電站鍋爐氫氣摻燒回收利用

宋樂(lè)連

摘 要：氫氣在循環(huán)流化床鍋爐上摻燒的案例比較少，企業(yè)對(duì)富余可燃?xì)怏w處置開(kāi)辟了新的道路，回收利用可燃?xì)怏w的能量實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。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(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案、運(yùn)行調(diào)試、成功投運(yùn)的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；氫氣；節(jié)能減排

中圖分類號(hào)：TK227 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

氫氣是一種無(wú)色無(wú)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(nèi)在特性，決定了氫能系統(tǒng)有同于常規(guī)能源系統(tǒng)的危險(xiǎn)特征，而影響了氫的使用范圍。我公司年產(chǎn)30萬(wàn)t的氯堿廠，副產(chǎn)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(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

一、設(shè)計(jì)方案

氯堿廠現(xiàn)有富余氫氣量為5000Nm3/h，現(xiàn)從送往氟化廠的管線引出一根管線經(jīng)過(guò)壓力控制后送至電站，電站經(jīng)過(guò)氫氣緩沖罐，穩(wěn)壓調(diào)整后根據(jù)在線運(yùn)行情況，將氫氣送至3#鍋爐8m平臺(tái)，燃燒噴槍插入鍋爐二次風(fēng)熱風(fēng)管送至爐膛內(nèi)部燃燒。

1 燒堿車間。利用現(xiàn)有向氟化廠輸送氫氣的羅茨風(fēng)機(jī)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(dá)到設(shè)計(jì)壓力值，需要增加一臺(tái)氫壓機(jī)和水霧補(bǔ)集器）

2 電站。主要設(shè)備安全氫氣緩沖罐一臺(tái)氫氣水封罐一臺(tái)。燒堿氫氣送至電站后一路進(jìn)入氫氣水封罐，一路送至氫氣緩沖罐，氫氣緩沖罐經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓，達(dá)到運(yùn)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(jìn)入爐膛。在排空口均設(shè)有滅火和阻火裝置，整條管線設(shè)有氮?dú)庵脫Q接口。

二、運(yùn)行調(diào)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(shè)備工藝不達(dá)標(biāo)泄露會(huì)有很大的危險(xiǎn)性。在管道和設(shè)備安全調(diào)試完成后，試壓試驗(yàn)是很必要的?，F(xiàn)有方案對(duì)所有管道進(jìn)行氣體打壓試驗(yàn)，對(duì)氫氣緩沖罐，氫氣水封罐進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

1 在氫氣水封罐接入除鹽水，隔斷進(jìn)出口門，罐體進(jìn)滿除鹽水，壓力控制在設(shè)計(jì)壓力，記錄試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)壓力，維持20分鐘，對(duì)所有焊縫，法蘭，壓力表以及緊固件進(jìn)行檢查。沒(méi)有水漬滲漏，和罐體沒(méi)有變形，記錄結(jié)束時(shí)壓力，對(duì)比開(kāi)始結(jié)束壓力值壓力維持穩(wěn)定數(shù)據(jù)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(duì)管道進(jìn)行打壓。考慮到運(yùn)行壓力低，壓力試驗(yàn)設(shè)定值為運(yùn)行壓力的10倍。記錄實(shí)驗(yàn)前壓力后，用肥皂水對(duì)所有焊縫，法蘭，閥門進(jìn)行噴射檢查有無(wú)汽包，對(duì)滲漏的地方記錄下進(jìn)行緊固或者焊接，如無(wú)異常記錄結(jié)束時(shí)壓力，對(duì)比開(kāi)始結(jié)束壓力值壓力維持穩(wěn)定數(shù)據(jù)，緩慢泄壓，試驗(yàn)完成。

3 連鎖方面設(shè)置壓力高地連鎖、低溫連鎖、一次風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖。根據(jù)母管壓力設(shè)置壓力高連鎖；設(shè)爐膛溫度點(diǎn)低于700℃關(guān)閉所有噴槍切斷閥，打開(kāi)母管排空；一次風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)，關(guān)閉所有噴槍切斷閥，且無(wú)法開(kāi)啟。

4 對(duì)所有氣動(dòng)閥.調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)確認(rèn)動(dòng)作。壓力表，阻火器確認(rèn)正常。

