По мере того, как лидеры и организации стремятся сократить выбросы углекислого газа, использование водорода в качестве источника топлива продолжает появляться в качестве привлекательной альтернативы. Технологический нагрев за счет сжигания водорода не обязательно является чем-то новым. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность использовала содержание тепла в побочных продуктах (многие из которых богаты водородом) для максимизации эффективности установки, снижения потребления покупного топлива и исключения выброса несгоревших углеводородов в атмосферу. В то время как безуглеродная природа водорода предлагает, казалось бы, простой путь к безуглеродным выбросам, переход на водород сопряжен с рядом проблем, которые, если их не устранить, негативно повлияют на жизнеспособность продуктов и услуг, критически важных для нашей повседневной жизни.
Понимание основ
Огневой нагрев был эффективным и популярным методом обеспечения необходимого тепла для запуска химических реакций в крупных промышленных процессах. Процессы переработки, риформинга и крекинга традиционно опирались на легкодоступные источники энергии (например, природный газ). Несмотря на то, что ископаемое топливо является недорогим и эффективным источником энергии, необходимым для переработки и перегонки нефти, углерод, содержащийся в этом топливе, приводит к нежелательным выбросам, которые оказывают долгосрочное воздействие на окружающую среду. Тем не менее, сжигание водорода снижает образование CO2 в результате сгорания, что делает его привлекательным вариантом для сокращения выбросов парниковых газов.
Технические проблемы
Характеристики горения Хотя
механика сжигания водорода аналогична механике большинства других видов углеводородного топлива, производительность горелки при сжигании водорода значительно отличается. Сжигание водорода имеет значительно более высокую адиабатическую температуру пламени, более широкие пределы воспламеняемости и более высокую скорость реакции. Эти свойства влияют на скорость теплопередачи, общую эффективность технологического нагревателя и, в конечном итоге, на то, как должны эксплуатироваться печи. Кроме того, эти характеристики могут нанести ущерб отопительному оборудованию (например, горелкам предварительного смешивания), которое может быть не предназначено для этого.
Надежность горелки
Высокая температура пламени, широкие пределы воспламеняемости и скорость воспламенения водорода могут привести к повышенному износу материалов, используемых в отопительном оборудовании. В целом конструкции оборудования, которые хорошо работают на природном газе, могут изменяться ускоренными темпами при сжигании водорода. Это требует разработки более надежных стратегий проектирования горелок наряду с улучшенными материалами конструкции, чтобы уменьшить проблемы с надежностью и достичь желаемой длины пробега.
Проблемы безопасности
Водород имеет более широкий диапазон воспламеняемости по сравнению с природным газом, что увеличивает риск возгорания и взрыва при запуске. Внедрение обоснованных протоколов безопасности и разработка отказоустойчивых систем имеют решающее значение для снижения этих рисков.
Возможности для инноваций
Выгодная конструкция горелки:
Уникальные свойства водородного горения дают возможность внедрять инновации в конструкцию горелки. Горелки и технологии Джона Зинка преимущества горелок и технологий созданы для процветания в конкретной области. Благодаря многолетнему опыту сжигания с высоким содержанием водорода, разработка горелок была сосредоточена на решении двух ключевых проблем:
- Надежность оборудования: Расходные материалы в технологической горелке, с практической точки зрения, неизбежны. Таким образом, предпочтительными конструкциями горелок будут те, которые значительно и эффективно снижают зависимость от расходных материалов без снижения производительности горелки.
- Стабильная работа: Следующий уровень производительности может быть достигнут при использовании опыта в предметной области для регулировки производительности сгорания в режиме реального времени для достижения желаемой производительности независимо от изменения состава топлива и температуры воздуха для горения. SOLEX горелка может сделать именно это. Используя две независимые зоны горения, стехиометрия в стратегических частях горелки может быть эффективно отрегулирована, что снижает риск обратного воспламенения, а также оптимизирует характеристики NOx.
Рисунок 1 Зоны горения горелки SOLEX Системы
- безопасности: потребность в надежных системах безопасности способствует инновациям в сенсорных технологиях и системах управления. Эти достижения обеспечивают безопасное использование водорода, снижая риск несчастных случаев и повышая общую надежность процесса.
Экономические соображения
Переход на водород требует значительных капиталовложений. Это включает в себя модернизацию существующей инфраструктуры, разработку нового оборудования, обеспечение соответствия стандартам безопасности. Несмотря на то, что долгосрочные выгоды от сокращения выбросов углекислого газа очевидны, первоначальные затраты могут стать сдерживающим фактором для многих областей применения. Правительства и регулирующие органы могут сыграть ключевую роль, предоставляя стимулы и субсидии для компенсации этих затрат и поощрения внедрения водородных технологий. Кроме того, эти инвестиции в водородную инфраструктуру могут повысить производительность агрегатов и обеспечить окупаемость усилий по декарбонизации.
