制氫裝置工藝余熱回收系統(tǒng)設(shè)計方案

1、制氫裝置工藝余熱回收系統(tǒng)設(shè)計方案大型制氫裝置的一個顯著特點是工藝過程和動力系統(tǒng)有 機地結(jié)合在一起，能量的綜合利用出現(xiàn)了新的突破。例如， 把工藝過程各個階段可以回收的余熱，特別是一些低位熱 能，加以統(tǒng)籌安排，根據(jù)能級的高低、熱能的數(shù)量，逐級預(yù) 熱鍋爐給水，然后轉(zhuǎn)變成高能級的高壓、高溫蒸汽。余熱回收系統(tǒng)的主要部分是高壓蒸汽發(fā)生裝置，即廢熱（火管）鍋爐和汽包，而其他部分則主要是一些常見的換熱 設(shè)備，在化工生產(chǎn)中利用廢熱鍋爐回收工藝余熱是很普遍 的。廢熱（火管）鍋爐具有其明顯的特點，首先是它的生產(chǎn) 能力大即產(chǎn)汽量高，而且蒸汽壓力又很高；更重要的是這種 廢熱（火管）鍋爐已從單純的余熱回收設(shè)備發(fā)展為動力鍋

2、爐， 也就是說，制氫裝置的廢熱（火管）鍋爐已成為主要動力源 之一，成為整個工藝裝置不可分割的一部分。因此，廢熱（火管）鍋爐的工作狀態(tài)不僅關(guān)系余熱回收效率，而且直接影響 整個裝置的正常生產(chǎn)。廢熱（火管）鍋爐處在高溫，高壓等 苛刻的運行條件下，如何確保廢熱（火管）鍋爐的穩(wěn)定、安 全運行，成為裝置操作管理設(shè)備維護方面的重要課題之一。水蒸汽既是工藝原料（參加烴類蒸汽轉(zhuǎn)化和一氧化碳變 換的反應(yīng)物）、加熱介質(zhì)（脫碳溶液再生，鍋爐給水除氧）、工藝冷凝液汽提，伴熱保暖等），又是動力工質(zhì)（蒸汽透平）C 而蒸汽大部分取自裝置本身錯綜復雜的能量回收系統(tǒng)，其熱 量過剩區(qū)與熱量需要區(qū)之間的熱交換，使裝置工藝流程與蒸 汽

3、動力系統(tǒng)緊密結(jié)合，相互交織。這就需要把生產(chǎn)各階段可 以回收的熱量統(tǒng)籌安排，根據(jù)熱量的多少，溫度的高低，逐 漸把水變成高溫高壓的過熱蒸汽。過熱蒸汽首先用去推動蒸 汽透平，提供工廠所需的機械能（壓縮機和泵） 。從透平排 出的壓力較低的蒸汽，又可分為不同等級而分別作為工藝原 料（轉(zhuǎn)化工序用的蒸汽）和加熱介質(zhì)。最后，還把各處的蒸 汽冷凝液回收，經(jīng)處理后返回鍋爐，從而構(gòu)成了裝置的蒸汽 動力循環(huán)。因此，做好蒸汽的利用與回收對裝置節(jié)能降耗至 關(guān)重要。1廢鍋（火管）運行的安全措施 鍋爐（火管）運行事故的主要原因是爐管管壁超溫、管壁 腐蝕、非穩(wěn)定性熱應(yīng)力損壞和機械性損傷等等。而引發(fā)事故 的因素除了鍋爐結(jié)構(gòu)的缺陷

4、外，還有操作管理和設(shè)備制造方 面的因素，為提高廢鍋的安全運行率，需要從幾個方面進行 分析和采取針對性的措施。1.1 提高水質(zhì)，防止結(jié)垢和腐蝕 爐管內(nèi)側(cè)即水側(cè)的垢層熱阻是影響管壁溫度的一個因素， 管壁溫度的升高與垢層厚度成正比。垢層的形成不僅阻礙了 傳熱，使管壁溫度升高，而且還可能對爐管產(chǎn)生腐蝕，釀成 爐管損壞事故。垢層的形成主要是水質(zhì)不符合要求所致。當鍋爐給水和爐水的水質(zhì)不符合要求， 水中含有超過允許 量的非溶解性鹽類，則可能在管壁上形成水垢。水中的某些 鹽類物質(zhì)， 其溶解度隨溫度的升高而降低， 如 CaSiO3、CaSO4 等等；由于管內(nèi)壁的滯流層溫度通常比爐水主體溫度高幾 度，因此水中的鹽

5、類容易在管壁及其附近高溫區(qū)達到過飽和 而結(jié)晶析出，沉積在管壁上而形成水垢。在大型裝置中，雖 然水處理技術(shù)比較高，水質(zhì)良好，但也不能掉以輕心，因為 總是難免一些鹽類在處理過程中漏出，或由于其他人為原因 而使爐水中鹽類增加，形成水垢的危險性依然存在。除了可能生成水垢外， 還可能出現(xiàn)銹垢， 銹垢是鍋爐腐蝕 產(chǎn)物在管壁上沉積的結(jié)果。鍋爐發(fā)生腐蝕的原因主要是水中 存在游離氧，或者是爐水 PH 值控制不當、磷酸鹽添加量不 當而發(fā)生的酸堿腐蝕。當水中存在游離氧時，溶解態(tài)的氧能 與金屬鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，而生成氫氧化鐵或紅褐色的氧化鐵 沉淀；這種氧化過程與溫度、氧濃度和爐水的 PH 值有關(guān)， 溫度愈高，游離氧濃度

