600MW超臨界機(jī)組燃燒印尼煤時制粉系統(tǒng)爆破原因分析及改進(jìn)

摘 要：湖南華電長沙發(fā)電有限公司600 MW超臨界機(jī)組燃用印尼煤時出現(xiàn)了幾次嚴(yán)重的制粉系統(tǒng)爆破事故。通過分析制粉系統(tǒng)爆破的經(jīng)過和現(xiàn)象，掌握了磨煤機(jī)爆燃的原因，并針對這些原因，提出了防止制粉系統(tǒng)爆破的技術(shù)措施及改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：爆破 印尼煤 分析 改進(jìn)

中圖分類號：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0114-02

1 前言

1.1 設(shè)備簡介

湖南華電長沙發(fā)電有限公司#1火電機(jī)組于2007年10月份正式通過168試運投入商業(yè)運行。該機(jī)組采用東方鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的600 MW超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐，一次再熱，單爐膛，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)并帶有（選擇性催化還原法SCR）脫硝裝置，采用平行擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，露天布置，型號為DG1900/25.4-II1。鍋爐配置6套雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺磨煤機(jī)分離器共引出4根送粉管道，兩側(cè)各2根，總共24根，對應(yīng)鍋爐24個煤粉燃燒器。燃用設(shè)計煤種并在最佳鋼球裝載量下，R90=9.5%時，制粉系統(tǒng)總的出力不小于鍋爐B-MCR工況時的燃煤消耗量的115%，五臺磨煤機(jī)的連續(xù)出力能滿足汽輪機(jī)額定工況的出力要求。鍋爐設(shè)計煤種為山西貧煤，校核煤種為晉北煙煤。

1.2 鍋爐設(shè)計煤種與印尼煤的比較

印尼煤具有高揮發(fā)分、高水分、低發(fā)熱量、低灰分等特點，因此，在燃燒該煤種時，可能會出現(xiàn)總煤量偏高的問題[1]。由于印尼煤最大的特點是其揮發(fā)分很高，燃煤容易著火、自燃，因此，在燒用印尼煤時，很可能發(fā)生煤場自燃、制粉系統(tǒng)爆破、因為著火提前燒壞燃燒器噴口等問題[2]。

2 磨煤機(jī)爆破事故經(jīng)過及現(xiàn)象

2011年11月30日03：48，#1爐#1制粉系統(tǒng)停運過程中，惰化蒸汽未能及時投入，發(fā)生爆破，造成A1、A3燃燒器火嘴及#1磨兩端膨脹節(jié)等處損壞脫落。2011年12月11日00：25，#1爐減負(fù)荷過程中，#6磨煤機(jī)料位低，#6A給煤機(jī)斷煤，惰化蒸汽投入晚，重新來煤后發(fā)生爆破，造成F3燃燒器火嘴損壞脫落，砸壞#1爐冷灰斗水冷壁，卡住撈渣機(jī)。

2.1 #1磨煤機(jī)爆破事故經(jīng)過及現(xiàn)象

2011年11月30日，#1機(jī)組負(fù)荷370MW，#1、#2、#3、#6磨運行，#4、#5磨備用。3：15值長令：試停#1磨準(zhǔn)備檢修。3：25準(zhǔn)備停#1磨，全開#1磨冷一次風(fēng)門，減給煤量。3：34#1A、#1B給煤機(jī)給煤量至最小。3：36啟#4磨以滿足負(fù)荷及運行方式需要。3：37停#1A、#1B給煤機(jī)。3：38開#1磨惰化蒸汽氣動門，3：40關(guān)#1磨惰化蒸汽氣動門，3：43再次開#1磨惰化蒸汽氣動門，惰化蒸汽壓力0.36 MPa，未發(fā)生變化。3：48從#1爐東側(cè)傳來一聲異響，#1磨爆破。就地附近#3磨火檢端子箱著火立即將火撲滅。3：48 #4磨跳閘，緊急投用所有層點火油槍穩(wěn)燃，投入空預(yù)器連續(xù)吹灰。3：50手動停止#1磨運行。3：51#3磨跳閘，投#3磨惰化蒸汽全開#3磨冷一次風(fēng)門吹掃。手動快關(guān)汽機(jī)調(diào)門，減給水流量，負(fù)荷最低降至270 MW。3：52啟#4磨、#5磨。4：00鍋爐燃燒趨于穩(wěn)定機(jī)組負(fù)荷維持330 MW。

