锅炉炉膛爆燃原因分析及治理.docx

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锅炉炉膛爆燃原因分析及治理

锅炉炉膛爆燃原因分析及治理

锅炉炉膛爆燃原因分析及治理

锅炉炉膛爆燃是造成锅炉设备严重损坏的恶性事故，也是国电公司关于防止重大事故的二十五项重点要求的反　措内容之一。

造成炉膛爆燃的原因和现象是多样化的，运行操作人员必须予以高度重视。

为防止锅炉爆燃事故提出需注意的几个问题。

    1油枪的喷油量要合适

　　某厂300MW机组锅炉投运初期，发生一次230MW负荷下由于煤质差、燃烧不稳定，在投油10min后冷灰斗上部爆燃的事故，造成部分后墙水冷壁损坏。

　　经分析，是因为个别油枪出力过大，没有雾化着火的部分燃油分离后落在冷灰斗上部，经蒸发气化的油烟夹杂着部分未着火的煤粉，在浓度增大后遇到落下的炽热灰渣时引起爆燃。

尽管FSSS的炉膛压力高保护触发了FMT动作，切断了油、煤燃料，对限制事故扩大发挥了一定作用，但是这个事例说明，油枪出力过　大是威胁锅炉安全运行的一个潜在因素。

FSSS的炉膛压力高保护只能在爆燃的冲击力达到其设定值时才动作，因而不能完全防止爆燃事故的发生。

由此可见，油枪的喷油量一定要控制在规定的范围内，要坚持定期进行油枪的试投工作，发现油量超限应及时停用处理。

在来粉不均、燃烧不好时，宜尽早投入靠燃烧中心部位的油枪助燃，油枪投用后，要注意检查燃油的实际雾化着火情况。

    2主燃料跳闸（MFT）后应立即检查燃料切断情况　　锅炉发生灭火MFT　后，只要原因清楚，经吹扫后一般都要尽快恢复正常运行。

在灭火处理过程中，为了避免汽温汽压大幅度下降拖延了恢复时间，甚至使事故扩大，要求运行人员迅速检查，进行多项操作。

但在发生锅炉灭火后的处理中，运行人员往往更注重恢复操作而容易忽视对进入炉膛的燃料是否被完全切除的检查（如：

检查油枪系统、给粉机、一次风机、磨煤机和排粉机是否跳闸），这就可能引发爆燃事故。

　　某厂锅炉在一次由于“全炉膛失去火焰”MFT后的匆忙处理中，意外发现火焰监视屏上有火光闪亮2次。

检查发现采用乏气送粉的1台排粉机未联跳，使一次风管中的积粉进入炉膛，造成爆燃，幸未造成设备损坏。

这种现象虽属偶然，但由于其极具危险性，因而要求把锅炉灭火后立即检查进入炉膛的燃料是否完全切除作为灭火处理的首要工作。

    3锅炉启动中要检查油枪雾化着火情况

　　锅炉点火启　动初期，由于炉膛温度较低，油枪喷出的燃油往往不能完全着火，尤其是在冬季冷炉点火启动时，如果遇上油质不好、点火器性能差、雾化蒸汽疏水不净等问题，往往出现油枪频繁进退，反复多次点火　不着的情况。

在这种情况下曾发现冷灰斗内的水面上有大量的积油，形成安全隐患。

因此在锅炉点火启动前油枪的泄漏试验应合格，点火后需注意保持油压稳定，油枪流量合适，要就地检查油枪雾化着火情况，有油滴分离时要退出处理。

当油枪点火不着或着火不稳定时，要避免频繁投退，应检查油枪头有无堵塞、析蜡及点火器性能不良等问题。

就地试投油枪时应尽快切换至远方位。

在锅炉点火启动初期，注意保持冷渣斗水位在溢流状态，如果发现溢流水明显带油，应尽快查明原因。

    4事故停运后油系统应立即解列进行炉膛吹扫

　　某厂试运　初期，在一次机组跳闸联动锅炉MFT后，检查跳机原因等待恢复期间，发现锅炉火焰监视屏上有火光闪亮，同时听到炉子有响声。

就地检查发现锅炉乙侧风箱处炉墙变形，受热面几处泄漏。

　　当时锅炉熄火已1h多，风粉设备已停，油系统快关阀、油枪电磁阀已关。

经分析，该炉油系统只在来油管道上设有快关阀，回油经手动隔离门与回油母管相接，由于邻炉的回油流量过大，油库侧的回油总门有节流，造成回油系统带压，停炉后2号角一油枪电磁阀不严，使燃油漏入锅炉乙侧风道内，造成爆燃。

