湖北江漢油田鹽化總廠(chǎng)氫氣摻燒回收利用

1、<p>　　湖北江漢油田鹽化總廠(chǎng)氫氣摻燒回收利用</p><p>　　摘要:江漢油田鹽化工總廠(chǎng)有年產(chǎn)20萬(wàn)噸氯堿廠(chǎng)，副產(chǎn)氫氣總量約7000Nm3/h，其中有1000Nm3/h用于鹽酸合成，其他外圍廠(chǎng)利用2000Nm3/h，約有4000Nm3/h氫氣作放空處理，這樣即浪費(fèi)能源又損失了財(cái)源，為了利用H2我們提出將氫氣在鍋爐內(nèi)摻燒回收利用 </p><p>　　關(guān)鍵詞：氫氣節(jié)能脫硝 &

2、lt;/p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)： TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　1概述 </b></p><p>　　江漢油田鹽化工總廠(chǎng)配建有2臺(tái)75t/h供熱鍋爐，年消耗燃煤10萬(wàn)噸左右，氯堿分廠(chǎng)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中副產(chǎn)氫氣，總量約7000Nm3/h其中有1000Nm3/h用于鹽酸合成，其他外廠(chǎng)利用2000Nm3/h，約有4000Nm3

3、/h氫氣作放空處理。氫氣除作為化工生產(chǎn)原料外，還是一種清潔無(wú)污染燃料，燃燒產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染。其熱值高，居多種燃料之首，據(jù)測(cè)定每千克氫燃燒釋放的熱量為1.4*108。為石油熱值的3倍。現(xiàn)擬將這部分富余氫氣作為燃料來(lái)回收利用，減少煤炭消耗，降低燃料成本，既解決了環(huán)保安全問(wèn)題也在為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p><b>　　2、基礎(chǔ)條件 </b></p><

4、;p><b>　　2.1、氫氣 </b></p><p>　　體積比：≥99%（體積比），酸堿性基本為中性（含堿量≤PPM級(jí)） </p><p><b>　　含水率<0.5% </b></p><p>　　壓力：40～100kpa </p><p>　　流量：Max 4000 Nm3/h

5、以上 </p><p><b>　　溫度：≤40℃ </b></p><p><b>　　2.2、儀表氣 </b></p><p>　　壓力0.7MPa（G） </p><p><b>　　溫度常溫 </b></p><p><b>　　2.3

6、、氮?dú)?</b></p><p>　　壓力0.04～0.1MPa（G）（進(jìn)燃燒器前壓力） </p><p><b>　　溫度常溫 </b></p><p><b>　　3、安全防范措施 </b></p><p>　　氫氣特性 安全問(wèn)題 </p><p>　　爆炸極

7、限范圍很廣4.1～74.2% 泄漏、積聚達(dá)到一定濃度，極易產(chǎn)生爆燃或爆炸 </p><p>　　燃燒速度非常快，當(dāng)量燃燒速度2.6m/s，過(guò)量燃燒速度4～6m/s，是天然氣的8倍 極易產(chǎn)生回火，造成管內(nèi)爆炸 </p><p>　　火焰界面溫度可達(dá)1800℃左右 容易高溫腐蝕燃燒設(shè)備，造成設(shè)備損毀，以至燃燒不可靠 </p><p>　　熱值低，純氫2566kcal/N

8、m3 容易造成失火脫焰 </p><p>　　針對(duì)氫氣燃燒特性，我們采取一系列措施，徹底保障氫氣燃燒的安全性、可靠性。 </p><p>　　3.1、防止氫氣泄漏的措施 </p><p>　　3.1.1、采用反應(yīng)速度快的雙閥組 </p><p>　　選用反應(yīng)速度<2.5 s的氣動(dòng)切斷閥，動(dòng)作可靠，并設(shè)置兩個(gè)切斷閥門(mén)，保證氫氣總管的可靠開(kāi)

9、啟，不使氫氣泄漏進(jìn)入爐膛。 </p><p>　　3.1.2、鼓風(fēng)機(jī)常吹掃 </p><p>　　鼓風(fēng)機(jī)采用常開(kāi)方式，一方面保證始終向爐膛吹掃，擁有足夠的吹掃時(shí)間和吹掃空氣量，不使氫氣在爐膛內(nèi)產(chǎn)生積聚；另一方面起到冷卻燃燒頭的作用，不致因爐膛內(nèi)對(duì)流熱和輻射熱對(duì)燃燒頭的高溫腐蝕。 </p><p>　　3.1.3、氫氣直接點(diǎn)火 </p><p>

