大型电站锅炉事故分析与处理报告.docx

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大型电站锅炉事故分析与处理报告

毕业设计报告

设计题目:

大型电站锅炉事故分析与处理

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

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年月日

导师签名：

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年月日

摘要···························································3

第1章：

锅炉基础知识··············································4

§1-1锅炉容量及参数··········································4

§1-2锅炉设备及其工作原理····································5

§1-3锅炉分类················································7

第2章：

锅炉事故及其预防措施······································8

§2-1锅炉事故及其预防·········································8

§2-2承重部件的损坏及其预防···································15

§2-3可燃物质的爆炸及其预防···································20

§2-4锅炉中水垢的危害及其预防·································24

第3章：

汽包事故分析··············································25

§3-1汽包监控系统·············································25

§3-2汽包事故处理·············································27

§3-3满、缺水重大事故案例·····································28

第4章：

锅炉爆管事故分析··········································29

§4-1运行状况对过热器超温爆管的影响···························29

§4-2过热器爆管的根本原因及对策·······························33第五章：

结论·····················································36

参考文献·························································37

设计题目:

大型电站锅炉事故分析与处理

任务书

.一、设计原始资料:

锅炉安全技术

二、设计主要任务:

分析电站锅炉的重大事故

三、设计成果:

解决电站锅炉的重大事故

摘要

详细阐述了，电站锅炉在运行中发生的几个重大事故，如锅炉事故、汽包事故、锅炉爆管事故等。

着重分析事故的产生现象、原因分析及预防措施等几个方面进行分析论述。

第一章锅炉基础知识

§1-1锅炉容量及参数

1.1容量

锅炉的容量又称为锅炉的出力，是锅炉基本特性参数，蒸汽锅炉用蒸发量表示，热水锅炉用供热量表示。

1.1.1蒸发量

蒸汽锅炉长期运行时，每小时所产生的蒸汽量，称为这台锅炉的蒸发量。

用符号“D”表示，常用单位吨/小时（t/h）。

1.1.2供热量

热水锅炉长期连续运行，在额定回水温度、压力和额定循环水量下，每小时出水的有效带热量，称为这台锅炉的额定供热量（出力）。

用符号“Q”表示，单位是兆瓦（MW）。

热水锅炉产生0.7MW（60×104kcal/h）的热量，大体相当蒸汽锅炉产生1t/h蒸汽的热量。

1.2压力

垂直作用于单位面积上的人力，叫做压强，俗称压力。

常用符号位“P”，单位是兆帕（MPa）。

测量压力有三种标准方法：

大一以零压（即压力为零）作为测量起点压力，叫做绝对压力，常用符号“P绝”；第二是以当时当地的大气压力作为起点，也就是用压力表测出读数，叫做表压力，常用符号为“P表”；第三是某一物体（如水泵的吸水管，锅炉炉膛等）内部的压力低于压力时，比大气压力时，比大气压力低的数值叫做“负压”或“真空”，常用符号为“P真”，常用单位是毫米水柱。

