氯堿廠燃氫蒸汽鍋爐工藝的設計和運行總結

2011-09-22 07:54:42王少武

中國氯堿 2011年4期

王少武

（山東鋁業公司，山東淄博255051）

氯堿廠燃氫蒸汽鍋爐工藝的設計和運行總結

王少武

（山東鋁業公司，山東淄博255051）

介紹了以燒堿裝置富余氫氣為燃料，建設燃氫蒸汽鍋爐的工藝方案及運行情況。

燒堿裝置；氫氣；燃氫蒸汽鍋爐

山東鋁業公司氯堿廠燒堿分2期建設，分別于2005年和2008年投產，燒堿產量16萬t/a，產出氫氣4 000 t/a，除去高純鹽酸耗氫，氫氣剩余約3 500 t。由于沒有氫氣利用項目，只能放空，造成氫氣資源的浪費，也存在著安全隱患，而氯堿廠用蒸汽自外部采購。為降低生產成本，于2009年底在氯堿廠增設1臺燃氫蒸汽鍋爐，滿足裝置自用蒸汽，既解決了蒸汽供應的問題，又充分利用了氫氣資源，達到節能減排，增加企業效益的目的。

1 工藝技術方案

1.1 氫氣處理

根據氫氣鍋爐廠家要求，為確保氫氣燃燒穩定，氫氣壓力應為0.05~0.20 MPa，純度必須達到質量分數≥92%，顯然，電解產出再經過洗滌、壓縮后的氫氣純度達不到要求，必須進行降溫除去水蒸氣。為此，在氫壓機后增設1臺列管式氫氣冷卻器，采用8℃水冷卻，將氫氣溫度由50℃左右冷卻到16℃以下，然后通過水霧分離器除去水霧，送往燃氫鍋爐燃燒。

1.2 氫氣鍋爐

氫氣鍋爐工藝流程圖見圖1。

氫氣壓縮后由管道輸送至氫氣鍋爐底部的燃燒器進口燃燒，純水通過給水泵加壓，除氧器除氧，送入鍋爐頂的省煤器內進行預加熱，然后進入鍋爐列管中進行加熱，產生的蒸汽進入鍋爐頂部的爐外汽水分離罐，通過總汽包后送至廠區低壓蒸氣管網，供氯堿生產、保溫、生活等崗位使用。氮氣主要用于開停車進行空氣置換，防止氫氣爆炸。

1.3 安全措施

氫氣作為鍋爐燃料，與常規氣體燃料如天然氣、城市煤氣、液化石油氣等相比，易爆是其最大的特點，氫氣爆炸濃度界限寬達4.1%～74.2%，因此，無論對鍋爐本體結構、燃燒系統、自動控制還是安裝、運行操作等方面都提出了更高的要求。

1.3.1 鍋爐設計中采用的防爆措施

（1）鍋爐本體采用立式布置，對流傳熱部分為單程，減少爐內煙氣流程內的死角及保證煙氣排放暢通，降低煙氣阻力，避免未燃氫氣在爐內積聚，產生爆鳴。

（2）燃料氫氣采用擴散式燃燒方式，燃燒時不會產生回火現象，確保氫氣燃燒可靠穩定。

（3）鍋爐采用3次點火方式。先將液化氣點燃后再將氫氣點燃，使氫氣在點火燃燒時更安全。鍋爐點火、負荷調節、火焰觀察、鍋爐水位及連鎖控制等操作均由可編程序控制器（PLC）完成，安全可靠。

（4）燃燒室內直徑與高度均大于火焰直徑與高度，保證氫氣完全燃燒后，煙氣進入對流段燃氫鍋爐燃燒室，對流室分別設有防爆門，與其他鍋爐相比，防爆面積大，安全可靠。

（5）燃氫蒸汽鍋爐采用多重連鎖保護裝置，當鍋爐運行時，任何異常波動均會自動報警直至連鎖停車。

（6）鍋爐及所有輔機均露天設置，防止泄漏氫氣在廠房內積聚。

1.3.2 工藝設計中采用的防爆措施

（1）點火系統

氫氣鍋爐在點火前必須對燃燒室進行可燃氣體檢測分析，確保爐膛內不含任何氫氣。燃氫鍋爐的點火分自動點火和手動點火2種方式。

a.自動點火

爐膛經可燃氣體檢驗合格后，鍋爐進入自動點火操作程序。首先，系統進行氫氣管路自動檢漏分析，當檢測到氫氣無泄漏時，系統再進行爐膛吹掃，然后，由高能點火器接通線路，在其頂端發出脈沖火花，此時，液化氣閥門自動打開，液化氣將點火燒嘴點燃，經穩定燃燒后，氫氣閥門自動打開，主燃燒嘴被正式點燃。點火燒嘴或主燒嘴是否被點燃，均可通過火焰監測器來觀察，如果點火燒嘴或主燒嘴沒被點燃，操作順序均會自動停止，氮氣閥門會自動打開再執行爐膛吹掃順序，當爐膛可燃氣體再次檢測分析合格后，才執行上述點火操作步驟。

b.手動點火

手動點火操作順序與自動點火基本一致，只是每一步操作步驟由手動按鈕操作完成。如果操作步驟執行錯誤，則點火操作系統自動被鎖定，點火程序停止執行。

（2）燃燒控制系統

燃燒控制系統是燃氫鍋爐裝置的關鍵技術，氫氣流量、壓力波動、鍋爐水位、蒸汽用量等將直接影響氫氣燃燒的穩定性及鍋爐的正常運行。考慮到以上因素的影響，氫氣和空氣閥門設置比例調節，鍋爐操作控制采用控制室集中顯示、控制，其中點火控制系統采用PLC可編程序控制器。