1 000 MW超超臨界機組制粉系統(tǒng)著火爆炸分析及防范

丁翠蘭

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東 煙臺 261441）

0 引言

對于1 000 MW超超臨界機組，制粉系統(tǒng)為鍋爐主要輔機系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)能否安全經(jīng)濟(jì)運行直接關(guān)系到鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。制粉系統(tǒng)著火、爆炸事故更是嚴(yán)重威脅機組安全運行，甚至可能造成機組非停的嚴(yán)重后果。本文針對某公司1號機組E制粉系統(tǒng)啟動過程中粉管著火事故、D制粉系統(tǒng)停運過程中爆炸事故，分析制粉系統(tǒng)著火、爆炸事故原因，制定運行防范措施，對制粉系統(tǒng)安全運行具有一定的指導(dǎo)意義。

1 鍋爐及制粉系統(tǒng)設(shè)備簡介

某公司1 000 MW超超臨界鍋爐為單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、前后墻對沖燃燒、Π型超超臨界直流鍋爐。設(shè)計燃用煤種采用神華煤，校核煤種采用神府和晉北混煤，表1為鍋爐設(shè)計、校核煤種煤質(zhì)分析表。

表1 鍋爐設(shè)計、校核煤種煤質(zhì)分析

燃燒器采用前后墻布置、對沖燃燒方式。燃燒器分3層，每層共8只，前后墻各布置24只旋流燃燒器。在前后墻距最上層燃燒器噴口一定距離處布置有一層燃燼風(fēng)噴口。

鍋爐所配用的制粉系統(tǒng)是中速碗式磨正壓直吹式制粉系統(tǒng)，磨煤機采用ZGM133G型磨煤機，配備6臺中速磨煤機和6臺電子稱重式給煤機。鍋爐滿負(fù)荷運行時制粉系統(tǒng)為5臺磨煤機運行，其中一臺作為備用。

2 制粉系統(tǒng)著火爆炸事故分析

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)及國內(nèi)公司制粉系統(tǒng)事故報告，制粉系統(tǒng)爆炸事故大部分發(fā)生在制粉系統(tǒng)啟停過程中［1］。制粉系統(tǒng)停運過程中，煤粉濃度不斷降低，風(fēng)速不斷下降，制粉系統(tǒng)內(nèi)不可避免地出現(xiàn)爆炸濃度（或滿足爆炸條件），若制粉系統(tǒng)停運后操作不當(dāng)，粉管吹掃不充分，磨煤機內(nèi)、粉管（尤其是粉管分配器）積粉較多，就可能發(fā)生自燃現(xiàn)象。

當(dāng)制粉系統(tǒng)再次啟動時，制粉系統(tǒng)內(nèi)也有可能出現(xiàn)爆炸濃度。在制粉系統(tǒng)的啟停過程中，若系統(tǒng)內(nèi)存在明火或發(fā)生積粉自燃情況時，處理不及時，就有可能發(fā)生爆炸。這就是制粉系統(tǒng)在啟停過程中容易發(fā)生爆炸的根本原因。下面針對某公司鍋爐制粉系統(tǒng)啟、停過程中引發(fā)著火、爆炸事故過程進(jìn)行深入分析。

2.1 制粉系統(tǒng)啟動過程粉管著火事故分析

2014年12月20日，某公司1號爐E制粉系統(tǒng)啟動后，E3、E4煤粉支管風(fēng)速在 0～40 m／s之間大幅波動，粉濃度由23%降低至5%。1號機組A小機RB，E磨煤機停運，E磨煤機吹掃完畢。E制粉系統(tǒng)重新啟動后E3、E4粉煤濃度測點顯示為零，E磨煤機E3、E4煤粉支管風(fēng)速到零，噴燃器前一次風(fēng)粉管分配器有明火，緊急停運1號爐E磨。著火造成1爐E磨煤機E3、E4粉管自煤粉分配器至燃燒器入口彎頭段過熱嚴(yán)重，1號爐E、D層點火油槍及火檢控制電纜部分烤焦。

E制粉系統(tǒng)著火原因：

1）制粉系統(tǒng)煤粉分配器為格柵結(jié)構(gòu)，煤粉易在格柵處積存，1號爐MFT造成E磨煤機停運后煤粉分配器內(nèi)積粉開始自燃。

2）1號機A小機跳閘RB動作E磨煤機停運，吹掃時間不足，未將煤粉充分吹進(jìn)爐膛，E磨煤機重新啟動后通入煤粉及熱風(fēng)，加劇了煤粉自燃。從而發(fā)生著火事故。

2.2 制粉系統(tǒng)停運過程爆炸事故分析

2017年09月18日，某公司1號機組開始降負(fù)荷，停運D磨煤機。在對2號、3號粉管吹掃時，發(fā)生爆炸，分配器上部端蓋脫落，芯體彈出，落至 E層燃油平臺上，油槍與燃燒器連接法蘭完全脫開，粉管補償器變形，磨煤機入口冷熱一次風(fēng)混合風(fēng)道底部吊架移位脫開，磨煤機防爆門變形、損壞。

D制粉系統(tǒng)爆炸原因：

1）煤粉分配器為格柵結(jié)構(gòu)，在粉管風(fēng)速較低時，在風(fēng)粉回流區(qū)極易發(fā)生沉降、堆積。

2）某公司近期燃用平混5煤種，未與其他煤種摻混、摻配，且全水、內(nèi)水等指標(biāo)均偏離設(shè)計和校核煤種，煤種易積煤，揮發(fā)分含量高。表2為某公司制粉系統(tǒng)燃用煤種指標(biāo)。

