循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)道與空氣預(yù)熱器爆炸的原因及對策

徐連榮，王 宏，向夏楠，王 銳

(湖州市特種設(shè)備檢測中心，浙江 湖州 313000)

循環(huán)流化床技術(shù)是近20年來發(fā)展起來的新型鍋爐燃燒技術(shù)，具有煤種適應(yīng)性廣、污染排放低、鍋爐熱效率高的優(yōu)點。目前，熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐中大多已采用該種爐型，但由于設(shè)計、制造的缺陷及運行中的失誤，導(dǎo)致循環(huán)流化床鍋爐的事故時有發(fā)生。其中以尾部風(fēng)道以及空氣預(yù)熱器段發(fā)生爆炸較為常見。這不僅影響企業(yè)安全生產(chǎn)，而且給企業(yè)造成經(jīng)濟損失。因此，在設(shè)計、制造、運行等環(huán)節(jié)均應(yīng)采取防范措施，預(yù)防爆炸的發(fā)生。

1 事故經(jīng)過

事故鍋爐為浙江湖州某廠的YG-35/3.82-M6循環(huán)流化床鍋爐。該爐為2004年3月生產(chǎn)，2005年2月投入使用。

2008-04-16T09:00，鍋爐運行正常，當(dāng)時爐膛溫度為850 ℃，蒸發(fā)量為34 t/h。隨后，由于廠用電突然中斷，鍋爐被迫停止運行。8～9min后，鍋爐尾部空氣預(yù)熱器部位發(fā)生爆炸?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐二次風(fēng)空氣預(yù)熱器箱體及二次風(fēng)管部分開裂和變形，其他部位未發(fā)現(xiàn)異常。經(jīng)分析，本次事故屬于風(fēng)道可燃氣體化學(xué)性爆炸事故。

2 原因分析

風(fēng)道及空氣預(yù)熱器發(fā)生爆炸必須同時具備3個條件：(1)風(fēng)道及空氣預(yù)熱器內(nèi)有可燃氣體；(2)可燃氣體與空氣的混合比達到爆炸限值(見表1)；(3)有足以點燃混合氣體的溫度或明火(可燃氣體著火溫度，見表1)。

表1 氣體爆炸的濃度極限及著火溫度

緊急停爐時，給煤機已停止給煤，但給煤管內(nèi)的余煤仍落入爐膛，引風(fēng)機、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機已停止運行。在相對密閉的爐膛內(nèi)，此時爐床溫度高達850 ℃，爐床有一定的可燃原煤、焦碳粒，剛落入爐中的煤有一定的含水量，且爐膛內(nèi)存在著少量氧氣，依據(jù)以上條件爐床存在化學(xué)反應(yīng)如下：

鍋爐正常運行時的燃燒產(chǎn)物—煙氣中的主要成分是CO2。但從以上反應(yīng)可以看到，由于突然停爐，爐內(nèi)氧氣不足，且爐內(nèi)溫度較高，焦碳粒在不完全燃燒的情況下會產(chǎn)生CO，煤中的水分會分解出H2，其他復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)也會產(chǎn)生可燃氣體。因此，突然停爐后，爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)后的主要可燃氣體成分為CO、CH4、H2等，主要成分是CO。

由于爐膛內(nèi)氣體體積增大，爐膛壓力升高，可燃氣體向外擴散。氣體向外擴散有3條路徑，如圖1。

圖1 可燃氣體擴散路徑

第1條路徑：爐膛→旋風(fēng)分離器→過熱器→省煤器→空氣預(yù)熱器→水膜除塵器→煙囪，由于該路徑沿程阻力較大，只有少量膨脹氣體從此道通過；第2條路徑：爐膛→墊料層→風(fēng)帽→冷風(fēng)室→熱風(fēng)管(一次風(fēng))→空氣預(yù)熱器(一次風(fēng))→一次風(fēng)機，由于墊料層阻力大，進入的氣體少；第3條路徑：布煤風(fēng)管→熱風(fēng)道(二次風(fēng))→空氣預(yù)熱器風(fēng)道(二次風(fēng))→二次送風(fēng)機，此通道阻力較小，所以大部分膨脹氣體從此通過風(fēng)道進入空氣預(yù)熱器。由于空氣預(yù)熱器里存在氧氣，可燃氣體與氧氣混合并可迅速達到爆炸極限，發(fā)生爆炸。

雖然突然停爐后空氣預(yù)熱器溫度為300 ℃，達不到可燃氣體的著火點，但是從爐膛內(nèi)擴散出來的可燃氣體溫度很高，很有可能達到著火點，引起爆炸。如果空氣預(yù)熱器管子有磨損破口，導(dǎo)致煙道中的火星飛入，則更容易產(chǎn)生爆炸。

