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锅炉炉膛烟道爆炸事故分析

作者 :李德成更新时间:2012-11-1

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(长治市锅炉压力容器监督检验所,山西 046011)

摘 要:本文通过对QXF58-1.6/130/70-AⅡ型锅炉因停炉而引起炉膛烟道爆炸事故的调查分析提出预防措施,希望能为今后QXF58-1.6/130/70-AⅡ锅炉安全运行提供一些帮助。可使操作水平有所提高,做为反面教材,以防类似的事故再度发生。
关键词:锅炉 爆炸 分析

QXF58-1.6/130/70-AⅡ锅炉有循环流化床锅炉共有的特点,多种情况都能造成锅炉停炉:如受热面的磨损;床上结焦;给煤系统的堵塞、损坏;除灰系统的损坏;旋风分离器角阀的损坏;附属机械的故障;供电、电器的故障及损坏都可引起停炉,在这里不再辍述。本文通过该炉型的一起事故的分析提出预防措施,希望能为今后QXF58-1.6/130/70-AⅡ锅炉安全运行提供一些帮助。

1 锅炉概况
QXF58-1.6/130/70-AⅡ单汽包强制循环M型布置;中温旋风分离;全钢结构炉架;炉膛为全膜式水冷壁悬吊的封闭结构,轻质保温层,额定供热量58MW、额定出口压力1.6MPa、额定出口温度130℃、回水温度70℃、排烟温度为137℃、循环水量为826t/h、设计效率88.38%、使用煤种为二类烟煤的循环流化床热水锅炉。
锅炉为室内布置,由前部及尾部两个竖井烟道组成。前竖井采用悬吊结构,其四壁由膜式水冷壁组成,自下而上依次布置有一次风室、布风装置、炉膛密相区、稀相区及烟风转向室;尾部竖井为支承结构,其内部布置省煤器Ⅰ、省煤器Ⅱ、省煤器Ⅲ及钢管立式空气预热器。两竖井间通过两个并列布置的旋风分离器相联通。前部竖井采用敷管炉墙,外置金属护板,后部竖井采用轻型护板炉墙。配置干式板状卧式电除尘器。
该炉于2003年制造,2004年安装,2005年11月试运行并开始供暖。锅炉的设计、制造、安装、监督检验符合《特种设备安全监察条例》有关规定。技术资料运行记录齐全。

2 事故经过
据工作人员介绍:2007年01月19日早6点左右发现炉温下降,采取了加大给煤,调大鼓、引风措施无效,于是怀疑引风机故障(前段时间引风机调频控制故障导致引风机误动作),派人检查引风机运行正常,炉温仍在下降,不到20分钟炉温下降到600℃,于是采取紧急停炉措施,紧急关停给煤、鼓、引风,后事故发生了。从发现故障到烟道爆炸有20分钟左右。
从上述事实可以判定:这是一起炉膛烟道爆炸事故。
发生锅炉炉膛爆炸需要具备三个条件: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。通过事故发生后的现场检查可以确认当时上述三便条件均同时具备。

