循環流化床鍋爐啟動中易發生事故的分析及預防

趙南尚

循環流化床鍋爐啟動中易發生事故的分析及預防

趙南尚

針對50 MW哈鍋生產的240 t小型低溫旋風分離循環流化床鍋爐啟動過程中易發生的點火爆燃和結焦事故，詳盡分析了事故發生原因，從而制定了完善熱工聯鎖保護邏輯、完善運行啟動控制和管理、完善點火相關設備的預防措施。

循環流化床鍋爐；啟動；爆燃；結焦

同煤大唐熱電公司4臺機組均采用哈爾濱鍋爐股份有限公司生產的240 t HG240/9.8-L.MG35型循環流化床鍋爐。現國內主流循環流化床鍋爐，包括大型300 MW循環流化床鍋爐，大多配置床下風道燃燒器和床上油槍，采用聯合啟動的型式。啟動時，先使用風道燃燒器加熱一次風，將流化的床料加熱到500℃以上，投入床上油槍，繼續升溫至600℃，然后投入給煤機運行，逐漸提高床溫，減少油量，直至停止所有油槍，實現鍋爐正常穩定運行。

1 現狀分析

目前，國內還沒有嚴格制定出循環流化床鍋爐的運行規定，實際運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范操作，都可能導致事故的發生。2006年12月，江西某電廠200 MW循環流化床鍋爐啟動過程中發生尾部煙道爆燃事故，造成省煤器、空預器大面積損壞；2007年8月，云南某電廠300 MW循環流化床鍋爐啟動過程中因床壓低、床溫過高發生爐膛、分離器嚴重結焦事故。因此，認真研究循環流化床鍋爐的啟動規律，制定科學、合理的啟動控制方案，實現安全啟動，對安全生產、提高機組運行效率、發揮循環流化床鍋爐的優勢具有重要的現實意義。

2 啟動過程中的易發事故

循環流化床鍋爐點火燃燒器多使用油，特別是風道燃燒器空間狹小，床上燃油霧化后與床料混合，可燃氣體不易擴散，在鍋爐點火時易發生爆燃事故。鍋爐初始投煤時，可能會由于床溫過低，燃煤進入后不能著火，導致燃煤聚集，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，嚴重時導致爐膛結焦；或是因床料流化不良，床層局部超溫導致結焦事故。

3 啟動事故發生的原因

3.1 點火爆燃事故

爐膛發生爆燃的根本原因是在爐膛的有限空間內或鍋爐通道、煙風道及輸送煙氣至煙囪的風機內積累的可燃混合物著火引起爆燃。爐膛爆燃均是由于運行操作不合理、設備或控制系統設計不合理或者設備和控制系統故障所致。爆燃事故發生的根源在于可燃物的聚集。通過分析點火爆燃事故產生的原因及條件，以下幾種情況容易發生爆燃事故：

①輔助燃料泄漏到未燃燒的爐膛中，通過火花或其他的點火源點燃累積的可燃物；

②重復多次未能點燃輔助燃料，而又不進行適當吹掃，導致易爆炸混合物的累積；

③爐膛瞬間熄火，經恢復并延時后，聚積的可燃物被重新引燃；

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

3.2 啟動結焦事故

結焦事故是一種常見燃燒事故，無論點火或正常運行中都可能發生，原因也有多種。結焦的直接原因是局部或整體溫度超出灰熔點或燒結溫度。結焦可分為高溫結焦和低溫結焦兩種。當床層整體溫度低于灰渣變形溫度，由于局部超溫或低溫燒結而引起的結焦叫低溫結焦。流化不良是低溫結焦的根本原因。高溫結焦是指床層整體溫度水平較高而流化正常時所形成的結焦現象。超溫是高溫結焦的根本原因。

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

①點火或低負荷時，由于風量低，床層流化不良，易發生低溫結焦；

②布風系統制造、安裝及檢修質量不好，或風帽堵塞，造成局部流化不良，易發生低溫結焦；

③啟動床料或入爐煤粒度過大，造成局部流化不良，易發生低溫結焦；

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

⑤啟動床料中可燃物超標，一旦溫度條件滿足，迅速引燃，造成床層溫度急劇升高、失控，易發生高溫結焦，嚴重時床料大面積結焦。

4 啟動安全控制措施

4.1 點火爆燃事故防范措施

爐膛爆燃一般是由于運行操作不合理、設備或控制系統設計不合理或者設備和控制系統故障所致。預防循環流化床鍋爐點火爆燃事故的關鍵是制定合理的安全啟動程序，完善點火設備試運程序，完善熱控邏輯保護。根據點火爆燃事故發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

（1）完善爐膛吹掃邏輯

循環流化床鍋爐與煤粉鍋爐不同，鍋爐點火前吹掃區域包括爐膛和點火風道。按哈鍋公司原邏輯，只要“入爐風量大于30%設計總風量”即可進行吹掃計時。但由于入爐一、二次風的作用是不一樣的，我公司根據實際運行情況，對吹掃邏輯做了更改，吹掃條件改為“一次風量大于最小流化風量且總風量大于30%設計總風量”，增加“吹掃進行中一、二次風量擋板禁止手動操作”邏輯，取消“強制吹掃結束”按鈕，確保吹掃進行并達到置換氣體，防止點火爆燃的目的。

