燃氢锅炉运行总结

刘海蓉，王经川，赵明旭

（烟台万华氯碱有限责任公司，山东 烟台264002）

烟台万华氯碱公司现有烧碱17 万t/a，在烧碱生产过程中，每年产生约四千二百五十吨氢气，每小时大约六千立方米。 由于烟台万华聚氨酯公司停用原由万华氯碱公司供应的氢气， 每小时约为二千七百立方米， 造成氢气放空， 不仅浪费了可贵的清洁能源，还留下了很大的安全隐患。 在生产成本方面，该公司所需蒸汽全部外购，由万华集团华力热电公司提供，而且蒸汽价格逐年上涨。为此，投资建设了以氢气为燃料的蒸汽锅炉，1# 锅炉和2# 锅炉相继投产，2 台炉并联运行，蒸汽除自用外每小时还为相邻单位提供蒸汽约二吨，同时，保留华力热电的供汽管道备用，一举多得。 节能降耗、降低生产成本。

由于氢气爆炸极限比较宽， 在空气中为4.1%～74.2%，燃烧值大（14 300 kJ/kg），是汽油燃烧值的3倍，大于任何其他燃气，因此，以氢气为燃料的蒸汽锅炉无论在锅炉本体、燃烧系统、自动化控制方面，还是在安装、运行、操作等方面都有相当高的要求。

1 燃氢锅炉的结构、工艺

燃氢锅炉装置分为氢气锅炉本体、 氢气预处理系统、助燃和给水排水系统3 个部分。为尽量减少炉内烟气流程死角，保证烟气排放的畅通，锅炉本体采用立式布置。

燃氢锅炉的工艺流程示意图见图1。

从氢气气柜来的氢气经预处理系统处理后，由罗茨风机加压输送到氢气锅炉底部， 与助燃风机输送来的加压空气混合燃烧。 产生的热量由给水泵加压输送到锅炉顶部省煤器预热后， 再进入锅炉内部列管的纯水或蒸汽冷凝水加热， 产生的蒸汽经过锅炉顶部的炉外气液分离器分离后进入蒸汽分配台供氯碱生产、外供、管线伴热、生活等使用。

2 燃氢锅炉的技术特点、优势

2.1 技术特点

（1）锅炉本体采用立式布置，对流传热部分为单程，减少了炉内烟气流程的死角，保证了烟气排放顺畅，降低烟气阻力，避免未燃氢气在炉内聚集，产生爆鸣。

（2）燃料氢气采用扩散燃烧方式，燃烧时，不产生回火现象，确保氢气燃烧可靠、稳定。

（3）锅炉点火燃料为液化石油气，点火、负荷调整、火焰监控、锅炉水位及连锁控制均为可变程序控制器（PLC）完成，安全可靠。

（4）燃烧室的直径与高度均大于火焰直径与高度， 保证氢气安全燃烧后烟气进入对流段燃氢锅炉燃烧室，防爆面积大、安全可靠。

图1 燃氢锅炉的工艺流程示意图

（5）燃氢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。

2.2 优势

（1）燃氢锅炉炉体结构充分考虑到氢气燃烧的安全性。 根据氢气密度很小的特点，将锅炉设计成立式，燃烧器在底部，依次为炉膛辐射段和对流段，省煤器向上布置，锅炉内部无死角，避免烟气在炉内聚集。

（2）燃氢锅炉的结构形式体现燃烧经济性，炉膛辐射段设计成水冷壁式，充分吸收燃烧辐射热，对流段设计成烟管式吸收热量， 锅炉尾部顶端设有省煤器，吸收热量加热给水，降低排烟温度。

（3）燃烧控制系统采用二次点火程序，氢气管道及炉膛自动吹扫、自动检漏、多重报警及自动连锁熄火保护程序，确保锅炉运行安全可靠。

（4）能源综合利用。电解蒸发工段产生的蒸汽冷凝水经除氧后可重新作为燃氢锅炉给水， 锅炉所用的燃料为电解工段生产的富余氢气， 大大降低了生产成本。

（5）锅炉最大蒸发量为10 t/h，最大工作压力为0.95 MPa，额定蒸汽温度184 ℃，最大氢气用量为2 300 m3/h，锅炉热效率大于85%。

3 运行状况

2 台锅炉并联运行实现蒸汽自足， 锅炉运行总体稳定。

该公司日冬季用蒸汽三百三十吨左右、 夏季二百四十吨左右、外供50 t，采用燃氢锅炉既满足了内部使用，也节约了大量的外购蒸汽成本。

燃氢锅炉在运行过程中发生过几次停车故障，停车因素概括为以下几个方面。

（1）运行初期1# 炉曾因风压开关、燃气压力开关风孔太小堵塞停车，随着操作经验的积累，1#、2#炉未再发生过此类停车。

（2）在运行中，火检处落进灰尘或有异物致使检测不到火焰，造成燃烧故障连锁停车。

（3）曾发生因锅炉给水泵变频保护致使锅炉水位低报警及蒸汽压力高报警， 因DCS 监控到位、处置及时，没有造成连锁停车。

目前，2 台燃氢锅炉运行平稳，负荷调整相对平衡，炉水定期排污，定期清洗炉前过滤网、稳压阀、氢气流量阀，保证了锅炉安全稳定运行。

4 结语

氢气是一种可贵的清洁能源。 中国氯碱企业众多，氢气利用率低，同时，不使用清洁能源是造成污染的重要因素。燃氢锅炉的投运，不仅使长期放空的氢气得到利用，降低生产成本，在一定程度上减少了大气污染。