浅谈煤粉锅炉炉膛爆破的原因
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作者: 都文业 陆广发
【摘 要】本文主要对煤粉锅炉炉膛爆破的原因进行探讨与分析，从而在防止煤粉锅炉炉膛爆破(炸)方面提供一些参考。
【关键词】煤粉爆炸；炉膛爆破；防护措施
随着中国经济的快速发展，锅炉设备已广泛的应用于能源、电力、医药化工、纺织等各行各业，是国民经济发展不可缺少的能源转换设备。从已投运的锅炉设备看，在运行中也发生过不少的典型事故，给国民经济造成了大量损失。因锅炉用水不是很纯，故有有许多杂质，如果这种承经过水处理或水处理方法不当，再加上排污不及时，就会在锅炉水侧结生水垢，并腐蚀锅炉金属。严重者，可引起水冷壁爆管，锅筒鼓包爆破以及烟管渗漏，锅筒底部裂纹等事故的发生。本文只对煤粉在炉膛内的爆破(炸)原因作分析。
1.煤粉锅炉简介
锅炉设备一般是由锅炉本体和辅助设备组成的。锅炉本体主要包括燃烧器、炉膛、布置有受热面的烟道、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器(大型锅炉)、省煤器及空气预热器等。辅助设备包括送风机、引风机、磨煤机、排粉机、除尘器及烟囱等。炉的任务是组织煤粉在炉膛内良好燃烧，尽可能多的放出热量，锅的任务是尽量把燃料放出的热量有效吸收，锅和炉组成了一个完整的能量转换系统。
煤粉锅炉的制粉系统分为直吹式和中间储仓式两种。直吹式制粉系统是指磨煤机磨制的煤粉被直接吹入炉膛燃烧的系统。其特点是磨煤机的磨煤量任何时候都与锅炉的燃料消耗量相等，即制粉量随锅炉负荷变化而变化。中间储仓式制粉系统指磨煤机磨制的煤粉是送入煤粉仓暂时储存，锅炉燃烧所需的煤粉再从煤粉仓取用。中间储仓式制粉系统较直吹式制粉系统设备复杂，而且占地面积大，煤粉易于沉积， 白燃、爆炸和漏风也较严重。
2.煤粉的特性与影响煤粉爆炸的因素
2.1煤粉的特性
2.1.1煤粉的一般特性
煤粉的一般特性表现在煤粉形状的不规则性与流动性。在制粉系统中，悬浮着许多煤粉，如果瞬间突然燃烧，就会引起制粉系统内部压力突然升高，造成制粉系统爆炸。煤粉爆炸必须具备三个条件，即有悬浮煤粉，有足够的氧量，有引爆火源。三者缺一不可，它与煤粉燃烧必备的条件基本相同，所不同的是煤粉爆炸是大量的煤粉一瞬间突然着火燃烧，造成强大的冲击力，使设备和建筑物遭受破坏。而燃烧却是缓慢进行的。
2.1.2煤粉的自燃性和爆炸性
（1）积存的煤粉会由于缓慢氧化而放出一些热量，在散热不良的情况下，煤粉温度会白行升高而着火，这种现象称为煤粉的自燃性。在制粉系统内沉积不流动的煤粉经一段时间后往往会自燃，煤粉自燃起火后转为阴燃，而阴燃的煤粉是煤粉爆炸的主要引爆火源，所以应尽量设法消除制粉设备积粉的可能性，以避免制粉系统爆破。
（2）炉膛或制粉系统中的煤粉由于自燃或其他火源，会使气粉混合物被点燃，并迅速传播开来，形成大面积的着火燃烧，使压力升高到一定值(0．2～0．3MPa甚至更高)并发出巨大声响，这一现象称为煤粉的爆炸性。煤粉的爆炸将危及人身、设备安全，并影响锅炉正常工作，因此锅炉必须严防煤粉的爆炸事故发生。
2.1.3煤粉细度
煤粉细度是表明煤粉颗粒大小的指标，他是衡量煤粉品质重要指标。煤粉过粗，在炉膛内不已燃尽，增加不完全燃烧热损失，煤粉过细，又会使制粉系统的电耗和金属磨耗增加。使锅炉q。(排烟热损失％)q (机械不完全热损失％)q (制粉耗电量)q (制粉金属磨损)之和为最小的煤粉细度称为煤粉的经济细度。
2.1.4煤粉的均匀性
