大型火力发电厂锅炉事故的预防措施.pdf

第 3 5卷 第7期 2 01 3年 7月 华 电技 术 Hua d i a n Te c h no l o g y Vo 1 ． 3 5 No ． 7 J u 1 ． 2 0 1 3 大型火力发电厂锅炉事故的预防措施 王喜 军 北方联合电力有限责任公司包头第三热电厂， 内蒙古 包头0 1 4 0 6 0 摘要 介绍了大型火力发电厂运行的基本原理， 在此基础上， 分析了大型火力发电厂锅炉运行中出现的典型事故， 提出 了有效的预防措施， 以提高锅炉运行的稳定性和安全性。 关键词 火力发电厂； 锅炉； 事故； 预防措施 中图分类号 T K 2 2 8 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 3 0 7 0 0 1 0 0 3 0 引言 火力发电厂的工作原理是利用燃料 如石油、 煤、 天然气等 生产电能。其具体的工作过程是将 所用的燃料投入锅炉 ， 通过燃烧加热生成水蒸气 ， 蒸 汽产生 的压力进一步推动汽轮机旋转带动发电机旋 转 ， 完成发电 ， 即化学能转化为热能 ， 热能再转化为 机械能， 机械能最终转化为电能 。因此 ， 锅炉是火电 厂实施生产的核心设备， 也是火电厂安全作业的关 键。积极开展锅炉事故风险的防范有着重要意义， 本文将结合典型的锅炉事故进行分析并提出具体的 预防措施 。 1 大型火力发电厂运行的基本原理 大型火电厂主要 由汽水系统 、 燃烧系统和发电 系统组成。汽水系统由锅炉、 汽轮机、 高低压加热 器 、 凝汽器、 凝结水泵以及 给水泵等设备构成 。锅炉 燃烧加热产生水蒸气后 ， 水蒸气进入汽轮机 ， 由汽轮 机推动叶片转动 ， 进而带动发电机发 电。燃烧系统 主要负责将燃料输送至锅 炉。燃烧系统还包 括磨 粉、 除尘、 脱硫等流程。煤场提供的煤料由皮带输送 到碎煤机打碎进入煤斗， 然后由磨煤机进行磨粉， 加 工后的煤粉送至锅炉进行燃烧 ， 烟气经静 电除尘器 除尘后还需进入脱硫装置。发 电系统 由发 电机、 主 励磁机 、 副励磁机、 励磁盘、 变压器 、 升压站 、 高压断 路器、 配 电装置等构成 。输出的强大 电流一路送至 厂用电变压器 ， 另一路送至 电网。在生产热能和电 能过程 中， 以上系统和装置必须实现协调动作 ， 才能 使各项生产流程顺利实施， 维护火电厂正常运行。 2 大型火力发电厂典型锅炉事故分析 大型火力发 电厂锅炉效率高， 燃料消耗量大， 发 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 2 5 ； 修 回 日期 2 0 1 3 0 63 0 电量大 ， 因而锅 炉的安全性必须 获得 有效的保障。 一 旦发生锅炉事故 ， 将会造成人员伤亡和设备损坏 ， 给企业带来严重损失。在系统运转过程 中， 常见的 典型锅炉事故 包括锅 炉“ 四管” 爆漏 、 锅炉炉膛 爆 燃 、 空气预热器变形以及清焦作业人员伤亡等。 2 ． 1 锅炉“ 四管” 爆漏 从大型火电厂的生产实践来看 ， 锅炉“ 四管” 爆 漏 的原 因主要来 自拉裂 、 过热和焊接。首先 ， 拉裂是 事故发生的首要原 因。锅炉本身的设计 、 结构不合 理以及锅炉安装等因素， 都有可能引发膨胀受阻， 造 成拉裂。如 国产 3 3 0 MW 机组锅炉 ， 其水冷壁管 因 拉裂原因出现爆漏的现象尤其具有代表性。