锅炉故障诊断及事故处理(编辑修改稿)

锅炉故障诊断及事故处理(编辑修改稿)内容摘要：

，启动灭火装置，调整相应运行参数，维持正常运行。 正压直吹制粉系统的防爆分析  我国火电厂大型机组 (300MW以上 )一般配用的制粉系统是正压直吹系统。 关于制粉系统着火、爆炸问题有相当部分在理论上不是非常明确。 主要根据是，正压直吹系统使用一次风正压，可以避免空气向系统漏风，不至于稀释煤粉浓度，从而可以保持整个制粉系统内煤粉的浓度在火焰点燃爆炸浓度范围以上，使爆炸的可能性大幅度减少。 三、事故案例分析  但是，由于在制粉系统中煤粉沉积是不能完全避免的，而磨煤机采用热风干燥，其抗燃特性明显不足，所以容易发生着火。 实际情况是，不论国内还是国外的使用正压直吹制粉系统的电厂都发生过着火或爆炸。 因此，有必要分析正压直吹制粉系统的着火和爆炸问题，以便采取必要的防范措施避免问题的发生。  据美国电力科学研究院 (EPRI)的统计，在美国 361座火电厂中，平均每台机组每年着火，每年爆炸。 其中有直吹式制粉系统的机组 236台，平均每台机组每年着火，使用中速磨煤机的机组 220台。 其中使用烟煤 175台，每台机组平均每年着火 次，使用次烟煤 39台，每台机组平均每年着火。 着火与爆炸的基本比例是 3： 1。  统计表明，美国有差不多 22%的燃煤机组存在着严重的着火或爆炸问题，其中约有 18%的燃煤机组存在着严重的爆炸问题。 根据美国电力科学研究院科断，实际的着火问题还可能比统计的问题更严重。 因为在美国大约有 85%的燃煤机组缺乏完善的着火探测手段。  国内制粉系统也存在着火和爆炸问题。 据国内 150台锅炉的统计， 42%的锅炉制粉系统发生过爆炸，直吹式系统的爆炸率为 %。 华北地区装有 300MW以上机组的火电厂都曾经发生过着火和爆炸。  着火和爆炸的原因和过程 制粉系统的引燃源有机械引起的火花，有来自炉膛的回火，或由磨煤机或制粉管道积粉自燃。 着火位置在磨煤机内的进风室，磨盘边缘死角、导风罩上部、分离器出口、煤粉管道的水平弯头下部及石子煤箱。  根据美国电力科学研究院的试验报告及英国中央电力研究所的研究，煤粉管道着火一般不是制粉系统爆炸的主要起因。 通过静态和动态试验，发生在煤粉管道内部的强烈的但是短促的着火，并不能触发煤粉管道的爆炸，但是在水平煤粉管道内会出现煤粉堆铺在其底部的现象，这些煤粉可以引起较长时间的着火。  尽管煤粉管道内着火不会在其着火处引起爆燃，但是，如果火焰蔓延或移动到磨煤机、分离器等开口容器内，则这样的着火也会成为爆燃的一个点燃源。 应当注意爆燃是由煤粉管道上游侧一系列容器 (磨煤机、分离器、风机 )引起的；而燃烧器回火应该不是制粉系统爆燃的原因。 尽管从爆燃结果看，被损害的往往是煤粉管道，而不是磨煤机、分离器等。  根据试验报告，在爆炸的过程中，磨煤机的容积和煤粉管道起着关键作用。  其爆燃传播速度约为 1120m/s。 爆燃能产生的最大压力理论值为 ，通过试验证明，在煤粉管道中爆燃最大极限为 实际 的。  就煤粉本身来说，一般情况是，挥发分对制粉系统爆炸是必要条件。 当煤可燃基挥发分大于35%时，具有最大爆炸压力；挥发分小于 15%的煤，爆燃可能性很小。 