鍋爐制粉系統(tǒng)著火爆炸分析及預(yù)防措施

鄭 杰

（烏魯木齊石化公司熱電廠，新疆 烏魯木齊 830019）

0 引言

現(xiàn)在大中型鍋爐均采用煤粉燃燒，原煤經(jīng)過制粉系統(tǒng)磨制成煤粉后再送入爐膛內(nèi)燃燒。制粉系統(tǒng)分為直吹式和中間儲倉式，直吹式是將磨煤機(jī)磨成的合格煤粉直接送入爐膛內(nèi)燃燒，而中間儲倉式是將磨煤機(jī)磨制合格的煤粉先存儲在煤粉倉內(nèi)，然后再根據(jù)鍋爐負(fù)荷的需要，從煤粉倉經(jīng)過給粉機(jī)送入爐膛內(nèi)燃燒。由于煤粉存在自燃性和爆炸性，而制粉系統(tǒng)中存在大量懸浮狀態(tài)的煤粉，如果局部存在點(diǎn)火源，煤塵就會發(fā)生著火爆炸，進(jìn)而引起整個制粉系統(tǒng)的著火爆炸事故，因此必須認(rèn)真分析制粉系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸的原因，從而正確地提出預(yù)防制粉系統(tǒng)著火爆炸的管理途徑、設(shè)計(jì)要求以及針對性的改進(jìn)措施。

1 煤粉發(fā)生著火爆炸的基本條件

煤粉具有自燃性和爆炸性，因?yàn)槊悍壑形搅舜罅康目諝?，受空氣的氧化作用會緩慢地發(fā)熱而使煤粉溫度升高，當(dāng)達(dá)到著火點(diǎn)時會發(fā)生自燃。煤粉、空氣的混合物在一定的條件下會發(fā)生爆炸，引起設(shè)備損壞和人員傷害。煤粉發(fā)生爆炸具備的3個基本條件是：（1）煤粉的存在；（2）合適的氧濃度，即煤粉量和空氣量的比例要位于爆炸極限內(nèi)；（3）要有足夠的點(diǎn)火能量。

2 制粉系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸的原因分析

從煤粉發(fā)生著火爆炸的基本條件看，首先制粉系統(tǒng)中始終都會存在大量的煤粉，而且當(dāng)煤粉揮發(fā)份Vdaf＜10%時，一般沒有自燃和爆炸的危險(xiǎn)；當(dāng)燃料揮發(fā)份Vdaf＞20%時，由于屬于反應(yīng)能力強(qiáng)的煤，此時燃料揮發(fā)份析出和著火溫度均較低，容易發(fā)生自燃和爆炸事故；煤粉越細(xì)，著火爆炸的可能性越大，對于煙煤，當(dāng)其粒徑大于100μm時，幾乎不會發(fā)生爆炸，但在實(shí)際使用中煤粉的粒度均小于100μm，因此對于燃用揮發(fā)份大于10%的鍋爐制粉系統(tǒng)，爆炸的可能性始終是存在的。煙煤氣粉混合物濃度只有在0.32～4 kg/m3范圍內(nèi)才會發(fā)生爆炸，而濃度在1.2～2 kg/m3范圍時爆炸危險(xiǎn)性最大。當(dāng)氣粉混合物中氧含量＜15%時，一般沒有爆炸危險(xiǎn)。若采用具有自燃爆炸特性的煤種，則在爆炸范圍內(nèi)的氣粉混合物，如遇足夠的點(diǎn)火能源就能引起爆炸事故。在正常運(yùn)行中，制粉系統(tǒng)中的煤粉濃度在較大的范圍內(nèi)波動，其具備爆炸濃度的條件幾乎不可避免。煤粉需要足夠的點(diǎn)火能量才會著火爆炸，給煤粉提供足夠的點(diǎn)火能量除了煤粉本身的自然而形成點(diǎn)火源外，也可能是有外來火源，但是不論是外來火源還是內(nèi)在火源，均可以通過采取措施進(jìn)行控制。

從以上分析看，控制點(diǎn)火源是控制制粉系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸較容易采取的方法，由于存在點(diǎn)火源而使制粉系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸的原因如圖1所示。

