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PSA制氮系统在锅炉保养中的应用 摘要：天然气发电厂受制于天然气量的限制，年运行小时数较少，为保证余热锅炉系统汽水系统在长期停运中不被腐蚀，在机组停运中必须采取有效的保养措施。本文以绍兴江滨热电为例，对锅炉保养用制氮系统进行了介绍，提出系统的实现方式和优越性，为天然气发电厂余热锅炉保养工作提供了一定的借鉴。关键词：制氮系统,余热锅炉,保养应用1、提出问题随着国内天然气气源的扩充，在国内西气东输、海上气源的开采，天然气形成了多气源环网，同时由于燃气轮机工业的迅速发展，燃机发电得到了空前的发展。由于天然气气量的限制，大型天然气发电厂运行小时数明显偏低，江浙地区近两年运行小时数仅1000小时，一年中的大部分时间都处于停运状态。余热锅炉作为燃气发电机组的重要组成部分，在运行和维护中都有其自身的特点，大型燃机发电机组所配用的余热锅炉，用于吸收燃机所排出的烟气余热，大型燃机余热锅炉一般为三压锅炉，汽水系统空间较大。对于锅炉本体及管道的附属系统，为防止汽水系统管道受到氧化腐蚀，一般均需要进行保养，以保证锅炉受热面金属强度和表面完好，减少管束避免锈蚀，延长锅炉使用寿命。2、PSA制氮机的原理及构成2.1制氮机氮气生产原理制氮机采用碳分子筛吸附原理进行空气分离，生产氮气。碳分子筛是碳素吸附剂的一种，是由碳组成的多孔物质，其结构模型为无序堆积碳素结构。碳分子筛是非计量化合物，具有微孔结构。利用空气中各种气体在碳分子筛微孔中的不同扩散速度或不同的吸附力对空气中的氮气和氧气进行分离。在平衡条件下，碳分子筛对氧和氮的吸附量相当接近，但氧分子通过碳分子筛微孔系统的扩散速度要比氮分子快得多，因此在未达到平衡条件之前，能够通过PSA工艺流程使氮气从空气中分离出来，用于生产不同浓度的氮气。2.2制氮装置的构成 制氮装置一般由2台分子筛容器、过滤器、氮气储气罐、阀门及控制系统等部分组成。制氮工艺流程是采用变压吸附法（PSA法），碳分子筛对氧气在充压、产气时吸附，在降压排气时解吸，使碳分子筛再生。同时，床层气相富集的氮气穿过床层成为产品气。制氮装置有A、B两只吸附塔，吸附塔中填充碳分子筛，一塔吸附氧，制取氮气，另一只塔解吸再生，排出上次吸附在碳分子筛表面的氧，每次吸附时间为60秒，切换前两只吸附塔同时均压，使压力一致，然后切换吸附塔，2015年电力行业节能环保论坛暨技术应用交流会论文集循环作用即可连续产生高品质氮气。压缩空图1制氦装置工艺沉程图该制氮装置在常温下即可完成生产，在系统投入运行是控制系统耗电约为1姗哺左右。制氮装置可以直接处理清洁度符合要求的压缩空气，经过分子筛系统的变压吸附处理，能够连续生产浓度高达99.9%的氮气。3、锅炉保养方式的选择按多年的锅炉及管道系统保养经验，对于停运时间较长的机组，余热锅炉系统一般采用干法方式停炉保养。干法停炉保养主要包括充氮保养、干燥空气循环保养、干燥剂保养几种。氮气为惰性气体，在锅炉汽水系统中冲入氮气能更好的对氧气进行隔离，能够有效的防止容器及管道的受热面锈蚀，因此充氮保养效果最好。为将余热锅炉容器及管道系统锈蚀降低到最低程度，在机组停运汽水系统压力降低至静压后，即可由余热锅炉汽包充氮保养接口充入氮气，排净系统中空气，在氮气浓度合格后对系统进行保养，此时氮气充满锅炉水系统上部，可有效对汽包及管道进行保养，这是干燥空气、干燥剂等保养方式做不到的。