其他影响爆燃、着火的因素还有温度，对挥发份大于 40%的煤种，130～ 170℃ 时，煤粉会发生阴燃；在空气中的煤粉浓度 30～ 500g/m3可能发生爆炸；降低煤粉气流中的含氧量可以降低爆炸压力。 根据试验，氧的体积浓度小于 16％时可以避免爆炸。 根据有关规程要求，设备出口气粉混合物中氧气的容积份额应控制在 12%以下。  防爆系统 由于磨煤机等 “ 容器 ” 的着火是制粉系统爆燃的根源，因此磨煤机的防爆系统是制粉系统的主要部分。 磨煤机防爆系统可以分为磨煤机内燃探测系统和磨煤机消防、冷却系统两个部分。  在制粉系统中着火探测设备有几个基本类型，包括一氧化碳监测、氧量监测、温度监测。 目前国内绝大部分电厂采用温度监测方式，即在磨煤机出口通过热电偶或者半导体温度计监测介质温度来判断磨煤机是否着火或者处于易爆的危险状态。  此种方式有两个问题，第一，它不能及早发出警报。 这主要是因为，当磨煤机内刚发生内燃时，磨煤机出口温升较小，自控系统通过增加冷风量来调整，直到在磨煤机内部发生大面积燃烧，调整冷风量无法控制磨煤机出口温升时，才发出报警，而这时已经为时太晚。  第二，磨煤机出口温度并不能完全反映磨煤机内部是否处于危险状态。 这是因为爆炸与许多因素有关，包括氧气的浓度、煤粉的浓度以及可燃气体浓度，尤其是当可燃气体浓度较高时，即使是较低的温度，也会发生爆炸。  氧量测量系统和红外测量系统，检测氧气可以提供磨煤机系统排出的可用氧气的指标。 有着火情况时，一些氧分子参加反应，生成二氧化碳，出口处的氧量也就相应减少，可以检测报警。 此系统可以检测明火，但是，对于冒烟阴火则不易识别。 红外线探测系统是利用红外线传感器来探测煤的着火发热产生预定波长红外辐射线。 该方式对煤层内部阴火的探测能力较差。  一氧化碳监测系统，是目前国内采用比较广泛的系统，其原理是利用煤粉发生氧化情况(即一氧化碳产生 )与燃烧成正比，即阴燃、冒烟情况，测定一氧化碳浓度就可以预报磨煤机着火情况。 在发生明火燃烧之前，一般是有产生冒烟条件的，但问题是，如果是具有足够的过量空气，一氧化碳将变为二氧化碳，煤粉阴燃变成明火，由于一氧化碳监测系统探测不到二氧化碳，而不能发出报警。 此外，由于空预器漏风中夹带一氧化碳，或者来煤系统冒烟有一氧化碳，都可能使探测器发生混乱。  磨煤机的冷却系统 根据国外电厂的运行情况，在磨煤机紧急停机的时候，有部分煤粉通过风环下落到磨煤机底板上，底板上的温度接近磨煤机入口一次风温度，使这部分煤粉很容易着火，甚至引起爆燃。 德国在 1991年规定在磨煤机紧急停机后，对磨煤机的危险区域进行冷却。 德国巴威公司已经为一些电厂设置了磨煤机底板冷却系统，该系统在底板下面安装了冷却风室，由风机就地吸风，吸热后排出。  磨煤机的消防、惰化系统 为了防止磨煤机着火引起制粉系统的爆燃，有必要使用消防、惰化系统。 在国内灭火介质一般使用蒸汽，其次是二氧化碳，国外使用较多的是氮气。 使用消防蒸汽设备简单，投资较少 发生着火时恰当使用 150～ 170℃ 左右蒸汽可以收到良好的效果，在我国电厂中使用效果不错。  