水冷壁 管本身内径较小 ， 锅炉内的热负荷偏差明显 ， 刚性梁 结构不合理 ， 会导致屏间、 管间的鳍片拉裂管子。在 启动和停止过程中， 升降负荷速度过快 ， 会进一步造 成拉裂。此外， 侧包覆过热器在与侧墙水冷壁鳍片 焊缝和联箱短管角焊缝也容易 出现拉裂 。所以， 拉 裂多发生于焊缝及相互连接的部位 。 过热也是 引发锅 炉“ 四管 ” 爆 漏 的重 要原 因。 当金属受热温度超过 了许用温度 ， 就会造成显微组 织的变化 如石墨化 、 热脆性 问题 。此 时， 金属的 许用应力显著降低， 再经过长期高温高压， 遂导致爆 管 如锅炉运行中燃烧调整不 当， 炉 内热 负荷过高 ， 出口参数控制不严都会造成超温 。锅炉安装检修 时没有对内部杂物进行有效 的清理 ， 会造成管内堵 塞 ， 流动不畅， 过热器管 内化学物质沉积 ， 使温度过 高， 以上都是产生过热的直接原因。 焊接质量不合格也会造成 “ 四管” 爆漏。焊接 存在的问题主要有未焊透、 气孔、 砂眼、 咬边、 裂纹、 夹渣等 。对于异种钢材 的焊接 ， 若工艺不 良也会造 成安全隐患 比如对大 型锅 炉进行 检验时 ， 常发现 咬边问题 。 除以上主要原因外， 材质、 腐蚀、 磨损 、 吹损也有 可 能造成锅 炉 “ 四管” 爆漏 ， 如母 材本 身 的缺 陷 ， 第7期 王喜军 大型火力发电厂锅炉事故的预防措施 选材不当， 给水含氧超标 ， 机械磨损等。 2 ． 2 锅炉炉膛爆燃 当锅炉 内可燃物不断积存后 ， 炉膛内的压力持 续升高， 当压力超过炉膛所能承受的范围时， 就会造 成炉膛爆燃事故， 轻者设备严重损坏， 重者还会涉及 人员伤亡。例如 ， 锅炉内含有爆炸混合物 、 锅炉运行 的监控措施不完善 、 炉膛 温度低 、 燃烧工况破坏、 风 系统破坏等都是造成锅炉炉膛爆燃的原因。某火 电 厂就曾因锅炉炉膛温度低 ， 锅炉 内的煤粉没有完全 燃烧 ， 达到爆燃的极限， 引发严重事故 J 。此外， 试 运行人员强制煤火检 、 锅炉燃烧工况差也是事故发 生的重要原因。 2 ． 3 空气预热器变形 空气预热器超过一定温度会发生变形 ， 且 以炉膛 尾部发生二次燃烧为主。炉膛发生二次燃烧的原 因， 包括沉积的可燃物会使温度再次升高、 烟道中仍有燃 料积存以及可燃物沉积位置氧气增多 ， 都会增加二次 燃烧的风险。另外 ， 空气预热器运行不当、 红外探测 系统故障都有可能引发空气预热器变形。 2 ． 4 清焦作业人员伤亡 火电厂清焦作业是锅炉正常运转的重要保障， 但作业人员在清焦过程中容易发生烫伤、 高空坠落、 中毒和碰伤等事故， 其中烫伤和坠落事故尤为常见。 在锅炉熄灭后， 尽管温度逐渐下降， 但在清焦时如未 能冷却到 4 O℃ ， 尚有大块结焦 ， 仍有可能 引发大焦 块跌落烫伤事故 ； 作业人员因安全防护不到位、 安全 带出现问题或作业人员未全程佩戴安全带 ， 脚手架 负荷过重或松动， 操作平台面积小等， 都有可能造成 作业人员高空坠落， 锅炉通风不力会造成人员窒息 等 ， 不再一一枚举 。 3 大型火力发电厂锅炉事故的预防 为防范锅炉事故发生， 保护作业人员安全， 降低 企业经济损失 ， 积极开展事故风险防范是大 型火 电 厂的重要任务 。 3 ． 1 实施标准化管理 大型火电厂锅炉设备庞大 ， 安全管理工作复杂 ， 实施标准化管理能够使作业人员有章可依， 可避免 操作的随意性 ， 杜绝安全隐患。火 电厂 除按照 国家 统一的安全法律 、 法规进行标准化管理外 ， 尤其要在 锅炉现场和锅炉操作方面推行标准化管理 ， 以增强 作业人员的安全意识， 尽可能降低事故风险。 