循环流化床锅炉启动中易发生事故的分析及预防

赵南尚

循环流化床锅炉启动中易发生事故的分析及预防

赵南尚

针对50 MW哈锅生产的240 t小型低温旋风分离循环流化床锅炉启动过程中易发生的点火爆燃和结焦事故，详尽分析了事故发生原因，从而制定了完善热工联锁保护逻辑、完善运行启动控制和管理、完善点火相关设备的预防措施。

循环流化床锅炉；启动；爆燃；结焦

同煤大唐热电公司4台机组均采用哈尔滨锅炉股份有限公司生产的240 t HG240/9.8-L.MG35型循环流化床锅炉。现国内主流循环流化床锅炉，包括大型300 MW循环流化床锅炉，大多配置床下风道燃烧器和床上油枪，采用联合启动的型式。启动时，先使用风道燃烧器加热一次风，将流化的床料加热到500℃以上，投入床上油枪，继续升温至600℃，然后投入给煤机运行，逐渐提高床温，减少油量，直至停止所有油枪，实现锅炉正常稳定运行。

1 现状分析

目前，国内还没有严格制定出循环流化床锅炉的运行规定，实际运行存在很多安全隐患，如过分降低投煤温度、冷炉启动前添加引燃煤等不规范操作，都可能导致事故的发生。2006年12月，江西某电厂200 MW循环流化床锅炉启动过程中发生尾部烟道爆燃事故，造成省煤器、空预器大面积损坏；2007年8月，云南某电厂300 MW循环流化床锅炉启动过程中因床压低、床温过高发生炉膛、分离器严重结焦事故。因此，认真研究循环流化床锅炉的启动规律，制定科学、合理的启动控制方案，实现安全启动，对安全生产、提高机组运行效率、发挥循环流化床锅炉的优势具有重要的现实意义。

2 启动过程中的易发事故

循环流化床锅炉点火燃烧器多使用油，特别是风道燃烧器空间狭小，床上燃油雾化后与床料混合，可燃气体不易扩散，在锅炉点火时易发生爆燃事故。锅炉初始投煤时，可能会由于床温过低，燃煤进入后不能着火，导致燃煤聚集，等床温升至着火温度以上时，突然被引燃，造成床温急剧升高并超限，严重时导致炉膛结焦；或是因床料流化不良，床层局部超温导致结焦事故。

3 启动事故发生的原因

3.1 点火爆燃事故

炉膛发生爆燃的根本原因是在炉膛的有限空间内或锅炉通道、烟风道及输送烟气至烟囱的风机内积累的可燃混合物着火引起爆燃。炉膛爆燃均是由于运行操作不合理、设备或控制系统设计不合理或者设备和控制系统故障所致。爆燃事故发生的根源在于可燃物的聚集。通过分析点火爆燃事故产生的原因及条件，以下几种情况容易发生爆燃事故：

①辅助燃料泄漏到未燃烧的炉膛中，通过火花或其他的点火源点燃累积的可燃物；

②重复多次未能点燃辅助燃料，而又不进行适当吹扫，导致易爆炸混合物的累积；

③炉膛瞬间熄火，经恢复并延时后，聚积的可燃物被重新引燃；

④炉膛流化风量不足，存在可燃物质易于积累的死区，造成不完全燃烧和可燃物的积累。

3.2 启动结焦事故

结焦事故是一种常见燃烧事故，无论点火或正常运行中都可能发生，原因也有多种。结焦的直接原因是局部或整体温度超出灰熔点或烧结温度。结焦可分为高温结焦和低温结焦两种。当床层整体温度低于灰渣变形温度，由于局部超温或低温烧结而引起的结焦叫低温结焦。流化不良是低温结焦的根本原因。高温结焦是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象。超温是高温结焦的根本原因。

