循环流化床锅炉风道与空气预热器爆炸的原因及对策

徐连荣，王 宏，向夏楠，王 锐

(湖州市特种设备检测中心，浙江 湖州 313000)

循环流化床技术是近20年来发展起来的新型锅炉燃烧技术，具有煤种适应性广、污染排放低、锅炉热效率高的优点。目前，热电联产锅炉中大多已采用该种炉型，但由于设计、制造的缺陷及运行中的失误，导致循环流化床锅炉的事故时有发生。其中以尾部风道以及空气预热器段发生爆炸较为常见。这不仅影响企业安全生产，而且给企业造成经济损失。因此，在设计、制造、运行等环节均应采取防范措施，预防爆炸的发生。

1 事故经过

事故锅炉为浙江湖州某厂的YG-35/3.82-M6循环流化床锅炉。该炉为2004年3月生产，2005年2月投入使用。

2008-04-16T09:00，锅炉运行正常，当时炉膛温度为850 ℃，蒸发量为34 t/h。随后，由于厂用电突然中断，锅炉被迫停止运行。8～9min后，锅炉尾部空气预热器部位发生爆炸。现场检查发现，锅炉二次风空气预热器箱体及二次风管部分开裂和变形，其他部位未发现异常。经分析，本次事故属于风道可燃气体化学性爆炸事故。

2 原因分析

风道及空气预热器发生爆炸必须同时具备3个条件：(1)风道及空气预热器内有可燃气体；(2)可燃气体与空气的混合比达到爆炸限值(见表1)；(3)有足以点燃混合气体的温度或明火(可燃气体着火温度，见表1)。

表1 气体爆炸的浓度极限及着火温度

紧急停炉时，给煤机已停止给煤，但给煤管内的余煤仍落入炉膛，引风机、一次风机、二次风机已停止运行。在相对密闭的炉膛内，此时炉床温度高达850 ℃，炉床有一定的可燃原煤、焦碳粒，刚落入炉中的煤有一定的含水量，且炉膛内存在着少量氧气，依据以上条件炉床存在化学反应如下：

锅炉正常运行时的燃烧产物—烟气中的主要成分是CO2。但从以上反应可以看到，由于突然停炉，炉内氧气不足，且炉内温度较高，焦碳粒在不完全燃烧的情况下会产生CO，煤中的水分会分解出H2，其他复杂的化学反应也会产生可燃气体。因此，突然停炉后，炉内化学反应后的主要可燃气体成分为CO、CH4、H2等，主要成分是CO。

由于炉膛内气体体积增大，炉膛压力升高，可燃气体向外扩散。气体向外扩散有3条路径，如图1。

图1 可燃气体扩散路径

第1条路径：炉膛→旋风分离器→过热器→省煤器→空气预热器→水膜除尘器→烟囱，由于该路径沿程阻力较大，只有少量膨胀气体从此道通过；第2条路径：炉膛→垫料层→风帽→冷风室→热风管(一次风)→空气预热器(一次风)→一次风机，由于垫料层阻力大，进入的气体少；第3条路径：布煤风管→热风道(二次风)→空气预热器风道(二次风)→二次送风机，此通道阻力较小，所以大部分膨胀气体从此通过风道进入空气预热器。由于空气预热器里存在氧气，可燃气体与氧气混合并可迅速达到爆炸极限，发生爆炸。

虽然突然停炉后空气预热器温度为300 ℃，达不到可燃气体的着火点，但是从炉膛内扩散出来的可燃气体温度很高，很有可能达到着火点，引起爆炸。如果空气预热器管子有磨损破口，导致烟道中的火星飞入，则更容易产生爆炸。

3 原因及对策

(1) 锅炉设计制造不完善，存在缺陷。锅炉《使用说明书》的最后一项“压火注意事项”中有以下描述：“锅炉燃烧用煤挥发成分较高时，必须在锅炉风室的一次风道和一次风空气预热器侧容易集气的部位加装放气阀(门)，用来排放锅炉压火时自料层返窜的煤气。锅炉压火时，立即开启此阀(门)。锅炉再启动时，在确认无煤气聚集的情况下，按本《说明书》的有关要求启动。”锅炉在设计制造书中未标明排气阀(门)的位置及型号，制造厂家在技术交底时，也未加以说明。

(2) 电厂项目设计单位及锅炉安装单位对上述情况未加重视，没有考虑烟道和空气预热器的防爆措施。

(3) 使用单位是第一次安装使用循环流化床锅炉，对锅炉的性能了解不够，经验不足，在操作规程中未加说明。

检验机构接到用户电话，立即到现场查看，认为是在紧急停炉过程中可燃气体进入风道和空气预热器导致了气体爆炸。该厂另一台同型号锅炉在停炉过程中也发生类似问题，但因爆炸能量比较小，未损坏风道和空气预热器。

为防止爆炸再次发生，提出以下处理意见：

① 在风道和空气预热器修复过程中，在空气预热器(一次、二次)的出口风管上增设一个300mm×400mm的排气门，并安装防爆门，在一次风、二次风风管上增设阀门。

② 在操作规程中，增加排气门的操作规程，“锅炉压火时，一次风机关闭后，关进气阀门，引风机停机后，立即开启排气门”；“再次启动时，引风机启动5min后，关排气门，开启一次风阀门”。

③ 运行记录上，必须记录排气门开关的操作过程。

在该厂1，2号链条炉改循环流化床锅炉的施工设计会审中，检验机构提出了增设排气门、防爆门及一次风、二次风阀门的建议，被设计部门采纳，并进行了改造。改造后，锅炉在运行中再未发生风道和空气预热器爆炸的事故。

4 结束语

综上所述，循环流化床锅炉在非正常停火和压炉时，很可能发生空气预热器及风道气体爆炸事故。为此，一方面在设计时应当把空气预热器及风道的防爆措施考虑在内，另一方面国家现有规程、规范中并没有针对循环流化床锅炉防爆制定相应的强制性条文，只在《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第58条中规定：“额定蒸发量小于或等于75 t/h的水管锅炉，当采用煤粉、油或气体作燃料时，在炉膛和烟道等容易爆燃的部位一般应设置防爆门。防爆门的设置应不致危及人身的安全。”在GB50041-2008《锅炉房设计规范》第2.0.14条中要求：“燃油、燃气和煤粉锅炉后的烟道上，均应装设防爆门，防爆门的位置应有利于泄压。当爆炸气体有可能危及操作人员的安全时，防爆门上应装设泄压导向管。”为避免气体爆炸，减少爆炸发生的可能性及降低事故的危害性，建议在修改《蒸汽锅炉安全技术监察规程》及《锅炉房设计规范》时，增加有关循环流化床锅炉防爆设计的要求。设计单位应根据锅炉的实际情况设置防爆设施。使用单位在制订操作规程及运行工艺时，应增加循环流化床防爆操作规程，从而防止和减少事故的发生。

1 骆仲侠，何宏舟. 循环流化床锅炉技术的现状及发展前景[J]. 动力工程，2004，24(6).

2 马昌华. 锅炉事故防范与安全运行[M]. 北京:地震出版社，2000，6.

3 史帅军. 循环流化床锅炉燃烧爆炸及预防[J]. 工业锅炉，2004，(1).