防止锅炉爆燃事故

一、可燃物质爆炸的机理及其危害

可燃气体或粉尘与空气形成的混合物在短时间内发生化学反应，产生的高温、高压气体与冲击波，超过周围建筑物、容器、管道的承载能力，使其发生破坏，导致人身、设备事故，称为爆炸事故。通常说，发生爆炸要有三个条件，一是有燃料和助燃空气的积存；二是燃料和空气的混合物的浓度在爆炸极限内；三是有足够的点火能源。天然气的爆炸下限约为5％，煤粉的爆炸下限是20～60g/m3，爆炸产生的压力可达0.3～1.0MPa。就锅炉范围而言，可燃物质是指天然气、煤气、石油气、油雾和煤粉；构成爆炸事故的有炉膛放炮、煤粉仓爆炸及制粉系统爆炸。

其他诸如制粉系统防爆门爆破引燃电缆架上积粉的火灾事故电缆及其它可燃物的火灾事故及煤粉管内爆燃使风管断裂的事故都说明锅炉可燃物质的爆炸威胁人身设备安全，修复困难应予重视。

二、防止炉膛放炮事故对策

据统计自1980年以来，至少有30台锅炉发生炉膛放炮事故，以致水冷壁焊缝开裂，刚性梁弯曲变形，顶棚被掀起，烟道膨胀节开裂等设备损伤屡屡发生。究其原因：①设计上缺乏可靠的灭火保护和可靠的联锁、报警、跳闸装置；②炉膛刚性梁抗爆能力低；③运行人员处理燃烧不稳或熄火时方法不对，错误采用“爆燃法”抢救，导致灭火放炮；④燃料质量下降、负荷调节失当、给粉装及控制机构突然失灵等。防止锅炉灭火放炮已列入部颁二十项反措，包括炉膛安全监控系统（FSSS）在内的灭火保护装置已经在电厂推广使用，本文不再重复相关反措。

以下强调说明几个观点：

（1）关于灭火放炮的提法。部颁二十项重点反措之五，称为防止锅炉灭火放炮事故。正确的提法是炉膛爆炸（Furnace explosion），因为炉膛发生爆炸而致炉膛损坏不仅发生在运行中灭火时，检修动火点燃聚集的可燃物及点火时吹扫不够同样会发生爆炸而导致炉膛损坏。常见炉膛中造成爆炸条件的情况是：①运行中灭火，进入炉膛的燃料没有切，经过一估时间聚集的可燃物达至爆炸浓度并点燃；②一个或几个燃烧器火焰熄灭，而其余燃烧器仍正常燃烧。从未点燃的燃烧器进入燃烧造成可燃物聚集；③燃料漏入停用中的炉膛造成可燃物聚集；④燃料或空气瞬时中断又恢复，造成可燃物聚集。可燃物聚集后引燃造成的炉膛压力升高超过炉膛承压设计强度，以致发生损坏，称为炉膛放炮或炉膛爆炸。正确的提法为的是有利于完整的引入以下反事故措施。①一旦全炉灭火，应立即切断进入锅炉的全部燃料，包括给煤、给粉和点火用油、气等。即所谓主燃料切断（MFT）；②锅炉点火前必须通风，排除炉膛、烟风道及其他通道中的可燃物聚集。通风时必须将烟风挡板及调风器打开到一定的位置，风量应大于满负荷风量的25％，时间不少于5min，以保证换气量大于全部容积的5倍（德国TRD规定是3倍）；③点火时要维持吹扫风量；一个燃烧器投运10s内（不包括投煤及煤粉达到燃烧器所需的延滞时间）点不着，就应切断该燃烧器的燃烧。有一些锅炉不具备单个燃烧器自身点燃及火焰监视的条件，除了需明了其保护功能的局限外，我们还是应强调灭火保护及吹扫联锁的两个必要性，不可偏废。

