電站鍋爐氫氣摻燒回收利用

宋樂連

摘 要：氫氣在循環流化床鍋爐上摻燒的案例比較少，企業對富余可燃氣體處置開辟了新的道路，回收利用可燃氣體的能量實現節能減排的目標。本文分析了江西理文化工有限公司電站550t/h鍋爐摻燒氫氣回收利用項目的設計方案、運行調試、成功投運的經驗。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；氫氣；節能減排

中圖分類號：TK227 文獻標識碼：A

氫氣是一種無色無味、易燃易爆的可燃性的氣體，也是很值得期待的二次能源。由于氫的各種內在特性，決定了氫能系統有同于常規能源系統的危險特征，而影響了氫的使用范圍。我公司年產30萬t的氯堿廠，副產氫氣10000Nm3/h，除去氯堿廠及氟化廠的使用量，大約有近5000Nm3/h的氫氣放空處置。為了回收利用這部分的氫能我們提出將富余的氫氣送至電站鍋爐摻燒，實現節能減排的目標。

一、設計方案

氯堿廠現有富余氫氣量為5000Nm3/h，現從送往氟化廠的管線引出一根管線經過壓力控制后送至電站，電站經過氫氣緩沖罐，穩壓調整后根據在線運行情況，將氫氣送至3#鍋爐8m平臺，燃燒噴槍插入鍋爐二次風熱風管送至爐膛內部燃燒。

1 燒堿車間。利用現有向氟化廠輸送氫氣的羅茨風機加壓向電站輸送氫氣。在出口管道上增加一根DN400B系列（426×6）管道至電站，為保證氫氣壓力達到設計壓力值，需要增加一臺氫壓機和水霧補集器）

2 電站。主要設備安全氫氣緩沖罐一臺氫氣水封罐一臺。燒堿氫氣送至電站后一路進入氫氣水封罐，一路送至氫氣緩沖罐，氫氣緩沖罐經過穩壓，達到運行壓力25kPa～30kPa，送至各爐前分配母管，由爐前分配母管分配至爐前各噴槍分散燃燒，最后進入爐膛。在排空口均設有滅火和阻火裝置，整條管線設有氮氣置換接口。

二、運行調試

由于氫氣屬于易燃易爆氣體，爆炸極限是4.0%～75.6%。管道設備工藝不達標泄露會有很大的危險性。在管道和設備安全調試完成后，試壓試驗是很必要的。現有方案對所有管道進行氣體打壓試驗，對氫氣緩沖罐，氫氣水封罐進行水壓試驗。

1 在氫氣水封罐接入除鹽水，隔斷進出口門，罐體進滿除鹽水，壓力控制在設計壓力，記錄試驗時間和試驗開始時壓力，維持20分鐘，對所有焊縫，法蘭，壓力表以及緊固件進行檢查。沒有水漬滲漏，和罐體沒有變形，記錄結束時壓力，對比開始結束壓力值壓力維持穩定數據緩慢泄壓。

2 用爐前分配管上壓縮空氣打入，切斷前后隔離閥，對管道進行打壓。考慮到運行壓力低，壓力試驗設定值為運行壓力的10倍。記錄實驗前壓力后，用肥皂水對所有焊縫，法蘭，閥門進行噴射檢查有無汽包，對滲漏的地方記錄下進行緊固或者焊接，如無異常記錄結束時壓力，對比開始結束壓力值壓力維持穩定數據，緩慢泄壓，試驗完成。

3 連鎖方面設置壓力高地連鎖、低溫連鎖、一次風機聯鎖。根據母管壓力設置壓力高連鎖；設爐膛溫度點低于700℃關閉所有噴槍切斷閥，打開母管排空；一次風機停運時，關閉所有噴槍切斷閥，且無法開啟。