由于余热锅炉汽水系统管路阀门较多，系统不严会造成氮气泄漏，造成氮气系统失压，为防止空气进入，可对锅炉汽水系统采用连续充氮方式，维持系统氮气压力在0.03MPa以上。4、氮气保养系统的应用采用制氮装置可实现对锅炉系统的连续充氮保养。以浙江省绍兴江滨热电厂为例，该厂余热锅炉本体、管道系统总容积约650m3，锅炉高中压系统至汽机主汽门前管道容积约为150m3，合计停备期间需保养容积约800m3。为保证主机两台余热锅炉、启动锅炉房两台启动锅炉充氮保养效果，同时兼顾天然气系统管道置换用氮气，采用每小时产气600m3/h的制氮设备，用于满足余热锅炉、启动锅炉等设备充氮和保养需求。2015牟电力行业节能环保论坛暨技术应用交流会论文集该氮气保养系统可以连续不断的提供氮气，满足向两台余热锅炉系统供应氮气，保证系统的微正压状态，对余热锅炉进行保养。该系统在满足两台余热锅炉汽水系统充氮保养的前提下，兼顾向启动锅炉系统提供保养用氮气。为满足燃机天然气系统检修维护的需要，设置了天然气系统氮气置换接口。5氮气保养取得的效果在未引入制氮装置以前，锅炉、压力容器及管道一般采用氮气瓶充氮的方式进行保养，需采购并储备大量的瓶装氮气，因系统阀门存在泄漏和系统限制，即使连续充氮也无法保证氮气压力。为保证锅炉汽水系统系统严密，一般在机组长期停运时可对各接口加装隔绝堵板，保证系统处于氮气微正压状态，并对氮气压力进行监视，及时补充氮气。对于大部分天然气发电厂，需要满足电网紧急调用调峰，如果对汽水系统进行堵板隔离，无法在短时间内将机组恢复到正常备用状态。为满足余热锅炉保养需求，绍兴热电自行设计了氮气保养系统，在201３年底进行了实施。该系统采用原有的仪用压缩空气设备，经制氮装置向余热锅炉及燃气锅炉系统提供保养用氮气。在采用氮气保养系统后，锅炉汽水系统能够持续充氮，保持系统处于微正压状态，有效防止锅炉受热面腐蚀。绍兴热电在机组停运，余热锅炉系统压力消除后，即开始投入制氮系统充入氮气进行保养，保持系统内压力处于0.0３ａ左右。经过长时间对机组启动过程观察，即使在机组长期停运后的冷态启动，也能在2-3个小时内达到水质要求，减少了锅炉换水的消耗。在余热锅炉保养取得较好的效果后，该厂对保养范围扩充至整台机组，将汽机侧管路系统、供热系统管路也纳入到保养范围，提高了全厂热力系统的可靠性。6小结由于我国天然气气源不足，气价较高，天然气电厂用于调峰的局面将长期存在，运行小时数偏少，必然带来余热锅炉及管道设备的冷态保养的问题，为保证余热锅炉受热面不被腐蚀，采用氮气充氮保护。瑞气是一家从事气体设备及气体产品应用研究开发的专业公司，是中国常温空分领域的领导品牌和功勋企业。公司的核心业务包括：气体设备+气体产品。上海瑞气始创于1979年，在常温空分应用领域，我们拥有40年的经验，始终坚持为客户创造价值的理念，为全球气体及气体设备领域提供独特的产品、服务、技术咨询和解决方案。在中国，瑞气50多个营销分支机构、100多个服务网点遍布30多个省市；在全球，瑞气的营销遍及东南亚、中东、欧洲和南美，产品远销20多个国家，在石油、化工、煤矿、冶金、轮胎、医疗、食品、航空等行业得到广泛应用。 |