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燃氢锅炉运行总结

发布时间:2020年09月11日

我国是一个人口众多、资源紧缺的发展中国家,近几年经济的飞速发展也产生了资源过度消耗、环境污染等问题。氯碱工业是高耗能行业,如何降低产品能耗一直是行业的研究课题。近年来,氯碱企业通过应用膜极距电解槽等节能技术进行技术改造升级,降低了直流电耗;通过建立能源管理体系、精细生产操作等措施提高了节能管理水平,烧碱产品的综合能耗大幅降低。在氯碱行业无革命性节能技术出现的情况下,如何在现有基础上挖掘节能潜力, 成为行业新的研究课题。据统计,目前国内氯碱企业生产烧碱所产生的氢气,至少有20%没有得到利用,除部分生产盐酸、氯乙烯和苯胺外,耗氢产品很少,少部分厂家用来作为燃料生产固碱、热水、蒸汽等,大部分氢气没有充分利用而放空。北京高麦克仪器科技有限公司( 以下简称“ 麦克”) 搬迁后采用乙烯法技术生产聚氯乙烯,工艺上不需要消耗氢气。为了尽可能利用氢气,VCM装置裂解炉按照天然气与氢气掺烧设计,但是仍富余大量氢气。为了将该部分氢气充分利用,高麦克新上一套20t/h燃氢锅炉装置,利用富余氢气生产1.25MPa蒸汽。
一、燃氢锅炉的结构特点及工艺流程
1. 1燃氢锅炉的结构特点
燃氢锅炉装置由锅炉本体、燃烧器系统、供气系统、给水及水处理系统等组成。
①、锅炉本体
锅炉本体由上下锅筒、膜式水冷壁、对流管束、钢架、护板、保温层等组成。锅炉右部为炉膛,其四周均以膜式水冷壁包围,受热面及燃烧空间充裕。对流管束设置在锅炉左部,四周以膜式壁结构完全密封,对流管束采用顺列式单回程布置,受热面积大,烟气流速设计合理,最大程度上优化了锅炉对流区域的传热。为降低排烟温度,提高节能效果,锅炉尾部配置有节能器。锅炉后墙设有观火孔、炉膛出口烟温测点和炉膛压力测点。为确保安全,在锅炉顶部设置了防爆门。保温层主要为硅酸铝纤维。锅炉外护板采用以自攻螺钉固定的可拆卸的压制成型护板。

②、燃烧器系统

燃烧器系统由燃烧器、点火变压器、紫外线火焰探测器、风门执行机构、点火阀等组成。燃烧器是锅炉上的主要设备,它是强制鼓风式燃气燃烧器,是一种外置式混合燃烧器,气体燃料与助燃空气在燃气喷嘴口混合后立即燃烧。点火变压器安装于燃烧器中,通过输出10kV的高压电,在点火棒形成电弧,引燃天然气,形成火焰。紫外线火焰探测器安装于燃烧器中,用于检测火焰是否存在或稳定。风门执行机构安装在燃烧器中,它与风门挡板、燃气碟阀,由连杆组成,燃气与空气的比例调节、风量与耗气量均由风门执行机构预设。

③、供气系统

燃气系统由过滤器、稳压阀、安全阀、检漏装置、风机等组成。燃气最大的不安全因素是燃气泄漏,检漏装置可靠是燃气供应系统的关键部分。为保证燃气清洁,系统设置有过滤器。为确保稳定的燃气压力,系统设置了稳压阀。安全阀的设置可以在燃气超压的情况下,通过排放管将燃气排至安全区域。风机用于给燃烧器提供助燃空气,有专门的风通道连接燃烧器。风通道不能泄漏,否则会影响风压,从而影响火焰。

④、给水及水处理系统

给水及水处理系统由除氧装置、给水泵、加药系统等组成。水质会影响锅炉的热效率和使用寿命,做好锅炉水处理工作是保证锅炉安全经济运行的重要环节之一。为防止供水中的溶解氧对管道和炉体造成腐蚀,设置了除氧装置。给水泵一开一备,用于给锅炉补水。加药系统用于给炉水添加磷酸盐阻垢剂,防止锅炉结垢、腐蚀。

