趙南尚

循環(huán)流化床鍋爐啟動中易發(fā)生事故的分析及預(yù)防

趙南尚

針對50 MW哈鍋生產(chǎn)的240 t小型低溫旋風(fēng)分離循環(huán)流化床鍋爐啟動過程中易發(fā)生的點(diǎn)火爆燃和結(jié)焦事故，詳盡分析了事故發(fā)生原因，從而制定了完善熱工聯(lián)鎖保護(hù)邏輯、完善運(yùn)行啟動控制和管理、完善點(diǎn)火相關(guān)設(shè)備的預(yù)防措施。

循環(huán)流化床鍋爐；啟動；爆燃；結(jié)焦

同煤大唐熱電公司4臺機(jī)組均采用哈爾濱鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的240 t HG240/9.8-L.MG35型循環(huán)流化床鍋爐?，F(xiàn)國內(nèi)主流循環(huán)流化床鍋爐，包括大型300 MW循環(huán)流化床鍋爐，大多配置床下風(fēng)道燃燒器和床上油槍，采用聯(lián)合啟動的型式。啟動時，先使用風(fēng)道燃燒器加熱一次風(fēng)，將流化的床料加熱到500℃以上，投入床上油槍，繼續(xù)升溫至600℃，然后投入給煤機(jī)運(yùn)行，逐漸提高床溫，減少油量，直至停止所有油槍，實(shí)現(xiàn)鍋爐正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1 現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)還沒有嚴(yán)格制定出循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行規(guī)定，實(shí)際運(yùn)行存在很多安全隱患，如過分降低投煤溫度、冷爐啟動前添加引燃煤等不規(guī)范操作，都可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。2006年12月，江西某電廠200 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動過程中發(fā)生尾部煙道爆燃事故，造成省煤器、空預(yù)器大面積損壞；2007年8月，云南某電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動過程中因床壓低、床溫過高發(fā)生爐膛、分離器嚴(yán)重結(jié)焦事故。因此，認(rèn)真研究循環(huán)流化床鍋爐的啟動規(guī)律，制定科學(xué)、合理的啟動控制方案，實(shí)現(xiàn)安全啟動，對安全生產(chǎn)、提高機(jī)組運(yùn)行效率、發(fā)揮循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)勢具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 啟動過程中的易發(fā)事故

循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火燃燒器多使用油，特別是風(fēng)道燃燒器空間狹小，床上燃油霧化后與床料混合，可燃?xì)怏w不易擴(kuò)散，在鍋爐點(diǎn)火時易發(fā)生爆燃事故。鍋爐初始投煤時，可能會由于床溫過低，燃煤進(jìn)入后不能著火，導(dǎo)致燃煤聚集，等床溫升至著火溫度以上時，突然被引燃，造成床溫急劇升高并超限，嚴(yán)重時導(dǎo)致爐膛結(jié)焦；或是因床料流化不良，床層局部超溫導(dǎo)致結(jié)焦事故。

3 啟動事故發(fā)生的原因

3.1 點(diǎn)火爆燃事故

爐膛發(fā)生爆燃的根本原因是在爐膛的有限空間內(nèi)或鍋爐通道、煙風(fēng)道及輸送煙氣至煙囪的風(fēng)機(jī)內(nèi)積累的可燃混合物著火引起爆燃。爐膛爆燃均是由于運(yùn)行操作不合理、設(shè)備或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或者設(shè)備和控制系統(tǒng)故障所致。爆燃事故發(fā)生的根源在于可燃物的聚集。通過分析點(diǎn)火爆燃事故產(chǎn)生的原因及條件，以下幾種情況容易發(fā)生爆燃事故：

