清除高温炉结的控制爆破技术及其安全研究

创新者:申荣光 杨英明 罗忠缔

清除高温炉结的控制爆破技术及其安全研究

创新者:申荣光 杨英明 罗忠缔

爆破清除高温炉结是一种快速高效的方法，但也存在较大安全隐患。本文结合某电厂锅炉炉结清除的工程实例，根据锅炉结构和结焦炉渣情况，分析制定了安全可靠的控制爆破方案，选择了适宜的爆破器材，优化了爆破参数并设计了可靠的起爆网路，同时对爆破冲击波等安全危害进行了计算与控制，在安全高效的前提下顺利地实施了高温炉结的控爆清除。

目前对炉内结焦物拆除方式主要有爆破清除，机械清除，人工清除三种方式，选择哪一种清除方法，主要依据是其安全性，工程进度，施工成本等是否满足工期要求。爆破清除即运用爆破原理，在认真分析锅炉结构以及炉内结焦情况的基础上通过炸药爆炸时瞬间释放的巨大能量把结焦的炉渣松动或粉碎。它可以节省人力，物力，时间。大量的工程实践表明，采用爆破法清除高温炉结是一种快速、高效的方法。但是炸药在高温下也会燃烧起爆，雷管在温度达125℃以上时就可能会自行爆炸，其作业安全隐患很大。所以在高温条件下安全可靠的实施爆破施工就成了一个急需解决的问题。本文结合某电厂锅炉炉结爆破清除的工程实践，对其爆破技术及安全问题进行了研究，取得了理想的效果。

工程概况

贵州华电塘寨发电有限公司位于贵州省清镇市王庄乡塘寨村，该公司一期工程2×600MW机组配套锅炉为HG-1900/25.4-WM10型锅炉。锅炉在运行过程中，因使用的燃煤成份与设计煤质存在一定差异，导致锅炉内左侧水冷壁冷灰斗上部结焦严重， 焦渣坚硬，据观察，结焦体在锅炉内已凝结搭桥成拱，如图1所示，焦块宽4m多，结焦厚度达4米左右，结焦量估计在70m3左右，且结焦体表面温度较高（经测试，焦块下部表面温度达300℃左右，上部温度达700℃以上），为不影响生产和安全考虑，决定采用爆破作业方式进行除焦。

爆破清除方案

爆破方案

对该公司锅炉结构和结焦炉渣部位、结焦量及焦体硬度等分析后，结合类似施工经验，采用耐高温药包外敷接触爆破法的爆破除焦施工方案，即采用隔热处理的耐高温起爆药包直接贴附结焦体表面实施裸露爆破作业。具体施工方法为:将预先加工好的耐高温起爆药包（经隔热防护处理加工的药包形式如图2所示）绑扎在木棍上或竹竿上，待全部准备好后由人工从炉外预先开出的施工窗口处投送药包至结焦体表面，用支撑架固定后（如图1），迅速撤离后起爆药包。爆破后根据焦体破碎垮塌及残留情况确定下次爆破药量及布药位置，再重复上述操作进行爆破，直至全部清除结焦体。

裸露药包药量的计算

炉内除焦爆破宜采取单次单炮进行。单个药包药量根据类似工程经验，并按药包与前后壁水冷壁管不同距离爆炸产生的空气冲击波超压不超过安全允许标准为确定原则，依靠模拟实验，以小药量先从中部开始再向两壁逐次增加的办法最后确定合适的药量。

根据经验，单个药包药量计算采用以下经验公式确定:

Q = A×B×Rp3（1）

式中: Q 为药包重量 kg；A为炸药性质系数，因焦体的坚固性和选用炸药的种类而异，本设计取 A = 1.8；B为装药和覆盖的密实系数，本工程为裸露爆破取 B =9；Rp为每次爆破预估破坏半径，m；本工程要求每次爆破破坏的最大半径Rp≤ 0.6 m.

