300MW機(jī)組中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)防爆問題分析

馬坤祥，紀(jì)東平

（國電諫壁發(fā)電廠，江蘇 鎮(zhèn)江 212006）

國電諫壁發(fā)電廠四、五期工程安裝的4臺(tái)300MW機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-1000/170-M型亞臨界一次中間再熱直流爐(1998年起逐臺(tái)改造為控制循環(huán)爐，型號(hào)為SG-1025/16.77-M)。每臺(tái)鍋爐配4臺(tái)DTM-350/600型鋼球磨機(jī)，中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)乏氣送粉，每臺(tái)鍋爐設(shè)有4個(gè)煤粉倉，煤粉倉上部設(shè)1臺(tái)型號(hào)為FU型刮板可逆式輸粉機(jī)(絞龍)，保證4套制粉系統(tǒng)相互輸送煤粉。

電廠300MW機(jī)組自1980-12-28日投產(chǎn)以來，制粉系統(tǒng)多次發(fā)生爆炸，從2000年2月到2005年5月制粉系統(tǒng)爆炸共計(jì)16次。經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)和不斷完善運(yùn)行控制措施，從2005年6月至今未發(fā)生制粉系統(tǒng)爆炸，可見中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)的爆炸是可以防治的。

1 制粉系統(tǒng)爆炸的危害

煤粉著火或爆炸事故對(duì)人身及設(shè)備的安全威脅包括以下幾個(gè)方面。

(1) 煤粉著火，使管壁溫度升高，造成其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降。鋼板煤粉管在400℃以上時(shí)，強(qiáng)度急劇下降；預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土煤粉倉，其耐火極限也只有50min。可見經(jīng)常性的煤粉自燃必然對(duì)制粉系統(tǒng)和煤粉倉的安全構(gòu)成威脅。

(2) 煤粉爆炸形成的沖擊波可能導(dǎo)致一系列災(zāi)害，除非設(shè)備結(jié)構(gòu)能承受此種沖擊或防爆門起到了良好的保護(hù)設(shè)備的作用，否則發(fā)生墻倒、頂掀、設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞、火災(zāi)等次生災(zāi)害幾乎不可避免。

(3) 制粉系統(tǒng)爆炸造成生產(chǎn)環(huán)境的嚴(yán)重污染，不僅對(duì)運(yùn)行、檢修人員身心健康構(gòu)成潛在傷害，而且增加了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(4) 嚴(yán)重的制粉系統(tǒng)爆炸不僅造成設(shè)備損壞，而且影響正常發(fā)電，造成較大經(jīng)濟(jì)損失，甚至可能構(gòu)成人身傷害事故，造成更大的社會(huì)影響。

2002-11-18T20:48，10號(hào)爐丁制粉系統(tǒng)在停運(yùn)過程中爆炸，造成丁排粉機(jī)風(fēng)箱嚴(yán)重?fù)p壞，制粉系統(tǒng)5只防爆門爆破，廠房玻璃大面積損壞。經(jīng)搶修，排粉機(jī)于2002-11-22T16:45修復(fù)，損失電量683萬kW.h。

2004-03-09T01:40，10號(hào)爐丁制粉系統(tǒng)因丁磨煤機(jī)電流從94A突升至102A，運(yùn)行人員準(zhǔn)備停磨檢查。當(dāng)給粉機(jī)停后約10s，丁號(hào)制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸，造成丁制粉系統(tǒng)7只防爆門爆破，4號(hào)、7號(hào)風(fēng)門破損，7號(hào)門伸縮節(jié)嚴(yán)重變形，排粉機(jī)出口風(fēng)箱破損， 10號(hào)爐0m廠房玻璃大量破損。經(jīng)檢修人員搶修，排粉機(jī)于2004-03-10T22:10恢復(fù)運(yùn)行，損失電量334萬kW.h，直接經(jīng)濟(jì)損失6.68萬元。2004年制粉系統(tǒng)共發(fā)生4次爆炸，共少發(fā)電536.25萬kW.h， 直接經(jīng)濟(jì)損失10.73萬元。

2 制粉系統(tǒng)爆炸的原因

在制粉系統(tǒng)中，凡是發(fā)生煤粉沉積的地方，就能成為氣粉混合物自燃和爆炸的發(fā)源地。從多次爆炸后的現(xiàn)場(chǎng)情況看，引爆點(diǎn)主要在容易長期積煤或積粉的位置。引爆的熱源主要由磨煤機(jī)與排粉機(jī)入口熱風(fēng)門不嚴(yán)密形成。根據(jù)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行工況和爆炸情況分析，制粉系統(tǒng)爆炸的主要原因如下。

2.1 與煤粉細(xì)度、風(fēng)粉混合物濃度及燃煤成份有關(guān)