3）為防止可燃?xì)怏w在磨煤機內(nèi)部聚積，磨煤機停運后投入消防蒸汽將磨煤機內(nèi)存在的可燃?xì)怏w吹進(jìn)爐膛，但輔汽至磨煤機本體的消防管道較長，投入時蒸汽帶水，而磨煤機停運后石子煤未及時排出，煤水混合在一定條件下加速了水蒸氣分解產(chǎn)生的氧原子與碳結(jié)合成CO的速率［2］。

4）磨煤機入口熱風(fēng)快速關(guān)斷門不嚴(yán)，熱風(fēng)漏入停運的制粉系統(tǒng)內(nèi)部，使粉管內(nèi)溫度不斷升高，加速可燃性氣體析出。而溫度升高至一定值后，制粉系統(tǒng)粉管內(nèi)的存煤發(fā)生自燃，當(dāng)易燃性的氣體濃度達(dá)到爆燃值且有火源存在時制粉系統(tǒng)即發(fā)生爆炸。

表2 某公司制粉系統(tǒng)燃用煤種指標(biāo)

3 制粉系統(tǒng)著火爆炸防范措施

制粉系統(tǒng)煤粉的著火、爆炸與煤粉的水分、灰分、揮發(fā)分、煤粉細(xì)度、煤粉混合物的溫度、制粉系統(tǒng)中煤粉濃度和氧的濃度等諸多因素有關(guān)。對于燃用揮發(fā)分大于10%煤粉的鍋爐制粉系統(tǒng)，爆炸的可能性始終是存在的。為防止制粉系統(tǒng)再次發(fā)生著火、爆炸，該公司成立了攻關(guān)小組，從運行調(diào)整、設(shè)備維護(hù)等方面制定防范措施及控制策略，降低制粉系統(tǒng)發(fā)生著火、爆炸的風(fēng)險，提高制粉系統(tǒng)運行安全可靠性，保證機組安全、經(jīng)濟(jì)運行，對超超臨界機組制粉系統(tǒng)安全運行具有一定指導(dǎo)、借鑒意義。

3.1 設(shè)備維護(hù)采取措施

1）控制策略優(yōu)化。優(yōu)化原有的控制策略，即在邏輯中增加CO濃度自動控制及磨煤機停運排煤提醒功能［3］，當(dāng)磨煤機內(nèi)CO濃度大于35%時聯(lián)開消防蒸汽電動門，消防蒸汽電動門已打開延時2 min打開磨煤機出口任一關(guān)斷門，將CO在無氧的條件下排至爐膛，降低磨煤機內(nèi)部CO濃度。

2）在各燃燒器層煤粉管道上增加火災(zāi)報警感溫電纜，并明確報警地點或設(shè)備名稱，并將消防監(jiān)控柜分區(qū)域重點監(jiān)視，提高聲光報警強度。

3）在煤粉分配器前后設(shè)置人工測溫孔，方便運行人員利用紅外測溫儀測量煤粉分配器處的溫度，溫度異常升高時及時采取措施。

4）增加磨煤機粉管風(fēng)速、煤粉濃度異常報警信號，報警范圍參考低于18 m／s或高于35 m／s。

5）采取填充耐磨料等措施，避免制粉系統(tǒng)粉管煤粉沉積。

6）調(diào)整磨煤機入口熱一次風(fēng)關(guān)斷門的嚴(yán)密性，使熱風(fēng)漏進(jìn)磨煤機風(fēng)量達(dá)最小，降低磨煤機腔內(nèi)溫度，防止磨內(nèi)存煤發(fā)生自燃。

3.2 運行人員運行調(diào)整措施

1）磨煤機出口粉管停運及啟動前嚴(yán)格執(zhí)行吹掃規(guī)定。吹掃時各粉管風(fēng)速應(yīng)大于22 m／s，吹掃時間應(yīng)大于10 min，降磨煤機內(nèi)部溫度及存粉量，以防未排盡的存煤析出CO可燃性氣體。

2）正常停運磨煤機后及時排出石子煤，以防磨煤機內(nèi)部的存煤析出可燃的CO氣體和存煤發(fā)生自燃。

3）停運磨煤機，在煤量減至 45 t／h時，應(yīng)保證消防蒸汽投用良好，粉管吹掃完成后，停止投用消防蒸汽。消防蒸汽母管日常應(yīng)保證疏水正常，處于良好備用狀態(tài)。

4）為能夠?qū)崟r準(zhǔn)確檢測磨煤機內(nèi)部可燃?xì)怏w的真實濃度，運行人員定期吹掃取樣管，發(fā)現(xiàn)存堵的取樣管及時通知檢修處理。

（5）對于高揮發(fā)分的煤種，宜采用中、下層磨煤機的上煤方案，應(yīng)盡量減少燃用易積煤種磨煤機的啟停次數(shù)。

4 結(jié)論

落實運行調(diào)整、設(shè)備維護(hù)等方面的防范措施及控制策略后，大大降低制粉系統(tǒng)發(fā)生著火、爆炸的風(fēng)險，提高了設(shè)備的可靠性。

1）制粉系統(tǒng)著火、爆炸事故絕大部分發(fā)生在制粉系統(tǒng)啟停過程中，若制粉系統(tǒng)內(nèi)存在明火或發(fā)生積粉自燃情況時，極易發(fā)生爆炸，運行人員要高度重視，加強監(jiān)視。

2）制粉系統(tǒng)著火、爆炸要從根源上查找原因，從運行調(diào)整、設(shè)備維護(hù)等方面入手采取防范措施，及時消除粉管積粉自燃，降低事故風(fēng)險。