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(湖南省火電建設(shè)公司，湖南株洲412000)

0 引言

生物質(zhì)燃料是一種可再生能源，生物質(zhì)發(fā)電是國家能源政策的一個發(fā)展方向。生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐是近年來迅速發(fā)展的燃燒技術(shù)。由于生物質(zhì)燃料的特殊性，在鍋爐運(yùn)行中更易產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，而輕微的爆燃現(xiàn)象比較頻繁，難以避免。鍋爐爆燃是非常危險和有害的，輕則導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定，參數(shù)不穩(wěn)，嚴(yán)重時高溫?zé)煔鈴牧先┏?，使生物質(zhì)燃料提前著火，甚至造成輸料皮帶燒毀。惡性爆燃能使?fàn)t膛變形、水冷壁撕裂。在多個生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐的試運(yùn)中，有過撕裂水冷壁或燒毀輸料皮帶的事故案例。因此，必須認(rèn)真分析爆燃現(xiàn)象及產(chǎn)生的主要原因，吸取教訓(xùn)，制定專門的防范措施，防止爆燃事故的發(fā)生。

1 鍋爐概況及生物質(zhì)燃料特性

隆回生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐是KG120-540/13.34-FSWZ1型鍋爐，為高溫超高壓參數(shù)、單鍋筒、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)循環(huán)流化床鍋爐，額定蒸汽流量120t/h，過熱蒸汽壓力13.34MPa，過熱蒸汽溫度540℃。

隆回電廠的設(shè)計資料為:燃料的揮發(fā)份81.37%、水分28.69%、灰分7.3%，低位發(fā)熱量2554kcal/kg。以隆回生物質(zhì)發(fā)電廠的實(shí)際看，燃料來源種類較多，主要有:樹木皮及邊角料、秸稈、建筑模板、木材加工的碎木料與刨花、谷殼、竹屑和已發(fā)酵霉變的蘑菇種植場雜料等。經(jīng)化驗，其實(shí)際入爐燃料的水分及發(fā)熱值與設(shè)計值有較大偏差:實(shí)際含水量一般在45%以上，高的近60%，低位發(fā)熱量2000kcal/kg左右，低的至1500kcal/kg。其現(xiàn)場燃料品質(zhì)低于設(shè)計要求。

生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)是揮發(fā)份高、灰量偏少、燃料及灰密度低;容易著火(300℃左右)、燃燼率低、CO排放量較大;流化不穩(wěn)定、循環(huán)物料量不足、易于積灰和堵灰;容易出現(xiàn)堵料、易在運(yùn)行中發(fā)生爆燃現(xiàn)象;造渣能力小等。

2 生物質(zhì)燃料爆燃的機(jī)理及特征

爐膛爆燃，主要是因未燃可燃物積聚，當(dāng)氧量充足，燃燒條件達(dá)到后劇烈燃燒而引起的一種燃燒現(xiàn)象。對于生物質(zhì)燃料循環(huán)流化床鍋爐，在燃料進(jìn)入爐膛后，存在一個燃料受熱、水分蒸發(fā)烘干、燃料中揮發(fā)份析出，然后著火燃燒的過程。生物質(zhì)燃料是長短、粗細(xì)不一的顆粒，不是粉碎性的細(xì)顆粒，在入料口料塞阻力和爐前螺旋給料機(jī)的擠壓下，落入爐膛的燃料往往成塊狀的、比較密實(shí)的燃料團(tuán)。特別是當(dāng)燃料顆粒的長度越長，水分含量越高時，落入爐膛的料塊會越大，燃料擠壓越緊密;雖然播料風(fēng)對入爐燃料有一定的松散作用，但大部燃料不會以噴射分散的狀態(tài)均勻著火燃燒。燃料首先會落入爐床，依靠流化風(fēng)把燃料層層吹散，最后全部進(jìn)入流化燃燒狀態(tài)。當(dāng)流化風(fēng)量不足、瞬時落入的燃料量太多、燃料的水分太大、燃料擠壓得較密實(shí)、燃料熱值低及揮發(fā)份少等情況出現(xiàn)時，在爐床上會堆積大量燃料。這些燃料會在高溫的炙烤下蒸發(fā)水分、冒煙。如果這個燃燒過程相對平穩(wěn)進(jìn)行，不出現(xiàn)燃料突然散開的情況，尚不會產(chǎn)生燃料同時著火燃燒、煙氣含氧量急劇下降、爐膛壓力急升的現(xiàn)象。但是，當(dāng)已經(jīng)烘干，正在析出揮發(fā)份的燃料瞬時被流化風(fēng)吹起進(jìn)入流化狀態(tài)時，燃料會迅速著火燃燒，出現(xiàn)爐膛壓力急升，床溫及爐膛溫度上升，煙氣含氧量降低甚至進(jìn)入缺氧狀態(tài)，這時就會產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象。

