中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)粉倉自燃影響因素及對策

金 帆 李善濤

(中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部， 200540)

中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)粉倉自燃影響因素及對策

金 帆 李善濤

(中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部， 200540)

針對中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部410 t/h煤粉爐在停爐搶修期間中間儲(chǔ)倉式的粉倉內(nèi)溫度急劇上升、煤粉自燃的現(xiàn)象，分析了引起煤粉自燃的影響因素。根據(jù)實(shí)際情況，提出了煤粉自燃的防治措施和預(yù)防粉倉溫度升高的方法。

煤粉 自燃 影響因素 措施

煤發(fā)生自燃主要是由煤和氧復(fù)合作用并放出熱量而引起的。煤與空氣中的氧接觸后，首先發(fā)生煤對氧的物理吸附，放出物理吸附熱，之后又發(fā)生煤與氧的化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)，并放出化學(xué)吸附熱和化學(xué)反應(yīng)熱［1］。煤自燃的實(shí)質(zhì)是其自身氧化加速的過程，氧化速度太快以至于產(chǎn)生的熱量來不及向外界釋放，從而導(dǎo)致了自燃。煤的氧化進(jìn)程既可以在常溫下發(fā)生，也可在高溫下進(jìn)行，環(huán)境溫度越高，進(jìn)程越快，是一個(gè)相互促進(jìn)的過程。煤要發(fā)生自燃必須具備3個(gè)條件，即:煤本身具有自燃傾向性，并以破碎狀態(tài)存在;有連續(xù)、適量漏風(fēng)供氧的條件;煤的氧化產(chǎn)生熱量的速度大于散熱速度。

中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部(以下簡稱熱電部)有2臺(tái)煤粉鍋爐曾發(fā)生過緊急停爐后粉倉內(nèi)煤粉自燃狀況，就是由于煤粉在粉倉中具備了以上3個(gè)自燃條件造成的，最嚴(yán)重時(shí)煤粉倉內(nèi)溫度高達(dá)237℃，嚴(yán)重危及設(shè)備安全。

1 設(shè)備概況

熱電部1#熱電聯(lián)合裝置有4臺(tái)410 t/h的高壓煤粉鍋爐，鍋爐采用中間儲(chǔ)倉式鋼球磨制粉系統(tǒng)，其中包括1個(gè)煤粉倉和2個(gè)鋼球磨制粉機(jī)。粉倉的容積為490 m3，煤粉倉上部設(shè)1臺(tái)ZS－400型螺旋可逆送粉機(jī)(絞龍)，鋼球磨煤機(jī)為DTM320/580型，粗粉分離器為HW－GB－1－4000(軸向型)，細(xì)粉分離器為XB－3000，燃煤品種設(shè)計(jì)為山西晉北煙煤，校核煤種為華東通煤。制粉系統(tǒng)具體布置如圖1所示。

圖1 中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)的工作流程為:原煤經(jīng)原煤倉、振動(dòng)給煤機(jī)輸送至落煤管進(jìn)入鋼球磨煤機(jī)，經(jīng)高溫空氣預(yù)熱器來的熱風(fēng)和低溫末級(jí)空氣預(yù)熱器來的溫風(fēng)預(yù)熱，在磨煤機(jī)內(nèi)干燥并被研磨成煤粉。煤粉空氣混合物被抽入木塊分離器將木塊等雜物分離出來，隨后在粗粉分離器進(jìn)行粗、細(xì)粉分離，分離出來的粗粉由回粉管返回磨煤機(jī)進(jìn)口繼續(xù)研磨。細(xì)度合格的煤粉空氣混合物繼續(xù)上升，以切線方向進(jìn)入細(xì)粉分離器進(jìn)行分離。由于氣流速度降低和離心作用，使煤粉沿細(xì)粉分離器內(nèi)壁下降，經(jīng)鎖氣器進(jìn)煤粉倉儲(chǔ)存或由絞龍向鄰爐煤粉倉送粉。煤粉通過給粉機(jī)下的粉管吹入鍋爐爐膛進(jìn)行懸浮燃燒，而細(xì)粉分離器分離出來的含少量煤粉的氣粉混合物稱之為乏氣，由排粉機(jī)輸送作為一次風(fēng)。

