中儲式制粉系統(tǒng)爆燃分析及磨煤機檢修、節(jié)能分析

亓志斌

（東營港城熱力有限公司，東營 257000）

煙煤制粉系統(tǒng)選用低速鋼球磨、中儲式、乏氣送粉，主要由磨煤機、木塊分離、粗粉分離器、細(xì)粉分離器、木屑分離器、鎖氣器、輸粉機等設(shè)備組成。原煤和干燥用的熱風(fēng)在下行干燥管內(nèi)相遇后一同進入磨煤機，磨制好的煤粉由干燥劑從磨煤機中帶出，氣粉混合物經(jīng)粗粉分離器分離后，合格的煤粉被干燥劑帶入細(xì)粉分離器進行氣粉分離，其中，90%左右的煤粉被分離出來并落入煤粉倉，或通過輸粉機轉(zhuǎn)送到其他煤粉倉。剩余10%左右的煤粉經(jīng)排粉風(fēng)機送入爐膛。根據(jù)高溫高壓煤粉鍋爐負(fù)荷需要，煤粉再經(jīng)由給粉機落入排粉風(fēng)機出口風(fēng)管，經(jīng)燃燒器噴入爐膛內(nèi)燃燒。

干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf=32.46%的煙煤，極易發(fā)生爆燃問題，故需對制粉系統(tǒng)爆燃展開分析、整改，而磨煤機作為整套制粉系統(tǒng)的核心設(shè)備，其安全穩(wěn)定和高效運行尤為重要，故對其進行檢修和節(jié)能分析。

1 制粉系統(tǒng)爆燃的分析與處理[1-2]

1.1 簡述

制粉系統(tǒng)中的設(shè)備和管道組成了一個相對的密閉空間，其中，煤粉為可燃固體顆粒，干燥機（熱風(fēng)）為助燃?xì)怏w，當(dāng)煤粉顆粒與干燥劑（熱風(fēng)）在密閉的制粉系統(tǒng)中混合達到一定濃度，同時若在系統(tǒng)中存在一定的能量使其達到燃燒條件，則煤粉顆粒將會在極短時間內(nèi)迅速燃燒，這將是一個鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，火焰激波迅速傳播，系統(tǒng)中其余可燃的煤粉顆粒將會迅速燃繞，同時釋放出巨大的能量，產(chǎn)生氣壓，形成爆炸效果。

其中，煤粉顆粒為爆燃的主要燃料，當(dāng)然，在一定情況下氫氣、一氧化碳、煤粉揮發(fā)分中的碳?xì)浠衔锏葰怏w也可能是導(dǎo)致爆燃的可燃物。

歸納得出，引起制粉系統(tǒng)爆燃的條件有三個：一是密閉空間，二是有足夠的能量點燃可燃物，三是可燃物與空氣（氧氣）混合達到爆燃濃度，表1為燃煤與空氣混合時的爆炸極限。

表1 燃煤與空氣混合時的爆炸極限

1.2 預(yù)防機制

1.2.1 避免產(chǎn)生爆燃所需能量

制粉系統(tǒng)中點燃煤粉等可燃物的能量來源主要有兩個：一是煤粉堆積后容易吸附空氣中的氧氣，產(chǎn)生緩慢的氧化反應(yīng)，使煤粉溫度升高，當(dāng)達到著火溫度時，便引起自燃；二是系統(tǒng)干燥劑帶來的熱量，因設(shè)計熱風(fēng)溫度高達320℃（未與冷風(fēng)混合前），且攜帶有大量氧氣，可極快地加速煤粉燃燒，形成明火。

故而可以從防止煤粉堆積、自燃、斷煤等方面來阻止制粉系統(tǒng)爆燃。

1.2.2 遠離風(fēng)（氧氣）粉危險混合濃度

制粉系統(tǒng)極易爆燃的階段是制粉系統(tǒng)啟動和停止的階段，在啟動階段煤粉濃度逐漸上升，在停止階段煤粉濃度逐漸下降，必然局部會經(jīng)過危險濃度區(qū)間，若此時恰巧有足夠的能量，將會引起爆燃。同時，如果制粉系統(tǒng)局部的密封性較差，也極易出現(xiàn)危險的煤粉濃度區(qū)間。