3 现场检查情况
3.1 电除尘器检验查
3.1.1 壳体检查:
⑴ 第1室左侧距前柱2.4m处,壳体爆出(炸飞)破损,检查门孔平台脱离原位(悬空)。
⑵ 第2室第3室壳体左侧保温层面板及保温层内板及保温层整体侧倒。
⑶ 壳体右侧各室中心变形量为400~600mm。
3.1.2 壳体工字钢立柱:
从前往后左右各有四根,左侧第1根、第2根爆后变形,中心外拱600mm;左侧第3根爆后变形,中心外拱300mm。
3.2 各室中有左右两对放电极、收尘极布置,第1室中的左侧放电极‘收尘极变形严重,折叠掉落。其它放电极、收尘极变形严重。
3.3 各室中的振动锤通轴及框架变形严重。
3.4 电晕极设备;收尘设备变形、破损、折叠;整体报废。
3.2 空气予热器检查
3.2.1 空气预热器西侧(炉左)保温层爆破面积为3000㎜×2100㎜,破口处宽500㎜;空气预热器前侧保温层变形凸起,面积为4100㎜×1800㎜,高280㎜;
3.2.2 空气预热器空气入口与送风机出口法兰连接处被拉开,三根螺栓拉断,部分螺纹拉脱;两法兰开口最大宽度450㎜,法兰变形。
3.2.3 空气预热器东侧(炉右)保温层变形凸起,面积为1000㎜×1500㎜,高50㎜;
3.2.4 空气预热器本体无异常。
3.3 后竖井、省煤器,分离器检查:
3.3.1 后竖井检查未发现由于炉膛爆炸墻体变形或损坏。
3.3.2 省煤器检查未发现管子变形及管组结构异常。
3.3.3 分离器检查未发现浇注料部分、返料系统、旋风筒等损坏或功能失调。
3.4 炉膛检查。
3.4.1 床上部料层厚度,前部(给煤口)约1030mm,后部(回料口)约880mm,前部煤的表面状况灰黑色,后部比前部明显灰度大。
3.4.2 卫燃带,烟风转向室及测温装置连接处等未发现由于炉膛爆炸而损毁。
3.5 水冷壁检查:
3.5.1 水冷壁密相稀相区管壁表面无异常,前水冷壁顶棚漏水(爆管),炉膛顶部向下滴水。炉膛膜式水冷壁四侧(垂直段)无异常。
3.5.2 前水冷壁顶棚管部分两处爆管(前水冷壁共55根,从东往西数)第25根顶棚管中间(从前往后)1980mm处管径下部中心线爆管,长度100mm纵向。第37根顶棚管距前直段起点1765mm处爆管,十字口,环向15mm,纵向45mm。顶棚管中间表面过烧,有碳化层。第28根至第42根顶棚管中间不同程度变形(下凹),变形长度900 mm,第35变形量最大为130mm(下凹)。
3.5.3 破口状态特征:
⑴破口不明显张开,破口处的管子变形较小。
⑵破口处管子周长胀粗。内外壁有明显的氧化皮。
⑶表面产生脱碳,内壁有四氧化物。
3.4 割管检查,
对爆裂管子做了割管检查,截取了有爆口管子(爆口两端各延长500 mm),管子壁厚无明显减薄,管内水垢厚度约20 mm,水垢颜色为暗红。

