В современном прогрессивном мире, загрязнение воздуха и выбросы парниковых газов являются наиболее распространенными проблемами в городских районах. Бытовые и промышленные горелки вносят значительный вклад в образование таких загрязняющих веществ, как CO и NOx. Водород имеет действительно большие потенциальные преимущества для устойчивого снабжения зеленой энергией промышленных районов, где декарбонизация является сложной процедурой. Водород охватывает широкий диапазон пределов воспламеняемости на воздухе, поэтому он очень реакционноспособен. Безводородное горение углерода производит только воду и не имеет несгоревших углеводородов (UHCs), а также не выделяет углекислый газ (CO2). Из-за более высокой температуры пламени и высокой скорости сгорания образование NOx при сгорании водорода больше по сравнению с углеводородами, такими как природный газ или дизельное топливо. Сгорание водорода не приводит к производству сажи. В последнее время инженеры исследуют водородные технологии, чтобы снизить скорость реакции и выделение NOx и предотвратить явление обратного воспламенения.
теплотворную способность по сравнению с природным газом, что снижает расход топлива.
Следовательно, водородная горелка как для бытового, так и для промышленного применения может стать главным ключом к более экологичной планете и сохранению устойчивости в области энергетики. Однако методы извлечения или резервирования водорода по-прежнему остаются сложной проблемой. Как передовая технология, она требует слишком большой поддержки и превосходного сотрудничества между учеными, активистами-экологами, общественными лидерами и производителями.
Системы сгорания, такие как двигатели внутреннего сгорания, горелки, газовые турбины и т. д., использующие ископаемое топливо, выделяют углекислый газ. В результате происходит изменение климата и глобальное потепление. Декарбонизация как чистое промышленное решение является фундаментальным методом, улучшающим наши производственные процессы для улучшения состояния окружающей среды. Замена топлива является одним из способов решения этой проблемы.
Водород обладает большим потенциалом в области декарбонизации отдела транспорта, промышленности, коммерческого и бытового применения. Возможность получения водорода из различных возобновляемых источников энергии делает его неотъемлемой частью системы возобновляемой энергии. Этот способ позволяет инженерам заменить трубопроводы природного газа водородом, чтобы уменьшить выбросы углерода и зависимость от ископаемого топлива.
Окончательное использование данного водорода было предметом исследований в течение последних десятилетий. благодаря его физическим свойствам можно найти обширную исследовательскую литературу по водородному пламени, поскольку его реакция при горении имеет несколько особенностей по сравнению с обычным газовым топливом. Водород имеет широкий предел воспламенения на воздухе (4-75 об.%), низкую энергию воспламенения (0,019 мДж), малую плотность (0,0899 кг/м3) и высокую адиабатическую температуру пламени (2380 К).
Следовательно, различные устройства сгорания в различных секторах все еще требуют глубоких исследований для их повторной адаптации или перепроектирования для обеспечения безопасных и эффективных условий эксплуатации при использовании водорода в качестве топлива на входе. Серьезной проблемой, с которой мы сталкиваемся, является использование существующих электростанций и их адаптация к водородному топливу вместо строительства новых объектов.
Преобразование этих объектов в водород, которые в настоящее время используют ископаемое топливо, будет успешным как общество с этим новым конкретным источником энергии, который производит меньше загрязняющих веществ, чем предыдущие. Необходима разработка эффективной технологии горения и минимального загрязнения окружающей среды этим топливом.
С технической точки зрения необходимо учитывать некоторые факторы, которые будут иметь важное значение при переводе этих существующих электростанций на использование горения водорода, особенно при его применении в котлах электростанций.
Характеристики водорода в виде газа показаны в таблице ниже:
| Концепция | Значения |
|---|---|
| Плотность | 0.0899 [кг/Нм3] (газ) / 0.0708 [кг/л] (жидкость) |
| Низшая теплотворная способность [Ккал/Нм3] | 2580 |
| Высшая теплотворная способность [Ккал/Нм3] | 3050 |
| Пределы воспламеняемости % об. в воздухе | 4-75% |
| Пределы детонации % об. в воздухе | 18.3-59% |
| Удельная теплоемкость [кДж/(кг. К)] | Cp=14.199 / Cv=10.074 |
| Коэффициент диффузии [см2/сек] | 0.61 |
| Максимальная скорость пламени [м/с] | 2.8 |
| Температура самовоспламенения [C] | 571 |
Скорость пламени при горании водорода составляет примерно 1,7 м/с, тогда как скорость пламени природного газа значительно ниже и составляет около 0,4 м/с. Дисбаланс в локальном пламени и скоростях потока в предварительно перемешанном и частично предварительно перемешанном водородном пламени может вызвать проблему безопасности из-за высоких скоростей фронта пламени.
Водородное пламя имеет более высокую адиабатическую температуру пламени около 2182 °C, в то время как природный газ имеет адиабатическую температуру пламени 1937 °C. Повышение температуры пламени при горении водорода по сравнению со горением природного газа или жидкого топлива требует модернизации материалов, используемых для изготовления форсунок, стабилизатора пламени и камеры сгорания для более высоких температур.
