臥式燃氫蒸汽鍋爐在燒堿生產中的應用

王榮欣，王 凱

（河南能源化工集團永銀公司生產技術部，河南 漯河462400）

臥式燃氫蒸汽鍋爐在燒堿生產中的應用

王榮欣，王 凱

（河南能源化工集團永銀公司生產技術部，河南 漯河462400）

介紹了8 t/h臥式燃氫蒸汽鍋爐在燒堿生產中的成功應用，該鍋爐設計完善、運行安全平穩(wěn)、建設投資費用低。

臥式；氫氣；鍋爐；燒堿；應用

河南能源化工集團永銀公司鹽化工項目一期工程包括12萬t/a聚氯乙烯、10萬t/a燒堿、40萬t/a電石法水泥、鹽礦裝置。由于聚氯乙烯市場低迷，燒堿聯(lián)產的氫氣除用于生產高純鹽酸和高濃度鹽酸，計劃合作建設1 000 Nm3/h壓縮氫項目外，仍然剩余2 000 Nm3/h的氫氣白白放空。為充分利用放空的氫氣，投資250萬元建設1套8 t/h臥式燃氫蒸汽鍋爐生產蒸汽并入蒸汽管網，主要供燒堿裝置和溴化鋰制冷機組使用。2013年12月一次點火成功，投入運行以來，總體運行安全平穩(wěn)。

1 臥式燃氫鍋爐介紹

1.1 燃氫鍋爐工藝流程

燒堿裝置氫處理工段的氫氣送入鍋爐界區(qū)，由氫氣控制閥組控制進人鍋爐主燒嘴，助燃空氣由風機送入調風器與主燒嘴內噴出的氫氣混合，在鍋爐燃燒室內燃燒為鍋爐提供熱量，煙氣經省煤器進一步利用余熱后由煙囪排空。由純水站送來的純水進入水箱，經除氧水泵送人高效熱力除氧器除氧，經鍋爐給水泵送人鍋爐加熱蒸發(fā)生產蒸汽，蒸汽由分汽缸送入蒸汽管網。

1.2 鍋爐裝置主要設備

臥式燃氫鍋爐主要由主機、鼓風機、純水罐、除氧器給水泵A/B、鍋爐給水泵A/B、新型旋膜式除氧器、分氣缸、動力柜、控制柜等組成。

1.3 鍋爐主機和燃燒器的結構

1.3.1 鍋爐主機結構

SZS型燃氫蒸汽鍋爐采用雙鍋筒、縱置式、D型布置的自然循環(huán)型結構。鍋爐主機由上下鍋筒、膜式水冷壁、對流管束、鋼架、護板、保溫層等組成。鍋爐右部為爐膛，其四周均以膜式水冷壁包圍。對流管束設置在鍋爐左部，四周亦以膜式壁結構完全密封，對流管束采用順列式單回程布置。燃料在右側爐膛內

燃燒，與爐膛四周水冷壁進行輻射換熱后，產生的高溫煙氣經鍋爐后部爐膛出口進入鍋爐左側對流管束區(qū)域，沖刷對流管束進行對流換熱，再進入尾部省煤器，最終以較低的溫度經煙囪排入大氣。鍋爐后墻設有觀火孔。為確保安全，在鍋爐頂部設置了防爆門。

1.3.2 氫氣燃燒器組成

燃燒器由燃燒燒嘴和氣體控制閥組組成。氣體控制閥組包括過濾器、自力式調壓閥、前壓力表、后壓力表、氫氣前控制閥、氫氣后控制閥、低壓壓力開關、高壓壓力開關、檢漏放空自動閥、比例調節(jié)器等。

1.4 控制系統(tǒng)

1.4.1 控制系統(tǒng)硬件配置

（1）系統(tǒng)配置1臺德國西門子公司可編程序控制器（PLC）作為中央控制器，對整個鍋爐控制系統(tǒng)進行控制；

（2）系統(tǒng)配置2塊西門子模擬量模塊對鍋爐數(shù)據(jù)進行采集，傳送到PLC中對數(shù)據(jù)進行計算；

（3）系統(tǒng)配置1臺西門子10”彩色觸摸屏人機界面作為系統(tǒng)顯示終端，可以顯示整個鍋爐控制系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)及系統(tǒng)動態(tài)工況，并且可以進行參數(shù)設定。

