垃圾电站锅炉外连接管爆管事故分析完整版Word文件下载.docx

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　　摘 

要：

本文从全方面对一起十分罕见的垃圾电站锅炉外连接管爆管事故的原因调查进行了细致的分析，并由此从垃圾电站的安全环保设计、合理运行角度控制垃圾焚烧炉的稳定燃烧以及对垃圾电站锅炉的检验三个方面提出了确保垃圾电站锅炉安全运行的改进建议。

　　关键词：

垃圾电站 

爆管事故 

教训 

思考

　　Abstract:

Basedontheinvestigationonthecausesofarareaccidentoftheexternaljunctionpipecrackingoftheboilerinagarbageincinerationpowerplant,thisarticlegivesadetailedanalysisandprovidessuggestionsonthesafeoperationofboilerofgarbageincinerationpowerplantfromthreeaspects:

safeandenvironmentaldesignofgarbageincinerationpowerplant,controlofstableincinerationthroughreasonabledesignofangleandtestingtotheboilerofgarbageincinerationpowerplant.

　　Keywords:

GarbageIncinerationPowerPlant;

CrackofExternalPipe;

Lesson;

Analysis

　　一、事故简介

　　20xx年5月22日傍晚19时30分左右，一声巨响后，杭州市某垃圾电站发生连接管爆破事故，所幸未造成人员伤亡。

锅炉炉顶低温过热器和减温器左数第三根材质为20（GB3087）的Φ89×

4mm的连接管爆管（共有六根）。

事故发生时，锅炉蒸气压力为3.5Mpa左右，因爆管蒸汽外泄所产生啸叫声十分巨大，前后持续了约四十分钟，造成周边居民一定的恐慌。

采取紧急停炉等措施后，该锅炉停止运行等待事故分析。

连接管爆破口位于低温过热器端侧（参见图1-1），在爆破力的巨大作用下，减温器侧的短管也被撕裂，连接管被弹至连接管上方挂杆处（参见图1-2）。

此次爆管事故的位置与普通电站锅炉各类爆管事故均不同，十分少见，为此本文作者细致地进行了事故勘察和分析。

　　二、运行垃圾电站锅炉基本情况

　　发生事故的垃圾电站为20xx年6月投入运行的，由国内著名大学热能工程研究所和国内著名锅炉制造厂联合设计的35T/h异重流化床垃圾焚烧锅炉，型号为LJ300-35-3.82/450。

锅炉具体主要参数为：

日处理垃圾300吨，额定蒸发量35T/h，过热蒸汽压力3.82MPa，过热蒸汽温度450℃，锅炉给水温度150℃,炉膛出口温度892.2℃,床层正常运行温度850～950℃,设计燃料为"

垃圾＋煤"

。

　　三、事故调查及分析

　　3.1、过热器检查

　　事故锅炉炉采用的为纯对流型过热器，位于炉膛出口和一次分离器后的水平烟道上呈单管圈顺列布置，低温过热器设计烟气进口温度为653℃,出口蒸汽温度为376.9℃。

顺烟气流动方向依次为Φ38×

4mm的低温和Φ89×

4.5mm的高温过热器，第一排低温过热器为15CrMoG，其余低温过热器材质为20（GB3087-82），高温过热器的材质均为15CrMoG，在两级过热器之间设有面世减温器用以调节汽温。

低温过热器至面世减温器共有六根GB3087的Φ89×

4mm的连接管。

面式减温器为给水冷却并呈螺旋管式排列，减温冷却水循环回送至省煤器进口的混合集箱。

　　3.2、爆管分析

　　3.2.1、爆破口表面分析

　　爆管爆破特称呈粗糙脆性爆破（参见图3-1），破口管壁有明显减薄，连接口经检测略有胀粗。

经检查发现破管另一端的氧化铁层上有密集的纵向细裂纹（参见图3-2），初步判断为在长时超温的基础上突然局部高温受热导致连接管爆破。

　　3.2.2、爆管材质分析

　　对爆破的连接管取样进行金属化学成分分析，分析结果详见表3-1。

材质的化学成分符合《低中压锅炉用无缝钢管》（GB3087）的要求。

　　表3－1 

爆破连接管取样金属化学成分化验数据

　　元素名称炭（C）锰（Mn）硅（Si）磷（P）硫（S）

　　百分比含量% 

0.220.550.250.014 

0.0047

　　3.2.3、爆破口取样金相组织分析

　　在连接口爆破点附近和未起爆点连接管上各取样一片试样送检，金相组织分别为：

　　起爆点试样：

铁素体＋较细块状石墨＋少量碳化物，呈微观严重石墨化（如图3-3所示）

　　未起爆点试样：

铁素体＋较粗块状石墨＋少量碳化物，呈微观严重石墨化

　　长期高温运行造成石墨化现象的出现，石墨化使析出的碳聚集在一起，呈链状分布在晶粒的边缘，造成了此处的应力集中，强度和塑性显著下降，脆性增加。

　　3.3、垃圾电站锅炉运行调查

　　检查事故锅炉一个月以来的运行记录：

蒸汽流量为30～35t/h，负荷正常；

蒸汽压力3.5～3.7MPa，正常运行；

蒸汽温度441℃～452℃，正常范围。

锅炉凝渣管前烟气设计温度上限为787℃，低过出口设计烟气温度上限为653℃，高过出口烟气设计温度上限为569℃，实际发现一个月来二次出现烟气温度远远超过设计烟温的情况：

一次持续时间长达9个小时，凝渣管前烟气温度为911℃～931℃，超过设计烟温144℃，低过出口烟气温度为639℃～689℃，最高超过设计值36℃，高过出口烟气温度为621℃～642℃，最高超过设计值73℃；

