大型电站锅炉事故分析与处理毕业设计报告(编辑修改稿)

大型电站锅炉事故分析与处理毕业设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

效是指作用在支撑杆、支柱上的压力达到某一临界水平时，它们有时会突然发生例如弓起、 褶皱、弯曲等几何形状上的剧烈变化。 这时从强度观点，作用力产生的应力完全在设计范围内，但剧烈的几何变形而引起的大挠度可能破坏结构的平衡，形成不稳定的构形，使其突然崩溃，即通常所谓的失稳或翘曲失效。 而吊杆的断裂因为常发生在具有应力集中特征的螺扣处，因而也具有突发性。 （ 2）修复困难。 承重件一旦安装就位，就很难卸载，因而给修复带来难度。 （ 3）力的不确定性。 锅炉受热膨胀，其他受力杆件的变形，将严重影响承重部件受力状况，除带受力指示标记的吊标外，一般难以了解受力状况。 （ 4）常常导致事故扩大。 承重件的损坏使相邻承重 件负载增加促进联锁损坏，同时也常常导致相关部件受力状况的变化而损坏。 严重时可导致该部件的报废。 防止支、吊件损坏，应从防止超载及维持支、吊件承载能力两方面着手。 当前应注意以下问题。 （ 1）锅炉钢结构的工作温度。 美国锅炉规范规定承重构件受热后温度不得大于 315℃ ，这是因为钢材的屈服强度因温度上升而急剧下降。 锅炉钢柱、钢梁急剧升温发生在锅炉房着火时。 《建筑设计防火规范》中规定无保护层的钢柱、钢架、钢层架耐火极限只有 15 分钟，说是说在大火中钢结构很快变形失效。 为此要求： ① 锅炉油管路，电缆的铺设要离开承重部件； ② 一旦 发生火灾要组织力量控制承重部件的温度，此时立柱和大梁的冷却至关重要。 （ 2）要避免炉膛严重堆焦、转向室灰斗存灰、风道积灰与烟道存水等超载 现象。 （ 3）锅炉刚性梁的作用是承受一定的炉膛爆炸力，其薄弱环节是角部绞接结 16 构。 在设计抗爆压力下，刚性梁的挠度 f＝ 1/500。 有怀疑时，应通过测试，确定是否需要加固。 （ 4）吊杆的安全性取决于力的分配及披屋内吊杆高温部位的强度是否满足要求，最好使用有承力指示的吊架。 个别吊杆弹簧压死或不承力都是不正常的现象，要作为锅炉定期检验内容加以确认调整。 （ 5）现代锅炉普遍采用全密封膜 式炉壁，并确立膨胀中心，为此在锅炉周围、上下设许多向构件，保证以膨胀中心为零点，一定方向膨胀。 凡是没有按设计值胀出的，必然存在残余应力，将涉及支吊架安全，务必要究其原因，以防 意外。 （ 6）要弄清锅炉承重部件的设计意图，哪些是受拉杆件，哪些是受压杆件，哪些接合部位要留间隙，哪些部件是要焊牢的。 在安装与检修中严格贯彻设计意图，维持结构承重功能。 167。 22 可 燃物质的爆炸及其预防 可燃物质爆炸的机理及其危害 可燃气体或粉尘与空气形成的混合物在短时间内发生 化学反应，产生的高温、高压气体与冲击波，超过周围建筑物、容器、管道的承载能力，使其发生破坏，导致人身、设备事故，称为爆炸事故。 通常说，发生爆炸要有三个条件，一是有燃料和助燃空气的积存；二是燃料和空气的混合物的浓度在爆炸极限内；三是有足够的点火能源。 天然气的爆炸下限约为 5％，煤粉的爆炸下限是20～ 60g/m3，爆炸产生的压力可达 ～。 