高温工業炉・窯における従来燃料の水素代替：主要技術、応用、将来展望

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a structured overview of hydrogen combustion challenges and integration strategies, highlighting research gaps in system-level design and material durability.

🏢実務担当者:Offers technical insights for engineers and plant operators considering hydrogen retrofit, including burner modification, emission control, and material selection.

🏛政策担当者:Informs industrial decarbonization policy by outlining technology readiness and constraints for hydrogen substitution in high-temperature applications.

高温工業炉・窯における深い脱炭素化は、エネルギー集約型セクターにおける温室効果ガス排出削減に不可欠である。水素および水素富化燃料は、従来の化石燃料に代わる有望な代替手段であるが、その統合は単純な燃料置換ではない。水素の高い層流燃焼速度、広い可燃限界、低い体積発熱量、そして水蒸気に富む燃焼生成物のため、水素置換は火炎安定性、熱伝達経路、汚染物質生成、および材料の供用挙動を著しく変化させ得る。本総説は、高温工業システムにおける水素ベース燃料置換の主要技術と応用進展を体系的にまとめたものである。まず、水素と炭化水素燃料の熱物性および反応速度論的差異を分析する。次に、逆火防止、低NOx燃焼制御、熱流場調整、熱伝達最適化、および高温・水蒸気富化雰囲気下での材料適合性を含む中核的実現技術について議論する。冶金、熱処理、石油化学加熱炉、廃棄物処理、ロータリーキルン、および火葬炉を含む代表的なシナリオにおける応用進展をレビューし、シナリオ固有の制約を特定する。本レビューは、成功する水素置換には、単独のバーナー最適化から、燃焼制御、熱伝達管理、排出削減、および材料適応のシステムレベルでの統合への移行が必要であることを示している。今後の研究は、統合炉設計、長期材料供用評価、多燃料運用戦略、およびデータ駆動型制御フレームワークを優先すべきである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Deep decarbonization of high-temperature industrial furnaces and kilns is essential for reducing greenhouse gas emissions in energy-intensive sectors. Hydrogen and hydrogen-enriched fuels are promising alternatives to conventional fossil fuels; however, their integration is not a straightforward fuel replacement. Owing to hydrogen’s high laminar burning velocity, wide flammability limits, low volumetric heating value, and water-vapor-rich combustion products, hydrogen substitution can substantially alter flame stability, heat transfer pathways, pollutant formation, and material service behavior. This review systematically summarizes the key technologies and application progress of hydrogen-based fuel substitution in high-temperature industrial systems. First, the thermophysical and kinetic differences between hydrogen and hydrocarbon fuels are analyzed. Subsequently, core enabling technologies are discussed, including flashback prevention, low-NOx combustion control, thermal-flow-field regulation, heat transfer optimization, and material compatibility under high-temperature, water-vapor-rich atmospheres. Application progress in representative scenarios—including metallurgy, heat treatment, petrochemical-fired heaters, waste treatment, rotary kilns, and cremation furnaces—is reviewed to identify scenario-specific constraints. The review indicates that successful hydrogen substitution requires a transition from isolated burner optimization toward system-level integration of combustion control, heat transfer management, emission mitigation, and material adaptation. Future research should prioritize integrated furnace design, long-term material service assessment, multi-fuel operating strategies, and data-driven control frameworks.

• semanticscholar https://www.mdpi.com/2227-9717/14/13/2172/pdf?version=1783064265first seen 2026-07-13 07:01:06 · last seen 2026-08-22 05:36:39