另一次持续时间达7个小时，凝渣管前烟气温度最高达950℃，超过设计烟温163℃，低过出口烟气温度为925℃，严重超过设计值272℃，同时高过出口烟气温度为928℃，严重超过设计值359℃。

　　3.4、事故锅炉内外部检验情况

　　对事故电站锅炉内部进行检查后发现，低过烟气通道存在严重结焦现象，特别是在爆管侧位置下方的局部范围内，结焦现象十分严重，部分堵塞了通道，由此造成烟气流通横截面积减小，烟速增高，从而造成连接管温度超高。

拆除外部保温层后，对所有外连接管进行了测量，发现部分Φ89×

4mm的管径存在不同程度的胀粗，具体数据如表3-2。

表3－2 

外连接管管径测量数据

　　自左至右排列第一根第二根第三根（爆破管）第四根第五根第六根

　　管径（mm）90.489.598.089.389.289.1

　　外部检验时发现减温器流量记录仪表早已损坏停用，运行中无法通过对减温水流量变化的实时监测来判定低温过热器出口蒸汽温度是否在设计控制温度内。

　　四、垃圾电站锅炉爆管事故的原因分析

　　4.1、为了减少二恶英的排放提高垃圾高温持续燃烧时间

　　4.1.1、城市垃圾焚烧不彻底将释放大量至癌物质"

二恶英"

　　二恶英是由二个苯环通过二个氧原子连接而生成的芳香烃族化合物，其结构式如图4-1所示。

引人关注的是其1～9位置上被氯原子所取代的二恶英，称之为多氯二苯并二恶英简称PCDD，理论上PCDD共有75种同分异构体，每种都具有不同的物理和化学性质，毒性也不一样。

其中四氯二苯并二恶英（2,3,7,8,2TCDD），即图4-1中2、3、7、8的位置被氯原子所替代的二恶英，这种物质常温下为无色晶体，只微溶于水及大多数有机溶液。

根据美国环境保护署（EPA）1994年9月的报告，它是迄今为止，人类所发现的毒性最强的物质，其毒性相当于氰化钾（KCN）的1000倍。

　　4.1.2、二恶英在垃圾焚烧电站垃圾焚烧过程中形成的机理

　　焚烧炉中二恶英的形成有两方面的原因:

一方面是混入垃圾中的二恶英类物质，另一方面是焚烧炉在燃烧垃圾过程中产生二恶英，并且这是二恶英产生的主要方面。

有关研究认为焚烧垃圾时二恶英的形成机理有三种形式：

（1）高温合成，即高温气相生成PCDD。

在垃圾进入焚烧炉内初期干燥阶段，除水份外含碳氢成分的低沸点有机物挥发后与空气中的氧反应生成水和二氧化碳，形成暂时缺氧状况，使部分有机物同氯化氢（HCl）反应，生成PCDD；

（2）从头合成，在低温（250～350℃）条件下大分子碳（残碳）与飞灰基质中的有机或无机氯生成PCDD。

残碳氧化时，有65～75%会转变为一氧化碳，约1%转为氯苯再转变为PCDD，飞灰中碳的气化率越高，PCDD的生成量也越大；

（3）前驱物合成，不完全燃烧及飞灰表面的不均匀催化反应可形成多种有机气相前驱物，如多氯苯酚和二苯醚，再由这些前驱物生成PCDD。

高温燃烧产生含铝硅酸盐的原始飞灰中含有不挥发过渡金属和残碳。

飞灰颗粒形成了大的吸附表面。

飞灰颗粒在出炉膛冷却的同时，颗粒表面上的不完全燃烧产物之间，不完全燃烧产物与其它前驱物之间发生多种表面反应，另一方面与不挥发金属及其盐发生多种缩合反应，生成表面活性氯化物，再经过多种复杂的有机反应生成吸附在飞灰颗粒表面上的PCDD。

焚烧垃圾温度为750℃且氧过剩时最易生成不完全燃烧物。

　　为了达到环保要求，减少PCDD的排放，事故电站持续保持850℃以上高温燃烧5秒以上，造成锅炉长时间高温过热。

　　4.2、生物质炉料结焦特性随机造成焚烧炉内局部高温过热

　　垃圾电站所采用的炉料是以城市固体垃圾（MSW）为主的生物质物质。

生物质直接燃烧过程可分为三步：

脱挥发分生成挥发分和炭、挥发分燃烧和炭的燃烧。

其与煤燃烧过程不同之处是：

因生物质的水分对燃烧过程影响很大，甚至主宰整个燃烧过程，所以将水分的干燥作为一个独立的过程。

在生物质燃烧过程中，一个很重要的问题就是积灰结渣。

积灰是指温度低于灰熔点的灰粒在受热面上的沉积，多发生在锅炉对流受热面上。

结渣主要是由烟气中夹带的熔化或半熔化的灰粒接触到受热面凝结下来，并在受热面上不断生长、积聚而成，多发生在炉内辐射受热面上。

　　4.2.1、燃料元素对结焦的影响

　　事故垃圾电站炉料生物质中的灰分有两种主要来源：

一是燃料本身固有的，即形成于植物生长过程中。

本身固有的灰分是相对均匀地分布在燃料中，其中Si、K、Na、S、Cl、P、Ca、Mg、Fe是导致结渣积灰的主要元素；

另一是城市固体垃圾（MSW）拌料过程中，燃料加工处理加入煤过程中带入的，如：

砂子、土壤颗粒，其组分与燃料固有的灰分差别很大。