燃氢蒸汽锅炉的安全技术

燃氢蒸汽锅炉的安全技术上海德洲科技发展有限公司董事长黄贵德中国氯碱网2011年6月目录•氢气能源利用的现状和安全技术概述•氢气能源回收利用中的不安全因素和对策•关于进一步安全回收利用氢气能源的建议•建设燃氢蒸汽锅炉的新型服务模式•附件一、氢气能源利用现状和安全技术概述氢气能源回收利用的现状：2002年第一套燃氢蒸汽锅炉在上海氯碱化工股份有限公司建设获得成功，这是国内外的首创，为此上海氯碱化工股份有限公司、上海工程化学设计院联合申请了专利，现在行业内建有21套装置；2005年起由我公司将氢气直接引入已有炉窑设备，与煤、燃气、燃料油混合燃烧实现有序回收利用，以替代和节约其它燃料，实现节能减排，现已在行业内建有12个系统与装置；还有以氢气为能源直接为反应釜提供热源，完成工艺过程；以及用于垃圾（有害物质）焚烧炉，对垃圾进行焚烧处理，对有害物质进行热力分解变无害排放，现在建有9个系统与装置。经检索欧洲也有20%的副产氢气放空处理，没有回收利用。因此，氢气作为能源利用建立蒸汽锅炉这是中国的首创。现在的氢气燃烧技术已非常先进、完善、安全可靠。燃烧器与燃烧系统配置、仪表控制、锅炉结构规格均已成系列化，已定型化标准化。燃烧器的设计和制造技术已达到很高的水平。处理能力：最小的单机处理量为100Nm3/h,最大的13000Nm3/h。这是单机的处理能力。以上是行业氢气能源回收利用和技术设备的现状。氢气作为能源利用其产出的经济效益虽然不能与它作为化工原料产出的经济效益比，但下面一组数字可以看出氢气利用也有很好的经济效益和社会效益。烧碱规模副产H2产蒸汽节省外购蒸汽费用120元/吨节约煤节约LNG减少CO2排放10万吨/年2640万Nm3/h11万吨/年1320万元/年12300吨/年847万元/年33260吨/年通过上述的介绍可以得出这样的结论，氯碱行业利用氢气能源已走出了坚实的一步，但还没有形成一种共识，全面的展开。究其原应，领导还是对安全有顾虑，另外投资大，产生的经济效益虽好，但在企业内的比重不大等。但我相信随着时间的推移、技术的进步、企业管理的进一步开源节流、国家政策的要求，供需双方的密切配合，氢能回收利用一定会得到广泛的重视，一定会结出丰硕的果实。那么氢能回收利用技术能否安全呢？能否让大家放心呢？氢气的爆炸范围广，燃烧速度奇快，是天然气的8倍，极易发生回火，这些大家都知道，以往发生的许多大小不等的事故大家都听到过；还有氢气燃烧时的火焰界面温度高达2000℃以上，足以溶解任何金属。由于氢能利用的核心关键设备即氢气燃烧器与燃烧系统从2002年的第一套到现在已得到了极大的完善和提高，我总结了一下已到了第四代，加上锅炉、控制系统基本已定形化，开车调试操作已积累了丰富的经验，这些都是安全的保证。现在的燃烧技术与燃烧系统解决了氢气爆炸范围广，燃烧速度快的特性，不会爆炸，不会回火，不会融化金属，同时做到了燃烧工况的宽范调节和控制，实现系统装置长周期稳定运行。因此氢能回收利用技术是可靠的安全的、成熟的，请各位放心大胆的使用。下面我就罗列一下不安全的几个因素：第一、我们对燃氢技术的宣传介绍力度不够，再加上某些企业的市场扰乱，唯利是图，使得我们的用户真假难分。例如以国产仿制的氢气燃烧器假冒进口的、以一种规格代替甚至全覆盖其余规格产品、大的作小的用，来蒙骗用户，为什么呢？说到底还没有真正掌握这方面的技术，开发不出系列产品。仿冒一定是不到位的，燃烧系统一定是不匹配的，这样容易造成燃烧盘烧坏、小的爆炸极易发生、停运不断。第二、某些企业出于利益驱使，采用一定手段，以传统的已落后的不匹配的产品提供给用户，以低价的手段取得项目，造成日后操作不便，运行不稳定，备件消耗大，维护工作量大，埋下安全隐患。第三、实际性能达不到设计要求，一旦负荷提到70～80%以上时，不仅蒸汽含水量过高、品质降低，而且各种不安全现象就表现出来了。据我估计大多数装置产汽量不足七成。