提高磨煤機(jī)出口溫度的安全性探討及防爆措施

王軍民

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722）

提高磨煤機(jī)出口溫度的安全性探討及防爆措施

王軍民

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722）

某發(fā)電廠長(zhǎng)期提高磨煤機(jī)出口溫度運(yùn)行，大幅降低了鍋爐排煙溫度，經(jīng)濟(jì)效益顯著。但隨之而來(lái)的磨煤機(jī)爆燃問(wèn)題威脅了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果和該電廠的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)提高HP1003中速磨出口溫度的安全性進(jìn)行探討，并提出了防爆治理措施，對(duì)同類型磨煤機(jī)提高出口溫度運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。

HP1003；磨煤機(jī)；爆燃；安全性；經(jīng)濟(jì)性

0 引言

某發(fā)電廠通過(guò)提高磨煤機(jī)出口溫度運(yùn)行，鍋爐排煙溫度平均降低約 6℃，鍋爐效率提高約0.3%，折合節(jié)省供電煤耗約0.9 g/kWh，經(jīng)濟(jì)效益顯著。但是，磨煤機(jī)出口溫度與制粉系統(tǒng)的安全性及鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，提高磨煤機(jī)出口溫度后，必然降低了制粉系統(tǒng)運(yùn)行的安全裕量，增大了磨煤機(jī)爆燃的風(fēng)險(xiǎn)。

國(guó)內(nèi)針對(duì)提高磨煤機(jī)出口溫度的安全性，開(kāi)展了大量的理論和試驗(yàn)研究[1-6]。

呂洪坤[3]認(rèn)為煤在熱解過(guò)程中可能析出CO（一氧化碳）等可燃?xì)怏w，但是由于煤粉氣流中的CO等可燃?xì)怏w不可能達(dá)到爆燃極限及引燃溫度，因此磨煤機(jī)及其出口管道內(nèi)一般不會(huì)發(fā)生CO等可燃?xì)怏w的爆燃，燃燒器噴口亦不會(huì)發(fā)生CO等可燃?xì)怏w的回火問(wèn)題。

沈躍良[4]針對(duì)不同特性的煙煤，開(kāi)展了提高中速磨煤機(jī)出口溫度的試驗(yàn)，在磨煤機(jī)入口風(fēng)溫不大于300℃、出口溫度小于100℃的條件下，燃料加熱研磨過(guò)程中CO的析出量均較小，且變化很小。

余海銘[5]通過(guò)數(shù)值模擬與試驗(yàn)的方法，研究中速磨煤機(jī)內(nèi)部溫度場(chǎng)及煤粉顆粒溫度變化情況，結(jié)果顯示，以可揮發(fā)水分7.28%的原煤為研究對(duì)象，當(dāng)磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到100℃時(shí)，磨煤機(jī)內(nèi)99.57%以上煤粉顆粒的溫度低于200℃，煤粉可燃?xì)怏w析出的可能性很小。

煙煤鍋爐熱風(fēng)溫度均在300℃左右，根據(jù)相關(guān)研究成果，適當(dāng)提高磨煤機(jī)出口溫度，不可能使煤粉氣流中大量析出CO等可燃?xì)怏w，更不可能直接導(dǎo)致磨煤機(jī)發(fā)生煤粉爆燃事故。

但是，提高磨煤機(jī)出口溫度后，磨煤機(jī)爆燃卻時(shí)有發(fā)生，且較溫度提高之前爆燃事故發(fā)生更頻繁，導(dǎo)致各燃煤發(fā)電廠對(duì)提高磨煤機(jī)出口溫度這一節(jié)能舉措積極性不高，甚至表示反對(duì)。在國(guó)內(nèi)，雖然理論研究較多，但在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)磨煤機(jī)提高出口溫度的安全性探討卻不多。以下結(jié)合某發(fā)電廠一年多的運(yùn)行情況，全面探討HP1003中速磨煤機(jī)提高出口溫度的安全性，并提出了防爆治理措施，對(duì)同類型磨煤機(jī)提高出口溫度運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義。

1 設(shè)備概述

某發(fā)電廠4×600 MW機(jī)組鍋爐爐型為HG-1890/25.4-YM4，一次中間再熱，固態(tài)排渣、單爐膛、平衡通風(fēng)、Π型布置、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置，燃燒方式為前后墻對(duì)沖燃燒，采用30只低NOX（氮氧化物）軸向旋流燃燒器，前后墻各15只，分3層對(duì)稱布置。制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹系統(tǒng)，配置6臺(tái)HP1003型中速磨煤機(jī)，額定工況下5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。