10、;　　采用氫氣直接點(diǎn)火方式，不采用氮?dú)夂蜌錃庵饾u置換點(diǎn)火，直接達(dá)到氫氣燃燒濃度，不使因氮?dú)夂蜌錃庵饾u置換過(guò)程前期達(dá)不到點(diǎn)火濃度，而使少量氫氣進(jìn)入爐膛造成爆燃；也不采用其他燃料進(jìn)行點(diǎn)火，減少操作和系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低因點(diǎn)火不順造成微量氫氣進(jìn)入爐膛的可能性。 </p><p>　　3.1.4、燃燒器閥組的位置設(shè)置 </p><p>　　燃燒器閥組結(jié)構(gòu)緊湊，緊靠燃燒器噴口，氫氣以最快速度進(jìn)入火焰生

11、成區(qū)域，使點(diǎn)火順暢，點(diǎn)火成功率幾乎100%；采用放空方式在停止燃燒時(shí)放空閥組管道內(nèi)殘余氫氣，不使用氮?dú)獯祾?，從而使少量管?nèi)氫氣進(jìn)入爐膛。 </p><p>　　3.1.5、燃燒器檢漏閥組系統(tǒng) </p><p>　　采用三套閥門(mén)來(lái)完成燃燒器閥組檢漏程序，即在兩個(gè)主氣閥門(mén)間設(shè)一個(gè)放空閥，通過(guò)開(kāi)關(guān)放空閥與氫氣進(jìn)氣側(cè)切斷閥完成檢漏，不使微量氫氣進(jìn)入爐膛。 </p><p>

12、<b>　　三閥組檢漏示意圖 </b></p><p>　　3.1.6、燃燒器閥組檢漏程序 </p><p>　　先開(kāi)關(guān)放空閥，卸去雙主氣閥間壓力，如閥間壓力沒(méi)有上升，表示氫氣進(jìn)氣側(cè)主氣閥沒(méi)有滲漏，而后開(kāi)關(guān)氫氣進(jìn)氣側(cè)主氣閥，使雙主氣閥間建立壓力，如沒(méi)有出現(xiàn)壓力下降，說(shuō)明閥組其他閥門(mén)無(wú)滲漏。按此順序進(jìn)行檢漏同時(shí)保證了氫氣氣源離開(kāi)點(diǎn)火區(qū)域更近，點(diǎn)火時(shí)氫氣能即時(shí)到達(dá)點(diǎn)火區(qū)域

13、進(jìn)行點(diǎn)火，進(jìn)一步保障了點(diǎn)火成功率。 </p><p>　　3.2、防止氫氣燃燒失火與回火措施 </p><p>　　3.2.1、控制燃燒混合速度 </p><p>　　3.2.1.1、長(zhǎng)明燈效應(yīng)防脫焰 </p><p>　　氫氣熱值較低，在氫氣小氣量燃燒時(shí)，氫氣燃燒產(chǎn)生的熱量較小，燃燒火焰溫度相應(yīng)較低，火焰形成的三要素中其中一項(xiàng)是溫度，因此當(dāng)

14、小火焰時(shí)，火焰容易被助燃風(fēng)給吹滅，也就是我們所說(shuō)的脫焰。 </p><p>　　燃?xì)鋵?zhuān)用燃燒器燃燒頭與燃燒盤(pán)的結(jié)構(gòu)，使氫氣與空氣的混合產(chǎn)生一個(gè)回流，回流區(qū)域?yàn)槿剂铣渥銋^(qū)（沒(méi)有足夠的空氣使氫氣燃盡），回流使一部分火焰被壓制在燃料充足區(qū)，而因?yàn)樵搮^(qū)域缺少足夠燃燒空氣，又不至于會(huì)產(chǎn)生回火，因此形成了一個(gè)真正意義上的長(zhǎng)明火，徹底保障了氫氣燃燒的安全，不使出現(xiàn)氫氣燃燒脫焰。 </p><p>　　3

15、.2.1.2、形成不同混合區(qū)域防止回火 </p><p>　　氫氣專(zhuān)用燃燒器燃燒盤(pán)使燃燒用氫氣和空氣按一定比例成不同角度進(jìn)入燃燒混合區(qū)域，并形成因燃料充足區(qū)與空氣充足區(qū)兩個(gè)區(qū)域，燃料充足區(qū)即燃料不完全燃燒區(qū)域，氫氣不會(huì)因燃盡后跟不上，就不會(huì)使燃燒氫氣過(guò)早充分混合，造成回火；空氣充足區(qū)有足夠空氣量，可把未燃盡氫氣充分混合，完全燃盡保證了保證了100%的氫氣燃燒率。 </p><p>　　3.

