燃氫蒸汽鍋爐的安全技術 上海德洲科技發展有限公司董事長黃貴德中國氯堿網2011年6月 目錄 氫氣能源利用的現狀和安全技術概述氫氣能源回收利用中的不安全因素和對策關于進一步安全回收利用氫氣能源的建議建設燃氫蒸汽鍋爐的新型服務模式附件 一 氫氣能源利用現狀和安全技術概述 氫氣能源回收利用的現狀 2002年第一套燃氫蒸汽鍋爐在上海氯堿化工股份有限公司建設獲得成功 這是國內外的首創 為此上海氯堿化工股份有限公司 上海工程化學設計院聯合申請了專利 現在行業內建有21套裝置 2005年起由我公司將氫氣直接引入已有爐窯設備 與煤 燃氣 燃料油混合燃燒實現有序回收利用 以替代和節約其它燃料 實現節能減排 現已在行業內建有12個系統與裝置 還有以氫氣為能源直接為反應釜提供熱源 完成工藝過程 以及用于垃圾 有害物質 焚燒爐 對垃圾進行焚燒處理 對有害物質進行熱力分解變無害排放 現在建有9個系統與裝置 經檢索歐洲也有20 的副產氫氣放空處理 沒有回收利用 因此 氫氣作為能源利用建立蒸汽鍋爐這是中國的首創 現在的氫氣燃燒技術已非常先進 完善 安全可靠 燃燒器與燃燒系統配置 儀表控制 鍋爐結構規格均已成系列化 已定型化標準化 燃燒器的設計和制造技術已達到很高的水平 處理能力 最小的單機處理量為100Nm3 h 最大的13000Nm3 h 這是單機的處理能力 以上是行業氫氣能源回收利用和技術設備的現狀 氫氣作為能源利用其產出的經濟效益雖然不能與它作為化工原料產出的經濟效益比 但下面一組數字可以看出氫氣利用也有很好的經濟效益和社會效益 通過上述的介紹可以得出這樣的結論 氯堿行業利用氫氣能源已走出了堅實的一步 但還沒有形成一種共識 全面的展開 究其原應 領導還是對安全有顧慮 另外投資大 產生的經濟效益雖好 但在企業內的比重不大等 但我相信隨著時間的推移 技術的進步 企業管理的進一步開源節流 國家政策的要求 供需雙方的密切配合 氫能回收利用一定會得到廣泛的重視 一定會結出豐碩的果實 那么氫能回收利用技術能否安全呢 能否讓大家放心呢 氫氣的爆炸范圍廣 燃燒速度奇快 是天然氣的8倍 極易發生回火 這些大家都知道 以往發生的許多大小不等的事故大家都聽到過 還有氫氣燃燒時的火焰界面溫度高達2000 以上 足以溶解任何金屬 由于氫能利用的核心關鍵設備即氫氣燃燒器與燃燒系統從2002年的第一套到現在已得到了極大的完善和提高 我總結了一下已到了第四代 加上鍋爐 控制系統基本已定形化 開車調試操作已積累了豐富的經驗 這些都是安全的保證 現在的燃燒技術與燃燒系統解決了氫氣爆炸范圍廣 燃燒速度快的特性 不會爆炸 不會回火 不會融化金屬 同時做到了燃燒工況的寬范調節和控制 實現系統裝置長周期穩定運行 因此氫能回收利用技術是可靠的安全的 成熟的 請各位放心大膽的使用 下面我就羅列一下不安全的幾個因素 第一 我們對燃氫技術的宣傳介紹力度不夠 再加上某些企業的市場擾亂 唯利是圖 使得我們的用戶真假難分 例如以國產仿制的氫氣燃燒器假冒進口的 以一種規格代替甚至全覆蓋其余規格產品 大的作小的用 來蒙騙用戶 為什么呢 說到底還沒有真正掌握這方面的技術 開發不出系列產品 仿冒一定是不到位的 燃燒系統一定是不匹配的 這樣容易造成燃燒盤燒壞 小的爆炸極易發生 停運不斷 第二 某些企業出于利益驅使 采用一定手段 以傳統的已落后的不匹配的產品提供給用戶 以低價的手段取得項目 造成日后操作不便 運行不穩定 備件消耗大 維護工作量大 埋下安全隱患 第三 實際性能達不到設計要求 一旦負荷提到70 80 以上時 不僅蒸汽含水量過高 品質降低 而且各種不安全現象就表現出來了 據我估計大多數裝置產汽量不足七成 二 氫氣能源回收利用中的不安全因素和對策 氫氣能源回收利用系統的組成 氫氣燃燒器與燃燒系統 儀表與控制系統 