锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究
目 录
1. 概述 .............................................................................................. 1 2. 锅炉炉膛防爆压力和烟道设计压力选取现状分析 ................. 1 3. 烟气系统设计压力的影响因素 ................................................. 6 4. 锅炉炉膛防内爆设计压力研究 ............................................... 20 5. 烟道设计压力研究 .................................................................... 26 6. 结论 ............................................................................................ 30
锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告
1. 概述
随着我国国民经济的快速发展，国家环保政策日益严格，环保标准不断提高，新建火电机组对减少烟气污染物的排放愈来愈重视，大力加强了治理的力度。近年来，愈来愈多的新建机组同步建设脱硝、脱硫装置，部分机组为达到粉尘排放要求采用了布袋除尘器或电袋除尘器，这些措施使得锅炉烟气系统配置的变化增加，烟道阻力有所增加，引风机压头有所提高。
锅炉炉膛防爆压力（炉膛设计瞬态压力）的选择与引风机的压头有一定关系，国内外的相关规程规定存在一定的矛盾，近年来随着烟气系统总阻力的增加，各工程在锅炉炉膛设计瞬态压力的选择上不尽统一，且有不断升高的现象；烟气系统设备（脱硝装置、空气预热器、除尘器等）的设计压力，国内现行规程规定中没有明确的规定；而烟道设计压力与炉膛设计压力和引风机压头有关，当炉膛设计瞬态压力与引风机TB压头不一致时，国内现行规程已不能完全适用，烟道设计压力需考虑各种工况合理选取，目前也存在各设计单位对烟道设计压力取值不统一的问题。
因此，认真研究炉膛承压能力取值以及烟气系统设计压力，对规范设计、合理控制工程造价有着重要的意义。
根据目前锅炉机组的应用情况，本项目仅针对大容量煤粉炉的锅炉炉膛防内爆压力及烟气系统设计压力进行研究。
2. 锅炉炉膛防爆压力和烟道设计压力选取现状分析 2.1锅炉炉膛防爆压力选取现状分析
国内现行的锅炉炉膛防爆压力选取的相关规程有：
? 《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T5121-2000），以下简称《烟
规》。
? 《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》（DL/T435-2004），以下简称《炉膛防爆规程》。 上述规程均参考了美国NFPA8502《多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆标准》。原电力工业部热工自动化标准化技术委员会曾出版NFPA8502《多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆标准》1995年版，2001年NFPA85《Boiler and Combustion Systems》对原NFPA8501-8506进行了整合编辑，经2004年、2007年修订，目前最新版本为NFPA85《Boiler and Combustion Systems》（2007年版），以下简称NFPA85-2007。
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2.1.1 国内现行技术规程的相关内容
1) 按《烟规》9.5.7条说明，引进型锅炉炉膛防爆设计压力按NFPA8502《多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆规程》规定应满足下列要求：
a) 瞬态正压按环境温度下送风机试验台风压确定，但不必要求超过+8.7kPa（通常取+8.7kPa）；
b) 瞬态负压按环境温度下吸风机试验台风压确定，但不必要求更低于-8.7kPa（通常取-8.7kPa）；
c) 当锅炉尾部采用的烟气净化设备阻力较大，环境温度下吸风机试验台风压低于-8.7kPa时（如-10kPa），必须考虑增大的设计负压。 2) 按《炉膛防爆规程》3.2.1条炉膛结构设计说明：
a) 炉膛结构应能承受非正常情况所出现的瞬态压力。在此压力下，炉膛不应由于任何支撑部件发生弯曲或屈服而导致永久变形。
b) 炉膛设计瞬态压力不应低于±8.7kPa，有关说明见附录B。
c) 无论由于什么原因使引风机选型点的能力超过-8.7kPa时，炉膛设计瞬态负压都应考虑予以增加。 2.1.2 NFPA85-2007相关内容
NFPA85-2007关于炉膛设计瞬态负压取值的规定如下：
当炉膛压力控制系统依照6.5.2时，炉膛设计瞬态负压取值为-8.7kPa，不必要求高于此值。当环境温度下引风机TB点能力低于-8.7kPa，例如-6.72kPa，炉膛设计瞬态负压可按环境温度下引风机TB点能力选取，不必高于此值。
其附录中对此给予了说明：由于空预器下游风压损失较大或其它原因（如风机试验台裕度过大）而导致引风机压头增加，当引风机试验台能力高于－8.7kPa较多时，应考虑增加设计负压。例如环境温度下引风机TB点能力为-3.7kPa，最小的设计瞬态负压为-3.7kPa；环境温度下引风机TB点能力为-9.9kPa，最小的设计瞬态负压为-8.7kPa。 2.1.3 锅炉炉膛防爆压力选取现状
我国上世纪80年代至90年代间，大多数工程中尚未考虑烟气脱硫系统和脱硝系统的设置，炉膛防爆压力一般均按不低于±8.7kPa选取，也有一些进口机组按环境温度下引风机TB点压头选取，低于±8.7kPa。在电力工业部1996年出版的内部资料《进口大容量电站锅炉及附属设备技术谈判指南》中也提出：炉膛结构部件（包括刚性梁、炉顶密封装置、水冷壁与灰斗的联接部分等）进行外爆内爆强度计算时，炉膛的设计
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承压能力一般按大于5800Pa考虑，瞬间承受能力应不低于±8700Pa。
随着烟气脱硫系统在火电机组上的应用，烟气系统总阻力有所增加，并对炉膛设计瞬态压力的选取进行了一些探讨。
在我国环保要求新建工程预留脱硫空间后，在当时亚临界工程的招标过程中，一些工程考虑了安装烟气脱硫装置后烟气系统总阻力的增加，锅炉厂核算后认为适当减小刚性梁的间距，将炉膛防爆压力设计提高至±9.98kPa是可行的，之后很多工程在锅炉机组招标时要求炉膛设计瞬态压力为±9.98kPa（或±9.9kPa、±9.8kPa），也有部分工程仍采用±8.7kPa。
2000年后颁布的《烟规》和《炉膛防爆规程》中也相应提出了“当锅炉尾部采用的烟气净化设备阻力较大，环境温度下吸风机试验台风压低于-8.7kPa时（如-10kPa），必须考虑增大的设计负压。”及“无论由于什么原因使引风机选型点的能力超过-8.7kPa时，炉膛设计瞬态负压都应考虑予以增加。”的条款。
从NFPA标准和国内现行规程来看，炉膛防爆压力未要求考虑引风机与脱硫增压风机负压叠加的工况。但当采用引风机与脱硫增压风机合并设置，或采用设置脱硝装置并选用布袋除尘器等系统配置时，则引风机环境温度下的TB点压头有可能高于8.7kPa。
从上文中可以看出，当引风机环境温度下的TB点压头高于8.7kPa时，国内外现行的规程对炉膛设计瞬态压力的选取有一些不同，NFPA85-2007规定的锅炉炉膛最小设计瞬态负压为-8.7kPa，当引风机试验台能力高于-8.7kPa较多时，可考虑增加设计负压；而国内现行规程则要求按引风机试验台能力选取。
对于炉膛设计压力的概念，是将炉膛防内爆设计瞬态压力除以一个安全系数换算得到的，此安全系数为材料按屈服极限确定基本许用应力时的安全系数。在《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T5121-2000）中分为引进型和传统型，对于引进型锅炉安全系数取1.67，传统型锅炉取1.5。在《进口大容量电站锅炉及附属设备技术谈判指南》中规定炉膛的设计承压能力一般按大于5800Pa考虑，瞬间承受能力应不低于±8700Pa，取用了1.5的安全系数。美国NFPA的标准中仅对炉膛设计瞬态压力给予规定，并没有规定安全系数的取值。
