李春寶

（上海氯堿化工股份有限公司華勝化工廠，上海 201507）

上海氯堿化工股份有限公司華勝化工廠已經(jīng)在上?；^(qū)與Bayer、Huntsman和BASF公司的產(chǎn)品鏈形成園區(qū)型循環(huán)經(jīng)濟模式。燒堿生產(chǎn)能力為72萬t/a。

在燒堿生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量富余氫氣，一直沒有很好利用。經(jīng)過反復論證與市場調(diào)研，2009年，由中國船舶重工集團七一一研究所總承包，建設(shè)了2臺以氫氣作燃料的中壓蒸汽鍋爐，運行至今，狀況良好。2012年，上海氯堿化工股份有限公司又新建2臺中壓蒸汽鍋爐，使寶貴的氫能源得到充分利用，節(jié)能減排，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益。

1 鍋爐本體結(jié)構(gòu)簡介

LHS10-2.45型氫氣鍋爐為立式自然循環(huán)燃氣鍋爐，具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、占地面積小、壽命長、傳熱效率高等特點。鍋爐采用立式結(jié)構(gòu)，煙氣由下向上依次通過爐膛，對流受熱面和省煤器，直接通向煙囪排大氣，能最大程度減少煙氣流程死角，避免了因未燃氫氣滯留而引起爆燃。

LHS10-2.45型氫氣鍋爐主要由圓形爐膛與汽水鍋筒2大部件組成，為圓筒、煙管型結(jié)構(gòu)，一體化出廠，到現(xiàn)場直接支承在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，并建操作平臺、扶梯和安裝煙囪，并對鍋爐燃燒系統(tǒng)，汽水系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)進行安裝。

鍋爐圓形爐膛直徑?2 250 mm，由90根直徑?51 mm×4 mm膜片管構(gòu)成。膜式水冷壁管束上部與球形護膽封頭連接，下端與中心直徑為2 250 mm的外形聯(lián)箱焊接，膜式水冷壁主要吸收爐膛的輻射熱，在水冷壁外圍布置了14根?76 mm×5 mm的不受熱下降管。圓筒形爐膛為一氣密性爐膛，可保證鍋爐在微正壓燃燒時煙氣不致外逸。爐膛的上方設(shè)置了1個防爆門，在爐膛上不同位置布置了3只觀火裝置，以觀察爐內(nèi)燃燒情況。爐膛下部布置有一人孔裝置，方便鍋爐停爐檢修時進入爐內(nèi)。環(huán)形聯(lián)箱由?273 mm×16 mm的無縫鋼管經(jīng)中頻加熱彎制而成。底部環(huán)形集箱上開了2只108 mm×94 mm手孔，可供停爐時打開清除泥渣等物。環(huán)形集箱上還有2只DN25下排污閥接管。

鍋爐上部汽水鍋筒由球形膽封頭，筒體及平管板組成，上下封頭之間以正三角形方式布置了五百八十多根單頭內(nèi)螺紋管受熱元件，其管徑為?51 mm×4 mm（周邊管為?51 mm×5 mm），螺紋槽深為1.5 mm，螺距為25 mm。爐膛出口的高溫煙氣對管子進行縱向沖刷，由于煙氣在通過內(nèi)螺紋管時，氣流擾動比光管劇烈，傳熱效果比光管好。上部汽水鍋筒上布置主汽閥，安全閥，給水閥，水位計，水位控制器，壓力表，上排污閥及放空閥等主要接口，并布置了2只300mm×400 mm的人孔裝置，可供組裝鍋筒內(nèi)部設(shè)備時人員進入施工。為進一步提高蒸汽品質(zhì)，蒸汽從主汽閥出來后再進入位于鋼架頂部的爐外干汽包，經(jīng)汽水分離后，送到用戶。

鍋爐頂部有1個方圓過渡的連接煙道，將煙氣引至布置在其上方的省煤器，最后再通過1個方圓過渡的連接煙道將煙氣排至煙囪。省煤器進出口集箱間共布置了12×10根螺旋翅片管，螺旋翅片管的結(jié)構(gòu)是在?32 mm×3.5 mm對額管子外焊接高度為15 mm，厚度為1 mm，全片的節(jié)距為5 mm。用翅片管作為換熱元件，可以增加單位長度的換熱面積，減小省煤器的體積，降低煙氣流動阻力。