1 锅炉现场的标准化管理。火电厂应针对锅 炉现场管理制订严格的规章制度， 并落实相关责任 人 。首先 ， 锅炉着色应按照行业标准的要求 ， 对内部 的管道、 阀门、 仪器仪表和设备等进行 统一着 色， 流 体切断阀前要有明确 的箭头指 向， 防止作 业人员辨 认不清产生操作失误。其次 ， 锅炉生产设 备应 当规 范有序 ， 以营造安全的生产操作环境 如 防毒面具 、 消防器材装备 ， 传动设备需安装防护栏， 操作平台 需安装栏杆等。最后 ， 锅炉现场应具备全 面的安全 警示标志。操作现场应具有 明确 的操作警铃、 提示 警句 、 危险阀门标志和工艺流向等 ， 以确保安全通道 畅通。在涉及危险作业区域 ， 所有危险材料和设备等 都必须设立警示标志， 随时给予作业人员安全提示。 2 锅炉操作 的标准化管理。上述典 型锅炉事 故很多是由于作业人员未能执行科学操作和忽视危 险等因素等造成的， 为避免人为 因素影响 ， 严格实行 锅炉操作的标准化管理 ， 不仅有利于降低事故风险， 更是维护作业人员生命安全的保证。其标准化管理 应按照人机工程学方法， 形成具体的操作规范、 操作 流程， 尽量消除作业人员不合规范操作的因素。例 如 ， 作业人员清焦时， 对于锅炉降温标准、 安全带的全 程佩戴 、 操作 台面积等规定都应纳入标准规范当中。 3 ． 2开展作业人员培训 锅炉作业人员身处一线 ， 工作面临着安全风险 ， 同时也是人为事故因素产生 的根源。因此 ， 大型火 电厂应开展系统的作业人员培训 ， 切实增强作业人 员的安全意识 ， 提高其安全作业技能。首先 ， 相关生 产、 安全负责人应努力加深作业人员对 锅炉安全 问 题的认知 ， 通过讲述火电厂出现的典型锅炉事故 ， 引 起作业人员的高度注意和警觉 ， 使作业 人员认识到 锅炉安全是与 自身的生命安全紧密相连的。其次， 培训人员应教授作业人员具体的操作动作， 了解安 全规范， 使作业人员对锅炉输送的燃料、 堆积的可燃 物 、 二次燃烧、 温度过热 、 燃烧不充分 、 爆炸混合物等 问题给予高度重视 ， 明确各种风险情况应采取 的措 施并对作业规范熟练掌握 ， 反复练习 ， 确保在一线工 作时能够符合标准化的要求。最后， 火电厂应定期 召开锅炉安全宣传大会及主题活动， 及时传递安全 生产的最新动态及锅炉事故的防范举措 ， 不断推进 锅炉安全操作及管理工作 。 3 ． 3 加强锅炉设备的定期检查 大型火 电厂应组织有关人员加强对锅炉设备 的 定期检查 ， 充分发挥事前防范的作用 ， 及时发现可能 存在的事故隐患。首先， 企业应勤于检查和分析， 定 期开展锅炉设备防磨防爆、 燃烧系统方面的检查， 及 时了解设备的爆漏特点 ， 燃烧过程是否充分等 ， 检查 后进一步开展维修 和维护。其次 ， 火 电厂应加强技 术监督 。技术监督工作是防止锅炉“四管” 泄漏 的 促进和保障， 尤其是外部监督和检查， 对具体工作的 规 范性 、 深度 和广度都有指导作用 J 。 企业应动员 1 2 华 电技 术 第 3 5卷 各部门协 调配合 ， 综合 推进设 备检 查及技 术监 督 工作。 3 ． 4 改进锅炉设备的技术水平 除人为因素 的防范以外 ， 大型火 电厂应重视从 技术角度降低锅炉事故风险。首先 ， 企业 应完善锅 炉设备的设计 ， 从锅炉炉膛热强度、 受热面和钢材等 方面进行技术改进 ， 增加炉膛 高度和提高钢材等级 等都有助于减少爆漏次数。