1. 2燃氢锅炉工艺流程

来自氢气处理工序的氢气通过管道输送至氢气锅炉界区,经手阀、孔板流量计、过滤器、减压阀、气动切断阀后进入氢气锅炉燃烧器的燃烧室;空气经助燃风机加压后,经自动调节阀后也进入氢气锅炉燃烧器的燃烧室。空气与氢气按一定比例混合燃烧,在炉膛内放出大量热量并生成高温烟气,加热锅炉内除氧水产生饱和蒸汽。高温烟气经锅炉及节能器换热后直接从烟囱放空。

来自脱盐水站的脱盐水首先进入脱盐水箱,后经除氧水泵送至除氧器进行加热除氧,除氧后的脱 盐水由锅炉给水泵经节能器送至锅炉上锅筒进行加热产生饱和蒸汽。生成的饱和蒸汽经汽水分离后送至低压蒸汽管网供各装置使用。

工艺流程如图:

 

燃氢锅炉工艺流程简图

二、安全控制措施

氢气与天然气、城市煤气、液化石油气等常规气体燃料相比,易爆是其最大的特点,氢气爆炸极限为4%~75.6% 。因此,无论从本体结构、燃烧系统、自动控制还是安装、运行操作上都提出了更高的要求。

2. 1、安全设施

①、双重切断阀

氢气管路上装有两个相同的切断阀,前一个称为安全阀,后一个称为主气阀,起到双重保护作用。当氢气送至安全阀处后,在接到指令后,安全阀与主气阀同时工作,氢气进入燃烧器喷嘴,进行燃烧;故障时,同时关闭这两个切断阀切断氢气,该阀为气动控制。

②、 燃气低压开关

氢气压力过低时,燃烧火焰不稳定,风量与氢气量不匹配。燃气低压开关安装于氢气管道上,在安全阀的前面。当氢气压力低于设定值时停炉,防止风量与氢气量不匹配而发生事故。

③、 燃气高压开关

燃气高压开关安装于氢气管路上,在主气阀的后部。在燃烧过程中,氢气压力高于设定压力时停炉,防止回火引起管路压力升高,避免事故。

④、氢气检漏装置

氢气检漏装置可以检测各氢气切断阀是否工作正常,以及氢气切断阀之后有无氢气泄漏点,这是对氢气管道上各连接点和设备安全运行的有力保障。

⑤、紫外线火焰检测器

紫外线火焰检测器安装于燃烧器中,它是检测火焰是否存在或稳定。当主气阀与安全阀打开时, 火焰检测器在3s内检测火焰是否形成,如检测到火焰,则将电流信号传输到程控器,始终检测火焰是否稳定存在。

⑥、双差压液位变送器

氢气锅炉的水位检测采用双水位检测,在两边同时安装差压液位变送器,对锅炉水位进行检测。

2. 2、控制系统

①、水位控制与报警

氢气锅炉采用双水位检测,在两边同时安装差压液位变送器,对锅炉水位进行检测。依据锅内液位自动控制锅炉给水泵的启停,锅炉给水泵的控制可手动与自动切换。

设置了双超低水位报警功能,报警时,燃烧器连锁停机,锅炉给水泵连锁停机,给水三通调节阀主路全关。必须手动启动锅炉给水泵并手动调节给水三通调节阀主路开度以补水。锅炉再次运行必须手动启动。

设置了超高水位报警功能,报警时,燃烧器不连锁停机,锅炉给水泵连锁停机,给水三通调节阀主路全关。待锅内水位下降至停泵液位时,锅炉给水泵与给水三通调节阀方可按控制方式设置投入运行。

②、压力控制与报警

燃氢锅炉运行期间,可依据锅内蒸汽压力自动控制燃烧器启停。

设置了蒸汽压力超高报警功能。报警时,燃烧器连锁停机,锅炉给水泵与给水三通调节阀依据控制方式设置照常运行。锅炉自动运行的启停点与蒸汽压力超高报警点的压力设置数值可现场随时更改。

③ 燃烧控制与报警

锅炉自动运行期间,可依据锅内蒸汽压力自动调节燃烧器负荷;锅炉手动运行期间,可手动调节燃烧器负荷。依据程序指令,自动控制液化气气动切断阀( 即自动控制点火燃料与主燃料的切换)、燃烧器伺服马达、两级氢气气动切断阀、氢气检漏装置、自动点火装置、氢气流量调节阀、风箱挡板依序自动运行。燃烧故障报警时,燃烧器连锁停机,锅炉给水泵与给水三通调节阀依据控制方式设置照常运行。