爐膛發(fā)生爆燃后，必然帶來燃燒工況的極大變化(爐膛爆燃時爐膛壓力、溫度、含氧量變化見圖1)，也會導(dǎo)致蒸汽參數(shù)的變化，給控制系統(tǒng)帶來擾動。爐膛爆燃會有以下的顯著特征。

圖1 爐膛爆燃前后壓力、氧量、床溫變化曲線

(1)爐膛壓力往正壓方向產(chǎn)生大的波動。

(2)煙氣含氧量發(fā)生比較大的變化。

(3)爐膛溫度發(fā)生波動，體現(xiàn)在床溫及爐膛中、上部溫度出現(xiàn)波動。

(4)過熱蒸汽溫度和壓力產(chǎn)生波動。

(5)汽包產(chǎn)生虛假水位。

(6)下料口溫度升高及爐前給料機(jī)處出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。

3 爆燃的危害

3.1 輕微爆燃

輕微爆燃時，爐膛壓力的升高不超過200Pa，持續(xù)時間比較短，對鍋爐安全沒有危害，爐前給料機(jī)入口一般不會冒煙。主要的影響是燃燒擾動厲害，爐膛壓力波動，對爐膛壓力自動控制的擾動大，控制參數(shù)波動大。

3.2 中等爆燃

中等爆燃時，爐膛壓力超過200Pa，但小于800Pa。800Pa是鍋爐風(fēng)壓試驗時采用的試驗壓力，所以用來作為本區(qū)間的上限值。中等爆燃雖然對鍋爐本身的危害小，但爐內(nèi)燃燒擾動的程度更大。高溫?zé)煔庖话銜ㄟ^料塞泄漏進(jìn)入給料機(jī)。給料機(jī)中，燃料著火，入口冒煙。如不能及時隔絕滅火，可能毀壞皮帶;煙道的不密封處也可能冒熱煙氣;鍋爐運(yùn)行參數(shù)的波動更大，爐膛壓力自動控制會失控;汽包水位擾動大，水位波動大，對過熱汽溫控制也會產(chǎn)生擾動。

3.3 嚴(yán)重爆燃

嚴(yán)重爆燃時，爐膛壓力可達(dá)到800Pa～2300Pa。當(dāng)爆燃使?fàn)t膛壓力達(dá)到800Pa，并持續(xù)爆燃，或者爆燃使?fàn)t膛壓力急升到2300Pa。此時，爐膛壓力保護(hù)動作，鍋爐緊急停爐;汽輪發(fā)電機(jī)組解列、停機(jī)。此時的爐膛壓力升高，雖然仍在鍋爐設(shè)備的安全承受范圍內(nèi)，不會造成破壞，但高溫?zé)煔鈺牧先徒o料機(jī)泄漏出，甚至從入孔泄漏。

3.4 惡性爆燃

惡性爆燃是因爐膛積存的大量未燃可燃物迅速著火產(chǎn)生爆炸性的燃燒，產(chǎn)生極大的沖擊波。這種爆燃時間短，但能量很大，形成的壓力波峰值很大。當(dāng)爆燃引起爐膛壓力超過2300Pa時，就可能對鍋爐造成結(jié)構(gòu)性損害。若壓力超過鍋爐設(shè)計的安全承受壓力時，就會引起水冷壁的撕裂，爐膛產(chǎn)生變形。惡性爆燃發(fā)生的時機(jī)，一般出現(xiàn)在鍋爐緊急滅火后再次啟動時。這時，因爐膛內(nèi)積聚有大量未燃燃料，如操作不當(dāng)就會產(chǎn)生惡性爆燃事故。

4 爆燃因素分析

4.1 設(shè)備因素

爐前給料機(jī)卡死、料場給料機(jī)故障、輸料皮帶故障等出現(xiàn)時，易造成給料中斷或給料不均勻;給料機(jī)單邊運(yùn)行，使單臺給料機(jī)負(fù)荷增加，燃料會壓得更密實(shí)，料口堆積燃料的概率增加，引起燃料爆燃。