锅炉内为什么会产生压力呢？

蒸汽锅炉和热水锅炉和热水锅炉压力产生上网情况不同。

蒸汽锅炉是因为锅炉内的水吸热后，由液态变成气态，其体积增大，由于锅炉是个密闭容器，限制了汽水的自由膨胀，结果是锅炉个受压部件受到了汽水膨胀的作用力，而产生压力。

热水锅炉产生压力有两种情况：

一种是自然循环采暖系统的热水锅炉，其压力来自高位形成的静压力；另一种是强制循环采暖系统的热水锅炉，其压力来源于循环水泵的压力。

锅炉铭牌和设计资料上标明的压力，是锅炉的额定工作压力，为表压力。

司炉工在操作锅炉时，要控制锅炉压力不能超过锅炉铭牌上标明的压力。

1.3温度

衡量物体冷热程度的标志，叫做温度。

常用符号“t”表示，单位是摄氏度（°C）。

物质的温度高，表示处于较热的状态；温度低，表示处于较冷的状态。

所以，温度表示处于较热的状态；温度低，表示处于较冷的状态。

所以，温度是表示物体冷热程度的物理量，同时也是反映物质热力状态的一个基本参数。

在锅炉技术工作中，温度是经常遇到的基本参数之一。

锅炉给水、进风、蒸汽、炉膛火焰、烟气、锅炉钢材和炉墙都须要用温度作重要标志。

§1-2锅炉设备及其工作原理

1.2锅炉的构成

锅炉是一种把燃亮燃烧后释放的热能传递给容器内的水，使水达到所需要的温度热水或蒸汽的设备。

它由“炉”，“锅”及辅助装置构成一个完整体，以保证其安全运行。

1.2.1炉

所谓“炉”就是锅炉设备中的风、煤烟系统，又称燃烧系统。

在这一系统中，燃料中的可燃成分与空气中的氧化物燃烧放热，产生高温火焰和烟气。

烟气在炉膛和烟道中流动时，不断把热量传递给水系统，本身温度则逐渐降低，最后排出炉外。

这一过程中的主要特点是放热。

1.2.2锅

所谓“锅”就是锅炉设备之中的水系统，由汽包、水冷壁管、集箱、过热器和省煤器的部件组成。

进入锅炉的水，在水气系统内首先吸收热量，蒸发成饱和蒸汽，然后在吸收热量，变成过热蒸汽，这一过程中的主要特点的吸热。

1.2.3辅助装置

辅助装置是安装在锅炉本体之外的设备。

它包括：

①磨煤装置，如磨煤机、排粉机、粗粉及细粉分离器以及煤粉输送管道；②送风装置，如送风机及风道，送风机将空气预热器送到炉子中；③引风装置，如引风机及烟囱，将炉子中排出的烟气送往大气中；④给水装置，如水泵、给水管道及水处理设备；⑤燃料供应装置，将燃料由贮煤场送到锅炉房，包括装卸和运输机械等；⑥除灰装置，从锅炉中除去灰渣并送出界外；⑦除尘装置，除去锅炉烟气中的飞灰，改善环境卫生；⑧自动控制仪表，如热工测量仪表及自动控制设备等。

1.2.4锅炉工作原理

锅炉是一种生产蒸汽换热设备。

它通过煤、油或天然气等燃料的燃烧放出化学能，并通过传热把能量传递给水，使水变成蒸汽，蒸汽直接供给生产和生活中所需的热能，或通过蒸汽动力机械转换为机械能，或通过汽轮发电机转化为电能。

所以过路的中心任务是把燃烧中的化学能最有效的转换为整齐的热能。

因此，锅炉亦称做真气发生器。

§1-3锅炉分类

1.3锅炉分类

可以送以下不同角度出发对锅炉进行分类

①按用途可以分为电站锅炉、工业锅炉、机车船舶锅炉、生活锅炉。

②按用途可以分为大型锅炉、中型锅炉、小型锅炉

③按蒸汽压力可以分为低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界锅炉、超临界锅炉。

④按燃料种类和能源来源可以分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、原子能锅炉、废热锅炉等。

⑤按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。

⑥按锅炉的结构可以分为锅壳式锅炉、水管锅炉和水火管锅炉

⑦按燃料在锅炉中的燃料方式可分为层燃炉、沸腾炉、室燃炉。

⑧电站锅炉一般是压力较高、容量较大、采用室燃方式的水管锅炉，又可以分为许多种。

工业锅炉一般压力较低，容量较小，大都采用层燃，结构形式、燃烧方式和燃烧设备种类繁多。

主要用于工业生产用汽和采暖供热之中。

第二章锅炉事故及预防措施

§2-1锅炉事故

2.1防止锅炉事故的重要意义

电力工业的安全生产关系国民经济发展与人民生活的安定，也是电力企业取得经济效益的基础。

锅炉机组是火力发电厂三大主机之一。

可靠性统计表明，100MW及以上机组非计划停用所造成的电量损失中，锅炉机组故障停用损失占60％～65％，1995年100MW及以上锅炉及其主要辅机故障停用损失电量近120亿kWh。