煤粉的均匀性是表示煤粉颗粒均匀一致的特性，其对对燃烧和制粉系统的经济性均有影响，也是衡量煤粉品质的一个重要指标。
2.2影响煤粉爆炸的因素
影响煤粉爆炸的因素有：煤粉的挥发份、水分、煤粉细度、气粉混合物的浓度、流速、温度以及输送煤粉的气体中氧的成分比例等。
2.2.1煤粉水分
煤粉越干燥越容易爆炸；反之潮湿的煤粉爆炸危险性就较小。煤粉水分与磨煤机出口气粉混合物温度有关。对于不同煤种和制粉系统，只要控制适当的出口混合物浓度就可以防止煤粉过干引起的爆炸。
2.2.2煤粉细度
煤粉越细越容易爆炸和自燃；反之煤粉越粗，爆炸性就越小。
2.2.3气粉混合物的流速
气粉混合物流速过低，易造成煤粉沉积在某些死角上引起自燃；流速过高又会引起静电火花，也将导致煤粉爆炸。故流速一般控制在16-30m／s的范围内。
2.2.4氧含量
输送煤粉的气体中，氧气占得比例越大，爆炸的可能性越大，如气体中氧气所占比例小于15％(按体积计算)则不会爆炸。
3.煤粉锅炉炉膛煤粉的爆炸机理
综上所述，炉膛煤粉的爆炸机理现在已基本明确了，大概可总结如下：在具有一定程度密闭(炉膛)的体系里，当在空气中悬浮的可燃煤粉浓度达到一定值时，又遇有点火源(热能源)，首先引起局部煤粉微粒的燃烧，进而迅速引燃周围悬浮着的煤粉，由于煤粉问的连锁反应，使整个体系内的悬浮煤粉迅速燃烧起来，产生大量的热和强烈的压力，形成炉膛煤粉爆炸。
整个爆炸过程可按以下解释，首先，供给煤粒子表面的分子由于热分解或干馏作用而变成气体分布在粒子周围；接着，这种气体与空气混合而生成爆炸性混合气体，进而发火产生火焰；最后，由于这些火焰产生的热，加速了煤粉的分解，如此循环往复地放出气相的可燃性物质与空气混合，继续发火传播。可见，煤粉爆炸实质上是气体爆炸，可认为粉尘本身包含有可燃性气体。可燃粉尘的爆炸与可燃气体的爆炸有许多相似性。但由于粉尘与气体在物理性质上有重大区别，气体混合物里是气体分子靠近粉尘颗粒，粉尘的尺寸和重量要比气体分子大几个数量级，并且还受到重力的强烈影响，因此，粉尘的爆炸过程要比气体复杂得多。
4.煤粉锅炉正常运行炉膛爆破(炸)事故预防措施
综上所述，煤粉锅炉正常运行时，造成炉膛爆破的原因，应该是锅炉灭火后未能及时切断燃料，在炉膛内的高温条件下达到爆炸的条件引起炉膛爆破。
（1）在正常运行时，为避免炉膛爆破事故的发生，一定要维持燃烧稳定，千方百计防止灭火。一旦发生灭火，司炉人员要立即判明已经灭火并果断地停止燃料供应，司炉人员要有敢于在紧急情况下果断处理事故的智慧与胆量，而不是犹豫不决，造成事故的发生。
（2）可靠的火焰监测系统、报警和联锁装置应良好投入，在锅炉发生炉膛灭火事故后MFT(主燃料跳闸)应立即动作。
（3）除了火焰监测信号以外，炉膛压力信号引起的锅炉MFT动作也应完善，这主要是负压，因为灭火后主要是负压比较大，以上述事故为例，燃烧不稳(灭火)炉膛负压一直没有到联锁动作值一150mmH20，从而为炉膛爆破，引起正压(高高)跳车埋下隐患。
（4）原料煤进入磨煤机前一定要将引起1次风煤粉输送管道堵塞的杂物清理干净。
以上对煤粉锅炉炉膛爆破(炸)事故的原因探讨限于本人的经验等方面难免有不足之处，欢迎批评指正，希望大家多多交流，共同提高对事故的防范能力，为煤化工企业建设出力。
【参考文献】
［１］姜锡伦，屈卫东．锅炉设备及运行．中国电力出版社．
［２］车德福，庄正宁，李军，王栋．锅炉[M]．西安：西安交通大学出版社，2008．10．
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