火電廠防爆型一次風(fēng)箱的研究及應(yīng)用

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火電廠防爆型一次風(fēng)箱的研究及應(yīng)用

余祖?zhèn)ィ挠?br/>（安徽馬鞍山萬(wàn)能達(dá)發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 馬鞍山 243051）

安徽馬鞍山萬(wàn)能達(dá)發(fā)電有限責(zé)任公司有四臺(tái)燃煤機(jī)組，設(shè)計(jì)煤種均為無(wú)煙煤與低揮發(fā)份貧煤各半的混煤，年消耗燃煤300萬(wàn)噸，重點(diǎn)計(jì)劃供應(yīng)煤源約占公司煤源的30%，另外70%依靠市場(chǎng)采購(gòu)的方式獲取，煤源較雜。市場(chǎng)煤的價(jià)高質(zhì)差且不穩(wěn)定，計(jì)劃煤得不到保證。

改燒神華煙煤；研究和開發(fā)；防爆

1　爆炸機(jī)理分析

一次風(fēng)箱是中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)鍋爐的主體設(shè)備之一，是通過(guò)煤粉管道向爐膛內(nèi)煤粉輸粉介質(zhì)直接來(lái)源，對(duì)燃燒系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要。由于一次風(fēng)熱風(fēng)溫度較高，通?？梢赃_(dá)到300℃，而乏氣又帶有一定濃度的煤粉，所如果兩種之間的混合方法和混合過(guò)程控制不當(dāng)，當(dāng)混合物的可燃物濃度和溫度達(dá)到煤粉云的爆炸極限，就容易產(chǎn)生爆炸事故?？傮w而言，煤質(zhì)、風(fēng)箱內(nèi)的動(dòng)力場(chǎng)及溫度場(chǎng)對(duì)爆炸現(xiàn)象的發(fā)生具有決定性影響具體分析如下：

1.1煤及煤粉云的爆炸特性

制粉乏氣中含有一定濃度的煤粉，當(dāng)煤粉進(jìn)入被加熱時(shí)，將釋放出煤中所含的CO、CO2、H2、CH4等可燃?xì)怏w，且煤粉在一定溫度氣體中的彌散狀態(tài)下，本身就具有較強(qiáng)的易燃易爆性能，這是帶粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸的根本原因。

煤粉的爆炸特性與煤的易燃性、灰分、水分、煤粉細(xì)度、氣粉混合物的溫度和濃度、氣粉混合物中的含氧量等因素有關(guān)。煤的爆炸性指數(shù)Kd綜合了煤的易燃性和灰分的影響，可代表煤在煤粉的水份、煤粉細(xì)度、濃度、溫度、氣粉混合中含氧量相同情況下煤粉的爆炸特性。爆炸性指數(shù)Kd按下式計(jì)算［1，2］：

式中：Kd—煤粉的爆炸性指數(shù)；

Vd—煤的干燥基揮發(fā)分，%；

Vvol，que—燃燒所需可燃揮發(fā)分的下限（考慮灰和固定碳），%；

Vvol—不考慮灰和固定碳時(shí)燃燒所需可燃揮發(fā)分的下限，%；

Qvol—揮發(fā)分的熱值，kJ/kg；

Qnet，v，daf—煤的干燥無(wú)灰基低位發(fā)熱量，kJ/kg；

FCdaf—煤的干燥無(wú)灰基固定碳含量；

Vdaf-—煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量

1.2氣體動(dòng)力場(chǎng)的影響

熱一次風(fēng)與乏氣混合風(fēng)箱內(nèi)的流場(chǎng)對(duì)風(fēng)箱的防爆能力影響較大，流場(chǎng)組織不好容易產(chǎn)生積粉和可燃?xì)怏w聚集區(qū)，導(dǎo)致風(fēng)箱內(nèi)局部可燃物濃度過(guò)高，在變工況情況下易引發(fā)爆炸事故。

由于乏氣熱風(fēng)復(fù)合送粉系統(tǒng)是分別通過(guò)管路將制粉乏氣和一次風(fēng)熱風(fēng)引入一次風(fēng)箱，乏氣溫度約80℃，一次風(fēng)溫度約300℃，必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施，使得乏氣和熱風(fēng)良好摻混之后降低溫度，使得送粉介質(zhì)的溫度在制粉系統(tǒng)防爆規(guī)程允許的風(fēng)粉混合物溫度低于160℃的要求［3］。另一方面，乏氣與熱風(fēng)的混合必須使得乏氣在一次風(fēng)箱內(nèi)的流場(chǎng)順暢，不應(yīng)產(chǎn)生死區(qū)及較大的回流區(qū)。因?yàn)樗绤^(qū)和大回流區(qū)分別會(huì)導(dǎo)致風(fēng)箱內(nèi)的積粉存在，回流區(qū)也會(huì)使得可燃?xì)怏w聚集濃度升高。特別是在變工況條件下，一次風(fēng)箱內(nèi)的會(huì)場(chǎng)劇烈擾動(dòng)，易造成積粉上揚(yáng)，風(fēng)箱內(nèi)煤粉濃度迅速升高，引發(fā)一次風(fēng)箱內(nèi)的煤粉云和可燃?xì)怏w爆炸，引發(fā)安全事故。

