循环流化床垃圾焚烧锅炉爆炸分析及预防

事故与分析 循环流化床垃圾焚烧锅炉爆炸分析及预防 5 7 文章编号： 1 0 0 4 8 7 7 4 ( 2 0 1 1 ) 0 5 5 7 - 0 4 循环流化床垃圾焚烧锅炉爆炸分析及预防 王 勇 ， 王玉忠 ( 1 东莞市科伟环保 电力有限公司 ， 东莞 5 2 3 4 6 0 ； 2 元宝山发电有限责任公司， 赤峰 0 2 4 0 7 0 ) An a l y s i s a n d Co u n t e r me a s u r e s o n Ex p l o s i o n o f Ci r c u l a t i ng Fl u i d i z e d Be d Bo i l e r Fi r e d M u n i c i p a l S o l i d W a s t e W ANG Yo n g ，WANG Yu z h o n g ( 1 D o n g g u a n E c o T e c h E n v i r o n me n t a l P o w e r C o L t d ， D o n g g u a n 5 2 3 4 6 0 ，C h i n a ) ( 2 Y u a n b a o s h a n P o w e r G e n e r a t i o n C OL t d ， C h i f e n g 0 2 4 0 7 0 ，C h i n a ) 摘要： 介绍了循环流化床垃圾焚烧锅炉运行操作不当而导致锅炉爆炸的几种情况， 结合 相关事故的处理经验， 阐述爆炸的原因和预防措施。 关键词： 循环流化床 ； 垃圾；压火； 停炉 ； 点火 ；拉火； 爆炸 中图分类号 ： T K 2 2 7 文献标识码 ： B O 前 言 目前世 界各 国城市垃圾 的处 理方式主要有填 埋、 堆肥和焚烧三种。由于采用垃圾 焚烧技术既可 达到减容、 减量 、 减少垃圾运输和无 害化 的 目的， 又 能有效利用垃圾焚烧产生 的热能 ， 因而被广泛关注。 垃圾焚烧炉技术主要有四大类 ， 即： 流化床焚烧炉技 术、 炉排型焚烧炉技术 、 回转窑焚烧炉技术 、 热解气 化焚烧炉技术等 。 流化床燃烧技术是 2 0世纪 6 0年代发展起来 的 一 种新型清洁燃烧技术 ， 采用循 环流化床技术进行 垃圾焚烧处理 ， 是一种综合性能优越的燃烧方式 ， 尤 其适合我国成分复杂、 热值偏低的垃圾。因此， 最近 几年循环流化床垃圾焚烧技术得到迅速的推广与发 展。但流化床垃圾焚烧锅炉操作技术在 国内属于一 门新型的应用技术 ， 还不 十分成熟。在运行操作过 程 中， 特别是压火 、 停炉、 点火、 拉火过程中可能会发 生一些意想不 到的爆炸事故。虽然发生机率不高， 但一旦发生 ， 将会造成人身伤亡和设备损坏 的重大 事故 。因此科学地分析其发生的原因 ， 能有效地预 防发生此类事故。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 5 3 1 第 一 作 者：王 勇 ( 1 9 8 2一) ， 长期从事 循环流化床垃圾焚 烧锅 炉 的筹 建、 调 试、 运行及检修等技 术工作。 1 发生爆炸的几种情况 锅炉爆炸是指炉内积存的可燃性混合物瞬间同 时爆燃 ， 从而使锅炉烟气系统 内压力突然升高， 超过 了设计结构的允许值而造成水冷壁、 刚性梁及炉顶 、 风室 、 烟风道、 炉墙等破坏的现象。