启动结焦事故发生的根源在于流化不良和床层超温。通过分析结焦事故产生的原因及条件，以下是几种容易结焦的工况：

①点火或低负荷时，由于风量低，床层流化不良，易发生低温结焦；

②布风系统制造、安装及检修质量不好，或风帽堵塞，造成局部流化不良，易发生低温结焦；

③启动床料或入炉煤粒度过大，造成局部流化不良，易发生低温结焦；

④投煤时床温偏低，入炉煤未及时着火燃烧导致可燃物聚集，一旦温度条件满足，迅速引燃，造成床层温度急剧升高，易发生高温结焦；

⑤启动床料中可燃物超标，一旦温度条件满足，迅速引燃，造成床层温度急剧升高、失控，易发生高温结焦，严重时床料大面积结焦。

4 启动安全控制措施

4.1 点火爆燃事故防范措施

炉膛爆燃一般是由于运行操作不合理、设备或控制系统设计不合理或者设备和控制系统故障所致。预防循环流化床锅炉点火爆燃事故的关键是制定合理的安全启动程序，完善点火设备试运程序，完善热控逻辑保护。根据点火爆燃事故发生的不同情况和原因制定如下防范措施。

4.1.1 完善热控逻辑保护

（1）完善炉膛吹扫逻辑

循环流化床锅炉与煤粉锅炉不同，锅炉点火前吹扫区域包括炉膛和点火风道。按哈锅公司原逻辑，只要“入炉风量大于30%设计总风量”即可进行吹扫计时。但由于入炉一、二次风的作用是不一样的，我公司根据实际运行情况，对吹扫逻辑做了更改，吹扫条件改为“一次风量大于最小流化风量且总风量大于30%设计总风量”，增加“吹扫进行中一、二次风量挡板禁止手动操作”逻辑，取消“强制吹扫结束”按钮，确保吹扫进行并达到置换气体，防止点火爆燃的目的。

（2）完善油枪油压，雾化蒸汽压力高、低跳闸保护逻辑

我公司风道燃烧器和床上油枪由于系统设计缺乏合理性，燃油、雾化蒸汽吹扫长期不能投入，油枪投停时压力波动幅度很大，油枪越少波动幅度越大，经常达到保护定值，自机组调试至投产，压力保护一直未投入高保护。为此，我们增加了保护动作的延时，每条燃油管道（共2条）投入第一支油枪时，保护延时10 s动作，其余时间保护延时5 s动作。更改后，既达到了投入保护的目的，又避免保护在油枪投停时频繁动作。

（3） 油枪吹扫控制

原逻辑油枪为手动吹扫，且OFT动作后仍能执行吹扫。手动吹扫取决于运转员的操作，不能保证油枪每次使用后都能吹扫。我们增加了“油枪停运或跳闸后自动吹扫”逻辑。MFT动作后油枪吹扫会在灭火后仍然向炉膛送入燃料，严重时会引起爆燃，所以增加了吹扫闭锁条件“OFT复归”。

（4） 完善MFT，OFT保护动作出口

按原逻辑，MFT，OFT动作后联锁关闭所有油枪速断阀、雾化阀，退油枪、点火枪，但风道、床上燃油供油母管速断阀不联锁关闭，回油为手动门不开，炉前各燃油管道依然处于充压状态，在进油速断阀故障时，不能及时切断燃料，造成事故隐患。为此，我们增加了MFT，OFT动作联锁关闭风道及床上燃油供油母管速断阀，确保了灭火保护动作的可靠性。

4.1.2 完善点火设备及试运程序

锅炉点火设备包括风道燃烧器和床上油枪。风道燃烧器带点火及火焰监测装置，存在进油速断阀内漏、火焰监测装置“偷火”安全隐患。以下简述这两个问题的解决措施。

（1） 进油速断阀内漏

解决进油速断阀内漏的问题从3方面入手：首先，提高检修工艺水平，建立健全检修文件包制度，严把检修质量和验收关口；其次，每次油枪检修后必须进行充油试验，验证进油速断阀严密性；再次，提高各燃油流量计测量精度，安装小量程油压表，发生泄漏时能及时发现处理，避免事故发生。

