鍋爐制粉系統著火爆炸分析及預防措施

鄭 杰

（烏魯木齊石化公司熱電廠，新疆 烏魯木齊 830019）

0 引言

現在大中型鍋爐均采用煤粉燃燒，原煤經過制粉系統磨制成煤粉后再送入爐膛內燃燒。制粉系統分為直吹式和中間儲倉式，直吹式是將磨煤機磨成的合格煤粉直接送入爐膛內燃燒，而中間儲倉式是將磨煤機磨制合格的煤粉先存儲在煤粉倉內，然后再根據鍋爐負荷的需要，從煤粉倉經過給粉機送入爐膛內燃燒。由于煤粉存在自燃性和爆炸性，而制粉系統中存在大量懸浮狀態的煤粉，如果局部存在點火源，煤塵就會發生著火爆炸，進而引起整個制粉系統的著火爆炸事故，因此必須認真分析制粉系統發生著火爆炸的原因，從而正確地提出預防制粉系統著火爆炸的管理途徑、設計要求以及針對性的改進措施。

1 煤粉發生著火爆炸的基本條件

煤粉具有自燃性和爆炸性，因為煤粉中吸附了大量的空氣，受空氣的氧化作用會緩慢地發熱而使煤粉溫度升高，當達到著火點時會發生自燃。煤粉、空氣的混合物在一定的條件下會發生爆炸，引起設備損壞和人員傷害。煤粉發生爆炸具備的3個基本條件是：（1）煤粉的存在；（2）合適的氧濃度，即煤粉量和空氣量的比例要位于爆炸極限內；（3）要有足夠的點火能量。

2 制粉系統發生著火爆炸的原因分析

從煤粉發生著火爆炸的基本條件看，首先制粉系統中始終都會存在大量的煤粉，而且當煤粉揮發份Vdaf＜10%時，一般沒有自燃和爆炸的危險；當燃料揮發份Vdaf＞20%時，由于屬于反應能力強的煤，此時燃料揮發份析出和著火溫度均較低，容易發生自燃和爆炸事故；煤粉越細，著火爆炸的可能性越大，對于煙煤，當其粒徑大于100μm時，幾乎不會發生爆炸，但在實際使用中煤粉的粒度均小于100μm，因此對于燃用揮發份大于10%的鍋爐制粉系統，爆炸的可能性始終是存在的。煙煤氣粉混合物濃度只有在0.32～4 kg/m3范圍內才會發生爆炸，而濃度在1.2～2 kg/m3范圍時爆炸危險性最大。當氣粉混合物中氧含量＜15%時，一般沒有爆炸危險。若采用具有自燃爆炸特性的煤種，則在爆炸范圍內的氣粉混合物，如遇足夠的點火能源就能引起爆炸事故。在正常運行中，制粉系統中的煤粉濃度在較大的范圍內波動，其具備爆炸濃度的條件幾乎不可避免。煤粉需要足夠的點火能量才會著火爆炸，給煤粉提供足夠的點火能量除了煤粉本身的自然而形成點火源外，也可能是有外來火源，但是不論是外來火源還是內在火源，均可以通過采取措施進行控制。

從以上分析看，控制點火源是控制制粉系統發生著火爆炸較容易采取的方法，由于存在點火源而使制粉系統發生著火爆炸的原因如圖1所示。

2.1 積粉

制粉系統中磨煤機出入口、分離器內、煤粉倉內以及輸粉管道內由于各種原因存在沉積的煤粉，長時間的積存受空氣的氧化作用會緩慢地發熱而使煤粉溫度升高而自燃，進而成為制粉系統爆炸的發源地。造成制粉系統積粉的原因主要有以下方面：（1）制粉系統設備系統設計、安裝中有造成煤粉積存的死角；（2）由于粉倉溫度低或粉倉內鋼壁腐蝕形成腐蝕坑，造成粉倉內積粉；（3）制粉系統啟停時，通風吹掃不徹底，造成磨煤機內積粉；（4）制粉系統保溫不良、設備進水或煤粉水分大，造成煤粉因結露產生結塊、沉積；（5）鍋爐長時間的停用時，沒有排空粉倉、磨煤機內的存粉和存煤，造成積粉；（6）中間儲倉式制粉系統運行期間沒有進行定期降粉，造成粉倉存在積粉。

圖1 點火源致使制粉系統著火爆炸的原因

2.2 磨煤機出口溫度控制不當

磨煤機出口氣粉混合物溫度是制粉系統設計和運行的一個重要參數，磨煤機出口氣粉混合物溫度的選定是按照煤的類別，并綜合考慮實際煤質變化、運行工況波動等不利因素來進行選定的，各類煤種制粉系統干燥劑的最大限額溫度如表1所示。