4 對所有氣動閥.調節閥，進行遠程開關確認動作。壓力表，阻火器確認正常。

5 用氮氣置換整個氫氣管線，完成后關閉前后隔離門，調試完畢。

6 摻燒氫氣前準備。（1）檢查鍋爐的各燃燒噴槍正常；（2）檢查氫氣切斷閥開關是否正常，閥位是否正確；（3）檢查氫氣管道壓力表的準確性，就地表計與DCS顯示校準；（4）檢查DCS聯鎖保護、報警等信號正常，聯鎖試驗合格并投用；（5）第一次啟動時管道內有大量空氣，管道需從燒堿車間至爐前噴槍用氮氣置換合格。

7 摻燒氫氣操作。（1）鍋爐具備摻燒氫氣條件后，通過調度通知燒堿氫氣站提升氫氣管道壓力，根據氫氣管道壓力逐個開啟燃燒噴槍進氣閥，盡可能保證氫氣管道壓力穩定；（2）正常生產時：（a）控制氫氣管道壓力不低于25kPa，不高于32kPa；（b）管道壓力高壓32kPa在所有噴槍投用后，用調節閥來控制氫氣管道壓力；（c）管道壓力低于25kPa調節閥全關時，通知氯堿廠調度調整氫氣管道壓力維持30kPa；（d）經調整壓力還是偏低時，逐個關閉噴槍進氣閥維持氫氣管道壓力不低于25kPa，直至關閉所有噴槍進氣閥，退出氫氣摻燒；（e）正常運行時定期開疏水閥放水。（f）需要停氫氣時，事先通知氯堿廠調度做好停氣準備。逐個關閉燃燒噴槍進氣閥，氫氣摻燒完全退出后，通知氫氣站停止向鍋爐供氣。（3）生產異常需退出氫氣摻燒時：（a）燒堿車間出現異常，氫氣量不夠時，操作同2）中c）、d）；（b）鍋爐出現異常情況，立即通知氯堿廠調度，注意氫氣管線壓力，及時從氫氣站泄壓；（c）逐個關閉噴槍進氣閥，密切關注氫氣管線壓力，用排空調節閥來控制氫氣管道壓力，防止氫氣管道超壓，影響其他車間用氣；（d）總管排空調節閥來不及泄壓時，打開3#鍋爐排空閥泄壓，壓力低于25kPa時，關閉3#鍋爐管道排空閥，通過總管排空調節閥調節氫氣總管壓力；（e）氫氣壓力波動較大時注意水封罐水封情況，及時補水。

三、氫氣系統安全措施

1 氫氣易燃易爆，做好接地，防靜電，考慮到法蘭墊片使用PTFE屬于絕緣.按照天然氣標準法蘭螺絲低于4個螺栓必須要接防靜電，所有法蘭用銅片連接。

2 考慮到氫氣燃燒溫度有1400℃左右輸送壓力過大會導致爐膛內火焰加長，對管道會有危險性，故考慮設置壓力高低連鎖，氫氣正常燃點最低560℃左右，并且爆炸極限是4.0%～75.6%，故設置爐內低溫連鎖。

3 氫氣排空管出口安裝阻火器防止回火

4 所有噴槍進入爐前加裝阻火器防止回火

結語

氫氣的燃燒熱值為285.83kJ/mol，向電站鍋爐輸送5000Nm3/h的氫氣，一年可節約標準煤14744t。電站鍋爐每小時燃燒5000Nm3氫氣，年燃燒：5000×8000= 40000000Nm3氫氣，氫氣折標準煤系數0.3686kgce/Nm3，一年可節約標準煤=40000000×0.3686/1000=14744tce/a。根據現在電站所使用煙煤折標煤系數0.7143，采購價格310元/噸計算，摻燒氫氣每年節約煤炭費用639.88萬元，經濟效益可觀。

參考文獻

[1] GB50177-2005，氫氣站設計規范書[S].

[2] GB50057-2010，建筑物防雷設計規范[S].

[3] TG-550/9.81-M循環流化床鍋爐設計說明書[Z].太原鍋爐集團有限公司.