2.1 積粉

制粉系統(tǒng)中磨煤機(jī)出入口、分離器內(nèi)、煤粉倉內(nèi)以及輸粉管道內(nèi)由于各種原因存在沉積的煤粉，長時間的積存受空氣的氧化作用會緩慢地發(fā)熱而使煤粉溫度升高而自燃，進(jìn)而成為制粉系統(tǒng)爆炸的發(fā)源地。造成制粉系統(tǒng)積粉的原因主要有以下方面：（1）制粉系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝中有造成煤粉積存的死角；（2）由于粉倉溫度低或粉倉內(nèi)鋼壁腐蝕形成腐蝕坑，造成粉倉內(nèi)積粉；（3）制粉系統(tǒng)啟停時，通風(fēng)吹掃不徹底，造成磨煤機(jī)內(nèi)積粉；（4）制粉系統(tǒng)保溫不良、設(shè)備進(jìn)水或煤粉水分大，造成煤粉因結(jié)露產(chǎn)生結(jié)塊、沉積；（5）鍋爐長時間的停用時，沒有排空粉倉、磨煤機(jī)內(nèi)的存粉和存煤，造成積粉；（6）中間儲倉式制粉系統(tǒng)運(yùn)行期間沒有進(jìn)行定期降粉，造成粉倉存在積粉。

圖1 點(diǎn)火源致使制粉系統(tǒng)著火爆炸的原因

2.2 磨煤機(jī)出口溫度控制不當(dāng)

磨煤機(jī)出口氣粉混合物溫度是制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的一個重要參數(shù)，磨煤機(jī)出口氣粉混合物溫度的選定是按照煤的類別，并綜合考慮實(shí)際煤質(zhì)變化、運(yùn)行工況波動等不利因素來進(jìn)行選定的，各類煤種制粉系統(tǒng)干燥劑的最大限額溫度如表1所示。

表1 制粉系統(tǒng)干燥劑的最大限額溫度 單位：℃

磨煤機(jī)出口氣粉混合物溫度選定后，在制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行時，制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)出口溫度高，會使制粉系統(tǒng)中的煤粉自燃爆炸；制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)出口溫度低，會導(dǎo)致制粉系統(tǒng)內(nèi)煤粉結(jié)塊、沉積，最終也會使積粉自燃爆炸。

2.3 原煤內(nèi)含有易燃易爆物

由于原煤從煤礦運(yùn)到到煤場，不可避免地存在一些易燃易爆物品，雖然經(jīng)過輸煤系統(tǒng)的篩選，但還會有一些易燃易爆物品進(jìn)入制粉系統(tǒng)內(nèi)，如：油、雷管、木塊等，運(yùn)行中油、雷管會因?yàn)橹品巯到y(tǒng)中熱空氣的加熱而發(fā)生自燃爆炸，木塊被木塊分離器分離，不認(rèn)真清理木塊分離器，木塊也會發(fā)生自燃，成為制粉系統(tǒng)中的點(diǎn)火源。

2.4 制粉系統(tǒng)漏風(fēng)、漏粉

制粉系統(tǒng)漏風(fēng)，特別是中間儲倉式制粉系統(tǒng)中的煤粉倉漏風(fēng)，會造成粉倉內(nèi)氧量增加，導(dǎo)致粉倉內(nèi)煤粉發(fā)生自燃，產(chǎn)生揮發(fā)份氣體，當(dāng)粉倉處于低粉位時，揮發(fā)性氣體與粉層自燃面大面積接觸，受到如新粉濺落等擾動后自燃火焰與揮發(fā)份氣體迅速混合導(dǎo)致爆炸。制粉系統(tǒng)漏粉，會在制粉系統(tǒng)外造成積粉，長期的積粉會導(dǎo)致積粉自燃，由于制粉系統(tǒng)是負(fù)壓的，如被吸入，即成為制粉系統(tǒng)中的點(diǎn)火源，造成制粉系統(tǒng)爆炸；另外，自燃的積粉會引燃制粉系統(tǒng)外的可燃物，造成制粉系統(tǒng)外發(fā)生著火。

2.5 制粉系統(tǒng)違章動火

制粉系統(tǒng)中煤粉處于較高速度運(yùn)動，制粉系統(tǒng)的磨損較大，會出現(xiàn)泄漏，為了制粉系統(tǒng)的正常運(yùn)行就要進(jìn)行銷漏，需要進(jìn)行動火作業(yè)，動火中出現(xiàn)不清理現(xiàn)場積粉等違章現(xiàn)象，即會造成著火爆炸的問題。