故障停用造成的启停损失（启动用燃料、电、汽、水）若每次以3万元计，仅此一项全国每年直接经济损失就达2400万元。

与此同时每次启停，锅炉承压部件必然发生一次温度交变导致一次寿命损耗，其中直流锅炉水冷壁与分离器可能发生几XX温度的变化，从而诱发疲劳破坏。

因此，防止锅炉机组的非计划故障停用，历来受到各级领导的重视。

部《防止电力生产重大事故的二十项重点要求》中列出了防止大容量锅炉承压部件爆漏、防止锅炉灭火放炮，防止制粉系统爆炸等三项反措要求，要求逐项续贯彻。

为减少锅炉机组故障引起的直接与间接损失，减少故障停用带来的紧张的抢修工作，发电厂的安全监察、锅炉监察、技术监督工作者及全体检修、运行、管理人员，必须认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，落实反事故措施，提高设备的可用率，防止锅炉事故的发生。

2.2当前锅炉机组事故的特点

锅炉机组的事故特点是与锅炉所用的燃烧、锅炉结构、控制手段与工艺水平密切相关的。

1955年发生在天津的田熊式锅炉下泥包苛性脆性，死亡77人的事故，如今由于淘汰了铆接、胀接工艺，此类事故已被消灭。

由于给水品质的提高及蒸汽参数的提高，出现在中小型锅炉的水循环事故及表面式减温器事故也趋于消灭。

随着自动控制水平的提高，锅炉缺满水及灭火放炮事故也逐步得到控制。

与此同时，由于采用亚临界、超临界参数，采用悬吊式全密封结构，以及实现计算机控制等等，也带来了一些新问题需要研究解决。

鉴于各局、厂情况不同，防范措施理当有所区别，本文仅根据国内电厂发生的锅炉故障情况，按严重程度与分布频率，提出以下分析意见。

（1）锅炉承重结构的变形、失稳使悬吊式锅炉坍塌是导致近年来锅炉报废的最终原因，必须高度重视支吊、承重结构的安

（2）炉外管道爆漏、受热面腐蚀、转动机械飞车、制粉系统爆炸、锅炉尾部受热面烧损是造成人员伤亡，设备严重损坏的主要原因。

（3）锅炉四管爆漏仍居当前锅炉机组非计划停用原因的首位。

锅炉四管因蠕变、磨损、腐蚀、疲劳损坏以及焊口泄漏，常常可以因调度同意使用而不构成事故，但因其停用时间较长，直接、间接损失大仍是锅炉故障损失的主要因素，必须加以重视。

（4）锅炉辅机故障，包括送风机、引风机、磨煤机、排粉机、一次凤机、捞渣机、回转式空气预热器等转动机械卡转、振动、烧瓦等，此类故障约占锅炉机组故障停用次数的10％左右，常常是机组降出力的原因。

