300MW機組中間儲倉式制粉系統防爆問題分析

馬坤祥，紀東平

（國電諫壁發電廠，江蘇 鎮江 212006）

國電諫壁發電廠四、五期工程安裝的4臺300MW機組，鍋爐為上海鍋爐廠生產的SG-1000/170-M型亞臨界一次中間再熱直流爐(1998年起逐臺改造為控制循環爐，型號為SG-1025/16.77-M)。每臺鍋爐配4臺DTM-350/600型鋼球磨機，中間儲倉式制粉系統乏氣送粉，每臺鍋爐設有4個煤粉倉，煤粉倉上部設1臺型號為FU型刮板可逆式輸粉機(絞龍)，保證4套制粉系統相互輸送煤粉。

電廠300MW機組自1980-12-28日投產以來，制粉系統多次發生爆炸，從2000年2月到2005年5月制粉系統爆炸共計16次。經過技術改進和不斷完善運行控制措施，從2005年6月至今未發生制粉系統爆炸，可見中間儲倉式制粉系統的爆炸是可以防治的。

1 制粉系統爆炸的危害

煤粉著火或爆炸事故對人身及設備的安全威脅包括以下幾個方面。

(1) 煤粉著火，使管壁溫度升高，造成其結構強度下降。鋼板煤粉管在400℃以上時，強度急劇下降；預應力鋼筋混凝土煤粉倉，其耐火極限也只有50min。可見經常性的煤粉自燃必然對制粉系統和煤粉倉的安全構成威脅。

(2) 煤粉爆炸形成的沖擊波可能導致一系列災害，除非設備結構能承受此種沖擊或防爆門起到了良好的保護設備的作用，否則發生墻倒、頂掀、設備嚴重損壞、火災等次生災害幾乎不可避免。

(3) 制粉系統爆炸造成生產環境的嚴重污染，不僅對運行、檢修人員身心健康構成潛在傷害，而且增加了檢修人員的勞動強度。

(4) 嚴重的制粉系統爆炸不僅造成設備損壞，而且影響正常發電，造成較大經濟損失，甚至可能構成人身傷害事故，造成更大的社會影響。

2002-11-18T20:48，10號爐丁制粉系統在停運過程中爆炸，造成丁排粉機風箱嚴重損壞，制粉系統5只防爆門爆破，廠房玻璃大面積損壞。經搶修，排粉機于2002-11-22T16:45修復，損失電量683萬kW.h。

2004-03-09T01:40，10號爐丁制粉系統因丁磨煤機電流從94A突升至102A，運行人員準備停磨檢查。當給粉機停后約10s，丁號制粉系統發生爆炸，造成丁制粉系統7只防爆門爆破，4號、7號風門破損，7號門伸縮節嚴重變形，排粉機出口風箱破損， 10號爐0m廠房玻璃大量破損。經檢修人員搶修，排粉機于2004-03-10T22:10恢復運行，損失電量334萬kW.h，直接經濟損失6.68萬元。2004年制粉系統共發生4次爆炸，共少發電536.25萬kW.h， 直接經濟損失10.73萬元。

2 制粉系統爆炸的原因

在制粉系統中，凡是發生煤粉沉積的地方，就能成為氣粉混合物自燃和爆炸的發源地。從多次爆炸后的現場情況看，引爆點主要在容易長期積煤或積粉的位置。引爆的熱源主要由磨煤機與排粉機入口熱風門不嚴密形成。根據制粉系統的運行工況和爆炸情況分析，制粉系統爆炸的主要原因如下。

2.1 與煤粉細度、風粉混合物濃度及燃煤成份有關

煤粉愈細，煤粉顆粒的表面積愈大，與氧氣接觸的面積也增大，氧化自燃的速度大大加快，爆炸的危險性就愈大。一般煤粉的顆粒大部分在0.02mm～0.05mm之間，電廠300MW機組的煤粉細度R90在20%左右，即0.09mm以下占80%，乏氣中煤粉更細。從16次制粉系統爆炸分析，乏氣部位引起的爆炸達10次之多，說明煤粉越細越易燃易爆。顯然煤粉細度是引發制粉系統發生爆炸的1個重要因素。

