大型火力发电厂锅炉事故的预防措施

时间：2024-07-28

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 014060)

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330 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，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［1］。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40℃，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［2］。企业应动员各部门协调配合，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［3］。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。