燃氫鍋爐運行總結

劉海蓉，王經川，趙明旭

（煙臺萬華氯堿有限責任公司，山東 煙臺264002）

煙臺萬華氯堿公司現有燒堿17 萬t/a，在燒堿生產過程中，每年產生約四千二百五十噸氫氣，每小時大約六千立方米。 由于煙臺萬華聚氨酯公司停用原由萬華氯堿公司供應的氫氣， 每小時約為二千七百立方米， 造成氫氣放空， 不僅浪費了可貴的清潔能源，還留下了很大的安全隱患。 在生產成本方面，該公司所需蒸汽全部外購，由萬華集團華力熱電公司提供，而且蒸汽價格逐年上漲。為此，投資建設了以氫氣為燃料的蒸汽鍋爐，1# 鍋爐和2# 鍋爐相繼投產，2 臺爐并聯運行，蒸汽除自用外每小時還為相鄰單位提供蒸汽約二噸，同時，保留華力熱電的供汽管道備用，一舉多得。 節能降耗、降低生產成本。

由于氫氣爆炸極限比較寬， 在空氣中為4.1%～74.2%，燃燒值大（14 300 kJ/kg），是汽油燃燒值的3倍，大于任何其他燃氣，因此，以氫氣為燃料的蒸汽鍋爐無論在鍋爐本體、燃燒系統、自動化控制方面，還是在安裝、運行、操作等方面都有相當高的要求。

1 燃氫鍋爐的結構、工藝

燃氫鍋爐裝置分為氫氣鍋爐本體、 氫氣預處理系統、助燃和給水排水系統3 個部分。為盡量減少爐內煙氣流程死角，保證煙氣排放的暢通，鍋爐本體采用立式布置。

燃氫鍋爐的工藝流程示意圖見圖1。

從氫氣氣柜來的氫氣經預處理系統處理后，由羅茨風機加壓輸送到氫氣鍋爐底部， 與助燃風機輸送來的加壓空氣混合燃燒。 產生的熱量由給水泵加壓輸送到鍋爐頂部省煤器預熱后， 再進入鍋爐內部列管的純水或蒸汽冷凝水加熱， 產生的蒸汽經過鍋爐頂部的爐外氣液分離器分離后進入蒸汽分配臺供氯堿生產、外供、管線伴熱、生活等使用。

2 燃氫鍋爐的技術特點、優勢

2.1 技術特點

（1）鍋爐本體采用立式布置，對流傳熱部分為單程，減少了爐內煙氣流程的死角，保證了煙氣排放順暢，降低煙氣阻力，避免未燃氫氣在爐內聚集，產生爆鳴。

（2）燃料氫氣采用擴散燃燒方式，燃燒時，不產生回火現象，確保氫氣燃燒可靠、穩定。

（3）鍋爐點火燃料為液化石油氣，點火、負荷調整、火焰監控、鍋爐水位及連鎖控制均為可變程序控制器（PLC）完成，安全可靠。

（4）燃燒室的直徑與高度均大于火焰直徑與高度， 保證氫氣安全燃燒后煙氣進入對流段燃氫鍋爐燃燒室，防爆面積大、安全可靠。

圖1 燃氫鍋爐的工藝流程示意圖

（5）燃氫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。

2.2 優勢

（1）燃氫鍋爐爐體結構充分考慮到氫氣燃燒的安全性。 根據氫氣密度很小的特點，將鍋爐設計成立式，燃燒器在底部，依次為爐膛輻射段和對流段，省煤器向上布置，鍋爐內部無死角，避免煙氣在爐內聚集。

（2）燃氫鍋爐的結構形式體現燃燒經濟性，爐膛輻射段設計成水冷壁式，充分吸收燃燒輻射熱，對流段設計成煙管式吸收熱量， 鍋爐尾部頂端設有省煤器，吸收熱量加熱給水，降低排煙溫度。

（3）燃燒控制系統采用二次點火程序，氫氣管道及爐膛自動吹掃、自動檢漏、多重報警及自動連鎖熄火保護程序，確保鍋爐運行安全可靠。

（4）能源綜合利用。電解蒸發工段產生的蒸汽冷凝水經除氧后可重新作為燃氫鍋爐給水， 鍋爐所用的燃料為電解工段生產的富余氫氣， 大大降低了生產成本。

（5）鍋爐最大蒸發量為10 t/h，最大工作壓力為0.95 MPa，額定蒸汽溫度184 ℃，最大氫氣用量為2 300 m3/h，鍋爐熱效率大于85%。

3 運行狀況

2 臺鍋爐并聯運行實現蒸汽自足， 鍋爐運行總體穩定。

該公司日冬季用蒸汽三百三十噸左右、 夏季二百四十噸左右、外供50 t，采用燃氫鍋爐既滿足了內部使用，也節約了大量的外購蒸汽成本。

燃氫鍋爐在運行過程中發生過幾次停車故障，停車因素概括為以下幾個方面。

（1）運行初期1# 爐曾因風壓開關、燃氣壓力開關風孔太小堵塞停車，隨著操作經驗的積累，1#、2#爐未再發生過此類停車。

（2）在運行中，火檢處落進灰塵或有異物致使檢測不到火焰，造成燃燒故障連鎖停車。

（3）曾發生因鍋爐給水泵變頻保護致使鍋爐水位低報警及蒸汽壓力高報警， 因DCS 監控到位、處置及時，沒有造成連鎖停車。

目前，2 臺燃氫鍋爐運行平穩，負荷調整相對平衡，爐水定期排污，定期清洗爐前過濾網、穩壓閥、氫氣流量閥，保證了鍋爐安全穩定運行。

4 結語

氫氣是一種可貴的清潔能源。 中國氯堿企業眾多，氫氣利用率低，同時，不使用清潔能源是造成污染的重要因素。燃氫鍋爐的投運，不僅使長期放空的氫氣得到利用，降低生產成本，在一定程度上減少了大氣污染。