2 應(yīng)用情況

2.1 煤種特性及磨出口溫度規(guī)定值

鍋爐常用煤種的煤質(zhì)特性見(jiàn)表1，均為易爆煤種[7]。根據(jù)煤種特性，對(duì)不同煤種規(guī)定不同的出口溫度：

（1）燃用塔優(yōu)煤時(shí)，控制磨煤機(jī)出口溫度不超過(guò)105℃。

（2）燃用蒙混、神混、伊泰、平朔等Vdaf小于40%的煙煤時(shí)，控制磨煤機(jī)出口溫度不超過(guò)100℃。將磨煤機(jī)出口溫度報(bào)警值由85℃更改為100℃，為保證磨煤機(jī)的安全，維持磨煤機(jī)出口溫度高高跳閘保護(hù)定值（125℃）不變。

（3）燃用褐煤等高灰揮發(fā)份煤種時(shí)，控制磨煤機(jī)出口溫度在55～65℃。

表1 常用煤種特性

2.2 磨煤機(jī)爆燃

提高磨煤機(jī)出口溫度一年多來(lái)，共發(fā)生5次磨煤機(jī)爆燃，均發(fā)生在制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行工況下，其中3次磨煤機(jī)出口溫度在95℃以上，2次出口溫度在85℃以內(nèi)，磨煤機(jī)爆燃前運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。分析其爆燃原因，均為文丘里套積粉或磨煤機(jī)入口一次風(fēng)道積煤而引起的自燃。

表2 磨煤機(jī)爆燃前運(yùn)行參數(shù)

2.3 磨煤機(jī)潤(rùn)滑油劣化情況

磨煤機(jī)有2個(gè)獨(dú)立的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，第一潤(rùn)滑系統(tǒng)是3只磨輥裝置自容油浴式潤(rùn)滑系統(tǒng)，采用680重負(fù)荷齒輪油，該油具有優(yōu)異的氧化安定性和良好的粘溫性能，100℃時(shí)粘度達(dá)32.1～41.1，高溫時(shí)能提供有效的潤(rùn)滑保護(hù)作用。提高磨煤機(jī)出口溫度后，磨煤機(jī)內(nèi)溫度提高20℃以上，未發(fā)生因油質(zhì)劣化更換潤(rùn)滑油的情況，不存在導(dǎo)致油質(zhì)明顯劣化的異常。第二潤(rùn)滑系統(tǒng)用于齒輪裝置潤(rùn)滑，在磨煤機(jī)外部循環(huán)，對(duì)潤(rùn)滑油油質(zhì)無(wú)影響。

2.4 燃燒器噴口燒損情況

提高磨煤機(jī)出口溫度后，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)火焰的觀察，煤粉氣流的著火點(diǎn)沒(méi)有明顯提前。利用機(jī)組大修和小修機(jī)會(huì)，對(duì)燃燒器噴口進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)燃燒器噴口燒損現(xiàn)象?？梢?jiàn)，適當(dāng)提高磨煤機(jī)出口溫度，能保證燃燒器安全運(yùn)行。

3 爆燃原因分析

發(fā)生煤粉爆燃必須同時(shí)具備以下3個(gè)條件：粉塵有爆炸性、粉塵懸浮在空氣（氧氣）中并與空氣混合到爆炸濃度、有足以引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源。缺少其中任何一個(gè)條件，爆燃都不可能發(fā)生。某發(fā)電廠HP1003型冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)直接以熱空氣作為輸送和干燥煤粉的介質(zhì)，磨制的煤種為易爆煙煤，煤粉濃度在任意載荷的運(yùn)行工況下均在爆炸濃度范圍內(nèi)[1]，完全滿足煤粉爆燃的前2個(gè)條件，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有足以引起粉塵爆炸的點(diǎn)火源時(shí)，磨煤機(jī)內(nèi)煤粉氣流爆燃必然發(fā)生。

該機(jī)組提高磨煤機(jī)出口溫度后發(fā)生的5次爆燃，磨煤機(jī)出口溫度有3次控制在95℃以上，2次在85℃以內(nèi)，磨煤機(jī)入口溫度均約為260℃。制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，若無(wú)積煤（粉）自燃，磨煤機(jī)入口溫度在260℃左右，煤粉氣流中大量析出CO等可燃?xì)怏w的可能性極小[5]，不可能導(dǎo)致磨煤機(jī)爆燃。磨煤機(jī)出口溫度控制在85℃以內(nèi)仍發(fā)生2次爆燃事故，說(shuō)明磨煤機(jī)出口溫度的高低不是爆燃的直接原因。

