Perché l'idrogeno?

Le proprietà di combustione dell'idrogeno sono notevolmente diverse da quelle dei combustibili fossili tradizionali come il gas naturale. Per prima cosa, l'idrogeno ha una velocità di fiamma molto più elevata e limiti di infiammabilità più ampi. Inoltre, non produce fuliggine, monossido di carbonio (CO) o composti organici volatili (COV). Queste caratteristiche rendono l'idrogeno un'opzione interessante per ridurre le emissioni e migliorare l'efficienza della combustione.

Tuttavia, queste stesse proprietà pongono anche sfide di progettazione significative. Le caldaie a combustione tangenziale, tradizionalmente utilizzate con combustibili fossili, richiedono attente modifiche per gestire efficacemente l'idrogeno.

Sfide chiave nella conversione dell'idrogeno

Quando si passa dal gas naturale all'idrogeno, è necessario affrontare diverse considerazioni di progettazione:

  1. Velocità della fiamma: la velocità della fiamma dell'idrogeno è significativamente superiore a quella del gas naturale. Infatti, a una temperatura di esercizio tipica, la velocità della fiamma dell'idrogeno può essere sette volte superiore a quella del metano. Ciò significa che i fronti di fiamma potrebbero propagarsi più rapidamente, portando potenzialmente a instabilità e surriscaldamento localizzato nella caldaia.
  2. Limiti di infiammabilità: l'idrogeno ha una gamma di infiammabilità più ampia rispetto al gas naturale. Ciò può creare una zona più estesa in cui la miscela di carburante è combustibile, aumentando la probabilità di punti di accensione involontari all'interno della caldaia.
  3. Trasferimento di calore: l'idrogeno brucia più caldo del gas naturale, il che può influire sulla dinamica del trasferimento di calore all'interno della caldaia. Questo cambiamento nella distribuzione della temperatura può richiedere regolazioni dell'inclinazione del bruciatore, modifiche ai materiali del bruciatore o persino alterazioni dei meccanismi di surriscaldamento della caldaia per evitare danni.
  4. Emissioni di NOx: mentre la combustione dell'idrogeno elimina le emissioni di CO e COV, può aumentare gli ossidi di azoto (NOx) a causa delle temperature di combustione più elevate. Per affrontare le emissioni di NOx è necessaria un'attenta progettazione del bruciatore per mitigare questo effetto.

Soluzioni pratiche e test

Per affrontare queste sfide, abbiamo condotto test rigorosi presso il nostro Research & Development Test Center a Tulsa, Oklahoma. Abbiamo sviluppato un bruciatore specializzato in grado di gestire le proprietà uniche dell'idrogeno. I nostri test hanno rivelato diverse intuizioni critiche:

  • Design del bruciatore: le modifiche all'ugello del combustibile hanno ridotto il rischio di surriscaldamento grazie all'aumento della velocità della fiamma e ai limiti di infiammabilità più ampi, pur mantenendo le prestazioni dei combustibili a gas naturale. Questo nuovo design ha ridotto il rischio di surriscaldamento e migliorato la stabilità complessiva del bruciatore.
  • Aggiornamenti dei materiali: la transizione all'idrogeno ha richiesto l'aggiornamento dei materiali dei bruciatori in acciaio inossidabile di qualità superiore. Questa modifica ha contribuito a resistere alle temperature di esercizio più elevate senza compromettere l'integrità strutturale del bruciatore.
  • Strategie di riduzione degli NOx: Abbiamo testato varie configurazioni per ridurre al minimo le emissioni di NOx. Il design ottimizzato ha ridotto l'emissione di NOx di circa il 23% rispetto alle configurazioni convenzionali, rendendo la combustione dell'idrogeno più rispettosa dell'ambiente.
  • Transizione amichevole: La nostra tecnologia La tecnologia T-Fire è stata collaudata dal 100% di gas naturale fino al 100% di idrogeno, il che significa che la nostra tecnologia di bruciatori a gas Tangial Fire, leader di mercato, sarà in grado di supportare gli utenti finali durante la transizione energetica.

La strada da percorrere

L'idrogeno è un attore chiave nel futuro dell'energia pulita e le caldaie a combustione tangenziale possono essere adattate per sfruttare i vantaggi di questo combustibile. Tuttavia, la transizione non è priva di ostacoli. Noi di John Zink continuiamo a impegnarci nello sviluppo di soluzioni pratiche che aiutino i nostri clienti a effettuare questo passaggio senza problemi. La nostra continua ricerca e i nostri test assicurano che non stiamo solo reagendo alle tendenze del settore, ma le stiamo plasmando attivamente.

Se sei interessato a saperne di più sulle conversioni dell'idrogeno o hai bisogno di assistenza con i tuoi sistemi di combustione, John Zink è qui per aiutarti.