根據測定，空氣中煤粉含量達到45～2000g/m3時，無論在密封的容器內還是在敞開的空間遇到明火，都會發生爆炸。當煤粉濃度在300～4000g/m3時其爆炸強度、破壞力最大。燃料揮發份Vdaf<10%時，煤粉和空氣混合物一般沒有自燃和爆炸的危險；燃料揮發份Vdaf>20%時，屬于反應能力強的煤，此時燃料揮發份析出溫度和著火溫度均較低，容易發生自燃和爆炸事故。一般揮發份Vdaf＞25%，煤粉發熱量越高，爆炸的可能性越大。電廠設計燃煤發熱量在20306～21200kJ/kg，揮發份Vdaf在28.0%～31.09%，也是容易發生爆炸的因素之一。近年來由于煤炭市場放開，燃煤情況變化較大，但從幾次制粉系統爆炸分析，燃煤的揮發份Vdaf均大于25%，有的已達30%以上，均屬易爆炸之列。

2.2 磨煤機入口積煤自燃

磨煤機入口處積煤主要發生在入口斜管至上部約6.5m的干燥管上。在干燥管上開有4個孔洞，分別與回粉管、再循環管、加鋼球管和防爆門連接。干燥管入口的水平方向接有干燥風(熱風)管，從水平方向帶有一定壓力的熱風沖擊垂直向下的煤粉時，交叉混合的煤粉不僅容易貼壁，而且在此處也易形成渦流，從給煤機落下來的濕煤就容易被沖擊粘在開孔上方管道的內壁上。同時從預熱器來的熱風溫度近300℃，在制粉系統運行中，由于高溫風的長期烘烤，容易使入口處積煤自燃，在運行中不僅難以檢查，而且人工清除也十分困難。燃煤進入磨煤機內遇到爆炸濃度的煤粉時就會引起爆炸。同樣，磨煤機進口防爆門根部容易積煤，受高溫熱風長期烘烤，也容易引起該處積煤自燃，燃煤進入磨煤機內遇到爆炸濃度的煤粉時就會引起爆炸。

2.3 細粉分離器進口處積粉自燃

細粉分離器進口處積粉自燃主要發生在細粉分離器進口管道下部較平緩的管段上。為了防止管壁磨損，在此部位貼有內襯鑄石，當鑄石脫落時，增加了積粉的可能性，且該部位吹掃困難，所以積粉自燃很可能發生。如2000-02-23，9號爐乙制粉系統運行中爆炸，引爆部位發生在細粉分離器進口處，原因就是此處鑄石脫落，長期積粉自燃引起爆炸。

2.4 熱風門內漏與水平段積粉

排粉機進口熱風道原設計為水平布置，磨煤機制粉時，5號熱風門和7號隔絕門關閉，6號冷風門僅開啟20%(7號隔絕門嚴密性差)。受細粉分離器效率的影響，乏氣中攜帶10%～15%磨煤機出力的煤粉量，細粉分離器效率差時攜帶煤粉量更多。由于排粉機進口處存在渦流且較細煤粉到處飛揚，7號門后風管內容易發生積粉。由于壓差的存在，5號、7號門關閉不嚴，6號門開度過小，熱風漏入7號門后，使煤粉自燃；當磨煤機發生斷煤或停磨過程中參數控制不當，由于7號門后積粉自燃形成火源和空氣的存在，乏氣中煤粉濃度達到爆炸濃度時即發生系統爆炸。

2.5 再循環管及再循環風門處積粉自燃

再循環管是排粉機出口至磨煤機進口為增加制粉系統通風出力而設計的，管段中間設有再循環門，此門在關閉時存在漏乏氣現象。乏氣中較細的煤粉通過該門時帶有一定速度，當門后面積突然增大，流速突降，使乏氣中的煤粉沉積在門后的管段內。由于此系統不便常使用，在制粉系統停運時，排粉機出口風溫達140℃，會引起該處積粉自燃；當燃燒煤粉再次進入排粉機或磨煤機內時，就會引起爆炸。

2.6 粉倉防爆門處積粉自燃

2004-03-11，10號爐乙粉倉爆炸，是由于原粉倉防爆門采用啟閉式防爆門，該類防爆門可靠性難以保證，在進行防爆門改造時未將原防爆門拆除僅將翻板掀起，掀起后存在死角，造成積粉自燃。在粉倉進粉時發生粉倉防爆門爆破，這是由于檢修技術管理和對制粉系統防爆認識不到位引起的事故。

2.7 原煤中存在易燃易爆物

2001-10-15，10號爐乙制粉系統爆炸系原煤中的易燃易爆物進入制粉系統，在磨煤機內鋼球的撞擊下發生爆炸，這次爆炸使制粉系統21只防爆門全部爆破。

2.8 運行人員未能嚴格執行安全技術措施

2005-01-16，7號爐丙制粉系統爆炸就是由于運行人員未能認真執行8h停磨與每2h開7號門吹掃死角積粉的技術措施，致使磨煤機連續運行11h不停磨，同時未進行吹掃，使7號門后積粉自燃，形成火源，引起制粉系統爆炸。