随着烟气系统配置的多样化以及对国内外标准的不同解读，目前工程中对炉膛防爆压力的选取不尽统一，部分大型机组的锅炉炉膛设计压力和设计瞬态压力的选取见表2.1。
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表2.1 部分机组锅炉炉膛设计压力的选取
电厂名称容量 盘山电厂2×600MW 禹州电厂2×350MW 阳城电厂6×350MW 西柏坡电厂2×300MW 托克托二期2×600MW 宣化电厂2×300MW 托克托三期2×600MW 大同三期2×660MW 黄骅一期2×600MW 炉型及制造厂 四角燃烧，哈锅 四角燃烧，哈锅 W火焰炉，美F.W 对冲燃烧，北京B.W 对冲燃烧，北京B.W 对冲燃烧，北京B.W 对冲燃烧，东锅 对冲燃烧，东锅 四角燃烧，上锅 炉膛设计/ 瞬态防爆压力（Pa） ±5220 / ±8718 ns＝1.67 ±5200 / ±8700 ns＝1.67 ±3894 /±6320 ns＝1.6 ±4000 / ±6000 ns＝1.5 ±5930/ ±8890 ns＝1.5 ±5980/±9980 ns＝1.67 ±5800/±8700 ns＝1.5 ±5980/±9980 ns＝1.67 ±5980/±9980 ns＝1.67 炉膛设计瞬态压力的提高，一方面提高了锅炉设备的造价，另一方面也受炉膛结构设计的限制。对于大容量高参数机组，炉膛截面较大而水冷壁管径较细，这个问题更加严重，在设计配合中各锅炉厂均表示对于大机组炉膛设计瞬态压力±9.98kPa已基本上达到炉膛结构设计的极限，且国外锅炉在增加脱硫系统和脱硝系统后，炉膛设计瞬态压力并没有增加。
参数越高的锅炉，提高炉膛设计压力在结构上实现的难度更大。根据某锅炉厂提供的参考资料，600MW机组亚临界锅炉的水冷壁管直径为60mm，而超临界锅炉只有38.1mm，超超临界仅有28.6mm。表2.2是某锅炉厂对600MW亚临界及超临界锅炉本体在炉膛设计瞬态压力为±8700Pa和±9800Pa时炉膛本体刚性梁重量及最大间距比较。
表2.2 600MW机组不同炉膛瞬时压力时锅炉刚性梁重量及最大间距对比表
炉膛瞬时压力为±8.7kPa 工程名称 刚性梁重量(吨) 某600MW亚临界锅炉 626 前水冷壁刚性梁最大允许间距(mm) 3393 炉膛瞬时压力为±9.8 kPa 刚性梁重量(吨) 750 前水冷壁刚性梁最大允许间距(mm) 3200 某600MW超临界锅炉 1021 2305 1200 2170 注：以上数据均为哈锅的估算值，刚性梁重量仅针对锅炉本体，不含风道、烟道及预热器壳体。
对于超超临界锅炉的刚性梁间距更小，如防爆压力再行增加，炉膛结构将难以实现。
综上所述，对炉膛设计瞬态压力应进行深入的分析，合理选取，不宜一味增加炉
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膛设计瞬态压力的取值。 2.2 烟道设计压力选取现状分析 2.2.1 《烟规》烟道介质设计压力
按《烟规》附录D烟风道介质设计压力表规定：
空气预热器出口至除尘器入口烟道：设计压力采用1.1倍的炉膛设计负压值。 除尘器出口至引风机入口烟道：设计压力采用1.2倍的炉膛设计负压值。 引风机出口至水平总烟道入口烟道：设计压力采用+2kPa。
水平总烟道：对锥型筒烟囱，水平总烟道设计压力采用-2kPa，对直型筒烟囱，水平总烟道设计压力采用+2kPa。
目前的工程设计中大多遵循《烟规》的上述规定。但随着同步建设脱硝、脱硫装置或安装布袋除尘器等因素，使引风机的压头增大，脱硫系统又有是否设GGH、是否设脱硫旁路、脱硫增压风机是否与引风机合并等多种不同设计，某些工况已超出了现行《烟规》编制所考虑的范围，尤其是高压头引风机的烟道设计压力、脱硫烟道设计压力更加值得探讨和研究。
2.2.2 脱硫装置相关的烟道设计压力现状分析
对于脱硫烟道的设计压力，目前国内尚没有统一的规定。
脱硫系统招标目前较多采用脱硫岛整岛总承包形式，也有工程由总承包商负责整个脱硫岛性能保证，负责整个脱硫岛的基本设计、核心部分详细设计及关键设备和部件供货，其余详细设计由主体设计院完成。各脱硫总承包商由于引进技术不同，脱硫岛各部分烟道的设计压力取值也有所差异，且总承包商本身在不同工程中投标的数据也不完全一样，以下举例为部分投标商在某些工程中投标数据：
投标总承包商 龙源 荏原 川崎 苏源环保 山东三融 天地环保 博奇 GGH前原烟道 （KPa） －4，＋6 －2，＋4 －4，＋4 －5，＋5 －4，＋5 －4，＋6 －4，＋4 GGH后原烟道 （KPa） －4，＋6 －2，＋4 ＋3.6 －5，＋5 －4，＋3 －4，＋6 －4，＋4 GGH前净烟道 （KPa） －4，＋6 －2，＋4 ＋2.5 －5，＋5 －4，＋3 －4，＋6 －4，＋4 GGH后净烟道 （KPa） －4，＋6 －2，＋4 ＋1.3 －5，＋5 －4，＋1 －4，＋6 －4，＋4 1 2 3 4 5 6 7 5
锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告 8 大唐环境 －2，＋4 －2，＋4 －2，＋4 －2，＋4 咨询部分脱硫设计厂家，他们对国外技术支持方的烟道设计压力标准的确定也了解不足，甚至有的脱硫设计厂家考虑烟道的加固肋量太大，钢材耗量太多，而修改国外标准，降低烟道设计压力。针对这种情况，应对脱硫系统烟道设计压力的选取要求进行规范，根据脱硫系统的不同配置合理选取烟道设计压力。
与脱硫系统相关的引风机出口至水平总烟道入口烟道及水平总烟道设计压力原按《烟规》标准取+2kPa及±2kPa。当采用脱硫系统时，需对这部分烟道的设计压力和保护控制予以研究。
2.3 脱硝装置、静电除尘器设计压力选取现状分析
脱硝装置是随着环保标准的提高近些年开始建设或工程中预留。早期的脱硝装置招标文件并未对其设计压力进行要求，而是由脱硝投标商自行设计，某工程烟道系统及反应器的设计压力为+2.05kPa、-6.8kPa，还有工程采用±6.9kPa、±6.38kPa。
除尘器本体的设计压力按1995年施行的电力规划设计总院批准的《火力发电厂电除尘器规范书》（DG-CC-95-40）附件一“电除尘器选型导则”中相关规定，取炉膛承压能力（一般不低于±4 kPa）的150%，实际是指传统型锅炉，而对应引进型煤粉炉（炉膛设计压力一般不低于±5.2 kPa），材料按屈服极限确定基本许用应力时的安全系数为1.67，则除尘器的设计压力应为炉膛防爆压力，即±8.7kPa，或增大至±9.98kPa（或±9.9kPa、±9.8kPa）。但目前工程实际应用中，除尘器技术协议中的设计压力不尽相同，有些工程采用±8.7kPa或±9.98kPa的炉膛防爆压力，有些工程按烟道设计压力的选取原则来选取。
建议烟气系统设计压力研究中涵盖设备设计压力的选取。 3. 烟气系统设计压力的影响因素 3.1烟气系统阻力构成
典型的火电厂烟气系统流程图见3.1-3.2。
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图3.1脱硫系统带旁路的烟气流程
图3.2脱硫系统不带旁路的烟气流程
除脱硫系统和脱硝系统的阻力外，锅炉烟气系统阻力还包括锅炉尾部烟道、空预器、除尘器前烟道、除尘器、除尘器后烟道的阻力。表3.1统计了部分600MW-1000MW机组在未考虑脱硫和脱硝时的烟气系统阻力。
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表3.1 未考虑脱硫和脱硝时的烟气系统阻力(BMCR工况)
机组类型 锅炉制造厂 排烟温度 锅炉尾部烟道阻力（含自生通风）Pa 空预器阻力Pa 空预器至除尘器的烟道阻力Pa 除尘器阻力 除尘器至引风机的烟道阻力Pa 引风机后烟道及烟囱阻力Pa 烟囱自生通风Pa 引风机进口压力Pa BMCR工况系统计算阻力（修正后）Pa TB点压头Pa 折算到环境温度下的TB压头Pa 工程1 工程2 工程3 工程4 工程5 工程6 工程7 工程8 亚临界 亚临界 亚临界 亚临界 超临界 超临界 超临界 超超临界 600MW 巴威 114.2 1575 1145 345.7 294.3 290.7 597.9 582.9 600MW 东锅 115.6 1000 1055 381.8 294.3 269.1 600MW 上锅 131 1642 1030 416.4 196.2 368.3 600MW 哈锅 137.5 1682 1245 532.7 294.3 333.8 660MW 东锅 122 1480 1050 391.6 294.3 366.2 600MW 哈锅 116.6 1540 1200 215.1 200 288.2 660MW 1000MW 上锅 125 1724.8 1150.4 380.1 264.9 422.9 上锅 124.2 2260 1100 306.3 300 357.9 1343 715 689.2 1108.7 939.8 496.3 589.3 717.3 889.3 1094.1 908.6 526.9 588.7 466.1 3758.2 3082.8 3759.8 4228.4 3988.8 3624.6 4154.6 4324.2 3773.2 3275.7 4279.2 4450.9 4351.2 4182.5 4597.1 5090.6 5032 6822 4368 5942 5701 8055 5955 8587 5780 7989 5212 7197 6158 8554 6888.7 9573.6 3.2 烟气系统设计压力考虑因素