鍋爐的外部絕熱保溫材料選用纖維氈 （局部再加硅酸鋁），爐膛部分保溫層厚度為300 mm，其余部分為170 mm，保溫層外用鍍鋅鐵皮包復。爐膛底部砌有莫來石耐火澆注料及輕質(zhì)隔熱澆注料，爐底的中心布置燃燒器。

2 鍋爐主要技術(shù)性能參數(shù)

額定蒸發(fā)量 10 t/h

設(shè)計壓力 2.65 MPa

工作壓力 2.45 MPa

給水溫度 105℃

設(shè)計效率（全工況）>90%

額定燃耗 2 362.2 m3/h

燃料成分 99%（V）氫氣

燃料器形式 擴散式氣體燃燒器燃燒器機組總功率100 kW

鍋爐機組電源，總功率

3～380 V 50 Hz 140 kW

鍋爐外形尺寸（直徑×總高）～?2900mm×8200mm

鍋爐干重 ～34 t

水容積 ～17.28 m3

3 鍋爐給水系統(tǒng)

每臺鍋爐配有2臺臥式多級鍋爐給水泵，其中，1臺為備用泵，組成既可獨立又可互相關(guān)聯(lián)的2套給水系統(tǒng)，筒體上裝設(shè)有給水截止閥和給水截止止回閥。

給水泵型號：DG(A)25～30臥式多級離心水泵

揚 程：340 m

流 量：15 m3/h

電機功率：45 kW

鍋爐設(shè)有2套水位控制器及二副平板式玻璃水位表，水位控制器中，一套為水位調(diào)節(jié)裝置，另一套為極限低水位報警裝置。當鍋爐水位處于極限低水位時，通過繼電器動作切斷燃燒。鍋爐水位控制是通過水位調(diào)節(jié)裝置將差壓信號送到給水調(diào)節(jié)閥，由給水調(diào)節(jié)閥自動，連續(xù)地調(diào)節(jié)給水量，使鍋爐水位保持在正常范圍內(nèi)。當給水泵啟動后，給水泵出口壓力低于3.0 MPa時，備用給水泵自動啟動，以使水位恢復正常。

4 鍋爐燃燒系統(tǒng)

鍋爐的燃氣由99%（V）純氫氣經(jīng)羅茨風機提升到20 kPa進入燃燒氣管道。采用機電一體化全自動分體式氫氣燃燒器，燃燒氫氣采用擴散式燃燒方式，氫氣燃燒器為環(huán)狀布置，設(shè)多根氫氣燃燒噴口，燃燒空氣從中心導流葉片和漩渦狀擴散器切向進入爐內(nèi)，和噴入的氫氣混合，使氫氣和空氣達到良好混合并燃燒。

根據(jù) 《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第167條“用煤粉，油或氣體作燃料的鍋爐，必需裝設(shè)可靠的點火程序控制和熄火保護裝置”的規(guī)定，本鍋爐配置了自動點火系統(tǒng)。

每臺氫氣鍋爐的自動點火系統(tǒng)由電點火捧，高能點火變壓器，2只火焰檢測器以及相應的管路控制閥門組成，并通過在PLC中編制程序來控制。滿足點火程序控制，啟動和熄火保護的要求，高能點火變壓器安裝在就地的點火變壓器箱內(nèi)，由220/240 V交流電源供電，它產(chǎn)生一個高壓（8～10 kV）電源閃出電火花，點燃輸入的天然氣，產(chǎn)生火焰。

鍋爐為全自動操作，用氮氣吹掃爐膛，用天然氣點火?；鹧鏅z測器檢測到點火成功，氫氣閥才打開，否則，立即切斷氫氣。本鍋爐具有安全的火焰檢測系統(tǒng)，燃燒器配備雙重火焰檢測器及雙重氫氣自動切斷閥，具有雙重保護。

在氫氣管路設(shè)置阻火器，可以進一步防止回火現(xiàn)象，確保本臺鍋爐安全可靠。

燃燒器的調(diào)節(jié)方式為根據(jù)氫氣燃料流量訊號，送到燃料/風量比值器、風量控制器，自動調(diào)節(jié)風量，氫氣的流量則根據(jù)蒸汽壓力訊號的變動進行調(diào)節(jié)。