就锅炉范围而言，可燃物质 17 是指天然气、煤气、石油气、油雾和煤粉；构成爆炸事故的有炉膛放炮、煤粉仓爆炸及制粉系统爆炸。 1979 年 3 月，某厂一台 1025t/h 微正压燃油炉，因烟道出口挡板运行中自行关闭，炉膛燃烧恶化，汽压下降。 由于没有正确处理，自动装置又由于汽压下降而自动加风加油，反向调节进一步恶化燃烧。 炉膛内形成了可燃油气聚集火爆炸的条件，导致锅炉烟、风道及炉膛损坏，停用半年，仅修理费用就高达50 万元。 1982 年 8 月，某厂在检修后启动制粉系统时，煤粉仓爆炸，仓顶 9 块水泥板被掀起，一名输煤值班工被火、热烟烫伤，抢救无效死亡。 其他诸如制粉系统防爆门爆破引燃电缆架上积粉的火灾事故电缆及其它可燃物的火灾事故及煤粉管内爆燃使风管断裂的事故都说明锅炉可燃物质的爆 炸威胁人身设备安全，修复困难应予重视。 防止炉膛放炮事故对策 据统计自 1980 年以来，至少有 30 台锅炉发生炉膛放炮事故，以致水冷壁焊缝开裂，刚性梁弯曲变形，顶棚被掀起，烟道膨胀节开裂等设备损伤屡屡发生。 究其原因： ① 设计上缺乏可靠的灭火保护和可靠的联锁、报警、跳闸装置；② 炉膛刚性梁抗爆能力低； ③ 运行人员处理燃烧不稳或熄火时方法不对，错误采用 “爆燃法 ”抢救，导致灭火放炮； ④ 燃料质量下降、负荷调节失当、给粉装及控制机构突然失灵等。 防止锅炉灭火放炮已列入部颁二十项反措，包括炉膛安全监控系统（ FSSS） 在内的灭火保护装置已经在许多电厂推广使用，本文不再重复相关反措。 以下强调说明几个观点 放炮事故 18 关于灭火放炮的提法部颁二十项重点反措之五，称为防止锅炉灭火放炮事故。 正确的提法是炉膛爆炸（ Furnace explosion），因为炉膛发生爆炸而致炉膛损坏不仅发生在运行中灭火时，检修动火点燃聚集的可燃物及点火时吹扫不够同样会发生爆炸而导致炉膛损坏。 常见炉膛中造成爆炸条件的情况是： ① 运行中灭火，进入炉膛的燃料没有切，经过一估时间聚集的可燃物达至爆炸浓度并点燃； ② 一个或几个燃烧器火焰熄灭，而其余燃 烧器仍正常燃烧。 从未点燃的燃烧器进入燃烧造成可燃物聚集； ③ 燃料漏入停用中的炉膛造成可燃物聚集；④ 燃料或空气瞬时中断又恢复，造成可燃物聚集。 可燃物聚集后引燃造成的炉膛压力升高超过炉膛承压设计强度，以致发生损坏，称为炉膛放炮或炉膛爆炸。 不发生损坏的俗称 “反正 ”或 “打抢 ”。 正确的提法为的是有利于完整的引入以下反事故措施。 ① 一旦全炉灭火，应立即切断进入锅炉的全部燃料，包括给煤、给粉和点火用油、气等。 即所谓主燃料切断（ MFT）； ② 锅炉点火前必须通风，排除炉膛、烟风道及其他通道中的可燃物聚集。 通风时必须将烟风挡板及调风器打开到一定的位置，风量应大于满负荷风量的 25％，时间不少于 5min，以保证换气量大于全部容积的 5 倍（德国 TRD 规定是 3 倍）； ③ 点火时要维持吹扫风量；一个燃烧器投运 10s 内（不包括投煤及煤粉达到燃烧器所需的延滞时间）点不着，就应切断该燃烧器的燃烧。 有一些锅炉不具备单个燃烧器自身点燃及火焰监视的条件，除了需明了其保护功能的局限外，我们还是应强调灭火保护及吹扫联锁的两个必要性，不可偏废。 保护定值 关于保护定值。 为了避免爆炸，近年来必须装设炉膛安全保护装置的观点已取得了一致的认可。 