锅炉爆炸的原因 是炉 内存在可燃的气体 、 油雾 、 未燃 的煤等 ； 这些可 燃物与空气混合， 达到爆炸浓度极限， 遇到明火燃 烧 ， 或在高温下 自燃 ， 于是发生爆炸。锅炉爆炸会造 成严重后果 ， 如损坏受热 面、 炉墙及构架 ， 迫使锅 炉 停炉 ， 有时也会造成人身伤亡 。锅炉爆炸是一种重 大的恶性事故 ， 由此引起 的损失是很大的。以下是 由于运行操作不当而导致锅炉爆炸的几种情况 。 1 1 压火爆炸 如果压火操作 时燃料 ( 垃圾 和煤 ) 加得过多或 送 、 引风机停得过早 ， 使压火后床料内未燃 的燃料量 过多 ， 燃料中含有碳氢化合物 以及氢气 、 硫化氢、 氧 化硫、 一氧化碳、 二氧化碳以及氮气等挥发物， 这些 挥发物在炉膛内受热后 开始逸 出， 大部分为可燃气 体。可燃气体通过风帽小孑 L 往分压力低的风室和热 风道等部位弥散。在风室内一旦可燃物浓度聚积到 爆炸浓度极限范围内， 遇到漏入风室的热渣或布风 板上高温床料的热量对风室辐射使温度升高， 当达 到燃点时立刻发生爆炸 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 工业锅炉 2 0 1 1 年第 5期 ( 总第 1 2 9期 ) 案 例 1 ： 某垃圾 电厂一台焚烧量为 3 0 0 t d的循环流化 床垃圾焚烧锅炉吹管 ， 1 7 ： 3 0锅炉主蒸汽管道吹管 工作告一段落 ， 1 7 ： 3 3值班长下令开始压火 。1 7 ： 4 5 链板给料装置内的垃圾全部输送到炉 内焚烧完毕 ， 此时床温为 8 8 0 ， 1 7 ： 4 6司炉人 员将 2台给煤 机 开度 由 1 0 调整到 2 0 来提高床温 ， 1 7 ： 5 6床温升 高至 9 5 8 ， 司炉人员立即停止给煤 ， 1 7： 5 7停止引 风机 ， 由引风机联锁停止 了一次风机、 二次风机和罗 茨风机。1 8 ： 0 0将所有辅机全部复位 ， 风门挡板 全 部关闭 ， 风室压力 一1 5 P a 。1 8 ： 0 2床温上升至 9 6 6 。l 8 ： 2 3 ： “ 砰 ” 的一声 ， 一次风空气预热器出 口连 通箱及非金属膨胀节炸开。 爆炸原因： ( 1 ) 压火时 ， 停止给煤后就停 了送引风机 ， 炉 内 未燃的过多煤碳 ， 在高温缺氧状况下热解产生碳氢 化合物( 甲类可燃气体) 以及氢气、 硫化氢、 一氧化 碳等可燃气体。 ， ( 2 ) 烧垃圾后 的床料颗粒一般 比较粗 ， 所 以布 风板上床料 的孔隙率 比纯烧煤 的流化床锅炉大得 多。 ( 3 ) 由于一次 风机 的吸风 口布 置在垃圾 库顶 部 ， 标高为 +3 5 m。风室及热风道布置在标高 + 4 0 m层。烟风道上 的风 门挡板都是百叶型的， 关不严 密。此时的一次 风机进 出 口风道 就形成 了烟 囱效 应 。 ( 4 ) 由于一 次风道的吸力 ， 可燃气体透过床料 和风帽小孔 ， 向风室和热风道扩散。当混合气体的 比例达到爆炸浓度极 限， 遇到风室 的热渣， 立 即爆 炸。 ( 5 ) 风室为全水 冷壁结构 ， 密封性 与承压 能力 很强 ， 加上布风板上有厚厚的床料 ， 而连通箱是 由5 m m钢板焊接 而成 ， 膨胀节 由非金 属 的纤 维制成 。 所以发生爆炸后只是看到承压能力最小的连通箱和 膨胀节炸裂。 