（5）热工保护装置故障误动引起机组跳闸，其次数随保护装置采用范围的扩大而有所增加，这是当前新机组投产初期运行阶段的常见故障。

说明要解决如何进行设计、安装，使控制手段与设备性能相匹配，并缩短磨合期等问题特别需要对基建工序的安排与配合问题加以研究。

但当前主要应防止因耽心误动而随意退用保护装置的倾向。

2.3预防事故发生与扩大的措施

综合分析全国大型锅炉故障停用的原因，可以明显地发现，必须从设计标准、设计选型、制造安装、运行调试全过程努力，才能最有效地防止事故的发生。

作为发电厂必须搞好检查、修理，认真整治设备，严格各项规章制度的贯彻执行，才能真正提高设备的可靠性。

同防止发电厂其他设备故障一样，防止事故发生与扩大的措施是：

（1）重视运行分析，推广在线诊断技术，提高预防性检修的质量。

（2）重视热工报警及自动保护装置的投用，反对强撑硬拼，把事故消灭在萌芽状态。

（3）事故后要认真分析事故原因，以便采取针对性的措施。

同时要研究其他单位事故案例，分析潜在的不安全因素并采取相应措施。

（4）加强燃料、汽、水品质、金属焊接管理，做好防磨防爆工作。

（5）要认真审定事故处理规程及“防灾预案”，运行人员要训练有素以正确判断与处理事故，避免灾难性事故的发生。

2.4故障分析的目的、方法

控制电站锅炉故障主要在于预防，在于把缺陷消灭在酿成事故前。

但是一旦发生了故障，在组织抢修的同时，分析故障原因也是安监人员与锅炉专业人员义不容辞的责任，不可偏废。

成功的故障分析可以避免类似事故的重演，加速抢修恢复，工作不有利于分清责任，从而提高设计、制造、检修、运行工作质量，也有利于合同的执行。

不成功的故障分析往往导致事故的再次发生或导致反措资金的浪费。

例如，1984年10月，一台300MW机组的一台风扇磨炸裂飞车，风扇磨叶轮碎裂成23块，飞散在锅炉房零米层，当场打死检修班长李×，事故发生在检修后试转时，迅速查明原因才能在避免人身事故的前提下解决电网用电的需要。

事故调查组在记录好叶轮碎块分布状况的基础上，组织力量通过拼凑叶轮原貌，从分析断口裂纹发展方向着手找出了原始裂纹及裂纹起源点，从而把疑点迅速集中到修复叶轮磨损所用镶条的拼接点上。

接着用着色探伤法逐台检查，发现只用此工艺修复的几台风扇磨叶轮的相应部位，都发现裂纹。

由于很快找出了事故原因，从而可以有针对性地更换叶轮备件，使机组很快投入正常运行。

而如某厂屏式过热器联箱管座角焊缝泄漏事故，从焊接接头断口宏观检查看，焊缝焊接质量确实存在缺陷，但由于没有细致分析，即决定全部管座重新施焊，事隔不到一年该处又连续发生管座焊口泄漏。

最后查明原因是：

该屏式过热器用振动吹灰，为了使全屏都振动而达到除灰的目的，在管间加装了固接棍，这样屏式过热器管上部由联箱管座固定，中部由固接棍固定，由于管间不可避免地存在温差膨胀不畅以及对接时存在的焊接残余应力，导致焊口一再泄漏。

当取消固接棍后，这部分焊口泄漏才能解决。

说明第一次故障分析由于没有找到事故根源，不仅多耗了返修的资金，也导致事故的重复发生。

当然对于一些多因素、复杂的或不常见的事故，要求一次抓住主要故障原因，从而采取针对性的措施解决问题有一定的难度，但作为事故调查工作的目标与责任应该是：

要找出事故根源防止重复性事故发生。

根据多数安监工作者成功的经验，在事故调查方法方面应该做到：

（1）掌握故障第一手材料。

包括故障前运行记录，事故追忆打印记录，损坏部位的宏观状况，部件损坏的起源点及扩大损坏面的状况等。

（2）以事实及各项化验，试验数据为依据，避免主观忄意   断或过多的推论。

（3）在掌握各种损坏方式的特征及各种分析手段所能得出的结论的前提下，事故调查人员应当迅速组织取样、化验与测试。

（4）分析情况要有数量概念。

在设计范围内超过设计范围，保护正确动作或定值不当或误动等都要用数据说明。

（5）根据部件失效的直接原因，查制造、安装、检修、运行历史情况，以规程、标准的规定为依据判定是非。

（6）要分析故障的起因，也要分析事故处理过程，从中找出故障扩大的原因与对策。

2.5  承重部件的损坏及其预防

《电力工业锅炉监察规程》规定锅炉结构必须安全可靠的基本要求是：

①锅炉各受热面均应得到可靠的冷却；②锅炉各部分受热后，其热膨胀应符合要求；③锅炉各受压部件、受压元件有足够的强度与严密性；④锅炉炉膛、烟道有一定的抗爆能力；⑤锅炉承重部件应有足够的强度、刚度与稳定性，并能适应所在地区的抗震要求；⑥锅炉结构应便于安装、维修与运行。

以往分析锅炉部件故障失效，比较重视超温过热、腐蚀、磨损与焊接质量，是因为水管锅炉在汽、水压力作用下一旦汽管、水管、管道不能承受内压作用时，即发生爆破、泄漏；但自从采用悬吊式锅炉结构后，由于锅炉受热面、汽水联箱、管道、烟风煤粉管道都通过支吊架、梁、桁架，由钢柱承重；并以膨胀中心为零点，向下，向四周膨胀。