故而在風(fēng)粉濃度這方面，可以主要把控系統(tǒng)的密封性和保證燃料供應(yīng)持續(xù)，避免出現(xiàn)危險的風(fēng)粉混合濃度。

1.3 預(yù)防機制的分析和改進措施

1.3.1 關(guān)于制粉系統(tǒng)中點火能量分析及整（技）改措施

（1）對原煤進行干燥的干燥劑為從空預(yù)器出口而來的一次熱風(fēng)，風(fēng)溫在320℃左右，同時調(diào)配合適的冷風(fēng)，控制磨煤機出口在65℃以下。若給煤機斷煤后未及時發(fā)現(xiàn)，則將會導(dǎo)致磨機出口溫度上升，同時風(fēng)粉濃度變化，極易形成足夠的點火能量。

對此加強運行操控的同時，將煤機斷煤信號與風(fēng)門控制做成連鎖保護，斷煤信號出現(xiàn)后，及時關(guān)閉熱風(fēng)門，以此保證磨煤機出口溫度控制，運行人員同時根據(jù)實際情況做出停磨等應(yīng)急處理，保證制粉系統(tǒng)安全。

（2）除此之外，制粉系統(tǒng)的點火能量還來自于系統(tǒng)中煤（粉）堆積的自燃現(xiàn)象。為此，多次對整個制粉系統(tǒng)進行檢查，對照設(shè)計施工圖紙、設(shè)備圖紙逐步排查整（技）改。第一，粗粉分離器錐帽角度由45°更改為50°，增大其煤粉自流角度。第二，細(xì)粉分離器入口喉管段角度變更，減少緩坡段，增強氣流對煤粉的擾動，防止煤粉沉積。第三，加強木塊分離器和木屑分離器的定期清理工作，預(yù)防尼龍袋、塑料袋、木片等物品帶粉沉積。第四，磨煤機入口總風(fēng)道、排粉風(fēng)機入口總風(fēng)道入口處的斜切處理并刷涂陶瓷漆保證光滑度，避免氣流旋渦導(dǎo)致此處的煤（粉）沉積。第五，磨煤機入口落煤管下延至總風(fēng)道中心線偏下，避免落煤過程中的煤粒堆積。

（3）制定合理的煤粉細(xì)度，控制粉倉含氧量，跟進煤質(zhì)化驗結(jié)果等方面也能指導(dǎo)運行方式或避免爆燃危險，需根據(jù)不同的煤質(zhì)和設(shè)計參數(shù)作分析。

1.3.2 關(guān)于制粉系統(tǒng)中風(fēng)粉混合濃度的分析及整（技）改措施

（1）因制粉系統(tǒng)使用的干燥機為一次熱風(fēng)和一次冷風(fēng)混合調(diào)節(jié)，含氧量無法得到有效控制，故而需對粉倉的密封性做出詳細(xì)的檢查及整改工作。第一，檢查粉倉重力翻板式防爆門上部密封及細(xì)沙的填充情況，保證此處無空氣泄露。第二，檢查粉倉所有開孔，包括料位計、手動粉漂測量裝置、人孔門、氮氣（蒸汽）吹掃的密封性，盡量減少開孔所帶來的漏風(fēng)量。第三，根據(jù)停爐計劃合理安排粉倉內(nèi)部不銹鋼襯板的使用情況，防止內(nèi)襯變形內(nèi)部形成空鼓積粉或者掛粉現(xiàn)象。第四，根據(jù)負(fù)荷情況制定合理的降粉制度，保證內(nèi)部粉倉溫度在可控范圍內(nèi)。第五，定期檢查充氮系統(tǒng)和蒸汽滅火系統(tǒng)的可靠性。