二、氢气能源回收利用中的不安全因素和对策氢气能源回收利用系统的组成：氢气燃烧器与燃烧系统、仪表与控制系统、炉窑设备和氢气的收集处理输送系统四部分。每个部分都应按规定生成，各部分间性能要匹配。不然，会存在不安全的因素。下列是可能存在的不安全因素：第一、氢气收集处理输送系统，管路出现负压、泄漏、冷凝水积聚、含酸碱成分超标、氢气中含水率大于1%、温度大于60℃、增压输送超过允许值时、输送管道内氢气流速大于12m/s、管道内有安装残留垃圾、接地电阻过高、没有安全放空管和阻火装置、氮气置换和取样检测口设置不合理等，这些都是不安全因素，弄不好，或未及时发现就有发生事故的可能。针对上述这些不安全因素，要一一对应给予检查、整改、排除。具体方法见PPT的附件一。第二、燃烧器与燃烧系统的不安全因素和对策。这是燃氢蒸汽锅炉保证安全的核心所在。燃烧器的设计制造必须与不同的炉型、出力、燃料成分参数、环境气象条件等相匹配；燃烧器不是常见的燃气喷嘴，它必须将氢气进行强制混合，达到100%燃烧率；燃烧器必须具有导流、强制混合、负荷调节、联动控制等功能。燃烧系统的高压、低压、切断、检漏、放空、稳压、阻燃等设备和系统配置要完整，而且要相互匹配。系统布置必须紧凑、合理、周围环境空气流通。建成的燃氢蒸汽锅炉70%存在与上述要求不符的不安全因素；特别是配置问题：以烧嘴或普通燃气燃烧器代替氢气燃烧器；以仿制品代替，结构固化，千篇一律，一成不变，以不变应万变，实际不匹配。且燃烧火焰的控制可调性差；安全控制点设置不完整，随意性大、不规范；凡此种种，若不给予整改消除隐患，弄不好就会发生事故，届时后果就严重了。那么如何整改呢？具体就不在这里讲了，可看PPT附件二。第三、燃氢炉窑存在的不安全因素与对策。其一、采用标准型炉窑结构，完全不考虑氢气燃烧时燃烧速度快、烟气膨胀速度、冲击力强等特性；其二、存在燃烧火焰尺寸调节比等参数可调性差，造成炉膛、热交换布置与燃烧状态不相匹配；其三、泄爆口设置位置不合理，泄爆口数量和面积不够；炉内有死角，氢气易积聚；炉内压不稳、燃烧不稳；还有片面的考虑了消除氢气积聚问题而忽视了炉窑基本性能和效率，结构很不合理，一旦提升负荷，长期运行，危险的现象就会产生。综上所述都是炉窑不安全因素的具体表现。怎么来解决呢，请各位看PPT的附件三。第四、自动控制系统的不安全因素与对策。自控系统具有二大突出的功能。1、对整个系统的运行参数进行检测、监视和调节使系统运行正常；2、保证系统安全运行。从总结角度也有下列不安全因素和隐患：在系统内安全控制点设置不完整，随意性大，不规范；采用普通型燃气燃烧器的控制程序，完全不适合氢气燃烧的特性；还有现场仪表的选型不合理，材质不符合要求；控制仪表的精度低，选型不匹配；控制元器件选择抵挡产品，品质差；施工安装接线也有不少安全隐患存在。如何解决这些不安全因素请各位参见PPT附件四。第五、管理不严、操作不妥造成的不安全因素和对策：比如一开始就没有选择系统完整、配置合理、性价比高的技术和产品。为日后埋下安全隐患。设备投运后操作规程不全、制度不严、操作人员没有上岗证、备品配件管理不全等都是不安全因素。如何解决呢？请看PPT附件五。三、关于进一步安全回收利用氢气能源的建议2010年5月，行业协会领导要求我公司进一步提高氢气能源回收利用技术的安全性和可靠性。不久，上海氯碱化工股份有限公司、上海化学工程设计院与上海德洲科技发展有限公司三方签订了合作协议，我公司获燃氢蒸汽锅炉专利产品实施许可权，为此我公司尽可能的为行业安全服务好，为节能减排多做贡献。我公司认真总结了近10年的技术和服务工作，现在我告诉大家，系统中的锅炉自控系统已定型，但是针对不同的工况必须对燃烧器作逐一微调设计。产品从2吨/h～35吨/h已成系列，处理能力从100Nm3/h～13000Nm3/h。这里要着重提及知识产权的问题，浙江某企业严重侵犯上海氯碱化工股份有限公司的知识产权，背地里隐瞒实情，为用户提供服务，把用户一起拖进侵权行列，上海氯碱正在进行维权行动。