炉膛爆燃分析

火电厂顺序控制与热工保护

炉膛爆燃分析

炉膛爆燃分析

一、炉膛内火焰形成的机理分析

炉内燃烧过程实质上是燃料与氧化合反应的过程，同时放出热和光。这种燃烧反应过程 在很复杂的条件下进行，与传热过程、流动过程、扩散过程等过程有关。

煤的组成成分是碳（C）、氢（H）、氧（Ｏ）、氮（Ｎ）、硫（Ｓ）、灰分（Ａ）、水分（Ｍ）等。炉内燃烧过程是燃烧中的碳或氢化物与空气中的氧进行剧烈的化学反应。

煤粉炉中，煤粉空气混合物进人炉膛后，卷吸炉膛内的高温烟气产生对流换热，另外还有炉膛高温火焰辐射换热。使进入炉膛的煤粉气流温度迅速提髙，而后着 火，开始强烈燃烧，形成火焰。

保证在低负荷下着火的稳定性十分重要，影响煤粉气流着火和着火稳定性的因素有以下几个：

（1）一次风量。 （2）一次风速。 （3）煤粉气流的初温。 （4）燃料性质。 （5）煤粉细度。

二、炉膛爆燃原因

炉膛是指锅炉炉膛到烟囱的整个烟气通道部分，包括有关的锅炉部件、烟道、风箱和风机。

炉膛爆燃是指在锅炉的炉膛、烟道和通风管道中积存的可燃物突然同时被点燃，释放出大量的热能，生成烟气后容积突然增加时来不及由炉膛排出,因而使炉膛压力骤增，这种现象称为爆燃，严重的爆燃即为燃炸。

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当炉膛压力过高或过低，超过炉膛结构所能承 受的压力时,炉膛将产生外爆或内爆的恶性事故

外爆：在锅炉炉膛内产生爆燃，炉内气体猛烈膨胀，使烟气侧压力升高，其作用力将炉墙推向外侧。

内爆：当炉膛内突然灭火，炉内气体由于火焰熄灭，温度剧烈下降而猛烈收缩，炉外大气压力 将炉墙推向内侧。

炉膛爆燃可分冷态爆燃、热态爆燃、穿透性爆燃和局部爆燃，其中危害最大者为冷态爆燃和穿透性爆燃。

低温冷态爆燃：在锅炉点火期间，炉膛温度低,突然着火以后，温升较大，气体的容积膨胀也较大，故产生的破坏力较大，爆炸时往往损坏炉膛中下部,一般形成穿透性爆燃。

热态爆燃：运行中，炉膛温度高时突然灭火，炉膛介质随热气流不断上升和气化，到炉膛顶部，遇到高温过热器而产生爆燃，其破坏力低于前者,破坏区域大多在炉膛的顶部及水平烟道。

为了防止锅炉内爆，在燃烧控制系统的设计中应注意以下几点： （１）锅炉甩负荷时，送风量必须维持在甩负荷前的数值; （２）机组甩负荷后，减少炉膛中燃烧产物的流量；

（３）能在5—10s的期限内（不是立即地）消除掉炉膛中燃料。

产生爆燃的三个条件：

（１）炉膛或烟道内有燃料和助燃空气积存；

（２）积存的燃料和空气混合物是爆炸性的并达到爆炸浓度：

轻柴油，爆炸范围为0.6％～6.5％（油蒸气在空气中的体积百分比）。 重油，爆炸范围为1.2％～6％（油蒸气在空气中的体积百分比）。 烟煤煤粉，爆炸下限为35克／立方米（煤粉在空气中的质量／体积浓度）。 （３）具有足够的点火能源。

三个条件必须同时存在才会爆燃，炉墙上装设的防爆门也只能对局部不大的爆燃起降压作用，主要是设法防止可燃混合物积存在炉膛和烟道中。

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燃烧的火焰熄灭，将有燃料和空气混合物积存在炉膛，可燃混合物被点燃时会同时燃着，烟气容积突然增大，来不及由炉膛出口排出，使炉膛压力骤增。