①輔助燃料泄漏到未燃燒的爐膛中，通過火花或其他的點(diǎn)火源點(diǎn)燃累積的可燃物；

②重復(fù)多次未能點(diǎn)燃輔助燃料，而又不進(jìn)行適當(dāng)吹掃，導(dǎo)致易爆炸混合物的累積；

③爐膛瞬間熄火，經(jīng)恢復(fù)并延時后，聚積的可燃物被重新引燃；

④爐膛流化風(fēng)量不足，存在可燃物質(zhì)易于積累的死區(qū)，造成不完全燃燒和可燃物的積累。

3.2 啟動結(jié)焦事故

結(jié)焦事故是一種常見燃燒事故，無論點(diǎn)火或正常運(yùn)行中都可能發(fā)生，原因也有多種。結(jié)焦的直接原因是局部或整體溫度超出灰熔點(diǎn)或燒結(jié)溫度。結(jié)焦可分為高溫結(jié)焦和低溫結(jié)焦兩種。當(dāng)床層整體溫度低于灰渣變形溫度，由于局部超溫或低溫?zé)Y(jié)而引起的結(jié)焦叫低溫結(jié)焦。流化不良是低溫結(jié)焦的根本原因。高溫結(jié)焦是指床層整體溫度水平較高而流化正常時所形成的結(jié)焦現(xiàn)象。超溫是高溫結(jié)焦的根本原因。

啟動結(jié)焦事故發(fā)生的根源在于流化不良和床層超溫。通過分析結(jié)焦事故產(chǎn)生的原因及條件，以下是幾種容易結(jié)焦的工況：

①點(diǎn)火或低負(fù)荷時，由于風(fēng)量低，床層流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦；

②布風(fēng)系統(tǒng)制造、安裝及檢修質(zhì)量不好，或風(fēng)帽堵塞，造成局部流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦；

③啟動床料或入爐煤粒度過大，造成局部流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦；

④投煤時床溫偏低，入爐煤未及時著火燃燒導(dǎo)致可燃物聚集，一旦溫度條件滿足，迅速引燃，造成床層溫度急劇升高，易發(fā)生高溫結(jié)焦；

⑤啟動床料中可燃物超標(biāo)，一旦溫度條件滿足，迅速引燃，造成床層溫度急劇升高、失控，易發(fā)生高溫結(jié)焦，嚴(yán)重時床料大面積結(jié)焦。

4 啟動安全控制措施

4.1 點(diǎn)火爆燃事故防范措施

爐膛爆燃一般是由于運(yùn)行操作不合理、設(shè)備或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或者設(shè)備和控制系統(tǒng)故障所致。預(yù)防循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火爆燃事故的關(guān)鍵是制定合理的安全啟動程序，完善點(diǎn)火設(shè)備試運(yùn)程序，完善熱控邏輯保護(hù)。根據(jù)點(diǎn)火爆燃事故發(fā)生的不同情況和原因制定如下防范措施。

4.1.1 完善熱控邏輯保護(hù)

（1）完善爐膛吹掃邏輯

循環(huán)流化床鍋爐與煤粉鍋爐不同，鍋爐點(diǎn)火前吹掃區(qū)域包括爐膛和點(diǎn)火風(fēng)道。按哈鍋公司原邏輯，只要“入爐風(fēng)量大于30%設(shè)計(jì)總風(fēng)量”即可進(jìn)行吹掃計(jì)時。但由于入爐一、二次風(fēng)的作用是不一樣的，我公司根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，對吹掃邏輯做了更改，吹掃條件改為“一次風(fēng)量大于最小流化風(fēng)量且總風(fēng)量大于30%設(shè)計(jì)總風(fēng)量”，增加“吹掃進(jìn)行中一、二次風(fēng)量擋板禁止手動操作”邏輯，取消“強(qiáng)制吹掃結(jié)束”按鈕，確保吹掃進(jìn)行并達(dá)到置換氣體，防止點(diǎn)火爆燃的目的。

（2）完善油槍油壓，霧化蒸汽壓力高、低跳閘保護(hù)邏輯

我公司風(fēng)道燃燒器和床上油槍由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺乏合理性，燃油、霧化蒸汽吹掃長期不能投入，油槍投停時壓力波動幅度很大，油槍越少波動幅度越大，經(jīng)常達(dá)到保護(hù)定值，自機(jī)組調(diào)試至投產(chǎn)，壓力保護(hù)一直未投入高保護(hù)。為此，我們增加了保護(hù)動作的延時，每條燃油管道（共2條）投入第一支油槍時，保護(hù)延時10 s動作，其余時間保護(hù)延時5 s動作。更改后，既達(dá)到了投入保護(hù)的目的，又避免保護(hù)在油槍投停時頻繁動作。

