李海濱

(華能湖南岳陽發(fā)電有限公司，湖南 岳陽414000)

近幾年來，各電廠對國內(nèi)煙煤、印尼煙煤和印尼褐煤等高揮發(fā)分煤購入量增大，入爐煤揮發(fā)分較設(shè)計值大幅上升。燃用高揮發(fā)分煤，可有效提高鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，降低飛灰可燃物含量，提高鍋爐效率，但也會對鋼球磨煤機制粉系統(tǒng)帶來安全隱患。某電廠600 MW 超超臨界參數(shù)鍋爐機組配6 臺雙進雙出鋼球磨煤機，設(shè)計燃用煙煤與貧煤的混煤，干燥無灰基揮發(fā)分為16.56%，后來開始摻燒揮發(fā)分高達40%以上的印尼煙煤。在運行初期，由于摻配方式和制粉系統(tǒng)運行參數(shù)控制不合理，制粉系統(tǒng)爆炸事故時有發(fā)生，嚴重影響制粉系統(tǒng)安全運行和人身安全。為此該電廠開展了專項高揮發(fā)分煤種的制粉系統(tǒng)防爆技術(shù)探索，提出了一整套防止雙進雙出鋼球磨煤機燃用高揮發(fā)分煤種發(fā)生爆炸等事故的技術(shù)措施。實踐證明，該措施較好地解決了鋼球磨煤機燃用高揮發(fā)分煤種的制粉系統(tǒng)安全性問題。

1 預(yù)防制粉系統(tǒng)爆炸的基本原則

為防止出現(xiàn)制粉系統(tǒng)爆炸等事故的發(fā)生，控制入爐煤平均揮發(fā)分水平以及入爐煤質(zhì)基本穩(wěn)定是最基本的要求。對于燃煤火力發(fā)電廠來講，主要通過選擇不同的混煤摻燒方式及上煤方式來確保入爐煤質(zhì)穩(wěn)定和參數(shù)合格。

當(dāng)前常用混煤摻燒方式主要有2 種:1)爐前摻配、爐內(nèi)混燒。燃料在進入原煤斗之前按一定的比例混合，混配均勻的原煤在磨煤機中被磨制成粉，再送入爐內(nèi)燃燒。這種方式充分利用了混煤的著火特性接近于易著火煤的優(yōu)點，有利于煤粉的著火和燃燒的穩(wěn)定，但無法避免混煤搶風(fēng)、可磨特性趨向于難磨煤種、燃盡特性接近于難燃盡煤種等不利因素。2)分磨制粉，爐內(nèi)分燒。對于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐，不同的磨煤機磨制不同的原煤，磨制好的煤粉由不同的一次風(fēng)管和燃燒器送入爐內(nèi)燃燒。該摻燒方式可根據(jù)不同的煤種控制不同的煤粉細度，但是需要根據(jù)運行需要及時調(diào)整上煤方式。

當(dāng)雙進雙出鋼球磨煤機燃用高揮發(fā)分煤種時，為避免出現(xiàn)煤質(zhì)大幅波動等異?，F(xiàn)象，原則上采用“爐前摻配、爐內(nèi)混燒”方式。在不同的運行時期，采取如下控制措施:

1)摻配原煤時，應(yīng)重點關(guān)注干燥無灰基揮發(fā)分指標(biāo)。在機組調(diào)峰時段，停運磨煤機入爐煤揮發(fā)分Vdaf不得大于30%，且應(yīng)在停磨前盡可能燒空，避免原煤氧化發(fā)生自燃爆炸。非停運磨煤機入爐煤揮發(fā)分Vdaf不得大于40%，入爐煤全水分一般不超過15%。低負荷時段盡量降低入爐煤熱值至18 000 kJ/kg 左右，以提高入爐煤中灰分，降低煤粉爆炸等級。

2)摻混必須均勻，中途不得隨意變更其他煤種。對于非機組調(diào)峰停運磨煤機，無特殊情況原則上避免停運對應(yīng)制粉系統(tǒng)，計劃檢修和機組啟停時需置換煤種后停運。