5 用氮?dú)庵脫Q整個(gè)氫氣管線，完成后關(guān)閉前后隔離門，調(diào)試完畢。

6 摻燒氫氣前準(zhǔn)備。（1）檢查鍋爐的各燃燒噴槍正常；（2）檢查氫氣切斷閥開(kāi)關(guān)是否正常，閥位是否正確；（3）檢查氫氣管道壓力表的準(zhǔn)確性，就地表計(jì)與DCS顯示校準(zhǔn)；（4）檢查DCS聯(lián)鎖保護(hù)、報(bào)警等信號(hào)正常，聯(lián)鎖試驗(yàn)合格并投用；（5）第一次啟動(dòng)時(shí)管道內(nèi)有大量空氣，管道需從燒堿車間至爐前噴槍用氮?dú)庵脫Q合格。

7 摻燒氫氣操作。（1）鍋爐具備摻燒氫氣條件后，通過(guò)調(diào)度通知燒堿氫氣站提升氫氣管道壓力，根據(jù)氫氣管道壓力逐個(gè)開(kāi)啟燃燒噴槍進(jìn)氣閥，盡可能保證氫氣管道壓力穩(wěn)定；（2）正常生產(chǎn)時(shí)：（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(diào)節(jié)閥來(lái)控制氫氣管道壓力；（c）管道壓力低于25kPa調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)，通知氯堿廠調(diào)度調(diào)整氫氣管道壓力維持30kPa；（d）經(jīng)調(diào)整壓力還是偏低時(shí)，逐個(gè)關(guān)閉噴槍進(jìn)氣閥維持氫氣管道壓力不低于25kPa，直至關(guān)閉所有噴槍進(jìn)氣閥，退出氫氣摻燒；（e）正常運(yùn)行時(shí)定期開(kāi)疏水閥放水。（f）需要停氫氣時(shí)，事先通知氯堿廠調(diào)度做好停氣準(zhǔn)備。逐個(gè)關(guān)閉燃燒噴槍進(jìn)氣閥，氫氣摻燒完全退出后，通知?dú)錃庹就Ｖ瓜蝈仩t供氣。（3）生產(chǎn)異常需退出氫氣摻燒時(shí)：（a）燒堿車間出現(xiàn)異常，氫氣量不夠時(shí)，操作同2）中c）、d）；（b）鍋爐出現(xiàn)異常情況，立即通知氯堿廠調(diào)度，注意氫氣管線壓力，及時(shí)從氫氣站泄壓；（c）逐個(gè)關(guān)閉噴槍進(jìn)氣閥，密切關(guān)注氫氣管線壓力，用排空調(diào)節(jié)閥來(lái)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(diào)節(jié)閥來(lái)不及泄壓時(shí)，打開(kāi)3#鍋爐排空閥泄壓，壓力低于25kPa時(shí)，關(guān)閉3#鍋爐管道排空閥，通過(guò)總管排空調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氫氣總管壓力；（e）氫氣壓力波動(dòng)較大時(shí)注意水封罐水封情況，及時(shí)補(bǔ)水。

三、氫氣系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)法蘭螺絲低于4個(gè)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(guò)大會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)火焰加長(zhǎng)，對(duì)管道會(huì)有危險(xiǎn)性，故考慮設(shè)置壓力高低連鎖，氫氣正常燃點(diǎn)最低560℃左右，并且爆炸極限是4.0%～75.6%，故設(shè)置爐內(nèi)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(jìn)入爐前加裝阻火器防止回火

結(jié)語(yǔ)

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(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤14744t。電站鍋爐每小時(shí)燃燒5000Nm3氫氣，年燃燒：5000×8000= 40000000Nm3氫氣，氫氣折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)0.3686kgce/Nm3，一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤=40000000×0.3686/1000=14744tce/a。根據(jù)現(xiàn)在電站所使用煙煤折標(biāo)煤系數(shù)0.7143，采購(gòu)價(jià)格310元/噸計(jì)算，摻燒氫氣每年節(jié)約煤炭費(fèi)用639.88萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50177-2005，氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)[S].

[2] GB50057-2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] TG-550/9.81-M循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[Z].太原鍋爐集團(tuán)有限公司.