锅炉燃烧问题的分析

若因炉内压力突然升高造成炉墙向外破坏， 若因炉内压力突然升高造成炉墙向外破坏，称之 为炉膛外爆。反之，炉内压力突然降低， 为炉膛外爆。反之，炉内压力突然降低，因负压过大 造成炉墙向内破坏，称为炉膛内爆。 造成炉墙向内破坏，称为炉膛内爆。
正压性爆炸(外爆)： 通常炉膛爆炸是指正压性爆炸，即炉膛或尾部烟道内积存的燃料和 空气的混台物达到一定浓度并被引燃时所造成的急剧而不可控制的燃烧， 导致烟气体积瞬间增大，因炉膛空间不能泄压，造成炉墙倒塌，水冷壁、 包覆管、刚性梁及炉顶等设备严重损坏。
我国运用较多的比较成功的FSSS系统（炉膛安全监控系统）是可见光双信号火 焰检测器（双信号——用火焰强度和火焰频率来综合判断火焰是否存在） 色度分布特性： 色度分布特性： 根据国际表色方法对燃煤火焰的颜色进行定量计算。 研究表明，煤粉火焰基本处于白色区域，但非纯白光，三原色光谱略呈黄绿兰。 任何一个色光的表色系统都可直观地反映燃烧状况。在煤粉浓度较高时，火焰颜色 略呈黄色，随着煤粉浓度的降低，色度坐标减小，颜色从绿色过渡到兰色。在煤粉 稀薄时，色度坐标的反应也很灵敏。火焰的色度坐标变低，意味燃料量不足，燃烧 不稳定，甚至可能出现灭火。
锅炉炉膛爆燃（爆炸） 2. 锅炉炉膛爆燃（爆炸）事故分析与预防
锅炉发生炉膛爆燃（爆炸）是国家电力要求坚决杜绝的重大事故之一。然而，国 内电站锅炉炉膛爆燃（爆炸）事故仍偶有发生。据不完全统计，近年来有20几个电厂 发生近30起炉膛爆炸事故。炉膛爆炸事故的破坏力大，恢复时间长，所造成的经济损 失较其他事故往往有过之而无不及。为了避免炉膛爆炸事故的发生，目前许多电厂都 安装了锅炉燃烧管理系统或锅炉灭火保护装置，并起到了很大的作用。锅炉爆炸带来 的危害是灾难性的，因而有必要对炉膛爆炸的原因进行分析并制定防止对策。 大容量锅炉水冷壁都采用悬吊结构，水冷壁管长度很大，因此炉壁所能承受的压 力较小，虽然在水冷壁四周加了许多水平刚性梁，但炉壁能承受的压力仍有限。以 660MW 机 组 锅 炉 为 例 ， 炉 膛 设 计 压 力 为 ±5.2KPa ， 设 计 最 大 瞬 间 承 受 压 力 仅 为 ±8.7KPa。采用平衡通风方式的锅炉稳定运行时炉膛压力维持在-120Pa。如果某个突 发因素使炉膛压力骤然大幅度升高或降低，超过炉壁所能承受的压力时，炉膛结构就 有可能遭到破坏。
基于相关原理的火焰检测： 基于相关原理的火焰检测： 两个光电探头呈一定角度安装，当二探头探测的相交区域有火焰时，二探头会同时测 到同区域相似的火焰的辐射信号，此时相关系数比较大，当相交区域的火焰熄灭时，二探 头测到的将是不同区域的背景火焰或炉壁辐射信号，其接收的信号自然不同，故相关系数 有差异，同样，任何火焰的漂移和不稳定都将导致相关系数的降低。实践经验表明，相关 系数>70%时可以认为火焰正常。 除上述单对光电探头外已研究出光电阵列相交的火焰探测器以解决其某些情况下检测 数据的误差。 数字图像火焰检测： 数字图像火焰检测： 用CCD摄像机摄取火焰的图像，输出信号用计算机处理。