3)控制原煤斗正常煤位，確保燃用高揮發(fā)分煤的煤倉不發(fā)生空倉造成的給煤機原煤斗著火事故。但倉位也不宜過高，最高控制在煤倉高度的80%左右。

2 防止制粉系統(tǒng)爆炸的技術(shù)措施

2.1 磨煤機進、出口溫度控制

磨煤機出口風(fēng)溫影響著煤粉揮發(fā)分的析出速度和數(shù)量。磨煤機出口風(fēng)溫過低又會導(dǎo)致煤粉著火推遲，影響煤粉的著火和燃盡。因此，應(yīng)在確保制粉系統(tǒng)安全的前提下，盡可能提高磨煤機出口風(fēng)溫。磨煤機正常運行時，當(dāng)揮發(fā)分≤15%的貧煤時，磨煤機分離器出口溫度控制在100 ℃;當(dāng)揮發(fā)分在20%～30%之間時，磨煤機分離器出口溫度控制在70～75 ℃;當(dāng)揮發(fā)分Vdaf≥30%或燃用褐煤時，磨煤機分離器出口溫度控制在65～70 ℃。啟、停制粉系統(tǒng)時，由于煤粉比較細，再加上一次風(fēng)中氧濃度比較高，嚴格控制分離器出口溫度不超過65 ℃，為防止因結(jié)露產(chǎn)生結(jié)塊，磨煤機分離器出口溫度不得低于露點溫度，一般不得低于56 ℃〔2〕。

當(dāng)燃用高揮發(fā)分煤種時，磨煤機任意一側(cè)分離器出口溫度達到80 ℃時聲光報警;沒有投入磨煤機消防蒸汽時分離器出口溫度＞90 ℃，立即停止磨煤機運行。磨煤機的給煤機斷煤或出現(xiàn)故障時，分離器出口溫度不得超過70 ℃。

磨煤機入口風(fēng)溫和風(fēng)量，決定了磨煤機的干燥出力和磨煤機出口溫度水平。入口風(fēng)溫過低，會導(dǎo)致磨煤機干燥出力不足或磨煤機出口風(fēng)溫偏低。但入口風(fēng)溫過高時，可能會造成煤粉自燃或制粉系統(tǒng)爆炸。因此，根據(jù)實際入爐煤種，維持合理的磨煤機入口溫度水平，對磨煤機安全經(jīng)濟運行十分重要。非啟停磨煤機入口溫度，最高不超過270 ℃，燃用水分較高的褐煤和印尼煤時，可以適當(dāng)提高磨煤機入口溫度，但最高不得超過規(guī)定值。

2.2 煤粉細度控制

煤粉細度太粗影響鍋爐燃燒效率，煤粉過細則會增大煤粉自燃和爆炸風(fēng)險，尤其在燃用高揮發(fā)分煤種時。文獻〔3〕規(guī)定，燃用煙煤時，煤粉細度的選取按R90 =0.5nVdaf+4 選取;燃用貧煤時，煤粉細度的選取按照R90 =0.5nVdaf+2 選取;燃用無煙煤時，煤粉細度的選取按照R90 =0.5nVdaf選取。在采用爐前摻混方式時，按煤粉細度要求高的方向傾斜，即當(dāng)燃用煙煤、貧煤的混煤時，為確保制粉系統(tǒng)安全，按煙煤的煤粉細度控制要求進行。

2.3 磨煤機料位控制

磨煤機料位影響煤粉在磨煤機內(nèi)的停留時間和熱風(fēng)的通過速度。為防止磨煤機斷煤后磨內(nèi)煤粉濃度很快達到爆炸極限范圍和防止磨煤機大罐堵塞，控制磨煤機料位在30%左右，磨煤機料位一般采用自動控制，根據(jù)機組負荷設(shè)定較為合理的料位，當(dāng)發(fā)現(xiàn)料位信號異常時應(yīng)迅速處理，并手動控制給煤量，按比其余磨煤機出力略低的給煤量進行控制，并嚴密監(jiān)視磨煤機一次風(fēng)流量、混合風(fēng)壓力、磨煤機出口溫度、磨煤機電流以及一次風(fēng)母管壓力等〔4〕。