蒸汽在备用时容易变成疏水，如果疏泄不及时，使用时就不能以蒸汽的状态投入，而以不足量的水喷入燃烧的煤粉中时，会产生水煤气，制造了更为危险的环境；若以足量的水喷入磨煤机，着火可能被扑灭，但金属部件遇冷可能产生裂纹，此外水煤容易结块和结垢，在拐角的结块会缩短下一次发生着火的时间，所以磨煤机必须退出运行，进行干燥和清理。 国外机组除较多使用二氧化碳、氮气为介质外，在惰化系统中也附有清洗系统。 北仑港电厂 2号炉MPS磨就拥有完整的水清洗系统。  磨煤机运行中的防爆 当锅炉正常运行突然发生 MFT时，为了锅炉的安全，磨煤机的出口被突然关闭，此时磨煤机内的煤粉逐渐沉降使浓度进入爆燃区域，如果进行磨煤机吹扫或者有火花产生，则容易发生爆燃，因而有必要进行系统隔离，同时投入惰化气体。 当磨煤机着火时也应该采取同样的步骤，则可以比较好地避免爆燃。  当锅炉非正常停炉或磨煤机紧急停机时，由于失去输送煤粉的一次风，大量的煤粉沉积在磨煤机和制粉系统内。 据国外试验，在较高负荷时，约占其产出率 10%的煤粉沉积在磨煤机内。 沉积部位主要在碾磨区、分离器区、进粉管道和一次风进入磨煤机入口区域。 因此在磨煤机启动和停运过程中要进行吹扫和通入惰化气体。  对于装有一氧化碳探测系统的磨煤机内一氧化碳浓度超过定值时，就发出警报，运行人员可以连续跟踪一氧化碳的浓度变化，并且采取灭火措施，例如投入惰化系统，磨煤机隔离运行等。 由于报警到着火一般有 1h的时间，运行人员可以采取各种措施，即使是磨煤机停运，也可以采用正常停运方式，避免由于紧急停机而带来的不利影响。  正压直吹制粉系统的着火和爆燃在我国电厂中严重存在，但是在我国电厂中一些磨煤机没有任何消防系统，一部分磨煤机安装有蒸汽消防系统，有二氧化碳、氮气惰化系统的磨煤机更少，安装有一氧化碳探测系统的磨煤机也很少。 国内电厂为了降低成本，磨煤机消防系统在初安装时，一般选用蒸汽消防系统，而蒸汽消防有其固有的问题。 比较根本的解决办法是采用二氧化碳、氮气的惰化系统。 目前，各电厂应加强蒸汽消防系统的疏水，以及启动和停运(包括紧急停机 )时蒸汽的使用和空气吹扫。 锅炉制粉系统爆燃原因分析及对策  设备简介  某厂锅炉为 1175t/h；配有 4台双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统。 设计煤种为晋北煤(收到基挥发分为 %、低位发热量22441kJ/kg)。 后改用神华煤 (收到基挥发分为 、低位发热量 22210kJ/kg、灰分 )和准葛尔煤 (收到基挥发分为 、低位发热量22580kJ/kg、灰分 )，由于设计煤种变化，加上对设备和煤粉特性了解不够，制粉系统发生了 5次爆燃。  原因分析：  磨煤机前 3次爆燃都是在启动磨煤机时，因停止磨煤机时煤粉未吹空，积粉自燃，并且启动磨煤机时暖磨或磨内温度过高，启动时扰动积粉自燃，但是磨煤机内煤粉量有限，爆燃能量不是很大，未造成锅炉停运。  第四次在停止 1号磨煤机的过程中，热风和冷风档板自动未解除，磨煤机入口温度过高，提供了着火热源；给煤机停止后，没有惰化，磨煤机内氧量高，达到了爆炸浓度，发生爆燃。 此次 1号磨煤机煤粉爆燃造成 1号磨煤机一次风道裂开， 1号磨煤机出口粉管脱落，对应燃烧器 4号角燃烧器喷口损坏。  