（2）因為煤粉自燃的反應(yīng)為不充分氧化反應(yīng)，期間會產(chǎn)生一定的CO，在磨煤機出口、粉倉等位置加裝CO監(jiān)測裝置，一定程度上可以指導(dǎo)運行操作。

因此，制粉系統(tǒng)的爆燃問題主要需根據(jù)現(xiàn)場的設(shè)備情況和參數(shù)特點，著重從避免煤粉堆積自燃和系統(tǒng)密封上做出相應(yīng)處理和預(yù)防，保證整套制粉系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2 低速鋼球磨的檢修[3-4]

2.1 磨煤機入（出）口螺旋進（出）料管外部隔熱層

磨煤機入口處的螺旋進料管外部需包裹隔熱層，以此保證熱風(fēng)不會導(dǎo)致磨機潤滑油溫度過高。此隔熱層在出廠過程中是沒有的，需要在設(shè)備安裝過程中加裝?？紤]到耐高溫性，可選用的常見材料有兩種：石棉布和硅酸鋁纖維布。

從原材質(zhì)上看，硅酸鋁纖維是一種新型輕質(zhì)耐火材料，該材料具有容重輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好，熱傳導(dǎo)率低、熱容小、抗機械振動好、受熱膨脹小、隔熱性能好等優(yōu)點，經(jīng)特殊加工，可制成硅酸鋁纖維板、硅酸鋁纖維氈、硅酸鋁纖維繩、硅酸鋁纖維毯等產(chǎn)品。新型密封材料具有耐高溫導(dǎo)熱系數(shù)低、容重輕、使用壽命長、抗拉強度大、彈性好、無毒等特點，是取代石棉的新型材料，廣泛用于冶金、電力、機械、化工熱能設(shè)備的保溫。

由此可見，硅酸鋁纖維在一定環(huán)境下是石棉制品的替代品，且相對環(huán)保安全，使用壽命遠遠大于石棉布。故后期全部使用硅酸鋁纖維布替代石棉布。

因為螺旋進料管外表帶有一定的錐度，在裹敷硅酸鋁纖維布的過程中需定點做切割處理，保證整體的厚度30～40mm以及其平整性，最后外表面敷以不銹鋼鋼絲網(wǎng)，最終用鐵絲等捆扎牢固。

經(jīng)過實踐印證，該方法使用效果良好，使用壽命至少在4年以上。

2.2 磨煤機出口管道的防磨處理

磨煤機出口管道廠家原襯有防磨襯瓦，可以有效防止此處的磨損，但實際使用階段，在磨煤機出口管道法蘭上行800mm左右的距離仍存在較大程度的磨損，即使選用加厚的Q345的防磨鋼板，依舊無法有效延長使用時間。

后經(jīng)過研究考察，選用國外進口型號為Densit2000的耐磨材料。先用材質(zhì)為Q235的普通碳鋼龜甲網(wǎng)焊接在磨煤機出口管道上，在將該耐磨材料A、B組份按照合適的比例混合后涂抹、搗實，經(jīng)過自然風(fēng)干約48小時，形成堅硬耐磨的保護層。使用后效果明顯，至今未出現(xiàn)磨煤機出口管道磨穿的問題。使用2年后進行內(nèi)部檢查，此耐磨層依舊無明顯的磨損痕跡，僅在邊緣地帶存在少許脫落，不影響使用。

2.3 磨煤機低壓油管道

（1）磨煤機軸承座低壓油的回油管道安裝為絲扣直接，且中間的軟連接為普通的軟管，使用鐵絲捆扎，且回油管角度較小，導(dǎo)致回油不暢，同時現(xiàn)場的檢修工作極為不便利，外觀形象較差。

后經(jīng)過現(xiàn)場定制連接軸承座的活接，且將回油管線減震用軟管更改為絲扣連接的高壓橡膠軟管，調(diào)整回油管線角度遠大于1∶40，有效保證了低壓油回流，同時，因軸承座溫度測點的測量誤差存在，在回油管線上加裝溫度測點，便于運行過程中對回油溫度的把控。

