亞洲首臺(tái)臥式氫氣鍋爐運(yùn)行總結(jié)

張希哲

(山東濰坊潤豐化工股份有限公司，山東 濰坊 262737)

淄博永大化工有限公司是一家年產(chǎn)18萬噸燒堿項(xiàng)目、10萬噸環(huán)氧丙烷項(xiàng)目企業(yè)，其氯堿項(xiàng)目副產(chǎn)大量氫氣現(xiàn)基本作放空處理；另一方面廠里蒸發(fā)工段每天需要消耗大量干蒸汽來配套環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)，煤炭的價(jià)格持續(xù)上漲，伴隨著蒸汽價(jià)格的飛漲。為解決上述問題根據(jù)廠里的實(shí)際情況與德州科技合作共同新建1臺(tái)額定蒸發(fā)量為10t/h燃?xì)錃庹羝仩t，額定壓力為1.25MPa。此項(xiàng)目在2012年3月正式建成，并順利投產(chǎn)。

項(xiàng)目的運(yùn)行不僅解決了傳統(tǒng)氯堿工業(yè)中氫氣排空浪費(fèi)的問題，而且生產(chǎn)的蒸汽減輕了工廠里的生產(chǎn)成本。氫氣屬于清潔能源對(duì)環(huán)境沒污染。

2003年3月國內(nèi)第一臺(tái)立式氫氣鍋爐在上海氯堿化工股份有限公司正式投產(chǎn)，其采用的是立式鍋爐其主要特點(diǎn)是安全性比較高，但缺點(diǎn)明顯，制造周期長，熱效率低等弊端。經(jīng)過幾年的發(fā)展國內(nèi)氫氣鍋爐技術(shù)逐漸成熟，這期間以臥室氫氣鍋爐主要代表[1]。

1 臥式鍋爐的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的氫氣鍋爐采用的是立式爐體，其結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜而且投資過大及安裝周期長。針對(duì)傳統(tǒng)臥式鍋爐的缺陷我公司技術(shù)人員在與上海德州科技發(fā)展有限公司相關(guān)技術(shù)人員的共同努力下，在亞洲首次嘗試氫氣鍋爐引入臥室爐體的思路。與傳統(tǒng)立式氫氣鍋爐相比臥室鍋爐具有以下特點(diǎn)：

(1) 鍋爐采用雙鍋筒D型水管爐布置，水循環(huán)布置合理，爐膛火焰充滿度好；二回程結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)滯留時(shí)間長，煙氣出口處裝有省煤器，熱效率可達(dá)92%以上，比立式爐高了十多個(gè)百分點(diǎn)。

(2)鍋爐采用膜式水冷壁和對(duì)流管束隔墻結(jié)構(gòu)，密封性高，不產(chǎn)生煙氣滲漏，以及爐膛微正壓強(qiáng)化燃燒，傳熱效果好從而減少熱損失。

(3)鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，整機(jī)安置在底部支架上，不僅整裝運(yùn)輸，安裝方便，而且對(duì)安裝基礎(chǔ)要求不高。

(4)產(chǎn)生的蒸汽含水率低，品質(zhì)好。

(5)安裝周期短、操作方便省力，維護(hù)保養(yǎng)方便且工作量小。

(6)裝置比立式爐相對(duì)建設(shè)投資費(fèi)用節(jié)省20%～30%。

2 臥式D型鍋爐的安全性

氫氣利用的不安全性其表現(xiàn)為：管道輸送中有氧氣混入，發(fā)生爆炸；氫氣的爆炸極限(4.1%～74.2%)廣；燃燒速度奇快，易回火發(fā)生爆炸；氫氣火焰界面溫度可達(dá)2000℃以上，足于熔化任何金屬；若有不完全燃燒或泄露引起爐內(nèi)外爆炸。

(1) 首先是由完整可靠成熟的氫氣燃燒器和自控系統(tǒng)給予了安全的絕對(duì)保證。

(2)設(shè)計(jì)有大容量的燃燒室，適應(yīng)氫氣引燃時(shí)的高速性，保證點(diǎn)火燃燒的正常進(jìn)行，不損害爐膛結(jié)構(gòu)，不發(fā)生回火。

(3)在D型爐回程處設(shè)計(jì)成圓滑過渡，且該膛、對(duì)流段、煙道出口設(shè)有安全防爆門，保證足夠的泄爆面積。

(4) 鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置為常吹掃狀態(tài)，開車前、停車后將吹掃時(shí)間適當(dāng)延長，確保爐內(nèi)可燃?xì)怏w徹底排出爐外。

3 燃燒器的特點(diǎn)

氫氣作為燃料，最大特點(diǎn)是易爆，爆炸濃度極限寬達(dá)4.1%～74.2%，因此對(duì)鍋爐的結(jié)構(gòu)、燃燒器、自控系統(tǒng)的安全要求更高。

3.1 燃燒器結(jié)構(gòu)上保證氫氣完全燃燒

設(shè)計(jì)成特殊的外混燃燒式燃燒盤結(jié)構(gòu)。氫氣與助燃空氣分兩路進(jìn)入爐膛，分成火焰中心區(qū)(燃?xì)獬渥銋^(qū))與火焰邊緣區(qū)(空氣充足區(qū))，邊混合便燃燒；結(jié)構(gòu)上合理安排火焰的高、中、低溫區(qū)，就會(huì)形成特殊的火焰旋流運(yùn)動(dòng)使兩氣充分混合，完全燃燒，燃燒效率100%，絕對(duì)杜絕了剩余氫氣的發(fā)生和積聚；火焰中心區(qū)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)制性的回流，形成一個(gè)中心火焰，也就是建立了長明燈，保證了燃燒不會(huì)脫焰、爆炸和回火。

