防止锅炉炉膛爆炸事故【京能集团反措讲课】

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热控方面的设计选型要求
1. BMS/FSSS功能齐全、系统和元件可靠 我们可以把6.2.1.6条解读成对BMS/FSSS功能齐全和可靠性的要求 锅炉主保护和定值管理,如炉膛压力保护定值,发电公司可以专业优 化,但集团要管,要有整体意见。但是,不管是锅炉厂、集团公司、 还是电厂,提出和确定炉膛压力保护定值应综合考虑炉膛防爆能力、 炉底捞渣机水封尺寸和锅炉正常燃烧要求6.2.1.10。 2.火检装置选型要可靠,安装位置设计要合理,保证每个燃烧器都有 火检回路和联锁 火检回路和系统、锅炉主保护、炉膛吹扫是防止锅炉外爆的三大基础 和前提要素。对火检的认识和维护必须上升到本质安全的高度,如果 这里不重视,这个口子开了,它就是千里之堤的蚁穴和管涌,危险是 肯定的,可能会造成吹扫无法正常进行和灭火保护行同虚设。
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对设计/选型/改造环节的要求
下面分别从燃烧器系统和锅炉本体、辅助系 统、热控系统等方面归纳解读。
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对燃烧系统和锅炉本体设计选型要求:



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在电厂和机组设计选型时,包括锅炉改造 时,首先必须采取、提供有代表性、正确的煤 样,真正反映将来运行的主力煤种和校验煤种、 运行边界,以便正确设计点火方式、燃烧方式和 燃烧系统,正确选择炉膛参数和强度,配置合理 的风机和辅助系统,保证实际运行中点火可靠、 着火稳定、燃烧正常,不发生强结渣和经常性灭 火事故。 或者干脆增加一条,直说:锅炉炉膛的设计 选型要参照《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导 则》(DL/T831-2002)的有关规定进行。 炉型与煤性必须偶合,北仑港事故结论最主 22 要的一条就是设计缺陷。
2.运行中灭火后自燃爆炸
该种爆炸可分为以下几种情况: a.灭火后着急恢复,不吹扫,直接点火引起存留炉膛的可 燃物爆炸; b.锅炉实际已灭火,但由于灭火保护没有投入,燃料不跳 闸,不但继续往炉膛中送,或者在自动、人为作用下增加 燃料投入,被雾化和扬散的煤粉进入炽热的炉膛,发生爆 炸; c.锅炉物理上已灭火,但由于大部分火焰信号被强制,不 能发生MFT、OFT、MTR,燃料仍送入,发生爆炸; d.燃料或空气、或者点火源突然中断,造成瞬间灭火,但 随即又恢复,使积聚的可燃物被爆燃爆炸。
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4.其它原因爆炸
比如青山电厂(武汉)的事故。这虽然看 似和运行毫无关系,但本质问题是一样的, 即可燃物进入了炉膛,在锅炉机组不运行的 情况下,没有隔绝燃料系统。这种情况终是 祸患。
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二、案例
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二、炉膛爆炸案例分析
案例1
1988年青山热电厂8号220t/h锅炉炉膛爆炸 小修后点火前,检修人员在进行扩大点火孔面积而动用明火作业,引 起炉膛内积聚的瓦斯爆炸,造成炉膛四角、尾部烟道、膨胀节开裂, 钢架失稳,汽包移位,炉体塌落。6人伤亡。 原因:该锅炉掺烧武钢的焦炉瓦斯,在连接武钢瓦斯母管的管道上, 有隔离盲板、电动总门和炉前4个分支门。为点火,盲板抽出、管道进 行过蒸汽置换,瓦斯已充到炉前,但其中一个分支门没有关严,有10 %的开度,焦炉瓦斯经此分阀漏入炉膛,漏入时间约半小时。 当时风机没有启动。 分析:燃料(气体)在炉膛中积聚、明火作业,虽然与锅炉运行无 关,但关键是燃料和空气的混合物弥散在炉膛内。