1 2 拉火爆炸 如果压火时燃料( 垃圾和煤) 加得多或送、 引风 机停得过早 ， 使压火后床料内未燃的燃料量过多 ， 这 些燃料在高温缺氧状况下热解成碳氢化合物( 甲类 可燃 气体 ) 以及氢气 、 硫化氢 、 一 氧化碳等可燃 气 体。由于压火后炉内呈缺氧状况 ， 可燃气体 比例未 能达到爆炸浓度极限， 而拉火时， 一次风机启动后立 即向炉内供氧， 高温的可燃性气体与氧气混合， 使得 炉 内混合气体的比例达到爆炸浓度极 限后立即发生 爆 炸 。 案例 2： 某垃圾 电厂一台焚烧量为 4 0 0 t d的循环流化 床垃圾焚烧锅炉 ， 1 5 ： 4 7接班人员巡检发现引风机 承力侧 轴 承 座水 平 振 动 值 为 2 3 6 I x m( 转 速 8 5 0 r m i n ) ， 立即用对讲机汇 报给操 盘司炉。1 5 ： 4 8床 温 8 9 0 ， 垃圾给料开度 为 3 0 ( 平时正常运行开 度) ， 1 给煤机停止运行 ， 2 给煤机开度 1 0 ( 最小 开度 ) 运行 ， 司炉 急忙停止垃圾 给料机 和给煤机。 1 5 ： 4 9停二次风机 、 罗茨风机 ， 1 5： 5 0停一次风机 、 引 风机。1 5 ： 5 3烟风系统风 门和挡板全部关闭。1 6 ： 0 5打开引风机人孔 门， 发现 叶轮上积有一层 1 0 m m 的灰垢并有局部脱落。1 8 ： 2 1清理完 叶轮积灰后 ， 值班长下令 开始拉 火启动锅 炉。1 8 ： 2 3启 动 引风 机 ， 炉膛 中部负压 一1 0 0 P a ， 1 8 ： 2 4启动一次风机 ， 调 节一次风机流量为 2 8 0 0 0 m h ( 标 态) ， 床 温稍有 升高 ， 突然 听到 炉 内一声 爆 响 ， 炉膛 垃 圾 口挡 板 ( 1 3 0 0 X 1 0 0 0 ) 和炉膛 2个防爆 门( 5 0 ) 炸开， 垃 圾给料层满是烟和灰 ， 7 m平台也是散落一些灰渣。 事后检查炉膛内水冷壁没有变形 ， 卫燃带耐火材料 有松动和脱落现象 。 爆炸原因 ： ( 1 ) 紧急压火 时， 停止给煤和垃圾后就停了送 引风机 ， 造成炉 内未燃 的煤量和垃圾量过多。在高 温缺氧状况下煤和垃圾热解成碳氢化合物 ( 甲类可 燃气体) 以及氢气、 硫化氢、 一氧化碳等可燃气体。 ( 2 ) 操作人员没有意识到非正常压火后炉内会 产生一定量 的可燃气体。严重违反锅炉运行规程操 作 ， 在拉火前未先启动引风机通风 5分钟 ， 未等炉 内 可燃气体排除后就启动一次风机。 ( 3 ) 一次风机启 动后 ， 立 即向炉膛供 氧。高温 的可燃性气体与氧气混合， 使得炉内混合气体的比 例达到爆炸浓度极限后立 即发生爆炸。 1 3 点火爆炸 循环流化床垃圾焚烧锅炉一般采用床下热烟气 加热 的方式点火 ， 点火的燃料采用 0号轻柴油。造 成点火爆炸的原因主要是点火过程油枪灭火后及事 故情况下紧急 中止点火后没及时断绝燃料进入点火 器 ， 以及重新点火前通风不够 ， 造成点火器和风室内 都充满了油气 。油气被热态的点火器内耐火材料加 热至燃点或重新启动高能点火器点火 ， 就会发生点 火器和风室爆炸 。 案例 3 ： 某垃圾 电厂一台焚烧量为 2 5 0 t d的循环流化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 事故与分析 循环流化床垃圾 焚烧锅炉爆炸分析及预防 5 9 床垃圾焚烧锅炉 ， 0 9 ： 1 0开始点火开炉操作 ， 0 9： 1 5 床下热炯气点火 器油枪着火后缓慢升 温， 0 9： 5 0发 现一次风 A侧流量突然 由 1 1 8 3 0 m h ( 标态 ) 降到 4 6 0 m h ( 标态) ， 调节 A侧进风挡板后风量仍然没 有变化 ， 就地检查发现风门挡板连接杆断裂脱开 ， 需 停风机检修。