（3） 油槍吹掃控制

原邏輯油槍為手動吹掃，且OFT動作后仍能執(zhí)行吹掃。手動吹掃取決于運(yùn)轉(zhuǎn)員的操作，不能保證油槍每次使用后都能吹掃。我們增加了“油槍停運(yùn)或跳閘后自動吹掃”邏輯。MFT動作后油槍吹掃會在滅火后仍然向爐膛送入燃料，嚴(yán)重時會引起爆燃，所以增加了吹掃閉鎖條件“OFT復(fù)歸”。

（4） 完善MFT，OFT保護(hù)動作出口

按原邏輯，MFT，OFT動作后聯(lián)鎖關(guān)閉所有油槍速斷閥、霧化閥，退油槍、點(diǎn)火槍，但風(fēng)道、床上燃油供油母管速斷閥不聯(lián)鎖關(guān)閉，回油為手動門不開，爐前各燃油管道依然處于充壓狀態(tài)，在進(jìn)油速斷閥故障時，不能及時切斷燃料，造成事故隱患。為此，我們增加了MFT，OFT動作聯(lián)鎖關(guān)閉風(fēng)道及床上燃油供油母管速斷閥，確保了滅火保護(hù)動作的可靠性。

4.1.2 完善點(diǎn)火設(shè)備及試運(yùn)程序

鍋爐點(diǎn)火設(shè)備包括風(fēng)道燃燒器和床上油槍。風(fēng)道燃燒器帶點(diǎn)火及火焰監(jiān)測裝置，存在進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏、火焰監(jiān)測裝置“偷火”安全隱患。以下簡述這兩個問題的解決措施。

（1） 進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏

解決進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏的問題從3方面入手：首先，提高檢修工藝水平，建立健全檢修文件包制度，嚴(yán)把檢修質(zhì)量和驗(yàn)收關(guān)口；其次，每次油槍檢修后必須進(jìn)行充油試驗(yàn)，驗(yàn)證進(jìn)油速斷閥嚴(yán)密性；再次，提高各燃油流量計(jì)測量精度，安裝小量程油壓表，發(fā)生泄漏時能及時發(fā)現(xiàn)處理，避免事故發(fā)生。

（2） 火焰監(jiān)測裝置“偷火”

240 t循環(huán)流化床鍋爐兩側(cè)點(diǎn)火風(fēng)道各配置一只風(fēng)道燃燒器，相距3 m左右，因風(fēng)道體積小，任意一只著火時另一只的火焰監(jiān)測裝置也會檢測到火焰，這就是風(fēng)道燃燒器火焰監(jiān)測裝置“偷火”現(xiàn)象。針對這一問題我們調(diào)整了火檢探頭的角度、位置和檢測強(qiáng)度，保證了火焰監(jiān)測裝置和滅火保護(hù)的可靠性。

4.1.3 制定安全啟動相關(guān)規(guī)定

（1）制定相關(guān)反事故措施

制定反爆燃事故措施和啟動操作票及啟動注意事項(xiàng)，明確鍋爐點(diǎn)火操作程序及禁止退出的保護(hù)。

（2）建立保護(hù)投退管理制度

建立了一整套保護(hù)投退規(guī)定，主保護(hù)投退經(jīng)總工批準(zhǔn)，由值長同意，并在《保護(hù)登記本》記錄。每次機(jī)組啟動前，由熱工、運(yùn)行指定有經(jīng)驗(yàn)人員全面復(fù)核保護(hù)投退情況，啟動前投入所有保護(hù)。

（3）邏輯保護(hù)傳動規(guī)定

嚴(yán)格執(zhí)行邏輯保護(hù)傳動規(guī)定，按停機(jī)時間及檢修項(xiàng)目確定保護(hù)傳動項(xiàng)目，堅(jiān)持保護(hù)實(shí)傳，確保保護(hù)正確動作。

