循环流化床锅炉掺烧氢气技术的安全应用.pdf
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8余热锅炉20142循环流化床锅炉掺烧氢气技术的安全应用杭州II缶j工环保热电有限公司许钦宝摘要本文从循环流化床锅炉掺烧氢气的技术方案确定、组织实施过程、主要工艺流程、运行操作要点、安全措施落实、存在的问题及解决办法等全面阐述130th高温高压循环流化床锅炉掺烧氢气技术在临江热电成功应用的案例。
循环流化床锅炉掺烧氢气是一项创新的高效、节能、环保燃烧技术,掺烧案例属国内首创,具有明显的经济效益,值得推广应用。
关键词循环流化床锅炉掺烧氢气技术安全应用1概述杭州临江环保热电有限公司供热设备建设规模为4台型号NG-13098-M5的高温高压循环流化床锅炉由杭州锅炉集团股份有限公司制造生产,主要为工业园区企业提供动力和工艺蒸汽。
由于杭州电化集团搬迁至萧山临江l业园区后进行产业转型升级,工艺过程中产生人量富余高纯度氢气,排空处理,浪费很大。
为了解决这一问题,杭州临江环保热电有限公司与杭电化集团协商采用循环流化床锅炉掺烧氢气,以燃煤为主掺烧氢气为辅,以解决氢气排空的浪费问题。
通过掺烧氢气有效回收了这一部分清洁能源,使其变废为宝。
氢能被誉为21世纪的“清洁能源,燃烧后对环境不产生任何污染物,循环流化床锅炉掺烧可燃气体技术是一种很好的能源综合利用的方式。
但氢气具有易燃易爆特性,属于危险品,国家对氢气使用有严格规定,同时循环流化床锅炉掺烧高纯度氢气国内尚无先例。
为了该项氢气掺烧技术的顺利安全实施,采取有效措施成功将杭州电化集团有限公司富余氢气通过管道输送接入至电厂、3锅炉,并与另外两台同型号未改造的锅炉进行对比试验,证实了燃用氢气可以有限提升锅炉热效率,减少煤耗和污染物的排放。
2锅炉本体改造说明21燃烧器布置位置的合理选取锅炉整个炉膛从结构上分为上、下两部分,以标高12987ITUTI、12410nlm为界,下部纵向剖面由前、后墙水冷壁与水平面相交78。
后而成为梯形。
循环流化床锅炉的磨损很大,特别是在炉膛变截面区,由于颗粒的变向造成局部的磨损更加的严重,因此在分界处(12987mm)以下均敷设55mm的刚玉莫来石耐火耐磨可塑10余热锅炉2014231掺烧方案为了使炉膛内的温度场更加均匀,本方案采用从水冷壁左右两侧墙将氢气送入炉膛燃烧。
同时,为了防止炉膛和氢气燃烧器的磨损,将燃烧器的位置设在下部耐火浇注料内。
结合本项目的实际情况采用:
在炉膛水冷壁左右两侧标高为11800mm的地方,分别设置个氢气燃烧器(左、右墙对称布置。
氢气燃烧器采用燃氢专用燃烧器轴向旋流叶片式稳焰器技术进行充分燃烧)。
氢气在空气当量燃烧时的火焰温度为1430C,由于燃烧器远离给煤区,因此有效地避免了煤颗粒的高温烧结。
氢气燃烧器助燃风由一次热风提供,风温为l30150,每台炉掺烧氢气所需燃烧空气量仅为8440Nm3h,有效地避免了因调节负荷引起的助燃风量变化,并且能够使燃烧器得到充分的冷却,防止该区域内较高炉膛温度对燃烧器本体的损坏。
32主要工艺流程从一外氢气管网来的氢气通过隔离阀及一一系列调节阀控制后,将一定压力、流量的氢气送入燃烧器,每台燃烧器的额定设计补燃量为893Nm3h。
氢气来自区的氢气管道,由母管引出2路分支管,分别进入舵、f3锅炉的控制阀组。
氢气经过调节阀组减压至60kPa左右进入燃烧器。
每台燃烧器的点火管路和主燃管路均设置气动快速切断阀,用于异常情况下快速切断燃气。
在母管、点火管路及主燃管路均设置自动排空阀,在异常情况时将氢气排空,确保安全。
每台锅炉的分支母管引出2路点火管路和2路主燃管路,分别进入左、右侧燃烧器。
每炉的分支母管上设置流量计、气动调节隔膜阀,用于调节燃烧器的氢气掺烧量。
此外,在燃烧器前设置阻火器,防止氢气压力低时出现“回火”危险。
每台燃烧器设有1套紫外线火焰检测器,实时监测燃烧器的燃烧状态。
从锅炉一次热风管接入13O15O助燃风的管道上设置气动调节蝶阀,根据氢气燃烧情况调整供风量,在锅炉运行不掺烧氢气的情况下,对燃烧器进行冷却保护。
4控制系统及操作要点41控制系统锅炉按照数据分散自动采集、设备分散自动控制、信息和管理集中操作的控制模式。
通过DCS系统的入机界面操作站及其实时监控软件,实现过程控制的操作与监控功能。