爐窯設備和氫氣的收集處理輸送系統四部分 每個部分都應按規定生成 各部分間性能要匹配 不然 會存在不安全的因素 下列是可能存在的不安全因素 第一 氫氣收集處理輸送系統 管路出現負壓 泄漏 冷凝水積聚 含酸堿成分超標 氫氣中含水率大于1 溫度大于60 增壓輸送超過允許值時 輸送管道內氫氣流速大于12m s 管道內有安裝殘留垃圾 接地電阻過高 沒有安全放空管和阻火裝置 氮氣置換和取樣檢測口設置不合理等 這些都是不安全因素 弄不好 或未及時發現就有發生事故的可能 針對上述這些不安全因素 要一一對應給予檢查 整改 排除 具體方法見PPT的附件一 第二 燃燒器與燃燒系統的不安全因素和對策 這是燃氫蒸汽鍋爐保證安全的核心所在 燃燒器的設計制造必須與不同的爐型 出力 燃料成分參數 環境氣象條件等相匹配 燃燒器不是常見的燃氣噴嘴 它必須將氫氣進行強制混合 達到100 燃燒率 燃燒器必須具有導流 強制混合 負荷調節 聯動控制等功能 燃燒系統的高壓 低壓 切斷 檢漏 放空 穩壓 阻燃等設備和系統配置要完整 而且要相互匹配 系統布置必須緊湊 合理 周圍環境空氣流通 建成的燃氫蒸汽鍋爐70 存在與上述要求不符的不安全因素 特別是配置問題 以燒嘴或普通燃氣燃燒器代替氫氣燃燒器 以仿制品代替 結構固化 千篇一律 一成不變 以不變應萬變 實際不匹配 且燃燒火焰的控制可調性差 安全控制點設置不完整 隨意性大 不規范 凡此種種 若不給予整改消除隱患 弄不好就會發生事故 屆時后果就嚴重了 那么如何整改呢 具體就不在這里講了 可看PPT附件二 第三 燃氫爐窯存在的不安全因素與對策 其一 采用標準型爐窯結構 完全不考慮氫氣燃燒時燃燒速度快 煙氣膨脹速度 沖擊力強等特性 其二 存在燃燒火焰尺寸調節比等參數可調性差 造成爐膛 熱交換布置與燃燒狀態不相匹配 其三 泄爆口設置位置不合理 泄爆口數量和面積不夠 爐內有死角 氫氣易積聚 爐內壓不穩 燃燒不穩 還有片面的考慮了消除氫氣積聚問題而忽視了爐窯基本性能和效率 結構很不合理 一旦提升負荷 長期運行 危險的現象就會產生 綜上所述都是爐窯不安全因素的具體表現 怎么來解決呢 請各位看PPT的附件三 第四 自動控制系統的不安全因素與對策 自控系統具有二大突出的功能 1 對整個系統的運行參數進行檢測 監視和調節使系統運行正常 2 保證系統安全運行 從總結角度也有下列不安全因素和隱患 在系統內安全控制點設置不完整 隨意性大 不規范 采用普通型燃氣燃燒器的控制程序 完全不適合氫氣燃燒的特性 還有現場儀表的選型不合理 材質不符合要求 控制儀表的精度低 選型不匹配 控制元器件選擇抵擋產品 品質差 施工安裝接線也有不少安全隱患存在 如何解決這些不安全因素請各位參見PPT附件四 第五 管理不嚴 操作不妥造成的不安全因素和對策 比如一開始就沒有選擇系統完整 配置合理 性價比高的技術和產品 為日后埋下安全隱患 設備投運后操作規程不全 制度不嚴 操作人員沒有上崗證 備品配件管理不全等都是不安全因素 如何解決呢 請看PPT附件五 三 關于進一步安全回收利用氫氣能源的建議 2010年5月 行業協會領導要求我公司進一步提高氫氣能源回收利用技術的安全性和可靠性 不久 上海氯堿化工股份有限公司 上海化學工程設計院與上海德洲科技發展有限公司三方簽訂了合作協議 我公司獲燃氫蒸汽鍋爐專利產品實施許可權 為此我公司盡可能的為行業安全服務好 為節能減排多做貢獻 我公司認真總結了近10年的技術和服務工作 現在我告訴大家 系統中的鍋爐自控系統已定型 但是針對不同的工況必須對燃燒器作逐一微調設計 產品從2噸 h 35噸 h已成系列 處理能力從100Nm3 h 13000Nm3 h 這里要著重提及知識產權的問題 浙江某企業嚴重侵犯上海氯堿化工股份有限公司的知識產權 背地里隱瞞實情 為用戶提供服務 