卧式燃氢蒸汽锅炉在烧碱生产中的应用
2015-01-28王荣欣
王荣欣，王 凯
（河南能源化工集团永银公司生产技术部，河南 漯河462400）
卧式燃氢蒸汽锅炉在烧碱生产中的应用
王荣欣，王 凯
（河南能源化工集团永银公司生产技术部，河南 漯河462400）
介绍了8 t/h卧式燃氢蒸汽锅炉在烧碱生产中的成功应用，该锅炉设计完善、运行安全平稳、建设投资费用低。
卧式；氢气；锅炉；烧碱；应用
河南能源化工集团永银公司盐化工项目一期工程包括12万t/a聚氯乙烯、10万t/a烧碱、40万t/a电石法水泥、盐矿装置。由于聚氯乙烯市场低迷，烧碱联产的氢气除用于生产高纯盐酸和高浓度盐酸，计划合作建设1 000 Nm3/h压缩氢项目外，仍然剩余2 000 Nm3/h的氢气白白放空。为充分利用放空的氢气，投资250万元建设1套8 t/h卧式燃氢蒸汽锅炉生产蒸汽并入蒸汽管网，主要供烧碱装置和溴化锂制冷机组使用。2013年12月一次点火成功，投入运行以来，总体运行安全平稳。
1 卧式燃氢锅炉介绍
1.1 燃氢锅炉工艺流程
烧碱装置氢处理工段的氢气送入锅炉界区，由氢气控制阀组控制进人锅炉主烧嘴，助燃空气由风机送入调风器与主烧嘴内喷出的氢气混合，在锅炉燃烧室内燃烧为锅炉提供热量，烟气经省煤器进一步利用余热后由烟囱排空。由纯水站送来的纯水进入水箱，经除氧水泵送人高效热力除氧器除氧，经锅炉给水泵送人锅炉加热蒸发生产蒸汽，蒸汽由分汽缸送入蒸汽管网。
1.2 锅炉装置主要设备
卧式燃氢锅炉主要由主机、鼓风机、纯水罐、除氧器给水泵A/B、锅炉给水泵A/B、新型旋膜式除氧器、分气缸、动力柜、控制柜等组成。
1.3 锅炉主机和燃烧器的结构
1.3.1 锅炉主机结构
SZS型燃氢蒸汽锅炉采用双锅筒、纵置式、D型布置的自然循环型结构。锅炉主机由上下锅筒、膜式水冷壁、对流管束、钢架、护板、保温层等组成。锅炉右部为炉膛，其四周均以膜式水冷壁包围。对流管束设置在锅炉左部，四周亦以膜式壁结构完全密封，对流管束采用顺列式单回程布置。燃料在右侧炉膛内
燃烧，与炉膛四周水冷壁进行辐射换热后，产生的高温烟气经锅炉后部炉膛出口进入锅炉左侧对流管束区域，冲刷对流管束进行对流换热，再进入尾部省煤器，最终以较低的温度经烟囱排入大气。锅炉后墙设有观火孔。为确保安全，在锅炉顶部设置了防爆门。
1.3.2 氢气燃烧器组成
燃烧器由燃烧烧嘴和气体控制阀组组成。气体控制阀组包括过滤器、自力式调压阀、前压力表、后压力表、氢气前控制阀、氢气后控制阀、低压压力开关、高压压力开关、检漏放空自动阀、比例调节器等。
1.4 控制系统
1.4.1 控制系统硬件配置
（1）系统配置1台德国西门子公司可编程序控制器（PLC）作为中央控制器，对整个锅炉控制系统进行控制；
（2）系统配置2块西门子模拟量模块对锅炉数据进行采集，传送到PLC中对数据进行计算；
（3）系统配置1台西门子10”彩色触摸屏人机界面作为系统显示终端，可以显示整个锅炉控制系统的所有数据及系统动态工况，并且可以进行参数设定。
1.4.2 系统控制
（1）故障检测系统。故障检测系统对锅炉运行参数进行监测，保证锅炉安全运行，一旦发现有下列故障，将自动关闭锅炉燃烧控制系统，同时声光报警；a.极低水位故障。当锅炉内水位极低缺水时，系统自动关闭所有受控设备，同时“低水位”声光报警指示；b.蒸汽压力极高故障。当锅炉内蒸汽压力超过设定的极高值时，系统自动关闭所有受控设备，同时“超高压力”声光报警指示；c.熄火故障。如果因各种原因及故障，锅炉不能正常燃烧时，系统自动关闭所有受控设备，同时“熄火”声光报警指示；d.燃气压力故障。管道内燃气压力低于或高于设定的正常气压范围值时，系统将停炉待机；e.风门开故障、风门关小故障、风门关闭故障（都为风门故障）。当程序发出风门开（关小或关闭）信号后，在一段时间内风门不能到位，系统将认为风门出现问题会以声音报警；f.尾烟温度超高，系统将停炉待机；g.其他还有如：高水位、点火失败、故障见火、燃气泄漏、风门检测失效等时，锅炉均报警连锁停炉。
（2）锅炉液位控制。锅炉给水，采用变频控制给水。根据锅炉内液位，蒸汽耗量，给水流量等参数自动恒水位连续给水，水位控制由PLC控制，并作显示、报警、连锁。
（3）点火控制。锅炉燃烧器点火系统采用燃烧器所配置的程序控制器进行控制。
（4）蒸汽压力控制。负荷控制系统将压力传感器所检测到的蒸汽压力，经A/D模块转换送到PLC中，并在触摸屏上显示当前的实际蒸汽压力。希望的蒸汽压力可在显示屏上直接设定，PLC将获得的希望蒸汽压力与实际蒸汽压力进行比较，获得相应的压力误差，在PLC内部进行PID运算，获取负荷控制量，通过PLC输出控制负荷的加大或减小，以保证蒸汽压力恒定。
（5）锅炉控制采用自动、手动和硬手动控制，在PLC出现故障时，可采用使用手动控制，可以手动点火燃烧等。
1.4.3 控制柜显示屏功能