16、2.2、高/低壓保護(hù)設(shè)置 </p><p>　　在靠近氫氣燃燒噴口前，設(shè)置高壓保護(hù)開(kāi)關(guān)，氫氣氣源進(jìn)燃燒器閥組前設(shè)置低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)；回火的產(chǎn)生是因?yàn)閮煞N原因：一是爐膛壓力過(guò)高，高于氫氣出口壓力，使氫氣無(wú)法進(jìn)入爐膛，此時(shí)，噴口端管內(nèi)的氫氣壓力會(huì)上升，意味著燃?xì)鉄o(wú)法進(jìn)入爐膛，在此處設(shè)置高壓保護(hù)，可以預(yù)警回火的可能，并及時(shí)聯(lián)鎖，關(guān)閉氫氣閥組。 </p><p>　　回火另一個(gè)原因是由于助燃空氣過(guò)早與

17、氫氣混合充分，燃燒速度過(guò)快，后續(xù)管內(nèi)氫氣不能即時(shí)跟進(jìn)，從而火焰順者管內(nèi)氫氣而上，此種情況管內(nèi)氫氣壓力會(huì)下降，因此在氫氣進(jìn)口設(shè)置低壓保護(hù)也是防止氫氣燃燒回火的必要措施。 </p><p><b>　　燃燒示意圖 </b></p><p>　　3.3、氫氣燃燒器結(jié)構(gòu)保障措施 </p><p>　　氫氣專(zhuān)用燃燒器是氫能回收裝置中的核心技術(shù)設(shè)備。 &l

18、t;/p><p>　　3.3.1、特殊的外混燃燒式燃燒盤(pán)，經(jīng)過(guò)精確計(jì)算設(shè)計(jì)制作的結(jié)構(gòu)，使氫氣與助燃空氣按一定比例，分多層，成一定旋轉(zhuǎn)角度噴射進(jìn)入爐膛，合理控制燃燒混合速度，使氫氣與助燃空氣完全充分混合，徹底保證了氫氣的100%燃燒率。 </p><p>　　3.3.2、采用專(zhuān)利技術(shù)燃燒器結(jié)構(gòu)，使氫氣燃燒火焰與燃燒盤(pán)隔離。避免了由于燃燒高溫而熔化腐蝕燃燒盤(pán)金屬。 </p><

19、p>　　3.3.3、通過(guò)對(duì)燃燒混合的控制達(dá)到靈活控制火焰形狀，以適應(yīng)各種不同環(huán)境。 </p><p>　　3.4、氫氣燃燒系統(tǒng)可靠性保障措施 </p><p>　　3.4.1、機(jī)械式聯(lián)桿固化連動(dòng) </p><p>　　風(fēng)量的調(diào)節(jié)與氫氣量的調(diào)節(jié)采用機(jī)械式聯(lián)桿固化連動(dòng)，排除人為或電信號(hào)干擾造成配比失調(diào)，調(diào)試后一次性固定，徹底做到不同負(fù)荷位置，空氣與氫氣配比的正確性

20、，即使機(jī)械結(jié)構(gòu)故障，也不會(huì)改變兩者之間的配比，從結(jié)構(gòu)緊湊性上，系統(tǒng)復(fù)雜性上，以及安全可靠性上具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 </p><p>　　3.4.2、氫氣溫度監(jiān)測(cè) </p><p>　　氫氣輸送進(jìn)入燃燒系統(tǒng)前設(shè)置氫氣溫度監(jiān)測(cè)，以防氫氣溫度過(guò)高造成氫氣燃燒系統(tǒng)橡膠件及軟密封件的老化損傷，保證燃燒系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 </p><p>　　3.4.3、遠(yuǎn)程控制 </p&g

21、t;<p>　　在燃燒器現(xiàn)場(chǎng)，不設(shè)就地控制箱，以防現(xiàn)場(chǎng)誤操作，造成現(xiàn)場(chǎng)事故，燃燒器的運(yùn)行控制操作，在控制室內(nèi)進(jìn)行，這也是安全操作的保障。 </p><p>　　3.4.4、合理的空/燃?xì)獗葘?duì)效率的保證 </p><p>　　為盡量避免摻氫改造對(duì)原鍋爐的影響，燃燒器調(diào)試時(shí)，氫氣與空氣的配比盡量要求合理，調(diào)試時(shí)采用尾部煙氣分析儀進(jìn)行調(diào)試，有可靠的數(shù)據(jù)為依據(jù)，以盡量提高氫氣利用的效