因此在锅炉熄火后，暂不进行恢复操作，应立即将来回油隔离门关闭，确证系统油压回零。

对各台锅炉的回油量要按全厂最大开机方式及回油总管管径确定回油限量，回油汇流母管上的隔离门不能节流，保证回油母管无压。

　　锅炉熄火后另一个应注　意的问题是要对炉膛进行吹扫，尤其是在事故停炉后，不能因操作事项多，一时忙乱而忽视这项工作。

如果因厂用电暂时失去而影响炉膛吹扫时，应手动摇开吸送风挡板，进行一段时间的自然通风，同时也应注意避免锅炉可能产生的急剧冷却。

待厂用电恢复后，不论点火与否均按规定进行炉膛吹扫。

    5严禁退出和干扰FSSS灭火保护功能

　　FSSS系统是利用煤、油火焰检测装置通过对火光的频率、强度的测量来判断有火无火的，当检测到的无火数量达到设定条件时，即发出“全炉膛失去火焰”信号，并启动MFT指令切除全部燃料，防止锅炉灭火打炮。

　　在锅炉运行中，尤其是在新装机组投运初期，由于煤质变化、燃烧调整、火焰检测器调试或脏污等方面存在的问题，往往频繁发生锅炉灭火，难以维持锅炉的稳定燃烧。

在这种情况下，有的电厂被迫采取用一个信号稳定地拖带一个或两个频繁闪烁、很不稳定的火焰检测器或者采用短接一个最不稳定的火焰检测器，使其置位在有火状态。

这样做虽然在锅炉发生全炉灭火时，能发出“全炉膛失去火焰”信号，但已经降低了FSSS设定的发出全炉膛无火的判定条件，因此，在锅炉火焰检测信号不稳定的情况下，应针对问题寻找解决方法，而不能采取让FSSS保护功能让步妥协的做法。

　　锅炉启动前要认真检查FSSS系统，确保其投入后的可靠性，因为在运行中一旦FSSS系统出现故障就非常被动。

因此要把加强对FSSS系统的管理作为保证锅炉安全运行的一项重要措施。

    6加强燃油管理

　　燃油的质量对油枪点火及着火效果有着很大的影响，油中的杂质不仅会堵塞油枪喷头，若在阀门内沉积也可能造成阀门关闭不严密而漏油。

因此要严格把好进油的检验关，同时要保证油系统的滤网正常投入运行，并定期对滤网进行切换清扫，避免杂质进入炉前油系统。

油库还要定期检查放水，以防油中带水。

　　系统油压的波动对油枪的喷油量影响很大，尤其在相邻锅炉投退油枪时更为突出。

燃油泵采用频控制对稳定油源压力有很好的作用，同时也能收到明显地节能效果。

　　在锅炉实际运行中遇到的问题是多种多样的，引起锅炉炉膛爆燃的原因也是复杂多变的，但是燃油方面的问　题往往是造成爆燃的主要祸因之一。

要重视油枪投用、切除及油量控制的各个环节和状态，保证锅炉联锁及FSSS保护投入的可靠性，在各种异常情况下，首先关注危及锅炉安全的问题，才能更有效地防止锅炉爆燃事故的发生。

   1可燃气体爆燃 

 为防止炉膛内正压物料泄漏,CFB锅炉采用膜式水冷壁结构,炉膛封闭严密。

正常燃烧过程中,床上热物料的可燃成份约占3%～5%。

在一些应急情况下,CFB锅炉可进入临时压火状态,压火时间甚至能达到24h。

压火时整个锅炉处于封闭状态,床体物料温度保持在900℃左右,炉内为缺氧氛围，此时物料中的大量碳会缺氧氧化生成CO；当压火时间过长床温下降时,要在床体上添加高挥发份的烟煤维持床温,高温下烟煤的挥发分析出,增加了炉膛中可燃气体的浓度。