一旦承重系统失效，部件附落，部件的几何形状即发生变化，同样可以导致锅炉部件故障失效。

理论计算表明，一根细长的受热管可以承受很高的内压，但却不能承受一般的轴向压力，更不能承受侧向弯曲力的作用，所以必须重视由此而产生的变形失效。

事故案例表明此类失效会导致锅炉报废，不可大意。

1988年4月某热电厂一台220t/h锅炉，由于炉膛内聚集的可燃气体爆炸，锅炉钢架不能承受爆炸引起的侧向作用力，炉后钢柱扭曲、断裂，炉顶大板梁失去支承点，向下向右塌落。

于是锅炉省煤器、过热器、水冷壁也随之掉落并发生弯曲变形，回转式空气预热器也被压下沉，导致整台锅炉报废。

1994年3月某热电厂的一台220t/h锅炉由于锅炉房起火，锅炉钢柱遇热屈服强度下降发生弯曲变形，致炉整体后倾10°，后移5.3m，汽包下沉2m，所有受热面下坍弯曲变形，锅炉报废。

1993年3月某厂一台2008t/h锅炉由于大量堆集以及可能存在的塌焦、炉压突升等冲击力，使支撑该炉冷灰斗的钢结构失稳，组成冷灰斗的水冷壁管严重变形。

除此以外，近年来国内电力系统由于支吊件失效，而发生的灰斗、煤斗、烟道、风道坍塌、受热面下沉的事故还有十余次，其中一次炉底风道跌落事故见图。

这些事故虽然没有构成全炉报废的特大、重大事故，但所造成的损失以及可能造成的人员伤亡，应该同样引起我们对承重部件安全状况的重视。

纵观锅炉承重件损坏事故，我们不难发现支吊件损坏事故的几个特点：

（1）事故的突发性。

锅炉承重部件基本可以分成三类。

一类是受拉部件，如吊杆；另一类是受压部件，如钢柱、支承杆；再有一类就是受弯部件，如梁。

他们都具有突发性损坏的特点，如吊杆断裂、压杆失稳和桁架失稳。

所谓失稳或翘曲失效是指作用在支撑杆、支柱上的压力达到某一临界水平时，它们有时会突然发生例如弓起、褶皱、弯曲等几何形状上的剧烈变化。

这时从强度观点，作用力产生的应力完全在设计范围内，但剧烈的几何变形而引起的大挠度可能破坏结构的平衡，形成不稳定的构形，使其突然崩溃，即通常所谓的失稳或翘曲失效。

而吊杆的断裂因为常发生在具有应力集中特征的螺扣处，因而也具有突发性。

（2）修复困难。

承重件一旦安装就位，就很难卸载，因而给修复带来难度。

（3）力的不确定性。

锅炉受热膨胀，其他受力杆件的变形，将严重影响承重部件受力状况，除带受力指示标记的吊标外，一般难以了解受力状况。

（4）常常导致事故扩大。

承重件的损坏使相邻承重件负载增加促进联锁损坏，同时也常常导致相关部件受力状况的变化而损坏。

严重时可导致该部件的报废。

防止支、吊件损坏，应从防止超载及维持支、吊件承载能力两方面着手。

当前应注意以下问题。

（1）锅炉钢结构的工作温度。

美国锅炉规范规定承重构件受热后温度不得大于315℃，这是因为钢材的屈服强度因温度上升而急剧下降。

锅炉钢柱、钢梁急剧升温发生在锅炉房着火时。

《建筑设计防火规范》中规定无保护层的钢柱、钢架、钢层架耐火极限只有15分钟，说是说在大火中钢结构很快变形失效。

为此要求：

①锅炉油管路，电缆的铺设要离开承重部件；②一旦发生火灾要组织力量控制承重部件的温度，此时立柱和大梁的冷却至关重要。

（2）要避免炉膛严重堆焦、转向室灰斗存灰、风道积灰与烟道存水等超载现象。

（3）锅炉刚性梁的作用是承受一定的炉膛爆炸力，其薄弱环节是角部绞接结构。

在设计抗爆压力下，刚性梁的挠度f＝1/500。

有怀疑时，应通过测试，确定是否需要加固。