烟气系统设计压力需考虑的因素在《烟规》6.1.4款已明确，“烟风系统的介质设计压力按最大运行压力、锅炉总燃料跳闸（MFT）时烟风道介质压力、最低介质设计压力确定。”
《烟规》9.5.6条中还规定，“从送风机出口至烟囱之间的烟风系统，凡与炉膛相连通的烟风道必须考虑炉膛爆炸压力的影响。”烟道设计压力取值在《烟规》附录D中明确：空预器出口至除尘器入口的烟道为1.1(-)Pfds，除尘器出口至引风机入口的烟道为1.2(-)Pfds，其中Pfds为锅炉MFT时炉膛瞬态压力下对应的炉膛设计压力。
烟气系统运行压力见图3.3、图3.4。
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图3.3 烟气系统（带脱硫旁路）运行压力
图3.4 烟气系统（不带脱硫旁路）运行压力
从图3.3和图3.4中可以看出，烟气系统中的运行压力变化趋势。
锅炉MFT导致烟气温度和压力急剧降低，将引起使炉膛负压（绝对值）大幅增加。考虑烟道阻力因素，烟道负压（绝对值）将高于炉膛负压，因此，锅炉MFT时烟道介质设计压力应高于炉膛设计压力，其数值应与烟道的阻力有关。在北疆电厂的设计配合过程中，就此向上海锅炉厂进行咨询，上海锅炉厂表示按照ALSTOM的标准，烟道设计压力取决于烟道介质最大运行压力、锅炉MFT时烟道负压以及烟道设计压力的最低标准，这个原则与《烟规》是一致的，烟道设计压力的最低标准同样是±8″w.g.(2kPa)。按ALSTOM的标准，锅炉MFT时烟道设计负压与炉膛设计负压的关系为：
NPDES=NPFURN.DES.-0.15PGAS
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式中：NPDES为锅炉MFT时烟道设计负压；
NPFURN.DES.为锅炉MFT时炉膛设计负压； PGAS为炉膛与烟道间的压降。
向哈尔滨锅炉厂咨询烟道设计压力事宜，锅炉厂在查阅资料后说明，引进型600MW亚临界机组锅炉尾部烟道的设计负压确实低于炉膛设计负压，但并未提供两者的相互关系。从图3.5可以看出某电厂锅炉发生MFT时炉膛负压随时间的变化。
图3.5 某电厂锅炉MFT时炉膛负压变化
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为比较各工程烟道介质最大运行压力、上锅提供的ALSTOM标准锅炉MFT时烟道设计负压，以及按《烟规》选取的烟道设计压力，计算表3.1中各工程的烟道及设备的三项压力值，汇总于表3.2。
烟道介质最大运行压力的选取，目前尚无明确的规程规定。从烟气系统分析可以看出，其取值与烟气系统的配置有关，例如采用的风机形式、脱硫系统是否设置旁路烟道等均对烟道介质的最大运行压力有影响。
对于常规工程（静电除尘器、引风机与增压风机分别设置），由于运行中炉膛负压的波动以及空预器等设备阻力有可能增加，进而会引起引风机前烟道负压增加，因此烟道介质最大运行压力的选取建议按BMCR工况运行压力×引风机压头选型裕量来考虑。
烟气系统的设备，例如空气预热器、除尘器等的设计压力，按设备出口压力选取。 表3.2 常规工程（未设置脱硝装置、除尘器为静电除尘器）的烟道设计压力
工程1 项目 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程2 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程3 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程4 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程5 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程6 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器
单位 烟道介质最大运行压力 Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa 3770.7 4231.7 4624.2 5011.8 2850.4 3359.5 3751.9 4110.8 3702.0 4256.7 4518.1 5008.7 4104.5 4817.2 5211.0 5657.6 3914.4 4436.3 4828.6 5316.7 3706.0 3974.0 4223.3 ALSTOM标准下锅炉5618.0 5669.9 5714.0 5757.6 5518.3 5575.5 5619.7 5660.0 5610.8 5673.3 5702.7 5757.9 5649.1 5729.0 5773.1 5823.2 5589.5 5648.2 5692.4 5747.3 5621.0 5653.3 5683.3 按《烟规》选取 5731 6252 5731 6252 5731 6252 5731 6252 5731 6252 5731
MFT时烟道设计负压 烟道设计压力 11
锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告 项目 引风机进口烟道 工程7 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程8 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 单位 烟道介质最大运行压力 Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa 4582.4 4134.6 4643.8 4998.6 5565.1 4478.0 4886.2 5286.0 ALSTOM标准下锅炉5726.5 5641.3 5698.3 5738.0 5801.5 5714.0 5759.9 5804.9 按《烟规》选取6252 5731 6252 5731 MFT时烟道设计负压 烟道设计压力 5851.6 5858.6 引风机进口烟道 Pa 6252 说明：炉膛设计瞬态负压均按8700Pa，安全系数取1.67考虑，炉膛设计负压5210Pa。 当未考虑设置脱硝装置时，烟道设计压力从表3.2可以看出：
? 《烟规》中烟道介质设计压力取值方法是简化取值方法，既考虑了烟道介质最
大运行压力，又考虑了锅炉MFT时的设计负压，对于常规工程是安全的。 ? 按ALSTOM锅炉MFT设计负压的计算标准，常规工程烟道设计负压基本上取决
于锅炉MFT时的设计负压。
3.3 设置脱硝装置对烟气系统设计压力的影响
当锅炉空预器前设置烟气脱硝系统时，锅炉尾部烟气系统的阻力有所增加，在表3.2的基础上考虑设置脱硝系统后阻力的增加。各工程烟道设计压力见表3.3，一般考虑SCR装置备用层投入后，BMCR工况下脱硝装置的阻力在800-1000Pa左右，表3.3中脱硝装置阻力取为1000Pa。
表3.3 设置脱硝装置的烟道设计压力
工程1 项目 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程2 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程3 脱硝装置 空气预热器
单位 烟道介质最大运行压力 Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa 3543.8 5104.3 5565.3 5957.7 6345.4 2743.6 4183.8 4693.0 5085.4 5444.2 3630.0 5034.2 ALSTOM标准下锅炉5596.3 5768.0 5819.9 5864.0 5907.6 5510.0 5668.3 5725.5 5769.7 5810.0 5606.3 5760.8 按《烟规》选取 5731 6252 5731 6252
MFT时烟道设计负压 烟道设计压力 12
锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告 项目 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程4 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程5 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程6 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程7 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程8 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 单位 烟道介质最大运行压力 Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa 5588.9 5850.3 6340.9 3738.5 5442.5 6155.2 6549.0 6995.6 3806.2 5247.3 5769.2 6161.5 6649.6 3410.4 4952.2 5220.2 5469.5 5828.6 3893.8 5474.1 5983.3 6338.1 6904.6 4359.6 5812.0 6220.2 6620.1 7185.7 ALSTOM标准下锅炉5823.3 5852.7 5907.9 5612.3 5799.1 5879.0 5923.1 5973.2 5582.0 5739.5 5798.2 5842.4 5897.3 5591.0 5771.0 5803.3 5833.3 5876.5 5618.7 5791.3 5848.3 5888.0 5951.5 5699.0 5864.0 5909.9 5954.9 6008.6 按《烟规》选取5731 6252 5731 6252 5731 6252 5731 6252 5731 6252 5731 6252 MFT时烟道设计负压 烟道设计压力 设置脱硝装置增加了锅炉尾部烟道阻力，烟道设计压力从表3.3中可以看出： ? 《烟规》中烟道介质设计压力取值不能完全覆盖所有设置脱硝装置的工程，具
体工程中应予以核算。
? 越靠近锅炉炉膛的烟道和设备，设计负压受锅炉MFT时烟气温度和压力降低的
影响越大，远离炉膛则受到锅炉MFT的影响越小。
? 空预器及其上游的设备和烟道，设计负压取决于锅炉MFT时的设计负压。 ? 空预器下游的设备和烟道，设计负压应对比烟道介质最大运行压力和锅炉MFT
时烟道设计负压，取其大值。
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锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告
3.4风机形式对锅炉炉膛防爆的影响
近年来，国内大型机组引风机大多采用轴流风机，也有部分机组采用离心风机。图3.2～3.5分别为动叶可调轴流风机、静叶可调轴流风机以及离心风机的特性曲线示例以及离心风机和动调风机的对比曲线，从风机特性曲线可以看出，在零流量时离心风机压头较高，轴流风机相对低一些。
图3.2 动叶可调轴流风机的性能曲线示例
图3.3 静叶可调轴流风机的性能曲线示例：
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锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告
图3.4 离心风机的性能曲线示例：
图3.5 带入口导流器的离心风机与动叶可调轴流风机的性能曲线对比
就系统阻力特性而言，当介质流量越大时，炉膛承受的压力相对于引风机入口的吸力衰减越多，流量较小时炉膛承受的压力与引风机入口吸力越接近；从图3.5的特性曲线对比可以看出，轴流风机即使在风机叶片开度较大而烟气通道出现问题时，其失速曲线决定了小流量时压头降低，而离心风机则会在小流量下压头较高。因此，就防止炉膛内爆的角度而言，采用轴流风机较为有利。
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锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告
3.5 高压头引风机对烟气系统设计压力的影响
当工程中采用布袋除尘器、设置SCR脱硝装置、引风机与增压风机合并等方案时，均会引起引风机压头的升高。当引风机压头升高到一定程度时，引风机前烟道的设计压力将取决于介质最大运行压力。
对于高压头引风机的一个值得讨论的问题是，是否需考虑烟道通路关闭的问题。 从本文4.2炉膛压力控制策略中可以看出，保证从送风机入口至烟囱的通风通道畅通是炉膛压力控制策略的重要内容之一，当炉膛压力控制系统符合NFPA炉膛防内爆的有关规定，风机启动、运行、停机的各工况下烟风道通路均应保持，运行中不应出现烟风道通路关闭的情况。
NFPA85-2007也指出：
没有一个标准可以保证消除炉膛内爆，NFPA85-2007标准6.5章提供了设备加固和操作步骤、控制系统以及联锁系统的限制和可靠性间的一种平衡，以使导致炉膛内爆的条件发生的机会最小。
如果假定最坏的条件（即冷空气、高压头的引风机、送风机流量切断、在引风机运行情况下引风控制挡板开启），则即使结构设计合理也无法保护炉膛。
采用NFPA85-2007标准6.5章中的措施，如果引风机压头设计合理，则炉膛损坏可能性很小。如果引风机压头增加太大，应当对引风机的特性做特别的考虑，或特别的烟道设计或特别的仪表或控制系统。
因此，当采用完善的控制系统时，烟道系统设计压力可不考虑烟风道通路关闭的情况。
3.6 锅炉冷态启动方式对烟气系统设计压力的影响
目前国内大型机组引风机启动时均采用关门启动，即启动时风机进口或出口风门短暂关闭，至风机电机到全转速后打开风门。大多数工程采用关闭引风机入口挡板的方式，也有部分工程在DCS设计中采用关闭出口挡板或进出口挡板均关闭的方式。
上述方式均可实现引风机关门启动，从引风机在烟气系统中的布置位置和运行工况来看，相对而言关闭引风机入口挡板的方式较为合理，当引风机与增压风机合并设置时，为防止风机倒转，也不排除引风机进、出口风门均关闭的方式，此时进口风门的开启宜比出口风门略有延时。
因此引风机进出口风门间的风道要考虑风机启动的工况，并注意冷态启动时压头需折算到环境温度下，烟气系统也需考虑其影响。由于此过程时间很短，可当作瞬态
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锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告
工况考虑。通过对风机运行工况的分析，并考虑风机电机容量有限，瞬态核算工况不需按环境温度下风机TB点开度的最大压头考虑，仅考虑冷态启动工况的风机压头，其取值建议按风机最小开度下的零流量压头选取，设计压力＝瞬态压力/ns，ns为屈服极限安全系数。
对于引风机前的烟道，当引风机出口阻力不大时，引风机前烟道介质最大运行压力时已考虑了高压头的因素，基本不需再核算冷态启动工况。当采用引风机与脱硫增压风机合并设置等引风机后烟道系统阻力较大时，对于除尘器至引风机入口的烟道建议将冷态启动工况的风机压头作为瞬态工况予以核算；考虑到对设备的保护等级不宜低于烟道，除尘器建议同样予以核算；由于除尘器内空间较大，有一定的缓冲作用，除尘器前的烟道可不再核算。
当风机采用引风机进、出口风门均关闭的启动方式时，对于引风机后出口关断门前的烟道，由于运行压力一般较低，应将冷态启动工况的风机压头作为瞬态工况予以核算。
3.7 引风机和脱硫增压风机合并设置对烟气系统设计压力的影响
脱硫系统设置GGH时，为避免旁路快速开启时引起炉膛负压的波动过大，建议脱硫系统单独设置增压风机，与锅炉引风机串联使用。为保证GGH或增压风机故障情况下的锅炉安全，烟气通道需注意保持畅通，故建议设置旁路烟道，此时旁路烟道仅做为事故备用措施，其烟气流速取值可提高。
当脱硫系统不设GGH时，可以采用引风机和脱硫增压风机合并设置。如上文所述，此时，应核算风机冷态启动工况的瞬态压力，另外由于引风机出口压头还需克服脱硫系统的阻力，风机出口运行压力将有所提高，风机出口烟道设计压力将相应提高。
引风机入口烟道的设计压力将分设置脱硫旁路或不设脱硫旁路两种情况，在下节讨论。
3.8 脱硫旁路设置对烟气系统设计压力的影响
设置脱硫旁路时，引风机出口烟气系统相对复杂，对于每炉1塔的脱硫系统而言，脱硫旁路烟道、脱硫装置进出口烟道均为单路，需对脱硫系统烟气通路的控制和保护给予充分的重视，并采取必要措施保证烟气系统畅通。脱硫系统烟气通路的建立和保持也应成为炉膛压力保护策略中的一部分。