3 防范制粉系統爆炸的措施

根據多年來制粉系統爆炸情況分析和總結，為防止制粉系統爆炸，工程技術人員對防止制粉系統爆炸進行了大量探索，并對300MW機組中間貯倉式制粉系統進行以下改進。

3.1 防止磨煤機入口積煤

磨煤機入口落煤管出口的干燥管6.5m處積煤，主要是運行中濕煤在氣流沖擊下粘貼上去的。無論制粉系統在運行中還是在停運時，都有可能使積煤自燃。由于此處積煤運行人員難以發現和清理，著火時處理困難，如果將落煤管向下延伸500mm～700mm，避開氣流直接沖擊濕煤而造成貼壁，就避免了積煤的可能性。2004年10月，在7號爐乙磨進口接長落煤管出口端，在防止此處積煤自燃方面取得明顯效果。必要時在熱風管出口與干燥管連接處加裝熱風導向板，改變熱風方向，避免直接沖刷，對防止積煤能起到積極的作用。

3.2 對細粉分離器進口水平管段進行改造

根據細粉分離器入口水平管段處積粉自燃現象，對細粉分離器進口管段進行改進。為消除水平段積粉，將防磨鑄石改為防磨膠泥，并定期對防磨膠泥進行檢查和消缺工作。改進后再未有過由這種原因引起的制粉系統爆炸。

3.3 消除熱風門內漏，改變7號門位置

將7號門后管道與排粉機進口管道由水平接入改為向下45°接入，積粉情況有所減少。因設計、安裝原因，發現部分7號門在開啟時，氣流從進口到出口是由下向上流動，即使實行定期吹掃也不能吹走沉積在7號門后管道下部的煤粉，達不到吹掃效果。因此，對各個鍋爐二套制粉系統的7號門的開啟進行調向處理。

為細粉分離器加裝二次分離裝置，提高細粉分離效果，減少乏氣帶粉量，對減少7號門后管道積粉和排粉機葉輪磨損有較大的好處。

磨煤機運行制粉過程中，規定5號、7號門關閉，6號門開啟，并采用定期開啟5號、6號、7號門進行吹掃，將7號門后已沉積而沒有發生自燃的煤粉及時吹掃干凈，避免積粉自燃現象的發生。

3.4 取消再循環管

制粉系統設計再循環管是為了增加制粉系統通風出力，但在制粉系統運行中很少使用，設計功能體現不明顯，因此決定取消再循環管。2003年6月至12月，分別對9號、10號爐制粉系統再循環管進行了封堵，取消了再循環管，對防止制粉系統爆炸起到了決定性作用。

3.5 取消粉倉板式防爆門

為防止板式防爆門存在積粉，引起自燃和爆炸，利用停爐機會將板式防爆門拆除，并對該部位進行防積粉處理。此改進杜絕了因制粉系統粉倉局部結構隱患而引發的制粉系統粉倉爆炸。

3.6 加強檢修管理

檢修人員要加強對制粉系統爆炸危害性的認識，嚴格執行29項反事故技術措施，提高檢修工藝水平，嚴格按技術規范要求，提高設備的檢修質量。在檢修工作中應盡可能避免因檢修工藝不良帶來的制粉系統積煤積粉，并及時消除系統的漏粉，防止積煤、積粉引起自燃。

3.7 加強運行管理

提高運行人員對制粉系統爆炸危害性的認識，嚴格執行29項反事故技術措施，加強培訓和管理。運行中要嚴格控制好磨煤機出口溫度，做好雨季煤的摻配工作，防止含水分過大的煤粉進入粉倉。嚴格執行磨煤機定期切換和定期吹掃制度，嚴格執行定期降粉位措施，防止煤粉長時間在倉內存留。運行中要對煤粉細度加以控制，當磨制揮發分較高的煤時，可將煤粉細度R90調至上限(27%)運行，這樣做既可以防爆，又可以降低制粉電耗。以7號爐為例，一般將粗粉分離器上、下擋板上調5°，R90可增大4%，制粉出力約增大4t/h。此外還要避免輸粉機內積粉，特別是臨時停爐，一定要密封粉倉，加強監視和檢查，防止自燃。

4 結束語

隨著對制粉系統防爆認識的不斷提高，技術人員不斷的技術改進，并完善運行措施，2005年6月至今，電廠再也未發生制粉系統爆炸事故。