4.2 啟動結(jié)焦事故防范措施

通過分析鍋爐啟動結(jié)焦事故的工況和原因，可得出預(yù)防事故的根本在于防止可燃物聚集、流化不良、床層超溫等情況的發(fā)生。

4.2.1 保證流化質(zhì)量

流化不良是低溫結(jié)焦的根本原因。預(yù)防結(jié)焦事故，保證流化質(zhì)量是關(guān)鍵。

①合理配置鍋爐啟動床料至關(guān)重要。啟動床料應(yīng)全部進(jìn)行篩選，保證粒度合格，滿足粒度級配要求。啟動床料顆粒太粗，可能導(dǎo)致流化不良事故發(fā)生，而確保流化正常就需要較大的風(fēng)量，這樣更多的點(diǎn)火熱量會被風(fēng)帶走，使床料升溫困難，加熱時間過長；啟動床料顆粒太細(xì)，大量的細(xì)小顆粒在啟動中會被煙氣帶走，床料損失快，使料層減薄造成局部吹穿，點(diǎn)火過程控制困難，易造成結(jié)焦。

②每次啟動前進(jìn)行布風(fēng)均勻性和臨界流化風(fēng)量試驗(yàn)，避免布風(fēng)裝置導(dǎo)致流化不良，確保風(fēng)量測量裝置準(zhǔn)確。

③控制入爐煤粒度，確保無大顆粒進(jìn)入爐膛，滿足入爐煤粒度級配要求。確立包括來煤控制、初選控制、細(xì)碎間隙控制、入爐煤粒度篩分制度、細(xì)碎定期調(diào)整等一整套措施，解決入爐煤粒度控制問題。另外，每次停爐后置換合格床料也是控制床料粒度的重要手段。

4.2.2 避免升溫過程中爆燃引起超溫

①嚴(yán)格控制投入床上油槍和投煤的溫度條件，禁止解保護(hù)運(yùn)行。有些電廠為節(jié)約啟動燃油、加快啟動速度，盲目降低投煤溫度，導(dǎo)致嚴(yán)重結(jié)焦事故發(fā)生。因此，降低投煤溫度、提高經(jīng)濟(jì)性，必須綜合考慮煤質(zhì)情況，必須建立在多次試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，確保入爐煤立即著火，防止可燃物聚集引起爆燃結(jié)焦事故。

②每次啟動前取樣測定床料中可燃物含量，嚴(yán)格控制啟動床料中可燃物比例不超過1%，否則停爐后必須置換床料。

③初次投煤應(yīng)采取間斷給煤方式，根據(jù)氧量、床溫變化判斷著火情況的規(guī)定必須嚴(yán)格執(zhí)行。

5 結(jié)語

我公司5臺鍋爐2006年12月全部投產(chǎn)后，至今共計(jì)經(jīng)歷百余次啟動，各種啟動安全措施的有效實(shí)施，未發(fā)生1起安全事故，確保了鍋爐的啟動安全，并在2008年8月1日創(chuàng)下240 t循環(huán)流化床鍋爐安全運(yùn)行230 d的長周期運(yùn)行記錄。公司4套機(jī)組的每次安全啟動、按時并網(wǎng)發(fā)電、穩(wěn)定運(yùn)行，有效保證了電網(wǎng)安全和正常供電，同時也為50 MW240 t循環(huán)流化床鍋爐的啟動安全提供了很好的解決方案，成為240 t循環(huán)流化床鍋爐安全啟動、穩(wěn)定運(yùn)行的范例，促進(jìn)了環(huán)保型小容量供熱機(jī)組在國內(nèi)的延續(xù)發(fā)展。

Analysis and Prevention of the Accidents Happened When Circulating Fluidized Bed Boiler Started Up

Zhao Nanshang

This text totally analyzes the accident reason,aiming at ignition deflagration and coked accident happened when 50 MW Kazakhstan pots production 240 t small-scale low-temperature cyclone separating circulating fluidized bed boiler started up.So the author makes the corresponding precautionary measures,improves the logic of thermal interlock protection,perfects the control and management of start up,and completes the preventive measures to the ignition related equipments.

circulating fluidized bed boiler;start up;deflagrate;coke

TK229.6+6

A

1000-4866（2011）01-0036-03

趙南尚，男，1977年9月出生，2005年8月山西大學(xué)畢業(yè)，現(xiàn)在同煤大唐熱電公司工作，助理工程師。

2010-10-20

2010－11－04