当引风机与增压风机合并且脱硫系统设置旁路烟道时，在切除脱硫系统时引风机出口的系统阻力将降低，由于这种工况运行时风机压头裕量较大，引风机入口烟道介
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锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告
质可能出现的最大运行压力将提高。例如，在炉膛压力保护定值允许的条件下，空气预热器等烟气系统阻力加大的情况下，锅炉仍保持运行，此时烟道介质的最大运行压力有可能高于BMCR工况运行压力×引风机压头选型裕量。因此建议烟道介质最大运行压力按BMCR工况运行压力×引风机压头选型裕量+N，其中N取锅炉MFT负压保护定值与切投脱硫系统的最大运行阻力差之间的较小值。切投脱硫系统的最大运行阻力差＝（脱硫系统BMCR工况运行阻力-脱硫旁路BMCR工况运行阻力）×引风机压头选型裕量。
表3.4为各工程引风机采用引风机和脱硫增压风机合并设置、同时考虑克服脱硝系统阻力（简称“三合一”风机）并设置脱硫旁路的烟道设计压力，烟道介质最大运行压力增加了炉膛压力MFT保护值和脱硫系统运行阻力的较小值，为便于比较，本文均按2000Pa考虑。
表3.4 “三合一”风机设脱硫旁路的烟道设计压力
工程1 项目 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程2 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程3 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程4 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程5 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器
单位 烟道介质最大运行压力 ALSTOM标准下锅炉MFT时烟道设计负压 Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa 18
5543.8 7104.3 7565.3 7957.7 8345.4 4743.6 6183.8 6693.0 7085.4 7444.2 5630.0 7034.2 7588.9 7850.3 8340.9 5738.5 7442.5 8155.2 8549.0 8995.6 5806.2 7247.3 7769.2 8161.5 5596.3 5768.0 5819.9 5864.0 5907.6 5510.0 5668.3 5725.5 5769.7 5810.0 5606.3 5760.8 5823.3 5852.7 5907.9 5612.3 5799.1 5879.0 5923.1 5973.2 5582.0 5739.5 5798.2 5842.4
锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告 项目 引风机进口烟道 工程6 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程7 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 工程8 脱硝装置 空气预热器 除尘器进口烟道 除尘器 引风机进口烟道 单位 烟道介质最大运行压力 ALSTOM标准下锅炉MFT时烟道设计负压 Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa Pa 8649.6 5893.8 6952.2 7220.2 7469.5 7828.6 5410.4 7474.1 7983.3 8338.1 8904.6 6359.6 7812.0 8220.2 8620.1 9185.7 5897.3 5591.0 5771.0 5803.3 5833.3 5876.5 5618.7 5791.3 5848.3 5888.0 5951.5 5699.0 5864.0 5909.9 5954.9 6008.6 对于“三合一”风机且设有脱硫旁路的系统，从表3.4中可以看出： ? 扣除脱硫装置的阻力，脱硝装置入口的运行压力将低于锅炉MFT时烟道设计负
压，因此，脱硝装置上游的烟气系统设计压力取决于锅炉MFT时烟道设计负压。脱硝装置及下游的烟气系统需核算确定。
? 切除脱硫系统运行时，由于引风机压头裕量过大，将引起运行中烟道介质可能
出现的最大压力升高，烟道设计压力需相应提高；而且还易引起炉膛压力波动加大，建议与制造厂配合，采取有针对性的炉膛保护措施防止内爆发生。 ? 采用“三合一”风机系统时，脱硫旁路烟道的流速可适当提高，减少切投旁路
的阻力差。
不设脱硫旁路的系统，一般采用引风机与增压风机合并设置的方案，机组正常运行工况引风机出口的系统阻力（含脱硫系统阻力）始终存在，锅炉运行工况下炉膛至引风机入口的烟道介质最大运行压力与增压风机单独设置时相差不大，仅需进一步核算除尘器及至引风机烟道的冷态启动工况，当采用轴流引风机时影响很小。引风机出口风门后烟道减少了事故点，烟道介质最大运行压力不需考虑风门关闭的情况。系统保护和控制相对简单。
综上所述，从炉膛防内爆的角度，不设脱硫旁路是有利的。当引风机与增压风机合并设置、设有脱硫旁路时，可适当提高脱硫旁路烟气流速，减少切投旁路的阻力差。
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锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告
4. 锅炉炉膛防内爆设计压力研究
从上文中可以看出，当引风机选型点的能力超过-8700Pa（绝对值）时，一味提高锅炉防爆压力不尽合理，应该合理选择引风机形式，采用相适应的炉膛压力控制系统，最终选取合理的防爆压力。 4.1炉膛压力控制策略
美国NFPA85-2007中不仅强调足够的结构强度，还强调正确的操作和维修顺序、燃烧和送风控制设备和安全连锁、报警、跳闸对锅炉安全运行必不可少的其他控制设备的重要性。
《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》（DL/T435-2004）和《火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统技术规程》（DL/T1091-2008）等炉膛压力控制策略均与NFPA85-2007的要求一致，制定了防止炉膛内爆的保护，包括相关连锁动作和操作顺序的要求。 4.1.1 防内爆保护系统
炉膛压力控制系统（内爆保护）的系统要求见图4.1。
图4.1 炉膛压力控制系统要求
(D） 前馈指令信号 (A） 炉膛压力控制系统 (B） 三台炉膛压力变送器组件 (F） 自动/手动切换站 总燃料跳闸信号 (G） 由总燃料跳闸触动的前馈动作 (C） 变送器监控系统 (E） 炉膛负压偏差大时，风机超驰动作或直接闭锁 (H） 炉膛负压控制元件签 20
锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究 专题报告
其中：
(A)炉膛压力控制子系统需控制风压调节设备的位置，以保持炉膛压力在要求的定值点上；
(B)、(C)压力变送器及监控系统，使机组在炉膛压力测量有故障的情况下安全运行； (D)前馈指令信号，代表锅炉需要风量的指令信号，尽量减小炉膛压力调节的波动； (F)自动/手动切换站后，总燃料跳闸信号，触动前馈动作(G)，尽量减小压力波动； (E)炉膛负压偏差大时，控制系统实现风机超驰动作或直接闭锁，即引风机的控制装置向减少偏差的方向返回或对所有能引起炉膛负压偏差增大的相关终端控制元件进行方向闭锁，禁止其向可能会增加偏差的方向移动。
(H)负压调节控制部件，指炉膛压力控制执行元件，如风机入口挡板的调节装置、风机转速的调节装置、轴流风机叶片节距的调节装置等。
另外，使用轴流风机时，需避免风机在喘振状态下运行，以避免空气或烟气不可控的变化。
4.1.2 风机启停顺序控制的要求
风机启停顺序控制要求在所有运行工况下，确保从送风机入口到烟道有一个通畅的气流通道。最小空气通道断面积须不小于风机运行时，吹扫空气流量要求所需的面积。例如：
? 在引风机启动前，从送风机入口一直到引风机入口的整个通道内，所有风量调
节挡板及关断挡板均应开启，还需打开足够的隔离挡板、风箱挡板、调节器以及其他控制挡板，以确保气流通道畅通。
? 当配有多台送、引风机时，停运风机的所有流量控制装置和关断挡板均应打开，