煤粉愈細(xì)，煤粉顆粒的表面積愈大，與氧氣接觸的面積也增大，氧化自燃的速度大大加快，爆炸的危險(xiǎn)性就愈大。一般煤粉的顆粒大部分在0.02mm～0.05mm之間，電廠300MW機(jī)組的煤粉細(xì)度R90在20%左右，即0.09mm以下占80%，乏氣中煤粉更細(xì)。從16次制粉系統(tǒng)爆炸分析，乏氣部位引起的爆炸達(dá)10次之多，說明煤粉越細(xì)越易燃易爆。顯然煤粉細(xì)度是引發(fā)制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸的1個(gè)重要因素。

根據(jù)測(cè)定，空氣中煤粉含量達(dá)到45～2000g/m3時(shí)，無論在密封的容器內(nèi)還是在敞開的空間遇到明火，都會(huì)發(fā)生爆炸。當(dāng)煤粉濃度在300～4000g/m3時(shí)其爆炸強(qiáng)度、破壞力最大。燃料揮發(fā)份Vdaf<10%時(shí)，煤粉和空氣混合物一般沒有自燃和爆炸的危險(xiǎn)；燃料揮發(fā)份Vdaf>20%時(shí)，屬于反應(yīng)能力強(qiáng)的煤，此時(shí)燃料揮發(fā)份析出溫度和著火溫度均較低，容易發(fā)生自燃和爆炸事故。一般揮發(fā)份Vdaf＞25%，煤粉發(fā)熱量越高，爆炸的可能性越大。電廠設(shè)計(jì)燃煤發(fā)熱量在20306～21200kJ/kg，揮發(fā)份Vdaf在28.0%～31.09%，也是容易發(fā)生爆炸的因素之一。近年來由于煤炭市場(chǎng)放開，燃煤情況變化較大，但從幾次制粉系統(tǒng)爆炸分析，燃煤的揮發(fā)份Vdaf均大于25%，有的已達(dá)30%以上，均屬易爆炸之列。

2.2 磨煤機(jī)入口積煤自燃

磨煤機(jī)入口處積煤主要發(fā)生在入口斜管至上部約6.5m的干燥管上。在干燥管上開有4個(gè)孔洞，分別與回粉管、再循環(huán)管、加鋼球管和防爆門連接。干燥管入口的水平方向接有干燥風(fēng)(熱風(fēng))管，從水平方向帶有一定壓力的熱風(fēng)沖擊垂直向下的煤粉時(shí)，交叉混合的煤粉不僅容易貼壁，而且在此處也易形成渦流，從給煤機(jī)落下來的濕煤就容易被沖擊粘在開孔上方管道的內(nèi)壁上。同時(shí)從預(yù)熱器來的熱風(fēng)溫度近300℃，在制粉系統(tǒng)運(yùn)行中，由于高溫風(fēng)的長期烘烤，容易使入口處積煤自燃，在運(yùn)行中不僅難以檢查，而且人工清除也十分困難。燃煤進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)遇到爆炸濃度的煤粉時(shí)就會(huì)引起爆炸。同樣，磨煤機(jī)進(jìn)口防爆門根部容易積煤，受高溫?zé)犸L(fēng)長期烘烤，也容易引起該處積煤自燃，燃煤進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)遇到爆炸濃度的煤粉時(shí)就會(huì)引起爆炸。

2.3 細(xì)粉分離器進(jìn)口處積粉自燃

細(xì)粉分離器進(jìn)口處積粉自燃主要發(fā)生在細(xì)粉分離器進(jìn)口管道下部較平緩的管段上。為了防止管壁磨損，在此部位貼有內(nèi)襯鑄石，當(dāng)鑄石脫落時(shí)，增加了積粉的可能性，且該部位吹掃困難，所以積粉自燃很可能發(fā)生。如2000-02-23，9號(hào)爐乙制粉系統(tǒng)運(yùn)行中爆炸，引爆部位發(fā)生在細(xì)粉分離器進(jìn)口處，原因就是此處鑄石脫落，長期積粉自燃引起爆炸。

2.4 熱風(fēng)門內(nèi)漏與水平段積粉

排粉機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)道原設(shè)計(jì)為水平布置，磨煤機(jī)制粉時(shí)，5號(hào)熱風(fēng)門和7號(hào)隔絕門關(guān)閉，6號(hào)冷風(fēng)門僅開啟20%(7號(hào)隔絕門嚴(yán)密性差)。受細(xì)粉分離器效率的影響，乏氣中攜帶10%～15%磨煤機(jī)出力的煤粉量，細(xì)粉分離器效率差時(shí)攜帶煤粉量更多。由于排粉機(jī)進(jìn)口處存在渦流且較細(xì)煤粉到處飛揚(yáng)，7號(hào)門后風(fēng)管內(nèi)容易發(fā)生積粉。由于壓差的存在，5號(hào)、7號(hào)門關(guān)閉不嚴(yán)，6號(hào)門開度過小，熱風(fēng)漏入7號(hào)門后，使煤粉自燃；當(dāng)磨煤機(jī)發(fā)生斷煤或停磨過程中參數(shù)控制不當(dāng)，由于7號(hào)門后積粉自燃形成火源和空氣的存在，乏氣中煤粉濃度達(dá)到爆炸濃度時(shí)即發(fā)生系統(tǒng)爆炸。