把用戶一起拖進侵權行列 上海氯堿正在進行維權行動 建議如下 第一 建議在行業內對已經建設投入運行的裝置組織一次安全檢查 提出整改意見 并立即消除隱患 第二 在普查的基礎上組織有關專業人員制定氫能利用與設備系統的安全規程 第三 對于即將新建的系統和裝置 望重要把好下面這些環節 首先要尊重知識產權 選用真正的專利產品 系統生成要嚴格按照安全規程要求進行設計 設備配置 認真施工安裝和精心調試 對于操作人員必須經嚴格培訓合格者上崗 第四 備品配件主要是氫氣燃燒器的備品配件 其關鍵部件按照十年使用期的要求 在簽訂合同時就給予配齊帶上 同時供應商對易換的常規配件要備有一定數量放在倉庫內 供用戶隨時需要之用 還要規定在12小時或24小時必須送達 真正把備品配件工作重視起來 確保裝置安全運行 關于備品件今后怎么定價 管理可以一起商定 第五 供應商在新建裝置投運后怎么保證提供優質的售后服務 我想按照事故突發和正常運行二種狀態下進行不同的處置 就是在突發事故時 售后人員最遲不得超過36小時趕到現場進行處理 正常狀態下一年內作二次巡檢和參數整定以及現場進行交流培訓 把事故苗子提早發現 及時消除 第六 定期組織召開專業會議進行交流 提高管理使用水平 氫氣作為能源回收利用基本模式已形成 就是新上爐窯裝置或利用現有爐窯設備改造利用 二種利用方式在行業內部得到了證實是切實可行的 為此 我認為可以縮短方案論證 市場考察 技術談判與簽協 施工調試等建設周期 搶時間多出效益 多放空1000Nm3 h氫氣一天就是少收入1萬元錢呢 四 建設燃氫蒸汽鍋爐的新型服務模式 十年來每建設一套裝置都很難 論證時間特別長 究其原因是害怕氫氣燃燒時的不安全性 各級領導負不起這個責任 很難下決心 其次建一套10T h蒸汽爐需投資400 500萬元 也不是小數 對企業有一定的壓力 2010年4月國務院辦公廳轉發發改委財政部等四部委聯合文件 推行合同能源管理 促進節能服務產業的發展 鼓勵企業用合同能源服務模式為企業提供服務 也就是能源服務公司出錢出技術和設備 在用戶的場地建設回收裝置 產出的蒸汽交用戶使用 產出的效益按比例分成 雙方可享受國家許多優惠政策和獎勵 我司認為這樣可完全消除了用戶單位對安全問題的擔心以及經濟壓力 也可大大縮短項目的建設周期 無疑是雙方共贏的舉措 在此 我利用這個講課平臺 向全國有氫氣 電石氣 磷化工尾氣 焦爐煤氣或其它可燃廢氣排放的企業宣布我公司將推出此項服務 目的是與你們一起在廢氣能源回收上作出貢獻 為節能減排的世界課題 作為一個專業公司盡到自己的職責 我公司有成熟可靠的專利和核心燃燒技術支持 有成系列的先進的成套設備作保駕 有十年豐富的系統生成 開車調試和售后服務的經驗作保障 有財團經濟的支持 我們在此向行業和各企業領導承諾我公司按國務院精神一定能服務好 最后給大家打一個招呼 氫氣利用已十年 安全隱患不少 配件管理不嚴等都是不安全因素 如何解決 請看PPT附件五 應該由行業協會等機構組織專業會議 采取措施防范于未然 附件一 氫氣收集處理輸送系統安全對策 整個氫氣處理輸送系統 必須保持正壓 以避免萬一管路有泄漏 出現空氣吸入系統 使含氧量超過氫氣的爆炸極限 極易造成爆炸 同時 由于管路產生負壓 直接影響前道的生產正常運行 造成生產停車 造成企業重大生產事故 對氫氣處理與輸送系統全程各段合適位置進行壓力在線檢測與控制 并設連鎖保護 確保系統正壓 氫氣處理輸送系統在安裝結束后 必須進行嚴格的氣密性試驗 絕不允許出現任何泄漏點 系統投運前嚴格的氣密性試驗是防止泄漏的保障 同時系統管道需架空露天敷設 有條件的企業 可隨程適當設置氫氣報警探頭 管道外層做好防腐處理 建立維護和檢查機制 氫氣輸送過程中 管線需按規定設置冷凝水排放管 不能出現冷凝水積聚點 在氫氣輸送過程中 保證冷凝水排放點 