燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)爆炸原因分析及防范

聶常貴，牟效民，霍林華

（中國石油克拉瑪依石化公司熱電廠，新疆 克拉瑪依 834003）

燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故，輕則造成設備損壞、鍋爐運行中斷，重則導致人員傷亡。因此，結合實際，系統(tǒng)地研究分析燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)爆炸的原因，提出整改防范措施，對確保鍋爐安全平穩(wěn)運行具有極為重要的指導意義。

1 原因分析

研究與實踐均表明，燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)爆炸事故主要是由煤粉積存自燃引起的；而積粉自燃的誘因較多，可系統(tǒng)地分為設備選型不當、設計缺陷、安裝缺陷、檢修維護不力、違章操作等。此外，外來易燃、易爆物或火源也可引發(fā)制粉系統(tǒng)發(fā)生嚴重的爆炸事故。

1.1 選型不當

選型不當主要是指球磨機、粗粉分離器、細粉分離器、鎖氣器等制粉系統(tǒng)設備，沒有根據(jù)煤質(zhì)及系統(tǒng)設計的參數(shù)按規(guī)范進行合理的選擇，致使設備投用后局部流速過低，介質(zhì)攜粉能力下降，從而誘發(fā)積粉、發(fā)生自燃爆炸事故。

2010-01-03T05:25，某熱電廠4-1制粉系統(tǒng)堵磨后，重新啟動4-1制粉系統(tǒng)給煤機，恢復制粉，10 s后4-1制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸。事故造成4-1制粉系統(tǒng)粗、細粉分離器13個防爆門爆破膜全部破裂；乏氣風門軸斷裂，門板嚴重變形后脫落掉進排粉機入口；以粗、細粉分離器為中心，半徑20 m范圍內(nèi)的廠房塑鋼窗全部破損、框架嚴重變形，大量破碎玻璃從30 m標高的窗戶墜落到8 m標高的鍋爐運轉層。

事故發(fā)生后，該電廠檢修人員對鍋爐2套制粉系統(tǒng)中未發(fā)生爆炸的制粉系統(tǒng)進行檢查，發(fā)現(xiàn)粗粉分離器上錐帽煤粉沉積厚度達到60 cm且內(nèi)部有自燃著火現(xiàn)象。根據(jù)煤質(zhì)及軸向型粗粉分離器的設計選型原則，按制粉通風Qv=36 699 m3/h、煤粉細度R90=25 %計算，選用的軸向型粗粉分離器直徑應為2.93 m，但實際設計中選用的粗粉分離器直徑卻為3.7 m，致使粗粉分離器上錐帽頂介質(zhì)流速過低，攜粉能力下降，進而導致煤粉大量沉積。高揮發(fā)分煤粉長期沉積氧化而熱量不能有效地散失，最終發(fā)生自燃。此時若遇到制粉系統(tǒng)起、?；蜻\行中其他的操作擾動，則可能發(fā)生爆炸。事故后，按規(guī)范將粗粉分離器直徑由3.7 m改為2.8 m，經(jīng)多次檢查，上錐帽均無積粉，安全運行至今。

1.2 設計缺陷

設計缺陷主要是指制粉系統(tǒng)結構及管段未按規(guī)范設計，致使系統(tǒng)投用后局部嚴重積粉、自燃，進而誘發(fā)爆炸事故。因設計缺陷而易發(fā)生積粉自燃爆炸的區(qū)域有：球磨機進口混合管段、制粉系統(tǒng)防爆門插管、細粉分離器進口方形管等。此外，粉倉倉壁角度以及材質(zhì)選擇不當也容易引發(fā)積粉自燃爆炸事故。

1999-09-01T08:15，某電廠2號鍋爐司磨按正常程序啟動磨煤機。08:20，控制室值班員突然聽到一聲巨響， 2-2制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸，磨煤機出口溫度由63 ℃升高到127 ℃。事故造成2-2制粉系統(tǒng)所有防爆門全部爆破，2-2給煤機出現(xiàn)4條20 cm的長裂縫。事故后，檢修人員對2-2磨煤機入口熱風道進行檢查，發(fā)現(xiàn)熱風道內(nèi)還有約7 cm厚的煤粉在燃燒，并且煤粉內(nèi)還有14個鋼球。

