V C凈化氣在氫氣鍋爐中的應(yīng)用

王 磊，黃小濤，孟勇坡，趙旌霖，黃轉(zhuǎn)紅

（1.平頂山神馬工程塑料有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467000；2.河南神馬氯堿化工股份有限公司，河南 平頂山 467000）

在聚氯乙烯（PVC）聚合單元中，氯乙烯（VC）精餾過(guò)程產(chǎn)生含有氯乙烯、乙炔和氫氣等尾氣，河南神馬氯堿化工股份有限公司為了杜絕環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，采用變壓吸附工藝回收VC精餾廢尾氣中的氯乙烯和乙炔并重新利用，其余含有大量氫氣的VC凈化氣達(dá)到國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

為了解決副產(chǎn)氫氣的浪費(fèi)問(wèn)題，節(jié)約氯堿企業(yè)蒸汽使用成本，從2002年開(kāi)始探索燒堿單元副產(chǎn)氫氣的研究應(yīng)用與開(kāi)發(fā)。已有胡偉敏的氫氣鍋爐的開(kāi)發(fā)應(yīng)用[1]，孔賢德的氫氣鍋爐在氯堿生產(chǎn)的運(yùn)用[2]，但對(duì)VC凈化氣的在氫氣鍋爐中應(yīng)用研究較少。

河南神馬氯堿化工股份有限公司于2010年6月安裝并運(yùn)行氫氣鍋爐。成功利用VC凈化氣作為氫氣鍋爐輔助混燃燃料，穩(wěn)定運(yùn)行后，綜合考慮VC凈化氣的各項(xiàng)指標(biāo)和氫氣鍋爐的運(yùn)行要求，不僅提高了PVC的附加值和蒸汽產(chǎn)量，也將變壓吸附的VC凈化氣又得到回收利用，具有非常重要的實(shí)際意義。

1 氫氣及VC凈化氣

1.1 氫氣

燃燒、爆炸性能是氫氣的主要特性。氫氣的燃燒性?xún)?yōu)良，無(wú)雜質(zhì)時(shí)，燃燒放出熱量且只生成水，不污染環(huán)境，被稱(chēng)為“清潔的能源”。表1為空氣中氫氣的燃燒性能。

該公司具有離子膜法燒堿15萬(wàn)t/a、PVC 12萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力。氫氣由電解食鹽水的電解槽陰極產(chǎn)出，作為副產(chǎn)物，經(jīng)干燥等預(yù)處理送往鹽酸單元和氫氣鍋爐使用。由于電解槽的氯氫壓差不穩(wěn)定會(huì)影響離子膜的安全穩(wěn)定運(yùn)行，使用氫氣時(shí)，要時(shí)刻監(jiān)控氫氣管道壓力波動(dòng)使其控制是否在規(guī)定幅度。

表1 空氣中氫氣的燃燒性能

1.2 VC凈化氣

VC凈化氣是氯乙烯精餾過(guò)程產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)變壓吸附回收分離出的含大量氫氣的低沸點(diǎn)組分（含H2≥30%，體積分?jǐn)?shù)）。

為充分高效回收氯乙烯精餾廢氣中的C2H3Cl、C2H2等，該公司采用變壓吸附工藝。該工藝?yán)锰胤N吸附劑在高壓下吸附量多，低壓下吸附量少以及在相同壓力下易吸附高沸點(diǎn)組分 （C2H3Cl、C2H2等）而難吸附低沸點(diǎn)組分 （H2、N2等）的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)C2H3Cl、C2H2等與其他組分分離。然后，吸附劑在減壓下解析再生，再循環(huán)吸附。其他組分即為VC凈化氣。變壓吸附工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 變壓吸附工藝流程示意圖

2 VC凈化氣/氫氣鍋爐指標(biāo)要求

氫氣鍋爐的燃料指標(biāo)要求見(jiàn)表1。

表1 燃料指標(biāo)

水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 水質(zhì)指標(biāo)