表1 制粉系統干燥劑的最大限額溫度 單位：℃

磨煤機出口氣粉混合物溫度選定后，在制粉系統正常運行時，制粉系統磨煤機出口溫度高，會使制粉系統中的煤粉自燃爆炸；制粉系統磨煤機出口溫度低，會導致制粉系統內煤粉結塊、沉積，最終也會使積粉自燃爆炸。

2.3 原煤內含有易燃易爆物

由于原煤從煤礦運到到煤場，不可避免地存在一些易燃易爆物品，雖然經過輸煤系統的篩選，但還會有一些易燃易爆物品進入制粉系統內，如：油、雷管、木塊等，運行中油、雷管會因為制粉系統中熱空氣的加熱而發生自燃爆炸，木塊被木塊分離器分離，不認真清理木塊分離器，木塊也會發生自燃，成為制粉系統中的點火源。

2.4 制粉系統漏風、漏粉

制粉系統漏風，特別是中間儲倉式制粉系統中的煤粉倉漏風，會造成粉倉內氧量增加，導致粉倉內煤粉發生自燃，產生揮發份氣體，當粉倉處于低粉位時，揮發性氣體與粉層自燃面大面積接觸，受到如新粉濺落等擾動后自燃火焰與揮發份氣體迅速混合導致爆炸。制粉系統漏粉，會在制粉系統外造成積粉，長期的積粉會導致積粉自燃，由于制粉系統是負壓的，如被吸入，即成為制粉系統中的點火源，造成制粉系統爆炸；另外，自燃的積粉會引燃制粉系統外的可燃物，造成制粉系統外發生著火。

2.5 制粉系統違章動火

制粉系統中煤粉處于較高速度運動，制粉系統的磨損較大，會出現泄漏，為了制粉系統的正常運行就要進行銷漏，需要進行動火作業，動火中出現不清理現場積粉等違章現象，即會造成著火爆炸的問題。

3 防止制粉系統著火爆炸的對策

（1）消除制粉系統內積粉。消除制粉系統的積粉，就可以防止制粉系統積粉氧化發熱而使煤粉溫度升高而自燃，從而減少制粉系統自燃爆炸。要消除制粉系統的積粉，應該從設備管理和制粉系統運行管理上采取措施：1）設備管理方面的措施。對于新安裝的鍋爐，設計、安裝時應避免制粉系統內有造成煤粉積存的死角；在役鍋爐，應定期檢查制粉系統，及時發現制粉系統設備內容易積粉的部位，在檢修中對容易積粉的部位進行改造，從而減少制粉系統的積粉。對于中間儲倉式制粉系統應定期檢查倉壁內襯鋼板，嚴防襯板磨漏、夾層積粉。每次大修煤粉倉應清倉，并檢查粉倉的嚴密性及有無死角，特別要注意倉頂板一大梁擱置部位有無積粉死角。做好設備保溫工作，減少煤粉因結露產生的結塊、沉積現象。2）運行管理方面的措施。堅持執行中間儲倉式制粉系統定期降粉制度和停爐前煤粉倉空倉制度。制粉系統啟停時，嚴格按照規程對制粉系統進行徹底的通風吹掃。嚴格控制煤粉水分，防止煤粉因結露產生結塊、沉積。（2）嚴格控制磨煤機出口溫度。嚴格控制磨煤機出口溫度，特別是制粉系統啟停時，會使煤粉濃度和氧氣濃度處在爆炸范圍內，因此磨煤機出口溫度在啟停時更應嚴格控制。（3）加強原煤管理，清理原煤中的易燃易爆物。加強原煤管理，按規定檢查煤質，并及時通報有關部門，清除煤中自燃物，嚴防外來火源；對于爆炸性強的煤種，應加強監督，如有可能，可采取配煤措施。（4）消除制粉系統漏風、漏粉。消除制粉系統的粉塵泄漏點以及粉倉的漏風，經常保持制粉系統及設備周圍環境的清潔，不得有積粉存在。（5）加強制粉系統動火管理工作，杜絕違章動火。在制粉系統的消缺檢修工作中，應嚴格執行動火作業規定，必須嚴格進行粉塵濃度的測量，合格后方可進行動火。為了保證粉塵濃度的合格，制粉系統的動火應要求在制粉系統停運15 min后進行，這樣制粉系統中粉塵已經完全沉降，制粉系統中粉塵濃度基本上也合格了。

4 結語

鍋爐制粉系統發生著火爆炸是大型電站的惡性事故，往往會造成重大的人員及設備的損壞，通過以上分析制粉系統發生著火爆炸的原因，正確地提出了預防制粉系統著火爆炸的管理途徑、設計要求以及針對性的改進措施，及時把鍋爐制粉系統發生著火爆炸事故消除在萌芽狀態。

［1］國家電力公司發輸電運營部.《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》輔導教材.中國電力出版社，2001

［2］岑可法，周昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優化運行技術.中國電力出版社，2003