2 粉倉煤粉自燃的原因分析

中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)設(shè)置了粉倉，可對制備的煤粉進(jìn)行儲(chǔ)藏。正常情況下，當(dāng)粉倉中粉位較高時(shí)可以停止磨煤機(jī)運(yùn)行，等粉倉的粉位較低時(shí)再啟動(dòng)磨煤機(jī)制粉，這樣可以使制粉系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)保持滿負(fù)荷，有利于降低制粉電耗。

鍋爐在正常停爐前會(huì)提前停止磨煤機(jī)制粉，使粉倉中的煤粉料正常走空，而如果遇到鍋爐設(shè)備故障而緊急停爐時(shí)，由于煤粉不能吹入爐膛，粉倉中的煤粉不能正常消耗，粉倉內(nèi)積存的煤粉就有可能發(fā)生自燃。對照煤的自燃原理，可以看出中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)煤粉倉在鍋爐停爐期間存在以下問題:(1)煤粉倉內(nèi)煤粉粒徑很小(R90為18%～24%，煤粉細(xì)度R90是指用一個(gè)篩孔寬度為90 μm的篩子來篩選煤粉，留在篩子上方的粗煤粉所占總煤粉的百分率。百分率越低，說明煤粉越細(xì))，比表面積大，和空氣的接觸面積也大，煤粉顆粒間較大的空隙率也使空氣可以更多地滲入到煤粉之間，從而易引起煤粉自燃，同時(shí)由于鍋爐燃用的原煤的揮發(fā)分也較高(體積分?jǐn)?shù)超過25%)，故煤粉具有很強(qiáng)的自燃傾向;(2)停爐后雖對煤粉倉進(jìn)行了封倉，但煤粉倉的下粉擋板、吸潮門、防爆門和量粉錘的孔洞等部位不能完全密封，造成空氣可以持續(xù)漏入煤粉倉;(3)煤粉倉外包有保溫層，在鍋爐正常運(yùn)行時(shí)可以保持煤粉的溫度不低于60℃，但是在停爐期間煤粉處于自熱階段時(shí)卻不利于散熱，造成熱量積聚，促進(jìn)了煤粉的氧化放熱反應(yīng)。

3 改進(jìn)措施與實(shí)施效果

根據(jù) Nusselt［2－3］固體燃燒的速度主要取決于氧氣輸送到固體表面的速度的理論，當(dāng)其他條件相同時(shí)，反應(yīng)物物質(zhì)的量的濃度愈高，化學(xué)反應(yīng)速度愈快。通常情況下要避免或減緩固體氧化反應(yīng)的速率，可以采取減少供氧的方法。

同時(shí)，由分子運(yùn)動(dòng)理論可知，環(huán)境溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)的速率越快。Arrhenius［4］通過大量的實(shí)驗(yàn)表明，碳的氧化反應(yīng)在常溫下溫度每提高10 K，則反應(yīng)速率提高2～4倍。因此，控制溫度也是延緩燃燒的方法之一。

由上可知，防治煤粉自燃的措施在于破壞煤粉自燃的3個(gè)基本條件，在煤種和煤粉細(xì)度不能改變的前提下很難降低煤粉的自燃傾向性。因此，防治煤粉自燃的主要措施在于設(shè)法隔絕煤粉與氧氣的接觸，降低煤炭氧化速度，同時(shí)降溫散熱以阻止熱量積累。

在實(shí)際生產(chǎn)中，熱電部在控制煤粉倉溫度的措施上著重采取了以下幾方面的措施。

(1)鍋爐停爐前采取嚴(yán)格控制煤粉倉剩余粉量的措施，即以停爐72 h為界，計(jì)劃停爐時(shí)間不超過72 h的，停爐前將煤粉倉內(nèi)煤粉儲(chǔ)量做到最大，以減少煤粉倉內(nèi)空氣量;計(jì)劃停爐時(shí)間超過72 h的，停爐前將煤粉倉內(nèi)剩余煤粉用盡。

(2)停爐后立即采取煤粉倉封倉措施，關(guān)閉煤粉倉所有進(jìn)、出口檔板，打開吸潮門，并用回絲塞住量粉錘的孔洞和其他不嚴(yán)密之處，以減少進(jìn)入煤粉倉的空氣量。

(3)平時(shí)儲(chǔ)備好大量瓶裝氮?dú)?，停爐后立即不間斷地向煤粉倉內(nèi)注入氮?dú)猓愿艚^空氣并進(jìn)行冷卻。如果各項(xiàng)條件允許，可以將封倉用的惰性氣體由氮?dú)飧鼡Q為相對分子質(zhì)量更大的二氧化碳，以更好地隔絕空氣。