1.4.2 系統(tǒng)控制

（1）故障檢測系統(tǒng)。故障檢測系統(tǒng)對鍋爐運行參數(shù)進行監(jiān)測，保證鍋爐安全運行，一旦發(fā)現(xiàn)有下列故障，將自動關閉鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，同時聲光報警；a.極低水位故障。當鍋爐內水位極低缺水時，系統(tǒng)自動關閉所有受控設備，同時“低水位”聲光報警指示；b.蒸汽壓力極高故障。當鍋爐內蒸汽壓力超過設定的極高值時，系統(tǒng)自動關閉所有受控設備，同時“超高壓力”聲光報警指示；c.熄火故障。如果因各種原因及故障，鍋爐不能正常燃燒時，系統(tǒng)自動關閉所有受控設備，同時“熄火”聲光報警指示；d.燃氣壓力故障。管道內燃氣壓力低于或高于設定的正常氣壓范圍值時，系統(tǒng)將停爐待機；e.風門開故障、風門關小故障、風門關閉故障（都為風門故障）。當程序發(fā)出風門開（關小或關閉）信號后，在一段時間內風門不能到位，系統(tǒng)將認為風門出現(xiàn)問題會以聲音報警；f.尾煙溫度超高，系統(tǒng)將停爐待機；g.其他還有如：高水位、點火失敗、故障見火、燃氣泄漏、風門檢測失效等時，鍋爐均報警連鎖停爐。

（2）鍋爐液位控制。鍋爐給水，采用變頻控制給水。根據(jù)鍋爐內液位，蒸汽耗量，給水流量等參數(shù)自動恒水位連續(xù)給水，水位控制由PLC控制，并作顯示、報警、連鎖。

（3）點火控制。鍋爐燃燒器點火系統(tǒng)采用燃燒器所配置的程序控制器進行控制。

（4）蒸汽壓力控制。負荷控制系統(tǒng)將壓力傳感器所檢測到的蒸汽壓力，經A/D模塊轉換送到PLC中，并在觸摸屏上顯示當前的實際蒸汽壓力。希望的蒸汽壓力可在顯示屏上直接設定，PLC將獲得的希望蒸汽壓力與實際蒸汽壓力進行比較，獲得相應的壓力誤差，在PLC內部進行PID運算，獲取負荷控制量，通過PLC輸出控制負荷的加大或減小，以保證蒸汽壓力恒定。

（5）鍋爐控制采用自動、手動和硬手動控制，在PLC出現(xiàn)故障時，可采用使用手動控制，可以手動點火燃燒等。

1.4.3 控制柜顯示屏功能

鍋爐燃燒器的控制在控制柜上的PLC屏顯示和控制，鍋爐液位、蒸汽壓力、燃燒器負荷、給水流量、氫氣流量、蒸汽流量、省煤器溫度、排煙溫度、除氧溫度、水槽液位、除氧器液位等參數(shù)均可在顯示屏顯示，各種連鎖的設定也在顯示屏完成，并可記錄鍋爐運行歷史情況。

2 鍋爐安全措施

氫氣具有易燃易爆的特性，為保證燃氫鍋爐的安全運行，主要采取以下安全措施。

（1）成套裝置采用PLC程序控制，全自動操作；

（2）鍋爐具備故障報警連鎖停車功能，當出現(xiàn)汽包水位LL、HH，汽壓HH，氫氣壓力LL、HH，煙氣溫度HH，熄火，點火失敗，風門故障，燃氣泄露時控制系統(tǒng)報警并連鎖停爐；