因此长时间的压火,使得在烟道、风室、风道内聚集了较高浓度的可燃气体。

锅炉热态启动时,引风机的启动能排除炉膛和烟道内的部分可燃气体,但是由于床料的阻隔,风室及风道内的气体被引风机抽出的极少,当一次风机启动时,如果风道、风室内还保持有较高浓度的可燃气体，就会推动风室及风道内的可燃气体流向床体，如果可燃气体和一次风中形成的混合气体达到爆炸浓度,遇到900℃的高温物料时就会引发爆燃。

2残存点火油引起的爆燃。

采用床下点火的CFB锅炉,,点火不成功时会有一部分点火油沉积在风室内，如果点火吹扫时间不够或残油处理不当,再次点燃时,就可能造成油气爆燃。

3尾部积灰可燃物引起爆燃

锅炉运行过程中,尾部烟道会产生大量积灰,尤其是在水平烟道部位更为严重。

CFB锅炉的积灰含碳量较高，某些调整不好的锅炉甚至高达20%以上,在由可燃气体引燃的情况下,积灰中的碳粉能够产生爆燃。

4.入炉煤水分过大引起爆燃

正常运行的CFB锅炉，在入炉煤水分突然剧增的状态下，炉膛中部的锥形缺氧区会形成较高浓度的水煤气，当这部分水煤气处于爆炸浓度范围内时，会形成爆燃，这在135MWe和更小容量的锅炉上都曾出现过。

发电厂锅炉炉膛防爆实践

〔摘  要〕分析了火力发电厂锅炉炉膛爆炸的机理、诱发炉膛爆炸的主要原因，提出了有效的防范措施，并结合大港发电厂锅炉炉膛防爆实践加以说明。

   〔关键词〕火电厂；锅炉；炉膛；防爆

    锅炉在试运和运行中发生炉膛爆炸事故是屡见不鲜的，它不仅导致了机组非计划停机，危及机组的安全经济运行，还会造成严重的设备损坏和人员伤亡，因此，预防、减少和杜绝炉膛爆炸事故十分重要。

    大港发电厂二期锅炉是意大利TOSI锅炉厂制造的亚临界、强制循环、中间再热、平衡通风、燃煤固态排渣汽包炉。

最大连续蒸发量1100

t/h，设计燃用山西晋中贫煤，实际燃用阳泉无烟煤及贫瘦煤。

每台锅炉配有4套双进双出半直吹钢球磨制粉系统。

由于无烟煤及贫瘦煤属难燃煤种，极易造成锅炉灭火和炉膛爆炸事故，大港发电厂对此进行了深入的分析，并采取了有针对性的防范措施，有效地杜绝了炉膛爆炸事故的发生。

1  炉膛的内爆和外爆

  炉膛内爆

    当炉膛内负压过高，超过了炉墙结构所承受的限度时，炉墙会向内坍塌，这种现象称为炉膛内爆。

随着大容量机组的发展和除尘、脱硫设备的装设及高压头引风机的使用，增加了锅炉内爆的可能性。

防止炉膛内爆发生的主要方法是在锅炉灭火和MFT动作后的初期提高炉膛驻留介质的质量，通常采取减缓燃料切断的速度（这与防止炉膛外爆相反）、增加送风量和减少引风量等措施。

因炉膛内爆事故在国内发生得较少，因此下面主要分析炉膛外爆事故。

  炉膛外爆

    锅炉炉膛爆炸是锅炉炉膛、对流竖井、烟道、引风机等内部积存的可燃性混合物突然同时被点燃的结果，即因爆燃而使烟气侧压力升高，造成炉墙结构破坏的现象，也称为炉膛外爆。

锅炉炉膛爆炸又可分为点火爆炸、灭火后爆炸和运行中爆炸3种情况。

    炉膛内瞬间的燃料爆燃可视为定容绝热过程，应用能量守恒方程和理想气体状态方程可以推导出炉膛内爆炸时介质产生的压力，P2为：

    其中，Cv为炉膛介质的定容比热，V为炉膛容积，P1、T1分别为爆炸前炉膛内的介质压力和温度，Vr、Qr分别为积存的可燃混合物的容积和单位容积的发热量。

    从公式可以看出，炉膛内爆炸时产生的压力P2与可燃混合物积存容积和炉膛容积的比值Vr/V、可燃混合物单位容积发热量Qr和爆炸前炉膛介质的温度T1有关。

    从上面的公式可以看出，炉膛温度T1越低，爆燃后的压力越大。

在锅炉点火启动初期，炉膛温度低，这时爆燃产生的破坏力将最为严重；T1越高，P2越小，当温度超过可燃物的着火温度时，燃料进入到炉内即被点燃，不会产生可燃物积存现象。