建议如下：第一、建议在行业内对已经建设投入运行的装置组织一次安全检查，提出整改意见，并立即消除隐患；第二、在普查的基础上组织有关专业人员制定氢能利用与设备系统的安全规程；第三、对于即将新建的系统和装置，望重要把好下面这些环节：首先要尊重知识产权，选用真正的专利产品；系统生成要严格按照安全规程要求进行设计、设备配置；认真施工安装和精心调试；对于操作人员必须经严格培训合格者上岗。第四、备品配件主要是氢气燃烧器的备品配件，其关键部件按照十年使用期的要求，在签订合同时就给予配齐带上，同时供应商对易换的常规配件要备有一定数量放在仓库内，供用户随时需要之用，还要规定在12小时或24小时必须送达。真正把备品配件工作重视起来，确保装置安全运行。关于备品件今后怎么定价、管理可以一起商定。第五、供应商在新建装置投运后怎么保证提供优质的售后服务？我想按照事故突发和正常运行二种状态下进行不同的处置，就是在突发事故时，售后人员最迟不得超过36小时赶到现场进行处理。正常状态下一年内作二次巡检和参数整定以及现场进行交流培训，把事故苗子提早发现，及时消除。第六、定期组织召开专业会议进行交流，提高管理使用水平。氢气作为能源回收利用基本模式已形成，就是新上炉窑装置或利用现有炉窑设备改造利用，二种利用方式在行业内部得到了证实是切实可行的。为此，我认为可以缩短方案论证、市场考察、技术谈判与签协、施工调试等建设周期，抢时间多出效益，多放空1000Nm3/h氢气一天就是少收入1万元钱呢。四、建设燃氢蒸汽锅炉的新型服务模式十年来每建设一套装置都很难，论证时间特别长，究其原因是害怕氢气燃烧时的不安全性，各级领导负不起这个责任，很难下决心。其次建一套10T/h蒸汽炉需投资400～500万元，也不是小数，对企业有一定的压力。2010年4月国务院办公厅转发发改委财政部等四部委联合文件，推行合同能源管理，促进节能服务产业的发展，鼓励企业用合同能源服务模式为企业提供服务。也就是能源服务公司出钱出技术和设备，在用户的场地建设回收装置，产出的蒸汽交用户使用，产出的效益按比例分成。双方可享受国家许多优惠政策和奖励。我司认为这样可完全消除了用户单位对安全问题的担心以及经济压力，也可大大缩短项目的建设周期，无疑是双方共赢的举措。在此，我利用这个讲课平台，向全国有氢气，电石气，磷化工尾气，焦炉煤气或其它可燃废气排放的企业宣布我公司将推出此项服务。目的是与你们一起在废气能源回收上作出贡献，为节能减排的世界课题，作为一个专业公司尽到自己的职责。我公司有成熟可靠的专利和核心燃烧技术支持；有成系列的先进的成套设备作保驾，有十年丰富的系统生成、开车调试和售后服务的经验作保障，有财团经济的支持，我们在此向行业和各企业领导承诺我公司按国务院精神一定能服务好。最后给大家打一个招呼，氢气利用已十年，安全隐患不少，配件管理不严等都是不安全因素，如何解决，请看PPT附件五。应该由行业协会等机构组织专业会议，采取措施防范于未然。附件一、氢气收集处理输送系统安全对策•整个氢气处理输送系统，必须保持正压，以避免万一管路有泄漏，出现空气吸入系统，使含氧量超过氢气的爆炸极限，极易造成爆炸。同时，由于管路产生负压，直接影响前道的生产正常运行，造成生产停车，造成企业重大生产事故。对氢气处理与输送系统全程各段合适位置进行压力在线检测与控制，并设连锁保护，确保系统正压。•氢气处理输送系统在安装结束后，必须进行严格的气密性试验，绝不允许出现任何泄漏点。系统投运前严格的气密性试验是防止泄漏的保障，同时系统管道需架空露天敷设，有条件的企业，可随程适当设置氢气报警探头。管道外层做好防腐处理，建立维护和检查机制。•氢气输送过程中，管线需按规定设置冷凝水排放管，不能出现冷凝水积聚点。在氢气输送过程中，保证冷凝水排放点，选择以及设置间距的合理性，北方地区需设伴热，同时管道必须水平无坡度敷设，采用偏心大小头，管程无死角，保证不会产生冷凝水积聚。•氯碱企业富余氢气一般含碱，经水洗脱碱后，基本已脱去氢气中碱性物质，但为满足后部燃烧系统要求，仍