2.5 再循環(huán)管及再循環(huán)風(fēng)門處積粉自燃

再循環(huán)管是排粉機(jī)出口至磨煤機(jī)進(jìn)口為增加制粉系統(tǒng)通風(fēng)出力而設(shè)計(jì)的，管段中間設(shè)有再循環(huán)門，此門在關(guān)閉時(shí)存在漏乏氣現(xiàn)象。乏氣中較細(xì)的煤粉通過該門時(shí)帶有一定速度，當(dāng)門后面積突然增大，流速突降，使乏氣中的煤粉沉積在門后的管段內(nèi)。由于此系統(tǒng)不便常使用，在制粉系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，排粉機(jī)出口風(fēng)溫達(dá)140℃，會(huì)引起該處積粉自燃；當(dāng)燃燒煤粉再次進(jìn)入排粉機(jī)或磨煤機(jī)內(nèi)時(shí)，就會(huì)引起爆炸。

2.6 粉倉防爆門處積粉自燃

2004-03-11，10號(hào)爐乙粉倉爆炸，是由于原粉倉防爆門采用啟閉式防爆門，該類防爆門可靠性難以保證，在進(jìn)行防爆門改造時(shí)未將原防爆門拆除僅將翻板掀起，掀起后存在死角，造成積粉自燃。在粉倉進(jìn)粉時(shí)發(fā)生粉倉防爆門爆破，這是由于檢修技術(shù)管理和對(duì)制粉系統(tǒng)防爆認(rèn)識(shí)不到位引起的事故。

2.7 原煤中存在易燃易爆物

2001-10-15，10號(hào)爐乙制粉系統(tǒng)爆炸系原煤中的易燃易爆物進(jìn)入制粉系統(tǒng)，在磨煤機(jī)內(nèi)鋼球的撞擊下發(fā)生爆炸，這次爆炸使制粉系統(tǒng)21只防爆門全部爆破。

2.8 運(yùn)行人員未能嚴(yán)格執(zhí)行安全技術(shù)措施

2005-01-16，7號(hào)爐丙制粉系統(tǒng)爆炸就是由于運(yùn)行人員未能認(rèn)真執(zhí)行8h停磨與每2h開7號(hào)門吹掃死角積粉的技術(shù)措施，致使磨煤機(jī)連續(xù)運(yùn)行11h不停磨，同時(shí)未進(jìn)行吹掃，使7號(hào)門后積粉自燃，形成火源，引起制粉系統(tǒng)爆炸。

3 防范制粉系統(tǒng)爆炸的措施

根據(jù)多年來制粉系統(tǒng)爆炸情況分析和總結(jié)，為防止制粉系統(tǒng)爆炸，工程技術(shù)人員對(duì)防止制粉系統(tǒng)爆炸進(jìn)行了大量探索，并對(duì)300MW機(jī)組中間貯倉式制粉系統(tǒng)進(jìn)行以下改進(jìn)。

3.1 防止磨煤機(jī)入口積煤

磨煤機(jī)入口落煤管出口的干燥管6.5m處積煤，主要是運(yùn)行中濕煤在氣流沖擊下粘貼上去的。無論制粉系統(tǒng)在運(yùn)行中還是在停運(yùn)時(shí)，都有可能使積煤自燃。由于此處積煤運(yùn)行人員難以發(fā)現(xiàn)和清理，著火時(shí)處理困難，如果將落煤管向下延伸500mm～700mm，避開氣流直接沖擊濕煤而造成貼壁，就避免了積煤的可能性。2004年10月，在7號(hào)爐乙磨進(jìn)口接長落煤管出口端，在防止此處積煤自燃方面取得明顯效果。必要時(shí)在熱風(fēng)管出口與干燥管連接處加裝熱風(fēng)導(dǎo)向板，改變熱風(fēng)方向，避免直接沖刷，對(duì)防止積煤能起到積極的作用。