2.2 #6磨煤機(jī)爆破事故經(jīng)過及現(xiàn)象

11日00：00，負(fù)荷：490 MW，#1、#2、#3、#4、#5、#6磨煤機(jī)運行。11日00：00，AGC開始降負(fù)荷指令430 MW，00：11停運#5磨煤機(jī)，#6磨煤機(jī)正常運行，熱一次風(fēng)門開度79%，冷一次風(fēng)門開度100%，磨入口溫度210℃，分離器風(fēng)壓驅(qū)動端4.78 kPa、非驅(qū)動端5.54 kPa。粉管風(fēng)速F1、F2、F3、F4分別為：33、33、30、32 m/s。差壓料位計驅(qū)動端290 Pa、非驅(qū)動端250 Pa。分離器溫度驅(qū)動端63 ℃、非驅(qū)動端63 ℃。給煤機(jī)煤量：#6A 14t/h、#6B13t/h，磨煤機(jī)電流106～109A。00：22，#6A給煤機(jī)斷煤，驅(qū)動端分離器溫度65 ℃，非驅(qū)動端分離器溫度64 ℃，關(guān)小熱一次風(fēng)門開度至72%，將#6磨兩側(cè)容量風(fēng)門從80%關(guān)至72%。00：23，手動增加#6B給煤機(jī)煤量：13 t/h至21 t/h。00：24，手動投入#6磨惰化蒸汽母管壓力從0.36 MPa降至0.10 Mpa， 此時磨煤機(jī)料位：驅(qū)動端256 Pa、非驅(qū)動端203 Pa。00：25#6A給煤機(jī)來煤，煤量從2 t/h增至14 t/h，停惰化蒸汽，惰化蒸汽共計投入11秒鐘。00：25，#1鍋爐側(cè)傳來爆炸聲，爐膛負(fù)壓瞬間至+310 Pa，F(xiàn)3燃燒器火檢模擬量變壞點。此時：#6磨入口溫度210 ℃，分離器風(fēng)壓驅(qū)動端4.78 kPa增至 5.19 kPa，非驅(qū)動端5.54 kPa不變。粉管F1、F2、F3、F4風(fēng)速分別為：31、28、39、41 m/s。差壓料位計：驅(qū)動端270 Pa、非驅(qū)動端230 Pa，分離器溫度驅(qū)動端66 ℃、非驅(qū)動端69 ℃。#6A給煤機(jī)煤量14 t/h，#6B給煤機(jī)煤量21 t/h，磨煤機(jī)電流106～109 A。隨后#1磨跳閘，運行人員立即緊急投入E層、C層、B層、D層點火油槍穩(wěn)燃。再次投入#6磨惰化蒸汽停運#6磨。巡檢就地檢查確認(rèn)F3燃燒器爆裂。#6磨兩側(cè)分離器本體未見異常，給煤機(jī)本體未見異常，就地惰化蒸汽投入正常。

3 磨煤機(jī)爆破后搶修中發(fā)現(xiàn)問題及原因分析

3.1 磨煤機(jī)分離器存在內(nèi)部積粉

現(xiàn)場打開發(fā)生爆破事故的磨煤機(jī)分離器人孔門，均發(fā)現(xiàn)分離器內(nèi)倒錐體和折向擋板處有殘余火星，說明這些部位存在積粉情況。打開其它停運的磨煤機(jī)分離器人孔門，發(fā)現(xiàn)折向擋板背風(fēng)面處確實存在積粉。

3.2 粉管內(nèi)部存在積粉

磨煤機(jī)爆破后，加大冷風(fēng)冷卻，現(xiàn)場割管檢查發(fā)現(xiàn)，磨煤機(jī)粉管的水平段彎頭處存在積粉。磨煤機(jī)出口粉管積粉，時間長了，或溫度高時，印尼煤就可能自燃，引燃粉管，造成磨煤機(jī)爆破。

3.3 制粉系統(tǒng)惰化蒸汽管道堵塞

#1制粉系統(tǒng)爆炸后，鍋爐檢修人員打開#1磨驅(qū)動端入口處惰化蒸汽管道水平段，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部已被煤粉、鐵銹等泥巴裝雜物堵死。隨后鍋爐檢修人員對#1、2爐磨煤機(jī)惰化蒸汽系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了徹底處理，經(jīng)運行人員投運試驗，恢復(fù)正常。

