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1、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
2、，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
3、。,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。,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
4、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
5、：,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7080%以上时，
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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/h35吨/h已成系列，处理能力从100Nm3/h13000Nm3/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
12、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
13、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1000 Nm3/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
14、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400500万元，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
15、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
16、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
17、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，仍要保证处理的效率。对氢气预处理系统脱酸、碱装置的选择必须严格设计计算后确定参数，保证设备能高效工作，同时制定严格的操作规程，加强操作人员责任意识，做好定期测试，随时监控，确保氢气的品质。对氢气中的含水率需要进行控制，否则影响燃烧温度，设置合理的脱水装置和采用合理的脱水方式至关重要。氢气预处理工段过后，饱和水含量较高，必须进行脱水处理
18、，常用的是冷凝水法，以冷冻水作为冷媒，同时选择合适氢气流速的冷凝塔，保证基本脱去氢气中的水分。氢气从生产工段收集、处理、增压后需要对温度进行控制，因为这将影响后道使用系统设备的正常工作。在选择冷凝脱水塔的时候，对氢气脱水后的温度也是一个选型参数要求。,氢气输送进入锅炉站，必须以较稳定的燃烧系统要求的压力提供，是氢气燃烧稳定的必要条件之一。氢气从生产工段收集出来一般压力很低，要进行输送和后道处理使用必须进行增压，于是增压设备的选择以及根据不同氢气使用点的压力要求，必须进行系统压力控制与连锁保护，前面第一点我们讲的是低压保护，现在是高压保护，高压保护也可通过水封、安全防爆膜等方式进行保护。氢气在管
19、路中的流速，必须严格按照化工部颁布的设计规范标准取值，控制在安全流速范围内。根据规范要求，合理选择流速范围，正确计算确定输送管径大小。同时根据处理效果要求，准确计算氢气在预处理装置内的流速，这是保证氢气输送安全和处理效果的前提。,防雷、防静电是整个系统中必须注意的问题，在做好接地、跨接之后，必须对系统各段，各点严格检测。安装完成后，为保证设备长周期安全、可靠运行，必须进行足够时间的吹管，彻底清除管路系统内的垃圾杂质。整个氢气处理输送系统，必须要在合理的位置设置放空连锁和阻火装置，这是系统安全的最后一道防线。要使氢气处理输送系统进行氮气置换彻底，无残留死角，同时取样口取样能准确，必须对氮气置换和
20、取样口的位置合理设置。,附件二、燃烧器与燃烧系统的安全对策,燃烧系统的生成应有调节装置、切断装置、检测装置、导流混合装置、点火装置组成，而且每个装置的组成又需根据使用的实际工况进行选择。整个系统需紧凑，布局不能拉得过长，每个装置设备的前后次序和间距必须合理、安全、符合规范要求。根据氢气使用安全规范要求，燃烧系统的燃烧头结构、阀组、执行器，监测设备等必须采用规范要求的形式和材质，而且型号规格结构及参数的选择，是必须要根据实际使用工况参数进行精确计算后确定的，不是千篇一律，一成不变的。,氢气的燃烧速度快，火焰高温区靠近发火点，就这个特性就完全不同于其他常规燃气，而且要适应这些特性，必须从混合效果、
21、方式，以及材质等多方面对燃烧器进行彻底改变，专门设计，否则燃烧器很容易损坏，并出现安全事故。现在有些供应商为减少成本，测绘了其他优质品牌的氢气专用燃烧器的一种规格。试想，一种规格形式的燃烧器怎能覆盖所有使用要求，更何况测绘根本就无法掌握真正的技术精髓，这是一种很危险的做法。,氢气的燃烧利用还应对燃烧状态进行灵活的调整，以求与锅炉有最佳匹配性，匹配性差，除浪费能源外，更重要的是会损坏锅炉，造成安全事故。现在很多用户使用的燃烧器，燃烧状况调整范围很小，满负荷运行时，锅炉损坏的危险性很大。有些用户采用提高过剩空气系数来控制火焰，这样做的结果是能效很低，烟气流速过快，长期运行同样也会损坏锅炉，为了向用
22、户交差，有些供应商往往采用流量计参数来修正，使用虚假数据蒙混过关。,氢气燃烧系统的运行不能采用手动操作，所谓的手动操作仅是指负荷调节的手动操作，因此，在燃烧系统中需要配置齐全自动执行机构，包括各种监检仪表。综上所述，要想彻底解决燃烧器与燃烧系统中的不安全因素，就必须选配由专业设计、制造能力的供应商提供的成熟的根据用户自身条件专门设计的燃氢专用燃烧器与系统设备。,附件三、燃氢炉窑的安全对策,更换完全不适于氢气燃烧的常规燃料标准型锅炉；必须寻找一家具有对氢气燃烧性能了解并熟悉的有专业设计能力的炉窑生产单位，提供专门设计制造的燃氢炉窑；选用炉窑必须匹配燃氢专用燃烧器及系统；炉窑结构必须符合氢气燃烧特
23、性；除满足燃氢安全条件外，还需全方位的考虑整个炉窑使用的安全性、经济性、可靠性。,附件四、自动控制系统安全对策,从氢气收集至蒸汽产出整个系统全程统一整体设计，控制内容必须全面覆盖，每一环节必须周全考虑，控制点不能缺失，控制点的设置位置必须慎重选择，务求合理；控制程序除满足常规燃气燃烧要求，还须加入针对燃氢特性的控制，有些控制点需加强，如温度、压力等；选择匹配的、质量上乘的元器件组成控制系统，是控制系统安全的有效保障；必须根据实际使用情况，对控制仪器仪表进行选型，同时满足使用于氢气的特定条件、如防爆、防腐、防雨等条件要求，严格按照规范选型；控制线路安装必须符合电气安装规范，及防爆安全规范，把好安装质量检验关，杜绝因安装原因引起的故障与事故。,附件五、管理操作上的安全对策,提高燃氢蒸汽锅炉系统的自动化控制程度，尽可能少的使用手动操作；操作人员按规程定期巡检，并严格做好运行记录；定期进行操作人员技术和安全培训、考核、取证，必须带证上岗；企业主管部门领头，制定完善、严格的操作规程，规程上墙，并作为操作人员定期培训考核内容；制定严格的岗位责任制度，签订操作人员岗位责任书，企业由上至下，实行立体的全员安全责任管理制度；重大维修和改动必须请专业单位实施，并必须征得设备供应商认同。,谢谢观看,