《火力发电 厂设计技术规程》 1994 年版本已明确： “锅 19 炉燃烧系统应设置炉膛火焰监视、炉膛灭火保护、炉膛压力保护和炉膛吹扫闭锁 ”。 虽然此提法与美国防火协会（ NFPA）的标准还有差别，但毕竟大大控制了炉膛爆炸事故。 当前作为安全工作者要解决的是： ① 监督保护装置的投用，越是燃烧不稳、低负荷运行、或是新炉投煤运行，就越要投用保护装置。 在投用过程中发现问题、解决问题。 作为厂技术负责人要清醒地看到退出保护可能带来的后果； ② 关于保护定值问题。 当前不论火焰监视相关的熄火保护和黑炉膛保护，单就炉膛压力保护而言，动作值的确定并不规范。 从原则 上讲随炉膛结构强度的提高以及燃烧方式的变化，定值不应相同。 但有一种观点认为炉膛负压保护是为防止内爆的，而正压保护是防止炉膛爆炸的，这不对的。 实际测量表明，正常情况下一旦锅炉灭火，炉膛负压先增大（即负值增大），而后由于吸风自动调节的作用以及煤粉爆燃而炉膛负压反正，所以炉膛负压保护对于火焰熄灭时迅速切断进入炉膛的燃料，从而减少爆炸威力有先期制止的作用。 《电力锅炉监察规程修订说明》写明： “炉膛压保护报警值视炉膛安全监控系统的功能而异，平衡通风锅炉炉膛压力报警值一般可取 177。 ；动作值应避开炉膛压力的正常波动 （如吹灰、投停燃烧器及一些小的坍焦等等），当然庆远低于炉膛抗爆强度，以保证保护动作后炉膛压力继续升高时，炉膛各部分不发生永久变形 ”。 “动作值应通过试验确定，作为试运行阶段的初始值，动作值可取＋ 和－。 ”过高的值也许可以防止误动，但冒拒动或保护动作过迟的风险似乎没有必要。 （ 3）关于炉膛防爆门。 事实已经证明大型锅炉炉膛防爆门不能防止炉膛爆燃时炉膛损坏。 原苏联防爆规程已明确规定： 60t/h 以上的锅炉不装防爆门，在此必须予以明确，以利于炉膛安全保护装置的推广使用。 20 （ 4）使用气体燃烧的 锅炉要执行 GB6222《工业企业煤气安全规程》的规定，防止可燃气体在炉膛内聚集、爆炸。 防止制粉系统煤粉爆炸 正常运行中制粉系统中的煤粉浓度在较大的范围内波动，制粉系统中具备爆炸浓度条件几乎不可避免。 因此制粉系统防爆对策包括： ① 防止点火源（如积粉自燃）， ② 提高结构抗爆强度， ③ 加设爆炸卸压装置， ④ 惰性化处理。 防止点火源自燃 其反措主要指积粉自燃，如煤粉仓壁的平滑，风粉管道及挡板的布置要避免煤粉聚集，运行中控制风粉温度及检修前放粉等。 提高煤粉仓及制粉系统的结构强度 虽然制粉系统防爆反事故措施的基点是防止爆炸，但从防爆门爆破的发生率看，制粉系统的爆炸实际上没有根绝。 要避免事故扩大，当前结构强度的问题应引起各方面的重视。 前面提到的煤粉仓掀顶事故，就是结构强度不足的结果。 粉仓顶是由 9 块厚 6cm的水泥预制板加 2～ 4cm 水泥抹面（并无钢筋、螺栓固定）组成，计算表明 2kPa 的压力即可掀顶，而粉仓防爆门的爆破压力却为 10kPa，足见其结构强度严重不足。 苏联防爆规程规定装防爆门的制粉系统的部件计算压力为 150kPa，而美国防爆规程规定，除制粉系统启动、运行中均匀充满惰性气体 的情况外，制粉系统的设计压力应大于 344kPa，按NFPA68“爆炸排放指南 ”所规定的原则设爆炸排放口的不在比例，作为电厂检修、运行工作者应注意制粉系统入孔门螺栓的完整以及煤粉管道法兰或抱箍的连接强度。 