起液态排渣炉炉膛爆炸事故的分析

中国电力（）起液态排渣炉炉膛爆炸事故的分析[日期：2005-03-13][来自：网友&网络]〔摘要〕介绍了一起由炉膛底部水冷壁管过热爆管引发炉膛灭火继而发生炉膛爆炸的事故过程和原因分析，提出了相应的防范措施。〔关键词〕锅炉爆管炉膛爆炸2000年1月某电厂发生了一起液态排渣炉炉膛爆炸事故。事故的情况比较特殊，有必要对事故的原因作深入的分析，找出防范措施，以防止类似事故的发生。事故发生在2号炉，该炉1977年9月投入运行，运行参数为：主蒸汽流量230t/h，主蒸汽压力9.8MPa，主蒸汽温度530℃。1事故前的情况事故前2号炉基本是满负荷运行，当班渣口值班员10:20看到炉底靠后墙侧流出一股象流渣一样的液体，落在地面上溅开，象电焊火花一样耀眼。约10:50又看到捞渣机上方炉底侧流出一股象流渣一样的液体，落地同样溅发出耀眼的火花。随后听到一声巨响。10:53，一个正在2号炉8m层炉水取样槽旁边工作的焊工突然发现乙侧观测孔喷出火星，随后又喷出两股带火星的烟灰，他顿时感到炉膛压力反正要出事，随即转身顺着旁边的楼梯往下跑，快跑下楼梯时，听到一声巨响。10:54，锅炉监控人员听到一声巨响(应为焊工听到的同一声响)，锅炉房有大量汽浪和烟灰喷出，控制屏上2号炉炉膛负压冲至+200Pa随后降至-200Pa，汽包水位降至-320mm，一次风水柱大量喷出，灭火保护火焰光柱全部熄灭。据此判断2号炉已熄灭，运行人员立即拉开2号炉给粉电源开关，作紧急停炉操作。2设备损坏情况(1)炉本体在4号角8～22.5m高度爆裂开，缝宽最大约400mm；3号角后墙折焰处过热器连箱爆开一条长约500mm的缝；尾部烟道过热器后墙向后爆开最宽处有500mm的缝；整个后墙外移突出，最大位移达420mm；乙侧水冷壁管向外位移，最大达150mm。(2)炉本体前墙、侧墙10.95，13.7m层各有一根圈梁被炉墙外挤，在拐角处圈梁连接螺栓M20被折断，掉落在8m平台上。后墙16.05，18.75m层尾部烟道楼梯平台处外圈梁被挤断，支撑梁(槽钢140×5)被挤弯。其余除5.6，23.85m层圈梁比较完整外均被炉墙体挤变形，挤弯连接螺栓，甚至脱出孔眼。(3)空预器上部烟道整个侧面被爆开，最大缝隙560m；炉墙保温面脱落约1/3。(4)炉底水冷壁爆管40根，有49个爆口，爆口最大为190mm×60mm，最小*5mm。爆口分布在约9m2的面积内，爆口面积约占炉底总面积的3/5。爆口附近结焦均已崩开。结焦厚220～380mm，炉底析铁厚20～50mm。3事故原因分析由于该机组没有计算机事故追忆系统，事故瞬间的变化过程只有通过事故发生后的其它取证进行分析。从炉膛损坏情况看，炉膛的中部损伤最严重，可以断定完全是炉膛爆炸所产生的后果。所以事故的分析，首先要从炉膛爆炸的起因分析起。3.1炉底水冷壁爆管(1)事故之初发生炉底水冷壁爆管。事后查看，爆管有49个口，破口处管径明显变粗，管壁明显减薄，均呈喇叭状，属内爆特征。除此外炉底水冷壁管没有出现爆炸冲击损伤、变形、撕裂的情况。这说明炉底水冷壁爆管在炉膛爆炸之前。反过来说，如果炉膛先爆炸，水冷壁被爆炸撕裂，水冷壁里的水随之泄压，炉底水冷壁不可能再产生那么多爆口。另外事故时在锅炉旁工作的电焊工，先看到观测孔喷出几股带火星的烟灰(当属炉膛爆管瞬间引起炉膛压力反正)，数秒钟后中国电力（）才听到爆炸声，也说明炉底水冷壁爆管在炉膛爆炸之前。(2)从炉底水冷壁爆管爆口处管径变粗、破口呈喇叭口状看属过热鼓包爆管。事后对爆管进行金相分析和机械性试验，结论是爆管为短时过热爆管。(3)查看炉底水冷壁爆管所有爆口的分布，发现都集中在出渣口附近熔渣集存区域，且爆口处几乎都有析铁。由此可以判断，由于炉底所筑耐火层的破损或裂纹(事故前渣口值班员两次看到炉底漏出流渣，说明是炉底局部有损坏)，流渣从破损的耐火层下漏，流渣里的析铁熔化了炉底，析铁接触到炉底水冷壁管，使水冷壁管短时过热爆破。