锅炉炉膛及烟风系统瞬态防爆设计压力取值标准问题的专业研究

锅炉炉膛及烟风系统瞬态防爆设计压力取值标准的

研究

摘要：锅炉炉膛及烟风系统瞬态防爆设计压力的取值，对锅炉及燃煤机组运行的安全性和经济性都有重要影响，但国内外现行设计规程中的有关规定存在一定的矛盾和不足。本文通过对锅炉MFT动态特性和引风机匹配特性分析，论证了按美国NFPA规范对炉膛瞬态防爆设计压力取值通常不必超过±8.7KPa的合理性，并推导得到了对烟气系统瞬态设计压力取值的评估法则，为修订相关的设计规程提供了参考依据。

关键词：炉膛 烟气系统 瞬态 防爆 设计压力 MFT 引风机

0.前言

炉膛及烟风系统防爆设计压力的取值标准，对于火电厂设计中的锅炉技术规范书编制、风机选型及烟风系统的设计标准都有直接影响，而这些问题在国内外防爆规范中的规定及表述上均存在着差异或疑点，由此引起使用者不同的理解。随着脱硝、脱硫装置的普遍使用并对锅炉尾部烟道阻力及引风机配置方式产生愈来愈密切的影响，在这种情况下如何全面、确切、完整地理解国内外防爆规范中有关锅炉炉膛防爆设计压力（特别是炉膛防内爆设计负压）的取值标准及与送、引风机选型点能力的关系，明确脱硫、脱硝后烟气系统瞬态设计负压是否必须增大等，往往成为锅炉和电厂设计中一个需要专门研究澄清的课题。 1.现行防爆规范执行中出现的问题

1.1现行防爆规范中对炉膛瞬态防爆设计压力取值标准的几种表述

（1）电力行业标准DL/T 5121-2000《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规1炉膛瞬态设计压力±PF·mft按送、引风机在环境温度程》［1］中有如下规定：○下的选型点（T.B点）能力取用，一般取用±8.7kPa，但不必要求更高于此值；2如果由于锅炉尾部烟气净化设备阻力增大等因素，○使得引风机在环境温度下的T.B点能力显著高于-8.7kPa时，则炉膛瞬态设计负压须考虑相应的增大。

（2）电力行业标准DL/T 435-2004《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》［2］中1炉膛设计瞬态压力不应低于±8.7kPa；2无论由于什么原因使引风机的要求为○○

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选型点的能力超过-8.7kPa时，炉膛设计瞬态负压都应考虑予以增加。

（3）国际标准NFPA85。在按引进技术制造的锅炉中均执行NFPA85规定，实际上国内上述两种规范中的规定也来源于NFPA85，只是由于理解不同等原因出现了差异。NFPA85中规定条款的内容随标准的逐年升版而有一定变化，见本文2.1/2.2所述。

1.2现行防爆规范执行中出现的问题

根据上述规范，设计院在编制锅炉和除尘器的技术规范书及烟风系统设计中，对煤粉锅炉炉膛、除尘器及与炉膛相通部分烟风道的瞬态设计压力多取为不低于±8.7kPa。近几年来，随着环保标准的日益严格，锅炉机组普遍配置了烟气脱硫装置，并设计或预留了烟气脱硝装置，使得烟气系统的阻力明显上升，有些新设计的工程，已将炉膛、脱硝装置（SCR）和除尘器的瞬态设计负压-PF·mfe提高到了-9.8kPa甚至更高。然而防爆设计压力取值愈高，意味着炉膛、除尘器及烟风道钢材耗量愈多，过高的防爆设计压力还增加了锅炉及除尘器结构的设计难度，有些锅炉厂已经明确表示难以接受将炉膛防爆设计压力提高到-9.8kPa以上这一要求。另一方面，关于炉膛瞬态设计压力与送引风机选型点能力间的关系，关于锅炉尾部烟道阻力增大到什么程度才需要将炉膛及除尘器瞬态设计负压提高到-8.7kPa以上等问题，在上述两个国内行业标准中的表述并不完全相同，且与它们所依据的国际标准NFPA85［3］～[6]之间更是存在有相当大的差异。尤其在炉膛瞬态设计负压取值问题上，NFPA85中明确提示，当引风机选型点（T.B点）能力大于-8.7kPa，例如为-9.9kPa时，炉膛瞬态设计负压仍可按-8.7kPa取用，这与国内行业标准DL/T 435的规定截然不同，但另一方面NFPA85又列有当锅炉尾部烟道阻力过大使引风机选型点能力超过了-8.7kPa时，应采取措施增加设计负压这一内容的条款，似乎存在着语焉不详、难以操作的问题。鉴于国内行业标准DL/T 435及DL/T 5121中的内容主要来源于NFPA85，首先要从解读NFPA85中有关规定的角度，对这些问题进行探讨。 2 对NFPA85规范中相关规定的解读

2.1 NFPA8502《多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆标准》1995年版本［3］中相关内容简解

2.1.1 关于炉膛瞬态设计压力PF·mft

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行业规范DL/T 435及DL/T 5121中关于炉膛瞬态设计压力的取值标准均参照了NFPA8502-1995版本，而后者对于炉膛瞬态设计压力的取值实际上有一套比较完整的规定。

2.1.1.1 对煤粉炉炉膛瞬态设计压力的标准值PF·mft取为±8.7kPa，而且不必要取得更大；

2.1.1.2 PF·mft的取值与送、引风机在环境温度下的选型点能力PTB·a相联系：

a. 若环境温度下送风机的选型点（T.B点）能力高于+8.7kPa，例如为+9.9kPa，则炉膛瞬态设计压力+PF·mft取值标准仍为+8.7kPa；

b. 若环境温度下送风机的选型点（T.B点）能力PTB·a低于+8.7kPa，例如为+6.2kPa，则炉膛瞬态设计压力+PF·mft取值标准的下限可降为+6.2kPa；

c. 若环境温度下引风机的选型点（T.B点）能力低于-8.7kPa，例如为-6.72kPa（或-3.7kPa），则炉膛瞬态设计负压-PF·mft的取值下限可降为-6.72kPa(或-3.7kPa)。

d. 若环境温度下引风机的选型点（T.B点）能力超过-8.7kPa，例如为-9.9kPa，则炉膛瞬态设计负压-PF·mft的取值标准仍为-8.7kPa（该条款列于本版标准的附录中，作为提示性说明）。

2.1.1.3 炉膛瞬态设计负压-Pmft的取值还与锅炉尾部烟道下游阻力水平有关。若在空气预热器以后的烟气流程中由于阻力过大或其它原因（例如引风机的裕量过大），使引风机选型点的能力超过-8.7kPa时，则应采取措施增加设计负压。 2.1.1.4在“炉膛内爆保护”一节中又指出：没有一个（运行）导则可以保证消除炉膛内爆，NFPA85规范提供了对炉膛设备强度加固和在操作程序、控制系统及联锁系统的限制和可靠性要求之间的平衡，以求得使炉膛发生内爆的风险达到最小。如果假定的最坏条件同时发生（如：高压头引风机、输送冷空气、送风机流量切断、在引风机运行工况下控制挡板开启），是很难通过对炉膛结构的合理设计来达到对炉膛保护要求的。

2.1.2 当引风机抽吸能力超过炉膛结构设计能力时，为减少炉膛内爆危险性，可考虑采取下列一种或两种解决方法：

a. 核算炉膛和烟道系统的结构使之能承受引风机工作于环境温度时的最大压头，此时结构的许用应力按风荷载及地震荷载条件选用（参照美国钢结构学会

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