由于設計落煤管下端正對著熱風道進口彎頭(見圖1)，日常運行期間少量通過落煤管補充的磨煤機鋼球、煤粒在熱風道內(nèi)存積，受熱風烘烤自燃，當制粉系統(tǒng)起動后，就會引發(fā)爆炸。事故后，對所有鍋爐球磨機落煤管按圖2進行了整改，在落煤管出口增加了彎頭，避免了磨煤機鋼球、煤粒在熱風道內(nèi)存積，制粉系統(tǒng)安全運行至今。

圖1 磨煤機進口落煤管原設計結構

圖2 磨煤機進口落煤管整改

1.3 安裝缺陷

安裝缺陷主要是指制粉系統(tǒng)設備、管段及管件未按設計要求安裝，致使系統(tǒng)投用后局部嚴重積粉、自燃，進而誘發(fā)爆炸事故。因安裝缺陷易發(fā)生積粉自燃爆炸的區(qū)域有：制粉系統(tǒng)閥門、管段安裝位置、角度及防爆門插管安裝角度、開孔和插入結構等。

2010-01-05，某電廠4號鍋爐司磨接班檢查發(fā)現(xiàn)：4-1球磨機進口防爆門破損，并從破損處觀察到防爆門插管內(nèi)有火星，遂緊急匯報，停止4-1球磨機運行。由于發(fā)現(xiàn)及時、處理得當，成功避免了一起制粉系統(tǒng)爆炸事故。

隨后，拆除4-2磨煤機進口防爆門膜片檢查，發(fā)現(xiàn)防爆門插管下方內(nèi)壁有一直徑為30 cm的變形區(qū)域。再拆除防爆門插管外側保溫裝置，發(fā)現(xiàn)防爆門插管內(nèi)存在積粉自燃現(xiàn)象。檢修人員測量發(fā)現(xiàn)：此防爆門插管未按45°(與水平面夾角)以上規(guī)定傾斜角設計安裝，實際傾斜角僅為30°，同時粗粉分離器回粉管、排粉機再循環(huán)管均位于球磨機進口防爆門插管對面上方，氣流軸線正對防爆門插管開孔處，最終導致粗粉分離器回粉、排粉機再循環(huán)乏氣帶粉及落煤管煤粉在防爆門插管底部沉積。由于防爆門插管傾角較小，沉積煤粉不能依靠重力下落進入磨煤機，從而導致沉積煤粉在磨煤機進口干燥風(溫度在300 ℃左右)的烘烤下自燃。

1.4 檢修維護不力

檢修維護不力主要是指制粉系統(tǒng)檢修、維護存在不足，沒有及時發(fā)現(xiàn)并消除表計、閥門等設備缺陷及倉壁腐蝕積粉、粗粉分離器雜物堵塞積粉等隱患，導致制粉系統(tǒng)運行期間因表計失靈、閥門漏風等原因超溫，或發(fā)生局部嚴重積粉自燃爆炸事故。

1.5 違章操作

違章操作主要是指操作人員不認真、沒有嚴格執(zhí)行燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)的操作規(guī)程，因人為操作原因導致制粉系統(tǒng)超溫運行或發(fā)生局部積粉自燃爆炸事故。

2000-02-28清晨，某電廠1號爐正常運行，負荷190 t/h，雙側制粉系統(tǒng)均工作正常。06:30，1號爐甲、乙球磨機停運，排粉機空抽15 min左右。07:30左右，1號爐司磨啟動1號爐甲、乙側制粉系統(tǒng)。當甲側制粉系統(tǒng)及乙側制粉系統(tǒng)啟動正常，且乙側球磨機出口風溫達到54 ℃時，啟動乙側球磨機。07:45，啟動給煤機準備給煤時，乙側排粉機發(fā)生了爆炸，并引發(fā)廠房內(nèi)煤粉二次閃爆，造成鍋爐廠房門、窗、墻壁、樓板多處損壞。