由于氫氣的特性，鍋爐本體采用立式鍋爐。整套鍋爐裝置主要由給水箱、鍋爐本體（包含燃燒系統(tǒng)）、防爆門(mén)、汽包、PLC控制連鎖系統(tǒng)、公用工程（風(fēng)機(jī)等）和省煤器等組成。對(duì)鍋爐本體的要求是，（1）鍋爐屬于壓力容器設(shè)備，要嚴(yán)格執(zhí)行并配合鍋檢所年檢；（2）開(kāi)車(chē)前要確保鍋爐本體各個(gè)管道通暢，杜絕跑、冒、滴、漏的現(xiàn)象；（3）使用雙水位計(jì)且誤差應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)，壓力表不能超過(guò)量程；（4）定期清理燃燒系統(tǒng)，以防雜質(zhì)堵塞燃燒盤(pán)的出氣口。

3 VC凈化氣/氫氣鍋爐工藝流程

3.1 開(kāi)車(chē)和運(yùn)行

燃料氣管道分別用氮?dú)夂腿剂蠚膺M(jìn)行置換后，氫氣樣分析檢測(cè)合格，鍋爐復(fù)位正常并啟動(dòng)點(diǎn)火程序。氫氣鍋爐開(kāi)車(chē)且在正常燃燒負(fù)荷下運(yùn)行30 min后，關(guān)閉進(jìn)入鍋爐本體的VC凈化氣管道的放空手閥，使管道壓力升高后，經(jīng)分析檢測(cè)VC凈化氣的燃料指標(biāo)符合要求，再開(kāi)啟VC凈化氣的連鎖，投入VC凈化氣。時(shí)刻監(jiān)控燃料氣、蒸汽與管道的壓力和給水、排煙溫度等指標(biāo)，使鍋爐正常穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生蒸汽送入蒸汽管網(wǎng)，供企業(yè)的各個(gè)生產(chǎn)單元使用。VC凈化氣/氫氣鍋爐開(kāi)車(chē)和運(yùn)行控制系統(tǒng)連鎖圖見(jiàn)圖2。

在運(yùn)行過(guò)程中，要根據(jù)燃料氣的流量，適當(dāng)升高或降低燃燒負(fù)荷，還要每隔4 h，對(duì)燃料氣輸送管道、阻火器和緩沖罐排水1次；每隔8 h，沖洗雙側(cè)水位計(jì)各1次；每隔24 h，燃料氣、給水和鍋爐水各取樣檢測(cè)1次。

3.2 計(jì)劃停車(chē)

巡檢鍋爐現(xiàn)場(chǎng)，緩慢降低燃燒負(fù)荷，先關(guān)閉VC凈化氣投入，現(xiàn)場(chǎng)VC凈化氣管道的放空自控閥打開(kāi)，繼續(xù)降低燃燒負(fù)荷，直到10%，再手動(dòng)停車(chē)。現(xiàn)場(chǎng)氫氣管道的放空自控閥打開(kāi)，關(guān)閉鍋爐蒸汽出口閥、給水泵和風(fēng)機(jī)等，鍋爐系統(tǒng)待機(jī)。此過(guò)程要時(shí)刻關(guān)注氫氣管道壓力，及時(shí)聯(lián)絡(luò)燒堿單元和鹽酸單元，保證其生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 緊急停車(chē)

如遇到以下情況可以緊急停車(chē)，按下急停，監(jiān)控燃料氣流量和壓力并進(jìn)行故障處理。

（1）鍋爐出現(xiàn)假水位，尤其是假的高水位。由于鍋爐的給水是通過(guò)的水位計(jì)顯示的水位變頻控制的，假的高水位會(huì)使給水為零而把鍋爐燒干。

（2）氫氣壓力和流量波動(dòng)且幅度大，但未達(dá)到故障停車(chē)所設(shè)定的上下限。

（3）蒸汽總網(wǎng)管線壓力高和鍋爐本體連鎖壓力表失靈，以及其他不可避免的自然災(zāi)害。

4 VC凈化氣/氫氣鍋爐安全設(shè)施及措施

氫氣管道及鍋爐本體等的安全設(shè)施及措施按照燃?xì)溴仩t的要求[3]。

圖2 VC凈化氣/氫氣鍋爐開(kāi)車(chē)和運(yùn)行控制系統(tǒng)連鎖圖

4.1 VC凈化氣的安全設(shè)施

（1）VC凈化氣檢漏保護(hù)開(kāi)關(guān)。該設(shè)施可以檢測(cè)開(kāi)車(chē)時(shí)管道的雙切斷閥是否工作正常，以及燃燒盤(pán)前輸送管道有無(wú)泄漏點(diǎn)。