22、率。 </p><p>　　3.4.5、設(shè)備用材選擇 </p><p>　　由于氫氣來(lái)源于氯堿生產(chǎn)，氫氣中或多或少都會(huì)帶有一定量的堿，因此燃燒系統(tǒng)配置的配件充分考慮了堿腐蝕問(wèn)題，盡量不采用鋁材，這也是一種設(shè)備保障。 </p><p>　　3.4.6、燃燒器的安裝 </p><p>　　采用活動(dòng)支架固定安裝燃燒器，在不使用燃燒器時(shí)，及時(shí)把燃燒器

23、從爐膛中退出，并關(guān)閉燃燒器鼓風(fēng)機(jī)，防止?fàn)t膛內(nèi)高溫以及粉塵對(duì)燃燒器的損傷。 </p><p><b>　　燃燒系統(tǒng)示意圖 </b></p><p>　　3.5、氫氣燃燒控制系統(tǒng)保障措施 </p><p>　　配置的自控儀表和系統(tǒng)是針對(duì)氫氣燃燒特性設(shè)計(jì)，全自動(dòng)化控制操作方便簡(jiǎn)單，同時(shí)也完全保證裝置的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。 </p><

24、;p>　　3.5.1、針對(duì)氫氣燃燒特性設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，已獲國(guó)家專(zhuān)利。保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 </p><p>　　3.5.2、多重控制：采用PLC+PC與機(jī)械式程序控制器多重控制，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 </p><p>　　3.5.3、分層控制：針對(duì)氫氣燃燒的關(guān)鍵點(diǎn)（回火，泄漏等）采用多點(diǎn)檢測(cè)監(jiān)控，分層控制——預(yù)警，警示，連鎖。徹底保證氫氣燃燒的安全性和系統(tǒng)的可靠性 </p>

25、<p>　　3.5.4、針對(duì)氫氣燃燒的特性進(jìn)行控制點(diǎn)設(shè)置，燃燒負(fù)荷輸出根據(jù)不同要求變化，保證燃燒不間斷。 </p><p>　　3.5.5、控制系統(tǒng)具備全自動(dòng)控制裝置與人工智能控制系統(tǒng)（可切換），可具有遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。 </p><p>　　3.5.6、合理設(shè)置溫度，壓力，流量檢測(cè)等措施確保系統(tǒng)安全運(yùn)行 </p><p>　　4、改造費(fèi)用估算燃?xì)鋵?zhuān)用燃燒

26、器、現(xiàn)場(chǎng)儀表、執(zhí)行器等約180萬(wàn)元，鍋爐改造及安裝40萬(wàn)元 </p><p><b>　　5、經(jīng)濟(jì)分析 </b></p><p>　　5.1、計(jì)算依據(jù)： </p><p>　　原煤熱值： 5000Kcal/kg </p><p>　　原煤價(jià)格： 600元/噸 </p><p>　　氫氣燃燒量： 4

27、000Nm3/h </p><p>　　氫氣低位熱值： 2566Kcal/Nm3 </p><p>　　年計(jì)算運(yùn)行時(shí)間： 8000小時(shí) </p><p>　　CO2排放量： 2620Kg/噸 </p><p>　　5.2、節(jié)約標(biāo)煤計(jì)算 </p><p><b>　　項(xiàng)目 煤爐改造 </b><

28、/p><p><b>　　氫氣燃燒每小時(shí) </b></p><p>　　可回收的熱量 4000 Nm3/h×2566Kcal/h </p><p>　　= 1026.4x104Kcal/h </p><p><b>　　氫氣燃燒每小時(shí) </b></p><p>　　可回

29、收的熱量折算成原煤 1026.4x104Kcal/h ÷5000Kcal/kg </p><p><b>　　=2.05噸/h </b></p><p>　　年節(jié)約原煤 2.05噸/h×8000h/年 </p><p>　　=16400噸/年 </p><p>　　5.3、年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益 </

30、p><p>　　16400噸/年×600元/噸≈984萬(wàn)元/年 </p><p>　　5.4、年減少CO2排放量 </p><p>　　16400噸/年×2620Kg/噸≈42968噸/年 </p><p>　　5.5、回收期：220萬(wàn)元÷984萬(wàn)元×12個(gè)月≈3個(gè)月 </p><p&g

31、t;　　5.6、同時(shí)H2還可在爐內(nèi)作為還原劑替代氨將NOx還原為N2達(dá)到脫硝的作用。 </p><p><b>　　6、結(jié)論 </b></p><p>　　綜上所述，本鍋爐改造氫氣摻燒回收利用項(xiàng)目，從安全性能上、氫氣有效利用上、系統(tǒng)與設(shè)備配置上；以及生產(chǎn)運(yùn)輸、安裝、操作、維護(hù)保養(yǎng)等各方面都已相當(dāng)成熟和可靠。此項(xiàng)目將帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)、造福子孫