事故后檢查分析其原因，主要是由于06:30制粉系統(tǒng)停運時，操作人員沒有嚴格按操作規(guī)程規(guī)定(停磨過程必須根據(jù)球磨機進出口壓差來控制排粉機抽風時間)執(zhí)行，從而造成乙側排粉機抽粉時間不足，致使乙側球磨機內(nèi)殘留過量煤粉，并在一定條件下自燃。當再次啟動乙側制粉系統(tǒng)時，排粉機內(nèi)達到爆炸極限范圍的煤粉和空氣混合物遇到被抽入的自燃煤粉(火源),從而發(fā)生爆炸。

1.6 外來易燃、易爆物或火源

外來易燃、易爆物或火源主要是指原煤開采、運輸過程中夾帶的易燃、易爆物或長期儲存的自燃火源，在進入制粉系統(tǒng)前沒有被及時發(fā)現(xiàn)，從而導致制粉系統(tǒng)在運行期間發(fā)生爆炸事故。由于此類爆炸發(fā)生前，制粉系統(tǒng)均正常運行且煤粉濃度高，因此事故損害極大。

2001-11-06，某電廠3號鍋爐發(fā)生一起因原煤中攜帶易燃物而引發(fā)的爆炸事故。事故造成3號爐甲磨出口防爆門爆開，3號爐粉倉防爆門爆開，粉倉頂鋼板變形拉裂，燃料3號帶乙?guī)У撞科脚_破碎，3號帶乙?guī)ё冃尾⑾蛏瞎?，粉倉頂部東西走向的北側鋼筋混凝土大梁拉斷并突出平臺平面，甲乙側細粉分離器下粉口自上部鎖氣器以下全部變形破碎，粉倉吸潮管自吸潮閥以下變形、法蘭破碎。事故中球磨機及粉倉中先后發(fā)生2次爆炸，一次發(fā)生在磨煤機出口，另一次發(fā)生在煤粉倉中。

原煤中夾雜易燃物進入球磨機時，首先引起磨煤機內(nèi)的煤粉爆炸，并且造成磨煤機出口防爆片破裂。磨煤機內(nèi)的爆炸在瞬間造成磨煤機出口正壓，并向上傳播；火星通過粗粉分離器前吸潮管處進入粉倉，由于粉倉內(nèi)煤粉濃度超過爆炸極限，從而引發(fā)劇烈的爆炸，造成粉倉頂部及頂部設備的嚴重破壞。由于鎖氣器的作用，爆炸未對細粉分離器造成大的沖擊，所以粗、細粉分離器防爆門沒有動作。

2 防范措施

防止燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故是一項系統(tǒng)工程，它涉及制粉系統(tǒng)設備選型、設計、安裝、檢修維護、運行控制及原煤管理等多方面。因此，根據(jù)燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故的根源及其影響因素，有針對性地采取切實可行的防范措施，可最大限度地降低制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故的概率，減少人身傷亡及經(jīng)濟損失，保障鍋爐安全平穩(wěn)運行。

2.1 科學選型、規(guī)范設計

電力工業(yè)發(fā)展至今，燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)及其設備、管件選型、設計標準、規(guī)范已非常成熟、規(guī)范，但由于部分新進入這一行業(yè)的設計人員受到自身素質(zhì)、業(yè)務水平的制約，加之實踐經(jīng)驗的缺乏，極易出現(xiàn)對制粉系統(tǒng)及設備選型不當、設計失誤等情況，從而埋下積粉自燃的安全隱患。為此，專業(yè)設計院一方面要大力加強設計人員業(yè)務水平的培養(yǎng)提高，嚴格按照標準、規(guī)范進行制粉系統(tǒng)選型、設計；另一方面要與鍋爐使用單位技術人員密切溝通、合作，充分吸收鍋爐運行實踐的技術經(jīng)驗，及時調(diào)整制粉系統(tǒng)的選型與設計。

