制粉系统防爆对策

摘要：近年来，佳木斯发电厂的四台炉共八套中间仓储式制粉系统频繁发生爆破事故，多次造成设备损坏和人员伤亡，给电厂的安全经济运行造成了巨大的损失。为此，根据大量的历史数据，结合深入的调查研究，发现爆破的原因较多，不同阶段有不同的特点，全面分析，汇集一起，总结出了制粉系统爆破的主要原因，提出了制粉系统运行技术，运行管理和设备改进措施。通过实际证明：这些措施对于制粉系统防爆有着很大的作用，为佳木斯发电厂安全生产创造了良好的条件，也为佳木斯发电厂创造了巨大的经济效益和社会效益。
    关键词：燃煤电厂　制粉系统　爆破原因　改进措施　预防方法

    佳木斯发电厂（新厂）共有四台100MW发电机组。锅炉都是哈尔滨锅炉厂生产的HG-410/100型倒U型布置自然循环汽包锅炉。每台炉配有两套中间仓储式制粉系统，采用热风送粉，制粉系统乏气送入炉膛。磨煤机采用DTM-350/600型低速滚筒式球磨机，每套制粉系统装有粗粉分离器和细粉分离器，每台炉均有两个粉仓。
自锅炉投产以来，制粉系统多次发生爆破，既造成了设备的严重损坏，又严重威胁着人身安全及电厂的安全生产，还对生产环境造成了严重的污染。
    1　制粉系统爆炸的危害性
制粉系统爆炸会引起设备损坏，减少发电量，降低机组的经济性，严重时甚至造成人身伤亡事故。
1989年8月12日，十二号炉2号制粉系统爆破。当时，副司炉刘某正在检查制粉系统，事故发生后，造成此人呼吸道及全身大面积严重烧伤，两天后医治无效死亡。
1990年3月，十二号炉1号制粉系统爆破，磨煤机出口防爆门爆破，火焰冲向3米远处的电缆，造成电缆着火，运行人员发现着火后及时扑救，才避免了因电缆烧损造成的厂用电全停的恶性事故的发生。
1991年5月，十一号炉1号制粉系统爆破，19个防爆门中的14个损坏，巨大的冲击波将十一号炉炉膛周围的设备上的积灰振落，遮挡住灭火保护火检探头，致使灭火保护误动，切断给粉机电源而造成锅炉灭火。

    2　煤粉特性及自燃爆炸的条件
煤粉发生自燃和爆炸是由于煤的特性在加工成煤粉后所具有的特性以及煤粉所处的环境条件所决定的。
    2.1　煤粉的流动性
煤粉是由不规则形状的颗粒组成的。它的尺寸一般为0－50微米，其中20－50微米的颗粒占多数。干的煤粉能吸附大量的空气，它的流动性很好，就像流体一样很容易在管道内输送。由于干的煤粉流动性很好，它可以流过很小的空隙。因此，制粉系统的严密性要好。
    2.2　煤粉的自燃与爆炸
积存的煤粉与空气中的氧长期接触氧化时，会发热使温度升高，而温度的升高又会加剧煤粉的进一步氧化，若散热不良时会使氧化过程不断加剧，最后使温度达到煤的燃点而引起煤粉的自燃。在制粉系统中，煤粉是由输送煤粉的气体和煤粉混合成的云雾状的混合物，它一旦遇到火花就会使火源扩大而产生较大的压力（2－3倍大气压），从而造成煤粉的爆炸。
影响煤粉爆炸的因素很多，如挥发分含量，煤粉细度，气粉混合物的浓度，温度湿度和输送煤粉的气体中氧的成分比例等。
一般说来挥发分含量VR<10％(无烟煤)，是没有爆炸危险的。而VR>25％的煤粉（如烟煤等），很容易自燃，爆炸的可能性也很大。
煤粉越细越容易自燃和爆炸，粗煤粉爆炸的可能性较小。例如烟煤粒度大于0.1毫米几乎不会爆炸。因此，挥发分大的煤不能磨得过细。
煤粉浓度是影响煤粉爆炸的重要因素。实践证明，最危险得浓度在1.2－2.0kg/m3,大于或小于该浓度时爆炸的可能性都会减小。在实际运行中一般是很难避免危险浓度的。制粉设备中沉积煤粉的自燃性往往是引爆的火源。气粉混合物温度越高，危险性就越大。煤粉爆炸的实质是一个强烈的燃烧过程，是在0.01－0.15s的瞬间大量煤粉突然燃烧产生大量高温烟气因急速膨胀而形成的压力波以及高速向外传播而产生的很大的冲击力和声音。
