炉膛内爆和外爆知识介绍

沃姆韦尔2017

炉膛内爆和外爆知识介绍

采用敷管式炉墙全悬吊结构的大容量锅炉的水冷壁能承受的压力是较小的。正常运行时，炉内压力一般维持在-50---120Pa。当某个突发因素使炉膛压力升高，超过炉膛能承受的压力时，则可能使炉墙遭受破坏。这种现象称为炉膛外爆。对因某个突发因素使炉膛内压力聚然降低，因负压过大造成炉墙向内破坏的现象，称为炉膛内爆。

一、外爆

引起炉膛外爆的主要因素有煤粉爆燃、水冷壁爆管使大量外泄蒸汽进入炉膛、析铁氢爆等。锅炉炉膛设计的承受压能力为3000—7000Pa。上述任一原因引起炉膛内压力超过此范围，就可能引起外爆。

1、燃料爆燃

爆燃是指炉膛内积存的煤粉、油等可燃物质与空气的混合物突然同时点燃，烟气容积突然增加，炉膛来不及排出这部分烟气容积而使炉膛压力突然升高。

锅炉在正常运行时很少发生爆燃。只有在锅炉发生全熄火或部分熄火，又未及时切断燃料供应，使炉内充满未着火燃烧的燃料，即炉内积存大量可燃物时，若马上投入油枪点火，燃料就会突然着火燃烧，烟气容积瞬间变大，使炉内压力突然升高而发生爆炸，即为爆燃。因此，熄火后操作不当是造成爆燃的重要原因之一。

造成锅炉熄火的原因是多方面的，如锅炉启动时投入燃料量少，而炉内温度较低时又未及时投入稳燃油枪；锅炉减负荷过快或发生负荷突变；燃料突变，挥发分和发热量过低或灰分、水分含量过大；锅炉配风不合理，风粉比不当或风速过高；炉膛负压过大将火焰拉断；制粉系统故障供粉过少或供粉中断；锅炉吹灰操作不当或发生大面积塌灰掉焦；水冷壁爆管大量蒸汽喷入炉膛等。

当锅炉燃烧不稳时，炉膛负压将出现大幅度摆动。而当锅炉熄火时，炉膛负压将明显增大并超出正常范围，一、二次风压不正常地降低，炉膛内发黑看不见火焰，蒸汽温度和压力均下降，炉膛出口氧量骤增，机组功率急剧下降，各段烟气温度均下降，火焰监测器无火焰信号。当判明发生熄火时，应立即停止一切燃料供应手动MFT。调整引、送风机挡板，维持在总风量的25%，适当加大炉膛负压，通风吹扫5-10min以上，排出炉膛和烟道内可燃物，查明熄火原因并设法消除后，进行检查，确认烟道内物再燃烧现象、设备无损坏时，重新点火并逐渐待负荷至正常值。

大容量锅炉自动控制系统在发生熄火时，火焰检测器将自动启动BMS或FSSS的熄火保护设施，将引起MFT启动。保护将立即关闭轻、重油枪及燃气的快关门，停用所有磨煤机、给煤机、给粉机、一次风机和排粉机，关闭给水及减温水总门，自动对炉膛进行吹扫后重新点火。故障严重时，则可横向保护联动停用汽轮机、发电机和给水泵。

总之，炉膛内可燃物质的积存，是造成燃料爆燃的主要原因。在熄火后通风吹扫和启动锅炉前的通风吹扫，是防止爆燃的重要措施。

2、析铁氢爆

当大量熔渣落入渣井时，高温炉渣中的游离铁与水发生反应，产生大量氢气。这些氢气与氧混合后，在炉内发生爆炸。爆炸能量以超声波形式向外释放，压力超过炉墙承受能力时造成外爆。析铁一般发生在液态排渣中。对固态排渣炉，只有当发生大面积熔渣塌落时才可能引起氢爆。

造成析铁的主要原因是煤粉中含铁，而铁的来源主要有三个方面。其一是煤灰中所含的铁化合物在高温下迅速分解和氧化成各种形态的氧化铁；其次是制粉系统中磨损下的铁在炉膛高温下熔化的铁水；其三是原煤中未被磁铁清楚的铁件。而前两个原因是主要铁的来源，最后的原因数量极少。