3.4 低溫環(huán)境導(dǎo)致印尼煤結(jié)露

環(huán)境溫度的變化對燒用印尼煤有一定的影響。普通煤粉的結(jié)露溫度為46 ℃，而印尼煤的另一個特點就是高水分，因此結(jié)露溫度更低?？紤]到粉管的溫降一般在10℃ ～15 ℃，所以磨煤機(jī)出口的溫度一般不能低于57 ℃。當(dāng)環(huán)境溫度較低，小于15 ℃且又有大風(fēng)時，粉管的溫降加大，所以此時磨煤機(jī)的出口溫度要相應(yīng)提高到60 ℃～65 ℃。磨煤機(jī)爆破發(fā)生當(dāng)天，環(huán)境溫度突降，平均溫度在8℃左右，且金灣發(fā)電有限公司位于海風(fēng)較大的港口附近，較低的環(huán)境溫度加上較大的風(fēng)速，使磨煤機(jī)出口煤粉管的溫降大為增加，現(xiàn)場測量時，最大的溫降有25 ℃，從而增大了印尼煤結(jié)露的可能性。在磨煤機(jī)發(fā)生著火之前，燒用印尼煤的各臺磨煤機(jī)出口溫度均控制在57 ℃左右，未及時根據(jù)環(huán)境溫度變化作出相應(yīng)調(diào)整，可能使粉管中部分印尼煤產(chǎn)生結(jié)露，從而積聚在粉管中，增大了磨煤機(jī)爆破的可能性。

4 摻燒印尼煤時防止磨煤機(jī)爆破的技術(shù)措施及改進(jìn)方法

煤粉爆炸的主要原因是煤緩慢氧化，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w與空氣混合，達(dá)到一定濃度比例后遇火發(fā)生連鎖爆炸。煤粉的爆炸需要3個基本條件，即可燃物的存在、合適的氧濃度和足夠的點火能量。煤粉爆炸的過程是懸浮在空氣中的煤粉的強(qiáng)烈燃燒過程，影響煤粉爆炸的因素主要有煤質(zhì)特性、煤粉混合物溫度、煤粉細(xì)度和煤粉濃度等。防止制粉系統(tǒng)爆炸的主要措施一般都從控制磨煤機(jī)出口溫度、控制煤粉細(xì)度、防止煤粉沉積自燃產(chǎn)生火源及控制氧濃度和控制煤粉干燥條件、防止煤粉熱解產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w等方面入手。

4.1 運行調(diào)整方面

4.1.1 入磨煤質(zhì)控制

在煤場條件允許的情況下，印尼煤宜采取摻混方式入磨。

4.1.2 磨煤機(jī)進(jìn)出口溫度控制

燃用印尼褐煤時磨煤機(jī)入口溫度最高不超過265 ℃，分離器出口溫度控制在60 ℃～65 ℃，最高不超70 ℃，最低不低于55 ℃。

4.1.3 磨煤機(jī)料位控制

燃用印尼褐煤時，為防止磨煤機(jī)斷煤后磨內(nèi)煤粉濃度很快達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi)，控制磨煤機(jī)料位在500～700 Pa的稍高料位運行。

4.1.5 磨煤機(jī)出力、粉管風(fēng)速控制

磨制印尼煤的制粉系統(tǒng)維持高出力運行，容量風(fēng)門開度控制在80%以上，粉管風(fēng)速提高至28～35 m/s，任何時候風(fēng)速不得低于22 m/s，增強(qiáng)一次風(fēng)的攜帶煤粉的能力，防止發(fā)生積粉和燃燒器燒壞事故。

4.1.6 磨煤機(jī)消防惰化蒸汽的投入

（1）如給煤機(jī)發(fā)生斷煤或其他故障跳閘或分離器出口溫度超過70 ℃或料位低于300 Pa時，須立即投入惰化蒸汽系統(tǒng)，確認(rèn)料位恢復(fù)正常后再停止惰化蒸汽。任一磨煤機(jī)惰化蒸汽投運時惰化蒸汽母管壓力維持0.2 Mpa以上，溫度200～300℃。

（2）為防止印尼褐煤氧化、熱解析出CO等可燃?xì)怏w造成爆炸，在每次啟動對應(yīng)燃用該煤種的磨煤機(jī)前，投入惰化蒸汽，并用冷風(fēng)吹掃30 min后啟動磨煤機(jī)，磨料位大于300 Pa后退出惰化蒸汽。

（3）磨煤機(jī)事故跳閘或緊急停運后，應(yīng)投入惰化蒸汽10～15 min。每1小時間斷投入1次。磨煤機(jī)恢復(fù)啟動前先投入惰化蒸汽，啟動盤車電機(jī)，開冷風(fēng)門吹掃余粉不低于30 min。

