制氢装置工艺余热回收系统设计方案

1、制氢装置工艺余热回收系统设计方案大型制氢装置的一个显著特点是工艺过程和动力系统有 机地结合在一起，能量的综合利用出现了新的突破。例如， 把工艺过程各个阶段可以回收的余热，特别是一些低位热 能，加以统筹安排，根据能级的高低、热能的数量，逐级预 热锅炉给水，然后转变成高能级的高压、高温蒸汽。余热回收系统的主要部分是高压蒸汽发生装置，即废热（火管）锅炉和汽包，而其他部分则主要是一些常见的换热 设备，在化工生产中利用废热锅炉回收工艺余热是很普遍 的。废热（火管）锅炉具有其明显的特点，首先是它的生产 能力大即产汽量高，而且蒸汽压力又很高；更重要的是这种 废热（火管）锅炉已从单纯的余热回收设备发展为动力锅

2、炉， 也就是说，制氢装置的废热（火管）锅炉已成为主要动力源 之一，成为整个工艺装置不可分割的一部分。因此，废热（火管）锅炉的工作状态不仅关系余热回收效率，而且直接影响 整个装置的正常生产。废热（火管）锅炉处在高温，高压等 苛刻的运行条件下，如何确保废热（火管）锅炉的稳定、安 全运行，成为装置操作管理设备维护方面的重要课题之一。水蒸汽既是工艺原料（参加烃类蒸汽转化和一氧化碳变 换的反应物）、加热介质（脱碳溶液再生，锅炉给水除氧）、工艺冷凝液汽提，伴热保暖等），又是动力工质（蒸汽透平）C 而蒸汽大部分取自装置本身错综复杂的能量回收系统，其热 量过剩区与热量需要区之间的热交换，使装置工艺流程与蒸 汽

3、动力系统紧密结合，相互交织。这就需要把生产各阶段可 以回收的热量统筹安排，根据热量的多少，温度的高低，逐 渐把水变成高温高压的过热蒸汽。过热蒸汽首先用去推动蒸 汽透平，提供工厂所需的机械能（压缩机和泵） 。从透平排 出的压力较低的蒸汽，又可分为不同等级而分别作为工艺原 料（转化工序用的蒸汽）和加热介质。最后，还把各处的蒸 汽冷凝液回收，经处理后返回锅炉，从而构成了装置的蒸汽 动力循环。因此，做好蒸汽的利用与回收对装置节能降耗至 关重要。1废锅（火管）运行的安全措施 锅炉（火管）运行事故的主要原因是炉管管壁超温、管壁 腐蚀、非稳定性热应力损坏和机械性损伤等等。而引发事故 的因素除了锅炉结构的缺陷

4、外，还有操作管理和设备制造方 面的因素，为提高废锅的安全运行率，需要从几个方面进行 分析和采取针对性的措施。1.1 提高水质，防止结垢和腐蚀 炉管内侧即水侧的垢层热阻是影响管壁温度的一个因素， 管壁温度的升高与垢层厚度成正比。垢层的形成不仅阻碍了 传热，使管壁温度升高，而且还可能对炉管产生腐蚀，酿成 炉管损坏事故。垢层的形成主要是水质不符合要求所致。当锅炉给水和炉水的水质不符合要求， 水中含有超过允许 量的非溶解性盐类，则可能在管壁上形成水垢。水中的某些 盐类物质， 其溶解度随温度的升高而降低， 如 CaSiO3、CaSO4 等等；由于管内壁的滞流层温度通常比炉水主体温度高几 度，因此水中的盐

5、类容易在管壁及其附近高温区达到过饱和 而结晶析出，沉积在管壁上而形成水垢。在大型装置中，虽 然水处理技术比较高，水质良好，但也不能掉以轻心，因为 总是难免一些盐类在处理过程中漏出，或由于其他人为原因 而使炉水中盐类增加，形成水垢的危险性依然存在。除了可能生成水垢外， 还可能出现锈垢， 锈垢是锅炉腐蚀 产物在管壁上沉积的结果。锅炉发生腐蚀的原因主要是水中 存在游离氧，或者是炉水 PH 值控制不当、磷酸盐添加量不 当而发生的酸碱腐蚀。当水中存在游离氧时，溶解态的氧能 与金属铁发生氧化反应，而生成氢氧化铁或红褐色的氧化铁 沉淀；这种氧化过程与温度、氧浓度和炉水的 PH 值有关， 温度愈高，游离氧浓度