4 原因分析
爆炸是由可燃混合物在爆炸界限范围和点火作用下发生的。
4.1 可燃混合物有以下三种可能:
⑴挥发物:主要是氢、一氧化碳及多种碳氢化合物,当温度达400℃以上在遇到氧气时,便率先着火开始燃烧(与氧气发生氧化反应),当与氧气的混合物在爆炸界限范围内时遇点火即爆炸。
⑵爆口的漏水(水温约100℃)与高温堆渣(碳)在炉内相遇(温度500~600℃),产生如下化学反应:(相当于气化煤气)
C+H2O─→CO+H2
C+2H2O─→CO2+2H2
⑶以上两种情况同时存在,但可燃混合物主要是氢气和一氧化碳。氢气爆炸界限是4.1%-80%;一氧化碳爆炸界限是12.8%-75%。
4.2 从电除尘器检验可知点火源是在一室左侧放电极、收尘极,当电极放电时产生火花。
顶棚管爆管后、漏水量较大使燃煤难以燃烧,炉内温度下降,当煤继续加入时,燃烧条件恶化,炉内压力升高,流化能力差,煤不能充分地燃烧,也就是燃烧不均匀,停炉时,炉内燃料存在部分挥发分和可燃物碳,是造成爆炸的直接原因。
4.2.1 爆管是由水垢引起,机理如下:
⑴当循环水在流过前壁顶棚管时,水流中的泥渣流速小于水流速,泥渣粘附在热负荷很高的前壁顶棚管内形成水垢。因水垢的导热性很差,导致金属管壁局部温度大大升高,金属因过热而蠕变。当温度超过了金属的所能承受的允许温度时,强度降低,在锅炉工作压力下,金属会发生鼓包、穿孔和破裂。
⑵水垢导致垢下金属腐蚀:锅炉受热面管内有水垢附着的条件下,从水垢的孔、缝隙渗入的锅水,在沉积的水垢与锅炉受热面之间产生剧烈蒸发。在水垢层下,锅水可被浓缩到很高浓度。其中有些物质在高温高浓度的条件下会对锅炉受热面发生严重腐蚀,如NaOH等。
⑶结垢、腐蚀过程相互作用,会很快导致金属受热面的损坏,以致发生爆管事故。
4.2.2 水垢产生的原因:
⑴水质监督不力,水质监督工作是保证锅炉运行的必要条件,当操作人员发现回水水质不符合要求时(有记录),向单位领导做了汇报,单位领导要求加大排污、加大了补水量、但不准停炉。水质化验员没有坚持原则,为事故的发生埋下了隐患。
⑵领导主观意志,重生产轻安全,瞎指挥。怕停炉影响居民采暖,主观是好的,当出现水质问题时,不按规章办事,下令采取边运行边处理的方法,侥幸心理驱使,使得锅炉受热面管子局部结垢严重。
⑶集中供热工程是分批分期交工,不会一次全部完成.这项工程也是一样。但施工组织与运行是两个平级单位,没有有效的制约机制。在支管设计运行前工作不协调,信息不畅通、准备不充分,没有做好应该处理的准备工作,当发现水质不合格到采取措施进行处理,时间就过去了两天,(要停炉,备用炉准备及停炉的方案等)导致了泥垢的产生。
⑷进入各用户的支管是边设计、边施工、边投运。在支管的设计中和施工中没有充分考虑在支管网单独施工完后,与主管网连接运行前的冲洗,净化问题,使得支管的泥渣进入主管网循环到锅内。
⑸除污器的选用错误。除污器就是为了防止系统内的泥渣进入锅炉影响锅炉热循环。是法定的安全防护设备。但我国没有将除污器制造列入许可范围内,在管网的回水管上安装一个管式除污器,当正常运行时可能是有保证的,但像系统内发生特殊情况时,根本起不到除污效果。在整个管网中,由于除污器影响整个或部分用户采暖的事发生多次。如果主回水管上的除污器选型正确,起到应有的效果,就可有效地防止事故发生。
4.2.3 点火源的存在是爆炸的直接原因(导致这次爆炸事故发生的原因),有以下几个方面:
⑴设计方面,控制的设计没有熄火保护、炉膛监视装置及联锁装置。给煤装置,鼓风,引风机,电除尘器均为手动操作,当引风机故障停运时,不能同时切断电除尘器,为点火源存在提供了可能性。
⑵运行指挥失当:当司炉人员向司炉长报告炉膛温度、压力不正常时,司炉长常规性通过调节给煤量来调整床温;调节引风机档板来调整炉膛的负压。没有考虑非常规运行操作,为了增加运行业绩,减少停炉次数,不影响用户采暖,违章指挥。
当调整无效后,仍未进行全方位检查,而是只要求司炉检查引风机及控制部分。
当知道不是引风机故障,炉膛内温度将下降到600℃时没有下令采取紧急停炉,未对司炉人员的错误操作方法加以制止。
4.2.4 操作人员缺乏对安全运行规程的正确理解,不能正确执行安全运行规程,操作不规范,检查不到位,判断错误。
⑴当炉温下降、炉膛压力上升时,未同时检查炉床、引风、鼓风及相关位置。
⑵在没有确定炉温下降、炉膛压力上升的原因时,盲目加大了给煤量,鼓、引风量。
⑶当炉膛温度下降到600℃时,盲目关闭给煤、鼓引风机、烟道挡板,使炉膛产生可燃气体。
⑷当关闭引风机,烟道挡板时,没有同时关闭除尘器电除尘器还在运行状态下,电极放电,产生火花。
4.2.5 引风机及其控制系统运行特性不良,控制系统检修不彻底。控制系统是操作人员的眼睛,信息的传递影响操作的调控。本次发生事故前,引风机控制系统曾发生故障,锅炉炉膛因引风机误动作而温度下降,所…… 职称论文发表网http://www.issncn.com 职称论文发表网http://www.issncn.com

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