爆燃發(fā)生后，對(duì)爆燃制粉系統(tǒng)全面檢查，在磨煤機(jī)內(nèi)部發(fā)現(xiàn)2處積煤（粉）部位，分別是磨煤機(jī)入口一次風(fēng)道和磨煤機(jī)頂部文丘里套與落煤筒之間的腔室（見(jiàn)圖1），在煤粉管道彎頭及水平段未發(fā)現(xiàn)積粉自燃情況。在5次爆燃事故中，有1次是磨煤機(jī)入口一次風(fēng)道堆積石子煤自燃，4次是磨頂部文丘里套與落煤筒之間的腔室堆積煤粉自燃。爆燃前，磨煤機(jī)內(nèi)部存在積煤（粉）自燃，當(dāng)有大量火星從磨頂部掉落或被熱風(fēng)帶入煤粉懸浮空間，達(dá)到了點(diǎn)燃煤粉氣流的著火能量，必然導(dǎo)致磨煤機(jī)爆燃。

圖1 磨煤機(jī)文丘里套積粉位置

因此，提高磨煤機(jī)出口溫度后發(fā)生磨煤機(jī)爆燃事故的根本原因是磨煤機(jī)內(nèi)部積煤（粉）自燃。而提高磨煤機(jī)出口溫度后，煤粉氣流的著火熱大幅降低，增大了煤粉氣流爆燃的風(fēng)險(xiǎn)，降低了安全裕度，導(dǎo)致磨煤機(jī)爆燃頻率增加。

4 防爆措施

4.1 設(shè)備防爆改造

提高磨煤機(jī)出口溫度后，磨煤機(jī)爆燃的風(fēng)險(xiǎn)增大。針對(duì)某發(fā)電廠HP1003型中速磨存在的問(wèn)題，對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行適當(dāng)改造，消除磨煤機(jī)內(nèi)部積煤、積粉，從根本上避免爆燃的發(fā)生：

（1）消除磨煤機(jī)入口一次風(fēng)道積煤。一次風(fēng)道進(jìn)磨煤機(jī)入口段水平布置，石子煤或原煤在離心力的作用下被甩向一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，在高溫環(huán)境下，長(zhǎng)期堆積的石子煤或原煤自燃，產(chǎn)生明火。在刮板的圓周方向外延增加高度150 mm的擋煤環(huán)，可減少石子煤返回一次風(fēng)道。但是，由于離心力的作用，不能徹底杜絕石子煤進(jìn)入一次風(fēng)道。

若要徹底解決該隱患，應(yīng)將入口一次風(fēng)道水平段改造為與水平面夾角不小于30°的傾斜段，大于燃用煤種的最小安息角，避免原煤在入口風(fēng)道堆積。但是，該發(fā)電廠磨煤機(jī)一次風(fēng)道布置空間狹小，無(wú)法實(shí)施改造。

（2）封堵磨煤機(jī)頂部文丘里套與下落煤筒之間的腔室。文丘里套下部與落煤筒之間的空隙并不是全焊的，靠6塊鋼塊焊接固定在落煤管上，下部與落煤管有20 mm左右的間隙，形成一個(gè)下部開(kāi)口的環(huán)形密閉空間，細(xì)小的煤粉沉積在文丘里套的斜面上堆積自燃（見(jiàn)圖1）。通過(guò)將20 mm左右的縫隙整圈焊住，封閉該空間，可避免煤粉堆積自燃。

（3）加裝磨煤機(jī)內(nèi)部CO在線監(jiān)視裝置。磨煤機(jī)內(nèi)部積粉（煤）自燃，必然生產(chǎn)大量可燃?xì)怏w，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)裝置，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，采取有效措施抑制爆炸事故發(fā)生。

4.2 運(yùn)行防爆措施

提高磨煤機(jī)出口溫度運(yùn)行期間，需要規(guī)范運(yùn)行操作，加強(qiáng)磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視及就地巡檢。針對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行的啟停階段及特殊工況，需采取必要措施，降低爆燃風(fēng)險(xiǎn)。

（1）規(guī)范運(yùn)行人員啟停磨操作。啟磨前，至少吹掃5 min，暖磨過(guò)程中，控制磨煤機(jī)出口溫度不超過(guò)70℃；停磨時(shí)，先降低磨煤機(jī)出口溫度至60℃以下，再停止給煤機(jī)運(yùn)行，并對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行充分吹掃，待磨煤機(jī)電流降至空載電流后，停止磨煤機(jī)運(yùn)行。

