左攀华
自动涂装线
【摘 要】氢气锅炉虽然是燃气锅炉,但与普通的煤气或天然气锅炉相比有更高的安全性要求.以天津LG渤海化学公司离子膜烧碱装置2台45 t/h氢气锅炉为例,介绍氢气锅炉的结构、自动控制的特点和安全操作经验.
【期刊名称】电子元器件封装《化工装备技术》
ntest【年(卷),期】磁化净水器2011(032)002
【总页数】5页(P16-20)
【关键词】氢气锅炉;结构;自动控制;燃烧器;安全运行;经验;BMS;MFT
【作 者】左攀华
【作者单位】沧州中铁装备制造材料有限公司工程部主回路电阻
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ054
Abstract:Hydrogen boiler is a gas boiler,but compared with ordinary coalgas or natural gas boilers it requires much higher security.It taken the case of2 setsof45 t/hrhydrogen boilerof ionicmembrane caustic soda unit in Tianjin LG BohaiChemical Co.,Ltd.,reviewed the characteristics of some structure,automatic controland safe operational experience.
Key words:Hydrogen boiler；Structure； Automatic control； Burner； Safe operation;Experience； BMS； MFT
现今我国氯碱生产中的大量的氢气，除了与反应生成盐酸用去很少一部分外，大部分氢气被排放至大气中，极为清洁的能源就这样被白白浪费掉，非常令人可惜。据统计，各类工业副产氢可回收总量每年可达15亿m3。由于氢气的爆炸极限比较宽 （4.1%～74.2%）， 燃烧值为 143 000 kJ/kg，是汽油燃烧热的3倍，大于任何其他燃气 （见表1），因此以氢气作燃料的锅炉，无论是在锅炉本体结构、燃烧系统、自动控制上，还是在安装、运行、操作上，与普通燃气锅炉相比都有更高的要求。
天津LG渤海化学公司离子膜烧碱装置2台45 t/h氢气锅炉 （正常工作时一开一备），使用氯碱装置 （CA）生产的高纯氢气 （99.8%）和市政天然气作为燃料。天然气不仅可作为锅炉的点火燃料，而且也可作为氯碱生产装置正常生产之前锅炉的唯一燃料和正常生产后应急时的辅助燃料，而氢气则必须在天然气点火完成后或天然气作为主燃料正常运行后才能投用。 上述2台氢气锅炉自2006年11月26日投产运行以来，操作方便，安全稳定，受到业内人士一致好评。由于其自动化程度较高，所以室外只需一个司炉工就可以同时照料2台用氢气作辅助燃料的氯乙烯 （VCM）装置尾气焚烧炉和2台氢气锅炉等设备。
锅炉正常操作参数：蒸汽操作压力为2.25 MPa，操作温度为250～275℃。
采用普通燃气的锅炉结构简单，锅炉本体长10m，宽10m，高度5.5m，含有上下两个纵置汽包，上下汽包间有胀接对流管束，对流管束对面与两侧受热面采用膜式水冷壁共同围成燃烧室 （见图1和图2）。燃烧室呈立方体形状，底部筑有一层5 cm厚耐火高温浇注料，燃烧器四周也有一层环状浇注料，以保护膜式受热面承受燃烧器高温侵蚀。
由于锅炉本体由对流和辐射两部分组成，炉膛空间大，燃烧充分，炉膛内的简单结构可确保没有残余氢气滞留。
51.cm进入燃烧器的管路有氮气、氢气、天然气、点火用天然气四条管路，皆用柔性软管与器内正中间的总进气管路相连。由鼓风机送入的空气通过环状分配管和汽轮机叶片状导向叶片被均匀地呈螺旋状进入炉膛并与燃料气均匀混合。点火燃料从燃烧器中心进入炉膛内部，而电子脉冲点火离燃烧器中心有一段距离，靠近燃料分配管边缘。点火燃烧的火焰由紫外线探测仪负责检测，点火火焰随鼓风机送入的空气呈螺旋状分布于进气管路附近，就像狐狸的尾巴在摆动。另一火焰检测器距离燃烧器中心较远，负责检测主火焰。2个紫外线探测仪方向性很强，必须保证探测方向正对点火火焰，否则就会由于检测不到火焰而发生停止点火过程的情况，即使用肉眼已经观察到火焰也无济于事，因为锅炉的BMS（burnermaster system）是否继续进行下去完全依赖于仪表监测结果或监测数据。