（2）VC凈化氣放空自控閥及裝置前減壓閥。該設(shè)施在VC凈化氣壓力不穩(wěn)定時(shí)，根據(jù)VC凈化氣壓力升高或降低調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，保證進(jìn)入鍋爐本體的VC凈化氣流量和壓力的穩(wěn)定。

（3）VC凈化氣管道的阻火器和緩沖罐。緩解輸送管道中VC凈化氣壓力和流量的波動(dòng)，保證VC凈化氣管道和鍋爐本體的安全穩(wěn)定，杜絕鍋爐爐膛“爆燃”現(xiàn)象。

（4）VC凈化氣管道排水裝置。避免環(huán)境溫度和濕度變化，引起燃料氣中的微量水分凝結(jié)成水滴聚集而堵塞輸送管道。

4.2 混燃運(yùn)行時(shí)的安全措施

VC凈化氣/氫氣鍋爐混燃運(yùn)行時(shí)，有以下安全措施。

（1）鍋爐裝置出現(xiàn)極低水位（低于5%）、蒸汽壓力超高、程控器故障、排煙溫度超高、火焰檢測(cè)器失靈、給水箱液位極低以及氫氣壓力超高和過(guò)低這些情況中的任何一種或一種以上時(shí)，鍋爐直接連鎖停車(chē)，所有燃料氣管道放空自控閥100%打開(kāi)，以上所有故障未經(jīng)排除，不能復(fù)位啟動(dòng)開(kāi)車(chē)。

（2）僅出現(xiàn)VC凈化氣壓力過(guò)高和過(guò)低情況時(shí)，鍋爐不停車(chē)，只有凈化氣管道放空自控閥100%打開(kāi)并提醒，鍋爐稍降燃燒負(fù)荷繼續(xù)運(yùn)行，待VC凈化氣壓力和流量穩(wěn)定后，經(jīng)分析檢測(cè)合格后再投入鍋爐使用[3]。

5 總結(jié)

氯乙烯精餾尾氣經(jīng)過(guò)變壓吸附回收后的排放氣—VC凈化氣，通過(guò)氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）檢測(cè)結(jié)果為未檢出解析氣—氯乙烯和乙炔，實(shí)現(xiàn)了原料及半成品零浪費(fèi)；將VC凈化氣作為氫氣鍋爐的輔助混燃燃料，增加了蒸汽產(chǎn)量，真正達(dá)到了節(jié)能減排和降耗增產(chǎn)的目的，具有較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益。

VC凈化氣/氫氣鍋爐運(yùn)行二年多以來(lái)，獲得一定成效，不僅裝置穩(wěn)定運(yùn)行，而且，在排放VC凈化氣這一能源問(wèn)題解決的同時(shí)，極大限度地充分利用資源，提高了廢氣的利用率，節(jié)約了成本，保護(hù)了大氣環(huán)境。初步計(jì)算，氫氣鍋爐投入VC凈化氣（流量為150～400 m3/h）后，鍋爐瞬時(shí)蒸汽產(chǎn)量提高了1 t/h，按照購(gòu)買(mǎi)外界蒸汽價(jià)格150元/t計(jì)算，節(jié)約150元/t× 1 t/h×8 000 h/a=120（萬(wàn)元/a）。

［1］胡偉敏.氫氣鍋爐的開(kāi)發(fā)應(yīng)用.中國(guó)氯堿，2005（10）：30－31.

［2］孔賢德.氫氣鍋爐在氯堿生產(chǎn)的運(yùn)用.氯堿工業(yè)，2008，44（4）：39－40.

［3］左攀華.氫氣鍋爐的特點(diǎn)與安全運(yùn)行經(jīng)驗(yàn).化工裝備技術(shù)，2011，32（2）：16－20.