上式引自露天裸露药包经验计算公式，其参数取值参考的介质为中硬以上致密岩石，实际装药时根据具体投放位置按该式计算结果取小值试爆后，在逐次按10%的增减量调整，分次实施爆破，其计算结果见表1。

图1 结焦体部位及裸露药包布置示意图

图2 耐高温起爆药包结构示意图

表1 热电厂锅炉结焦体单次爆破用药量计算表

爆破器材

炸药选用乳化炸药（Φ32mm×0.2kg）。雷管选用导爆管雷管。隔温棉片选用硅酸铝耐火纤维棉，经试验此棉布耐高温性能好。其他材料包括:远红外温度检测仪、塑料连接管、耐高温胶布、2#铁丝、夹钳、各种长度（3～6m）的竹杆、黄泥、灰浆等。

安全控制

爆破冲击波的验算

（1）对炉外人员爆破冲击波安全距离验算

爆破所产生的冲击波，主要是由于炸药爆炸时所产生的高温高压气体瞬间压缩周围的空气，使空气中的压力突跃上升而形成空气冲击波。此次工程裸露爆破对人员的安全距离确定可用下式计算

式中:R为最小安全距离，m；Q为最大段起爆药量，Q=3.2kg

计算得 R=36m，药包起爆时，要求所有人员撤离至距爆破点50m以外，故完全能满足安全要求。

（2）对炉内水冷壁管的冲击波破坏效应安全验算:

对管壁冲击波破坏影响可参照平坦地形条件下空气冲击波超压值计算公式:

式中:△P为空气冲击波超压值，105Pa；Q为一次爆破的梯恩梯炸药当量，秒延时爆破为最大一段药量，毫秒延时爆破为总药量，kg；R为装药至保护对象的距离，m。

经计算不同药量不同距离处的超压值如表2所示。

表2 空气冲击波超压值计算表

查有关文献和类似工程经验，为确保炉内水冷壁管不受爆破冲击波的破坏，要求爆破空气冲击波的超压值不得超过805Pa，上式计算结果均符合要求。从上表超压计算结果表明，不同药包药量严格按照上表与管壁的对应最小安全距离布置时，可保证锅炉内水冷壁的安全。

施工中的安全保障措施

（1）药包加工。尽量采用常规炸药实施爆破，故全部选用Ф32型乳化炸药作为起爆药包。每次起爆的单个药包的用量应按具体安放的位置确定。

（2） 药包安放布置。为便于爆破后结焦体能安全快速清运，要求对结焦体从下往上逐层接触爆破。因此，需在锅炉排渣口下方前、后壁位置选适当部位预先开设1-2个操作窗，每次爆破时，从此操作窗按照图1所示的药包安放布置方法将药包从炉外投送到结焦体底面上。

实践表明，要使炉体中的水冷壁管避免因爆炸冲击波造成的危害，药包体包裹层至少大于100mm，药包距离水冷壁管应大于0.4m。爆破顺序应先从前后壁间中部即焦体搭桥中部底面开始，从下至上，药量从小逐次增大，炉内最大药量不得超过3.2kg，并与前后壁间距减少而随之减少装药量。当药包与水冷壁管间距小于400mm时禁止爆破。

（3）温度控制有两种方法:隔热法，用隔温棉片隔热；注水降温法，往炉内喷洒水，使炉焦降温。本工程综合采用药包隔热和整体洒水降温，即在投放药包过程中不断在药包附近洒水。

（4）人员防护:进入施工现场人员须穿戴齐全所有劳保安全防护用品。单次起爆的药包总数不得超过2个，每人放置药包不得超过1个。放置投放药包前必须测试好起爆网路，放置药包的时间不得超过2min，药包放置到起爆的总时间不得超过5min。

爆破效果与体会

由于该工程采用了耐高温控制爆破技术，并采取了严格的安全技术及管理措施，经过5天的紧张施工，快速清除了锅炉内的炉结，对水冷壁管等锅炉内设施和周围的设备均没有造成损伤，除焦工程取得了非常好的爆破效果，得到业主的肯定。此次实践总结出以下几点体会:

（1）高温环境下实施爆破作业，其风险比常规爆破施工高，需要严格遵守相关法律规程的要求，特别是对爆破器材的隔热防护，要细心周密，确保万无一失。

（2）爆破清除炉结工作在锅炉内部实施，对水冷壁管等锅炉内部构件的保护非常重要，需对每一次爆破的药量根据距水冷壁管的距离不同进行优化控制，既要取得最佳的爆破效果，又不能造成任何损伤。

（3）在电厂锅炉正常运行的情况下进行爆破除焦施工，作业周围环境复杂，爆破的施工组织管理工作尤其重要，由于制定了严密的安全防范措施并严格执行，并加强了施工过程的安全管理和施工组织管理，严格贯彻、落实安全责任制度，爆破过程安全无事故。

申荣光 杨英明 罗忠缔

贵州省铭豪爆破监理有限公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.22.001