氯碱厂燃氢蒸汽锅炉工艺的设计和运行总结

王少武

（山东铝业公司，山东淄博255051）

氯碱厂燃氢蒸汽锅炉工艺的设计和运行总结

王少武

（山东铝业公司，山东淄博255051）

介绍了以烧碱装置富余氢气为燃料，建设燃氢蒸汽锅炉的工艺方案及运行情况。

烧碱装置；氢气；燃氢蒸汽锅炉

山东铝业公司氯碱厂烧碱分2期建设，分别于2005年和2008年投产，烧碱产量16万t/a，产出氢气4 000 t/a，除去高纯盐酸耗氢，氢气剩余约3 500 t。由于没有氢气利用项目，只能放空，造成氢气资源的浪费，也存在着安全隐患，而氯碱厂用蒸汽自外部采购。为降低生产成本，于2009年底在氯碱厂增设1台燃氢蒸汽锅炉，满足装置自用蒸汽，既解决了蒸汽供应的问题，又充分利用了氢气资源，达到节能减排，增加企业效益的目的。

1 工艺技术方案

1.1 氢气处理

根据氢气锅炉厂家要求，为确保氢气燃烧稳定，氢气压力应为0.05~0.20 MPa，纯度必须达到质量分数≥92%，显然，电解产出再经过洗涤、压缩后的氢气纯度达不到要求，必须进行降温除去水蒸气。为此，在氢压机后增设1台列管式氢气冷却器，采用8℃水冷却，将氢气温度由50℃左右冷却到16℃以下，然后通过水雾分离器除去水雾，送往燃氢锅炉燃烧。

1.2 氢气锅炉

氢气锅炉工艺流程图见图1。

氢气压缩后由管道输送至氢气锅炉底部的燃烧器进口燃烧，纯水通过给水泵加压，除氧器除氧，送入锅炉顶的省煤器内进行预加热，然后进入锅炉列管中进行加热，产生的蒸汽进入锅炉顶部的炉外汽水分离罐，通过总汽包后送至厂区低压蒸气管网，供氯碱生产、保温、生活等岗位使用。氮气主要用于开停车进行空气置换，防止氢气爆炸。

1.3 安全措施

氢气作为锅炉燃料，与常规气体燃料如天然气、城市煤气、液化石油气等相比，易爆是其最大的特点，氢气爆炸浓度界限宽达4.1%～74.2%，因此，无论对锅炉本体结构、燃烧系统、自动控制还是安装、运行操作等方面都提出了更高的要求。

1.3.1 锅炉设计中采用的防爆措施

（1）锅炉本体采用立式布置，对流传热部分为单程，减少炉内烟气流程内的死角及保证烟气排放畅通，降低烟气阻力，避免未燃氢气在炉内积聚，产生爆鸣。

（2）燃料氢气采用扩散式燃烧方式，燃烧时不会产生回火现象，确保氢气燃烧可靠稳定。

（3）锅炉采用3次点火方式。先将液化气点燃后再将氢气点燃，使氢气在点火燃烧时更安全。锅炉点火、负荷调节、火焰观察、锅炉水位及连锁控制等操作均由可编程序控制器（PLC）完成，安全可靠。

（4）燃烧室内直径与高度均大于火焰直径与高度，保证氢气完全燃烧后，烟气进入对流段燃氢锅炉燃烧室，对流室分别设有防爆门，与其他锅炉相比，防爆面积大，安全可靠。

（5）燃氢蒸汽锅炉采用多重连锁保护装置，当锅炉运行时，任何异常波动均会自动报警直至连锁停车。

（6）锅炉及所有辅机均露天设置，防止泄漏氢气在厂房内积聚。

1.3.2 工艺设计中采用的防爆措施

（1）点火系统

氢气锅炉在点火前必须对燃烧室进行可燃气体检测分析，确保炉膛内不含任何氢气。燃氢锅炉的点火分自动点火和手动点火2种方式。

a.自动点火

炉膛经可燃气体检验合格后，锅炉进入自动点火操作程序。首先，系统进行氢气管路自动检漏分析，当检测到氢气无泄漏时，系统再进行炉膛吹扫，然后，由高能点火器接通线路，在其顶端发出脉冲火花，此时，液化气阀门自动打开，液化气将点火烧嘴点燃，经稳定燃烧后，氢气阀门自动打开，主燃烧嘴被正式点燃。点火烧嘴或主烧嘴是否被点燃，均可通过火焰监测器来观察，如果点火烧嘴或主烧嘴没被点燃，操作顺序均会自动停止，氮气阀门会自动打开再执行炉膛吹扫顺序，当炉膛可燃气体再次检测分析合格后，才执行上述点火操作步骤。

b.手动点火

手动点火操作顺序与自动点火基本一致，只是每一步操作步骤由手动按钮操作完成。如果操作步骤执行错误，则点火操作系统自动被锁定，点火程序停止执行。

（2）燃烧控制系统

燃烧控制系统是燃氢锅炉装置的关键技术，氢气流量、压力波动、锅炉水位、蒸汽用量等将直接影响氢气燃烧的稳定性及锅炉的正常运行。考虑到以上因素的影响，氢气和空气阀门设置比例调节，锅炉操作控制采用控制室集中显示、控制，其中点火控制系统采用PLC可编程序控制器。

2 公用工程

项目所需纯水、氮气、仪表风、动力电等量均较小，公司现有公用工程的富余量即可满足本项目的需求，只需将管道与现有装置连接即可。公用工程消耗情况见表1。

表1 公用工程消耗情况

2.3 主要设备

主要设备见表2。

表2 主要设备一览表

3 锅炉运行情况

燃氢蒸汽锅炉于2008年12月30日正式开车，当日并网给氯碱厂供汽。正常运行参数如下：氢气流量：1 000~3 000 m3/h；蒸汽压力：0.4~0.9 MPa；蒸汽温度170~180℃，蒸汽流量：5~8 t/h，蒸汽产量根据装置需求随时调整，完全满足生产需求。

2009年产出蒸汽4.64万t，以蒸汽无税价121元/t计，年节约蒸汽费561万元，一年内收回全部投资，创造出良好的经济效益。

4 结论

（1）燃烧氢气制取蒸汽在技术上是安全可行的，项目投资小，见效快。

（2）氯碱装置产生的氢气纯度高，最佳利用途径是做为精细化工原料。但在氢气利用项目未考虑成熟期间和氢气有富余的情况下，燃烧生产蒸汽供装置自用是最佳的节能增效措施。

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