4.2 燃料因素的影響

4.2.1 燃料的水分變化

生物質(zhì)燃料設(shè)計水分為28%左右，燃料的低位發(fā)熱量在2500kcal/kg左右。這種水分含量及發(fā)熱量的燃料，表現(xiàn)有較好的松散度，燃料顆粒不會很軟，在爐前給料機(jī)及料塞中，阻力會小些，燃料不會被擠壓得很密實(shí)。進(jìn)入爐膛后，燃料在流化風(fēng)的作用下，容易松散與著火。但實(shí)際燃料的水分大大超過設(shè)計值。例如在隆回生物質(zhì)發(fā)電廠試運(yùn)期間，化驗燃料的水分基本都是45%以上，高的近60%。下雨天時，燃料被淋濕及底層燃料被雨水浸泡，有時入爐燃料水分更是60%以上。燃料水分高，其發(fā)熱量會降低(低至1500kcal/kg)，燃料柔軟程度增加，在料塞中的阻力也提高，給料機(jī)的擠壓力增加，進(jìn)入爐膛燃料的密實(shí)程度增加，不易被流化風(fēng)松散。燃料水分增加需要更多的熱量來蒸發(fā)，降低了床溫，密相區(qū)的燃燒減弱，易在爐床堆積燃料，引發(fā)爆燃。運(yùn)行表明，在燃料設(shè)計水分附近的燃料，中等程度及以上的爆燃現(xiàn)象很少發(fā)生。但當(dāng)燃料水分上升到55%以上時，爐膛壓力超過200Pa的爆燃現(xiàn)象增加很多。例如，隆回電廠在試運(yùn)期間的6月26日遇上下大雨，燃料很濕，從上午11點(diǎn)至下午3點(diǎn)半這個時段內(nèi)，經(jīng)統(tǒng)計共出現(xiàn)了12次中等程度爆燃。

4.2.2 燃料揮發(fā)份及發(fā)熱量變化

含水量高的生物質(zhì)燃料，堆積后會發(fā)熱，時間過長將使燃料發(fā)酵、霉變，發(fā)霉后的燃料發(fā)黑、發(fā)臭。隆回生物質(zhì)發(fā)電廠收集的燃料在料場堆積了幾個月的時間，部分燃料就出現(xiàn)了發(fā)酵和霉變的現(xiàn)象。還有近8千噸從生產(chǎn)蘑菇的工場收集的燃料，基本是經(jīng)過蘑菇種植后的木質(zhì)混合料，含泥土等雜質(zhì)多、水分高、霉變、腐爛嚴(yán)重。這種類型燃料水分高，揮發(fā)份與發(fā)熱量低，燃燒時不易著火且冒煙;而這種燃料經(jīng)螺旋給料機(jī)的擠壓，進(jìn)入爐膛的密實(shí)程度更大，不易松散。燒這種燃料時，床溫維持困難，同等負(fù)荷時需要輸入更多燃料量，容易在落料口處形成堆積，產(chǎn)生爆燃的概率增加。

4.3 床溫的影響

床溫低，燃料水分蒸發(fā)、干燥所需要的時間變長，其揮發(fā)份析出慢、著火慢、燃燒強(qiáng)度低。如果進(jìn)入爐膛的燃料水分高、發(fā)熱量低、燃料被擠壓成塊等情況出現(xiàn)時，燃料容易在爐內(nèi)堆積而產(chǎn)生爆燃。在鍋爐冷態(tài)啟動階段，規(guī)定床溫升至450℃時投燃料，實(shí)際上床溫達(dá)到350℃時即可投燃料，但床溫低時的燃料量必須控制，油槍不能過早切除，否則容易產(chǎn)生爆燃。

4.4 運(yùn)行操作的影響

不恰當(dāng)運(yùn)行方式主要有:

(1)當(dāng)鍋爐在較高的負(fù)荷時保護(hù)動作MFT后，爐膛內(nèi)會有很多未燃盡的燃料。這些燃料在爐內(nèi)高溫下會析出大量揮發(fā)份，如果操作不正確，未讓這些揮發(fā)份安全排出便啟動一次風(fēng)機(jī)點(diǎn)火，極有可能引燃揮發(fā)份，并使剩余燃料迅速著火，產(chǎn)生爆炸。比如在湖北某生物質(zhì)電廠，因運(yùn)行人員采用了明令禁止的爆燃法點(diǎn)火操作，結(jié)果產(chǎn)生了惡性的爆燃事故，損壞了鍋爐水冷壁。