直到第一台引、送风机投入运行去保持炉膛压力条件以及通畅的流量通道后，才可关闭停运的送、引风机的控制装置和关断挡板。
? 启动时，先起动引风机，后起动送风机。停运风机的操作顺序与启动操作顺序
相反。
? 启、停风机时所用的方法以及有关控制设备的操作，都应尽量减少炉膛压力和
风量的波动。一旦情况允许，应尽快投入炉膛压力控制系统，使炉膛负压保持在自动控制。
? 无论是什么原因，在停最后一台送风机或引风机时，其调节挡板应在风机停后
经过一段时间的延迟再开启，或调节板的开度能受到控制，以避免由于风机惰
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走使炉膛风压出现大的波动。
炉膛控制策略还应包括设置必要的报警和连锁保护，例如应设置炉膛压力高连锁保护、炉膛压力低连锁保护、送引风机事故跳闸连锁保护、方向闭锁或风机控制装置超驰动作报警、炉膛压力变送器故障报警等。 4.2 锅炉厂推荐的炉膛压力保护定值
根据NFPA85-2007，炉膛压力控制系统（内爆保护）必须控制炉膛压力在要求的定值点上。
《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》（DL/T435-2004）和《火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统技术规程》（DL/T1091-2008）等都与NFPA85要求一致。
因此各锅炉厂都据此制定了炉膛压力的报警、保护定值。以下对国内四大锅炉厂的炉膛保护定值数据进行了收集和整理，具体见表4-1。
表4-1部分工程锅炉炉膛保护定值汇总表
电厂名称及概况 炉膛负压（Pa） 定值-49 报警值+981 哈锅 亚临界锅炉 （美国CE技术） 报警值-981 动作保护值（高Ⅱ）+3236 动作保护值（低Ⅱ）-2491 正常值-70 高报警+100 哈锅 超临界锅炉 （三井巴布科克） 低报警-300 动作保护值（高Ⅱ）+2500 动作保护值（低Ⅱ）-2500 动作保护值（高Ⅲ）+4000 动作保护值（低Ⅲ）-4000 报警值＋498 报警值－747 美F.W W火焰炉 动作保护值（高Ⅱ）+2000 动作保护值（低Ⅱ）-2000 动作保护值（高Ⅲ）+3700 动作保护值（低Ⅲ）-3700 正常运行值+125 北京B.W 正常运行值-250 报警值+500 报警值-750
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保护动作 报警，同时闭锁吸风机开度减小和送风机风量增加 报警，同时闭锁吸风机开度增加和送风机风量减小 MFT MFT 报警 报警 MFT MFT 送风机跳闸 引风机跳闸 报警 报警 延时2秒MFT动作 延时2秒MFT动作 立即MFT并跳送风机 立即MFT并跳吸风机 报警 报警
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动作保护值（高Ⅱ）+1700 动作保护值（低Ⅱ）-2500 动作保护值（高Ⅲ）+3250 动作保护值（低Ⅲ）-3250 正常值+100 东锅 亚临界锅炉 （三井巴布科克技术） 正常值-300 动作保护值（高Ⅱ）+2000 动作保护值（低Ⅱ）-2000 正常值+100 正常值-100 东锅 超临界锅炉 （日立技术） 报警值1900 报警值-1900 动作保护值（高Ⅱ）+3000 动作保护值（低Ⅱ）-3000 报警值＋996 上锅 亚临界锅炉 （美国CE技术） 报警值－996 动作保护值（高Ⅱ）+3240 动作保护值（低Ⅱ）-2490 高报警+762 上锅 超超临界锅炉 （美国ALSTOM-原美国CE技术） 低报警-1016 动作保护值（高Ⅱ）+1520 动作保护值（低Ⅱ）-1780 动作保护值（低Ⅲ）-2290 哈锅 超超临界锅炉 （三菱技术） 报警值（不详） 动作保护值（高Ⅱ）+5800 动作保护值（低Ⅱ）-5800 延时5秒MFT 延时5秒MFT 延时2秒所有送风机跳闸。 延时2秒所有送、引风机跳闸。 MFT MFT 报警 报警 MFT MFT 报警 报警 MFT MFT 报警 报警 MFT，吹扫5分钟后仍高于1520Pa，引、送风机跳闸 MFT 延时20s引、送风机跳闸 MFT MFT 由表4-1可以看出，由于引进技术不同、炉型不同、锅炉结构不同，炉膛压力保护条件也有所不同，但均设有报警值和主燃料跳闸（MFT）值，部分工程设有风机跳闸值、延时动作值。
炉膛压力正常运行的高、低限值都比较小，当炉膛负压超过了正常运行的高、低限值而达到通常称高Ⅰ值、低Ⅰ值时，首先报警，提示运行人员注意并及时进行运行调整；当炉膛负压继续变化达到高Ⅱ值、低Ⅱ值时，MFT动作；一些工程当炉膛负压继续变化达到高Ⅲ值、低Ⅲ值时，跳闸送风机和引风机。
表4-1显示，三菱公司的炉膛压力MFT保护定值显著高于其他公司的定值，哈锅解释炉膛压力控制的原则时说明三菱公司的锅炉在其控制逻辑中可以将炉膛压力控制在一个有限的范围内，当锅炉压力变化趋势将要超出限制范围时，控制逻辑会调整送、引风机的调节叶片（方向闭锁），控制炉膛压力在限定的范围内。在1991年版NFPA
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第五章炉膛内爆保护5-4.2.2节中论证了当炉膛内压达到一定值后，风机解列。在2002年版后的NFPA中，关于炉膛内爆保护的章节中，无风机解列的论证。因此三井巴布科克公司的炉膛保护方式是按1991年版NFPA标准，而三菱公司的炉膛压力保护方式是按2002年版NFPA标准。
虽然保护定值有所不同，但引发MFT动作解列锅炉以及解列风机的炉膛正、负压值，一般均低于炉膛设计压力，更低于炉膛防爆压力，因此可以作为有效保护锅炉炉膛的手段之一。
4.3 锅炉炉膛设计瞬态负压分析
由上述炉膛压力控制策略可以看出，特别重要的一点是炉膛通风通道的建立和保持，在所有工况下均要保证从送风机入口到烟囱的通道畅通无阻。
炉膛内爆是由于烟气侧压力过低而造成的。当送、引风机运行不正常导致炉膛处于过高的引风压头下，或者由于燃料输入量迅速减小或总燃料跳闸（MFT）导致烟气温度和压力急剧降低，以及这两种恶劣工况的组合将导致非常急剧的炉膛内爆。
NFPA8502标准中，按送、引风机在环境温度下的试验台（TB点）能力作为炉膛爆炸时的瞬态承压能力，为不使锅炉造价过高，将承压能力限制在±8.7kPa的范围内。
目前我们遇到的问题是引风机在环境温度下的试验台（TB点）能力超过了8.7kPa，根据可能发生内爆的情况来看，引风机的影响在于如果全部的送风机调节挡板或风门关闭，而引风机又在调节挡板或风门开启的情况下运行，此时烟道所产生的阻力很小，使炉膛承受的压力几乎是引风机所产生的压头。由于在环境温度下，引风机的压头高于在运行温度下所产生的压头，因此冷态启动时，如发生上述的问题，就会出现炉膛内爆。
但通过分析上面的炉膛压力保护系统的功能及保护定值，可以认为发生上述事故只会在人为操作错误或设备发生故障时。
NFPA8502指出没有一个标准可以保证消除炉膛内爆，其标准提供了设备强度和控制联锁系统间的平衡，以使导致发生炉膛内爆的几率最小。如果引风机压头增加太大，应当对引风机的特性做特别的考虑，或特别的烟道设计或特别的仪表或控制系统。而非单方面一味地靠增加设备强度来解决。
《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》（DL/T435-2004）中对炉膛设计瞬态承压能力即防爆压力进行了说明，其中提到将此压力定为±8.7kPa，虽然比以往国产锅炉炉膛设计压力提高了2kPa～3 kPa，但在承受外爆方面是只能承受小的爆燃，而不可能承受严重的
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外爆；在承受内爆方面也只能承受总燃料跳闸后炉膛内所出现的负压，而不能承受引风机在环境温度下选型点的压力超过-8.7kPa（绝对值），而在冷态启动时又发生误操作或在炉膛全部灭火时发生误操作所出现的严重内爆。因此防止炉膛外爆、内爆的安全保护系统是不可缺少的。同时运行人员也应十分清楚可能发生外爆、内爆的各种原因，十分熟悉锅炉的特点以及所采用的安全保护系统的功能，并认识到任何技术都是在不断的发展及完善，而且也可能出现意外，因此运行人员只能在其监督下充分利用已有的安全保护系统，而不能完全依赖它。因此，即使有了安全保护系统，运行人员仍应随时注意运行状况的各种变化，一旦出现危险状况，应及时主动处理。
因此，防止炉膛爆炸的要求，涉及到火力发电厂工程的设计、设备的选型和制造，以及安装和运行各个环节。因此要求各有关部门紧密配合，按规程的要求，对设备作出正确的选择，特别是业主单位应及早参与有关建设的全过程，掌握和熟悉各设备的配置情况和性能，配备能胜任设备的运行与维护工作的人员，并编制出相应的运行及维护规程。
