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【摘 要】 循环流化床锅炉在锅炉压火时有时会造成风室内爆炸。在锅炉启动时采用锅炉床下油点火系统由于燃油雾化不好造成锅炉烟气侧爆炸，或锅炉较长时间压火启动时操作不当造成锅炉炉膛爆炸。以上爆炸其爆炸源多是一氧化碳（CO）或碳氢化合物（CmHn）。而在锅炉正常运行中发生的锅炉炉膛爆炸实为少见。一旦发生其破坏力很大。本文根据一真实发生的实例对循环流化床锅炉在正常運行中锅炉爆炸源的性质、产生的原因及其爆炸过程做一研究分析。
【关键词】 水煤气；特殊状态下的形成过程；爆炸
前言：
某电厂在使用某公司生产的130吨循环流化床锅炉在安全运行多年以后，某日烟气侧发生锅炉爆炸。其爆炸破坏力极强。致使爆炸后锅炉炉膛靠近炉膛中部几层刚性梁崩断，整个水冷炉膛上下呈腰鼓状；水平烟道后上部炉墙炸开；多级空气预热器侧护板全部炸开。
对现场锅炉的状况进行了深层进一步的考察发现，在该炉的炉膛水冷壁的后上部，炉膛烟气出口处有两处水冷壁管爆管，钢管裂口呈开放式。该锅炉设计此处钢管外表面敷设耐热钢筋混凝土（爆管前该混凝土已剥落）。查阅本锅炉的运行记录，该锅炉长期处于高负荷运行状态甚至（有时出现长期超负荷运行态势）。爆炸前该炉亦在高负荷状态下运行。锅炉炉膛差压很高，约在800Pa～
1000Pa左右（说明分离器效率很高）。炉膛烟气出口温度在900℃以上。运行人员口述，爆炸前锅炉运行中发现炉膛有水冷壁管爆管，还未来及处理，约十几分钟后，锅炉即发生了烟气侧爆炸。
通过现场的观察；燃料的分析；运行记录的查阅；以及对运行人员的了解等，得出如下结论
——这是一起典型的锅炉水煤气爆炸，其爆炸源为水煤气（H2+CO）。
一、爆炸源的产生
锅炉正常运行中，燃料进入燃烧室后在高温烟气的作用下，燃料被加热析出水分（烘干阶段）。随后，在周围温度的作用下，燃料温度继续升高，约在250℃左右热分解开始，在温度的继续作用下，析出挥发份（大部分是碳氢化合物CmHn）并被点燃。
CmHn+O2→CO2+H2O
碳（C）在高温状态下发生如下反应，燃烧放出热量。
C+O2→CO；CO+O2→CO2；
燃料中的水分一部分蒸发后被烟气带走，一部分发生下列反应：
C+H2O→CO+H2（条件：炽热状态下）
其产生的水煤气量是极小的，且在剧烈的燃烧环境下很快被燃烧殆尽。
以上过程在锅炉燃烧中都是正常的。
该炉在运行如何会出现大量的水煤气，并导致爆炸，最终致使设备遭到破坏？
首先我们先从循环流化床锅炉的燃烧特点来分析。众所周知，循环流化床锅炉是利用炉膛内加一定的灰作为底料，随着燃料的投入燃烧放出热量加热底料，通过底料在炉膛内的运动将热量传递给炉内受热面。同时燃料燃烧后产生的热烟气进入尾部受热面进行进一步的换热。随着燃料的不断补充，燃料中的灰不断的补充循环物料，在循环物料中有一些未燃尽的碳也加入其中。经过高温烟气带入分离器，大部分被分离器分离下来返回炉膛重新燃烧，经过若干次的循环燃烧，碳在几乎被燃尽的状态下，变成极小的飞灰被烟气带走。该炉实际运行中炉膛差压很高，说明循环物料量很大，物料中碳的总量比循环物理量小的时候要高。
