王少武

（山東鋁業(yè)公司，山東淄博255051）

氯堿廠燃?xì)湔羝仩t工藝的設(shè)計(jì)和運(yùn)行總結(jié)

王少武

（山東鋁業(yè)公司，山東淄博255051）

介紹了以燒堿裝置富余氫氣為燃料，建設(shè)燃?xì)湔羝仩t的工藝方案及運(yùn)行情況。

燒堿裝置；氫氣；燃?xì)湔羝仩t

山東鋁業(yè)公司氯堿廠燒堿分2期建設(shè)，分別于2005年和2008年投產(chǎn)，燒堿產(chǎn)量16萬(wàn)t/a，產(chǎn)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(méi)有氫氣利用項(xiàng)目，只能放空，造成氫氣資源的浪費(fèi)，也存在著安全隱患，而氯堿廠用蒸汽自外部采購(gòu)。為降低生產(chǎn)成本，于2009年底在氯堿廠增設(shè)1臺(tái)燃?xì)湔羝仩t，滿足裝置自用蒸汽，既解決了蒸汽供應(yīng)的問(wèn)題，又充分利用了氫氣資源，達(dá)到節(jié)能減排，增加企業(yè)效益的目的。

1 工藝技術(shù)方案

1.1 氫氣處理

根據(jù)氫氣鍋爐廠家要求，為確保氫氣燃燒穩(wěn)定，氫氣壓力應(yīng)為0.05~0.20 MPa，純度必須達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥92%，顯然，電解產(chǎn)出再經(jīng)過(guò)洗滌、壓縮后的氫氣純度達(dá)不到要求，必須進(jìn)行降溫除去水蒸氣。為此，在氫壓機(jī)后增設(shè)1臺(tái)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(guò)水霧分離器除去水霧，送往燃?xì)溴仩t燃燒。

1.2 氫氣鍋爐

氫氣鍋爐工藝流程圖見(jiàn)圖1。

氫氣壓縮后由管道輸送至氫氣鍋爐底部的燃燒器進(jìn)口燃燒，純水通過(guò)給水泵加壓，除氧器除氧，送入鍋爐頂?shù)氖∶浩鲀?nèi)進(jìn)行預(yù)加熱，然后進(jìn)入鍋爐列管中進(jìn)行加熱，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入鍋爐頂部的爐外汽水分離罐，通過(guò)總汽包后送至廠區(qū)低壓蒸氣管網(wǎng)，供氯堿生產(chǎn)、保溫、生活等崗位使用。氮?dú)庵饕糜陂_(kāi)停車進(jìn)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(guī)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(diǎn)，氫氣爆炸濃度界限寬達(dá)4.1%～74.2%，因此，無(wú)論對(duì)鍋爐本體結(jié)構(gòu)、燃燒系統(tǒng)、自動(dòng)控制還是安裝、運(yùn)行操作等方面都提出了更高的要求。

1.3.1 鍋爐設(shè)計(jì)中采用的防爆措施

（1）鍋爐本體采用立式布置，對(duì)流傳熱部分為單程，減少爐內(nèi)煙氣流程內(nèi)的死角及保證煙氣排放暢通，降低煙氣阻力，避免未燃?xì)錃庠跔t內(nèi)積聚，產(chǎn)生爆鳴。

（2）燃料氫氣采用擴(kuò)散式燃燒方式，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生回火現(xiàn)象，確保氫氣燃燒可靠穩(wěn)定。

（3）鍋爐采用3次點(diǎn)火方式。先將液化氣點(diǎn)燃后再將氫氣點(diǎn)燃，使氫氣在點(diǎn)火燃燒時(shí)更安全。鍋爐點(diǎn)火、負(fù)荷調(diào)節(jié)、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(nèi)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(jìn)入對(duì)流段燃?xì)溴仩t燃燒室，對(duì)流室分別設(shè)有防爆門，與其他鍋爐相比，防爆面積大，安全可靠。

（5）燃?xì)湔羝仩t采用多重連鎖保護(hù)裝置，當(dāng)鍋爐運(yùn)行時(shí)，任何異常波動(dòng)均會(huì)自動(dòng)報(bào)警直至連鎖停車。

（6）鍋爐及所有輔機(jī)均露天設(shè)置，防止泄漏氫氣在廠房?jī)?nèi)積聚。

1.3.2 工藝設(shè)計(jì)中采用的防爆措施

（1）點(diǎn)火系統(tǒng)