一般用棱镜或光纤将图像传 至安装在锅炉外边的摄像机，用计算机处理，在显示器上以伪彩色火焰显示、火焰燃烧棒 图、火焰亮度分布图等形式显示。这种系统灵敏度很高，操作使用方便，随着总价格的日 益降低，必将有更广泛的应用。 其他火焰检测方法： 其他火焰检测方法： 传统的直接接触式的测量（火焰温度或导电特性）方法已不再使用了，声检测和微波 火焰检测均有少量采用。 当天线发射微波通过火焰空间（电离区）时，将为火焰吸收和散射，其吸收和散射的 能量大小可由仪器检测。该法已成功用于无烟煤锅炉火焰的检测。
炉膛外爆
燃料爆燃
燃料爆燃是引起炉膛外爆最常见的原因。爆燃是指在炉膛或烟道中积存 的煤粉、油等可燃物与空气的混合物突然同时被点燃，烟气容积骤然增加，来 不及从炉膛或烟道出口排出，而使压力突然升高。可燃气体积存爆燃的速度很 快，与氢爆类似。 研究指出，积存可燃混合物容积与炉膛容积的比值越大，或者说单位可 燃物容积发热量越大，爆燃后炉膛压力就越大；爆炸前介质温度越低，爆炸后 的破坏压力就越大。在升炉期间炉膛温度低，若发生爆燃，产生的压力更具有 破坏性。 在正常运行工况下，送入炉膛的燃料立即着火燃烧，燃烧生成的烟气随 时被排出，不会发生爆炸。
1.3 炉膛灭火的处理
发现炉膛灭火时应立即切断燃料，停止给煤机及磨煤机运行；保护动 作灭火时，应检查切断一切供粉、供油，禁止用引燃方法恢复燃烧；灭 火后要立即关闭过热器、再热器减温水门，调整引、送风机出力至最小， 维持炉膛负压，通风10min后，根据情况决定是否停止引、送风机运行或 恢复锅炉运行。
2.2 防止炉膛爆燃的措施
加强岗位责任制和技术培训，提高人员的技术素质和应变能力，避免误操作或误判断。 加强对锅炉启动前的检查，如：检查油燃烧器进油阀关闭严密、高能点火器正常、磨 煤机及供粉设备已有效隔断、炉膛下部无沉积的固体或液体燃料、无可燃气体或水蒸 汽积聚等，及时发现情况，及时处理。 锅炉大小修后进行动态、静态联锁试验及事故按钮停机试验。 锅炉点火前应对炉膛进行通风吹扫，以排除炉膛和烟道内的可燃物。 加强点火过程的监视，发现熄火，立即切断燃料，全面检查燃烧系统。待熄火原因消 除后，对炉膛进行吹扫，方可重新点火。 合理调整锅炉燃烧，防止风量过大或过小；燃烧不稳或负荷时应投油助燃；加强炉膛 负压的监视和调整；防止因燃烧不良而导致锅炉熄火。 投入锅炉燃烧自动控制，减少运行人员的劳动强度。 当炉膛已经灭火或已局部灭火，并濒临全部灭火时，严禁投助燃油枪。锅炉熄火后， 迅速切断进入炉膛的燃料，严禁采取爆燃法来抢救火，并按规定对炉膛进行吹扫。 要充分发挥炉膛保护系统的作用。如炉膛火焰监视装置要正常，燃烧器的火焰检测器 良好，锅炉的灭火保护联锁正常等。
