雙進雙出磨煤機燃用高揮發份煙煤防爆技術應用

張小宇（南京化學工業園熱電有限公司，江蘇　南京　210047）

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雙進雙出磨煤機燃用高揮發份煙煤防爆技術應用

張小宇
（南京化學工業園熱電有限公司，江蘇南京210047）

摘要：本文介紹了雙進雙出磨煤機應用高揮發份煙煤的防爆技術措施，研究了入爐煤的具體要求以及摻配燃燒的原則，及磨煤機消防蒸汽的投用和防止制粉系統爆炸的措施，并將這一技術措施成功的應用在了某大型電廠的鍋爐制粉系統上，取得了較為理想的效果，有效的預防了制粉系統爆燃著火等事故的發生，大大的提升了制粉系統運行的經濟效益。

關鍵詞：雙進雙出磨煤機；高揮發份煙煤；防爆技術措施

雙進雙出磨煤機特點具有連續作業率高、儲存能力大、響應迅速、運行靈活性大、較低的風煤比、無需備用磨煤機等優點，能研磨各種硬度和磨蝕性強的煤種，是火力發電廠鍋爐制粉系統設備中一種性能優越的直吹式低速磨煤機。但雙進雙出磨煤機最大缺點之一就是不適用高揮發份煙煤和褐煤煤種，因為雙進雙出磨煤機具有部分中儲式系統特點，磨煤機和系統內部有一定量的存粉，且處于不斷擾動狀態，一旦達到爆炸條件，就有爆炸的可能。所以防止制粉系統爆炸是雙進雙出磨煤機安全運行的一項主要工作。

1 預防制粉系統爆炸的基本原則

雙進雙出磨煤機需燃用高揮發份的煙煤或褐煤時，要想有效的避免制粉系統發生爆炸等安全事故，就必須采取避免制粉系統出現爆炸的一系列措施：

（1）制粉系統正常運行以及啟停的技術措施。

（2）控制入爐煤的平均揮發份水平并保證煤質足夠穩定措施。

（3）制粉系統防爆的設備可靠性措施。

2 防止制粉系統爆炸的技術措施

煤粉的爆炸性能不但與煤粉特性如水份、灰份、揮發分及元素組成等有關，還與運行工況如煤粉細度、煤粉在空氣的濃度、混合物的溫度以及混合物中氧濃度、擾度等因素密切相關，所以運行技術措施至關重要。

2.1 磨煤機入口和出口溫度的控制

磨煤機入口風溫和數量直接影響著磨煤機的出口溫度水平和干燥出力。如果入口風溫偏低，那么磨煤機出口風溫也就偏低，并且干燥出力不夠；而如果其溫度太高，煤粉就可能出現自燃的情況，制粉系統就有發生爆炸的可能。所以應結合相應的入爐煤種保證磨煤機的入口具有合適的溫度，從而保證其安全、穩定的運行。正常運行狀態下的磨煤機入口風溫應小于280℃，如果燃用印尼煤或褐煤，由于其含水量高，那么在不超過規定值的前提下可以適當提升磨煤機的入口溫度。

磨煤機出口風溫對于煤粉揮發份的析出數量和速度有著直接影響，如果其溫度過低，那么煤粉在爐內的著火就可能被推遲，煤粉就無法燃盡。所以應在保證制粉系統穩定運行的基礎上，適當的提升磨煤機出口風溫。在磨煤機的運行過程中，如果揮發份小于15%時，磨煤機出口風溫度可控制在100℃左右；如果揮發份在20%～30%時，應將其溫度控制在70℃～75℃。當燃用揮發份超過30%的煙煤或褐煤時，那么出口風的溫度就應控制在65℃～70℃。在燃用高揮發份煤種的過程中，當磨煤機分離器的出口溫度超過80℃時，應即時進行風量和煤量的調整，必要時投入消防蒸汽。一旦分離器的出口溫度超過了100℃，磨煤機分離器出口溫度保護應跳閘磨煤機，若保護未動作或者沒有設置保護，應立即手動停止磨煤機運行。

磨煤機運行過程中，發現有著火跡象（一次風箱發紅、一次粉管發紅、制粉系統溫度測點異常升高等）應立即停止磨煤機運行，并通入消防蒸汽。

2.2 煤粉細度的控制

煤粉細度過細，會加大其爆炸和自燃的風險，煤粉細度過粗，又會降低鍋爐的燃燒效率，在燃用高揮發份煤種時，這種現象體現的更為明顯。燃用不用的煤種煤粉細度應按以下標準執行。燃用無煙煤時按照R90＝0.5nVdaf這一公式來確定煤粉細度；燃用貧煤時按照R90＝0.5nVdaf＋2來選取煤粉的細度；燃用煙煤時應按照R90＝0.5nVdaf＋4這一公式來確定煤粉的細度；燃用貧煤和煙煤的混煤，應重點考慮煙煤的細度控制要求，從而最大限度的保證制度系統運行的穩定和安全。

