徐連榮，王 宏，向夏楠，王 銳

(湖州市特種設(shè)備檢測(cè)中心，浙江 湖州 313000)

循環(huán)流化床技術(shù)是近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)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(diǎn)。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(jì)、制造的缺陷及運(yùn)行中的失誤，導(dǎo)致循環(huán)流化床鍋爐的事故時(shí)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(jiàn)。這不僅影響企業(yè)安全生產(chǎn)，而且給企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)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(guò)

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(yùn)行正常，當(dāng)時(shí)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(yùn)行。8～9min后，鍋爐尾部空氣預(yù)熱器部位發(fā)生爆炸?，F(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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?xì)怏w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(shí)具備3個(gè)條件：(1)風(fēng)道及空氣預(yù)熱器內(nèi)有可燃?xì)怏w；(2)可燃?xì)怏w與空氣的混合比達(dá)到爆炸限值(見(jiàn)表1)；(3)有足以點(diǎn)燃混合氣體的溫度或明火(可燃?xì)怏w著火溫度，見(jiàn)表1)。

表1 氣體爆炸的濃度極限及著火溫度

緊急停爐時(shí)，給煤機(jī)已停止給煤，但給煤管內(nèi)的余煤仍落入爐膛，引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)已停止運(yùn)行。在相對(duì)密閉的爐膛內(nèi)，此時(shí)爐床溫度高達(dá)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(yùn)行時(shí)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(huì)產(chǎn)生CO，煤中的水分會(huì)分解出H2，其他復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)怏w。因此，突然停爐后，爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)后的主要可燃?xì)怏w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?xì)怏w向外擴(kuò)散。氣體向外擴(kuò)散有3條路徑，如圖1。

圖1 可燃?xì)怏w擴(kuò)散路徑

第1條路徑：爐膛→旋風(fēng)分離器→過(guò)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(guò)；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(jī)，由于墊料層阻力大，進(jìn)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(jī)，此通道阻力較小，所以大部分膨脹氣體從此通過(guò)風(fēng)道進(jìn)入空氣預(yù)熱器。由于空氣預(yù)熱器里存在氧氣，可燃?xì)怏w與氧氣混合并可迅速達(dá)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(dá)不到可燃?xì)怏w的著火點(diǎn)，但是從爐膛內(nèi)擴(kuò)散出來(lái)的可燃?xì)怏w溫度很高，很有可能達(dá)到著火點(diǎn)，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(duì)策

(1) 鍋爐設(shè)計(jì)制造不完善，存在缺陷。鍋爐《使用說(shuō)明書(shū)》的最后一項(xiàng)“壓火注意事項(xiàng)”中有以下描述：“鍋爐燃燒用煤揮發(fā)成分較高時(shí)，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(mén))，用來(lái)排放鍋爐壓火時(shí)自料層返竄的煤氣。鍋爐壓火時(shí)，立即開(kāi)啟此閥(門(mén))。鍋爐再啟動(dòng)時(shí)，在確認(rèn)無(wú)煤氣聚集的情況下，按本《說(shuō)明書(shū)》的有關(guān)要求啟動(dòng)?！卞仩t在設(shè)計(jì)制造書(shū)中未標(biāo)明排氣閥(門(mén))的位置及型號(hào)，制造廠家在技術(shù)交底時(shí)，也未加以說(shuō)明。

(2) 電廠項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位及鍋爐安裝單位對(duì)上述情況未加重視，沒(méi)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(duì)鍋爐的性能了解不夠，經(jīng)驗(yàn)不足，在操作規(guī)程中未加說(shuō)明。

檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)接到用戶(hù)電話，立即到現(xiàn)場(chǎng)查看，認(rèn)為是在緊急停爐過(guò)程中可燃?xì)怏w進(jìn)入風(fēng)道和空氣預(yù)熱器導(dǎo)致了氣體爆炸。該廠另一臺(tái)同型號(hào)鍋爐在停爐過(guò)程中也發(fā)生類(lèi)似問(wèn)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(jiàn)：

① 在風(fēng)道和空氣預(yù)熱器修復(fù)過(guò)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(gè)300mm×400mm的排氣門(mén)，并安裝防爆門(mén)，在一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)管上增設(shè)閥門(mén)。

② 在操作規(guī)程中，增加排氣門(mén)的操作規(guī)程，“鍋爐壓火時(shí)，一次風(fēng)機(jī)關(guān)閉后，關(guān)進(jìn)氣閥門(mén)，引風(fēng)機(jī)停機(jī)后，立即開(kāi)啟排氣門(mén)”；“再次啟動(dòng)時(shí)，引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)5min后，關(guān)排氣門(mén)，開(kāi)啟一次風(fēng)閥門(mén)”。

③ 運(yùn)行記錄上，必須記錄排氣門(mén)開(kāi)關(guān)的操作過(guò)程。

在該廠1，2號(hào)鏈條爐改循環(huán)流化床鍋爐的施工設(shè)計(jì)會(huì)審中，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)提出了增設(shè)排氣門(mén)、防爆門(mén)及一次風(fēng)、二次風(fēng)閥門(mén)的建議，被設(shè)計(jì)部門(mén)采納，并進(jìn)行了改造。改造后，鍋爐在運(yùn)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(yǔ)

綜上所述，循環(huán)流化床鍋爐在非正常?；鸷蛪籂t時(shí)，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(jì)時(shí)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(guó)家現(xiàn)有規(guī)程、規(guī)范中并沒(méi)有針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐防爆制定相應(yīng)的強(qiáng)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(shí)，在爐膛和煙道等容易爆燃的部位一般應(yīng)設(shè)置防爆門(mén)。防爆門(mén)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(jì)規(guī)范》第2.0.14條中要求：“燃油、燃?xì)夂兔悍坼仩t后的煙道上，均應(yīng)裝設(shè)防爆門(mén)，防爆門(mén)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(shí)，防爆門(mén)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(jì)規(guī)范》時(shí)，增加有關(guān)循環(huán)流化床鍋爐防爆設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)鍋爐的實(shí)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(yùn)行工藝時(shí)，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(dòng)力工程，2004，24(6).

2 馬昌華. 鍋爐事故防范與安全運(yùn)行[M]. 北京:地震出版社，2000，6.

3 史帥軍. 循環(huán)流化床鍋爐燃燒爆炸及預(yù)防[J]. 工業(yè)鍋爐，2004，(1).