循環流化床鍋爐風道與空氣預熱器爆炸的原因及對策

徐連榮，王 宏，向夏楠，王 銳

(湖州市特種設備檢測中心，浙江 湖州 313000)

循環流化床技術是近20年來發展起來的新型鍋爐燃燒技術，具有煤種適應性廣、污染排放低、鍋爐熱效率高的優點。目前，熱電聯產鍋爐中大多已采用該種爐型，但由于設計、制造的缺陷及運行中的失誤，導致循環流化床鍋爐的事故時有發生。其中以尾部風道以及空氣預熱器段發生爆炸較為常見。這不僅影響企業安全生產，而且給企業造成經濟損失。因此，在設計、制造、運行等環節均應采取防范措施，預防爆炸的發生。

1 事故經過

事故鍋爐為浙江湖州某廠的YG-35/3.82-M6循環流化床鍋爐。該爐為2004年3月生產，2005年2月投入使用。

2008-04-16T09:00，鍋爐運行正常，當時爐膛溫度為850 ℃，蒸發量為34 t/h。隨后，由于廠用電突然中斷，鍋爐被迫停止運行。8～9min后，鍋爐尾部空氣預熱器部位發生爆炸。現場檢查發現，鍋爐二次風空氣預熱器箱體及二次風管部分開裂和變形，其他部位未發現異常。經分析，本次事故屬于風道可燃氣體化學性爆炸事故。

2 原因分析

風道及空氣預熱器發生爆炸必須同時具備3個條件：(1)風道及空氣預熱器內有可燃氣體；(2)可燃氣體與空氣的混合比達到爆炸限值(見表1)；(3)有足以點燃混合氣體的溫度或明火(可燃氣體著火溫度，見表1)。

表1 氣體爆炸的濃度極限及著火溫度

緊急停爐時，給煤機已停止給煤，但給煤管內的余煤仍落入爐膛，引風機、一次風機、二次風機已停止運行。在相對密閉的爐膛內，此時爐床溫度高達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，且爐膛內存在著少量氧氣，依據以上條件爐床存在化學反應如下：

鍋爐正常運行時的燃燒產物—煙氣中的主要成分是CO2。但從以上反應可以看到，由于突然停爐，爐內氧氣不足，且爐內溫度較高，焦碳粒在不完全燃燒的情況下會產生CO，煤中的水分會分解出H2，其他復雜的化學反應也會產生可燃氣體。因此，突然停爐后，爐內化學反應后的主要可燃氣體成分為CO、CH4、H2等，主要成分是CO。

由于爐膛內氣體體積增大，爐膛壓力升高，可燃氣體向外擴散。氣體向外擴散有3條路徑，如圖1。

圖1 可燃氣體擴散路徑

第1條路徑：爐膛→旋風分離器→過熱器→省煤器→空氣預熱器→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；第2條路徑：爐膛→墊料層→風帽→冷風室→熱風管(一次風)→空氣預熱器(一次風)→一次風機，由于墊料層阻力大，進入的氣體少；第3條路徑：布煤風管→熱風道(二次風)→空氣預熱器風道(二次風)→二次送風機，此通道阻力較小，所以大部分膨脹氣體從此通過風道進入空氣預熱器。由于空氣預熱器里存在氧氣，可燃氣體與氧氣混合并可迅速達到爆炸極限，發生爆炸。

雖然突然停爐后空氣預熱器溫度為300 ℃，達不到可燃氣體的著火點，但是從爐膛內擴散出來的可燃氣體溫度很高，很有可能達到著火點，引起爆炸。如果空氣預熱器管子有磨損破口，導致煙道中的火星飛入，則更容易產生爆炸。

3 原因及對策

(1) 鍋爐設計制造不完善，存在缺陷。鍋爐《使用說明書》的最后一項“壓火注意事項”中有以下描述：“鍋爐燃燒用煤揮發成分較高時，必須在鍋爐風室的一次風道和一次風空氣預熱器側容易集氣的部位加裝放氣閥(門)，用來排放鍋爐壓火時自料層返竄的煤氣。鍋爐壓火時，立即開啟此閥(門)。鍋爐再啟動時，在確認無煤氣聚集的情況下，按本《說明書》的有關要求啟動。”鍋爐在設計制造書中未標明排氣閥(門)的位置及型號，制造廠家在技術交底時，也未加以說明。

(2) 電廠項目設計單位及鍋爐安裝單位對上述情況未加重視，沒有考慮煙道和空氣預熱器的防爆措施。

(3) 使用單位是第一次安裝使用循環流化床鍋爐，對鍋爐的性能了解不夠，經驗不足，在操作規程中未加說明。

檢驗機構接到用戶電話，立即到現場查看，認為是在緊急停爐過程中可燃氣體進入風道和空氣預熱器導致了氣體爆炸。該廠另一臺同型號鍋爐在停爐過程中也發生類似問題，但因爆炸能量比較小，未損壞風道和空氣預熱器。

為防止爆炸再次發生，提出以下處理意見：

① 在風道和空氣預熱器修復過程中，在空氣預熱器(一次、二次)的出口風管上增設一個300mm×400mm的排氣門，并安裝防爆門，在一次風、二次風風管上增設閥門。

② 在操作規程中，增加排氣門的操作規程，“鍋爐壓火時，一次風機關閉后，關進氣閥門，引風機停機后，立即開啟排氣門”；“再次啟動時，引風機啟動5min后，關排氣門，開啟一次風閥門”。

③ 運行記錄上，必須記錄排氣門開關的操作過程。

在該廠1，2號鏈條爐改循環流化床鍋爐的施工設計會審中，檢驗機構提出了增設排氣門、防爆門及一次風、二次風閥門的建議，被設計部門采納，并進行了改造。改造后，鍋爐在運行中再未發生風道和空氣預熱器爆炸的事故。

4 結束語

綜上所述，循環流化床鍋爐在非正常停火和壓爐時，很可能發生空氣預熱器及風道氣體爆炸事故。為此，一方面在設計時應當把空氣預熱器及風道的防爆措施考慮在內，另一方面國家現有規程、規范中并沒有針對循環流化床鍋爐防爆制定相應的強制性條文，只在《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》第58條中規定：“額定蒸發量小于或等于75 t/h的水管鍋爐，當采用煤粉、油或氣體作燃料時，在爐膛和煙道等容易爆燃的部位一般應設置防爆門。防爆門的設置應不致危及人身的安全。”在GB50041-2008《鍋爐房設計規范》第2.0.14條中要求：“燃油、燃氣和煤粉鍋爐后的煙道上，均應裝設防爆門，防爆門的位置應有利于泄壓。當爆炸氣體有可能危及操作人員的安全時，防爆門上應裝設泄壓導向管。”為避免氣體爆炸，減少爆炸發生的可能性及降低事故的危害性，建議在修改《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》及《鍋爐房設計規范》時，增加有關循環流化床鍋爐防爆設計的要求。設計單位應根據鍋爐的實際情況設置防爆設施。使用單位在制訂操作規程及運行工藝時，應增加循環流化床防爆操作規程，從而防止和減少事故的發生。

1 駱仲俠，何宏舟. 循環流化床鍋爐技術的現狀及發展前景[J]. 動力工程，2004，24(6).

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

3 史帥軍. 循環流化床鍋爐燃燒爆炸及預防[J]. 工業鍋爐，2004，(1).