另外炉底水冷壁制造为平管，在下漏的析铁加热上部外管壁时，管内汽水分离，造成局部水循环变坏，也会加剧管壁过热爆破。3.2炉膛爆炸事故后调查，排除了炉膛熄火后人为点火的可能性。锅炉装设有GAZ-Ⅲ灭火保护，在事故前是投入运行的。由于该产品设计上的缺陷，没有事故前后的炉膛负压追忆功能，给事故分析带来了难度。而从其具有的首次跳闸记忆及事故状态记录中，记录了首次跳闸时间为10:55:00，原因为灭火，但同时记录有给粉中断，接点闭合，灭火保护投入开关接点未闭合，保护出口MFT接点闭合的逻辑错误。事故后立即对灭火保护进行试验，试验证明保护完好正常。经过反复论证，灭火保护可能在事故中正确动作，也可能在保护动作时运行人员同时拉开了2号炉给粉电源开关。既然锅炉底部水冷壁爆管，炉膛灭火后又即刻切断了给粉，炉膛为什么会爆炸？要发生炉膛爆炸必须具备3个条件：①有燃料和助燃空气的积存；②燃料在空气中混合的浓度在爆炸极限内；③有足够的点火能源。第一个条件：该炉的灭火保护，厂家整定为检测到灭火后延时3s动作，如果再考虑到保护动作后到给粉机停转约需1s的时间，这样，至少大约4s时间，运行系统仍然依照事故前锅炉带高负荷的状况不间断地向锅炉送粉和送风。再有，从水冷壁爆管到灭火保护检不到火的这段短暂的时间内，锅炉燃烧不完全，炉膛内已积存有未燃烧的煤粉。综合以上两个因素，可以说该条件是满足的。第二个条件：由于炉底存在有液态炉渣和析铁，热容量很大，炉底水冷壁爆管喷出的水，立刻变成较高温度的水蒸气，和炉膛里的煤粉混合。高温水蒸气和煤粉可发生水煤气反应：产生的H2和CO都是可燃气体。根据资料介绍，煤粉中只要掺入少量的可燃气体，就可以改变原来煤粉的爆炸特性，致使混合物的爆炸极限下限下降。在上述第一个条件中所述的进入炉膛的煤粉量，经计算已基本达到爆炸极限下限浓度。由于H2和CO可燃气体的产生，可燃物的浓度肯定超过爆炸极限下限。第二个条件也满足。第三个条件：由于炉底有熔化的析铁存在，随着水冷壁爆管铁水上扬，铁水具有足够的点火能量。从以上分析，可以得出这样的结论：即使该炉的灭火保护能正确动作，锅炉带高负荷的情况下，在炉底存在一定数量熔化的析铁时，炉底水冷壁爆管，此时完全具备炉膛爆炸的条件，发生炉膛爆炸。3.3管理上存在的问题(1)煤粉细度较长时间超标。2号炉属平底锅炉，为防止炉底积存液态析铁，控制煤粉细度防止析铁产生是最重要、最有效的一项措施。经查证发生事故之前几个月，特别是在高负荷情况下，煤粉细度超标，造成炉底积存了一定数量的析铁。(2)运行人员调整风量不及时，煤粉燃烧不充分也是产生析铁的原因。(3)炉底耐火层维护、更换失控。根据现场规程规定，1999年5月小修时，就应更换炉底；后经有关人员检查、研究，认为可以不更换，但没有提出和执行相应的检查、监控的一系列防范措施，造成炉底在运行中破损。(4)在爆管前，通知2号炉排污，当时2号炉的负荷为240t/h，违反了只能在额定负荷的80%中国电力（）时才能排污的规定。排污造成锅炉水循环的恶化，加重了锅炉水冷壁过热的可能性。3.4设备存在的问题(1)这次事故暴露出所装灭火保护存在设计功能不完善，制造质量不高，抗干扰能力差等问题。(2)锅炉是70年代产品，锅炉设计结构抗爆能力差。另外，炉底水冷壁设计比较平坦，炉渣流动不畅，容易造成析铁在炉底的积存。4主要结论及防范措施通过对这次事故的分析，可以得出：对于液态排渣炉，炉底存在析铁时，炉底水冷壁爆管有引发炉膛爆炸的可能性。特别是在锅炉带高负荷时这种危险性更大。要防止这种事故的发生，主要应做好以下几方面的工作：(1)确保运行中炉底耐火层的完好，防止炉底水冷壁过热爆管。(2)采取保证煤粉细度，运行中正确调整锅炉的给风量等措施，确保炉底不留存大量析铁。(3)采用质量更好的灭火保护装置，缩短炉膛灭火到保护动作的整定时间。