燃料爆燃的原因为： 燃料爆燃的原因为： 锅炉熄火，炉膛内积累大量可爆燃混合物，恢复运行时未充分通风吹扫， 点火后引起爆燃； 锅炉停用时，由于燃料阀门不严或漏关，燃料漏入炉膛，在锅炉点火时被 引燃爆炸； 有一个或多个燃烧器灭火或燃烧不良、或是启动某个燃烧器时着火不良， 炉膛局部空间积聚相当浓度的可燃混合物发生爆燃； 点火不顺利，又未及时进行吹扫，重复点火；致使炉膛和烟道内积存的可 燃物被引燃爆炸； 燃烧不正常时仍大量增加燃料，引起爆炸； 低负荷运行时，燃烧器因助燃燃料或空气受到干扰而灭火，在炉膛内积聚 的可燃物再次着火发生爆炸； 点火器能量过小或运行不正常，不足以维持正常着火时继续投油、投粉而 引起爆炸； 炉已熄火，保护装置未动作，继续投人燃料，引起爆炸； 停用燃烧器或磨煤机，没有将存留的燃料吹扫干净，当发生自燃后未注意 处理，又重新使用这些设备引起爆炸； 吹扫炉膛时所用的空气流速过高，激起灰斗中阴燃的可燃物而引起爆炸。
二、锅炉其它问题的分析
炉膛灭火 炉膛爆燃 烟道再燃 喷燃器故障 制粉系统爆燃烧
1. 炉膛灭火
炉膛灭火是炉膛变暗，看不到火焰的现象。 炉膛灭火是炉膛变暗，看不到火焰的现象。
1.1 炉膛灭火的现象 发生炉膛灭火时，炉膛负压表摆动大，瞬时负压至最大；一、二次 风压明显降低；炉膛亮度表指示降低或火焰监测指示发暗，电视屏幕上 无火焰显示；发出报警信号；水位瞬时下降而后升高；汽温、汽压下降； 锅炉灭火保护动作。 1.2 炉膛灭火原因 煤质差且燃烧调整不当，如一、二次风调整配合不当，燃烧器运行 不合理等。 低负荷运行，燃烧不稳定，未投油助燃。 制粉系统故障，粉管堵塞，给粉、给煤不均匀，燃用混煤时，煤混 得不均。 炉膛负压维持过大。 水冷壁管严重泄漏或爆破，大量汽水喷入炉膛。 炉内大面积塌渣，致使炉内扰动过大。
火焰检测原理判断火焰存在是否，拟设定一个强度阈值， 火焰检测原理判断火焰存在是否，拟设定一个强度阈值，当辐射强度超过此 阈值时认为火焰存在。 阈值时认为火焰存在。
频率分布特性： 频率分布特性： 由于各种随机扰动的存在，火焰辐射强度是随时间变化的，它在平均光强上下 波动（闪烁），其频率为0~2000Hz。火焰辐射脉动频率与燃煤成份，风/煤比、一、 二次风率、风速等有关，根据脉动频率量值可以判断火焰的存在。 火焰的频谱分布特性通过对火焰信号时间序列的FFT获得，得到稳定或不稳定 工况下的频谱分布图。火焰不稳定时，低频部分的能量增加较多，变化较大。 频率分布特性检测一般应用可见光。 经过大量实验分析，存在三个火焰基础闪烁频率的范围： 1. 2. 3. 15~50 Hz 火焰正常 7~15 Hz 火焰不稳定 ≤7 Hz 火焰熄灭
炉膛外爆原因： 炉膛外爆原因：
燃料爆燃； 燃料爆燃； 水冷壁严重爆管； 水冷壁严重爆管； 析铁氢爆。 析铁氢爆。
负压性爆炸（内爆）： 另一种爆炸是负压性爆炸，即运行中的锅炉发生突然熄火，送风机 又突然停转，炉膛热负荷急剧降低，而引风机又强力抽吸，使炉膛负压 徒增而呈真空状态，造成内凹变形、裂缝或设备严重损坏。 对于负压性爆炸，一般可通过合理制定送、引风机的连锁动作及紧急停 炉时送、引风机风量调节装置来防上发生。
水冷壁爆管引起的爆燃
水冷壁爆管严重时，由于管内是高压饱和汽水混合物，使大量泄漏蒸汽突然喷入 炉膛，造成炉膛压力骤然上升，超过炉壁所能承受压力而引起炉膛外爆。防止水冷壁 爆管的方法除前述的减少高温腐蚀和局部超温之外，还要保证水冷壁管材和焊接的质 量。
析铁氢爆