对于煤等矿物质燃料，其着火温度大多数不超过650℃，一般认为炉膛温度超过750℃时不容易发生炉膛爆燃。

2  诱发炉膛爆炸的主要原因

    理论分析和生产实践表明，发生炉膛爆炸需要3个必要条件：

一是炉膛内存有可燃性燃料（可燃性气体或煤粉颗粒）；二是积存的燃料和空气混合物是爆炸性的，并达到了爆炸极限；三是具有足以点燃混合物的能源。

3个条件缺一不可，否则不会发生炉膛爆炸事故。

  炉膛内可燃性混合物的积存

    运行人员操作顺序不当，设备或控制系统设计不合理，或者是设备和控制系统出现故障，都可能发生大量可燃物聚集在炉膛内的情况，当遇到符合发生燃料爆燃的点火能（炉膛温度）时，炉内积存的可燃物会突然被点燃，其火焰的传播速度很快，积存的可燃性混合物几乎同时被点燃，生成的烟气容积突然增大，一时来不及由炉膛排出，使得炉内压力骤增，超过了炉墙所承受的最大压力时便造成炉膛爆炸。

    因此，防止爆燃的主要方法是，防止可燃性混合物积存在炉膛或烟道内，而炉膛内有可燃性混合物积存时又应防止点火能的出现。

可见，锅炉灭火时MFT动作，迅速切断全部燃料，以及锅炉点火前按规定程序进行炉膛吹扫，是相当重要的。

  锅炉灭火或燃烧恶化

    实践证明，锅炉灭火是导致炉膛爆炸最常见的原因。

锅炉灭火是指炉内燃烧的突然中断。

锅炉燃烧不稳往往是锅炉灭火的预兆。

在锅炉辅机发生故障突然停运、燃烧器切换、炉内严重结焦掉渣、燃料性质突然改变或断煤以及火扫器打闪、炉膛压力大幅波动、燃烧恶化等工况时，应特别引起重视，做到尽早发现及时处理。

3  大港发电厂炉膛防爆措施

  设置可靠的保护并严禁随意解除

3.1.1  设置炉膛吹扫程序

    在任何情况下，锅炉点火前，炉膛安全监控系统（FSSS）都必须执行炉膛吹扫程序。

吹扫时要求吹扫风量大于额定总风量的30%，吹扫延续时间为

5min，以保证对炉膛进行3～5次全量换气，并以此吹扫风量作为点火风量。

因暖炉期间的燃料量一般不超过额定燃料量的10%，这就使炉膛内的空气与燃料的比例偏高，即使送入的燃料未被点燃，也将被冲淡为不可燃的混合物，从而可以避免爆燃。

    此外，当锅炉因总风量低于额定总风量的25%而跳闸时，炉膛吹扫程序逻辑要求5min的强迫通风时间，只有待5min的强迫通风完成后，才能进行炉膛吹扫程序。

当锅炉因2台送风机或2台引风机停运而跳闸时，炉膛吹扫程序逻辑要求15min的自然通风时间，只有待15min的自然通风完成后，才能启动引送风机运行，再进行炉膛吹扫程序。

  设置锅炉灭火保护

    火扫器检测运行油枪无火焰后，跳掉相应的运行油枪；运行磨煤机层火焰故障后，跳掉相应的运行磨煤机。

全炉膛灭火逻辑判断锅炉灭火后，MFT动作，立即切断全部燃料供应，即停止制粉系统，关闭磨煤机入口和出口闸板，关闭全部油枪的油阀，将引、送风量减小至吹扫风量并控制好炉膛压力。