另外，对于新建锅炉的各项设备及重要仪器、仪表，未安装完毕并经验收检验合格前，锅炉不应启动，安全保护系统在未调试合格前，锅炉不允许交付生产运行，日常加强设备维护，将设备故障导致炉膛发生内爆的可能性减到最低。
严格按规程要求设置可靠的炉膛压力保护系统并严禁随意解除，保护在锅炉启动前应投入运行。因设备缺陷需退出保护时，应事先做好安全措施，运行人员必须做好事故预想，将人为操作失误导致炉膛发生内爆的可能性减到最低。随着现代化火力发电厂的设备日趋复杂，自动化水平应相应提高，对重大的自动化操作事项，应配有能连续显示其数据变化的显示器，以便运行人员能迅速作出判断，避免不安全工况的发生。
因此，与业主沟通，达成共识是很重要的。应按《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》（DL/T435-2004）的要求，重视设计保护措施的严谨性、可用性，防止锅炉调试、运行期间误操作引发炉膛内爆事故的发生。 4.4 锅炉炉膛设计瞬态负压选取
综上所述，我们认为对于锅炉，尤其是超临界、超超临界的大型锅炉，不宜一味提高锅炉炉膛瞬态压力承受值，而是要综合考虑锅炉安全、结构合理性、工程造价等因素，依靠完善保护控制措施，保证锅炉安全。
从NFPA标准看，引进型锅炉炉膛设计瞬态负压与标准值-8.7kPa(-35\水柱) 和引
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风机在环境温度下的选型点（T.B点）能力有关，当锅炉按防爆要求设置控制保护系统时，最小的设计瞬态负压允许值为两者的较小值。即：
锅炉炉膛设计瞬态负压标准值为-8.7kPa，最小允许值为：
1）若引风机在环境温度下的T.B点能力低于-8.7kPa（绝对值），例如为-6.72kPa时，则炉膛最小设计瞬态负压为引风机T.B点能力（-6.72kPa）。
2）若引风机在环境温度下的T.B点能力高于-8.7kPa（绝对值），例如为-9.9kPa时，则炉膛最小设计瞬态负压仍可取为-8.7kPa。
如引风机在环境温度下的T.B点能力显著高于-8.7kPa（绝对值）时，也可与锅炉厂协商确定炉膛设计瞬态负压取值。
对锅炉炉膛保护措施而言，根据锅炉防爆要求，炉膛压力达到一定值时，设炉膛正、负压力报警、停炉（MFT）保护。由于2002年版前、后的NFPA标准中，在炉膛内爆保护的章节中，关于是否设风机解列的条文有一些调整，因此目前锅炉厂在炉膛压力保护中对是否设解列风机的措施并不统一。对于引风机在环境温度下的T.B点能力高于-8.7kPa时，建议设炉膛压力报警、停炉、解列风机三段保护，充分考虑锅炉炉膛压力保护措施。
对于解列风机的保护，需与锅炉厂充分协商，合理设置压力定值，并要求压力取样、检测、输出通道和接线均可靠，减少误动和拒动的可能，保证保护动作的可靠性。例如，可以要求锅炉厂在锅炉本体设置三个单独的取样孔，并装设单独的炉膛负压检测仪表（三重冗余），信号送入FSS控制系统（控制器），用于触发解列引风机的保护，并通过三重冗余的输出通道，直接硬接线至引风机跳闸回路。 5. 烟道设计压力研究
由于新建机组均需预留烟气脱硝的空间，因此，烟气系统的设计压力选取建议均考虑脱硝系统的影响。烟气系统设置脱硝装置后，引风机前烟道的设计压力将有所提高。
5.1炉膛出口至引风机入口烟道的设计压力选取
从上文中可以看出，炉膛出口至引风机入口风门前的烟道是与炉膛相连通的烟风道，必须考虑炉膛爆炸压力的影响。炉膛爆炸压力的取值与标准值8.7kPa和环境温度下风机的压头有关。由于按国家环保政策，新建机组均需预留脱硝装置空间，因此下文均按设脱硝装置的烟气系统来考虑。
当引风机折算到环境温度下的压头不高于8.7kPa时，除尘器前的烟道设计压力由
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MFT设计压力决定，可按锅炉厂技术引进方的相关技术标准选用。除尘器后的烟道设计压力需考虑烟道介质最大运行压力和烟道介质MFT设计压力两个因素后确定。
当引风机折算到环境温度下的压头高于8.7kPa时，如前文所述，脱硝装置的设计压力一般由MFT设计压力决定，空预器后的设备和烟道，应比较MFT设计压力和最大运行压力，选取其较大值。对采用“三合一”引风机等的引风机后烟气阻力较大的烟道系统，除尘器及引风机入口烟道还应核算冷态启动工况的瞬态压力。
根据引风机前阻力分配的特点，对烟道介质MFT设计压力进行试算，当未取得锅炉厂按相关选用标准的取值时，可按下文近似选取：
脱硝装置：（-）1.1Pfds
空气预热器及除尘器入口烟道：（-）1.15Pfds 除尘器及引风机入口烟道：（-）1.2Pfds
5.2 设置脱硫旁路时引风机出口至烟囱入口的烟道设计压力选取
引风机下游烟气系统，其设计压力按考虑最大运行压力、最低介质设计压力确定。 最大运行压力考虑烟气温度变化以及脱硫系统GGH堵塞等原因，建议宜按1.5倍的运行压力考虑，最低介质设计压力按《烟规》取±2kPa。必要时对冷态启动工况予以防爆验算。
5.2.1 湿法脱硫系统烟道设计压力
目前我国采用湿法烟气脱硫的工程中，大多采用了单独设置增压风机。 本文所指湿法脱硫系统烟道指脱硫系统进口关断挡板至脱硫系统出口关断挡板之间的烟道。
当脱硫系统单独设置增压风机时，需考虑脱硫系统介质最大运行压力、瞬态承压能力和最低介质设计压力三个因素。
1) 增压风机前烟道
对于增压风机前的烟道，正常的工作压力较低，不超过±2kPa，但需考虑一些特殊工况：
a)当设有脱硫旁路时，考虑增压风机故障、旁路烟道打开的瞬间，脱硫系统的阻力将由引风机克服，其瞬态正压建议取脱硫增压风机的TB压头，瞬态负压按冷态启动工况增压风机环境温度下最小运行角度时的零流量压头选取。
b)烟道的设计正压选取时还应注意，未设置GGH的脱硫系统低负荷运行时，可能出现关闭增压风机、脱硫系统阻力由引风机压头克服的情况，需要额外考虑这种工况
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的最大运行压力。
综合考虑上述因素，脱硫系统增压风机前烟道的设计负压建议按增压风机环境温度下最小运行角度时的零流量压头/ ns选取，其设计正压当设有GGH时设计正压按脱硫增压风机的TB压头/ ns选取，不设GGH时按增压风机运行压头选取。采用常规的喷淋空塔脱硫装置时，一般可按设有GGH时±4kPa，不设GGH时±3kPa。
2) 增压风机后烟道
增压风机后的烟道设计负压按-2kPa；设计正压建议按1.5倍BMCR工况的介质运行压力选取，并考虑增压风机冷态启动工况，核算瞬态正压，采用常规的喷淋空塔脱硫装置时，一般可按设有GGH时按+6kPa、不设GGH按+4kPa选取。
3)增压风机与引风机合并设置
当脱硫增压风机与引风机合并设置时，不设GGH，与增压风机后烟道情况类似。脱硫系统进口关断挡板与出口关断挡板间的烟道设计负压按-2kPa；设计正压按1.5倍BMCR工况的介质运行压力选取，并核算冷态启动瞬态压力，采用常规的喷淋空塔脱硫装置时可取+4kPa。
5.2.2 引风机出口主烟道设计压力
引风机出口主烟道指除脱硫系统外的引风机至烟囱的烟道。3.5节中已分析，当采用完善的控制系统，保证从送风入口至烟囱的通风通道畅通时，烟道设计压力选取可不考虑烟风道通路关闭的情况，各锅炉厂在锅炉启动检查中均要求送风入口至烟囱的连接通道畅通。假如需要考虑送风机入口至烟囱的通风通道有不通的可能性，例如脱硫烟道及旁路烟道均关闭，则需要对炉膛工作压力和烟风系统设计压力进行进一步的评估，考虑送、引风机共同的影响，必要时需提高部分系统的设计压力。
当采用脱硫系统并设有旁路时，应特别注意保持引风机后烟气系统的畅通，避免出现脱硫装置出、入口门和水平总烟道旁路挡板出现同时关闭的现象。目前脱硫系统风门的控制已考虑这个问题，在脱硫系统切换时，旁路挡板开到位才允许FGD进、出口关断挡板关闭,FGD进、出口关断挡板开启到位后才允许旁路挡板关闭。
设有脱硫旁路烟道时，在主机与脱硫系统配合过程中还应注意：
? 由于FGD进出口风门及旁路挡板的控制均在脱硫装置的控制系统内，脱硫装置
的控制系统相对独立，因此在引风机启动前，应特别注意主机DCS与脱硫控制系统的衔接，通风通道建立和引风机允许启动的条件中，建议明确“脱硫系统通风通道建立或旁路挡板开启”的前提。
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? FGD进出口风门及旁路挡板均宜采用分组结构，由多个执行机构控制，避免由
于执行机构故障导致通道关闭的故障发生。
? 当风门挡板采用气动执行机构时，不允许采用失气关的型式。
? 当引风机出口风压高于限定值时，必要时可采取锅炉MFT、引送风机解列、风
门打开的保护措施。
1) 旁路挡板前
