雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)爆燃原因分析與防范

趙永國，劉兆忠，馬國智，李軍民

（國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

燃煤機(jī)組制粉系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性影響著整個(gè)機(jī)組的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，因此對制粉系統(tǒng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能和運(yùn)行調(diào)節(jié)的要求也越來越高［1-2］。在機(jī)組運(yùn)行和啟停過程中，制粉系統(tǒng)會(huì)發(fā)生煤粉爆燃和爆炸事故，一般情況下會(huì)引起鍋爐滅火和機(jī)組非正常停運(yùn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成制粉系統(tǒng)設(shè)備損壞和人身傷亡。尋求有效防止鍋爐制粉系統(tǒng)煤粉爆燃和爆炸的方法成為電力生產(chǎn)安全運(yùn)行工作的重點(diǎn)。本文針對某330 MW亞臨界自然循環(huán)燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)中磨煤機(jī)爆燃事故，對磨煤機(jī)爆燃事故發(fā)生的條件及原因進(jìn)行分析，并提出預(yù)防的安全措施。

1 設(shè)備概況

某330 MW燃煤機(jī)組鍋爐為亞臨界、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、自然循環(huán)汽包鍋爐，設(shè)計(jì)燃燒煤種為煙煤［3］。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)、冷一次風(fēng)機(jī)、正壓直吹制粉系統(tǒng)。每臺鍋爐配備3臺中速磨煤機(jī)，為雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)。每臺磨煤機(jī)配備2臺電子稱重皮帶式給煤機(jī)，帶1層鍋爐燃燒器。該鍋爐制粉系統(tǒng)由一次風(fēng)機(jī)、密封風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)等組成，如圖1所示。

圖1 某鍋爐制粉系統(tǒng)

2 爆燃事故經(jīng)過

某日12：44，該鍋爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，汽包水位波動(dòng)至報(bào)警值；13：04，B汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)（簡稱小機(jī)）調(diào)節(jié)自動(dòng)解除，“小機(jī)上水方式異?！惫庾峙瓢l(fā)出；13：07，A小機(jī)調(diào)節(jié)自動(dòng)解除；13：13，機(jī)組負(fù)荷為176 MW，汽包水位迅速下降，汽包水位低，MFT（Main Fuel Trip，簡稱MFT）動(dòng)作。運(yùn)行人員立即匯報(bào)值長，并迅速對鍋爐進(jìn)行吹掃恢復(fù)。13：40，啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)和A磨煤機(jī)，鍋爐點(diǎn)火成功。

13：55，啟動(dòng)B磨煤機(jī)。14：05，啟動(dòng)C磨煤機(jī)，啟動(dòng)瞬間C1端發(fā)生爆燃，立即停運(yùn)C磨煤機(jī)，聯(lián)系鍋爐檢修處理，并聯(lián)系燃料取煤樣送檢。

14：27，機(jī)組負(fù)荷為112 MW，熱工復(fù)位MFT保護(hù)模塊時(shí)，MFT再次動(dòng)作，鍋爐滅火，立即進(jìn)行爐膛吹掃。重新啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)，鍋爐點(diǎn)火成功，逐步升溫升壓，恢復(fù)機(jī)組正常負(fù)荷。

3 爆燃事故原因分析

鍋爐制粉系統(tǒng)爆燃事故按發(fā)生時(shí)間一般可分為啟停過程中的爆燃事故、正常運(yùn)行期間的爆燃事故和備用期間的爆燃事故［4-5］3類。本次磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)爆燃事故是啟停過程中的爆燃事故。

3.1 爆燃理論

制粉系統(tǒng)爆炸的實(shí)質(zhì)就是煤粉的爆炸。根據(jù)現(xiàn)代燃燒理論，煤粉氣流的著火與爆炸是瞬間的物理化學(xué)過程，在外來能源（如煤粉自燃）的激發(fā)下，產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)十分活躍而壽命又十分短促的活性分子和自由基連續(xù)反應(yīng)。

制粉系統(tǒng)爆炸至少需要同時(shí)滿足3個(gè)條件。一是燃燒介質(zhì)需要吸收外界能量。點(diǎn)火源是煤粉爆炸的一個(gè)必要條件，可來自制粉系統(tǒng)內(nèi)部或外部。來自外部的點(diǎn)火源包括在煤場發(fā)生自燃后進(jìn)入制粉系統(tǒng)的過火煤、煤攜帶易燃易爆物等。來自內(nèi)部的點(diǎn)火源包括：沉積在磨煤機(jī)一次風(fēng)道入口凹陷處的煤，在高溫一次風(fēng)作用下自燃或冒火星，并隨風(fēng)進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)；磨煤機(jī)出口溫度偏高造成煤粉自燃，制粉系統(tǒng)死角處積粉自燃。二是煤粉達(dá)到一定的細(xì)度。煤粉越細(xì)，越容易自燃和爆炸。這是因?yàn)槊悍奂?xì)度越小，熱交換越快，著火的能量和溫度就越低。試驗(yàn)表明，0.841 mm的煙煤煤粉是能爆燃的最大顆粒，在這個(gè)尺寸以下，煤粉顆粒的爆炸性極強(qiáng)。三是介質(zhì)中的氧氣達(dá)到一定的體積分?jǐn)?shù)。燃燒煙煤時(shí)，氣粉混合物中氧的體積分?jǐn)?shù)大于15%就有爆炸危險(xiǎn)。著火和爆炸的發(fā)生，是碳和一氧化碳完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳、氫轉(zhuǎn)化為水的過程［6］。