2.4 一次風(fēng)壓的控制

對于直吹式制粉系統(tǒng)，運行中應(yīng)關(guān)注一次風(fēng)壓。一次風(fēng)壓偏低，除會導(dǎo)致磨煤機出力下降外，容易導(dǎo)致一次風(fēng)管煤粉沉積，增大了制粉系統(tǒng)運行風(fēng)險。因此，該電廠的磨煤機風(fēng)粉壓力應(yīng)大于4 500 Pa，粉管壓力不低于1.2 kPa，否則通過改變磨煤機運行臺數(shù)等手段提高風(fēng)粉壓力?？刂埔淮物L(fēng)壓和磨煤機煤位，防止一次風(fēng)管積粉和大罐堵塞〔5〕。

2.5 磨煤機的啟停

啟動燃用高揮發(fā)分的磨煤機時，嚴格控制磨煤機進口一次風(fēng)溫度和暖磨時出口溫度，暖磨過程中控制磨出口溫度不超過65 ℃;盡量減少低風(fēng)壓和低流量運行時間，及時啟動給煤機和提高一次風(fēng)速，保持磨煤機高一次風(fēng)量和一次風(fēng)壓運行，嚴格控制磨煤機出口溫度。

停止燃用高揮發(fā)分的磨煤機時，停止前應(yīng)嚴格控制磨煤機進口一次風(fēng)溫度和出口溫度，防止磨煤機停止后，造成磨煤機內(nèi)部溫度升高?？刂颇ッ簷C風(fēng)粉壓力不得低于4 500 Pa，容量風(fēng)門開度不小于50%，控制磨煤機粗粉分離器出口溫度不超過65℃;根據(jù)停磨煤機的方式進行大罐吹掃，機組調(diào)峰停運磨煤機時，吹掃5～10 min;磨煤機檢修或停運時間超過48 h 時，吹掃20～30 min;磨煤機煤位降至10%以下或磨煤機電流不再下降〔6〕。

3 其他措施

3.1 消防蒸汽的管理措施

確保制粉系統(tǒng)消防蒸汽處于良好的備用狀態(tài)、疏水良好、閥門無內(nèi)漏，隨時能夠投入使用。加強對備用磨煤機消防蒸汽系統(tǒng)檢查，防止大罐積水或回粉管堵塞。

磨煤機消防蒸汽投入采取以下措施:1)燃用高揮發(fā)分煤的磨煤機在啟、停及斷煤處理過程中，料位較低時投入消防蒸汽降低氧氣濃度，防止氧氣濃度較高達到爆炸極限時遇有明火發(fā)生爆燃;2)磨煤機任一料位比正常煤位低10%左右時，可靠投入消防蒸汽;3)每次啟動對應(yīng)燃用高揮發(fā)性煤的磨煤機前，必須投入消防蒸汽，并用較低的一次風(fēng)溫度吹掃5～10 min 后啟動磨煤機，料位＞22%(或正常煤位)后退出消防蒸汽，防止高揮發(fā)分煤、煙煤氧化、熱解析出CO 等可燃氣體造成爆炸;4)磨煤機事故跳閘、著火、爆炸或緊急停運后，應(yīng)投入消防蒸汽5～10 min，磨煤機恢復(fù)啟動前先投入消防蒸汽，并用較低的一次風(fēng)溫度吹掃5～10 min 后啟動磨煤機。

3.2 制粉系統(tǒng)應(yīng)急處理措施

當(dāng)發(fā)生粉管著火、膨脹節(jié)已燒紅、制粉系統(tǒng)爆炸、漏粉特別嚴重、給煤機著火、發(fā)生電機冒煙、減速機振動異常增大、減速機冒煙、聯(lián)軸器斷、保護拒動等滿足制粉系統(tǒng)緊急停運條件時，立即投入消防蒸汽，緊急停運磨煤機。

當(dāng)磨煤機積粉自燃導(dǎo)致分離器出口溫度升高時，采取以下措施:1)發(fā)現(xiàn)分離器出口溫度有上升趨勢時，全開冷風(fēng)門，調(diào)節(jié)熱風(fēng)門，控制出口溫度;2)加大給煤機給煤量，但要控制磨煤機料位不超過40%;3)投入磨煤機消防蒸汽;4)若分離器出口溫度漲勢趨緩或停止上漲且任一側(cè)料位＞30%可停止消防蒸汽;5)若磨煤機出口溫度大于90 ℃(未投磨煤機消防蒸汽情況下)，停止磨煤機運行，按磨煤機跳閘處理。