保持防爆门的防爆功能 21 试验表明容器中可燃粉尘点燃引爆后，防爆门动作压力、卸压面积，可燃粉尘特性值与爆后实际压力值有关。 防爆门排气管的长度也与卸压能力有关。 有的资料甚至断定，当容器的抗爆强度小于 时，有长排气管的防爆门已不能达到防止容器损坏的目的。 因此必须按设计要求布置足量的防爆门，并控制防爆门的卸压动作压力。 此外，多数磨煤机防爆门与排粉机出口风箱防爆门位于零米层上部，一旦动作后从排放口喷出的火焰极易烧损附近的电缆，应注意防范。 制粉系统惰性化 在制粉系统中惰性气体及水蒸汽的存在，会减少混合物的爆炸危 险性。 苏联防爆规程说明，在各种工况下，制粉系统中氧的容积份额小于 16％，则不发生煤粉爆炸。 有的资料提出用氮惰化空气煤粉混合物时的含最高允许氧量为14％，事实上用炉烟干燥的制粉系统较少发生爆炸，而引进的中速磨制粉系统虽不设防爆门，除在设计上提高设计抗爆强度外，还在磨煤机上装设了通入惰性气体（一般为氮气）的管接，并规定，制粉系统带负荷跳闸时，应通惰性气体，一直到磨煤机温度低于 66℃ 或将剩煤排空为止。 此点应引起各方面重视以免误事。 167。 23 锅炉中水垢的危害及其预防 锅炉是工 农业生产和人民生活中广泛使用的特种设备，是生产蒸气或热水的热工设备之一，其传能介质原料是水。 锅炉用水水质的好坏，对其安全运行及能源消耗有很大的影响。 当锅炉用水不合要求时，锅炉受热面就会结生水垢， 22 因而不仅浪费大量的燃料，还会危及锅炉安全运行。 据有关资料介绍，目前全国有近 40 万余台锅炉，在每年的事故统计中，因水质不良，水垢严重引起的事故超过事故总数的 20%；由于结生水垢，每年要浪费燃料达千万吨，并造成几亿元的经济损失。 本文试图对锅炉水垢的危害及其预防作一介绍，以引起锅炉使用单位的高度重视。 水垢的形成及 性质 水垢的形成是一个复杂的物理化学过程，其原因有内因和外因两个方面。 一是水中有钙、镁离子及其它重金属离子存在，是水垢形成的根本原因也叫内因；二是固态物质从过饱和的炉水中沉淀析出并粘附在金属受热面上，是水垢形成的外因。 当含有钙、镁等盐类杂质的水进入锅炉后，吸收高温烟气传给的热量，钙、镁盐类杂质便会发生化学反应，生成难溶物质析出。 随着炉水的不断蒸发逐渐浓缩，当达到一定浓度时，析出物就会成为固体沉淀析出，附着在锅筒、水冷壁管等受热面的内壁上，形成一层 “膜 ”，阻碍热量传递，这层 “膜 ”称之为水垢。 水垢的组成或成 分是比较复杂的，通常都不是一种单一化合物，而是以一种化学成分为主，并同时含有其它化学成分。 按其水垢的化学成分，一般可分为碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢、氧化铁水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等几种。 水垢是一种导热性能极差的物质，仅为锅炉钢材的十分之一到数百分之一（钢材的导热系数为 46． 5～ 58． 2w/m． k），是 “百害之源 ”。 在各种水垢中，硅酸盐水垢最为坚硬，导热性能非常小，容易附着在锅炉受热面最强的蒸发面上，是危害最大的。