清除高溫爐結的控制爆破技術及其安全研究

創新者:申榮光 楊英明 羅忠締

清除高溫爐結的控制爆破技術及其安全研究

創新者:申榮光 楊英明 羅忠締

爆破清除高溫爐結是一種快速高效的方法，但也存在較大安全隱患。本文結合某電廠鍋爐爐結清除的工程實例，根據鍋爐結構和結焦爐渣情況，分析制定了安全可靠的控制爆破方案，選擇了適宜的爆破器材，優化了爆破參數并設計了可靠的起爆網路，同時對爆破沖擊波等安全危害進行了計算與控制，在安全高效的前提下順利地實施了高溫爐結的控爆清除。

目前對爐內結焦物拆除方式主要有爆破清除，機械清除，人工清除三種方式，選擇哪一種清除方法，主要依據是其安全性，工程進度，施工成本等是否滿足工期要求。爆破清除即運用爆破原理，在認真分析鍋爐結構以及爐內結焦情況的基礎上通過炸藥爆炸時瞬間釋放的巨大能量把結焦的爐渣松動或粉碎。它可以節省人力，物力，時間。大量的工程實踐表明，采用爆破法清除高溫爐結是一種快速、高效的方法。但是炸藥在高溫下也會燃燒起爆，雷管在溫度達125℃以上時就可能會自行爆炸，其作業安全隱患很大。所以在高溫條件下安全可靠的實施爆破施工就成了一個急需解決的問題。本文結合某電廠鍋爐爐結爆破清除的工程實踐，對其爆破技術及安全問題進行了研究，取得了理想的效果。

工程概況

貴州華電塘寨發電有限公司位于貴州省清鎮市王莊鄉塘寨村，該公司一期工程2×600MW機組配套鍋爐為HG-1900/25.4-WM10型鍋爐。鍋爐在運行過程中，因使用的燃煤成份與設計煤質存在一定差異，導致鍋爐內左側水冷壁冷灰斗上部結焦嚴重， 焦渣堅硬，據觀察，結焦體在鍋爐內已凝結搭橋成拱，如圖1所示，焦塊寬4m多，結焦厚度達4米左右，結焦量估計在70m3左右，且結焦體表面溫度較高（經測試，焦塊下部表面溫度達300℃左右，上部溫度達700℃以上），為不影響生產和安全考慮，決定采用爆破作業方式進行除焦。

爆破清除方案

爆破方案

對該公司鍋爐結構和結焦爐渣部位、結焦量及焦體硬度等分析后，結合類似施工經驗，采用耐高溫藥包外敷接觸爆破法的爆破除焦施工方案，即采用隔熱處理的耐高溫起爆藥包直接貼附結焦體表面實施裸露爆破作業。具體施工方法為:將預先加工好的耐高溫起爆藥包（經隔熱防護處理加工的藥包形式如圖2所示）綁扎在木棍上或竹竿上，待全部準備好后由人工從爐外預先開出的施工窗口處投送藥包至結焦體表面，用支撐架固定后（如圖1），迅速撤離后起爆藥包。爆破后根據焦體破碎垮塌及殘留情況確定下次爆破藥量及布藥位置，再重復上述操作進行爆破，直至全部清除結焦體。

裸露藥包藥量的計算

爐內除焦爆破宜采取單次單炮進行。單個藥包藥量根據類似工程經驗，并按藥包與前后壁水冷壁管不同距離爆炸產生的空氣沖擊波超壓不超過安全允許標準為確定原則，依靠模擬實驗，以小藥量先從中部開始再向兩壁逐次增加的辦法最后確定合適的藥量。

根據經驗，單個藥包藥量計算采用以下經驗公式確定:

Q = A×B×Rp3（1）

式中: Q 為藥包重量 kg；A為炸藥性質系數，因焦體的堅固性和選用炸藥的種類而異，本設計取 A = 1.8；B為裝藥和覆蓋的密實系數，本工程為裸露爆破取 B =9；Rp為每次爆破預估破壞半徑，m；本工程要求每次爆破破壞的最大半徑Rp≤ 0.6 m.