（3）燃燒器采用石油液化氣預點火，當系統(tǒng)檢測到點火成功后，再通入氫氣燃燒；

（4）爐膛設置雙紫外線火焰檢測，保證火焰檢測無誤差；

（5）點火操作由PLC程序控制，包括吹掃、檢漏、液化氣點火、火焰檢測、氫氣點火，當出現(xiàn)故障時PLC報警停止下步操作，保證點火的安全；

（6）設置氮氣置換系統(tǒng)，保證鍋爐和氫氣管道檢修的安全。

3 鍋爐運行情況

8 t/h臥式燃氫蒸汽鍋爐自2014年1月2日投入運行，總體安全平穩(wěn)，整套裝置設計完善、自動化程度高、操作方便。

2014年2月10日鍋爐運行情況如下：蒸汽壓力0.486 MPa，蒸汽流量7.87 m3/h，氫氣壓力81 kPa，氫氣流量2 090 m3/h， 燃燒器前氫氣壓力21 kPa，除氧溫度100.3℃，鍋爐上水流量8.1 m3/h，爐膛出口溫度208℃，排煙溫度140℃。

燃氫鍋爐投入使用后，其所產蒸汽和1臺鹽酸合成爐副產蒸汽均進入公司蒸汽管網，完全滿足燒堿裝置和動力分廠溴化鋰制冷機組生產和生活需求。燃氫鍋爐運行前，該公司蒸汽主要由1臺燃煤鍋爐和3臺合成爐 （1臺鹽酸合成爐，2臺改造燃氫爐）供應，2臺燃氫爐是氯化氫合成爐改造而成。燃氫鍋爐的使用，一方面消除了改造燃氫爐的安全隱患，另一方面減少燃煤蒸汽量約4 t/h，燃煤蒸汽成本按150元/t計，年可降低生產成本480萬元。

鍋爐運行中主要出現(xiàn)以下問題。

（1）2014年1月9日和10日凌晨連續(xù)出現(xiàn)4次由于氫氣壓力低連鎖停爐情況，經分析檢查是由于氣溫低，氫氣夾帶的水霧在氫氣過濾器濾網結冰堵塞造成的。對蒸汽管道進行保溫，并對過濾器加裝排凈閥后不再出現(xiàn)氫氣壓力低連鎖停車情況；

（2）除氧器和純水箱溢流管道直接相連通，使除氧器內蒸汽進入純水箱。計劃對除氧器和純水箱的溢流管道分開，單獨設置。

4 臥式燃氫鍋爐的特點

目前，國內氯堿企業(yè)燃氫鍋爐普遍采用立式結構，臥式鍋爐與立式鍋爐相比具有以下特點。

（1）臥式鍋爐主機直接放置在地面基礎，不需要建設高大的鍋爐主機鋼構架；

（2）臥式鍋爐主機安裝高度小于3.5 m，操作和檢修方便；

（3）臥式鍋爐排煙溫度低，熱效率高，可到達91%以上；

（4）臥式鍋爐與立式鍋爐相比建設費用低，8 t/h臣式燃氫蒸汽鍋爐包括成套設備。設計和安裝總費用約250萬元，而同樣立式鍋爐投資約350萬元。

5 結論

8 t/h臥式燃氫蒸汽鍋爐應用于河南永銀化工實業(yè)有限公司燒堿生產，鍋爐設計完善，運行安全，自動化程度高，操作方便，燃氫鍋爐和合成爐副產蒸汽即可滿足燒堿和動力裝置的用汽需求，不需要外供生蒸汽，大大降低了燒堿單位能耗和生產成本。

［1］孔賢德.氫氣鍋爐在氯堿生產的運用，氯堿工業(yè)，2008（4）.

［2］左攀華.氫氣鍋爐的特點與安全運行經驗，化工裝備技術，2011（4）．

［3］王少武.氯堿廠燃氫蒸汽鍋爐工藝的設計和運行總結，中國氯堿，2011（4）.

Applications of horizontal steam boiler burning hydrogen in the production of caustic soda

WANG Rong-xin，WANG Kai
（ProductiontechnologydepartmentofHenanEnergyChemicalGroupYongyinCo.,Ltd.,Luohe 462400,China）

Introduced 8 t/h horizontal steam boiler burning hydrogen successfully applied in caustic soda production，the boiler designed，safe and stable operation，low capital investment costs.

horizontal；hydrogen；boiler；caustic soda；application

TQ051.21

B

1009－1785(2015)04-0023-02

2014-02-11

王榮欣（1967—），男，工程師，1989年畢業(yè)于河南大學化學化工學院石油化工專業(yè)，現(xiàn)于河南能源化工集團永銀化工實業(yè)有限公司從事技術工作。