电站锅炉氢气掺烧回收利用

宋乐连

摘 要：氢气在循环流化床锅炉上掺烧的案例比较少，企业对富余可燃气体处置开辟了新的道路，回收利用可燃气体的能量实现节能减排的目标。本文分析了江西理文化工有限公司电站550t/h锅炉掺烧氢气回收利用项目的设计方案、运行调试、成功投运的经验。

关键词：循环流化床锅炉；氢气；节能减排

中图分类号：TK227 文献标识码：A

氢气是一种无色无味、易燃易爆的可燃性的气体，也是很值得期待的二次能源。由于氢的各种内在特性，决定了氢能系统有同于常规能源系统的危险特征，而影响了氢的使用范围。我公司年产30万t的氯碱厂，副产氢气10000Nm3/h，除去氯碱厂及氟化厂的使用量，大约有近5000Nm3/h的氢气放空处置。为了回收利用这部分的氢能我们提出将富余的氢气送至电站锅炉掺烧，实现节能减排的目标。

一、设计方案

氯碱厂现有富余氢气量为5000Nm3/h，现从送往氟化厂的管线引出一根管线经过压力控制后送至电站，电站经过氢气缓冲罐，稳压调整后根据在线运行情况，将氢气送至3#锅炉8m平台，燃烧喷枪插入锅炉二次风热风管送至炉膛内部燃烧。

1 烧碱車间。利用现有向氟化厂输送氢气的罗茨风机加压向电站输送氢气。在出口管道上增加一根DN400B系列（426×6）管道至电站，为保证氢气压力达到设计压力值，需要增加一台氢压机和水雾补集器）

2 电站。主要设备安全氢气缓冲罐一台氢气水封罐一台。烧碱氢气送至电站后一路进入氢气水封罐，一路送至氢气缓冲罐，氢气缓冲罐经过稳压，达到运行压力25kPa～30kPa，送至各炉前分配母管，由炉前分配母管分配至炉前各喷枪分散燃烧，最后进入炉膛。在排空口均设有灭火和阻火装置，整条管线设有氮气置换接口。

二、运行调试

由于氢气属于易燃易爆气体，爆炸极限是4.0%～75.6%。管道设备工艺不达标泄露会有很大的危险性。在管道和设备安全调试完成后，试压试验是很必要的。现有方案对所有管道进行气体打压试验，对氢气缓冲罐，氢气水封罐进行水压试验。

1 在氢气水封罐接入除盐水，隔断进出口门，罐体进满除盐水，压力控制在设计压力，记录试验时间和试验开始时压力，维持20分钟，对所有焊缝，法兰，压力表以及紧固件进行检查。没有水渍渗漏，和罐体没有变形，记录结束时压力，对比开始结束压力值压力维持稳定数据缓慢泄压。

2 用炉前分配管上压缩空气打入，切断前后隔离阀，对管道进行打压。考虑到运行压力低，压力试验设定值为运行压力的10倍。记录实验前压力后，用肥皂水对所有焊缝，法兰，阀门进行喷射检查有无汽包，对渗漏的地方记录下进行紧固或者焊接，如无异常记录结束时压力，对比开始结束压力值压力维持稳定数据，缓慢泄压，试验完成。

3 连锁方面设置压力高地连锁、低温连锁、一次风机联锁。根据母管压力设置压力高连锁；设炉膛温度点低于700℃关闭所有喷枪切断阀，打开母管排空；一次风机停运时，关闭所有喷枪切断阀，且无法开启。

4 对所有气动阀.调节阀，进行远程开关确认动作。压力表，阻火器确认正常。

5 用氮气置换整个氢气管线，完成后关闭前后隔离门，调试完毕。

6 掺烧氢气前准备。（1）检查锅炉的各燃烧喷枪正常；（2）检查氢气切断阀开关是否正常，阀位是否正确；（3）检查氢气管道压力表的准确性，就地表计与DCS显示校准；（4）检查DCS联锁保护、报警等信号正常，联锁试验合格并投用；（5）第一次启动时管道内有大量空气，管道需从烧碱车间至炉前喷枪用氮气置换合格。

7 掺烧氢气操作。（1）锅炉具备掺烧氢气条件后，通过调度通知烧碱氢气站提升氢气管道压力，根据氢气管道压力逐个开启燃烧喷枪进气阀，尽可能保证氢气管道压力稳定；（2）正常生产时：（a）控制氢气管道压力不低于25kPa，不高于32kPa；（b）管道压力高压32kPa在所有喷枪投用后，用调节阀来控制氢气管道压力；（c）管道压力低于25kPa调节阀全关时，通知氯碱厂调度调整氢气管道压力维持30kPa；（d）经调整压力还是偏低时，逐个关闭喷枪进气阀维持氢气管道压力不低于25kPa，直至关闭所有喷枪进气阀，退出氢气掺烧；（e）正常运行时定期开疏水阀放水。（f）需要停氢气时，事先通知氯碱厂调度做好停气准备。逐个关闭燃烧喷枪进气阀，氢气掺烧完全退出后，通知氢气站停止向锅炉供气。（3）生产异常需退出氢气掺烧时：（a）烧碱车间出现异常，氢气量不够时，操作同2）中c）、d）；（b）锅炉出现异常情况，立即通知氯碱厂调度，注意氢气管线压力，及时从氢气站泄压；（c）逐个关闭喷枪进气阀，密切关注氢气管线压力，用排空调节阀来控制氢气管道压力，防止氢气管道超压，影响其他车间用气；（d）总管排空调节阀来不及泄压时，打开3#锅炉排空阀泄压，压力低于25kPa时，关闭3#锅炉管道排空阀，通过总管排空调节阀调节氢气总管压力；（e）氢气压力波动较大时注意水封罐水封情况，及时补水。

三、氢气系统安全措施

1 氢气易燃易爆，做好接地，防静电，考虑到法兰垫片使用PTFE属于绝缘.按照天然气标准法兰螺丝低于4个螺栓必须要接防静电，所有法兰用铜片连接。

2 考虑到氢气燃烧温度有1400℃左右输送压力过大会导致炉膛内火焰加长，对管道会有危险性，故考虑设置压力高低连锁，氢气正常燃点最低560℃左右，并且爆炸极限是4.0%～75.6%，故设置炉内低温连锁。

3 氢气排空管出口安装阻火器防止回火

4 所有喷枪进入炉前加装阻火器防止回火

结语

氢气的燃烧热值为285.83kJ/mol，向电站锅炉输送5000Nm3/h的氢气，一年可节约标准煤14744t。电站锅炉每小时燃烧5000Nm3氢气，年燃烧：5000×8000= 40000000Nm3氢气，氢气折标准煤系数0.3686kgce/Nm3，一年可节约标准煤=40000000×0.3686/1000=14744tce/a。根据现在电站所使用烟煤折标煤系数0.7143，采购价格310元/吨计算，掺烧氢气每年节约煤炭费用639.88万元，经济效益可观。

参考文献

[1] GB50177-2005，氢气站设计规范书[S].

[2] GB50057-2010，建筑物防雷设计规范[S].

[3] TG-550/9.81-M循环流化床锅炉设计说明书[Z].太原锅炉集团有限公司.