1.3溫度場(chǎng)的影響

煤粉云的爆炸達(dá)到其爆炸極限后發(fā)生，爆炸極限的三個(gè)重要條件一個(gè)是需要氧量，第二個(gè)一個(gè)是上文所述的可燃物濃度，第三個(gè)就是混合物溫度。在較高的溫度條件下，煤粉會(huì)發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解速率和揮發(fā)氣體的釋放量都有重要關(guān)系。風(fēng)箱內(nèi)的溫度場(chǎng)的分布與流場(chǎng)組織具有重要關(guān)系，如果風(fēng)箱內(nèi)的溫度場(chǎng)組織不合理，一方面容易導(dǎo)致乏氣再過(guò)高的溫度條件下產(chǎn)生爆炸，另一方面也使得一次風(fēng)送粉管道內(nèi)的一次風(fēng)溫分布不均，引發(fā)部分送粉管道內(nèi)的風(fēng)溫過(guò)高，容易出現(xiàn)粉管和噴口燒損情況。

2　技術(shù)研發(fā)

2.1常規(guī)一次風(fēng)箱

受到改造現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地限制，這種結(jié)構(gòu)雖然能夠滿足乏氣和熱風(fēng)通風(fēng)和混合的基本需要，但風(fēng)箱內(nèi)的乏氣與熱風(fēng)的預(yù)混段存在較多的死角和回流區(qū)，乏氣中攜帶的煤粉會(huì)在風(fēng)箱的角部大量積存，另一方面，預(yù)混段的收到通風(fēng)管道連接的需要，截面積較大，風(fēng)箱內(nèi)流速較低，也容易為煤粉的沉積創(chuàng)造條件。故這種結(jié)構(gòu)的一次風(fēng)風(fēng)箱防爆能力差，在變工況條件下，風(fēng)箱內(nèi)流場(chǎng)劇烈擾動(dòng)，容易出現(xiàn)積存煤粉上揚(yáng)，可燃物濃度迅速上升，引發(fā)一次風(fēng)箱爆炸事故的發(fā)生。

2.2防爆型一次風(fēng)箱

通過(guò)改進(jìn)一次風(fēng)箱的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部氣流的混合方式，達(dá)到保證帶有乏氣送粉的介質(zhì)在一次風(fēng)箱內(nèi)不沉積、不自燃、不爆炸的目的，從而提高一次風(fēng)系統(tǒng)的送粉安全性。本發(fā)明通過(guò)將帶粉乏氣的乏氣風(fēng)管道A 2和乏氣風(fēng)管道B 3通過(guò)乏氣風(fēng)混合噴嘴A 5乏氣風(fēng)混合噴嘴B 4直接送入一次風(fēng)箱底部的一次風(fēng)送粉管道7上游，避免了乏氣風(fēng)與熱一次風(fēng)管道1送入的熱風(fēng)再一次風(fēng)箱預(yù)混段6內(nèi)混合。

3　結(jié)論

安徽馬鞍山萬(wàn)能達(dá)發(fā)電有限責(zé)任公司通過(guò)對(duì)乏氣熱風(fēng)復(fù)合送粉系統(tǒng)一次風(fēng)箱爆炸發(fā)生的機(jī)理的分析，提出該類型制粉系統(tǒng)一次風(fēng)箱設(shè)計(jì)中的防爆要點(diǎn)，研發(fā)了一種新型防爆型一次風(fēng)箱的具體結(jié)構(gòu)，并將該方案在無(wú)煙煤改燒神華煙工程中得到應(yīng)用，應(yīng)用取得圓滿成功，保證了帶有乏氣送粉的介質(zhì)在一次風(fēng)箱內(nèi)不沉積、不自燃、不爆炸的目的，從而提高一次風(fēng)系統(tǒng)的送粉安全性，具有應(yīng)用和推廣價(jià)值，為同類型機(jī)組摻燒煙煤改造提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］DLT5145-2002 火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定.

［2］DLT5203-2005 火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程.

［3］DLT466-2004電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.137