上式引自露天裸露藥包經驗計算公式，其參數取值參考的介質為中硬以上致密巖石，實際裝藥時根據具體投放位置按該式計算結果取小值試爆后，在逐次按10%的增減量調整，分次實施爆破，其計算結果見表1。

圖1 結焦體部位及裸露藥包布置示意圖

圖2 耐高溫起爆藥包結構示意圖

表1 熱電廠鍋爐結焦體單次爆破用藥量計算表

爆破器材

炸藥選用乳化炸藥（Φ32mm×0.2kg）。雷管選用導爆管雷管。隔溫棉片選用硅酸鋁耐火纖維棉，經試驗此棉布耐高溫性能好。其他材料包括:遠紅外溫度檢測儀、塑料連接管、耐高溫膠布、2#鐵絲、夾鉗、各種長度（3～6m）的竹桿、黃泥、灰漿等。

安全控制

爆破沖擊波的驗算

（1）對爐外人員爆破沖擊波安全距離驗算

爆破所產生的沖擊波，主要是由于炸藥爆炸時所產生的高溫高壓氣體瞬間壓縮周圍的空氣，使空氣中的壓力突躍上升而形成空氣沖擊波。此次工程裸露爆破對人員的安全距離確定可用下式計算

式中:R為最小安全距離，m；Q為最大段起爆藥量，Q=3.2kg

計算得 R=36m，藥包起爆時，要求所有人員撤離至距爆破點50m以外，故完全能滿足安全要求。

（2）對爐內水冷壁管的沖擊波破壞效應安全驗算:

對管壁沖擊波破壞影響可參照平坦地形條件下空氣沖擊波超壓值計算公式:

式中:△P為空氣沖擊波超壓值，105Pa；Q為一次爆破的梯恩梯炸藥當量，秒延時爆破為最大一段藥量，毫秒延時爆破為總藥量，kg；R為裝藥至保護對象的距離，m。

經計算不同藥量不同距離處的超壓值如表2所示。

表2 空氣沖擊波超壓值計算表

查有關文獻和類似工程經驗，為確保爐內水冷壁管不受爆破沖擊波的破壞，要求爆破空氣沖擊波的超壓值不得超過805Pa，上式計算結果均符合要求。從上表超壓計算結果表明，不同藥包藥量嚴格按照上表與管壁的對應最小安全距離布置時，可保證鍋爐內水冷壁的安全。

施工中的安全保障措施

（1）藥包加工。盡量采用常規炸藥實施爆破，故全部選用Ф32型乳化炸藥作為起爆藥包。每次起爆的單個藥包的用量應按具體安放的位置確定。

（2） 藥包安放布置。為便于爆破后結焦體能安全快速清運，要求對結焦體從下往上逐層接觸爆破。因此，需在鍋爐排渣口下方前、后壁位置選適當部位預先開設1-2個操作窗，每次爆破時，從此操作窗按照圖1所示的藥包安放布置方法將藥包從爐外投送到結焦體底面上。

實踐表明，要使爐體中的水冷壁管避免因爆炸沖擊波造成的危害，藥包體包裹層至少大于100mm，藥包距離水冷壁管應大于0.4m。爆破順序應先從前后壁間中部即焦體搭橋中部底面開始，從下至上，藥量從小逐次增大，爐內最大藥量不得超過3.2kg，并與前后壁間距減少而隨之減少裝藥量。當藥包與水冷壁管間距小于400mm時禁止爆破。

（3）溫度控制有兩種方法:隔熱法，用隔溫棉片隔熱；注水降溫法，往爐內噴灑水，使爐焦降溫。本工程綜合采用藥包隔熱和整體灑水降溫，即在投放藥包過程中不斷在藥包附近灑水。

（4）人員防護:進入施工現場人員須穿戴齊全所有勞保安全防護用品。單次起爆的藥包總數不得超過2個，每人放置藥包不得超過1個。放置投放藥包前必須測試好起爆網路，放置藥包的時間不得超過2min，藥包放置到起爆的總時間不得超過5min。

爆破效果與體會

由于該工程采用了耐高溫控制爆破技術，并采取了嚴格的安全技術及管理措施，經過5天的緊張施工，快速清除了鍋爐內的爐結，對水冷壁管等鍋爐內設施和周圍的設備均沒有造成損傷，除焦工程取得了非常好的爆破效果，得到業主的肯定。此次實踐總結出以下幾點體會:

（1）高溫環境下實施爆破作業，其風險比常規爆破施工高，需要嚴格遵守相關法律規程的要求，特別是對爆破器材的隔熱防護，要細心周密，確保萬無一失。

（2）爆破清除爐結工作在鍋爐內部實施，對水冷壁管等鍋爐內部構件的保護非常重要，需對每一次爆破的藥量根據距水冷壁管的距離不同進行優化控制，既要取得最佳的爆破效果，又不能造成任何損傷。

（3）在電廠鍋爐正常運行的情況下進行爆破除焦施工，作業周圍環境復雜，爆破的施工組織管理工作尤其重要，由于制定了嚴密的安全防范措施并嚴格執行，并加強了施工過程的安全管理和施工組織管理，嚴格貫徹、落實安全責任制度，爆破過程安全無事故。

申榮光 楊英明 羅忠締

貴州省銘豪爆破監理有限公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.22.001