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3.锅炉点火系统的设计和选型,尤其是微油点火技术和 等离子无油点火方式的选取和系统的设计,必须保证点 火能量足够,投入任何制粉系统和燃烧器都可以获得合 适的点火源足够的点火能,并且满足燃料突变(制粉系 统断煤、入炉煤突然劣化)和低负荷情况下的稳燃需 要。 4.引风机、增压风机,联合风机的压头选取必须考虑炉 膛、尾部烟道的强度 5.吹灰方式和吹灰器布置及数量必须专门评估和充分, 起码有预留 (防结渣、防掉焦、防塌灰) 6.锅炉底部除渣方式、灰斗容量、强度和连接密封强度 都要和燃料特性、机组容量、燃烧方式、炉膛强度、保 护定值相适应,否则,也导致灭火、外泄、爆炸等严重 问题。
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三、条文解读
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国家电力公司2000版防止锅炉炉膛爆炸事故只 有两部分,即防止灭火和防止结渣;京能集团 新修编的25项反措,包括防止灭火、防止结 渣、防止其他原因引起的炉膛外爆和防止内爆 四部分,6.2.3防止其他原因引起的炉膛外爆和 6.2.4防止内爆为新增部分。前两部分也有新条 文增加。 6.2.1增加了6.2.1.10~6.2.1.16条,共7条 6.2.2增加了6.2.2.5~6.2.2.10,共4条
防止锅炉炉膛爆炸事故
华北电力科学研究院有限责任公司 毛永清 2013年3月 北京
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目 录
一、炉膛爆炸原因和种类 二、案例 三、条文解读 四、细化交流 五、总结
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一、锅炉炉膛爆炸及种类
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锅炉炉膛爆炸,传统是指:在锅炉 炉膛或与炉膛相连接的后部烟道受 限空间内,积有煤粉、油雾、燃气 与空气的混合物,当这些混合物的 浓度处于爆燃极限范围内时,如遇 到点火源即会爆炸,燃烧产物温度 骤增,体积膨胀,压力瞬间升高, 乃至炉膛破坏,这种现象就是炉膛 外爆。
辅机系统的设计选型要求
1.空预器和制粉系统和磨煤机要适应煤种。 2.炉前油系统、其它燃料系统、制粉系统的给煤 机、磨煤机等都必须有进行隔离的手段,必须在 停运和机组跳闸情况下能够真正动作隔离的关断 阀门、挡板等,没有旁路,不留后患,并且其开 关条件和逻辑进入BMS系统,防止运行无关人员 操作和运行人员随意操作。 尤其对于后改造和加装的辅助燃料系统,必须有 关断阀,并纳入BMS管理。6.2.3.4
案例3
1990年代中期,某300MW燃煤机组 1.锅炉灭火后为抢点火,不吹扫炉膛,投 油不判断着没着火,连续启动4台磨煤机, 炉膛爆炸,有人员牺牲。 分析:违反规程、逻辑操作,火检信号本 身也不正确,不分析问题、不检查设备和 系统、不判断结果,到底油枪真的投入没 有,着火没有?
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案例4
北仑港电厂“3.10”事故
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煤粉中挥发物的析出愈多,煤粉愈细,则 悬浮于空气中煤粉爆炸时所产生的压力愈 大。 煤粉/空气混合物的浓度达到0.05kg/m3即 可形成爆炸性混合物。混合物浓度在 0.3kg/m3~0.6kg/m3,最容易爆炸。