在锅炉水冷壁管爆管后，爆管处汽水混合物的压力由原来的10Ma左右变成几百帕，水迅速降压扩容，体积的变大，瞬间充斥了炉膛的横截面。水分子的浓度聚集在爆管附近，前面所述其爆管位置在炉膛烟气出口附近（见附图1），此处恰是循环物料量浓度最高处（所有参加外循环物料几乎被集中在此处随烟气进入分离器。该处的烟气流速约在16m/s～22m/s。其动能很大，为将来混合及反应创造了条件。两种介质碳和水（C和H2O）在此处汇合，并随烟气进入分离器，在这段较长的路径中（见附图1阴影部分），两种介质得到了充分的接触，而此处的烟气温度在900℃以上。
高浓度的介质；高温；充足的空间；充分的混合；元素的具备；边界条件的充分都为下列的反应提供了完美的条件。
C+H2O→CO+H2（反应条件：炽热状态下）
于是爆炸源产生了。
二、爆炸的条件及地点
H2的分子量是2；CO的分子量是28，而烟气的加权平均分子量远远高于这两种可燃气体的分子量，比重亦远高于其。因此两种可燃气体呈向上流动状态，在引风机的作用下（当爆管发生后，产生大量的蒸汽，引风机的工作能力被条件升高。短时间引风机出现出力不够的现象）。可燃气体聚集在锅炉的水平烟道内（即附图1的爆炸点），此时的烟气流速已降至7m/s以下，为可燃气体的浓度提高进一步创造了条件。部分随烟气流出。随着时间的推移（其实时间很短），浓度快速提高，当可燃气体的浓度进入爆炸区间（H2的爆炸浓度极限是：按体积分数为4%～75.9%；CO的爆炸浓度极限是：按体积分数为12.5%～74.2%）1，如此宽泛的条件在很短的时间内即可实现。爆炸的第一条件完成。由于爆管发生在炉膛上部，所泄水量呈汽化状态并随烟气带出炉膛，在行程中与循环物料混合并反应，而锅炉的床温不致被水降低，由于时间短，炉内继续呈现剧烈燃烧的状态，为此后的爆炸提供了温度条件，水平烟道是锅炉的过渡区间，此处的烟气温度约在850℃～880℃之间，（而两种可燃气体的着火温度分别H2为510～590℃；CO为610～658℃）1所有爆炸的条件已臻完善，爆炸瞬间发生了。
三、爆炸产生的后果
爆炸后使得烟气体积骤间急剧被放大几十倍（此时引风机的工作能力已完全丧失殆尽）。体积的扩张，使烟气侧的压力大幅升高，高压力向低压力迅速蔓延，并寻找突破口释放。
我们再来看一下锅炉的结构（参见图1）。锅炉炉膛是一密闭空间，当来自水平烟道的气体与燃烧上升的气流汇聚后，压力升高，无法释放，最终使得水冷炉膛最薄弱的地方，靠近炉膛中间的几层刚性梁破坏，水冷壁发生变形，呈腰鼓状。分离器；水平烟道（后上部除外）；过热器；省煤器处均设计为钢筋混凝土加钢外护板结构，具有极大地强度。水平烟道后上部由于有过热器的穿墙管，使得该处炉墙成为孔桥结构形成薄弱点。空气预热器固定钢管的钢板很厚，且有多根钢管与之固定结构强度高。而空气预热器的侧护板其作用为密封所设，强度要求不高，形成第二个薄弱点。当爆炸这一不正常的条件发生后，破坏自然在薄弱点寻找到突破口，当这两处被破坏后，压力得以释放，整个爆炸结束。
四、总结
综上所述，造成烟气侧的爆炸原因，首先是水冷管爆管提供了水（H2O），高浓度的物料量提供了碳（C），烟气侧两种介质的汇合点又恰为两种介质浓度的最高处，分离器较长的烟气路径为两种介质提供了良好混合反应空间，炉膛仍在燃烧的物料为爆炸提供了温度条件。