（4）停運燃用印尼煤的磨煤機(jī)時，停磨前應(yīng)嚴(yán)格按要求控制磨煤機(jī)入口風(fēng)溫，防止磨煤機(jī)停止后，造成磨煤機(jī)內(nèi)部溫度升高。給煤機(jī)走空后停運，給煤機(jī)停運后投入惰化蒸汽，冷風(fēng)至少吹掃20 min后才能停磨，磨煤機(jī)停運后開啟冷風(fēng)30 min吹盡制粉系統(tǒng)各部余粉。

4.1.7 煤粉細(xì)度控制

磨制印尼煤的磨煤機(jī)其分離器折向擋板應(yīng)開大，適當(dāng)提高煤粉細(xì)度，煤粉細(xì)度按照R90=0.5nVdaf+4選取，維持在25%～30%左右。

4.2 檢修、巡視方面

4.2.1 清理積粉、處理漏粉

（1）加強(qiáng)對燃用印尼煤制粉系統(tǒng)粉管、分離器、回粉管等的檢查、檢修和維護(hù)，發(fā)現(xiàn)漏粉、積粉及時處理。

（2）定期清理磨煤機(jī)分離器折向擋板。

（3）定期檢查回粉管是否堵塞，防止由于煤粉積聚堵塞，加強(qiáng)監(jiān)視分離器出口溫度和回粉管溫度，發(fā)現(xiàn)回粉管堵塞及時清理。

（4）發(fā)現(xiàn)制粉系統(tǒng)漏粉應(yīng)及時處理。

4.2.2 勤檢查，及時消缺

（1）制粉系統(tǒng)冷熱風(fēng)調(diào)門、總風(fēng)門、容量風(fēng)門、旁路風(fēng)門、惰化蒸汽總門及各分門、疏水門等應(yīng)確保開關(guān)靈活，關(guān)閉嚴(yán)密，無卡澀，發(fā)現(xiàn)問題及時消缺。

（2）制粉系統(tǒng)各熱工測點顯示不準(zhǔn)時應(yīng)及時反饋，定期校驗。

（3）加強(qiáng)對粉管膨脹節(jié)、回粉管、分離器等處的檢查巡視。

（4）對已停運的磨煤機(jī)，也要監(jiān)視檢查原煤斗、給煤機(jī)、磨煤機(jī)的溫度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)原煤斗有著火的跡象時，應(yīng)立即通知燃料向原煤斗澆水，投入消防系統(tǒng)；發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)內(nèi)部溫度升高立即投入惰化蒸汽。

4.3 制粉系統(tǒng)優(yōu)化、改造方面

4.3.1 增大冷風(fēng)管

目前制粉系統(tǒng)是按照燃用劣質(zhì)煙煤和貧瘦煤設(shè)計，冷風(fēng)管路設(shè)計流量較小，燃用印尼煤需加粗冷風(fēng)管路。

4.3.2 裝設(shè)防爆門

在制粉系統(tǒng)驅(qū)動端和非驅(qū)動端兩側(cè)熱風(fēng)管道上以及各粉管上加裝防爆門，降低制粉系統(tǒng)爆炸時產(chǎn)生的危害，將損失降至最小。

4.3.3 加裝熱工測點

（1）在回粉管上加裝溫度測點，對回粉管溫度實時監(jiān)控，避免回粉管堵塞積粉造成煤粉自燃。

（2）在分離器出口加裝O2和CO測點，并將其納入DCS聲光報警，當(dāng)氧量下降、CO含量上升時聯(lián)鎖投入惰化蒸汽。

（3）加強(qiáng)制粉系統(tǒng)各熱工測點（料位、風(fēng)壓、溫度、速度等）的檢查、校驗。

4.3.4 在13.7 m平臺加裝專用霧化水槍，用于制粉系統(tǒng)著火時使用

4.3.5 惰化蒸汽改造

針對目前惰化蒸汽系統(tǒng)頻繁堵塞的情況，對惰化蒸汽系統(tǒng)管路進(jìn)行優(yōu)化改造。

5 結(jié)論

燃用印尼煤制粉系統(tǒng)防爆主要是防止制粉系統(tǒng)各部位的積粉，防止積粉自然導(dǎo)致制粉系統(tǒng)爆炸。當(dāng)制粉系統(tǒng)出現(xiàn)異常時或啟、停磨時，及時、可靠地投入惰化蒸汽來降低煤粉中的氧量能起到防爆的作用。湖南華電長沙發(fā)電有限公司采取了上述相應(yīng)技術(shù)措施及設(shè)備改造之后，#1號鍋爐摻燒印尼煤過程中，燃用印尼煤的磨煤機(jī)到目前為止暫未出現(xiàn)著火爆炸事故，取得了良好的效果，保證了機(jī)組設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

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