燃燒系統(tǒng)采用燃氣泄漏自動檢測、燃氣壓力保護、空氣壓力保護，當燃氣壓力大于或小于設(shè)置的最大壓力值或最小值時，將立即切斷氫氣氣源，同時，為保證切斷動作的安全可靠，氫氣切斷閥采用壓縮空氣閥。

5 鍋爐主要熱工參數(shù)的自動調(diào)節(jié)

主要熱工參數(shù)的自動調(diào)節(jié)內(nèi)容包括：

（1）2臺氫氣鍋爐供汽母管的壓力控制；

（2）每臺氫氣鍋爐的燃燒自動控制，包含燃燒氫氣量和所需燃燒的空氣量自動調(diào)節(jié)；

（3）每臺氫氣鍋爐的水位自動調(diào)節(jié)。

6 氫氣鍋爐運行熱工參數(shù)的檢測與報警

氫氣鍋爐的工藝運行操作要求設(shè)置必要的運行參數(shù)檢測及報警信號，進行溫度、壓力、流量和液位等參數(shù)的檢測及報警，重要的熱工檢測及報警的信號通過就地的PLC的RS-485通信送入總控制室的DCS系統(tǒng)。

7 氫氣鍋爐的停爐連鎖自動保護

氫氣鍋爐在運行時，發(fā)生下列情況之一，即進入事故停爐連鎖自動保護。2只火焰檢測器檢測均無火焰；鍋爐汽包壓力高；鍋爐汽包水位低；鍋爐送風機跳閘；供給氫氣壓力高或低。

停爐連鎖自動保護啟動時，將發(fā)出綜合故障信號給PLC，與此同時，立即切斷氫氣供給，并進行爐膛自動吹掃。

8 鍋爐的安全運行和可能發(fā)生的故障及其處理方法

為確保LHS10-2.45氫氣鍋爐能安全運行，必須使鍋爐的給水及爐水及爐水品質(zhì)符合GB1576-85《鍋爐水質(zhì)標準》中有關(guān)規(guī)定。

8.1 鍋爐啟動前應注意

（1）啟動前，應認真做好準備工作，仔細檢查鍋爐及系統(tǒng)各有關(guān)部件和機電設(shè)備的工作是否正常，各閥件的開關(guān)是否處于正確位置。

（2）應防止點火時產(chǎn)生冷爆故障。點火前，必須進行前掃氣，對自動點火程序，通過PLC來控制前掃氣時間。首先對爐膛掃氣，然后對氫氣管進行掃氣，一定要有足夠的前掃氣時間，掃氣完成并進行爐膛測爆后，方進行點火。 點火前，應檢查高能點火器是否處于正確位置，確保點火成功。

8.2 鍋爐正常運行

（1）鍋爐給水需進行處理至總硬度0.035mmol/L。

（2）鍋爐正常燃燒后，當空氣閥有蒸汽逸出時，關(guān)閉空氣閥并開始升壓。

（3）在鍋爐升壓及正常運行中，應隨時注意各閥件有無泄漏，并應消除。

（4）自動運行時，應經(jīng)常觀察鍋爐汽壓，水位及爐內(nèi)燃燒是否正常。當鍋爐處于手操狀態(tài)時，操作人員不得離開現(xiàn)場，要嚴密監(jiān)視鍋爐壓力，水位和燃燒是否正常。

（5）當鍋爐發(fā)生故障時，應立即停爐并查明原因。

8.3 鍋爐經(jīng)常性管理中的注意事項

（1）本鍋爐配置有2只水位表，水位表應經(jīng)常沖洗，以保持水位表指示的正確性及玻璃的清潔。若發(fā)現(xiàn)其中1只水位表損壞，應及時進行修理，如2臺水位表同時損壞，則應臨時停爐，直到有1臺水位表恢復正常后方可繼續(xù)運行。

（2）鍋爐上，下排污閥進行連續(xù)排污，排污量控制在蒸發(fā)量的5%以內(nèi)，以確保鍋內(nèi)水質(zhì)符合要求。

（3）為避免安全閥日久銹蝕失效，每月應拉動安全閥手動開啟裝置，排氣一次，以檢查安全閥的工作可靠性。拉動安全閥手動開啟裝置時，應在鍋爐內(nèi)有壓力情況下進行，以免雜物夾在閥座上引起閥的泄漏而影響正常使用。

