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Oct 24, 2023

수소로 가동되는 보일러: 알아야 할 사항

시스템에서 CO 배출을 제거하기 위해 수소를 도입할 수 있습니다.

패키지형 보일러 또는 버너 설계 및 작동과 관련된 위험을 증가시키지 않고 시스템에서 CO 배출을 제거하기 위해 수소를 도입할 수 있습니다.

제라르도 라라

최근 환경적 압력이 높아졌습니다. 많은 국가에서는 CO2와 같은 온실가스 배출을 줄이기 위해 전통적인 화석 연료의 사용을 줄이거나 없애기 위한 목표를 발표했습니다.

결과적으로, 패키지 보일러를 운영하는 사람들은 향후 10년 동안 천연가스에서 수소로의 적어도 부분적인 전환을 기대할 수 있습니다. 이는 소량의 수소를 포함하는 혼합물로 점차적으로 시작될 것입니다. 시간이 지남에 따라 수소 공급이 더 많아지면 비율도 높아질 것입니다.

그러나 이것이 보일러에 정확히 어떤 영향을 미칠까요? 보일러 운영자는 무엇을 알아야 합니까? 유지관리 관행은 어떻게 바뀔까요?

가장 먼저 깨달아야 할 점은 보일러가 수십 년 동안 수소 혼합물을 사용하여 성공적으로 작동해 왔다는 것입니다. 운영자와 보일러 제조업체는 수소와 천연가스의 차이에 대처하는 데 풍부한 경험을 갖고 있습니다. 그러나 수소 비율이 증가함에 따라 상당한 조정이 이루어져야 합니다.

이 기사에서는 유연성과 간단한 설계로 인해 수소를 도입하는 가장 쉬운 보일러 유형인 패키지 보일러에 중점을 둘 것입니다. 포장된 수관 보일러가 열병합 발전(CHP 시스템)을 위한 백업 보일러 역할을 하든, 지역 열에 사용되거나 증기 터빈에서 전력을 생산하기 위해 증기를 생산하든, 수소를 도입하여 CO 배출을 제거할 수 있습니다. 패키지형 보일러 또는 버너 설계 및 작동과 관련된 위험을 증가시키지 않고 시스템을 운영합니다.

수소는 천연가스와는 상당히 다른 특성을 가지고 있습니다. 단위 부피당 BTU 값이 더 낮은 메탄보다 훨씬 가벼운 분자입니다. 천연가스는 단위 부피당 발열량이 약 5배 더 높습니다. 따라서 천연가스보다 훨씬 더 많은 수소가 필요할 것입니다. 이는 다양한 방식으로 나타날 것입니다. 수소와 계량 스테이션에 필요한 배관은 일반적으로 천연 가스에 필요한 배관보다 큽니다.

수소의 화염 온도가 더 높기 때문에 연소는 천연 가스의 최대 화염 온도인 약 3,600°F에 비해 약 4,000°F의 최고 화염 온도로 발생합니다. 이는 본질적으로 더 많은 NOx를 발생시키며, 이는 다양한 방법으로 완화되어야 합니다. 따라서 화염 온도로 인해 약간의 과열 가능성이 있습니다. 하지만 좋은 소식은 오늘날 대부분의 현대 용광로가 수냉식 표면을 갖춘 멤브레인 벽 구조를 활용한다는 것입니다. 즉, 변경할 필요 없이 더 높은 온도를 처리할 수 있는 장비가 이미 갖춰져 있음을 의미합니다.

또한 업계의 보수적인 설계 관행으로 인해 일반적으로 용광로의 크기가 약간 커졌습니다. 따라서 약간의 수소를 첨가한다고 해서 화로를 더 크게 만들어야 하는 경우는 거의 없습니다. 최악의 경우 보일러는 약간 더 큰 용광로를 갖도록 설계되어야 합니다. 그리고 H2를 사용한 연소는 천연 가스 연소에 비해 배기 가스 흐름에 추가 부피를 추가합니다.

버너는 어떻습니까? 버너 회사는 일반적으로 연료 분사 장치에 가장 적합한 크기를 결정합니다. 수소의 양에 따라 약간의 수정이 필요할 수 있습니다. 수소의 압력도 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 필요한 더 많은 양의 가스를 수용하고 이를 원하는 압력으로 전달하며 보일러에 동일한 BTU 입력을 얻을 수 있도록 더 큰 배관으로 전용 수소 공급 시스템을 설계하는 것이 좋습니다.

어떤 경우에는 성능 저하를 보상하기 위해 약간의 재설계와 대규모 수정이 필요할 수 있습니다. 일반적으로 수소 성분은 크기가 더 크고 가격도 더 비쌉니다.

일부에서는 수소의 가벼움으로 인해 안전 문제가 발생할 수 있다고 우려합니다. 예를 들어, 한 가지 우려 사항은 낮은 분자량으로 인해 연소되지 않은 수소가 보일러 상단의 주머니에 모일 수 있다는 것입니다. 다시 말하지만, D, O, A 스타일의 패키지 보일러의 현대적인 디자인은 수소가 축적될 공간을 거의 남기지 않습니다. 그러나 안전 예방 조치로 퍼지 주기가 의무화될 수 있습니다. 이렇게 하면 연소되지 않은 수소를 쉽게 제거하여 폭발 위험을 제거할 수 있습니다.