3 原因及對策

(1) 鍋爐設(shè)計制造不完善，存在缺陷。鍋爐《使用說明書》的最后一項“壓火注意事項”中有以下描述：“鍋爐燃燒用煤揮發(fā)成分較高時，必須在鍋爐風(fēng)室的一次風(fēng)道和一次風(fēng)空氣預(yù)熱器側(cè)容易集氣的部位加裝放氣閥(門)，用來排放鍋爐壓火時自料層返竄的煤氣。鍋爐壓火時，立即開啟此閥(門)。鍋爐再啟動時，在確認無煤氣聚集的情況下，按本《說明書》的有關(guān)要求啟動?！卞仩t在設(shè)計制造書中未標(biāo)明排氣閥(門)的位置及型號，制造廠家在技術(shù)交底時，也未加以說明。

(2) 電廠項目設(shè)計單位及鍋爐安裝單位對上述情況未加重視，沒有考慮煙道和空氣預(yù)熱器的防爆措施。

(3) 使用單位是第一次安裝使用循環(huán)流化床鍋爐，對鍋爐的性能了解不夠，經(jīng)驗不足，在操作規(guī)程中未加說明。

檢驗機構(gòu)接到用戶電話，立即到現(xiàn)場查看，認為是在緊急停爐過程中可燃氣體進入風(fēng)道和空氣預(yù)熱器導(dǎo)致了氣體爆炸。該廠另一臺同型號鍋爐在停爐過程中也發(fā)生類似問題，但因爆炸能量比較小，未損壞風(fēng)道和空氣預(yù)熱器。

為防止爆炸再次發(fā)生，提出以下處理意見：

① 在風(fēng)道和空氣預(yù)熱器修復(fù)過程中，在空氣預(yù)熱器(一次、二次)的出口風(fēng)管上增設(shè)一個300mm×400mm的排氣門，并安裝防爆門，在一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)管上增設(shè)閥門。

② 在操作規(guī)程中，增加排氣門的操作規(guī)程，“鍋爐壓火時，一次風(fēng)機關(guān)閉后，關(guān)進氣閥門，引風(fēng)機停機后，立即開啟排氣門”；“再次啟動時，引風(fēng)機啟動5min后，關(guān)排氣門，開啟一次風(fēng)閥門”。

③ 運行記錄上，必須記錄排氣門開關(guān)的操作過程。

在該廠1，2號鏈條爐改循環(huán)流化床鍋爐的施工設(shè)計會審中，檢驗機構(gòu)提出了增設(shè)排氣門、防爆門及一次風(fēng)、二次風(fēng)閥門的建議，被設(shè)計部門采納，并進行了改造。改造后，鍋爐在運行中再未發(fā)生風(fēng)道和空氣預(yù)熱器爆炸的事故。

4 結(jié)束語

綜上所述，循環(huán)流化床鍋爐在非正常?；鸷蛪籂t時，很可能發(fā)生空氣預(yù)熱器及風(fēng)道氣體爆炸事故。為此，一方面在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)把空氣預(yù)熱器及風(fēng)道的防爆措施考慮在內(nèi)，另一方面國家現(xiàn)有規(guī)程、規(guī)范中并沒有針對循環(huán)流化床鍋爐防爆制定相應(yīng)的強制性條文，只在《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第58條中規(guī)定：“額定蒸發(fā)量小于或等于75 t/h的水管鍋爐，當(dāng)采用煤粉、油或氣體作燃料時，在爐膛和煙道等容易爆燃的部位一般應(yīng)設(shè)置防爆門。防爆門的設(shè)置應(yīng)不致危及人身的安全?！痹贕B50041-2008《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》第2.0.14條中要求：“燃油、燃氣和煤粉鍋爐后的煙道上，均應(yīng)裝設(shè)防爆門，防爆門的位置應(yīng)有利于泄壓。當(dāng)爆炸氣體有可能危及操作人員的安全時，防爆門上應(yīng)裝設(shè)泄壓導(dǎo)向管?！睘楸苊鈿怏w爆炸，減少爆炸發(fā)生的可能性及降低事故的危害性，建議在修改《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》時，增加有關(guān)循環(huán)流化床鍋爐防爆設(shè)計的要求。設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)鍋爐的實際情況設(shè)置防爆設(shè)施。使用單位在制訂操作規(guī)程及運行工藝時，應(yīng)增加循環(huán)流化床防爆操作規(guī)程，從而防止和減少事故的發(fā)生。

1 駱仲俠，何宏舟. 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 動力工程，2004，24(6).

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