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炉膛内爆:炉膛负压过大,使炉墙内、 外所产生的差压超过炉墙承受压力,导致 炉墙向内爆裂的现象。 此种炉膛爆炸方式在国外曾多次发生, 随着国内大容量机组的出现、以及脱硫、 脱硝系统的增加,内爆事故已成为一个越 来越受关注的突出问题。 在负压工况运行的锅炉尾部烟气系统, 也存在这种风险。
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案例6
某660MW超超临界机组,启动调试期间,机组 70%负荷灭火,造成电除尘器出入口烟道内 瘪变形。 机组有脱硫系统,增压风机、引风机合并成 联合风机,预留了脱硝系统,所以联合风机 压头比较高,锅炉灭火、一次风机跳闸的情 况下,联合风机没有及时正确调整,造成风 机入口负压超过6kPa,烟道失稳。 这其实是锅炉尾部烟道的内爆事故。

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外爆的分类:
根据炉膛爆炸时锅炉机组的状态,可把爆炸划分为3类:
1.点火爆炸
炉膛空间已经充满积存了燃料空气混合物,点火提供点燃源,发生 爆炸。
2.灭火后爆炸
为炉膛内高温环境提供易爆混合物。
3.运行中爆炸
创造了可燃物在炉膛内局部扩散、积存的条件。
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1.锅炉点火爆炸
其根本原因在于点火时,由于炉膛内有煤粉、油气、可燃气 体、空气等混合物积聚、留存,在启动时,由于点火、扬 尘起火星等,造成爆炸。当然,一个重要前提是在点火前 锅炉没有按规程要求、或者按正确逻辑设定吹扫,没有及 时清除可燃混合物。有以下几种情况: a.炉前燃料系统没有真正切断,点火引爆; b.系统存在漏洞,比如有跳闸阀旁路门等,误操作造成燃 料点火前进入炉膛,点火引爆; c.循环流化床压火,残留煤、碳缺氧热解产生一氧化碳, 或者水冷壁泄漏,和炽热床料中的碳反应生成水煤气; d.点火不成功,多次反复点火,造成油气、煤粉在炉膛空 间滞留; e.锅炉点火时,由于油温、压力参数不正常,或者油枪雾 化片等安装不正确,或者被杂物阻塞,造成雾化不良,有 大量油滴沉积在炉膛内,又随着炉膛温度的升高大量挥 发,上升遇到火焰,在炉内爆炸。 8
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安装和改造施工阶段要注意的重点
1.燃烧器的组装、间隙、连接、标高、角度、固定,包括方向、参考 点,要控制好,必须经过三方验收,达到优良等级,并留下完整 的资料存档;
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3.关于炉膛压力监测和保护的要求 a.必须保证炉膛压力信号取样部位的设计、安 装合理,取样管相互独立,系统工作可靠。 b.MFT、MTR、等离子点火系统跳闸保护逻辑必 须设计合理。 c.应配备4个炉膛压力监控变送器:其中3个为 调节用,另一个作监视用(超大量程),其 量程应大于炉膛压力保护定值。 d.有的公司规定中提到关于“方向闭锁”和“超 驰控制”在DL/T435—2004中有规定,这里要 求是对的。
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3.运行中爆炸
运行中爆炸主要分为: a.在多燃烧器多燃料运行时,单个或者部分燃烧器灭火,燃料通过该 燃烧器进入炉膛,此时如果再投入燃烧器等,会引燃发生爆炸; b.在出现严重结渣的情况下,炉膛内燃烧器下部会存在严重还原性气 氛和积聚高浓度可燃气体,当发生炉膛上部严重掉焦时,可能会引起 部分燃烧器灭火;同时,把燃烧器区域的火焰、空气带入,引发爆燃 或者爆炸。轻则造成锅炉正压灭火,极端情况下发生北仑港电厂 “3.10”特大事故。 由于炉内的空气动力流动特性,即使是正常运行的锅炉,在最下排 运行燃烧器下部水冷壁附近也有可燃物积存,我们曾经在一台315MW 机组锅炉炉膛下部测量,当时锅炉有不十分严重的结渣倾向,该处一 氧化碳含量超过1%。 c.锅炉长时间在低负荷、或者空气不足的情况下运行,在灰斗和烟道 死区沉积并阴燃的燃料,当锅炉突然增大通风、或者被吹灰扰动情况 下,会发生爆燃。 d.循环流化床锅炉冷渣器爆炸 e.另外一种爆炸会发生在液态排渣锅炉,全国很少,省略。



1993年3月10日,北仑港电厂1号600MW亚临界机组锅炉发 生特大型炉膛爆炸事故。本来是为了降低再热器管壁温度, 将燃烧器由水平下摆至下限,锅炉在严重结渣情况下异常运 行4天后发生炉膛爆炸事故,造成23人死亡,机组停运132 天,直接经济损失788万元的重大事故。 由于炉膛设计和布置存在缺陷,运行中出现了锅炉严重 结渣、再热汽温高、再热器管壁温度超温的现象,虽采取了 燃烧器下摆的措施,但结渣依然很严重;炉底冷灰斗结渣为 煤裂解和煤气的动态产生和聚集创造了条件。产生的可燃气 体在上升过程中与二次风混合,在470℃的温度下,突遇炽 热碎渣的进入或火焰的随机飘入,引起可燃气体的爆炸,炉 膛压力急剧升高,造成炉膛爆炸。 事故原因:炉内结渣严重,空气动力特性和气氛严重异 常,没有及时、果断停炉。 16
案例5 循环流化床锅炉爆炸
1.东北某电厂440t/h循环流化床2008年1月24日在一侧给煤机停运检 修,投入时发生给煤机爆炸。 燃用霍林河煤(褐煤),给煤机系统积煤自燃,启动扬尘爆炸 2.中国神马集团2002年10月18日一台180t/h循环流化床锅炉在点火中爆 炸。 点火时加煤早、加煤量大,床温低,点火油枪雾化不良,产生大量可燃 气体。 3. 75t/h CFB锅炉,1996年12月点火,点火过程中认为床温升高太慢, 运行人员关小一次风机和引风机,约2小时后,床温达不到要求,点 火失败。再次启动,约1小时后,发生炉膛爆炸。 由于频繁点火,炉膛未进行吹扫,且启动加热过程中通风不足,引风量 太小,造成大量可燃物滞留其中,再次点火后发生炉膛爆炸事故。 4. 循环流化床锅炉冷渣器、压力风室、尾部烟道爆炸
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案例2
1991年神头第一发电厂1号锅炉炉膛爆炸 负荷32MW,运行中发现下排4台给粉机转速从 1200 r/min下降到300r/min,主汽温度从535℃ 下降到510℃,其实锅炉已灭火,锅炉灭火保护 没投,运行人员判断失误,不是切下排给粉 机,而是启动上排5、7号给粉机,并将一台引 风机挡板关小,使炉膛内短时间造成大量煤粉 聚集(煤粉云),引起爆炸。 分析:锅炉灭火保护没有投入,运行人员判断 失误,本该切断燃料,反而增加煤粉投入,并 且关小引风机,不但积聚了炉膛内的燃料,而 且保持了炉内的高温烟气,创造了一次爆炸。 14
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