當(dāng)在磨煤機運行時出現(xiàn)出口溫度異常上升、一次風(fēng)流量、入口一次風(fēng)壓、密封風(fēng)差壓、混合風(fēng)壓力等參數(shù)頻繁波動，磨煤機有明顯著火跡象或防爆門動作時，應(yīng)立即投入磨煤機消防蒸汽進行滅火，停止磨煤機運行，關(guān)閉所有風(fēng)門擋板。

當(dāng)給煤機落煤管堵塞時，應(yīng)立即停磨并關(guān)閉所有風(fēng)門擋板，投入磨煤機消防蒸汽5～10 min 后，做好隔離措施，開給煤機端蓋灌水處理，防止落煤管著火燒穿和發(fā)生爆炸。

當(dāng)磨煤機大罐堵塞(煤位高)時〔8〕，采取以下措施:1)保持消防蒸汽繼續(xù)投入;2)通冷風(fēng)吹掃磨煤機;3)根據(jù)情況啟動慢傳裝置進行吹掃;4)磨煤機進出口溫度均冷卻至60 ℃以下后，可啟動磨煤機動態(tài)吹掃;5)根據(jù)大罐煤位、振動、電流等判斷，采用動態(tài)和靜態(tài)交替吹掃，吹掃過程中盡量采用高風(fēng)壓、大一次風(fēng)(容量風(fēng))開度，同時嚴格控制磨煤機出口溫度不超過60 ℃。

當(dāng)煤倉空倉或給煤機不下煤時，應(yīng)關(guān)閉給煤機入口電動閘板、落煤管氣動閘板(下閘板)，防止熱一次風(fēng)流向原煤倉造成煤粉自燃應(yīng)及時加煤，采用疏松機和空氣炮聯(lián)合處理直至下煤正常，同時增加另一側(cè)給煤機轉(zhuǎn)速，控制磨煤機出口溫度在規(guī)定范圍之內(nèi)。

當(dāng)原煤倉著火時，應(yīng)立即將空氣炮氣源和可能漏風(fēng)隔離閥隔離，對煤倉外壁淋水冷卻滅火，并適當(dāng)加煤提高煤倉煤位以封閉火源;如經(jīng)以上處理滅火效果不佳，立即停運對應(yīng)給煤機，關(guān)閉給煤機下煤閘板，可從原煤倉頂部注水滅火。

4 結(jié)論

文中所述防爆措施可有效避免制粉系統(tǒng)爆燃著火事故和鍋爐大面積結(jié)焦和燃燒器燒損事故。從2013年采取上述防爆措施后，在燃用平均揮發(fā)分40%左右的煤種情況下，該電廠沒有再發(fā)生制粉系統(tǒng)爆燃、著火和鍋爐大面積結(jié)焦及燃燒器燒損事故。該燃用高揮發(fā)分煤防爆措施在某電廠2 ×600 MW 墻式切圓超超臨界鍋爐上也得到了成功應(yīng)用，取得良好的安全效益和經(jīng)濟效益。

〔1〕解維偉. 煤炭分選加工技術(shù)叢書:煤化學(xué)與煤質(zhì)分析〔M〕．北京:冶金工業(yè)出版社，2012．

〔2〕朱全利. 超超臨界機組鍋爐設(shè)備及運行〔M〕． 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008．

〔3〕望亭發(fā)電廠. 超超臨界火力發(fā)電機組培訓(xùn)教材. 鍋爐份冊〔M〕． 北京:中國電力出版社，2012．

〔4〕樊泉桂. 超超臨界及亞臨界參數(shù)鍋爐〔M〕． 北京:中國電力出版社，2007．

〔5〕張磊. 超超臨界火電機組集控運行〔M〕． 北京:中國電力出版社，2008．

〔6〕鍋爐設(shè)備及其系統(tǒng). 華東六省一市電機工程學(xué)會〔C〕． 北京:中國電力出版社，1999．

〔7〕沈重公司. BD4060 磨煤機使用說明書〔S〕． 沈陽:沈重出版，1981．

〔8〕華能岳陽電廠. 華能岳陽電廠運行規(guī)程〔S〕． 岳陽:岳陽電廠，2014．