(2)出現(xiàn)了氧量嚴(yán)重不足的時候，仍然往爐內(nèi)大量進(jìn)燃料，造成燃料堆積，容易產(chǎn)生爆燃。

(3)床溫不高或床溫下降嚴(yán)重的時候，沒有投入油槍助燃，仍往爐膛大量進(jìn)燃料，造成燃料堆積，容易產(chǎn)生爆燃。

(4)爐前給料機(jī)故障或堵塞后，鍋爐不減負(fù)荷，依靠單側(cè)給料機(jī)加大進(jìn)料量，造成爐膛熱負(fù)荷不均，爐內(nèi)出現(xiàn)燃料堆積的幾率增加，容易產(chǎn)生爆燃。

(5)補(bǔ)充床料時，不是均勻逐步添加到輸料皮帶上，而是采用斗車，一下子傾倒大量床料到皮帶上，造成床料大量隨燃料落入爐膛，壓住燃料，使其不能及時均勻燃燒，容易產(chǎn)生爆燃。

4.5 環(huán)境因素的影響

未破碎的樹皮、模板等燃料，一般都是露天堆放，雨天會使燃料淋濕，水分增加;干料堆放場雨水排放存在缺陷時，一旦遇上暴雨，造成底部燃料浸水，也使燃料水分增加，甚至產(chǎn)生霉變等。所以，雨水天氣容易出現(xiàn)堵料和爐膛爆燃現(xiàn)象。

5 預(yù)防措施

(1)運(yùn)行人員上崗前，要經(jīng)嚴(yán)格的培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)和設(shè)備，掌握運(yùn)行規(guī)程;在同類型生物質(zhì)鍋爐經(jīng)過實(shí)際操作訓(xùn)練，能根據(jù)燃燒狀況及時進(jìn)行燃燒調(diào)整;當(dāng)出現(xiàn)爐膛爆燃的征兆時，會及時作出判斷并采取正確的調(diào)整措施，防止爆燃進(jìn)一步擴(kuò)大。

當(dāng)然，經(jīng)我們研究，伏爾加河河水未冰凍實(shí)非造成西岸部眾未能參予東歸的主要原因。當(dāng)時游牧于西岸的是與渥巴錫政見不同的和碩特、杜爾伯特臺吉扎木揚(yáng)、揚(yáng)德克，以及敦杜克夫家族所轄之部眾，這部分王公貴族并不同意渥巴錫的東歸主張，甚至還出現(xiàn)像扎木揚(yáng)那樣的告密者。因此，西岸各部王公不會起而響應(yīng)才是真正的原因，而渥巴錫出于對這些人的疑慮，不把東歸義舉的準(zhǔn)確信息向他們透露，也是正常的兵家之道。

(2)調(diào)試人員應(yīng)收集生物質(zhì)鍋爐試運(yùn)期間出現(xiàn)的各種問題，特別是對于爐膛爆燃這種嚴(yán)重危及安全的現(xiàn)象，要認(rèn)真分析和總結(jié)，并在調(diào)試方案中有專門防止?fàn)t膛爆燃的反事故措施。在鍋爐點(diǎn)火啟動，應(yīng)對運(yùn)行人員進(jìn)行詳細(xì)交底;在鍋爐啟動試運(yùn)期間，必須認(rèn)真觀察運(yùn)行工況，對爐膛爆燃的預(yù)兆做出正確判斷，及時正確地指導(dǎo)運(yùn)行人員調(diào)整燃燒工況。

(3)對爐前給料機(jī)、輸料皮帶、料場給料機(jī)等輸送設(shè)備，加強(qiáng)巡查和維護(hù)，確保設(shè)備安全可靠，盡量避免經(jīng)常斷料或使設(shè)備單邊運(yùn)行。

(4)減少或防止?fàn)t前堵料現(xiàn)象。若是設(shè)備原因引起堵料時，一是對料塞處防火隔板的配重塊進(jìn)行調(diào)整，使其既能在無料或少料時能確保密封防火，又不致于產(chǎn)生過大的阻力，使燃料擠壓得過于密實(shí)或堵塞。二是適當(dāng)加強(qiáng)爐前給料機(jī)螺旋的長度，以縮短料塞的實(shí)際長度;結(jié)合多個生物質(zhì)發(fā)電廠料塞改進(jìn)的經(jīng)驗，實(shí)際增加螺旋長度300mm，使料塞長度從1100mm縮短至800mm，防止堵料效果良好。三是在料塞出口處兩側(cè)增加捅料孔，一旦出現(xiàn)堵料，可從捅料口進(jìn)行疏通。