锅炉燃烧器的控制在控制柜上的PLC屏显示和控制，锅炉液位、蒸汽压力、燃烧器负荷、给水流量、氢气流量、蒸汽流量、省煤器温度、排烟温度、除氧温度、水槽液位、除氧器液位等参数均可在显示屏显示，各种连锁的设定也在显示屏完成，并可记录锅炉运行历史情况。
2 锅炉安全措施
氢气具有易燃易爆的特性，为保证燃氢锅炉的安全运行，主要采取以下安全措施。
（1）成套装置采用PLC程序控制，全自动操作；
（2）锅炉具备故障报警连锁停车功能，当出现汽包水位LL、HH，汽压HH，氢气压力LL、HH，烟气温度HH，熄火，点火失败，风门故障，燃气泄露时控制系统报警并连锁停炉；
（3）燃烧器采用石油液化气预点火，当系统检测到点火成功后，再通入氢气燃烧；
（4）炉膛设置双紫外线火焰检测，保证火焰检测无误差；
（5）点火操作由PLC程序控制，包括吹扫、检漏、液化气点火、火焰检测、氢气点火，当出现故障时PLC报警停止下步操作，保证点火的安全；
（6）设置氮气置换系统，保证锅炉和氢气管道检修的安全。
3 锅炉运行情况
8 t/h卧式燃氢蒸汽锅炉自2014年1月2日投入运行，总体安全平稳，整套装置设计完善、自动化程度高、操作方便。
2014年2月10日锅炉运行情况如下：蒸汽压力0.486 MPa，蒸汽流量7.87 m3/h，氢气压力81 kPa，氢气流量2 090 m3/h， 燃烧器前氢气压力21 kPa，除氧温度100.3℃，锅炉上水流量8.1 m3/h，炉膛出口温度208℃，排烟温度140℃。
燃氢锅炉投入使用后，其所产蒸汽和1台盐酸合成炉副产蒸汽均进入公司蒸汽管网，完全满足烧碱装置和动力分厂溴化锂制冷机组生产和生活需求。燃氢锅炉运行前，该公司蒸汽主要由1台燃煤锅炉和3台合成炉 （1台盐酸合成炉，2台改造燃氢炉）供应，2台燃氢炉是氯化氢合成炉改造而成。燃氢锅炉的使用，一方面消除了改造燃氢炉的安全隐患，另一方面减少燃煤蒸汽量约4 t/h，燃煤蒸汽成本按150元/t计，年可降低生产成本480万元。
锅炉运行中主要出现以下问题。
（1）2014年1月9日和10日凌晨连续出现4次由于氢气压力低连锁停炉情况，经分析检查是由于气温低，氢气夹带的水雾在氢气过滤器滤网结冰堵塞造成的。对蒸汽管道进行保温，并对过滤器加装排净阀后不再出现氢气压力低连锁停车情况；
（2）除氧器和纯水箱溢流管道直接相连通，使除氧器内蒸汽进入纯水箱。计划对除氧器和纯水箱的溢流管道分开，单独设置。
4 卧式燃氢锅炉的特点
目前，国内氯碱企业燃氢锅炉普遍采用立式结构，卧式锅炉与立式锅炉相比具有以下特点。
（1）卧式锅炉主机直接放置在地面基础，不需要建设高大的锅炉主机钢构架；
（2）卧式锅炉主机安装高度小于3.5 m，操作和检修方便；
（3）卧式锅炉排烟温度低，热效率高，可到达91%以上；
（4）卧式锅炉与立式锅炉相比建设费用低，8 t/h臣式燃氢蒸汽锅炉包括成套设备。设计和安装总费用约250万元，而同样立式锅炉投资约350万元。
5 结论
8 t/h卧式燃氢蒸汽锅炉应用于河南永银化工实业有限公司烧碱生产，锅炉设计完善，运行安全，自动化程度高，操作方便，燃氢锅炉和合成炉副产蒸汽即可满足烧碱和动力装置的用汽需求，不需要外供生蒸汽，大大降低了烧碱单位能耗和生产成本。
［1］孔贤德.氢气锅炉在氯碱生产的运用，氯碱工业，2008（4）.
［2］左攀华.氢气锅炉的特点与安全运行经验，化工装备技术，2011（4）．
［3］王少武.氯碱厂燃氢蒸汽锅炉工艺的设计和运行总结，中国氯碱，2011（4）.
Applications of horizontal steam boiler burning hydrogen in the production of caustic soda
WANG Rong-xin，WANG Kai
（ProductiontechnologydepartmentofHenanEnergyChemicalGroupYongyinCo.,Ltd.,Luohe 462400,China）
Introduced 8 t/h horizontal steam boiler burning hydrogen successfully applied in caustic soda production，the boiler designed，safe and stable operation，low capital investment costs.
horizontal；hydrogen；boiler；caustic soda；application
TQ051.21
B
1009－1785(2015)04-0023-02
2014-02-11
王荣欣（1967—），男，工程师，1989年毕业于河南大学化学化工学院石油化工专业，现于河南能源化工集团永银化工实业有限公司从事技术工作。
