氯堿廠燃?xì)湔羝仩t工藝的設(shè)計和運行總結(jié)

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)計和運行總結(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(chǎn)成本，于2009年底在氯堿廠增設(shè)1臺燃?xì)湔羝仩t，滿足裝置自用蒸汽，既解決了蒸汽供應(yīng)的問題，又充分利用了氫氣資源，達到節(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，純度必須達到質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥92%，顯然，電解產(chǎn)出再經(jīng)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(shè)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?xì)溴仩t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?shù)氖∶浩鲀?nèi)進行預(yù)加熱，然后進入鍋爐列管中進行加熱，產(chǎn)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(qū)低壓蒸氣管網(wǎng)，供氯堿生產(chǎn)、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(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，氫氣爆炸濃度界限寬達4.1%～74.2%，因此，無論對鍋爐本體結(jié)構(gòu)、燃燒系統(tǒng)、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(shè)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(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）燃料氫氣采用擴散式燃燒方式，燃燒時不會產(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(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，煙氣進入對流段燃?xì)溴仩t燃燒室，對流室分別設(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采用多重連鎖保護裝置，當(dāng)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(shè)置，防止泄漏氫氣在廠房內(nèi)積聚。

1.3.2 工藝設(shè)計中采用的防爆措施

（1）點火系統(tǒng)

氫氣鍋爐在點火前必須對燃燒室進行可燃?xì)怏w檢測分析，確保爐膛內(nèi)不含任何氫氣。燃?xì)溴仩t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(jīng)可燃?xì)怏w檢驗合格后，鍋爐進入自動點火操作程序。首先，系統(tǒng)進行氫氣管路自動檢漏分析，當(dāng)檢測到氫氣無泄漏時，系統(tǒng)再進行爐膛吹掃，然后，由高能點火器接通線路，在其頂端發(fā)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(jīng)穩(wěn)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(jiān)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(zhí)行爐膛吹掃順序，當(dāng)爐膛可燃?xì)怏w再次檢測分析合格后，才執(zhí)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(zhí)行錯誤，則點火操作系統(tǒng)自動被鎖定，點火程序停止執(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、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，其中點火控制系統(tǒng)采用PLC可編程序控制器。

2 公用工程

項目所需純水、氮氣、儀表風(fēng)、動力電等量均較小，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)備見表2。

表2 主要設(shè)備一覽表

3 鍋爐運行情況

燃?xì)湔羝仩t于2008年12月30日正式開車，當(dāng)日并網(wǎng)給氯堿廠供汽。正常運行參數(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)裝置需求隨時調(diào)整，完全滿足生產(chǎn)需求。

2009年產(chǎn)出蒸汽4.64萬t，以蒸汽無稅價121元/t計，年節(jié)約蒸汽費561萬元，一年內(nèi)收回全部投資，創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

（1）燃燒氫氣制取蒸汽在技術(shù)上是安全可行的，項目投資小，見效快。

（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