第 5次爆燃在停止磨煤机时，煤粉浓度由浓变淡，达到煤粉爆炸的浓度；停止磨煤机时没有情化，没有使氧量降低，氧量达到爆燃所需的数值。 磨煤机运行中由于煤位过高或原煤块同钢球一起进入弯头处和球堆积在一起，经过热风吹和烘烤，运行中存在煤粉自燃，停止磨煤机过程中煤粉浓度达到爆燃条件，使制粉系统煤粉爆燃。  防止制粉系统爆燃的措施  加装防爆门；  在一次风进入分离器入口弯头处加装放灰口，每周放灰一次，排除积存的小钢球或煤块；  针对煤质变化，通过试验确定合理的分离器档板位置，并且固定好，防止乱动，确保不堵球和积粉。  为防止磨煤机停止时发生爆炸，控制磨煤机出入口温度；在停止给煤机前及时惰化；磨煤机内煤位到零后，缩短吹扫时间，控制煤粉浓度不过低。  磨煤机启动前不暖磨，防止停止磨煤机时磨煤机内粉未吹空，造成积粉自燃。 磨煤机启动前投入辅助风自动，将粉管内的积粉吹净，防止自燃。 启动磨煤机前查看此前运行曲线，查看磨煤机内温度，必须进行惰化处理。 第六节 炉膛内爆及外爆  外爆：炉膛压力过高引起破坏；  内爆：负压过低引起破坏。 一、外爆 煤粉爆燃、水冷壁泄露、析铁氢爆等  煤粉爆燃 炉内聚集可燃物爆燃，多发生于锅炉启动时。 正常运行时较少，灭火未断燃料时可发生。  灭火原因：负荷突变、煤种突变、制粉系统故障、配风不合理、吹灰不合理、掉焦、水冷壁泄露等。  消除燃料聚集。  析铁氢爆  水冷壁泄露 二、内爆  燃料突然切断、风机特性、运行不当。  负压升高，超限。 三、事故案例分析 670 t/h锅炉炉膛拉裂的原因分析及防止对策  设备简介  HG670/14013，锅炉燃烧方式为直吹四角切圆燃烧，假想切圆直径为 864mm。 制粉系统采用北京发电设备厂制造的型号为 ZQM 216即 ，共 5台，每台磨供一层四角燃烧器的煤粉，供五层燃烧器，满负荷时投 4台磨煤机 (四层燃烧器 )运行。  拉裂情况：  事故发生时炉膛突然产生正压，接着变为负压，变化范围约 177。 250 Pa，但很快产生大正压，炉膛压力正压至顶表，在集控室内听到外面发出一声巨响，但炉膛压力保护未动作，运行人员立即按灭火处理，检查发现炉膛被拉裂。 炉膛拉裂位置在左前角，燃烧器上部即标高 24m到38 m 的前左水冷壁连接鳍片焊接缝处，裂开宽度最大有 220 mm，喷燃器第二圈刚性梁的左侧工字钢的前后端连接板被打飞，该工字钢整根向炉前移动 250 mm。  原因分析  检修原因：刚性梁连接板的螺栓有的是从下往上穿装的，固定螺母在上端，由于长时间受到震动，有 5～ 6个螺母松脱，螺杆脱掉，这些刚性梁的强度大为减弱，甚至失去作用。  检查炉膛防爆门，发现有 3个卡涩无法动作，炉膛产生正压时起不到泄压防爆的作用。  两侧水冷壁的连接鳍片在检修时，只在炉外进行单面焊接，连接刚度差，炉膛承压能力减弱。 运行原因：  制粉系统因粗粉分离器挡板无法调整，锅炉长期在煤粉较粗的条件下运行，炉内火焰产生不稳定能引起炉室内的低频率振动，这种振动激发炉墙振动，因为炉墙的固有频率也非常低。 如果考虑负荷循环，那么 5Hz的振动频率在 3天内可引起 106个循环，不久就。