④、系统控制与报警

  1. 脱盐水箱设置了低液位报警功能。报警时除氧器给水泵连锁停机。待脱盐水位升至正常液位时,除氧给水泵可依据控制方式设置投入运行。

  2. 依据脱盐水箱内液位相对于正常水位的高低自动控制纯水进水切断电磁阀自动闭启。

  3. 除氧器设置了低液位报警功能。报警时,锅炉给水泵连锁停机。待除氧器液位升至除氧器给水泵启动液位时,锅炉水泵可依据控制方式设置投入运行。

  4. 依据燃烧器的运行状态,自动控制两级氢气切断阀间放空阀启闭。

  5. 设置锅炉排烟温度超高报警。报警点的温度设置数值可在现场随时更改。

2.3、日常操作注意事项

锅炉正常运行要求做到:锅筒内水位正常,蒸汽压力稳定,司炉人员要做好交接班工作,当班人员必须加强对各机械设备和仪表的监视,确保锅炉安全可靠地运行,防止事故的发生。

①、 锅炉水位

锅炉的水位稳定通过给水自动控制系统来实现,应定期检查水位控制及报警器的灵敏度及可靠性。

②、水位表

应保持水位表玻璃板清洁,确保水位表可视部分清晰,水位正确可靠,如果发现玻璃垫圈漏水或漏汽时,应及时紧固或更换垫料。

③ 压力表

应定期检验压力表是否工作正常,如发现压力表损坏或失灵,应立即停炉检修或更换。为保证压力表的正确性,每半年至少校验一次。

④、压力( 温度) 控制器和压力( 温度) 传感器

应定期校验压力(温度) 控制器的灵敏度及可靠性,司炉人员可通过对照压力(温度) 传感器与现场压力(温度) 表显示数据来初步确定压力(温度) 传感器的可靠性。

⑤、安全阀

检查安全阀的作用是否正常,为了防止安全阀的阀盘和阀座粘连,应定期拉动安全阀提升手柄,做排汽试验,校验安全阀的可靠性。

⑥、 排污

一般给水中含有多种矿物质,给水进入锅炉受热汽化后,将析出这些物质,当炉水浓缩到一定程度时,这些物质就会在锅内沉积而形成水垢,蒸发量越大,持续运行时间越长,沉积物就越多。为了防止由于水垢、水渣引起的锅炉事故,必须保证给水质量,降低炉水的碱度。通常当炉水碱度大于20mmol/L 时,应进行排污。

2.4、运行情况

燃氢锅炉自2016年投入运行以来,总体运行平稳,安全自动化水平高。主要运行指标情况如表1所示:

表1:主要运行指标

2.5、技术改造情况

①、锅炉给水加氨水调节 pH 值技术改造

锅炉给水pH值控制指标要求在8~9. 5,否则会造成除氧器和管道腐蚀。高麦克由于脱盐水pH值波动大,锅炉给水pH值经常低于8,造成除氧器腐蚀,锅炉给水铁含量一直超标。高麦克进行了技术改造,在锅炉给水进除氧器前,加氨水调节锅炉给水的pH值。改造后,pH值稳定控制在9左右,缓解了除氧器的腐蚀情况,锅炉给水铁含量大幅降低。
②、 取样器技术改造

燃氢锅炉的锅炉给水、炉水、蒸汽须定期检验, 由于温度较高,取样时须冷却降温,在原设计中采用工业水进行冷却。由于北方冬季气温较低,在冬季运行时出于防冻考虑,工业水一直保持长流,造成工业水大量浪费。为节约水资源,高麦克对取样器进行了改造,使用脱盐水替代工业水进行冷却,换热后的脱盐水回收到脱盐水箱。这样不仅节约了用水,还回收了部分热量。

③、 燃氢锅炉并入氯碱装置蒸汽管网技术改

燃氢锅炉设计生产20t/h的低压蒸汽,并入全厂低压蒸汽管网。在实际运行中,当热电装置紧急停车时,全厂生产装置也必须紧急停车。为了尽量避免所有装置同时停车,将燃氢锅炉出口蒸汽管道进行了改造,增加支路并入了氯碱装置蒸汽管网,由于氯碱装置蒸汽用量仅约15t/h,因此燃氢锅炉蒸汽流量完全可以满足需要。

三、结语

燃氢锅炉装置自2016年投入运行以来,安全稳定,操作简便,自动化程度高,取得了良好的环境效益和经济效益。

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