  设置炉膛压力保护

    锅炉设有炉膛压力高低保护。

当炉膛压力极高（+2000Pa）延时1s或炉膛压力极低（-2000Pa）延时1s时，MFT动作。

该保护能在锅炉灭火保护失灵时，依据炉内可靠的压力信号及时切断燃料供应。

  严禁随意解除保护

    炉膛压力高低锅炉跳闸保护和火焰故障锅炉跳闸保护在锅炉启动前应投入运行。

因设备缺陷需退出保护时，应经总工程师批准并事先做好安全措施，运行人员必须做好事故预想。

锅炉运行期间，严禁采用插火焰钥匙的办法模拟火焰扫描器的信号，严禁随意退出火焰探头或连锁装置。

运行中临时解除保护进行维护后，应尽快恢复。

  预防锅炉灭火事故的发生

    预防锅炉灭火事故的发生是防止炉膛爆炸的重点。

  加强煤质管理和化验

    严格执行混配煤规定，严格控制和化验煤质、煤粉细度、水分和挥发分，并将煤质情况及时通知主控值长，避免因调整不及时、燃烧不稳定造成锅炉灭火。

  保持锅炉良好燃烧工况，防止炉膛结焦

    燃用设计煤种时煤粉细度R88控制在15%以下，燃用贫煤与无烟煤的混合煤种时R88控制在10%以下，R200均控制在%以下。

按规定保持磨煤机最佳出口温度、风量和运行组合方式，避免2台磨煤机隔层组合运行。

    在燃煤挥发分小于10%或锅炉燃烧不稳时，值长应向中调说明情况，避免深度调峰，必要时可向中调申请涨负荷或投油助燃。

燃用灰熔点较高的煤种并保持煤质稳定，调整好磨煤机运行组合方式，组织好锅炉配风燃烧，并加强锅炉吹灰和看火孔的监视。

一旦发现结焦应及时处理，影响锅炉安全运行时应立即停炉。

  做好监盘和操作工作

    锅炉运行期间，运行人员除根据有关表计对燃烧工况进行监视调整外，还应根据火焰扫描器和火焰电视的指示，结合就地观察，对燃烧情况进行综合判断，仔细调整。

尤其是在锅炉启动、停运和低负荷运行以及煤种改变时，更应加强对运行工况参数变化的监督，注意燃烧和风煤比的调整。

当锅炉燃烧不稳时应提前投油助燃，但对于已濒临灭火的锅炉严禁投油助燃和采用爆燃法复燃。

    锅炉停止运行后，应及时关闭油枪手动门和点火枪可燃气的手动门。

    锅炉点火时要求用点火器点燃油枪，油枪点燃煤粉，禁止采用隔层或隔角引燃的办法进行油枪点火。

    投停磨煤机时必须按规定投油助燃。

启动磨煤机时必须进行充分暖磨，以免冷粉进入炉膛使燃烧不稳定或加剧燃烧恶化。

启动跳闸磨煤机必须按运行规程规定进行抽粉。

    当锅炉需要在较低负荷下运行时，可停用部分磨煤机和燃烧器，使其它运行的磨煤机和燃烧器在高于最低稳燃负荷下运行。

根据煤质的情况及时控制好煤粉细度和过磨风流量，在磨制阳泉无烟煤等硬质煤时过磨风流量不能过大，防止在涨负荷时，突然加大过磨风流量，造成煤粉变粗，从而导致燃烧恶化。

    避免锅炉在长期低负荷下运行，或在涨负荷时煤量加得过快而二次风量增加不及时，导致烟道内积存可燃物较多。

尤其是在锅炉启动过程中，应根据锅炉燃烧情况和机组启动的需要投入磨煤机和增加磨煤机出力，不要不管炉内的燃烧情况而匆忙从下层往上层投磨。

  加强设备维护

    加强锅炉MFT保护和炉膛吹扫程序的维护。

定期对油枪油阀、点火枪可燃气阀、燃油跳闸阀、可燃气跳闸阀和磨煤机出入口闸板进行试验，确保闸门动作正确，关闭严密。

发现泄漏点应及时消除，并定期进行油枪的更换和吹扫工作。

加强设备检修管理，重点解决炉膛漏风、一次风管不畅、送风不正常脉动、磨煤机堵煤、断煤和热控设备失灵等缺陷。

    大港发电厂根据锅炉炉膛的爆炸机理，分析了诱发爆炸的主要原因，并通过以上措施，保障了锅炉安全稳定运行，在锅炉炉膛防爆的工作中取得了满意的效果。