氢气燃烧技术已经准备好进入市场

出版日期:2021年5月4日

氢气燃烧技术已经准备好进入市场,并提供了一系列广泛的优势,但仍有一些工程挑战需要克服。PWE报告

在公开辩论中,氢(H2)已经发展成为未来的能源载体,因为它的潜在可用性,特别是在那些难以脱碳的行业,是巨大的。同样的情况也适用于供热,尽管目前主要使用的是制造过程中的H2。在特种化学品公司Nouryon的一个实例表明,必须考虑哪些技术障碍:为了提供这种成本效益、安全和低排放的燃料使用,需要特定的燃烧技术。

这个目标是雄心勃勃的:到2050年成为一个气候中性的大陆。从可再生能源生产的绿色氢预计到2024年将增加到100万吨,到2030年将增加到1000万吨。运输和储存的基础设施已经就位,未来可以在英国天然气网络中增加20% vol. H2,因此这些管道可以逐步转换。事实上,这个高达20%的数字目前正在由基尔大学(Keele University)主持的一个HyDeploy项目进行研究。虽然这一倡议是向前迈出的一大步,但要实现2050年的目标,还需要考虑100%氢气。

然而,目前,由于氢气产量不足,即使是体积允许达到10%的容量也仍未使用。在工业供热方面,化石燃料通常更便宜,而生物燃料如木屑则可以替代。目前在英国,有几家公司计划利用风力涡轮机的冗余能源进行H2发电,这意味着在不久的将来,可再生能源的生产将得到最大化,提高利用率,平衡各种类型氢气(灰色或绿色)的混合,并降低氢气生产的成本。

推动气候中性氢革命的政治意愿正在迅速增强。这是因为氢气非常适合热利用:在燃料质量(沃伯指数)方面,它与天然气不相上下。它的热值比它低三倍,被它显著降低的密度抵消了。火焰监测也很容易与现有的标准紫外火焰传感器。然而,尽管在加热过程中使用H2有所有的潜力,也有一些挑战需要克服。智能燃烧技术可以促进高效、安全、相对环保的运行,不仅是在天然气管道大规模转化为氢气的情况下,而且在今天非常特殊的应用中。

废氢的热能利用

全球活跃的公司Nouryon成立于2018年,由阿克苏诺贝尔集团的化学品部门组成,生产日用化学品。SAACKE GmbH的开发工程师Max Krausnick解释说,在SAACKE的帮助下,该公司专注于工业和海洋能源管理领域的热加工和工厂,自上世纪90年代以来,该公司一直在将其工艺转化为H2兼容性。这是因为氢也是氯碱电解过程中的主要和剩余副产品,在欧洲工业盐、氯贸易和氯甲烷市场处于领先地位。随着工厂的升级,比如2019年的最新一次升级,这些现有的剩余材料可以用作有价值的替代品,并反馈到电解过程的热需求,而不是购买昂贵的天然气作为主要燃料。通过这种方式,运营商——Nouryon在与赢创的合资企业中运营电解——不仅预期法律法规,而且还利用现有的协同效应,每小时节省577立方米天然气(H)。

这是由三个SKVGD型氢燃烧器实现的,它们基于旋转雾化技术,灵活地适用于液体和气体特殊燃料。在Ibbenbüren中,它们被安装在三个产生过热蒸汽的蒸汽锅炉上,最大输出功率为4.3 - 7.6 MW(取决于锅炉的尺寸)。然而,它们同样适用于热水锅炉或热油加热器。据Krausnick称,Nouryon的特殊要求还促使SAACKE开发了SKVGD的标准H2版本,用于广泛的应用。交付范围还包括SAACKE燃烧器和锅炉控制系统se@vis pro以及带有单独风机的烟气再循环系统。

废气再循环

尽管有这些潜力,H2的热利用仍需要一些技术措施。与天然气相比,由于更高的绝热燃烧温度和大约8倍的火焰速度,氢气产生的NOx排放量是天然气的3倍。

克劳斯尼克说,SAACKE用一个复杂的外部废气再循环系统来解决这个问题。这个过程通过将惰性废气混合到燃烧空气中来确保火焰的稀释效果和冷却。这样可以使Ibbenbüren在氢气操作中的排放量与天然气的排放量保持一致。

这意味着该工厂不仅符合当前的排放法规,甚至远远低于这些限制。这是因为,根据再循环的强度,排放进一步下降到约40毫克/立方米@ 3% vol. O2的干烟道气体,即使相对较高的再循环比率目前仍是必要的。氮氧化物排放量是Nouryon (Ibbenbüren)废气最大再循环比(RV)的函数(来源:SAACKE GmbH)此外,高H2火焰温度也对材料提出了特殊要求。

SAACKE用耐热钢和特殊的气体注入设计来应对这一问题。此外,克劳斯尼克解释说,SAACKE的专家在燃烧器点火前用氮气冲洗氢气进料管道,以增加安全性。

自动控制

自从SKVGD燃烧器可不定地高达100%纯氢,完全以天然气或任何混合比,也用于操作以轻油为紧急燃油,产生一个特殊的挑战:performance-specific需求提供空气作为氧化剂显著不同。因此,SAACKE控制系统根据燃料混合量调节风量。氢气的气体压力极低(进入气体控制管路前为50mbar (g)),需要使用压力损失特别低的特殊气体管路。为此,安装了一个动态压力探头来测量容积流量,并将软密封襟翼作为阀门安装,而不是使用商用涡轮仪表和快速作用阀门。该项目实例表明,利用工业燃烧器大规模热利用氢现在是可能和可行的。

诺利扬技术服务主管斯蒂芬·里克特(Stephan Richter)强调:“氢燃烧器对减少我们生产过程中的二氧化碳排放做出了重要贡献。SAACKE为我们提供了与项目相关的所有问题和挑战的最佳支持和建议。”

进一步的信息:

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https://www.linkedin.com/company/saacke-combustion-services-ltd/

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