Из-за более высокой температуры пламени водорода, чем у традиционных видов топлива, таких как природный газ, выброс загрязняющих веществ NOx увеличится до 3 раз. Поэтому необходимо использовать различные подходы к снижению загрязнения NOx, такие как использование FGR, Впрыск водяного пара и ступенчатое горение.
Сообщалось, что согласно стехиометрическим уравнениям метана и водорода для метана и водорода требуется 0,31 и 0,24 кг воздуха на мегаджоуль энергии соответственно. Это количество на 30% меньше воздуха, чем при горении метана. Из-за высокого ограничения воспламеняемости водорода, требуется меньше лишнего воздуха.
Пламя водородное имеет низкое излучение в инфракрасном диапазоне, а не в ультрафиолетовом; для определиния пламени следует использовать сканеры, способны измерять ультрафиолетовые излучения. Сканеры частоты предлагаются для повышения безопасности.
Примечание: при использовании FGR невидимость пламени будет снижена.
Согласно правилам ATEX, водород относится к группе газов IIC. Поэтому используемое оборудование выбирается на основе требований Zone 1/Group IIC. Взрывозащищенного оборудования EExd будет достаточно во избежание опасности утечки водорода.
При нагревании молекул углеводородов может образовываться водород в процессе, называемом «превращением». В этом процессе водород получают из природного газа. Под действием электрического тока, вода в процессе электролиза разлагается на кислород и водород. Водоросли и бактерии используют солнечный свет в качестве источника энергии для производства водорода в определенных условиях.
В целом, методы извлечения водорода подразделяются на ископаемые и неископаемые источники.
1. Производство водорода из неископаемых источников
2. Производство водорода из ископаемых источников
Сегодня 98% всего водорода, производимого в мире, получают из ископаемого топлива.
По способу извлечения, водород подразделяют на следующие категории:
это водородное топливо, которое создается с помощью технологий возобновляемых источников энергии. Электролиз на основе возобновляемых источников энергии расщепляет молекулы воды на водород и кислород, улавливая и сохраняя водород для использования в качестве топлива. Водород, образующийся во время этого процесса, вдвое превышает количество кислорода. Также, полученный водород содержит некоторое количество влаги и примесей (1-2%), поэтому для повышения чистоты водорода и снижения концентрации кислорода, можно пропустить водород через платиновый катализатор, чтобы снизить количество кислорода до 1 ppm.
Его точку росы можно минимизировать, пропуская газ через молекулярные сита для удаления влаги из водорода. Поскольку водород в этом методе из возобновляемых источников и его побочные продукты не представляют опасности для окружающей среды, водород, произведенный данным методом, называется зеленым водородом.
Синий (серый) водород получается путём паровой конверсии метана из природного газа при условии улавливания и бесконечного хранения производных процесса — углекислоты и выбросов других газов. Такой процесс высвобождает столько же углекислого газа, как и обычное сжигание природного газа. Во время риформинга нагревают природный газ в присутствии катализатора и водяного пара. В результате этой реакции молекулы метана расщепляются на монооксид углерода и водород.
Монооксид углерода можно отделить от водорода с помощью реакции конверсии воды и газа (WGSR). WGSR можно получить, пропуская монооксид углерода через определенные оксиды, такие как Fe2O3. Проблема метода парового риформинга заключается в производстве побочных продуктов, таких как монооксид углерода и диоксид углерода, которые являются парниковыми газами. В зависимости от качества природного газа на тонну водорода производится 9-12 тонн углекислого газа.
Водород называется серым водородом, если в атмосферу выделяется углекислый газ. В противном случае углекислый газ отделяется и хранится; производственный водород называется голубым водородом.
Для получения коричневого водорода в качестве исходного сырья используется бурый уголь или нефти (для получения бурого угля из торфяных залежей требуются миллионы лет). Черный водород также производится при использовании битуминозного угля (вещества, похожего на битум).
Сегодня исследования на водородных горелах получили информации о смеси примерно 20% водорода и 80% природного газа в горелках с принудительной тягой, форсуночным смешением, pre-mixed, и post-mixed. Явление обратного воспламенения может возникать при более высоких степенях сгорания.
В науке о сгорания в нашем отделе исследований и разработок проводятся исследования по созданию надежного сгорания чистого водородного топлива без проблемы обратного воспламенения. В результате мы гордимся тем, что наши высокотехнологичные горелки, оснащенные водородом, с самым низким уровнем выбросов в соответствии с международными стандартами и работают хорошо.
Компания PACKMAN основана в феврале 1975 г. Данная компания начала свою официальную деятельность с 1984 года, в отрасли строительства котлов высокого давления, таких как водогрейные котлы, паровые котлы, змеевик для водонагревателей, умягчители и теплообменники.
Подпишитесь на новости