两个主火焰监测器与点火火焰检测器在点火过程的监测数据体现在BMS控制柜上就是0～100%的数值。正常情况下点火检测器只测量点火火焰。主燃料燃烧后两个检测数值同时为100%，表明点火过程成功。实际工作中，经常发生因两监测器引线接反、探测器未对准、
波长调整偏差等情况而出现的点火困难，此时会出现监测器指针剧烈波动的现象，如果不能得到稳定将导致点火失败。由于上述情况曾多次出现，必须引起足够重视。
每条气体管路都有压力自动减压阀和流量自动调节阀控制流量和压力。流量控制阀前后有2个切断阀，可保证燃气不内漏进入锅炉中。每条管线上有一自动对空排气阀及相应管道，可将2切断阀间无用燃料气体在停炉时排至大气中。压力调节阀前后各设置压力开关仪表一块，如果压力低于或高于设定值就会自动停止点火过程，运行的锅炉也会立即停止运行。现场仪表显示压力与流量调节阀前后压力和温度的参数变化，以便进行现场校对自动控制仪表参数的准确性，同时设置远传温度仪表把温度信号传送至DCS与BMS，以便结合远传压力信号对燃气流量进行修正。
天然气和氢气管路对空排气阀和切断阀属于开关阀，由电磁执行器控制。流量调节阀由气动调节器控制，其开关情况显示在DCS显示器上，作为管路系统是否正常和锅炉是否可以启炉的条件。
氢气从CA装置经过压缩机压缩后压力升至0.6MPa，随后进入DN 600管路扩容降温，然后进入氢气缓冲罐。由于再次扩容的原因，氢气的水分会进一步凝结成水，因此缓冲罐底部
设置气动排水阀，可以不定期排除凝结水，同时由于缓冲罐的特殊内部结构使之兼有阻火器的功能。
鼓风机进口设置自定调节挡板阀和炉前风量自动调节挡板阀各一个，用于调节进炉膛风量。空气流量计设置于两个风挡板阀之间，有温度和压力远传信号对空气流量自动修正。自定调节挡板阀由80%和5%两个限位开关。尾气烟道设置排气自动挡板阀与手动挡板阀各一个，烟气炉膛出口设置温度开关以保护烟气温度不超过温度设定值，同时设置氧量在线仪表用以监测尾气中的氧气含量。
氢气锅炉采用BMS系统控制柜现场启动以及正常或紧急情况下停止操作，同时DCS控制室进行正常的燃烧调整与日常运行时的蒸汽参数的监控。氮气、空气、燃气与尾气的温度、压力以及阀门开关度等情况都可以在现场仪表与DCS显示屏上显示出来。尾气烟道中的氧气含量 （正常工作时约为2.5%～8.2%）可通过氧气分析仪得到，且数据可以从BMS盘与DCS显示器中显示出来，燃烧情况是否经济以及点火前炉膛内部可燃气含量是否被置换干净等情况都可从这些数据中得出。
BMS逻辑系统是燃烧器点火过程程序控制的核心，锅炉众多的压力、温度、限位、液位等
的开关都会通过这个系统对锅炉进行保护。启动点火之前必须使BMS系统的MFT复位，以满足锅炉点火启动的安全条件。BMS控制柜点火过程状态灯、报警灯与操作按钮布置情况见图3和图4。
MFT条件是避免锅炉有可能发生事故而设立的安全条件，即任何一个条件的发生都意味着锅炉存在着安全事故的隐患。一旦发生紧急停炉的情况，或者出现启炉前MFT键无法复位的情况，就必须结合BMS控制盘上的报警灯显示查明原因并将问题解决，否则不应该作启动点火安排，现场的BMS系统控制柜MFT键也将无法复位，也就是说，锅炉的点火条件尚没有准备好，影响锅炉安全运行的隐患尚存在。这些条件包括∶
（1）未出现紧急停车情况；
（2）未出现炉膛压力高高报情况；
（3）未出现排烟温度高高报情况；
（4）未出现汽包液位低低报情况；
（5）未出现点火燃料(天然气)压力低低报情况；
（6）未出现汽包压力高高报情况；
（7）未出现氮气压力低低报情况；
（8）未出现氢气压力低报或低低报情况；
（9）未出现风机运行情况下空气压力低报情况；
（10）未出现点火燃烧失败确认情况；
（11）未出现锅炉烟道调节阀非正常关闭情况；
（12）没有出现鼓风机跳闸停机情况。
氢气锅炉点火过程是程序逻辑控制(PLC)的，当风机启动后MFT键已经复位，表明锅炉的点火已经具备安全条件，所以这时可选择燃料 （H2或H2+CH4或CH4三种）和选择自动 （或手动）点火方式进行点火。氢气锅炉点火过程流程参见图5。