（4）吊杆的安全性取决于力的分配及披屋内吊杆高温部位的强度是否满足要求，最好使用有承力指示的吊架。

个别吊杆弹簧压死或不承力都是不正常的现象，要作为锅炉定期检验内容加以确认调整。

（5）现代锅炉普遍采用全密封膜式炉壁，并确立膨胀中心，为此在锅炉周围、上下设许多向构件，保证以膨胀中心为零点，一定方向膨胀。

凡是没有按设计值胀出的，必然存在残余应力，将涉及支吊架安全，务必要究其原因，以防意外。

（6）要弄清锅炉承重部件的设计意图，哪些是受拉杆件，哪些是受压杆件，哪些接合部位要留间隙，哪些部件是要焊牢的。

在安装与检修中严格贯彻设计意图，维持结构承重功能。

§2-2可燃物质的爆炸及其预防

2.1可燃物质爆炸的机理及其危害

可燃气体或粉尘与空气形成的混合物在短时间内发生化学反应，产生的高温、高压气体与冲击波，超过周围建筑物、容器、管道的承载能力，使其发生破坏，导致人身、设备事故，称为爆炸事故。

通常说，发生爆炸要有三个条件，一是有燃料和助燃空气的积存；二是燃料和空气的混合物的浓度在爆炸极限内；三是有足够的点火能源。

天然气的爆炸下限约为5％，煤粉的爆炸下限是20～60g/m3，爆炸产生的压力可达0.3～1.0MPa。

就锅炉范围而言，可燃物质是指天然气、煤气、石油气、油雾和煤粉；构成爆炸事故的有炉膛放炮、煤粉仓爆炸及制粉系统爆炸。

1979年3月，某厂一台1025t/h微正压燃油炉，因烟道出口挡板运行中自行关闭，炉膛燃烧恶化，汽压下降。

由于没有正确处理，自动装置又由于汽压下降而自动加风加油，反向调节进一步恶化燃烧。

炉膛内形成了可燃油气聚集火爆炸的条件，导致锅炉烟、风道及炉膛损坏，停用半年，仅修理费用就高达50万元。

1982年8月，某厂在检修后启动制粉系统时，煤粉仓爆炸，仓顶9块水泥板被掀起，一名输煤值班工被火、热烟烫伤，抢救无效死亡。

其他诸如制粉系统防爆门爆破引燃电缆架上积粉的火灾事故电缆及其它可燃物的火灾事故及煤粉管内爆燃使风管断裂的事故都说明锅炉可燃物质的爆炸威胁人身设备安全，修复困难应予重视。

2.2防止炉膛放炮事故对策

据统计自1980年以来，至少有30台锅炉发生炉膛放炮事故，以致水冷壁焊缝开裂，刚性梁弯曲变形，顶棚被掀起，烟道膨胀节开裂等设备损伤屡屡发生。

究其原因：

①设计上缺乏可靠的灭火保护和可靠的联锁、报警、跳闸装置；②炉膛刚性梁抗爆能力低；③运行人员处理燃烧不稳或熄火时方法不对，错误采用“爆燃法”抢救，导致灭火放炮；④燃料质量下降、负荷调节失当、给粉装及控制机构突然失灵等。

防止锅炉灭火放炮已列入部颁二十项反措，包括炉膛安全监控系统（FSSS）在内的灭火保护装置已经在许多电厂推广使用，本文不再重复相关反措。

以下强调说明几个观点

2.2.1放炮事故

关于灭火放炮的提法部颁二十项重点反措之五，称为防止锅炉灭火放炮事故。

正确的提法是炉膛爆炸（Furnace explosion），因为炉膛发生爆炸而致炉膛损坏不仅发生在运行中灭火时，检修动火点燃聚集的可燃物及点火时吹扫不够同样会发生爆炸而导致炉膛损坏。

常见炉膛中造成爆炸条件的情况是：

①运行中灭火，进入炉膛的燃料没有切，经过一估时间聚集的可燃物达至爆炸浓度并点燃；②一个或几个燃烧器火焰熄灭，而其余燃烧器仍正常燃烧。

从未点燃的燃烧器进入燃烧造成可燃物聚集；③燃料漏入停用中的炉膛造成可燃物聚集；④燃料或空气瞬时中断又恢复，造成可燃物聚集。

可燃