（2）加強(qiáng)運(yùn)行磨煤機(jī)的參數(shù)調(diào)整及巡檢。磨煤機(jī)在最低載荷運(yùn)行時(shí)，煤量及風(fēng)量最小，煤粉氣流的著火熱最低，爆燃風(fēng)險(xiǎn)很大。在此工況下長(zhǎng)期運(yùn)行，要控制磨煤機(jī)出口溫度不超過(guò)85℃，降低爆燃風(fēng)險(xiǎn)。加強(qiáng)對(duì)磨煤機(jī)的巡檢，尤其是檢查磨煤機(jī)的石子煤倉(cāng)，如果發(fā)現(xiàn)噴火、冒煙等著火現(xiàn)象，即果斷降低磨煤機(jī)出口溫度至70℃以內(nèi)，必要時(shí)停運(yùn)磨煤機(jī)，檢查、清理側(cè)機(jī)體內(nèi)及一次風(fēng)道積煤。

5 結(jié)論

（1）提高磨煤機(jī)出口溫度后，不會(huì)發(fā)生磨煤機(jī)潤(rùn)滑油劣化明顯加速的情況，也未出現(xiàn)燃燒器噴口燒損現(xiàn)象，能保證設(shè)備系統(tǒng)安全運(yùn)行。

（2）提高磨煤機(jī)出口溫度，不會(huì)直接導(dǎo)致磨煤機(jī)爆燃，但卻大幅降低了煤粉氣流的著火熱，增大了煤粉氣流爆燃的風(fēng)險(xiǎn)。磨煤機(jī)爆燃的根本原因是磨煤機(jī)內(nèi)部積煤（粉）自燃，達(dá)到了煤粉氣流的點(diǎn)火能量，最終點(diǎn)燃煤粉造成爆燃。

（3）磨煤機(jī)出口溫度提高后的防爆措施，關(guān)鍵是對(duì)設(shè)備全面治理，消除磨煤機(jī)內(nèi)部積煤（粉）死角。

（4）制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，燃用煤種、煤量經(jīng)常變化，一次的風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)速隨工況變化，啟停磨操作頻繁，磨煤機(jī)各部件的磨損及故障經(jīng)常發(fā)生，均會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)內(nèi)部及粉管積煤（粉）自燃。因此，運(yùn)行控制是防爆的主要措施之一，必須嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行防爆措施，防止爆燃。

（5）磨煤機(jī)提高出口溫度運(yùn)行，鍋爐排煙溫度大幅降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著，但是爆燃風(fēng)險(xiǎn)卻大幅增加。提高磨煤機(jī)出口溫度要慎重，必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)，找出設(shè)備安全隱患，并徹底治理。同時(shí)，要制定完善的防止磨煤機(jī)爆燃的運(yùn)行措施，通過(guò)運(yùn)行的合理控制降低爆燃風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)備治理及運(yùn)行控制同步開(kāi)展，才能保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]邱盈忠，陳獻(xiàn)春.600 MW機(jī)組中速磨煤機(jī)燃用高揮發(fā)份煤種時(shí)防爆控制[J].電力與電工，2013（4）∶94-97.

[2]崔福興.提高中速磨煤機(jī)出口溫度的可行性研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2010.

[3]呂洪坤，常毅君，裘立春，等.提升1000 MW機(jī)組磨煤機(jī)出口溫度的措施研究[J].浙江電力，2013，32（4）∶30-34.

[4]沈躍良.提高HP983中速磨煤機(jī)出口溫度對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響[J].熱力發(fā)電，2013，32（4）∶9-13.

[5]余海銘.中速磨煤機(jī)內(nèi)部溫度場(chǎng)數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.

[6]邱莉莉.煤粉顆粒群與甲烷混合著火研究[J].鍋爐技術(shù)，2004（5）∶36-40.

[7]DL/T 466-2004電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

（本文編輯：徐 晗）

Safety Discussion and Anti-explosion Measures for Coal Mill with Outlet Temperature Rise

WANG Junmin
（Zhejiang Datang Wushashan Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315722，China）

The coal mill in a power plant runs long with its outlet temperature raised，which greatly reduces the exhaust temperature of boilers and obtains significant economic benefit.However，the consequent deflagration brings threats to operation safety and stability of the units.On the basis of domestic research achievement and its application in the power plant，the paper discusses the safety of outlet temperature rise of HP1003 medium speed mill；besides，it presents some anti-explosion measures，providing reference for the identical coal mills operating with outlet temperature raised.

HP1003；coal mill；deflagration；safety；economy

TM621.2

：B

：1007-1881（2017）03-0055-04

2016-08-31

王軍民（1980），男，工程師，從事發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行管理工作。