技改后每台炉增加配置l套PLC程序控制柜用于控制两套燃烧器系统,实现锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)的功能;并增设2台就地控制柜对氢气燃烧器就地点火控制。
根据氢气掺烧工艺要求及锅炉生产操作特点,对生产过程中的重要参数进行自动调节或集中显示,采用PLC程序控制进行监测,主要对锅炉中各系统的温度、压力、水位、阀门开关、火焰监测等参数进行监控,并对其实行监视及报警,同时能在操作站上显示流程图、趋势图、数据一览、报警一览等画面并打印报表。
4-2氢气系统主要操作步骤乱管道的吹扫及置换余热锅炉2014211为了掺烧时氢气纯度达到要求,避免出现混燃爆炸事故,启动前必须进行管道的吹扫和置换。
氮气置换空气。
从厂外管道置换口通入氮气,从锅炉前排空阀排放管内气体,注意氢气管道压力变化,压力稳定后15分钟进行第一次取样,如不合格,每过5分钟取样,连续两次合格后,停用氮气并保压。
(氮气纯度大于97)氢气置换氮气。
打开炉前各排空阀,注意氢气管道压力变化,压力稳定后15分钟进行第1_一次取样,如不合格,每过15分钟取样,连续两次合格后,关闭所有排空阀。
(H,纯度大于99)燃烧器吹扫:
检查并确认燃气阀门处于关闭状态;先将燃烧器的风门打至全开位,进行燃烧器吹扫,吹扫至少5分钟:
将燃烧器空气调节挡板微开(开至约15处)有微风。
b燃烧器点火检查DCS画面点火是否允许,并再次确认锅炉是否稳定运行允许投用燃烧器,炉膛负压自动调节改为手动调节,并且负压比正常运行适当大一些,检查锅炉MFT保护投运。
调整助燃风风门在点火位置开度510之间,风量(10001500)m3h。
调整主喷嘴进气气动调节阀在点火位置(阀门开度位置100o-20),主喷嘴进气气动调节阀后压力大于25kPa。
检查氮气站是否在备用状态,压力正常(80100)kPa,,并投运对主喷嘴进气角阀2后至炉膛氢气管道置换。
启动点火枪,开启点火阀2,确认点火是否成功,DCS画面监视到火焰,巡检人员现场确认,确认点火器是否退出。
画面监视到火焰稳定后,开启主喷嘴进气角阀2,同时关闭氮气置换阀,确认燃烧正常后,及时调整主喷嘴进气气动调节阀和助燃风,保证氢气燃烧器燃烧正常,同时调整锅炉燃烧。
氢气燃烧器第一只运行正常运行后,在投运另一侧燃烧器前适当开大主喷嘴进气气动调节阀,确保在启动另一侧燃烧器时第一只燃烧器正常运行。
投运正常后炉膛负压自动投运,氢气燃烧器及锅炉参数正常后,氢气燃烧器MFT投运。
42_3负荷调节负荷通过燃气阀门和空气阀门来调节。
如负荷不够时,先开大空气阀门,再调节燃气阀门,观察火熘I青况,逐步增大燃烧器热负荷,直至炉温正常且燃烧效果良好为止;如负荷过高时,应先关小燃气阀门,再调节空气阀门,观察火焰情况,逐步减小燃烧器热负荷,直至炉温正常且燃烧效果良好为止;若采用自动调节时,调节系统的执行机构直接控制调节阀来完成。
注意:
急剧增加或减小空气量,都会导致燃烧异常,甚至熄火,所以对燃气和空气的调节量不能过大,必须分几次反复操作。
通过观察火焰的颜色来判断燃气和空气的混合比例是否合适,一般火焰颜色以蓝紫色为好,或根据燃烧声音来判断,若空气量过少,则燃烧声音低:
相反,若空气量过多,则会发出很高的断连声。
12余热锅炉20142手动或自动调节引风机挡板或风机频率,以保持正常的炉膛压力。
424停用锅炉作必要调整,保持锅炉燃烧稳定。
适当降低主喷嘴进气气动调节阀后压力,调整助燃风风门。
先关闭一侧主喷嘴进气角阀2,再停运点火枪,调整主喷嘴进气气动调节阀保持氢气压力稳定,调整锅炉燃烧稳定后再停用另一侧氢气燃烧器,调整助燃风。
非正常情况(停运时间小于2小时),氢气管道采用氢气保压压力为(6080)kPa。
正常停运或者停运时间超过2小时,停运后进行氮气置换,点火管路及主管路排空阀打开置换。
氮气置换合格后,关闭所有排空阀、紧急切断阀和点火阀I、角阀1,氢气管道氮气保压压力为(5080)kPa。
5安全保护措施因为氢气无色、无臭、无味,氢气比窄气轻,氢气与空气混合容易形成爆炸性混合物等特性。
锅炉掺烧氢气必须完善其安全保护系统。
采取的主要措施有:
1)必须在锅炉稳定运行工况,且炉膛温度大于850C后再进行氢气掺烧,确保送入的氢气彻底燃烧-T净;2)燃烧器前设置监控装置,确保气体流出速度大于火焰传播速度,防止“回火”。
另外,每个燃烧器还设置阻火器,进一步防止产生“回火”。
3)联锁保护。
在锅炉异常运行(T)、火焰检测无信号、氖气力过低时,都必须进入联锁程序,紧急切断氢气,打开放空阀,开启氮气置换。
4)静电消除。
氢气管道所有阀门,仪表均进行静电跨接,并且接地,有效地避免静电摩擦产牛火花,防止引起爆炸。
另外,氢气管道设置高空放空装置以及防雷设施。
5)氢气报警装置。
为防止氢气管道、法兰等泄漏时造成爆炸火灾事故,在燃气管道操作台上安装固定式氢气报警仪,并将声光报警信号接入控制室。
同时,还配备了便携式氢气报警仪,方便巡检人员检查设备管道是否有泄漏情况。
一旦报警仪报警,及时进行处理。
6)在氢气燃烧器中设有点火枪和丰火枪,点火时先点燃点火枪再点燃主火枪,提高点火成功率。
如果点火失败,必须完成吹扫后方可进行下次点火。
7)设有氢气燃烧安全保护系统,它能在锅炉正常运行和启动、停止等运行方式下,通过连锁使氢气燃烧系统中有关部件按照既定的合理程序完成必要的操作或处理未遂事故,以保证锅炉炉膛及燃烧系统的安全,它将在防止由于运行人员误操作及设备故障时引起的人身伤害、设备损坏方面起重要保障作用。
8)锅炉区域侧氢气管道设分析取样口、吹扫口,置换用惰性气体管道设分析取样口,供人工取样分析。
置换气体采用氮气,其中氧气的体积分数不超过3。
氢气系统内氧或氢含量至少连续2次分析合格,氨的体积分数小于或等于04时罱换结束。
9)氢气主气枪及点火气枪管路均设发散设施,当危机状况时,锅炉区域内的气动关断余热锅炉20142阀迅速动作,同时对管内氢气进行发散。
1o)氢气管道布置架空管,氢气管道采用无缝钢管,管道连接采用焊接,架空部分采用碳钢管道,碳钢与不锈钢连接部分为法兰连接。
11)氢气管道施工及检验符合国家相关规定,它包括在材料招标、施工工艺、及施工结束强度试验、气密性试验、泄漏量试验。
12)厂区管道设置切断阀及放散阀,传动方式均为气动,在危机状况下,切断外来气源并将厂区氢气快速放净。
13)氢气管道投运及检修严格按照规范用氮气进行吹扫和置换,合格后投入使用和检修。
14)在锅炉爆炸危险性区域内的电气仪表选用防爆型或隔爆型。
6效果分析单台锅炉掺烧的氢气量为1780Nm3h,氢气热量占锅炉总热量比约为488,掺烧后燃烧空气量I士纯烧煤时的143684Nmh减少为掺烧氢气时的142926Nm,而烟气量由纯烧煤时的159346Nmh,减少为掺烧氢气时的157925Nmh,锅炉空预器出口的烟气温度由纯烧煤时的143降低为掺烧氢气时的142C,锅炉效率由纯烧煤时的905提升为9071。
此外,由于氢气是新时期的清洁能源,氢气的燃烧产物仅为H:
O。
替代部分燃煤可以有效地降低二氧化硫、氮氧化物和烟尘等污染物的排放量,此次改造完成后,单台锅炉每年可减少_氧化硫(so:
)排放11】36吨年,氮氧化物(NOx)减排66816吨年。
7结束语根据调研和资料核查,130th循环流化床锅炉在氢气掺烧改造方面,国内尚无先例,因此我公司在氢气掺烧改造工程的设计、施工以及运行过程中对系统的安全l生予以格外注意。
在本次氢气燃烧器技改过程中,认真贯彻各项方针政策,切实采取防火、防爆安全技术措施;认真分析比较,采用先进、合理的氢气生产流程和设备;氢气是易燃气体,且着火、爆炸范围宽,下限低,今后安全生产十分重要。
为确保技改后安全生产,节约能源,保护环境,满足生产要求,做到技术先进,经济合理,施工、运行过程中须熟悉规范和标准规定的安全措施并严格执行各项要求。
经过前期充分的技术准备,严格的施工管理,精心的调试运行操作,切实的采取安全措施,最终使循环流化床锅炉掺烧氢气成功地在临江热电得以实现应用。
在循环流化床锅炉中掺烧氢气,能够提高锅炉设备及整个电厂的经济效益和能源利用率,是一次清洁能源利用的成功尝试,具有定的推广应用价值。
参考文献1李江循环流化床锅炉掺烧燃气的应用J】西安:
西安化工,2012(4):
5455【2】王海峰、郑学军、张为强循环流化床锅炉掺烧高炉煤气的应用中国环保产业,2009(9):
27-30
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