0 9 ： 5 3司炉就去点火操作平 台只把油 泵停了、 油枪拉 出来半截 ( 油管道上的 阀门都未关 闭) 。0 9 ： 5 4停引、 送风机中止点火 ， 1 0 ： 0 3检修正常 后 ， 启动引风机、 一次风机准备重新点火 ， 刚启动一 次风机就 听见风 室 内“ 砰”的一 声 ， 风室 防爆 门炸 开 ， 幸无人员伤亡和设备损坏。 爆炸原因 ： ( 1 ) 停止油泵后进 、 回油 阀门没有关闭 ， 管道里 的油不断地溢流进点火器内。 ( 2 ) 中止点火操作后点火器 内耐火材料温度仍 然在 8 0 0以上 。 ( 3 ) 高温缺氧情况下油干熘挥发 出碳氢化合物 ( 甲类可燃气体) 以及氢气、 硫化氢 、 一氧化碳等可燃 气体 。可燃气体通过点火器扩散到风室， 一次风机启 动后， 立即向风室供氧， 风室内混合气体达到爆炸浓 度极 限后立即发生爆炸， 风室铝膜防爆门被炸开。 1 4乙炔泄漏爆炸 循环流化床垃圾焚烧锅炉一般都采用乙炔脉冲 吹灰器 ， 停炉后过热器炯道 内温度一般为 5 0 0 6 0 0 。如停炉 以后 ， 吹灰 系统用 的乙炔速断阀门没有 关闭或者关闭不严， 乙炔就可能会漏人烟道内。若 在烟道 内浓度聚积到爆 炸极限范 围内， 一旦烟道系 统有漏风就会立即发生爆炸。 2 爆炸事故的预防 由以上几种典型的因操作不当而造成锅炉爆炸 的原 冈分析可知 ， 循环流化床垃圾 焚烧锅炉运行操 作过程中应采取以下措施来 防止爆炸事故的发生 。 ( 1 ) 在非正常压火后拉火 时一定要先启动引风 机通风 5分钟 ， 将炉 内可燃气体稀释或全部排除后 再启动一次风机 ， 从而使 炉 内的混合气体 的比例在 爆炸极限范围之外 ， 防止爆炸事故发生 ； 而正常压火 后的拉火 ， 炉内可燃气体极少， 引风机启动 1 分钟后 就可以启动一次风机拉火开炉。开起引风机通风是 稀释或排除炉内可燃气体的一种很有效的方法 。通 过引风将炉内可燃气体抽吸至炯囱排出， 使炉内可 燃气体浓度降到爆炸极限以下。 ( 2 ) 正常压火 时一定要先降低锅炉 负荷 ， 等到 床温升到 9 5 0 c 【 = 时先停 止给煤 ； 当烟气含氧量有 明 显上升 ， 床温有 1 5 2 0 c c下降趋势时 ， 再停送 、 引风 机 ， 防止压火后床料内燃料过多， 在炉内高温热解产 生大量可燃性气体。 ( 3 ) 压火后至拉火前所有 的烟风系统风门挡板 全部关闭， 尽量避免 和减少空气漏入炉 内。压火后 炉内缺氧可以使炉内残 留的可燃物达不到燃烧和爆 炸的条件。 ( 4 ) 点火过程中如果发生点火 时油枪不着火或 油枪故障灭火及事故中止点火 ， 应立即关闭油阀 ， 保 持风机运行通风 5分钟 ， 待点火器和风室 内可燃气 体稀释或完全排除后方可重新点火 。 ( 5 ) 压火前把 点火 器的风 门全部打开 ， 让一次 风把点火筒彻底吹扫一遍 ， 时间大约 1 0分钟。把点 火器内残存 的油气吹到炉膛燃烧 。 ( 6 ) 压火后把点火筒 的观火镜取 下， 让风室和 点火器 内可燃气体从观火孔排除。使风室和点火器 内的混合气 比例低于爆炸极 限。 ( 7 ) 点火过程 中， 投煤前一定要 先加大一次风 量 ， 避免发生煤和油争氧燃烧而造成炉内产生大量 的氢气 、 硫化氢、 氧化硫、 一氧化碳等还原性可燃气 体。加煤一定要采用 间断投煤方式操作 ， 瞬时加煤 量禁止超过 2 t h 。加煤 5分钟后若没有 明显着火 的现象 ， 应立即停止加煤 。 ( 8 ) 投煤前一定 要先投入返料器运行 ， 防止未 燃烧的煤粉过多地沉积在返料器内。当煤粉量浓度 聚集到每立方米空问含量大于 0 0 5 k g时就会发生 爆炸。投煤前投用返料器运行使煤粉及时返回炉膛 焚烧 ， 可以有效减少返料器内煤粉含量。 ( 9 ) 点火 和拉火操作需要投用 引子煤时， 一定 要掌握好引子煤的粒度 、 用量及投入时间。实践证 明引子煤 的粒度一般 控制在 0 31 m m 范围 内。 投入量禁止超过 床料 量的 2 。点火时 ， 在床层温 度达到 5 0 0后投用 ， 避免产生可燃物在炉内积累。 拉火前几分钟投入引子煤后立 即开始拉火操作， 避 免煤在炉内干馏产生可燃气体。 ( 1 0 ) 停炉应确认吹灰系统管道上的乙炔总阀、 乙炔电磁阀都已关闭 ； 关闭空气总阀、 空气 电磁阀， 且管道放气阀打开。待炉 内燃料烧完后 ， 床温降到 5 5 0时再停引、 送风机， 所有的烟风系统风门挡板 全部关闭。 ( 1 1 ) 点火之前油管道和乙炔管道上的阀门， 定 期耐压试验。不合格阀门及时更换 。防止阀门关闭 后燃料仍继续泄漏进入炉内， 造成锅炉安全隐患。 ( 1 2 ) 锅炉运行操作一定要严格执行操作流程 按步骤操作 ， 切不可减少步骤和颠倒先后操作顺序 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 1年第 5期( 总第 1 2 9期) 3 结束语 由于循环流化床垃圾焚烧锅炉的燃烧原理与其 它类型的燃煤锅炉不同， 在运行操作过程中， 常会 因 运行人员操作不当导致爆炸事故的发生。只要采取 正确的运行操作 程序和必要 的反事故措施 加 以防 范 ， 就能有效避免循环流化床垃圾焚烧锅炉可燃性 气体爆炸事故的发生， 保证锅炉安全、 高效运行。 强 参考文献 1 党黎军 循环流化床锅炉炉膛爆炸事故及预防措施 J ( 上接第 4 6页 ) 6 综合评述 ( 1 ) 锅炉设计单位在进行蒸汽锅炉设计 时， 常 规的做法是选用典型的设计燃料种类 ， 并 根据 G B T 1 9 2 1选定锅炉容量 、 蒸汽参数及给水 温度档次。 至于锅炉使用单位用热 系统 的具体情况 ， 一般不予 考虑 ， 使用单位专 门委托设计的则另 当别论 。 ( 2 ) 锅炉输出热量是锅炉热平衡计算 中的关键 数据之一 ， 当锅炉机组存在 自用蒸汽情况时 ， 锅炉输 出蒸汽量即锅炉出力为扣除 自用蒸汽量的蒸发量 ， 但锅炉输 出热量 中则应包括 自用蒸汽的热量。 ( 3 ) 对工业蒸汽锅炉， 当给水采取热力 除氧方 式且供热系统无蒸汽凝结水 回收时， 根据本文所导 出的热力除氧 自用蒸汽量的理论计算公式计算得到 的热力除氧器 自用蒸汽耗汽率 达到最大值 ， 为锅炉 出力 的 1 5 左右 。 西北 电力技术 ， 1 9 9 8 ( 2 ) 2 史帅军 循环流化床锅炉燃烧爆炸及预防 J 工业锅 炉 ， 2 0 0 4 ( 1 ) 3 现代企业安全操作规程标准与技术丛书编委会 锅炉工 安全操作规程标准与技术 M 北京： 中国劳动社会保 障出版社 ， 2 0 0 9 5 赵伟杰