其次 ， 企业应提升质量 检验水平 ， 对锅炉设备制造存 在的品质 问题要及 时 处理 ， 规避母材缺陷 ， 焊接位置要严格审查 ， 这些举 措都有助于防范事故风险。最后 ， 企业还应从技术 工艺层面进行改进 ， 调整制粉系统及燃烧系统 ， 确保 煤粉细度 ， 减少受热面热偏差等 ， 可使锅炉内部的燃 烧更加稳定和充分 ， 降低汽水系统 、 燃烧系统的运行 风险， 从而维护锅炉及作业人员安全。 3 ． 5 应用信息技术降低风险 大型火电厂对锅炉设备安全的监督、 检查工作 非常复杂， 工作量很大 ， 人员手工记录不仅容易出现 偏差 ， 记录效率低 ， 而且不便于所记录数据的及时查 找和对比。因此， 企业应积极应用信息技术， 通过信 息化管理， 使检修工作数 字化， 防磨 防爆 分析 自动 化 。例如 ， 一个检修周期结束 ， 系统可通过周期内发 生的工作内容 自动生成一份分析报告 』 。这样 ， 企 业管理人员可以随时进行数据采集 和分析 ， 便于远 程监控， 从而有效改善纯人工管理效率低下、 容易出 错的问题。 4 结论 通过对大型火力发电厂常见的锅炉事故分析 ， 提出相应的预防措施 ， 从设计 、 制造 、 安装 、 运行各环 节严格把关 ， 全过程进行安全 质量 管理 、 监督 与 检验 ， 严格按相应规范标准执行 ， 才能有效 防止锅炉 事故的发生。 参考文献 [ 1 ] 张正喜． 某火电厂锅炉炉膛爆燃事故的分析及防范措施 [ J ] ． 机电信息， 2 0 0 9 3 6 1 8 7 ． [ 2 ] 郭建． 火电厂锅炉“ 四管” 泄漏的研究与分析[ J ] ． 科技世 界 ， 2 0 1 2 2 9 2 8 7 ． [ 3 ] 董礼， 鲁梁． 计算机技术在火电厂锅炉防磨防爆工作中 的应用研究[ J ] ． 科技风， 2 0 1 2 1 1 1 7 ． 本文责编 王书平 作者简介 王喜军 1 9 7 6 一 ， 男， 内蒙古包头人， 工程师， 从事火电 厂锅 炉 技 术 管 理 方 面 的 工 作 E ma i l 2 5 1 2 5 0 8 3 7 9 q q ． c o rn 。 I ● ●● ● ● ●● ● ● ● i0● ● ● ● ● ●◇● I ● ● ●◇I ●◇I ● ● ● ● ● t ● ● ● ● I ● ● ● ● ● ● ● ●- I 上接第 9页 进 口蒸汽。 表6 吹灰汽源改造前、 后节能量计算结果 6 结束语 参考文献 本文的分析结果对于火电机组的安全运行 以及 节能降耗具有重要意义 ， 对于上述吹灰汽源方案 ， 无 需设置安全阀， 对于亚临界机组来说 ， 每年每台机组 可节省费用约 2 7 ． 6 4万元 ， 对于超临界机组来说 ， 每 年每台机组 可节省费用约 3 6 ． 0 0万元 ， 对于超超临 界百 万 机 组 来 说 ， 每 年 每 台机 组 可 节 省 费 用 约 7 0 ． 1 0万 元 [ 1 ] 李洪涛， 董瑞信， 冷成岗， 等． 1 0 0 0 MW超超临界机组锅炉 优化吹灰试验研究[ J ] ． 电力建设， 2 0 1 1 3 1 0 21 0 7 ． 本文责编 王书平 作者简介 刘彦鹏 1 9 7 9 一 ， 男 ， 辽宁锦州人 ， 工学博士 ， 高级工程 师， 长期从事电站煤粉锅炉 、 循环流化床锅炉的设计与研发 工作 E m a i l l y p h e r o 1 6 3 ． c o rn 。