氢气锅炉在氯碱生产上的运用

本文在《氯碱工业》2008年第4期上发表。同时在氯氢处理、氯气液化及包装工艺、设备交流会暨第三届海密梯克杯论文竞赛评选中荣获二等奖。

近几年，我国氯碱工业发展很快，据了解，有相当一部分氯碱生产厂没有氢气下游产品，氯碱生产中产生的大量氢气除了合成盐酸用去很少一部分，大部分氢气只能白白放空，既浪费了非常清洁的能源，又存在易燃易爆的危险。

浙江某锅炉厂开发的燃氢气蒸汽锅炉部分氯碱装置上投运，证明适合暂时没有氢气下游产品的氯碱厂应用。

1氢气锅炉的优势

⑴     氢气锅炉解决了氯碱厂放空氢气的能源浪费、氯碱生产中盐水和烧碱加温需要蒸汽、大量放空氢气存在危险源等矛盾。

⑵     氢气锅炉安全可靠，；2套10t/hr蒸汽锅炉只需一位操作人员；点火由设定的程序自动控制；氢气压力由氯碱总控室控制，对氯碱生产的氢气压力不会产生影响；

⑶     经济上有更大的优势。根据某氯碱企业的实际运行数据，10万t/a的烧碱装置，2套锅炉产蒸汽约12～14t/h（蒸汽压力在0.6～1.0MPA ）,如果按照外购蒸汽150元/t计，则可节省13 t/h×150元/t×8000h/a＝1560万元/a。一般情况下,只需半年即可收回该装置的投资（按照外购蒸汽150元/t计）。如果烧碱装置规模在15万t/a，预计生产的蒸汽将超过2000万元/a,则回收投资更快。如果氯碱厂不外购蒸汽，用自备发电厂或燃煤锅炉的蒸汽，氢气锅炉投运后同样具有节能减排的效益。且不论煤价和运价的波动、煤堆场的管理、煤渣的处理等，就是减少煤锅炉排放的二氧化硫，其社会（环保）效益亦十分可观。

2保证氯碱生产中氢气压力稳定

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，易爆是氢气最大的特点，氢气爆炸界限宽达4.1%～74.2%，因此，无论从锅炉本体结构、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。氢气是氯碱生产的副产物，保证氯碱生产的氢气压力稳定在一个安全的范围,保证电解槽的氯氢压差的稳定,确保离子膜的安全运行,是氢气锅炉安全运行的首要任务。在锅炉配套装置的工艺、设备、仪表、电气的设计、设置中优先考虑的是氢气压力稳定，在运行操作中应优先保证的氢气压力稳定。

3氢气锅炉的结构、工艺

3.1氢气锅炉的结构

氢气锅炉装置由氢气锅炉本体、氢气预处理系统、助燃和给水排水系统组成。为尽量减少炉内烟气流程内死角区、保证烟气排放的畅通和降低烟气阻力，该型锅炉本体采用立式布置。

3.2工艺流程

从氯碱装置的氢处理工序输出的（生产合成盐酸后多余的）氢气通过管道输送，进入预处理系统预处理后送至氢气锅炉底部的燃烧器进口燃烧，产生的热量加热除氧水或蒸气冷凝水（除氧水或蒸气冷凝水通过给水泵加压送入锅炉顶的省煤器内先进行预热，再进入锅炉内列管中），产生的蒸汽通过锅炉顶部的炉外汽水分离罐，进入本装置的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。

3.3安全措施

为保证安全运行，锅炉的全套配置从国外引进的氢气燃烧器控制系统方面考虑了多重安全设施：

1)       紫外线火焰检测器：一般氢气燃烧火焰中红外线较少，主要是紫外线，采用紫外线火焰检测器能完全真实而又十分灵敏的判断火焰状况。

2)       氢气高压保护开关：当氢气压力超过设定的最高压力时，切断氢气气源，这是有效保证燃烧的措施之一。氢气压力非正常的提高，会在同等助燃空气量的情况下增加氢气量，这将造成燃烧的不完全，部分氢气缺少氧气参与燃烧反应，在高温的情况下很容易造成爆炸，因此氢气高压保护开关是氢气燃烧器必不可少的安全保护措施。

3)       氢气低压保护开关：当氢气压力低于设定的最低压力时，切断氢气气源。当氢气压力非正常的降低，相应的会减少氢气量，同时形成助燃空气量过剩的情况，就会造成火焰温度降低，造成失火或回火。

4)       氢气检漏保护开关：通过氢气检漏保护开关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接点和设备安全运行的有力保障。

5)       双重的燃气切断空压阀：本燃烧器是氢气燃烧器，对燃烧安全是十分重要的，因此在主燃气系统和点火燃气系统均设双重燃气切断阀；同时为保证切断阀的动作可靠性，主燃气系统采用空压阀，而不采用电磁阀。

3.4安全操作措施

为锅炉安全运行还设置了以下安全操作措施:

1)       低水位检测, ,低水位时报警并停炉;

2)       蒸汽压力超高检测,蒸汽压力超高时报警并停炉;

3)       程控器熄火检测,发生熄火时报警并停炉;

4)       锅炉烟道气实际进口温度比设定温度高时报警并停炉;

在锅炉运行过程中,出现以上情况中的任何一种故障都会停炉,(此时氢气就连锁放空),必须排除故障并复位后才能重新启动锅炉运行.

根据锅炉实际运行数年的实践,证明该锅炉用氯碱生产中的付产氢气作为燃料,操作简便,安全可靠,投资回报率高,尤其对于暂时没有氢气下游产品的氯碱厂来说,效益和效果更为明显.

作者简介：孔贤德；男；高级工程师；原苏州精细化工有限公司生产处处长、开发处处长；原双狮（张家港）精细化工有限公司开发部部长；从事化工生产管理和项目管理三十余年；2003年~2007年任双狮（张家港）精细化工有限公司氯碱一期、二期（共计25万吨/年）项目经理。电话：0512-62005885邮箱：jhkxd@126.com.