6、愈大， PH 值愈低，这种氧化过程愈 快。当管壁上沉积了氧化铁锈垢后，还可能在管壁与垢层之 间发生电化学腐蚀。由此可见， 在废热锅炉运行中， 给水、炉水及蒸汽的质量， 是一组非常重要的操作控制指标。水汽质量不高，将引发多 种运行故障，如炉管的结垢、结盐、腐蚀、传热恶化、炉管 超温以及蒸汽质量下降而危害蒸汽用户等等。优良的水质是保证废锅长周期安全稳定运行的关键的、必要的条件。1.2 水汽质量标准锅炉系统的水汽质量标准包括给水质量标准、 炉水质量标 准和蒸汽质量标准。1.2.1 给水质量标准给水质量标准与锅炉操作压力有关， 操作压力愈高， 给水 质量标准愈高，要求愈严格。本装置火管锅炉（包括几台小

7、 汽包） 的给水质量标准有几项： 游离氧浓度、 残留联胺浓度、 PH 值和电导等等。通过热力除氧和化学除氧后， 给水中的游离氧浓度应降低至7ppb以下。热力除氧是指将水温提至 120C左右，再向水 中输入低压蒸汽， 用汽提的方法， 将游离氧从水中解吸脱除。化学除氧是指向水中加入联胺N2H4，使之发生下述反应：N2H4+O2=N2+2H 2O上述反应与温度、联胺浓度有关，温度高、联胺浓度大， 除氧率增大。 因此， 为彻底清除水中的游离氧， 联胺应过量， 一般应保持水中联胺残留浓度约 2050ppb。给水 PH 值的调整由供水装置在精制水中加入氨水来调 节，再加入联胺后，给水 PH 值的控制范围约

8、为 8.59.5 。精制水即未经除氧和调节 PH 值的给水，其电导率应低于0.4卩s/cm,经除氧处理后的给水电导率约为35卩s/cm。给水中的 Si 含量决定于精制水的质量。本装置锅炉给水质量标准见下表:锅炉给水质量标准项目游离氧(PPb)残留联胺(PPb)PH值电导s/cmSi含量PPb标准v 720508.59.535v 10122炉水质量标准火管锅炉的炉水质量标准主要有磷酸盐浓度PO4-3, PH值、Si浓度、Cl浓度、电导率等等。炉水中PO4-3浓度的控制炉水中一般要加入一定量的磷酸盐，一般使用Na2HPO4，有些还要配入一定量Na2HPO4。炉水中为什么要加入磷酸盐？加入磷酸盐的目

9、的是为防止生成钙垢，同时也为了调节 炉水的PH值。钙是水中最主要的生垢物质，当炉水中含足 够的磷酸盐浓度时，在一定的PH值条件下，钙离子 Ca2+可与磷酸根PO43-生成碱式磷酸钙，其反应式如下：12Ca2+6PO43-+2OH -=Caio(PO4)6(OH) 2碱式磷酸钙在锅炉水中不会生成水垢，而是呈水渣状，可 随炉水排污排出炉外。磷酸盐的加入量决定于炉水中生垢物 质的浓度，本装置指标为PO43-浓度210PPm。磷酸盐加入 量过多，不仅无益，而且有害，这是因为：一是过量的磷酸 盐不仅造成化学药品的浪费，而且使炉水中的总盐量增加： 炉水中总盐量过多，可能导致炉管管壁积盐，影响传热，使 管壁

10、温度升高，同时还可能因总盐量增加而产生大量汽泡， 这不仅使炉管内水流状态恶化，还会使汽泡中的汽、液分离 不彻底，导致蒸汽带水，蒸汽含盐量增加，蒸汽质量下降而 危害蒸汽用户。二是磷酸盐浓度过高，可能与炉水中存在的 微量镁离子 Mg 2+发生下列反应，生成磷酸镁沉淀：3Mg 2+2PO43-=Mg 3（PO4）2 J磷酸镁在高温水中的溶解度很小， 可能粘附在炉管管壁上 而形成水垢。此外，过量的Na3PO4 的加入，可能析出游离NaOH ，当含有游离 NaOH 的炉水在管壁处高度浓缩时，可 能使管壁发生碱性腐蚀。因此，炉水中的磷酸盐加入量决不 能过量，对于很高质量的给水，磷酸盐浓度应控制在接近其 低限。但也要考虑炉水中磷酸盐浓度对炉水 PH 值的影响， 磷酸盐浓度过低，则炉水 PH 值将偏低。因