潮湿煤粉的爆炸性较小，对于褐煤和烟煤，当煤粉水分稍大于固有水分时一般没有爆炸危险。
    3　制粉系统爆炸原因分析
从多次爆炸后的现场情况看，引爆点主要在容易长期积煤或积粉的位置，制粉系统处于封闭状态，引爆的火源主要是磨煤机入口积煤，细粉分离器水平段入口管积粉，粗粉分离器积粉自燃，根据制粉系统的运行工况和爆炸情况分析，主要原因如下：
    3.1　煤粉细度，风粉浓度及燃煤成分
煤粉爆炸的前期往往是自燃。一定浓度的风粉气流吹向自燃点时。不仅加剧了自燃，而且会引起燃烧，而接触到明火的风粉气流随时都会产生爆炸。造成流动煤粉爆炸的主要原因是风粉气流中的含氧量，煤粉细度，风粉混合物的浓度和温度。
煤粉越细，爆炸的危险性就越大。粗煤粉爆炸的可能性就小些，当煤粉粒度大于0.1mm时几乎不会爆炸。当煤粉浓度大于3－4 kg/m3（空气）或小于0.32－0.47 kg/m3时不容易引起爆炸。因为煤粉浓度太高，氧浓度太小；而煤粉浓度太低，缺少可燃物。只有煤粉浓度为1.2－2.0 kg/m3时最容易发生爆炸。而佳木斯发电厂制粉浓度在0.3－0.6 kg/m3范围内变动，因此发生制粉系统爆炸的可能性较大。
一般挥发份VR>25％，发热量高的煤粉爆炸的可能性就大，而佳木斯发电厂的煤源中，有相当一部分为长焰煤，设计煤种的挥发份为42.6％，所以容易发生爆炸。
    3.2　磨煤机入口积煤自燃
磨煤机处积煤发生在入口上部管道上，热风管道接口处以及空心轴颈斜管上，有的进入入口防爆门处，在此处开有三个孔分别与回粉管，再循环管和防爆门连接。从一侧过来的热风与对应的风粉形成涡流，从给煤机落下来的湿煤就被冲击并被粘在开孔上方管道的内壁上，防爆门处或粘在空心轴斜管上，有时也会落入热风接口管内。运行中人工无法清除此处的积煤，同时从预热器来的一次风温高达300℃以上，在制粉系统停止运行后，由于磨煤机入口风门不严，漏过的热风使磨煤机入口处温度达100℃以上，很容易将入口处的积煤引燃，燃烧的煤进入磨煤机就会引起爆炸。另外有的磨煤机入口不光滑，有的存在夹层，也容易积煤着火。
    3.3　细粉分离器处积粉自燃
细粉分离器中积粉主要发生在入口方形管道下部的水平段，因为水平段正上方有两个防爆门，因而使该处的通流面积增大，风粉气流的流速下降，增大了积粉的可能性。从历来发生的制粉系统爆炸事故中可以看出，半数以上都是由水平段积粉引起的。
    3.4　热风门内漏
由于近年来四台炉启停调峰过于频繁，制粉系统启停也过于频繁，故热风门磨损较为严重。有时热风门只能关至30－40％，以致大量热风内漏造成磨煤机内存煤自燃，再次启动时引起制粉系统爆炸。
    3.5　再循环风门处积粉自燃
乏气中较细的煤粉，容易积存在排粉机出口的再循环风门处。由于此系统不经常使用，在制粉系统停运时，从磨煤机热风门漏过的热风经再循环门流向排粉机会引起该处积粉自燃。燃烧的焦块掉入排粉机或磨煤机内，就会引起爆炸。
    3.6　粉仓漏风和系统漏风
煤粉仓时钢板焊接的倒方锥体结构。因季节和制粉系统内介质温度变化的影响，粉仓钢板伸缩性大，与厂房混凝土框架的结合面存在漏风问题，致使粉仓经常出现温度高现象（200℃-300℃）。
    3.7　粗粉分离器内堆积煤粉自燃
粗粉分离器的细粉内锥体下部和固定帽锥之间的环形缝隙有时被杂物堵塞而造成大量的积粉，此类原因引起的制粉系统爆炸也有多次。