以上所述，听起来繁冗，似乎是需要一个很长的时间完成其过程。其实不然，整个过程不过在十几分钟之内就全部实现。事故一旦发生，运行人员很难在这样短的时间内操作控制。因此了解事情的本质；加强平时的管理；定期、不定期检查；不疲劳使用设备等尤为重要。一旦发现设备有问题及时处理，避免事故的发生。保障人员的生命安全及设备长期安全运行，为社会及企业带来良好的经济效益。
参考文献：
1.燃油、燃气锅炉，作者：赵钦新，惠世恩。
【关键词】 水煤气；特殊状态下的形成过程；爆炸
前言：
某电厂在使用某公司生产的130吨循环流化床锅炉在安全运行多年以后，某日烟气侧发生锅炉爆炸。其爆炸破坏力极强。致使爆炸后锅炉炉膛靠近炉膛中部几层刚性梁崩断，整个水冷炉膛上下呈腰鼓状；水平烟道后上部炉墙炸开；多级空气预热器侧护板全部炸开。
对现场锅炉的状况进行了深层进一步的考察发现，在该炉的炉膛水冷壁的后上部，炉膛烟气出口处有两处水冷壁管爆管，钢管裂口呈开放式。该锅炉设计此处钢管外表面敷设耐热钢筋混凝土（爆管前该混凝土已剥落）。查阅本锅炉的运行记录，该锅炉长期处于高负荷运行状态甚至（有时出现长期超负荷运行态势）。爆炸前该炉亦在高负荷状态下运行。锅炉炉膛差压很高，约在800Pa～
1000Pa左右（说明分离器效率很高）。炉膛烟气出口温度在900℃以上。运行人员口述，爆炸前锅炉运行中发现炉膛有水冷壁管爆管，还未来及处理，约十几分钟后，锅炉即发生了烟气侧爆炸。
通过现场的观察；燃料的分析；运行记录的查阅；以及对运行人员的了解等，得出如下结论
——这是一起典型的锅炉水煤气爆炸，其爆炸源为水煤气（H2+CO）。
一、爆炸源的产生
锅炉正常运行中，燃料进入燃烧室后在高温烟气的作用下，燃料被加热析出水分（烘干阶段）。随后，在周围温度的作用下，燃料温度继续升高，约在250℃左右热分解开始，在温度的继续作用下，析出挥发份（大部分是碳氢化合物CmHn）并被点燃。
CmHn+O2→CO2+H2O
碳（C）在高温状态下发生如下反应，燃烧放出热量。
C+O2→CO；CO+O2→CO2；
燃料中的水分一部分蒸发后被烟气带走，一部分发生下列反应：
C+H2O→CO+H2（条件：炽热状态下）
其产生的水煤气量是极小的，且在剧烈的燃烧环境下很快被燃烧殆尽。
以上过程在锅炉燃烧中都是正常的。
该炉在运行如何会出现大量的水煤气，并导致爆炸，最终致使设备遭到破坏？
首先我们先从循环流化床锅炉的燃烧特点来分析。众所周知，循环流化床锅炉是利用炉膛内加一定的灰作为底料，随着燃料的投入燃烧放出热量加热底料，通过底料在炉膛内的运动将热量传递给炉内受热面。同时燃料燃烧后产生的热烟气进入尾部受热面进行进一步的换热。随着燃料的不断补充，燃料中的灰不断的补充循环物料，在循环物料中有一些未燃尽的碳也加入其中。经过高温烟气带入分离器，大部分被分离器分离下来返回炉膛重新燃烧，经过若干次的循环燃烧，碳在几乎被燃尽的状态下，变成极小的飞灰被烟气带走。该炉实际运行中炉膛差压很高，说明循环物料量很大，物料中碳的总量比循环物理量小的时候要高。
在锅炉水冷壁管爆管后，爆管处汽水混合物的压力由原来的10Ma左右变成几百帕，水迅速降压扩容，体积的变大，瞬间充斥了炉膛的横截面。水分子的浓度聚集在爆管附近，前面所述其爆管位置在炉膛烟气出口附近（见附图1），此处恰是循环物料量浓度最高处（所有参加外循环物料几乎被集中在此处随烟气进入分离器。该处的烟气流速约在16m/s～22m/s。其动能很大，为将来混合及反应创造了条件。两种介质碳和水（C和H2O）在此处汇合，并随烟气进入分离器，在这段较长的路径中（见附图1阴影部分），两种介质得到了充分的接触，而此处的烟气温度在900℃以上。