（2）关于保护定值。为了避免爆炸，近年来必须装设炉膛安全保护装置的观点已取得了一致的认可。《火力发电厂设计技术规程》1994年版本已明确：“锅炉燃烧系统应设置炉膛火焰监视、炉膛灭火保护、炉膛压力保护和炉膛吹扫闭锁”。虽然此提法与美国防火协会（NFPA）的标准还有差别，但毕竟大大控制了炉膛爆炸事故。当前作为安全工作者要解决的是：①监督保护装置的投用，越是燃烧不稳、低负荷运行、或是新炉投煤运行，就越要投用保护装置。在投用过程中发现问题、解决问题。作为厂技术负责人要清醒地看到退出保护可能带来的后果；②关于保护定值问题。当前不论火焰监视相关的熄火保护和黑炉膛保护，单就炉膛压力保护而言，动作值的确定并不规范。从原则上讲随炉膛结构强度的提高以及燃烧方式的变化，定值不应相同。但有一种观点认为炉膛负压保护是为防止内爆的，而正压保护是防止炉膛爆炸的，这不对的。实际测量表明，正常情况下一旦锅炉灭火，炉膛负压先增大（即负值增大），而后由于吸风自动调节的作用以及煤粉爆燃而炉膛负压反正，所以炉膛负压保护对于火焰熄灭时迅速切断进入炉膛的燃料，从而减少爆炸威力有先期制止的作用。《电力锅炉监察规程修订说明》写明：“炉膛压力保护报警值视炉膛安全监控系统的功能而异，平衡通风锅炉炉膛压力报警值一般可取±0.4kPa；动作值应避开炉膛压力的正常波动（如吹灰、投停燃烧器及一些小的坍焦等等），当然庆远低于炉膛抗爆强度，以保证保护动作后炉膛压力继续升高时，炉膛各部分不发生永久变形”。“动作值应通过试验确定，作为试运行阶段的初始值，动作值可取＋1.5kPa和－0.75kPa。”过高的值也许可以防止误动，但冒拒动或保护动作过迟的风险似乎没有必要。

（3）关于炉膛防爆门。事实已经证明大型锅炉炉膛防爆门不能防止炉膛爆燃时炉膛损坏。原苏联防爆规程已明确规定：60t/h以上的锅炉不装防爆门，在此必须予以明确，以利于炉膛安全保护装置的推广使用。

（4）使用气体燃烧的锅炉要执行GB6222《工业企业煤气安全规程》的规定，防止可燃气体在炉膛内聚集、爆炸。

三、防止制粉系统煤粉爆炸

正常运行中制粉系统中的煤粉浓度在较大的范围内波动，制粉系统中具备爆炸浓度条件几乎不可避免。因此制粉系统防爆对策包括：①防止点火源（如积粉自燃），②提高结构抗爆强度，③加设爆炸卸压装置，④惰性化处理。

（1）防止点火源自燃。其反措主要指积粉自燃，如煤粉仓壁的平滑，风粉管道及挡板的布置要避免煤粉聚集，运行中控制风粉温度及检修前放粉等。

（2）提高煤粉仓及制粉系统的结构强度。虽然制粉系统防爆反事故措施的基点是防止爆炸，但从防爆门爆破的发生率看，制粉系统的爆炸实际上没有根绝。要避免事故扩大，当前结构强度的问题应引起各方面的重视。前面提到的煤粉仓掀顶事故，就是结构强度不足的结果。粉仓顶是由9块厚6cm的水泥预制板加2～4cm水泥抹面（并无钢筋、螺栓固定）组成，计算表明2kPa的压力即可掀顶，而粉仓防爆门的爆破压力却为10kPa，足见其结构强度严重不足。苏联防爆规程规定装防爆门的制粉系统的部件计算压力为150kPa，而美国防爆规程规定，除制粉系统启动、运行中均匀充满惰性气体的情况外，制粉系统的设计压力应大于344kPa，按NFPA68“爆炸排放指南”所规定的原则设爆炸排放口的不在比例，作为电厂检修、运行工作者应注意制粉系统入孔门螺栓的完整以及煤粉管道法兰或抱箍的连接强度。

（3）保持防爆门的防爆功能。试验表明容器中可燃粉尘点燃引爆后，防爆门动作压力、卸压面积，可燃粉尘特性值与爆后实际压力值有关。防爆门排气管的长度也与卸压能力有关。有的资料甚至断定，当容器的抗爆强度小于0.1MPa时，有长排气管的防爆门已不能达到防止容器损坏的目的。因此必须按设计要求布置足量的防爆门，并控制防爆门的卸压动作压力。此外，多数磨煤机防爆门与排粉机出口风箱防爆门位于零米层上部，一旦动作后从排放口喷出的火焰极易烧损附近的电缆，应注意防范。

（4）制粉系统惰性化。在制粉系统中惰性气体及水蒸汽的存在，会减少混合物的爆炸危险性。苏联防爆规程说明，在各种工况下，制粉系统中氧的容积份额小于16％，则不发生煤粉爆炸。有的资料提出用氮惰化空气煤粉混合物时的含最高允许氧量为14％，事实上用炉烟干燥的制粉系统较少发生爆炸，而引进的中速磨制粉系统虽不设防爆门，除在设计上提高设计抗爆强度外，还在磨煤机上装设了通入惰性气体（一般为氮气）的管接，并规定，制粉系统带负荷跳闸时，应通惰性气体，一直到磨煤机温度低于66℃或将剩煤排空为止。此点应引起各方面重视以免误事。