(5)正常運(yùn)行應(yīng)采用4個進(jìn)料口均勻進(jìn)料。當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障或堵料時，應(yīng)相應(yīng)降低鍋爐負(fù)荷，不要把燃料量轉(zhuǎn)移到其它設(shè)備上，防止又出現(xiàn)堵塞，增加爆燃幾率。在料場應(yīng)有專門人員監(jiān)護(hù)料槽及給料機(jī)運(yùn)行狀況，防止出現(xiàn)料槽斷料、給料機(jī)不下料等情況，確保皮帶均勻上料。

(6)輸料皮帶應(yīng)有專人看護(hù)，及時清除燃料中的大石塊、大木塊等。

(7)盡量保證燃料的水分及熱值在合理的范圍內(nèi)，燃料不霉變和腐爛。當(dāng)不能避免燃料水分過大或燃料霉變腐爛時，要將水分低的料及新鮮料按一定比例摻配均勻。當(dāng)燃料品質(zhì)發(fā)生大的變化時，料場應(yīng)及時通知運(yùn)行和調(diào)試人員，及時對燃燒工況進(jìn)行調(diào)整。調(diào)試人員應(yīng)定期檢查進(jìn)入爐膛的燃料，掌握燃料特性的變化，及時采取應(yīng)對措施。

(9)當(dāng)鍋爐MFT緊急停爐后再次點(diǎn)火時，禁止采用爆燃的方式點(diǎn)火。應(yīng)當(dāng)通過引風(fēng)機(jī)，逐步排出爐膛的可燃?xì)怏w，逐步引燃爐膛的燃料燃燒，待氧量上升到爐內(nèi)燃料基本燃盡狀態(tài)時，可啟動一次風(fēng)機(jī)，建立起正常流化狀態(tài)，投入啟動油槍，然后才逐步加入燃料。

(10)鍋爐正常停爐時，應(yīng)逐步減少燃料降低鍋爐負(fù)荷，然后停止料場給料機(jī)，等輸料皮帶上的燃料全部進(jìn)入螺旋給料機(jī)后才停止皮帶及螺旋給料機(jī)。停止進(jìn)料后，當(dāng)煙氣氧量上升到20%時，表明爐內(nèi)燃料基本燃盡，可以按程序停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

(11)當(dāng)燃料量沒有調(diào)整而出現(xiàn)煙氣氧量上升較快的現(xiàn)象時，如果不是燃料特性有大的變化，就表明前面的燃料沒有充分燃燒，應(yīng)及時減小燃料量，而不能采取減小風(fēng)量或增加燃料的錯誤措施。

(12)生物質(zhì)鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時，需要保持較大的過剩空氣系數(shù)。一般控制煙氣含氧量在5～7%范圍，這樣可以保證燃燒不穩(wěn)及燃料特性變化時，有足夠的氧量。

(13)補(bǔ)充床料時，應(yīng)小量均勻地往輸料皮帶上加，最好用鐵鍬而不是用斗車傾倒。

(14)改進(jìn)堆料場的雨水排放設(shè)施，保證雨水不進(jìn)入干料場，浸濕燃料。露天料場的粗料要趁天氣好時破碎好并堆放至干料棚，陰雨天少破碎燃料。

(15)做好燃料干濕搭配、熱值高低搭配，并摻和均勻。

(16)當(dāng)燃料水分太高，發(fā)熱量很低時，應(yīng)適當(dāng)降低鍋爐負(fù)荷運(yùn)行，使投入的燃料量不要高出設(shè)計值太多，防止因爐前堵料而使進(jìn)入爐膛的燃料不能平穩(wěn)燃燒，產(chǎn)生爆燃。

6 結(jié)論

生物質(zhì)燃料的高揮發(fā)性、高水分及霉變、腐爛造成的燃料低發(fā)熱量，非常不利于燃料著火及穩(wěn)定燃燒;若對燃料特性認(rèn)識不足、運(yùn)行經(jīng)驗或操作方式不當(dāng)，可造成燃料爆燃的風(fēng)險;輸料設(shè)備的設(shè)計缺陷與故障，也是引起爐膛爆燃的因素。在隆回生物質(zhì)發(fā)電廠試運(yùn)期間，通過對爆燃現(xiàn)象的分析和總結(jié)，采取專門的防范措施;運(yùn)行人員經(jīng)過實(shí)際操作的鍛煉，采取正確的應(yīng)對和調(diào)整措施，較好地杜絕了鍋爐MFT保護(hù)動作或燒毀皮帶的嚴(yán)重爆燃事故。

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