高浓度的介质；高温；充足的空间；充分的混合；元素的具备；边界条件的充分都为下列的反应提供了完美的条件。
C+H2O→CO+H2（反应条件：炽热状态下）
于是爆炸源产生了。
二、爆炸的条件及地点
H2的分子量是2；CO的分子量是28，而烟气的加权平均分子量远远高于这两种可燃气体的分子量，比重亦远高于其。因此两种可燃气体呈向上流动状态，在引风机的作用下（当爆管发生后，产生大量的蒸汽，引风机的工作能力被条件升高。短时间引风机出现出力不够的现象）。可燃气体聚集在锅炉的水平烟道内（即附图1的爆炸点），此时的烟气流速已降至7m/s以下，为可燃气体的浓度提高进一步创造了条件。部分随烟气流出。随着时间的推移（其实时间很短），浓度快速提高，当可燃气体的浓度进入爆炸区间（H2的爆炸浓度极限是：按体积分数为4%～75.9%；CO的爆炸浓度极限是：按体积分数为12.5%～74.2%）1，如此宽泛的条件在很短的时间内即可实现。爆炸的第一条件完成。由于爆管发生在炉膛上部，所泄水量呈汽化状态并随烟气带出炉膛，在行程中与循环物料混合并反应，而锅炉的床温不致被水降低，由于时间短，炉内继续呈现剧烈燃烧的状态，为此后的爆炸提供了温度条件，水平烟道是锅炉的过渡区间，此处的烟气温度约在850℃～880℃之间，（而两种可燃气体的着火温度分别H2为510～590℃；CO为610～658℃）1所有爆炸的条件已臻完善，爆炸瞬间发生了。
三、爆炸产生的后果
爆炸后使得烟气体积骤间急剧被放大几十倍（此时引风机的工作能力已完全丧失殆尽）。体积的扩张，使烟气侧的压力大幅升高，高压力向低压力迅速蔓延，并寻找突破口释放。
我们再来看一下锅炉的结构（参见图1）。锅炉炉膛是一密闭空间，当来自水平烟道的气体与燃烧上升的气流汇聚后，压力升高，无法释放，最终使得水冷炉膛最薄弱的地方，靠近炉膛中间的几层刚性梁破坏，水冷壁发生变形，呈腰鼓状。分离器；水平烟道（后上部除外）；过热器；省煤器处均设计为钢筋混凝土加钢外护板结构，具有极大地强度。水平烟道后上部由于有过热器的穿墙管，使得该处炉墙成为孔桥结构形成薄弱点。空气预热器固定钢管的钢板很厚，且有多根钢管与之固定结构强度高。而空气预热器的侧护板其作用为密封所设，强度要求不高，形成第二个薄弱点。当爆炸这一不正常的条件发生后，破坏自然在薄弱点寻找到突破口，当这两处被破坏后，压力得以释放，整个爆炸结束。
四、总结
综上所述，造成烟气侧的爆炸原因，首先是水冷管爆管提供了水（H2O），高浓度的物料量提供了碳（C），烟气侧两种介质的汇合点又恰为两种介质浓度的最高处，分离器较长的烟气路径为两种介质提供了良好混合反应空间，炉膛仍在燃烧的物料为爆炸提供了温度条件。
以上所述，听起来繁冗，似乎是需要一个很长的时间完成其过程。其实不然，整个过程不过在十几分钟之内就全部实现。事故一旦发生，运行人员很难在这样短的时间内操作控制。因此了解事情的本质；加强平时的管理；定期、不定期检查；不疲劳使用设备等尤为重要。一旦发现设备有问题及时处理，避免事故的发生。保障人员的生命安全及设备长期安全运行，为社会及企业带来良好的经济效益。
参考文献：
1.燃油、燃气锅炉，作者：赵钦新，惠世恩。