（2）MG290/410磨機低壓油供油管道原使用為J41H-16，DN25的截止閥，因磨煤機軸承座底部油池容量有限，在會油量基本固定的前提下，只能調(diào)整進油閥開度，但因開度較小致使磨機多次出現(xiàn)運行中暫時性斷油現(xiàn)象，致使燒瓦，單側(cè)制粉系統(tǒng)無法使用，迫使鍋爐降負(fù)荷運行。

根據(jù)閥門結(jié)構(gòu)型式和現(xiàn)場低壓油的實際需用量估算，將低壓油控制閥門更改為Q41F-16P DN25，因球閥為直通道結(jié)構(gòu)，可以有效避免出現(xiàn)短暫性斷油，從而解決此問題導(dǎo)致的燒瓦現(xiàn)象。

2.4 筒體襯瓦掉落的檢查

磨煤機筒體襯板作為磨煤機的核心部件之一，其材質(zhì)主要為錳鋼，作用為增強抗磨性和把鋼球帶到一定的高度。此處不對襯板材質(zhì)作出分析，僅對實際使用過程中如何發(fā)現(xiàn)襯板的掉落做簡要說明。

磨煤機在正常運行過程中，雖然鋼球與原煤、襯板碰撞且無規(guī)則運動，但是整體發(fā)出的聲音呈規(guī)律性，聲音響度轉(zhuǎn)換極為流暢自然。因襯板的安裝形式為楔塊固定，襯板相互擠壓定位，再輔以塞板，故而在單塊襯板掉落后，隨著磨煤機的運轉(zhuǎn)，極有可能會出現(xiàn)多塊襯板掉落。因襯板較重，襯板與鋼球的掉落會出現(xiàn)明顯時差，且襯板與襯板碰撞過程中的響度較大，從而致使磨煤機在運行一圈過程中會定期出現(xiàn)不自然的聲響，與整個磨煤機鋼球碰撞的聲音存在明顯差別。但如果發(fā)現(xiàn)不及時，隨著襯板的破碎，該聲音會逐漸減小，若未及時發(fā)現(xiàn)將導(dǎo)致磨煤機筒體受損，且隨著襯板與襯板的碰撞，將會進一步擴大襯板損壞。同時，襯板與襯板的相撞會產(chǎn)生火花，對整個制粉系統(tǒng)的安全運行造成影響。

所以，日常停爐計劃中，應(yīng)將磨煤機內(nèi)部檢查與鋼球篩查作為固定項目，以防止意外情況發(fā)生。

2.5 磨煤機的定期工作

通過對現(xiàn)場實際問題的發(fā)生和探討，磨煤機定期檢查工作總結(jié)如下：

（1）磨煤機前后端蓋螺栓緊固，并定期更換彈簧墊；（2）磨煤機進出口料斗襯板檢查、沉頭螺栓的緊固；（3）磨煤機筒體襯板楔塊螺栓緊固性檢查和密封性檢查；（4）稀油站內(nèi)油質(zhì)化驗及過濾、更換；（5）根據(jù)差壓或者使用時間對低壓泵出口濾網(wǎng)和油箱回油濾網(wǎng)的清理或更換；（6）檢查大小齒輪的磨損情況，定期測量尺側(cè)間隙；（7）稀油站油箱的定期清理，一般為1年左右；（8）根據(jù)實際情況對大齒輪底部油池做定期清理工作；（9）根據(jù)機組計劃對磨煤機內(nèi)部襯板和鋼球進行檢查；（10）定期檢查磨機高壓油對筒體的頂起高度。

運行中的鋼球加注、溫度測量、低壓泵切換、回粉管鎖氣器活動等一系列巡線工作或制度并未一一列舉。

低速鋼球磨作為一套成熟的產(chǎn)品，其日常的檢維護工作量較小，根據(jù)不同的缺陷思考相應(yīng)的處理措施，做好設(shè)備的定期工作，將預(yù)防性檢修和定期檢修作為主要檢修方式，則能保證磨機運行的安全性和穩(wěn)定性。