8.4 鍋爐可能發(fā)生的故障及其處理方法

（1）缺水。當鍋爐處于自動控制給水狀態(tài)，如因某種原因造成鍋爐水位降低至極低水位，鍋爐即自動報警，并同時切斷燃燒。檢查缺水原因并解決后，鍋爐即能重新投入運行。如在水位監(jiān)控顯示屏中突然發(fā)現(xiàn)水位低于正常水位，直至低于低水位而自動控制系統(tǒng)并沒有報警，表明缺水時間短，可立即補充給水并檢查自動控制系統(tǒng)的故障。如在水位監(jiān)控顯示屏中發(fā)現(xiàn)水位表內(nèi)已看不到水位時，應立即停爐檢查。如確認缺水時間很短，則可立即補充給水；若發(fā)現(xiàn)缺水時間較長，則不能立即補給水，以免較低溫度的給水與過熱的鍋爐受熱面接觸，引起材料與設(shè)備的損壞，此時應先檢查受熱面過熱情況及水位表接管有無堵塞，旋塞位置是否正確，再做處理。

（2）在有下列情況時鍋爐應緊急停爐：給水設(shè)備全部失效；所有水位表，壓力表，安全閥的一種全部失效；燃燒器或自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障；鍋爐的主要零部件發(fā)現(xiàn)裂紋或水冷壁管爆破；緊急停爐后，應防止事故進一步擴大。

9 鍋爐的維修保養(yǎng)

（1）根據(jù)“蒸汽鍋爐安全技術(shù)檢查規(guī)程”（1996）及使用部門的有關(guān)規(guī)定，必須制定鍋爐使用維修保養(yǎng)的操作規(guī)程，并要求操作人員嚴格執(zhí)行。

（2）鍋爐停爐時的保養(yǎng)包括以下內(nèi)容：

a.短期停爐時，鍋爐保持原水位即可；

b.短期保養(yǎng)一般采用濕保養(yǎng)，即滿水保養(yǎng)，但這不適合冬季情況，以免鍋水結(jié)冰而凍裂設(shè)備，造成破壞；

c.長期保養(yǎng)一般采用干保養(yǎng)，即停爐后將鍋水放干，打開上部筒體人孔蓋及環(huán)形聯(lián)箱上的手孔蓋，最好用壓縮空氣將內(nèi)部吹干，然后以2 kg/m3（鍋爐容積）的無水CaCl2用紗布包扎成若干小包，從人孔及手孔放入鍋爐內(nèi)部，并隨之緊閉人孔蓋及手孔蓋，以免空氣進入，定期檢查吸濕情況并更換。放入的紗布包要做好記錄，在鍋爐重新啟用前，要全部取出，切不可遺留在內(nèi)。

d.鍋爐停用后，如有結(jié)冰可能時，應把爐內(nèi)水全部放光。

10 運行總結(jié)及效益

2臺氫氣鍋爐從投產(chǎn)至今已有二年多，運行可靠。美中不足的是，點火系統(tǒng)不穩(wěn)定。因點火槍 （電點火捧、）和助燃儀表氣都是現(xiàn)場安裝和調(diào)試，其長度和角度，儀表氣的壓力等影響很多。造成點火不成功率偏大，建議做成標準件。其次因鍋爐汽包水為高溫、堿性、壓力高，現(xiàn)場液位計損壞嚴重，要改進液位計選型。

另2臺燃氫鍋爐投運后，4臺燃氫鍋爐可利用氫氣量為14 720萬m3/a，以年運行時間8 000 h計，生產(chǎn)2.45 MPa（G）蒸汽51.2萬t/a。鍋爐給水52萬t/a，采用燒堿蒸發(fā)裝置產(chǎn)生的蒸汽凝結(jié)水，既解決了凝結(jié)水回收的問題，又節(jié)約了能源。 以外購蒸汽價387.56元/t（不含稅）計，費用為 19 843萬元/a，則可節(jié)約成本10329萬元/a；以外購鍋爐給水價21.08元/t（不含稅）計，費用為1 096萬元/a，則可節(jié)約成本1 022萬元/a。合計11 351萬元/a。

氫氣作為公認的清潔能源，完全燃燒后，不會對環(huán)境造成污染。