    3.8　防爆门设计不合理
由于老式防爆门面积小，结构设计不合理，当制粉系统爆炸后，不利于爆炸气流的导出，有的开口方向朝向近距离电缆，有时易导致事故扩大或造成设备的严重损坏和人身伤亡。
    3.9　运行人员操作不当
制粉系统运行过程中运行人员控制磨煤机出口风粉混合物的温度不严，频繁超温。磨煤机的运行过程属于变工况运行，此时若出口温度控制不当，很容易使温度超过极限而导致煤粉爆炸。
制粉系统运行时残存的煤粉如果没有抽净就会发生缓慢氧化，在启动通风时会使自燃的煤粉疏松和扬起，温度适当时便会引发爆炸。
运行中的磨煤机入口已发生积粉自燃，停止前又没有及时发现，停止给煤机的抽粉过程中回粉管继续抽粉，使煤粉磨得更细，加上温度控制不当，也可以引起爆炸。
    4　制粉系统爆炸的防范措施:
    4.1　防止磨煤机入口积煤
磨煤机入口积煤主要是湿煤在气流冲击下沾上去的。不论制粉系统在运行中还是在停止时，都有可能将积煤引燃。如在磨煤机入口上方（给煤机下煤管）加装隔板，可使煤，粉，风得到良好混合，既可防止上部的积煤，又能缓解下部料斗斜坡的积煤。
    4.2　对细粉分离器进行改进
对细粉分离器入口切向处的积粉，可通过在风道内加装导流板，增强局部扰动，提高该处的流速，增强气流对下部积粉的冲刷。同时，加装导流板后，风粉气流分布更加均匀，使分离效果得到进一步提高。
    4.3　消除热风内漏
将冷风门位置从热风门前改至热风门之后，使其处于负压区，这不但可以解决因漏入热风造成的磨煤机入口温度升高，而且还可以解决运行中冷风门外漏的热污染问题。
另外，须加强设备的维护，当发现热风门关不严或关不上时，应及时联系检修人员处理，使其恢复正常运行。
    4.4　加强粉仓的密封和保温
(1)对粉仓与厂房结合部位进行胶合，并定期检查，发现漏风处应及时消除，防止粉仓漏风；
(2)对粉仓外部敷设暖气管道，增强粉仓的保温效果。实践证明：该方法对消除钢板式粉仓内壁的积粉非常有效；
(3)运行中控制粉仓粉位在1.5－4.0米范围内，严格执行降粉制度；
(4) 安装粉仓负压测点，制粉系统运行中应及时调整粉仓吸潮气门的开度，使粉仓负压维持在20－30Pa。
    4.5　加强煤粉细度的调整
在保证煤粉经济细度的前提下，结合实际燃煤特点，调整粗粉分离器挡板，使煤粉细度R90维持在24－28％并靠上限运行。
    4.6　加强煤质分析工作
燃煤煤质报告应及时送交运行人员，以便针对燃煤特性调整磨煤机出口温度，控制风粉混合物的温度，调节合理的煤粉细度。
    4.7　防爆门的改进
防爆门的开口方向应避免附近的电缆和重要设备以及可能危及人身安全的位置，否则应采取必要的保护措施，如加装挡板和使用新型防爆门等。同时运行中应加大检查力度，保证防爆门的严密性。
    4.8　加强运行管理
严格按规定操作。制粉系统运行中及时调整磨煤机出口温度，发现断煤后及时处理，正确使用吸潮气管，经常查找系统的积粉点及漏粉点并予以消除，停止过程中一定要将系统内的存粉抽净。
    5　对策效果
    采用上述措施后，我厂制粉系统爆炸事故在几年内有了明显的减少，同时也产生了较大的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 锅炉原理及运行》  重庆电力技术学校  1982.12
[2] 《锅炉原理》  东南大学  1986.05
[3] 《热工使用手册》  水利电力出版社  1982.03