隨著領導者和組織努力減少碳排放，使用氫氣作為燃料源繼續成為一種引人注目的替代方案。通過氫氣燃燒進行工藝加熱並不一定是新鮮事。煉油和石化行業利用副產品（其中許多富含氫氣的副產品）中的加熱成分來最大限度地提高裝置效率，減少購買燃料的消耗，並消除未燃燒的碳氫化合物釋放到大氣中。雖然氫的無碳性質為實現無碳排放提供了一條看似簡單的途徑，但向氫過渡會帶來一些挑戰，如果不加以緩解，將對對我們日常生活至關重要的產品和服務的可行性產生負面影響。
瞭解基礎知識
火焰加熱是一種有效且流行的方法，可提供必要的熱量來驅動大型工業過程中的化學反應。精煉、重整和裂解工藝傳統上依賴於現成的能源（例如天然氣）。儘管化石燃料一直是煉油和蒸餾所需的低成本和高效能源，但這些燃料中所含的碳會導致不良排放，從而對環境產生長期影響。然而，氫氣燃燒減輕了燃燒產物中CO2的形成，使其成為減少溫室氣體排放的一個有吸引力的選擇。
技術挑戰
燃燒特性
儘管氫氣燃燒的機制與大多數其他碳氫化合物燃料相似，但燃燒氫氣時燃燒器的性能卻有很大不同。氫氣燃燒具有相當高的絕熱火焰溫度、更寬的可燃性極限和更快的反應速率。這些特性將影響傳熱速率、過程加熱器的整體效率，並最終影響熔爐的運行方式。此外，這些特性可能會對可能並非為此設計的燃燒加熱設備（例如預混燃燒器）造成嚴重破壞。
燃燒器可靠性
氫氣的高火焰溫度、較寬的可燃性限制和火焰速度會導致燃燒加熱設備中使用的材料的磨損增加。在處理氫氣燃燒時，使用天然氣表現良好的整體設備設計可能會加速降解。這需要開發更強大的燃燒器設計策略，同時升級結構材料，以減少可靠性問題並實現所需的運行時間。
安全問題
與天然氣相比，氫氣的可燃性範圍更廣，增加了啟動條件下著火和爆炸的風險。實施有根據的安全協議和設計故障安全系統對於降低這些風險至關重要。
創新機會
優勢燃燒器設計：
氫氣燃燒的獨特特性為燃燒器設計創新提供了機會。John Zink 的 優勢燃燒器和技術專為在特定運營領域蓬勃發展而量身定製。憑藉數十年燃燒高含量氫氣的經驗，燃燒器開發一直專注於解決兩個關鍵問題：
- 設備可靠性： 實際上，工藝燃燒器中的消耗品是不可避免的。因此，優勢燃燒器設計將是那些在不降低燃燒器性能的情況下顯著有效地減少對消耗品的依賴的設計。
- 一致的作： 無論燃料成分和燃燒空氣溫度如何變化，利用主題專業知識即時調整燃燒性能以達到所需的性能，都可以找到更高水準的性能。SOLEX 燃燒器可以做到這一點。通過利用兩個獨立的燃燒區，可以調整燃燒器關鍵部分的化學計量，有效降低回火風險，同時優化 NOx 性能。
圖 1 SOLEX 燃燒器燃燒區
- 安全系統： 對強大安全系統的需求正在促進感測器技術和控制系統的創新。這些進步確保了氫氣可以安全使用，降低了事故風險，並提高了整體工藝的可靠性。
經濟考慮
過渡到氫能需要大量的資本投資。這包括改造現有基礎設施、開發新設備以及確保符合安全標準。雖然減少碳排放的長期好處是顯而易見的，但初始成本可能會阻礙許多應用。政府和監管機構可以通過提供激勵和補貼來抵消這些成本並鼓勵採用氫能技術，從而發揮關鍵作用。此外，這些對氫基礎設施的投資可以提高機組生產率，併為脫碳工作提供回報。
