随着领导者和组织努力减少碳排放，使用氢气作为燃料源继续成为一种引人注目的替代方案。通过氢气燃烧进行工艺加热并不一定是新鲜事。炼油和石化行业利用副产品（其中许多富含氢气的副产品）中的加热成分来最大限度地提高装置效率，减少购买燃料的消耗，并消除未燃烧的碳氢化合物释放到大气中。虽然氢的无碳性质为实现无碳排放提供了一条看似简单的途径，但向氢过渡会带来一些挑战，如果不加以缓解，将对对我们日常生活至关重要的产品和服务的可行性产生负面影响。
了解基础知识
火焰加热是一种有效且流行的方法，可提供必要的热量来驱动大型工业过程中的化学反应。精炼、重整和裂解工艺传统上依赖于现成的能源（例如天然气）。尽管化石燃料一直是炼油和蒸馏所需的低成本和高效能源，但这些燃料中所含的碳会导致不良排放，从而对环境产生长期影响。然而，氢气燃烧减轻了燃烧产物中 CO2 的形成，使其成为减少温室气体排放的一个有吸引力的选择。
技术挑战
燃烧特性
尽管氢气燃烧的机制与大多数其他碳氢化合物燃料相似，但燃烧氢气时燃烧器的性能却有很大不同。氢气燃烧具有相当高的绝热火焰温度、更宽的可燃性极限和更快的反应速率。这些特性将影响传热速率、过程加热器的整体效率，并最终影响熔炉的运行方式。此外，这些特性可能会对可能并非为此设计的燃烧加热设备（例如预混燃烧器）造成严重破坏。
燃烧器可靠性
氢气的高火焰温度、较宽的可燃性限制和火焰速度会导致燃烧加热设备中使用的材料的磨损增加。在处理氢气燃烧时，使用天然气表现良好的整体设备设计可能会加速降解。这需要开发更强大的燃烧器设计策略，同时升级结构材料，以减少可靠性问题并实现所需的运行时间。
安全问题
与天然气相比，氢气的可燃性范围更广，增加了启动条件下着火和爆炸的风险。实施有根据的安全协议和设计故障安全系统对于降低这些风险至关重要。
创新机会
优势燃烧器设计：
氢气燃烧的独特特性为燃烧器设计创新提供了机会。John Zink 的 优势燃烧器和技术是为在特定运营领域蓬勃发展而量身定制的。凭借数十年燃烧高含量氢气的经验，燃烧器开发一直专注于解决两个关键问题：
- 设备可靠性： 实际上，工艺燃烧器中的消耗品是不可避免的。因此，优势燃烧器设计将是那些在不降低燃烧器性能的情况下显著有效地减少对消耗品的依赖的设计。
- 一致的操作： 无论燃料成分和燃烧空气温度如何变化，利用主题专业知识实时调整燃烧性能以达到所需的性能，都可以找到更高水平的性能。SOLEX 燃烧器可以做到这一点。通过利用两个独立的燃烧区，可以调整燃烧器关键部分的化学计量，有效降低回火风险，同时优化 NOx 性能。
图 1 SOLEX 燃烧器燃烧区
- 安全系统： 对强大安全系统的需求正在促进传感器技术和控制系统的创新。这些进步确保了氢气可以安全使用，降低了事故风险，并提高了整体工艺的可靠性。
经济考虑
过渡到氢能需要大量的资本投资。这包括改造现有基础设施、开发新设备以及确保符合安全标准。虽然减少碳排放的长期好处是显而易见的，但初始成本可能会阻碍许多应用。政府和监管机构可以通过提供激励和补贴来抵消这些成本并鼓励采用氢能技术，从而发挥关键作用。此外，这些对氢基础设施的投资可以提高机组生产率，并为脱碳工作提供回报。