6、愈大， PH 值愈低，這種氧化過程愈 快。當管壁上沉積了氧化鐵銹垢后，還可能在管壁與垢層之 間發(fā)生電化學腐蝕。由此可見， 在廢熱鍋爐運行中， 給水、爐水及蒸汽的質(zhì)量， 是一組非常重要的操作控制指標。水汽質(zhì)量不高，將引發(fā)多 種運行故障，如爐管的結(jié)垢、結(jié)鹽、腐蝕、傳熱惡化、爐管 超溫以及蒸汽質(zhì)量下降而危害蒸汽用戶等等。優(yōu)良的水質(zhì)是保證廢鍋長周期安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵的、必要的條件。1.2 水汽質(zhì)量標準鍋爐系統(tǒng)的水汽質(zhì)量標準包括給水質(zhì)量標準、 爐水質(zhì)量標 準和蒸汽質(zhì)量標準。1.2.1 給水質(zhì)量標準給水質(zhì)量標準與鍋爐操作壓力有關(guān)， 操作壓力愈高， 給水 質(zhì)量標準愈高，要求愈嚴格。本裝置火管鍋爐（包括幾臺小

7、 汽包） 的給水質(zhì)量標準有幾項： 游離氧濃度、 殘留聯(lián)胺濃度、 PH 值和電導等等。通過熱力除氧和化學除氧后， 給水中的游離氧濃度應(yīng)降低至7ppb以下。熱力除氧是指將水溫提至 120C左右，再向水 中輸入低壓蒸汽， 用汽提的方法， 將游離氧從水中解吸脫除?；瘜W除氧是指向水中加入聯(lián)胺N2H4，使之發(fā)生下述反應(yīng)：N2H4+O2=N2+2H 2O上述反應(yīng)與溫度、聯(lián)胺濃度有關(guān)，溫度高、聯(lián)胺濃度大， 除氧率增大。 因此， 為徹底清除水中的游離氧， 聯(lián)胺應(yīng)過量， 一般應(yīng)保持水中聯(lián)胺殘留濃度約 2050ppb。給水 PH 值的調(diào)整由供水裝置在精制水中加入氨水來調(diào) 節(jié)，再加入聯(lián)胺后，給水 PH 值的控制范圍約

8、為 8.59.5 。精制水即未經(jīng)除氧和調(diào)節(jié) PH 值的給水，其電導率應(yīng)低于0.4卩s/cm,經(jīng)除氧處理后的給水電導率約為35卩s/cm。給水中的 Si 含量決定于精制水的質(zhì)量。本裝置鍋爐給水質(zhì)量標準見下表:鍋爐給水質(zhì)量標準項目游離氧(PPb)殘留聯(lián)胺(PPb)PH值電導s/cmSi含量PPb標準v 720508.59.535v 10122爐水質(zhì)量標準火管鍋爐的爐水質(zhì)量標準主要有磷酸鹽濃度PO4-3, PH值、Si濃度、Cl濃度、電導率等等。爐水中PO4-3濃度的控制爐水中一般要加入一定量的磷酸鹽，一般使用Na2HPO4，有些還要配入一定量Na2HPO4。爐水中為什么要加入磷酸鹽？加入磷酸鹽的目

9、的是為防止生成鈣垢，同時也為了調(diào)節(jié) 爐水的PH值。鈣是水中最主要的生垢物質(zhì)，當爐水中含足 夠的磷酸鹽濃度時，在一定的PH值條件下，鈣離子 Ca2+可與磷酸根PO43-生成堿式磷酸鈣，其反應(yīng)式如下：12Ca2+6PO43-+2OH -=Caio(PO4)6(OH) 2堿式磷酸鈣在鍋爐水中不會生成水垢，而是呈水渣狀，可 隨爐水排污排出爐外。磷酸鹽的加入量決定于爐水中生垢物 質(zhì)的濃度，本裝置指標為PO43-濃度210PPm。磷酸鹽加入 量過多，不僅無益，而且有害，這是因為：一是過量的磷酸 鹽不僅造成化學藥品的浪費，而且使爐水中的總鹽量增加： 爐水中總鹽量過多，可能導致爐管管壁積鹽，影響傳熱，使 管壁

10、溫度升高，同時還可能因總鹽量增加而產(chǎn)生大量汽泡， 這不僅使爐管內(nèi)水流狀態(tài)惡化，還會使汽泡中的汽、液分離 不徹底，導致蒸汽帶水，蒸汽含鹽量增加，蒸汽質(zhì)量下降而 危害蒸汽用戶。二是磷酸鹽濃度過高，可能與爐水中存在的 微量鎂離子 Mg 2+發(fā)生下列反應(yīng)，生成磷酸鎂沉淀：3Mg 2+2PO43-=Mg 3（PO4）2 J磷酸鎂在高溫水中的溶解度很小， 可能粘附在爐管管壁上 而形成水垢。此外，過量的Na3PO4 的加入，可能析出游離NaOH ，當含有游離 NaOH 的爐水在管壁處高度濃縮時，可 能使管壁發(fā)生堿性腐蝕。因此，爐水中的磷酸鹽加入量決不 能過量，對于很高質(zhì)量的給水，磷酸鹽濃度應(yīng)控制在接近其 低限。但也要考慮爐水中磷酸鹽濃度對爐水 PH 值的影響， 磷酸鹽濃度過低，則爐水 PH 值將偏低。因