3 防止制粉系統(tǒng)著火爆炸的對策

（1）消除制粉系統(tǒng)內(nèi)積粉。消除制粉系統(tǒng)的積粉，就可以防止制粉系統(tǒng)積粉氧化發(fā)熱而使煤粉溫度升高而自燃，從而減少制粉系統(tǒng)自燃爆炸。要消除制粉系統(tǒng)的積粉，應(yīng)該從設(shè)備管理和制粉系統(tǒng)運(yùn)行管理上采取措施：1）設(shè)備管理方面的措施。對于新安裝的鍋爐，設(shè)計(jì)、安裝時應(yīng)避免制粉系統(tǒng)內(nèi)有造成煤粉積存的死角；在役鍋爐，應(yīng)定期檢查制粉系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)制粉系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)容易積粉的部位，在檢修中對容易積粉的部位進(jìn)行改造，從而減少制粉系統(tǒng)的積粉。對于中間儲倉式制粉系統(tǒng)應(yīng)定期檢查倉壁內(nèi)襯鋼板，嚴(yán)防襯板磨漏、夾層積粉。每次大修煤粉倉應(yīng)清倉，并檢查粉倉的嚴(yán)密性及有無死角，特別要注意倉頂板一大梁擱置部位有無積粉死角。做好設(shè)備保溫工作，減少煤粉因結(jié)露產(chǎn)生的結(jié)塊、沉積現(xiàn)象。2）運(yùn)行管理方面的措施。堅(jiān)持執(zhí)行中間儲倉式制粉系統(tǒng)定期降粉制度和停爐前煤粉倉空倉制度。制粉系統(tǒng)啟停時，嚴(yán)格按照規(guī)程對制粉系統(tǒng)進(jìn)行徹底的通風(fēng)吹掃。嚴(yán)格控制煤粉水分，防止煤粉因結(jié)露產(chǎn)生結(jié)塊、沉積。（2）嚴(yán)格控制磨煤機(jī)出口溫度。嚴(yán)格控制磨煤機(jī)出口溫度，特別是制粉系統(tǒng)啟停時，會使煤粉濃度和氧氣濃度處在爆炸范圍內(nèi)，因此磨煤機(jī)出口溫度在啟停時更應(yīng)嚴(yán)格控制。（3）加強(qiáng)原煤管理，清理原煤中的易燃易爆物。加強(qiáng)原煤管理，按規(guī)定檢查煤質(zhì)，并及時通報(bào)有關(guān)部門，清除煤中自燃物，嚴(yán)防外來火源；對于爆炸性強(qiáng)的煤種，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督，如有可能，可采取配煤措施。（4）消除制粉系統(tǒng)漏風(fēng)、漏粉。消除制粉系統(tǒng)的粉塵泄漏點(diǎn)以及粉倉的漏風(fēng)，經(jīng)常保持制粉系統(tǒng)及設(shè)備周圍環(huán)境的清潔，不得有積粉存在。（5）加強(qiáng)制粉系統(tǒng)動火管理工作，杜絕違章動火。在制粉系統(tǒng)的消缺檢修工作中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行動火作業(yè)規(guī)定，必須嚴(yán)格進(jìn)行粉塵濃度的測量，合格后方可進(jìn)行動火。為了保證粉塵濃度的合格，制粉系統(tǒng)的動火應(yīng)要求在制粉系統(tǒng)停運(yùn)15 min后進(jìn)行，這樣制粉系統(tǒng)中粉塵已經(jīng)完全沉降，制粉系統(tǒng)中粉塵濃度基本上也合格了。

4 結(jié)語

鍋爐制粉系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸是大型電站的惡性事故，往往會造成重大的人員及設(shè)備的損壞，通過以上分析制粉系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸的原因，正確地提出了預(yù)防制粉系統(tǒng)著火爆炸的管理途徑、設(shè)計(jì)要求以及針對性的改進(jìn)措施，及時把鍋爐制粉系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸事故消除在萌芽狀態(tài)。

［1］國家電力公司發(fā)輸電運(yùn)營部.《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》輔導(dǎo)教材.中國電力出版社，2001

［2］岑可法，周昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運(yùn)行技術(shù).中國電力出版社，2003