Review

Flexible hydrogen heating technologies, with low environmental impact^☆

Technologies flexibles de chauffage à hydrogène ayant un faible impact sur l’environnement

¹ Tenova S.p.A., Castellanza, Italy
² Tenova LOI Thermprocess, Duisburg, Germany

^* e-mail: mattia.bissoli@tenova.com

Received: 22 February 2023
Accepted: 19 June 2023

Abstract

Several roadmaps worldwide identify the decarbonization as one of the main pathways to transform the steel industry into a climate-neutral sector by 2050. New technologies and processes based on the massive use of renewable electricity, green hydrogen, and their combination, will play a fundamental role in this transformation. Aside this decarbonization pathway, the steel sector suffers from a strong inertia due to its characteristics of being very capital intensive, operating in a highly competitive global market and being characterized by an investment cycle between 20 and 30 years. In such scenario, the Tenova “Hydrogen Ready” combustion technology (which identifies a burner family able to work with any natural gas/hydrogen mixture up to 100% H₂ without hardware modifications) represents a solution able to support the steelmakers through the current energy transition scenario and, at the same time, to ensure their investments for the future. This paper continues a previous work on the Tenova “SmartBurner” technology and shows the application of the “Hydrogen Ready” concept to three additional burner families, covering a wider range of downstream processes: Tenova TRKSX (flameless self-recuperative burner for heat treatment furnaces), Tenova TRGX (regenerative flameless burner for reheating furnaces), and the Tenova THSQ burners (flameless combustion system for batch annealing furnaces, heat treatment furnaces and other special heat treatment application). All these burners show NO_x emissions well below the next envisioned limits (80 mg/Nm³ at 5% of O₂ with furnace at 1250 °C) with all the NG/H₂ mixtures, as well as with 100% H₂. These results confirm the viability of the “Hydrogen Ready” approach, and the effectiveness of the flameless technology in controlling the NO_x formation. The first industrial applications of these concepts are also presented.

Résumé

À travers le monde, plusieurs feuilles de route identifient la décarbonation comme l’une des principales solutions pour faire de la sidérurgie une industrie neutre pour le climat d’ici 2050. De nouveaux process et de nouvelles technologies basés sur l’utilisation massive d’électricité renouvelable, d’hydrogène vert ou d’une association des deux joueront un rôle essentiel pour cette transformation. En dehors du chemin de la décarbonation, le secteur de l’acier souffre d’une forte inertie due à ses caractéristiques : gourmand en capitaux, marché ultraconcurrentiel au niveau mondial et cycle d’investissement de 20 à 30 ans. Dans un tel contexte, la technologie de combustion « Hydrogen Ready » de Tenova (qui désigne une gamme de brûleurs capable de fonctionner avec n’importe quel mélange de gaz naturel et d’hydrogène jusqu’à 100 % de H₂ sans modifications matérielles) constitue une solution apte à aider les sidérurgistes lors de leur transition énergétique actuelle tout en sécurisant leurs investissements futurs. Cet article vient compléter un précédent travail sur la technologie « SmartBurner » de Tenova et montre l’application du concept « Hydrogen Ready » à trois autres gammes de brûleurs, ce qui permet ainsi de couvrir un plus large éventail de process en aval : Tenova TRKSX (brûleur auto-récupérateur sans flamme pour fours de traitement thermique), Tenova TRGX (brûleur régénératif sans flamme pour fours de réchauffage), et Tenova THSQ (système de combustion sans flamme pour fours de recuit, fours de traitement thermique et autres applications spéciales de traitement thermique). Tous ces brûleurs présentent des émissions de NO_x bien en dessous des prochaines limites envisagées (80 mg/Nm³ à 5 % d’O₂ dans des fours à 1250 °C) avec tous les mélanges NG/H₂, ainsi qu’avec 100 % de H₂. Ces résultats confirment la viabilité de l’approche « Hydrogen Ready » et l’efficacité de la technologie sans flamme dans le contrôle de la formation de NO_x. Les premières applications industrielles de ces concepts sont également présentées ici.