(4)利用大、小修的時(shí)機(jī)對煤粉倉進(jìn)行徹底清掃檢查，以保持倉壁光滑并消除漏風(fēng)點(diǎn)，煤粉倉的防爆門應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行檢查，改進(jìn)防爆門的密封結(jié)構(gòu)，以保證良好的密封效果。

(5)在鍋爐故障維修階段，密切監(jiān)控煤粉倉溫度變化情況，發(fā)現(xiàn)粉倉溫度異常升高時(shí)應(yīng)盡快完成對故障鍋爐的搶修工作，及時(shí)啟動(dòng)鍋爐并進(jìn)行壓粉降溫操作。

(6)鍋爐搶修結(jié)束后的啟動(dòng)過程中，在滿足投用煤粉條件時(shí):一方面依次通過各個(gè)給粉機(jī)將已經(jīng)開始自燃的煤粉盡快送入鍋爐爐膛進(jìn)行燃燒;另一方面則通過絞龍將鄰爐制出的煤粉引入煤粉倉進(jìn)行壓粉操作，隔絕原粉倉中煤粉與空氣的接觸，延緩煤粉自燃進(jìn)程。壓粉操作的整個(gè)過程必須緩慢，并保持氮?dú)獾某掷m(xù)注入，同時(shí)控制排粉機(jī)的出口風(fēng)溫不超過60℃。

熱電部第一臺(tái)煤粉鍋爐于1991年建成投產(chǎn)。隨著使用時(shí)間的增加，設(shè)備逐漸老化腐蝕，粉倉漏風(fēng)現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，2000年前后曾多次發(fā)生停爐期間粉倉溫度超過表計(jì)量程(200℃)的現(xiàn)象，停爐后粉倉煤粉自燃狀況越來越難以控制。通過分析原因，制定和實(shí)施上述應(yīng)對措施以后，在控制粉倉煤粉自燃速度方面取得了一定成效。2008年至今，故障停爐后粉倉溫度一般能控制在100℃左右，粉倉煤粉自燃狀況得到了有效控制，大大降低了粉倉燒穿甚至爆炸的危險(xiǎn)。

4 結(jié)語

煤粉倉煤粉自燃輕則損壞設(shè)備，造成經(jīng)濟(jì)損失，重則發(fā)生爆炸，嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)和人身安全。隨著安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)日益得到重視，減少和控制因煤粉自燃引起的安全事故以及燃料能源浪費(fèi)問題正逐步得到各界的重視。熱電部對煤粉鍋爐煤粉倉采取前文所述改進(jìn)措施后，停爐期間煤粉倉溫度均能控制在100℃左右的較安全狀態(tài)，比改進(jìn)前有了大幅下降，粉倉煤粉自燃現(xiàn)象得到了有效控制，確保了煤粉鍋爐的安全生產(chǎn)。

［1］ 孫學(xué)信．煤粉燃燒物理化學(xué)基礎(chǔ)［M］．北京:華中理工大學(xué)出版社，1991．

［2］ 陳義良，張孝春，孫慈，等編譯．燃燒原理［M］．北京:航空工業(yè)出版社，1992．

［3］ 徐精彩．煤炭自燃過程研究［J］．煤炭工程師，1989(5):17－21．

［4］ 王青松，郭聳，孫金華．供氧條件和水分對煤粉熱特性的影響研究［J］．火災(zāi)科學(xué)，2009，18(1):1 －5．

The Influencing Factors and Countermeasures for Self－ignition of
Pulverized Coal Warehouse in Pulverized Coal Milling System

Jin Fan，Li Shantao
(Thermal Power Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

Regarding the quick rising of temperature in the middle－warehouse pulverized coal house and selfignition of pulverized coal in 410 t/a pulverized coal furnace during shutdown and emergency repairing period，the influencing factors causing self－ ignition of pulverized coal were analyzed．Based on the practical situation，the preventions for self－ignition of pulverized coal and methods for preventing temperature in pulverized coal house from rising were raised．

coal powder，self－ ignition，influencing factors，measures

1674－1099 (2012)02－0054－03

TK223.1

A

2012-02-16。

金帆，男，1969年出生，1991年畢業(yè)于上海工程技術(shù)大學(xué)熱能動(dòng)力設(shè)備與機(jī)械專業(yè)，工程師，長期從事電廠生產(chǎn)運(yùn)行管理工作。