（2） 火焰监测装置“偷火”

240 t循环流化床锅炉两侧点火风道各配置一只风道燃烧器，相距3 m左右，因风道体积小，任意一只着火时另一只的火焰监测装置也会检测到火焰，这就是风道燃烧器火焰监测装置“偷火”现象。针对这一问题我们调整了火检探头的角度、位置和检测强度，保证了火焰监测装置和灭火保护的可靠性。

4.1.3 制定安全启动相关规定

（1）制定相关反事故措施

制定反爆燃事故措施和启动操作票及启动注意事项，明确锅炉点火操作程序及禁止退出的保护。

（2）建立保护投退管理制度

建立了一整套保护投退规定，主保护投退经总工批准，由值长同意，并在《保护登记本》记录。每次机组启动前，由热工、运行指定有经验人员全面复核保护投退情况，启动前投入所有保护。

（3）逻辑保护传动规定

严格执行逻辑保护传动规定，按停机时间及检修项目确定保护传动项目，坚持保护实传，确保保护正确动作。

4.2 启动结焦事故防范措施

通过分析锅炉启动结焦事故的工况和原因，可得出预防事故的根本在于防止可燃物聚集、流化不良、床层超温等情况的发生。

4.2.1 保证流化质量

流化不良是低温结焦的根本原因。预防结焦事故，保证流化质量是关键。

①合理配置锅炉启动床料至关重要。启动床料应全部进行筛选，保证粒度合格，满足粒度级配要求。启动床料颗粒太粗，可能导致流化不良事故发生，而确保流化正常就需要较大的风量，这样更多的点火热量会被风带走，使床料升温困难，加热时间过长；启动床料颗粒太细，大量的细小颗粒在启动中会被烟气带走，床料损失快，使料层减薄造成局部吹穿，点火过程控制困难，易造成结焦。

②每次启动前进行布风均匀性和临界流化风量试验，避免布风装置导致流化不良，确保风量测量装置准确。

③控制入炉煤粒度，确保无大颗粒进入炉膛，满足入炉煤粒度级配要求。确立包括来煤控制、初选控制、细碎间隙控制、入炉煤粒度筛分制度、细碎定期调整等一整套措施，解决入炉煤粒度控制问题。另外，每次停炉后置换合格床料也是控制床料粒度的重要手段。

4.2.2 避免升温过程中爆燃引起超温

①严格控制投入床上油枪和投煤的温度条件，禁止解保护运行。有些电厂为节约启动燃油、加快启动速度，盲目降低投煤温度，导致严重结焦事故发生。因此，降低投煤温度、提高经济性，必须综合考虑煤质情况，必须建立在多次试验成功的基础上，确保入炉煤立即着火，防止可燃物聚集引起爆燃结焦事故。

②每次启动前取样测定床料中可燃物含量，严格控制启动床料中可燃物比例不超过1%，否则停炉后必须置换床料。

③初次投煤应采取间断给煤方式，根据氧量、床温变化判断着火情况的规定必须严格执行。

5 结语

我公司5台锅炉2006年12月全部投产后，至今共计经历百余次启动，各种启动安全措施的有效实施，未发生1起安全事故，确保了锅炉的启动安全，并在2008年8月1日创下240 t循环流化床锅炉安全运行230 d的长周期运行记录。公司4套机组的每次安全启动、按时并网发电、稳定运行，有效保证了电网安全和正常供电，同时也为50 MW240 t循环流化床锅炉的启动安全提供了很好的解决方案，成为240 t循环流化床锅炉安全启动、稳定运行的范例，促进了环保型小容量供热机组在国内的延续发展。

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

赵南尚，男，1977年9月出生，2005年8月山西大学毕业，现在同煤大唐热电公司工作，助理工程师。

2010-10-20

2010－11－04