氫氣鍋爐在點(diǎn)火前必須對(duì)燃燒室進(jìn)行可燃?xì)怏w檢測(cè)分析，確保爐膛內(nèi)不含任何氫氣。燃?xì)溴仩t的點(diǎn)火分自動(dòng)點(diǎn)火和手動(dòng)點(diǎn)火2種方式。

a.自動(dòng)點(diǎn)火

爐膛經(jīng)可燃?xì)怏w檢驗(yàn)合格后，鍋爐進(jìn)入自動(dòng)點(diǎn)火操作程序。首先，系統(tǒng)進(jìn)行氫氣管路自動(dòng)檢漏分析，當(dāng)檢測(cè)到氫氣無(wú)泄漏時(shí)，系統(tǒng)再進(jìn)行爐膛吹掃，然后，由高能點(diǎn)火器接通線路，在其頂端發(fā)出脈沖火花，此時(shí)，液化氣閥門自動(dòng)打開(kāi)，液化氣將點(diǎn)火燒嘴點(diǎn)燃，經(jīng)穩(wěn)定燃燒后，氫氣閥門自動(dòng)打開(kāi)，主燃燒嘴被正式點(diǎn)燃。點(diǎn)火燒嘴或主燒嘴是否被點(diǎn)燃，均可通過(guò)火焰監(jiān)測(cè)器來(lái)觀察，如果點(diǎn)火燒嘴或主燒嘴沒(méi)被點(diǎn)燃，操作順序均會(huì)自動(dòng)停止，氮?dú)忾y門會(huì)自動(dòng)打開(kāi)再執(zhí)行爐膛吹掃順序，當(dāng)爐膛可燃?xì)怏w再次檢測(cè)分析合格后，才執(zhí)行上述點(diǎn)火操作步驟。

b.手動(dòng)點(diǎn)火

手動(dòng)點(diǎn)火操作順序與自動(dòng)點(diǎn)火基本一致，只是每一步操作步驟由手動(dòng)按鈕操作完成。如果操作步驟執(zhí)行錯(cuò)誤，則點(diǎn)火操作系統(tǒng)自動(dòng)被鎖定，點(diǎn)火程序停止執(zhí)行。

（2）燃燒控制系統(tǒng)

燃燒控制系統(tǒng)是燃?xì)溴仩t裝置的關(guān)鍵技術(shù)，氫氣流量、壓力波動(dòng)、鍋爐水位、蒸汽用量等將直接影響氫氣燃燒的穩(wěn)定性及鍋爐的正常運(yùn)行?？紤]到以上因素的影響，氫氣和空氣閥門設(shè)置比例調(diào)節(jié)，鍋爐操作控制采用控制室集中顯示、控制，其中點(diǎn)火控制系統(tǒng)采用PLC可編程序控制器。

2 公用工程

項(xiàng)目所需純水、氮?dú)?、儀表風(fēng)、動(dòng)力電等量均較小，公司現(xiàn)有公用工程的富余量即可滿足本項(xiàng)目的需求，只需將管道與現(xiàn)有裝置連接即可。公用工程消耗情況見(jiàn)表1。

表1 公用工程消耗情況

2.3 主要設(shè)備

主要設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 主要設(shè)備一覽表

3 鍋爐運(yùn)行情況

燃?xì)湔羝仩t于2008年12月30日正式開(kāi)車，當(dāng)日并網(wǎng)給氯堿廠供汽。正常運(yùn)行參數(shù)如下：氫氣流量：1 000~3 000 m3/h；蒸汽壓力：0.4~0.9 MPa；蒸汽溫度170~180℃，蒸汽流量：5~8 t/h，蒸汽產(chǎn)量根據(jù)裝置需求隨時(shí)調(diào)整，完全滿足生產(chǎn)需求。

2009年產(chǎn)出蒸汽4.64萬(wàn)t，以蒸汽無(wú)稅價(jià)121元/t計(jì)，年節(jié)約蒸汽費(fèi)561萬(wàn)元，一年內(nèi)收回全部投資，創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）燃燒氫氣制取蒸汽在技術(shù)上是安全可行的，項(xiàng)目投資小，見(jiàn)效快。

（2）氯堿裝置產(chǎn)生的氫氣純度高，最佳利用途徑是做為精細(xì)化工原料。但在氫氣利用項(xiàng)目未考慮成熟期間和氫氣有富余的情況下，燃燒生產(chǎn)蒸汽供裝置自用是最佳的節(jié)能增效措施。

Chlor－alkali steam boiler by hydrogen as fuel design and operation of summary

WANG Shao－wu
（Shandong Aluminum Company，Zibo 255052，China）

The design and operation of using chlor－alkali plants hydrogen as fuel to build hydrogen fuelsteam boilers was introduced.

caustic soda device；hydrogen；burning hydrogen steam boiler

TK22

B

1009－1785(2011)04-0043-02

2011-02-16