利用定容绝热分析爆燃过程可知，单位容积的发热量Ｑ越大，爆燃后压力升高越多，爆燃产生的破坏力越大。

三、可能造成炉膛爆燃的危险情况

（１）锅炉燃烧煤种的多变。改变煤种后应当调节风煤比例。例如烟煤，大约要求风速为20?25ｍ/ｓ可保证喷入锅炉的煤粉不会造成聚积而是即刻被烧掉。如变为烧无烟煤时，应相应降低风速。

（２）燃料、空气或点火能量中断。

（３）多个燃烧器正常运行时，燃烧器突然失去火焰。 （４）整个炉膛灭火。

（５）在停炉检修过程中，燃料漏进停用的炉膛。 （６）排粉和给粉不均匀。 （７）主设备的严重缺陷。

（８）概料中含有大量不可燃杂质。

四、炉膛爆炸的危害

发生炉膛爆炸时，爆炸压力因燃料种类、可燃性混合物体积等的不同而不同，一般不超过1MPa。对锅壳锅炉的金属炉膛———炉胆，这样的爆炸压力不会造成严重损害，但与炉胆相连的炉门、烟气转向室、烟箱等会被冲开和损坏，并伤害近旁人员。对水管锅炉的砌筑炉膛，炉膛爆炸可使炉墙塌垮或开裂，锅炉水冷壁等受压部件变形移位甚至破裂，围绕炉膛设置的构架、楼梯、平台变形或损坏，并常造成人员伤亡。

炉膛爆炸对锅炉（特别是水管锅炉）的损害是大范围的，有时是很严重的。不仅需要强迫停炉，而且需要对锅炉进行较大投入、较长时间的修理维护，造成巨大的经济损失。

五、炉膛爆燃的防止

通过正确检测炉膛火焰，确定炉膛压力整定值，采取相应的炉膛防爆措施，就能防止炉膛爆炸。在点火和暖炉期间，以及燃料品质低劣、低负荷运行时常发生爆燃，对于不同运行情况要采用不同的防止爆燃的方法。关键是防止可燃混合物的积存。

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防止原则：一是防止可燃物积存，点火前进行吹扫，熄火后要立即停燃料；二是保证一定的炉膛温度（７５０°C）。

1.防止炉膛爆燃的原则性措施

（1）点火器要火焰稳定、位置恰当、能源足够。 （2）未点火对间应尽可能缩短，防止熄火。

（3）已进入炉膛的可燃混合物应尽快冲淡并吹扫干净。 （4）内部燃料部分燃烧时应继续冲淡，使之不可燃。 （5）注意燃料品种的变化，及时地调整风速和风煤比。 （6）有良好的制粉系统来保证煤粉细度。

（7）安装锅炉炉膛安全监控装置，加强对炉膛火焰、压力、温度等参数的监视。 （8）设计并安装主燃料跳闸(MFT)后炉膛负压的保护控制系统。 2.在点火、暖炉期间防止爆燃的措施

（1）点火前,吹扫炉膛和烟道，吹扫时间约5min。 （2）此期间送的燃料量不大于10%额定负荷的燃料量。 （3）点火和暖炉期间，燃烧器要少、集中同时对称使用。

（4）尽量缩短主燃烧器点火时间(如不大于1Os)，若超过时，应果断切断燃料，再吹扫后，重新点火。

（5）严禁利用所谓的“余热”再点火。

（6）点火初期要保证一定的混合物浓度及流量，而且流量应由小到大逐渐增大,保证炉膛压力稳定。

3.防止爆燃的措施

（1）只要熄火，立即切断燃料。

（2）设计锅炉时尽量缩短燃料阀至喷燃器间的管长。 （3）要经常维护燃料阀,保持严密性。

4.设备缺陷问题（检修人员应及时消除设备缺陷） 5.改进炉墙结构（加强承压）

6.安装锅炉炉膛安全保护装置（连锁、报警和跳闸保护）

锅炉炉膛发生爆燃必须具备3要素，缺一不可，炉膛爆燃主要发生在点火暖炉阶段以及运行中的火焰中断，防止炉膛爆燃，主要是通过控制系统的联锁保护，防止可燃物在炉膛内的积存来实现的。

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