選擇以及設置間距的合理性 北方地區需設伴熱 同時管道必須水平無坡度敷設 采用偏心大小頭 管程無死角 保證不會產生冷凝水積聚 氯堿企業富余氫氣一般含堿 經水洗脫堿后 基本已脫去氫氣中堿性物質 但為滿足后部燃燒系統要求 仍要保證處理的效率 對氫氣預處理系統脫酸 堿裝置的選擇必須嚴格設計計算后確定參數 保證設備能高效工作 同時制定嚴格的操作規程 加強操作人員責任意識 做好定期測試 隨時監控 確保氫氣的品質 對氫氣中的含水率需要進行控制 否則影響燃燒溫度 設置合理的脫水裝置和采用合理的脫水方式至關重要 氫氣預處理工段過后 飽和水含量較高 必須進行脫水處理 常用的是冷凝水法 以冷凍水作為冷媒 同時選擇合適氫氣流速的冷凝塔 保證基本脫去氫氣中的水分 氫氣從生產工段收集 處理 增壓后需要對溫度進行控制 因為這將影響后道使用系統設備的正常工作 在選擇冷凝脫水塔的時候 對氫氣脫水后的溫度也是一個選型參數要求 氫氣輸送進入鍋爐站 必須以較穩定的燃燒系統要求的壓力提供 是氫氣燃燒穩定的必要條件之一 氫氣從生產工段收集出來一般壓力很低 要進行輸送和后道處理使用必須進行增壓 于是增壓設備的選擇以及根據不同氫氣使用點的壓力要求 必須進行系統壓力控制與連鎖保護 前面第一點我們講的是低壓保護 現在是高壓保護 高壓保護也可通過水封 安全防爆膜等方式進行保護 氫氣在管路中的流速 必須嚴格按照化工部頒布的設計規范標準取值 控制在安全流速范圍內 根據規范要求 合理選擇流速范圍 正確計算確定輸送管徑大小 同時根據處理效果要求 準確計算氫氣在預處理裝置內的流速 這是保證氫氣輸送安全和處理效果的前提 防雷 防靜電是整個系統中必須注意的問題 在做好接地 跨接之后 必須對系統各段 各點嚴格檢測 安裝完成后 為保證設備長周期安全 可靠運行 必須進行足夠時間的吹管 徹底清除管路系統內的垃圾雜質 整個氫氣處理輸送系統 必須要在合理的位置設置放空連鎖和阻火裝置 這是系統安全的最后一道防線 要使氫氣處理輸送系統進行氮氣置換徹底 無殘留死角 同時取樣口取樣能準確 必須對氮氣置換和取樣口的位置合理設置 附件二 燃燒器與燃燒系統的安全對策 燃燒系統的生成應有調節裝置 切斷裝置 檢測裝置 導流混合裝置 點火裝置組成 而且每個裝置的組成又需根據使用的實際工況進行選擇 整個系統需緊湊 布局不能拉得過長 每個裝置設備的前后次序和間距必須合理 安全 符合規范要求 根據氫氣使用安全規范要求 燃燒系統的燃燒頭結構 閥組 執行器 監測設備等必須采用規范要求的形式和材質 而且型號規格結構及參數的選擇 是必須要根據實際使用工況參數進行精確計算后確定的 不是千篇一律 一成不變的 氫氣的燃燒速度快 火焰高溫區靠近發火點 就這個特性就完全不同于其他常規燃氣 而且要適應這些特性 必須從混合效果 方式 以及材質等多方面對燃燒器進行徹底改變 專門設計 否則燃燒器很容易損壞 并出現安全事故 現在有些供應商為減少成本 測繪了其他優質品牌的氫氣專用燃燒器的一種規格 試想 一種規格形式的燃燒器怎能覆蓋所有使用要求 更何況測繪根本就無法掌握真正的技術精髓 這是一種很危險的做法 氫氣的燃燒利用還應對燃燒狀態進行靈活的調整 以求與鍋爐有最佳匹配性 匹配性差 除浪費能源外 更重要的是會損壞鍋爐 造成安全事故 現在很多用戶使用的燃燒器 燃燒狀況調整范圍很小 滿負荷運行時 鍋爐損壞的危險性很大 有些用戶采用提高過剩空氣系數來控制火焰 這樣做的結果是能效很低 煙氣流速過快 長期運行同樣也會損壞鍋爐 為了向用戶交差 有些供應商往往采用流量計參數來修正 使用虛假數據蒙混過關 氫氣燃燒系統的運行不能采用手動操作 所謂的手動操作僅是指負荷調節的手動操作 因此 在燃燒系統中需要配置齊全自動執行機構 包括各種監檢儀表 綜上所述 要想徹底解決燃燒器與燃燒系統中的不安全因素 就必