煤粉爆燃或者爆炸形成的火焰?zhèn)鞑ニ俣群蛪毫ι仙俣仁潜◤?qiáng)度的重要參數(shù)。一般爆燃火焰?zhèn)鞑ニ俣葹? 120 m/s，爆燃產(chǎn)生的最大理論壓力值約為1.4 MPa。這會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、燒壞、變形、爆裂等，給一次風(fēng)粉管道帶來嚴(yán)重?fù)p壞。

3.2 爆燃原因

對本次制粉系統(tǒng)爆燃事故的C磨煤機(jī)Cl、C2端分別取原煤煤樣進(jìn)行化驗(yàn)，干燥無灰基揮發(fā)分分別為33.46%、35.64%，高位熱值分別為22.68 MJ/kg、27.97 MJ/kg，空干基水分分別為0.75%、2.71%。結(jié)合該機(jī)組鍋爐C磨煤機(jī)C1端粉管溫度瞬間升高、煤粉在分離器內(nèi)自燃的情況，再次進(jìn)行煤質(zhì)化驗(yàn)，結(jié)果為干燥無灰基揮發(fā)分33.0%，高位熱值23.32 MJ/kg，空干基水分0.72%，判斷該煤熱值偏高而且內(nèi)水偏低，屬于極易燃煤種。此次發(fā)生爆燃的主要原因是混燒了熱值偏高、內(nèi)水偏低的煤。磨煤機(jī)啟動(dòng)時(shí)，煤粉存在自燃，具備發(fā)生爆燃所需的能量；查詢該廠規(guī)程，制粉系統(tǒng)的煤粉細(xì)度設(shè)定R90為18%，處于極易爆燃的范圍［7］；燃燒煙煤，氣粉混合物中氧的體積分?jǐn)?shù)大于15%時(shí)就有爆燃危險(xiǎn)，該制粉系統(tǒng)用于干燥和輸送煤粉的一次風(fēng)直接來源于大氣，其氧氣體積分?jǐn)?shù)處于引起爆燃的范圍。因此，在此次磨煤機(jī)啟動(dòng)過程中滿足磨煤機(jī)爆燃的3個(gè)條件，使該機(jī)組鍋爐C磨煤機(jī)啟動(dòng)瞬間爆燃。

4 防范措施

1）加強(qiáng)進(jìn)煤管理，做好入爐煤摻配工作，保證煤質(zhì)穩(wěn)定。避免高熱值、低內(nèi)水的極易燃煤種直接入倉；同燃料值班人員加強(qiáng)聯(lián)系，及時(shí)了解煤質(zhì)變化。

2）定期檢驗(yàn)煤粉細(xì)度，避免煤粉過細(xì)引起爆燃和爆炸。

3）做好蒸汽消防系統(tǒng)的維護(hù)，有自燃、溫度異常升高及非正常停磨時(shí)，充入惰性氣體。

4）定期對磨煤機(jī)筒體、給煤機(jī)混料箱、回粉閥處進(jìn)行測溫，發(fā)現(xiàn)溫度異常變化則及時(shí)進(jìn)行處理。

5）根據(jù)磨煤機(jī)出力和粗粉分離器進(jìn)出口差壓情況，定期清理粗粉分離器和回粉閥，防止該處積粉。對重錘式回粉閥，注意檢查其動(dòng)作是否正常，如其長時(shí)間不動(dòng)作，及時(shí)聯(lián)系檢修檢查并進(jìn)行人工活動(dòng)，防止該位置積粉自燃。

6）規(guī)范啟停操作，加強(qiáng)吹掃和通風(fēng)，確保停機(jī)時(shí)送粉管道和磨煤機(jī)內(nèi)可燃?xì)怏w完全排除。制粉系統(tǒng)正常停運(yùn)時(shí)，要將給煤機(jī)皮帶和底板上的煤走空，防止給煤機(jī)內(nèi)部積存煤粉自燃。

5 結(jié)語

制粉系統(tǒng)對整臺機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行影響重大。摻燒揮發(fā)分高的煤種時(shí)，制粉系統(tǒng)易發(fā)生爆燃事故。因此，在磨煤機(jī)啟停過程中，應(yīng)做好冷熱一次風(fēng)的調(diào)節(jié)，控制好一次風(fēng)溫度，避免達(dá)到煤粉的著火點(diǎn)。當(dāng)鍋爐制粉系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)第一時(shí)間檢查，避免同類事故發(fā)生，保證鍋爐制粉系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。