当大量熔融的炉渣落入渣井时，炉渣中高温的游离铁与水反应生成大量氢气，氢 气与少量氧气混合即会在炉内发生爆炸，因氢气爆炸时间极短，爆炸能量以超声波形 式向外释放，当超声波压力超过炉壁所能承受的压力时炉墙破坏。析铁氢爆在液态排 渣炉中发生较多。对于固态排渣炉，当凝结在水冷壁上的大量熔融渣块一起下落至渣 井时也有可能发生氢爆。
1.4 炉膛火焰监测
火焰检测原理 火焰是燃烧状态稳定与否最直接的反映。火焰检测包含两个函义：火焰是否 存在和燃烧是否稳定。 炉膛火焰特征 燃料燃烧时火焰放出大量的能量，这些能量主要包括光能（紫外光、可见光、 红外光等）、热能及声波。 燃烧火焰的辐射具有强度和脉动频率两个特点，强度信号又分为平均光强信 号和闪烁光强信号。 炉膛火焰检测原理和方法 光谱分布特性： 光谱分布特性：依据火焰的辐射强度来判断火焰是否存在。 按检测所用光谱波段差异可分为紫光线，可见光，红外线及全辐射火焰检测。 紫外线适于燃油锅炉检测。 红外线比较适合检测全炉膛火焰。 可见光及近红外线是应用较多的光谱区。
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1.5 燃烧诊断
光谱分析诊断技术 煤粉火焰中波长为600~700nm的辐射能量与煤粉浓度间存在正比关系。通 过检测这一波段的辐射强度，可获得煤粉浓度变化的信息，对锅炉燃烧状态进 行诊断。 火焰颜色分析的诊断技术 可对同一个色光进行表色，确定火焰的色度坐标。不同色度坐标反映不同 的煤粉浓度、不同的燃料品质。火焰色度坐标可作为风煤匹配是否恰当的诊断 依据，火焰色度坐标变低，表明燃烧区的煤粉浓度低，不利于优化燃烧。 火焰颜色为橙黄色：表明氧气充足，火焰强烈，充分燃烧。 煤粉浓度大时呈明亮的橙黄色。 火焰颜色为兰色：表明氧气不足，燃烧不稳定，不充分。 煤粉浓度小时略呈兰色。
利用摄像法检测诊断技术 利用CCD摄像机可摄拍到火焰分布情况，通过火焰的形式和分布，可以判 断燃烧器的气流工况、煤粉气流的着火及燃烧情况、炉膛的热偏差状况以及水 冷壁有无结渣等诊断。 频谱分析诊断技术 根据火焰的频谱分布特性的低频波动能量和燃烧稳定性的本质特性联系在 全频范围内进行燃烧诊断，能获得更详尽的反映燃烧工况的信息。 燃烧不稳定时，低频波动能量变大频谱中的交流分量大大增加。 燃烧稳定时，低频波动幅度变小，频谱中交流分量也小。 基于自组织神经网络的燃烧诊断技术 这是一种频谱分析技术和自组织神经网络原理相结合的、定量的燃烧诊断 技术。诊断过程分三个阶段进行：频谱分析，建立自组织神经网络，应用神经 网络进行燃烧诊断。
2.1 锅炉炉膛爆炸的原因
炉膛爆炸，具备燃料、氧（空气）、点火源（温度）三个要素，而且三者缺一不 可。当炉膛内的可燃气体或可燃粉尘与空气混合物达到一定浓度时，遇到明火，就会 爆炸。炉膛内的可燃物质没有达到爆炸浓度，不会发生爆炸。 一氧化碳为例，当其与空气混合，体积含量达到12.5~74%时，遇明火都能引起爆炸； 当体积含量小于12.5%或大于74%时，遇明火则不会引起爆炸。 积聚在锅炉炉膛内的可燃气体中，氢气的爆炸下限很低而上限又高，因而在空气中 含量不多时，即可爆炸，危险性也很大。