3 磨煤機的運行節(jié)能分析

3.1 簡述

磨煤機的節(jié)能運行包括多個方面：煤質(zhì)、通風(fēng)量、煤粉細(xì)度、煤粉均勻度、襯板型式、鋼球配比等。

假設(shè)磨煤機所工作的其他條件相同且不變，通過鋼球的加注、配比、總重進行分析如何在保證磨機出力的前提下節(jié)能降耗。

3.2 技術(shù)優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析

MG290/410磨煤機基本參數(shù)如下。

銘牌出力：14t/h。筒體有效內(nèi)徑：2900mm。筒體有效長度：4110mm。筒體轉(zhuǎn)速：19.34r/min。裝球量：最大裝球量30t，最佳裝球量26t。筒體有效容積：27.08m3。磨煤機總重：74t（不含煤，鋼球，電機）。主電機功率：500kW。MG350/600磨煤機基本參數(shù)：銘牌出力：30t/h。筒體有效內(nèi)徑：3500mm。筒體有效長度：6000mm。筒體轉(zhuǎn)速：17.72r/min。裝球量：最大裝球量59t，最佳裝球量53t。筒體有效容積：57.73m3。磨煤機總重：140t（不含煤，鋼球，電機）。主電機功率：1000 kW。襯板選用材質(zhì)：高鉻KMTBCr15MoC。初始鋼球選用材質(zhì)：ZQCr2。

磨煤機初始的鋼球配比：Ф60直徑的鋼球重量占磨煤機裝入鋼球總量的45%左右，Ф40直徑的鋼球占30%左右，Ф30直徑的鋼球占25%左右。

在其余條件固定的前提下，減少磨煤機電耗的主要措施便體現(xiàn)在減輕整體質(zhì)量。出力不變則代表磨煤機的原煤量不變，鋼球重量減少。既要減少鋼球重量，又要保證磨煤機出力，則需要以鋼球材質(zhì)及配比上做突破。

最終將鋼球大小分類更改為Ф30、Ф40、Ф50、Ф60四種，且材質(zhì)進行變更，最終統(tǒng)計一年左右的數(shù)據(jù)，平均數(shù)據(jù)對比如表2所示。

表2 鋼球優(yōu)化前后磨機參數(shù)對照表

從上述數(shù)據(jù)可見，MG290/410磨煤機進行優(yōu)化后的鋼球裝載量由26t降至20t，MG350/600磨煤機進行優(yōu)化后的鋼球裝載量由53t降至41t，平均下降幅度為23.65%。制粉出力基本相同。且經(jīng)過實際檢測，煤粉細(xì)度R90稍有降低，但基本保持相同，煤粉均勻度R200有所上升。磨煤單耗電可減少10.524kW·h左右，有效降低了磨煤機能耗，對制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟運行起到了良好的促進作用。

3.3 技術(shù)經(jīng)濟分析

進行磨煤機鋼球的減重和配比、材質(zhì)優(yōu)化后，在制粉出力和細(xì)度基本不變的情況下，磨煤機的制粉功率大幅度下降，鋼球消耗量有所降低，具有良好的節(jié)能效益。

按照平均每臺磨機年運行時間4000h，攻擊8臺磨煤機節(jié)省功耗約60.8萬kW·h，按照上網(wǎng)電價約合0.5元/kW計算，可節(jié)省電費約484萬元，對制粉系統(tǒng)的節(jié)能降耗有顯著功效。

4 結(jié)語

（1）制粉系統(tǒng)爆燃的發(fā)生必然無法違背化學(xué)爆炸的三要素，需要從根源著手，結(jié)合實際設(shè)備安裝情況和運行狀態(tài)做重點分析并逐一進行處理。

（2）低速鋼球磨的檢修工作的重點應(yīng)放在預(yù)防性檢修和定期工作上，才能保證設(shè)備穩(wěn)定運行。

（3）磨煤機制粉電耗是制粉系統(tǒng)能耗的重要指標(biāo)之一，合理引進技術(shù)并逐步施行對節(jié)能降耗具有至關(guān)重要的作用。