与上文中对炉膛及引风机上游烟道设计压力选取的原则一致，引风机下游烟道同样不建议考虑事故叠加的情况，因此本文建议主机与脱硫系统的控制保护设计中均不考虑脱硫及旁路烟道通道全部关闭的情况，仅考虑运行中的波动。
因此，当脱硫系统不设GGH，引风机与脱硫增压风机合并时，引风机出口挡板至脱硫旁路挡板入口的烟道设计负压按-2kPa，设计正压按1.5倍BMCR工况引风机出口烟道运行压力选取，脱硫塔为常规喷淋空塔时，可取+4kPa考虑。
当脱硫系统单独设增压风机时，引风机出口烟道运行压力较低，设计负压按《烟规》最低介质设计压力-2kPa选取；设计正压如5.2.1节所述，需考虑瞬态工况和低负荷运行时脱硫系统的阻力由引风机压头克服的工况，建议与脱硫系统增压风机前烟道同样考虑，当脱硫塔为常规喷淋空塔时，可取+4kPa考虑。
如3.6节所述，当引风机启动采用进、出口关断挡板均关闭的方式时，引风机出口关断挡板前的烟道应注意对冷态启动工况予以核算。 2) 旁路挡板后
脱硫旁路挡板后烟道设计压力按±2kPa选取。
5.2 取消脱硫旁路时引风机出口至烟囱入口的烟道设计压力选取
取消脱硫旁路的工程，一般均未设GGH，采用引风机与增压风机合并设置的方案。 引风机出口至脱硫塔的烟道为正压烟道，设计压力按1.5倍BMCR工况烟道运行压力选取，当脱硫塔为常规喷淋空塔时，可取+4kPa考虑。
脱硫塔后烟道直通烟囱，设计压力按±2kPa选取。
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6 结论
6.1 烟气系统设计压力选取结论综述
6.1.1 炉膛压力保护策略的核心是保证送风入口至烟囱的通风通道的畅通。在此基础上，当引风机压头升高时，炉膛设计瞬态压力和烟气系统设计压力可合理选择，不需全面升高。
6.1.2 《烟规》中烟道介质设计压力取值方法是简化取值方法，既考虑了烟道介质最大运行压力，又考虑了锅炉MFT时的设计负压。当未设置脱硝系统且脱硫系统增压风机单独设置时，其取值基本上是安全、合理的。
6.1.3 设置脱硝系统后，烟气系统阻力分配有一定的变化，对设计压力取值有一定影响，现行的《烟规》2000版中的烟道设计压力取值已不能完全覆盖这些变化。无论是预留还是同步建设脱硝装置，烟道设计压力均宜按设置脱硝装置考虑，其取值按烟道介质最大运行压力、锅炉总燃料跳闸（MFT）时烟风道介质压力、最低介质设计压力综合确定。
6.1.4 随着火电机组日益大型化，烟气系统的设计压力取值与锅炉保护、控制系统的完善密不可分。不宜一味提高设计压力的取值，应重视锅炉保护和控制系统的设计，重视调试，重视运行中的保护投入。
6.1.5 脱硝装置、空气预热器、除尘器等烟气系统设备的设计压力建议与烟道设计压力的选取原则相同。
6.1.6 当设有脱硫烟气旁路烟道时，脱硫系统烟气挡板的设置应满足锅炉通风通道畅通的要求，并建立与之相适应的控制保护系统。主机与脱硫系统的控制保护应注意：
1）正常运行时脱硫系统不应切换至旁路运行。当脱硫系统旁路需切换时，旁路挡板开启到位后才能允许FGD进、出口关断挡板关闭,FGD进、出口关断挡板开启到位后才能允许旁路挡板关闭。并宜设置挡板门开启状态判别措施。
2）由于脱硫系统进出口风门及旁路挡板的控制均在脱硫装置的控制系统内，脱硫装置的控制系统相对独立，因此在引风机启动前，应特别注意主机DCS与脱硫控制系统的衔接。通风通道建立和引风机允许启动的条件中，建议明确“脱硫系统通风通道建立或旁路挡板开启”的前提。
3）脱硫系统进出口风门及旁路挡板均宜采用分组结构，由多个执行机构控制，避免由于执行机构故障导致通道关闭的故障发生。
4）当风门挡板采用气动执行机构时，不允许采用失气关的型式。
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5）当引风机出口风压高于限定值时，必要时可采取锅炉MFT、引送风机解列、风门打开的保护措施。
6.2 锅炉炉膛设计瞬态负压选取
炉膛防爆压力（设计瞬态压力）的确定与炉膛压力控制和保护措施有关，如引风机在环境温度下的T.B压头高于8.7kPa时，建议在锅炉招标文件中提供引风机的预估参数，由锅炉厂对炉膛压力控制和保护措施以及设计瞬态压力的取值综合考虑，在不低于-8.7kPa（绝对值）的基础上，合理选取最终的锅炉炉膛设计瞬态负压，必要时可采取报警、MFT、跳风机的炉膛三段保护措施。
当锅炉按防爆要求设置控制保护系统时，锅炉炉膛设计瞬态负压标准值为-8.7kPa，最小允许值为：
1）若引风机在环境温度下的T.B点能力低于-8.7kPa（绝对值），例如为-6.72kPa时，则炉膛最小设计瞬态负压为引风机T.B点能力（-6.72kPa）。
2）若引风机在环境温度下的T.B点能力高于-8.7kPa（绝对值），例如为-9.9kPa时，则炉膛最小设计瞬态负压仍可取为-8.7kPa。
当采用解列风机的保护时，需与锅炉厂充分协商，合理设置压力定值，并要求压力取样、检测、输出通道和接线均可靠，减少误动和拒动的可能，保证保护动作的可靠性。
6.3 烟气系统设计压力选取 6.3.1 引风机上游烟气系统
引风机上游烟气系统的设备和烟道与锅炉炉膛相连通，其设计压力按烟道介质最大运行压力、锅炉总燃料跳闸（MFT）时烟风道介质压力、最低介质设计压力综合确定。越靠近锅炉炉膛的烟道和设备，其设计负压受锅炉MFT时烟气温度和压力降低的影响越大，远离炉膛则受到锅炉MFT的影响越小，而受最大运行压力的影响越大。
对于脱硝装置及上游的系统，设计压力一般取决于锅炉MFT时设计压力；空预器后的设备和烟道，应比较MFT设计压力和最大运行压力，选取其较大值；对引风机下游烟气阻力较大的烟道系统（如采用“三合一”引风机等），除尘器及引风机入口烟道还应核算冷态启动工况的瞬态压力。
引风机上游烟气系统设计压力建议按表6.1选取。
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表6.1 引风机上游烟气系统设计压力选取表
烟道介质最大运行压力 炉膛 脱硝装置 － － 锅炉MFT时设计压力 Pfds＝Pmft/ns － **冷态启动工况设计压力 备注 引进标准取值/ － (-)1.1Pfds 空气预热器及除尘器入口烟道 除尘器及引风机入口烟道 * nPBMCR+N 引进标准取值/ - (-)1.15 Pfds 取最大值 * nPBMCR+N 引进标准取值/ 风机最小运行角度下零(-)1.2 Pfds 流量压头（环境温度）/ns 取最大值 说明： 1. ns为屈服极限安全系数。 2.* nPBMCR+N中：
n：引风机压头选型裕量 PBMCR：运行压头（BMCR工况）
N：一般为0，当采用“三合一”风机且设有脱硫旁路时，取锅炉MFT负压
保护定值与切投脱硫系统的最大运行阻力差之间的较小值。
3. **冷态启动工况设计压力仅针对采用“三合一”引风机等的引风机后烟气阻力较大
的烟道系统。
6.3.2 引风机下游烟气系统
引风机下游烟气系统，其设计压力按烟道介质最大运行压力和最低介质设计压力综合确定。
最大运行压力考虑烟气温度变化以及脱硫系统GGH堵塞等原因，建议按1.5倍的运行压力考虑，最低介质设计压力按《烟规》取±2kPa，必要时还需对冷态启动工况予以防爆验算。最大运行压力建议考虑低负荷运行时关闭脱硫系统增压风机的运行工况，并考虑增压风机事故状态下脱硫旁路烟道切换的瞬态工况。
当前工程中常用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，为便于选取，对引风机后直接设置常规喷淋空塔的湿法脱硫系统（不含烟气余热利用装置）时的引风机下游烟气系统设计压力进行了试算和总结，汇总于表6.2中。
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表6.2 引风机下游烟气系统设计压力选取表（常规湿法脱硫、不含烟气余热利用设施）
脱硫系统入口关断挡板至增压风机入口烟道 增压风机出口至脱硫系统出口关断挡板的烟道 引风机出口至脱硫旁路挡板的烟道 脱硫旁路挡板后烟道 单独设置增压风机 不设GGH ±3kPa 设置GGH ±4kPa -2kPa，+4kPa -2kPa，+4kPa -2kPa，+6kPa 脱硫塔前 +4kPa 脱硫塔后 ±2kPa - 引风机与增压风机合并设置 （不设GGH） 设脱硫旁路 不设脱硫旁路 -2kPa，+4kPa ±2kPa 说明：1. 当引风机启动需关闭出口关断挡板时，引风机关断挡板前烟道应进行冷态启动工况的瞬态承压能力核算，取值可按引风机最小运行角度下零流量压头（环境温度）/ ns。
2. 本表中仅针对引风机出口直接设置常规喷淋空塔的湿法脱硫系统。如果引风机出口还设有烟气余热利用装置等设施时，需按上文方法给予计算，以确定烟道设计压力。
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