Nippon Sanso: 【Taiyo Nippon Sanso】Sviluppo dell'idrogeno

28 agosto 2023

Sviluppo di bruciatori a idrogeno-ossigeno per forni industriali

Le tecnologie di combustione di carburante e ossigeno senza carbonio contribuiscono alla riduzione di CO2

Emissioni nei forni industriali

Taiyo Nippon Sanso Corporation (Presidente: Kenji Nagata; di seguito "TNSC"), una società giapponese di gas industriale del gruppo Nippon Sanso Holdings, ha sviluppato un bruciatore a idrogeno-ossigeno alimentato da gas idrogeno per forni industriali. Lo sviluppo consente alla serie di bruciatori a ossigeno di TNSC (SCOPE-JETⓇ, Innova-JetⓇ e Innova-JetⓇSwing) di utilizzare l'idrogeno come combustibile. La combustione utilizzando gas idrogeno produce zero anidride carbonica (CO2) perché il carburante non contiene carbonio. Implementando questa tecnologia, TNSC contribuirà all’implementazione sociale dell’energia dell’idrogeno e alla riduzione delle emissioni di CO2 nel campo dei forni industriali.

1. Contesto dello sviluppo del prodotto

Ogni anno in Giappone vengono emessi circa 1,12 miliardi di tonnellate di CO2, il 35% dei quali proviene dal settore industriale. La CO2 viene emessa da molti forni industriali. Si stima che il numero di forni industriali in Giappone sia di circa 37.000 e che sia possibile raggiungere l'obiettivo del governo di neutralità carbonica entro il 2050; queste strutture devono adottare misure per ridurre le emissioni di CO2.

TNSC si concentra sull'ammoniaca come combustibile privo di carbonio e sviluppa un bruciatore ammoniaca-ossigeno dal 2014. L'idrogeno attira l'attenzione come combustibile privo di carbonio per forni industriali insieme all'ammoniaca. TNSC sta sviluppando un bruciatore a idrogeno-ossigeno dall'anno fiscale 2021 per offrire ai clienti varie opzioni per ridurre le emissioni di CO2 nel campo dei forni industriali.

2. Descrizione dello sviluppo e delle caratteristiche del bruciatore per lancia di ossigeno ad alta velocità SCOPE-JETⓇ

SCOPE-JETⓇ è un bruciatore a lancia che forma un getto di ossigeno supersonico ed è una tecnologia di risparmio energetico per forni elettrici ad arco ("EAF") per la fusione di rottami di ferro. A differenza dei bruciatori ausiliari convenzionali, SCOPE-

JETⓇ funziona nel processo di produzione dell'acciaio come un bruciatore a ossigeno che aiuta i rottami a sciogliersi più velocemente durante la "fase di fusione" immediatamente dopo che i rottami di ferro sono stati immessi nell'EAF e come una lancia di ossigeno durante la "fase di raffinazione" dopo che i rottami sono stati fusi. Queste caratteristiche contribuiscono in modo significativo al miglioramento della produttività e alla riduzione dell’intensità energetica nel processo di produzione dell’acciaio EAF.

La combustione dell'idrogeno con SCOPE-JETⓇ determina temperature di fiamma elevate e velocità di combustione elevate, causando temperature elevate vicino al bruciatore e richiedendo misure per ridurre il carico termico sul bruciatore. L'applicazione dell'esclusiva struttura degli ugelli TNSC consente una combustione stabile e acquisisce caratteristiche del getto equivalenti a quelle dei combustibili a gas naturale.

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[Modalità lancia]

Gas naturale 80 Nm3/h

Ossigeno 800 Nm3/h

[Modalità lancia]

Idrogeno 400 Nm3/h

Ossigeno 800 Nm3/h

[Modalità bruciatore]

Idrogeno 500 Nm3/h Ossigeno 800 Nm3/h

Fig.1 Fiamme di combustione SCOPE-JETⓇ

Bruciatore arricchito di ossigeno a bassissimo NOx Innova-JetⓇ

Innova-JetⓇ è una tecnologia a risparmio energetico per forni di riscaldamento e forni fusori e contribuisce notevolmente alla diminuzione dell'intensità energetica riducendo significativamente la perdita di calore dovuta ai gas di scarico. Quando si adotta la combustione arricchita di ossigeno nei forni di riscaldamento, è necessario controllare una grande quantità di NOx generati. L'esclusiva struttura dell'ugello del TNSC e la combustione multistadio riducono significativamente le emissioni di NOx e il bruciatore è stato applicato a vari forni industriali.

La combustione dell'idrogeno con Innova-JetⓇ determina una temperatura della fiamma elevata, che richiede ulteriori misure di controllo degli NOx. Il miglioramento del concetto di ugello convenzionale in modo che sia ottimale per l’idrogeno riduce le emissioni di NOx a un livello che può essere utilizzato nei forni industriali e acquisisce caratteristiche di trasferimento del calore equivalenti ai bruciatori di gas naturale. TNSC sta attualmente conducendo test di valutazione di Innova-JetⓇ in forni reali in Europa.