氯碱厂燃氢蒸汽锅炉工艺的设计和运行总结

2011-09-22王少武

中国氯碱 2011年4期

关键词：蒸汽锅炉氯碱炉膛

王少武

（山东铝业公司，山东淄博255051）

氯碱厂燃氢蒸汽锅炉工艺的设计和运行总结

王少武

（山东铝业公司，山东淄博255051）

介绍了以烧碱装置富余氢气为燃料，建设燃氢蒸汽锅炉的工艺方案及运行情况。

烧碱装置；氢气；燃氢蒸汽锅炉

山东铝业公司氯碱厂烧碱分2期建设，分别于2005年和2008年投产，烧碱产量16万t/a，产出氢气4 000 t/a，除去高纯盐酸耗氢，氢气剩余约3 500 t。由于没有氢气利用项目，只能放空，造成氢气资源的浪费，也存在着安全隐患，而氯碱厂用蒸汽自外部采购。为降低生产成本，于2009年底在氯碱厂增设1台燃氢蒸汽锅炉，满足装置自用蒸汽，既解决了蒸汽供应的问题，又充分利用了氢气资源，达到节能减排，增加企业效益的目的。

1 工艺技术方案

1.1 氢气处理

根据氢气锅炉厂家要求，为确保氢气燃烧稳定，氢气压力应为0.05~0.20 MPa，纯度必须达到质量分数≥92%，显然，电解产出再经过洗涤、压缩后的氢气纯度达不到要求，必须进行降温除去水蒸气。为此，在氢压机后增设1台列管式氢气冷却器，采用8℃水冷却，将氢气温度由50℃左右冷却到16℃以下，然后通过水雾分离器除去水雾，送往燃氢锅炉燃烧。

1.2 氢气锅炉

氢气锅炉工艺流程图见图1。

氢气压缩后由管道输送至氢气锅炉底部的燃烧器进口燃烧，纯水通过给水泵加压，除氧器除氧，送入锅炉顶的省煤器内进行预加热，然后进入锅炉列管中进行加热，产生的蒸汽进入锅炉顶部的炉外汽水分离罐，通过总汽包后送至厂区低压蒸气管网，供氯碱生产、保温、生活等岗位使用。氮气主要用于开停车进行空气置换，防止氢气爆炸。

1.3 安全措施

氢气作为锅炉燃料，与常规气体燃料如天然气、城市煤气、液化石油气等相比，易爆是其最大的特点，氢气爆炸浓度界限宽达4.1%～74.2%，因此，无论对锅炉本体结构、燃烧系统、自动控制还是安装、运行操作等方面都提出了更高的要求。

1.3.1 锅炉设计中采用的防爆措施

（1）锅炉本体采用立式布置，对流传热部分为单程，减少炉内烟气流程内的死角及保证烟气排放畅通，降低烟气阻力，避免未燃氢气在炉内积聚，产生爆鸣。

（2）燃料氢气采用扩散式燃烧方式，燃烧时不会产生回火现象，确保氢气燃烧可靠稳定。

（3）锅炉采用3次点火方式。先将液化气点燃后再将氢气点燃，使氢气在点火燃烧时更安全。锅炉点火、负荷调节、火焰观察、锅炉水位及连锁控制等操作均由可编程序控制器（PLC）完成，安全可靠。

（4）燃烧室内直径与高度均大于火焰直径与高度，保证氢气完全燃烧后，烟气进入对流段燃氢锅炉燃烧室，对流室分别设有防爆门，与其他锅炉相比，防爆面积大，安全可靠。

（5）燃氢蒸汽锅炉采用多重连锁保护装置，当锅炉运行时，任何异常波动均会自动报警直至连锁停车。

（6）锅炉及所有辅机均露天设置，防止泄漏氢气在厂房内积聚。

1.3.2 工艺设计中采用的防爆措施

（1）点火系统

氢气锅炉在点火前必须对燃烧室进行可燃气体检测分析，确保炉膛内不含任何氢气。燃氢锅炉的点火分自动点火和手动点火2种方式。

a.自动点火

炉膛经可燃气体检验合格后，锅炉进入自动点火操作程序。首先，系统进行氢气管路自动检漏分析，当检测到氢气无泄漏时，系统再进行炉膛吹扫，然后，由高能点火器接通线路，在其顶端发出脉冲火花，此时，液化气阀门自动打开，液化气将点火烧嘴点燃，经稳定燃烧后，氢气阀门自动打开，主燃烧嘴被正式点燃。点火烧嘴或主烧嘴是否被点燃，均可通过火焰监测器来观察，如果点火烧嘴或主烧嘴没被点燃，操作顺序均会自动停止，氮气阀门会自动打开再执行炉膛吹扫顺序，当炉膛可燃气体再次检测分析合格后，才执行上述点火操作步骤。

b.手动点火

手动点火操作顺序与自动点火基本一致，只是每一步操作步骤由手动按钮操作完成。如果操作步骤执行错误，则点火操作系统自动被锁定，点火程序停止执行。

（2）燃烧控制系统

燃烧控制系统是燃氢锅炉装置的关键技术，氢气流量、压力波动、锅炉水位、蒸汽用量等将直接影响氢气燃烧的稳定性及锅炉的正常运行。考虑到以上因素的影响，氢气和空气阀门设置比例调节，锅炉操作控制采用控制室集中显示、控制，其中点火控制系统采用PLC可编程序控制器。