炉内熔渣温度低于2000℃时，FeO单纯受热，不会分解出纯铁，只有发生煤粉离析时，落人熔渣中的未燃烧的煤与FeO发生如下反应：FeO+C→Fe+CO，当析铁严重时，大量铁水与熔渣一起进入粒化箱（或渣井）时，则发生如下反应：3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑，氢气进入炉膛与氧混合，就造成氢爆炸事故，严重威胁设备及人身安全。

为防止发生析铁氢爆，运行中应尽量防止发生煤粉离析使之落入渣池，因为固体碳是使FeO还原成纯铁的还原剂。这酒是要求在制粉时使颗粒尽可能均匀，减少容易发生离析的大颗粒煤粒。运行中，组织合理的空气动力工况，调整好最下排二次风的风量及风速，减少煤粉离析数量。运行中，还要防止负荷经常波动。必要时，应对燃烧器进行改进，强化燃烧，减少熔渣中的含煤量。对液态排渣炉，应尽可能减少熔渣在炉内停留时间，控制铁还原反应过程所需的时间。如将平炉底改为倾斜炉底；取消排渣口的渣栏；使炉底耐火材料层外表面平整光滑，让铁水与熔渣在炉内停留时间很短，没有足够的时间进行还原等。从而较彻底地防止析铁发生。

3、水冷壁爆管大量蒸汽进入炉膛

当水冷壁管严重爆管，大量高压蒸汽和水瞬时进入炉膛，炉内介质容积骤然增加，造成炉膛压力骤然上升，超过炉壁承受的压力而引起炉膛外爆。当发现水冷壁爆管后，应加大引风机挡板开度、增加负压，防止炉内压力增加过快。而减少高温腐蚀和管壁局部超温，保证水冷壁管材和焊接质量，是防止爆管的有效措施。

二、内爆

造成内爆的主要原因有三个方面，即燃料突然中断、离心式风机特性和运行控制不当。

1、燃料突然被切断

是引起炉膛内爆的主要原因。这是因为，当燃料突然切断后，原先炉膛内维持的物质平衡和热量平衡被破坏，由原先的温度和压力保持不变而发生炉内温度和压力均降低，使得送风机至炉膛的压差增加，送人的空气量将瞬时增加，然后再减少。由炉膛至引风机压差增加，引风机抽出的烟气量将减少。大空气流量和小烟气流量又使炉内介质积存量增加，炉膛压力又有所回升，最终炉膛压力和温度又趋于平衡。在切断燃料的最初几秒内，由于温度降低而引起炉膛压力降低，使炉墙承受大气压力的挤压作用，造成炉壁内凹变形即为内爆，严重时可能造成管道裂缝而损坏设备。在切断燃料初期，由温度降低引起的压力降低幅度要比积存引起的压力升高幅度更大的缘故。内爆可通过制订合理的引、送风机的连锁动作条件以及锅炉紧急停炉时引、送风机风量调节装置的超驰控制内容来防止其发生。

2、离心式风机调节特性

离心式风机特性是随转速、挡板式导叶的开度而变化的。流量减小时则压头升高，改变挡板开度，特性曲线将随着挡板开度变小而变徒。在流量接近零时压头值趋于最大值，这是在不论挡板开度如何条件下的结果。

这种风机特性容易产生负压波动。流量小时挡板开度也小，风机特性曲线变徒，只要流量稍有变动，则压差将有较大改变。当流量接近零时，挡板的漏风会使风机不稳而难于控制，在低流量时容易引起内爆。运行中发生熄火时，若引风机进口挡板开度不变，由于烟气量减少，风机压头沿特性曲线上升，使炉膛内负压值增大，可能超过炉膛的承受极限而发生内爆。

3、运行中控制调节不挡

在平衡通风系统中，风机调节是协调送风机和引风机的挡板，以满足空气量、烟气量及炉膛负压的要求。若操作不当，系统内任一挡板关闭都将影响炉膛的负压值。当引风机挡板全开时，任意关闭一次或二次风挡板，即使锅炉并为燃烧，由于大型锅炉的引风产生的负压足以超过炉墙的承受限度，从而引起内爆。严重时，内爆可引起水冷壁管弯曲变形，甚至焊口拉裂，造成设备损坏并可能危及人生安全。

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