发电厂锅炉炉膛爆炸的机理与防范措施

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摘要：本文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。

关键词：火电厂；锅炉；炉膛；防爆

引言

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。

一、炉膛的内爆和外爆

（1）炉膛的内爆。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。

（2）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、灭火爆炸和运行中爆炸三种情况。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。

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分别为积存在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点火温度时，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。

二、诱发炉膛爆炸的主要原因

理论分析和生产实践表明，发生炉膛爆炸需要三个必要条件：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。三个条件缺一不可，否则不会发生炉膛爆炸事故。

（一）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将被点燃，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，锅炉灭火时的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。

（二）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检闪烁、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。

三、发电厂炉膛防爆措施

（一）设置可靠的保护并严禁随意解除

（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，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。当锅炉因两台送风机或两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。

（2）设置锅炉灭火保护。火检检测到运行磨煤机火焰故障后，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，立却切断全部燃料供应，即停止制粉系统，关闭磨煤机入口门和出口煤阀，关闭燃油跳闸阀，将引、送风量减小至吹扫风量并控制好炉膛压力。

（3）设置炉膛压力保护。锅炉设有炉膛压力高低保护。达拉特发电厂6*300MW机组锅炉设置炉膛压力保护为：1）当炉膛压力高+1370Pa延时2s跳锅炉，留有