2.2 正確安裝

制粉系統(tǒng)嚴格按照設計正確安裝，是避免制粉系統(tǒng)在投用后發(fā)生積粉爆炸事故的重要環(huán)節(jié)。實踐表明，當前條件下，鍋爐用戶專業(yè)技術人員全程技術監(jiān)督是確保制粉系統(tǒng)正確安裝的最有效措施。

2.3 規(guī)范檢修維護

防止制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故的基礎是定期檢修、及時維護。制粉系統(tǒng)定期檢修主要是檢查并采取有效措施消除球磨機進口混合風管、粗粉分離器、細粉分離器進口方形管、粉倉倉壁、鎖氣器及制粉系統(tǒng)防爆門插管等易發(fā)生積粉自燃區(qū)域的安全隱患，同時完善制粉系統(tǒng)保溫裝置，消除各類磨損泄漏。制粉系統(tǒng)日常維護主要是及時發(fā)現(xiàn)并消除各類儀表缺陷、閥門缺陷及粗粉分離器內(nèi)的雜物，防止制粉系統(tǒng)儀表失靈、熱風門漏風，從而導致制粉系統(tǒng)超溫及粗粉分離器雜物堵塞、再循環(huán)管道內(nèi)積粉自燃，最終誘發(fā)爆炸事故。

2.4 細化運行管理

防止制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故，細化運行管理、杜絕違章操作必須常抓不懈，基本要點如下。

(1) 加強原煤管理，防止原煤中易燃、易爆物及自燃煤進入制粉系統(tǒng)引發(fā)爆炸事故。

(2) 根據(jù)煤質(zhì)、制粉系統(tǒng)類型、相關標準、規(guī)范及運行實踐經(jīng)驗，修訂完善制粉系統(tǒng)操作規(guī)程，并強化人員培訓，杜絕制粉系統(tǒng)運行違章操作。

(3) 制粉系統(tǒng)運行期間，必須保證球磨機再循環(huán)風門開度不低于40 %，粗粉分離器回粉管鎖氣器、細粉分離器下粉管鎖氣器動作正常，防止堵塞積粉。

(4) 制粉系統(tǒng)停止運行前，對制粉系統(tǒng)再循環(huán)管、回粉管、球磨機、粗細粉分離器要徹底吹掃，以消除積粉。

(5) 制粉系統(tǒng)停運后，對制粉系統(tǒng)進行全面隔離，減少系統(tǒng)漏風，確保即使系統(tǒng)內(nèi)自燃也處于缺氧狀態(tài)；同時高度注意監(jiān)視磨煤機進、出口溫度及排粉機進口溫度、粗粉出口溫度，若有異常升高，要及時檢查處理，避免自燃的煤粉引爆制粉系統(tǒng)。

3 結束語

(1) 燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故，根本原因是由于制粉系統(tǒng)、設備的選型、設計、安裝不按相關標準、規(guī)范執(zhí)行，以及設備檢修維護不力、運行違章操作，致使制粉系統(tǒng)或設備局部長期積粉，隨著熱風烘烤及煤粉內(nèi)部化學熱的產(chǎn)生、積蓄而導致爆炸。要有效防止此類事故的發(fā)生，必須要嚴把鍋爐制粉系統(tǒng)選型、設計、安裝時的質(zhì)量監(jiān)督關，同時要長期加強設備檢修維護力度，杜絕違章操作。

(2) 鍋爐投產(chǎn)初期，由于選型、設計不當，安裝質(zhì)量缺陷，設備檢維修水平及運行管理、操作人員水平不高等因素綜合作用，制粉系統(tǒng)爆炸事故頻發(fā)。但隨著鍋爐投產(chǎn)后制粉系統(tǒng)選型設計隱患、安裝質(zhì)量缺陷的消除以及設備檢維修水平的不斷提高，制粉系統(tǒng)發(fā)生積粉爆炸事故的概率將大幅度降低。因此，杜絕違章操作、細化制粉系統(tǒng)運行及日常管理將成為防止制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故的一項長期工作。