3.2 對(duì)細(xì)粉分離器進(jìn)口水平管段進(jìn)行改造

根據(jù)細(xì)粉分離器入口水平管段處積粉自燃現(xiàn)象，對(duì)細(xì)粉分離器進(jìn)口管段進(jìn)行改進(jìn)。為消除水平段積粉，將防磨鑄石改為防磨膠泥，并定期對(duì)防磨膠泥進(jìn)行檢查和消缺工作。改進(jìn)后再未有過由這種原因引起的制粉系統(tǒng)爆炸。

3.3 消除熱風(fēng)門內(nèi)漏，改變7號(hào)門位置

將7號(hào)門后管道與排粉機(jī)進(jìn)口管道由水平接入改為向下45°接入，積粉情況有所減少。因設(shè)計(jì)、安裝原因，發(fā)現(xiàn)部分7號(hào)門在開啟時(shí)，氣流從進(jìn)口到出口是由下向上流動(dòng)，即使實(shí)行定期吹掃也不能吹走沉積在7號(hào)門后管道下部的煤粉，達(dá)不到吹掃效果。因此，對(duì)各個(gè)鍋爐二套制粉系統(tǒng)的7號(hào)門的開啟進(jìn)行調(diào)向處理。

為細(xì)粉分離器加裝二次分離裝置，提高細(xì)粉分離效果，減少乏氣帶粉量，對(duì)減少7號(hào)門后管道積粉和排粉機(jī)葉輪磨損有較大的好處。

磨煤機(jī)運(yùn)行制粉過程中，規(guī)定5號(hào)、7號(hào)門關(guān)閉，6號(hào)門開啟，并采用定期開啟5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)門進(jìn)行吹掃，將7號(hào)門后已沉積而沒有發(fā)生自燃的煤粉及時(shí)吹掃干凈，避免積粉自燃現(xiàn)象的發(fā)生。

3.4 取消再循環(huán)管

制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)再循環(huán)管是為了增加制粉系統(tǒng)通風(fēng)出力，但在制粉系統(tǒng)運(yùn)行中很少使用，設(shè)計(jì)功能體現(xiàn)不明顯，因此決定取消再循環(huán)管。2003年6月至12月，分別對(duì)9號(hào)、10號(hào)爐制粉系統(tǒng)再循環(huán)管進(jìn)行了封堵，取消了再循環(huán)管，對(duì)防止制粉系統(tǒng)爆炸起到了決定性作用。

3.5 取消粉倉板式防爆門

為防止板式防爆門存在積粉，引起自燃和爆炸，利用停爐機(jī)會(huì)將板式防爆門拆除，并對(duì)該部位進(jìn)行防積粉處理。此改進(jìn)杜絕了因制粉系統(tǒng)粉倉局部結(jié)構(gòu)隱患而引發(fā)的制粉系統(tǒng)粉倉爆炸。

3.6 加強(qiáng)檢修管理

檢修人員要加強(qiáng)對(duì)制粉系統(tǒng)爆炸危害性的認(rèn)識(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行29項(xiàng)反事故技術(shù)措施，提高檢修工藝水平，嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)范要求，提高設(shè)備的檢修質(zhì)量。在檢修工作中應(yīng)盡可能避免因檢修工藝不良帶來的制粉系統(tǒng)積煤積粉，并及時(shí)消除系統(tǒng)的漏粉，防止積煤、積粉引起自燃。

3.7 加強(qiáng)運(yùn)行管理

提高運(yùn)行人員對(duì)制粉系統(tǒng)爆炸危害性的認(rèn)識(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行29項(xiàng)反事故技術(shù)措施，加強(qiáng)培訓(xùn)和管理。運(yùn)行中要嚴(yán)格控制好磨煤機(jī)出口溫度，做好雨季煤的摻配工作，防止含水分過大的煤粉進(jìn)入粉倉。嚴(yán)格執(zhí)行磨煤機(jī)定期切換和定期吹掃制度，嚴(yán)格執(zhí)行定期降粉位措施，防止煤粉長時(shí)間在倉內(nèi)存留。運(yùn)行中要對(duì)煤粉細(xì)度加以控制，當(dāng)磨制揮發(fā)分較高的煤時(shí)，可將煤粉細(xì)度R90調(diào)至上限(27%)運(yùn)行，這樣做既可以防爆，又可以降低制粉電耗。以7號(hào)爐為例，一般將粗粉分離器上、下?lián)醢迳险{(diào)5°，R90可增大4%，制粉出力約增大4t/h。此外還要避免輸粉機(jī)內(nèi)積粉，特別是臨時(shí)停爐，一定要密封粉倉，加強(qiáng)監(jiān)視和檢查，防止自燃。

4 結(jié)束語

隨著對(duì)制粉系統(tǒng)防爆認(rèn)識(shí)的不斷提高，技術(shù)人員不斷的技術(shù)改進(jìn)，并完善運(yùn)行措施，2005年6月至今，電廠再也未發(fā)生制粉系統(tǒng)爆炸事故。