（2）完善油槍油壓，霧化蒸汽壓力高、低跳閘保護邏輯

我公司風道燃燒器和床上油槍由于系統設計缺乏合理性，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，經常達到保護定值，自機組調試至投產，壓力保護一直未投入高保護。為此，我們增加了保護動作的延時，每條燃油管道（共2條）投入第一支油槍時，保護延時10 s動作，其余時間保護延時5 s動作。更改后，既達到了投入保護的目的，又避免保護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動作后仍能執行吹掃。手動吹掃取決于運轉員的操作，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，嚴重時會引起爆燃，所以增加了吹掃閉鎖條件“OFT復歸”。

（4） 完善MFT，OFT保護動作出口

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

4.1.2 完善點火設備及試運程序

鍋爐點火設備包括風道燃燒器和床上油槍。風道燃燒器帶點火及火焰監測裝置，存在進油速斷閥內漏、火焰監測裝置“偷火”安全隱患。以下簡述這兩個問題的解決措施。

（1） 進油速斷閥內漏

解決進油速斷閥內漏的問題從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，嚴把檢修質量和驗收關口；其次，每次油槍檢修后必須進行充油試驗，驗證進油速斷閥嚴密性；再次，提高各燃油流量計測量精度，安裝小量程油壓表，發生泄漏時能及時發現處理，避免事故發生。

（2） 火焰監測裝置“偷火”

240 t循環流化床鍋爐兩側點火風道各配置一只風道燃燒器，相距3 m左右，因風道體積小，任意一只著火時另一只的火焰監測裝置也會檢測到火焰，這就是風道燃燒器火焰監測裝置“偷火”現象。針對這一問題我們調整了火檢探頭的角度、位置和檢測強度，保證了火焰監測裝置和滅火保護的可靠性。

4.1.3 制定安全啟動相關規定

（1）制定相關反事故措施

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

（2）建立保護投退管理制度

建立了一整套保護投退規定，主保護投退經總工批準，由值長同意，并在《保護登記本》記錄。每次機組啟動前，由熱工、運行指定有經驗人員全面復核保護投退情況，啟動前投入所有保護。

（3）邏輯保護傳動規定

嚴格執行邏輯保護傳動規定，按停機時間及檢修項目確定保護傳動項目，堅持保護實傳，確保保護正確動作。

4.2 啟動結焦事故防范措施

通過分析鍋爐啟動結焦事故的工況和原因，可得出預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生。

4.2.1 保證流化質量

流化不良是低溫結焦的根本原因。預防結焦事故，保證流化質量是關鍵。

①合理配置鍋爐啟動床料至關重要。啟動床料應全部進行篩選，保證粒度合格，滿足粒度級配要求。啟動床料顆粒太粗，可能導致流化不良事故發生，而確保流化正常就需要較大的風量，這樣更多的點火熱量會被風帶走，使床料升溫困難，加熱時間過長；啟動床料顆粒太細，大量的細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，點火過程控制困難，易造成結焦。

②每次啟動前進行布風均勻性和臨界流化風量試驗，避免布風裝置導致流化不良，確保風量測量裝置準確。

③控制入爐煤粒度，確保無大顆粒進入爐膛，滿足入爐煤粒度級配要求。確立包括來煤控制、初選控制、細碎間隙控制、入爐煤粒度篩分制度、細碎定期調整等一整套措施，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嚴格控制投入床上油槍和投煤的溫度條件，禁止解保護運行。有些電廠為節約啟動燃油、加快啟動速度，盲目降低投煤溫度，導致嚴重結焦事故發生。因此，降低投煤溫度、提高經濟性，必須綜合考慮煤質情況，必須建立在多次試驗成功的基礎上，確保入爐煤立即著火，防止可燃物聚集引起爆燃結焦事故。

②每次啟動前取樣測定床料中可燃物含量，嚴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初次投煤應采取間斷給煤方式，根據氧量、床溫變化判斷著火情況的規定必須嚴格執行。

5 結語

我公司5臺鍋爐2006年12月全部投產后，至今共計經歷百余次啟動，各種啟動安全措施的有效實施，未發生1起安全事故，確保了鍋爐的啟動安全，并在2008年8月1日創下240 t循環流化床鍋爐安全運行230 d的長周期運行記錄。公司4套機組的每次安全啟動、按時并網發電、穩定運行，有效保證了電網安全和正常供電，同時也為50 MW240 t循環流化床鍋爐的啟動安全提供了很好的解決方案，成為240 t循環流化床鍋爐安全啟動、穩定運行的范例，促進了環保型小容量供熱機組在國內的延續發展。

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月山西大學畢業，現在同煤大唐熱電公司工作，助理工程師。

2010-10-20

2010－11－04