العديد من الأفكار المهمة:
- تصميم الموقد: قللت تعديلات فوهة الوقود من خطر ارتفاع درجة الحرارة بسبب زيادة سرعة اللهب وحدود القابلية للاشتعال الأوسع ، مع الحفاظ على الأداء على وقود الغاز الطبيعي. قلل هذا التصميم الجديد من خطر ارتفاع درجة الحرارة وتحسين استقرار الموقد بشكل عام.
- ترقيات المواد: يتطلب الانتقال إلى الهيدروجين ترقية مواد الموقد إلى الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة. ساعد هذا التغيير في تحمل درجات حرارة التشغيل المرتفعة دون المساس بالسلامة الهيكلية للموقد.
- استراتيجيات الحد من أكاسيد النيتروجين: اختبرنا تكوينات مختلفة لتقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين. قلل التصميم المحسن من إنتاج أكاسيد النيتروجين بحوالي 23٪ مقارنة بالإعدادات التقليدية ، مما يجعل احتراق الهيدروجين أكثر صداقة للبيئة.
- ودية للانتقال: لدينا تم إثبات تقنية T-Fire من 100٪ غاز طبيعي إلى 100٪ هيدروجين ، مما يعني أن تقنية موقد الغاز العرضي الرائدة في السوق ستكون قادرة على دعم المستخدمين النهائيين من خلال انتقال الطاقة.
Road Ahead
Hydrogen لاعبا رئيسيا في مستقبل الطاقة النظيفة ، ويمكن تكييف الغلايات التي تعمل بشكل عرضي للاستفادة من فوائد هذا الوقود. ومع ذلك ، فإن الانتقال لا يخلو من العقبات. في John Zink ، ما زلنا ملتزمين بتطوير حلول عملية تساعد عملائنا على إجراء هذا التحول بسلاسة. تضمن أبحاثنا واختباراتنا المستمرة أننا لا نتفاعل فقط مع اتجاهات الصناعة ولكن نشكلها بنشاط.
إذا كنت مهتما بمعرفة المزيد عن تحويلات الهيدروجين أو تحتاج إلى مساعدة في أنظمة الاحتراق الخاصة بك ، فإن John Zink هنا لمساعدتك.