3.2 采用專利技術(shù)

采用專利技術(shù)燃燒頭結(jié)構(gòu)，使氫氣燃燒火焰遠(yuǎn)離燃燒盤。避免了由于燃燒高溫熔化燃燒盤金屬。

3.3 燃燒器的組成配置具有如下主要安全聯(lián)鎖功能

(1)燃燒器停止燃燒后，風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，助燃空氣繼續(xù)將爐膛內(nèi)吹掃，預(yù)防殘留廢氣的存在，將其請(qǐng)出爐外。

(2)當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)有故障或助燃空氣壓力低于或高于設(shè)定值時(shí)，當(dāng)氫氣壓力低于或高于設(shè)定值時(shí)，當(dāng)高壓、低壓切斷閥泄漏時(shí)，當(dāng)檢測到系統(tǒng)漏氣時(shí)，當(dāng)火焰檢測器有故障時(shí)等等，燃燒器立即連鎖，停止工作。

3.4 采用雙重控制

采用機(jī)械式的程序控制器(不受電信號(hào)的干擾)和PLC雙重控制，確保了系統(tǒng)的安全。

(1)氫氣與助燃空氣(略大于)配比一旦調(diào)試好后即由機(jī)械結(jié)構(gòu)固定并通過伺服馬達(dá)與連桿機(jī)構(gòu)隨負(fù)荷變化而同步變化，確保氫氣在不同負(fù)荷下充分徹底燃燒。

(2)氫氣燃燒器在運(yùn)行過程中、還可與上一級(jí)(DCS)的智能化自控儀表對(duì)各參數(shù)的檢測、監(jiān)視、記錄和控制。

(3)有可靠的火焰檢測器，監(jiān)視燃燒與否，否則立即聯(lián)鎖，啟動(dòng)安全處理程序。

4 燃燒器工作流程

燃燒器工作流程見圖1。

圖1 燃燒器工作流程圖

5 監(jiān)控系統(tǒng)

操作系統(tǒng)采用WINDOWS2000，人機(jī)界面系統(tǒng)采用昆侖通態(tài)網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件，人機(jī)界面顯示的文字為中文或英文。每副畫面都能顯示過程變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。畫面刷新時(shí)間<1s，所有數(shù)據(jù)刷新時(shí)間<1s，操作指令執(zhí)行時(shí)間<1s，操作指令響應(yīng)時(shí)間<2s。調(diào)用每副畫面點(diǎn)擊鍵盤或鼠標(biāo)的次數(shù)少于3次。

控制系統(tǒng)的所有測點(diǎn)，包括模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、中間變量和計(jì)算值都可以在畫面上顯示。對(duì)于每個(gè)測點(diǎn)，還包括顯示工程單位，高低限值等。監(jiān)控系統(tǒng)具備控制方式切換、自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、畫面切換、趨勢(shì)/圖表/報(bào)警/記錄調(diào)入、報(bào)表打印及瀏覽、操作員登陸等操作功能。

對(duì)每個(gè)操作站所處理的信息、畫面限制，以及系統(tǒng)對(duì)不同級(jí)別的操作設(shè)置，通過"密碼"等功能來達(dá)到。對(duì)設(shè)置操作，均能設(shè)置安全保護(hù)措施，具有防止誤操作的功能。通過授權(quán)，操作員只能觀看或操作被授權(quán)區(qū)域的過程和變量。

報(bào)警系統(tǒng)支持以下報(bào)警類別：過程值高限、過程值低限、過程值超高限、過程值超低限、偏差值高限、偏差值低限。一旦報(bào)警發(fā)生，將發(fā)生下列情況：系統(tǒng)將根據(jù)最近的時(shí)間把報(bào)警信號(hào)及點(diǎn)的名稱、報(bào)警類型、優(yōu)先級(jí)、點(diǎn)的描述、新值和工程單位記錄于事件數(shù)據(jù)庫中；任何在包含該報(bào)警點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)畫面和用戶定義的畫面中，該報(bào)警還將閃爍和發(fā)出聲音報(bào)警，按專用的確認(rèn)鍵確認(rèn)。

6 運(yùn)行情況

本項(xiàng)目在2012年3月27日一次性點(diǎn)火成功，點(diǎn)火成功后由于存在一些問題，隨后進(jìn)行了一系列的調(diào)試、整改等工作。在3月29日正式投入使用。再投入使用這段時(shí)間經(jīng)檢測鍋爐熱效率基本達(dá)到90%以上，排煙溫度在160℃以下，蒸汽含水低于2%。

7 經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目總投資：350萬元。鍋爐產(chǎn)能：蒸汽產(chǎn)量10t/h：壓力1.25MPa。鍋爐按滿負(fù)荷24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，預(yù)計(jì)4個(gè)月便可回收全部投資。

8 總結(jié)

淄博永大化工有限公司增加的氫氣鍋爐，可以回收利用氯堿裝置長期放空的氫氣。隨著原材料價(jià)格上漲，作為回收氫氣生產(chǎn)1.25 MPa蒸汽供環(huán)氧丙烷裝置使用的氫氣鍋爐，是節(jié)能降耗的有效途徑。臥室氫氣鍋爐在我廠的成功運(yùn)行為全國氯堿廠回收利用氫氣進(jìn)一步提供了好的借鑒。