2.3 一次風壓和風速的控制

直吹式制粉系統在其運行過程中必須考慮一次風壓和風速的控制。如果一次風壓和風速不符合要求，不僅會大大的降低磨煤機的出力，而且也會出現一次風管中的煤粉沉積問題，制粉系統的運行過程就易出現風險和事故，所以任何情況下，電廠磨煤機的風粉壓力都不應小于4.5kPa。

正常情況下，磨煤機滿負荷運行時一次風管風速應保持在20m/s～25m/s， 低負荷運行時一次風管風速最低不應小于18m/s， 必要時可以采取調整旁路風門開度甚至改變磨煤機的運行臺數和增減燃燒器等方法提高一次風速。

磨煤機正常運行時注意監視分離器進出口差壓的變化，防止分離器堵塞；加強燃燒器火檢、一次風速、風粉溫度的監視，發現火檢變弱、一次風速不正常的低于15m/s或高于27m/s，應及時停用該火嘴，用吹掃風進行吹掃；就地檢查燃燒器出粉及燃燒情況，防止發生一次粉管堵塞；一次風管應定期進行吹掃。只有控制好一次風壓和風速，才能避免出現一次風管積粉的問題。

2.4 磨煤機料位的控制

磨煤機的料位對于磨煤機內熱風的通過速度和煤粉的停留時間有著重要影響，為有效防止磨煤機出現磨筒堵塞和煤粉濃度達到爆炸極限范圍的問題，應將其料位控制在30%左右，如果料位信號出現了異常情況，應立即采取手動控制給煤量的方法控制料位，控制其給煤量略低于其余磨煤機，同時實時的監控磨煤機的一次風母管壓力、磨煤機出口溫度和一次風流量等參數。

2.5 磨煤機的啟停狀態

制粉系統的爆炸絕大部分是發生在制粉設備的啟動和停止階段，因為此時氣流中的氧濃度相對較高，煤粉也比較細，所以在啟動和停止階段應該嚴格控制系統的各部溫度值，特別是磨煤機的出口溫度值應控制在防爆允許溫度的限制之內（但也不能太低，避免低于露點溫度而產生結塊）。

燃用高揮發份煤的啟動，應嚴格的控制其進出口的溫度，進行暖磨時，應控制其磨出口的溫度低于65℃，盡可能的減少低風壓和低流量的運行時間，提升一次風速，保持磨煤機高一次風量和一次風壓運行，并控制好磨煤機的出口溫度。

而在停止運行的過程中，為保證磨煤機停止后內部不產生過高的溫度，就應控制好磨煤機停運前的出口風溫和入口風溫。停運后的磨煤機容量風門開度應大于50%，分離器出口的溫度應低于65℃，必要時立即投入消防蒸汽和慢傳裝置。不同方式停運磨煤機時，其磨煤機吹掃的時間也有一定區別，如果磨煤機檢修或停運超過48h，在給煤機停運后，其吹掃的時間應在30min～40min的范圍內，并且磨運行時的電流也不再下降為止；如果是短時間停運或者調峰停運，吹掃大約15min的時間即可。吹掃時，關閉熱風調整門，開大冷風調整門，大風量、低風溫進行吹掃。

特別注意如果是短時間停運，嚴禁不投入消防蒸汽下投入慢傳裝置（某廠磨煤機停運后在不投用消防蒸汽的情況下因投運慢傳將磨內煤粉揚起造成爆炸，容量風門與給煤機端蓋受損）。磨煤機停運后要關閉所有分離器出口關斷門、熱風調整門、混合風門，投入磨煤機兩側密封風。

2.6 鍋爐的啟動方式

目前許多大型鍋爐為了節省燃油往往采用微油點火甚至等離子點火方式，雙進雙出磨煤機啟動大多采用悶磨制粉方式，磨煤機在規定裝球量的情況下磨內進一定煤量后剩余空間為有限空間，在悶磨制粉情況下，經一段時間的磨制，磨筒內的最大煤粉濃度就會偏離煤粉爆炸極限（0.11 kg/m3～2.0kg/m3），但在制備煤粉的過程中必然經過易爆區，且隨著原煤研磨時間的延長，煤粉細度的降低，煤中揮發份析出在磨煤機內堆積，極易形成爆炸云；同時為了提高燃盡率，要充分進行暖磨，悶磨制粉時磨內有時溫度會達到70℃以上，也加劇了揮發份的析出。制粉期間磨煤機密封風在運行，磨煤機進出口風門如不嚴密，較低的風速與溫度會造成煤粉在磨煤機靜止部分粘接，且鋼球之間碰撞也易產生火花形成火源，悶磨制粉后期通風后磨內流場、氧量、煤粉濃度劇烈波動易產生爆炸。所以對于制粉系統為雙進雙出磨煤機的鍋爐啟動方式不建議采用微油特別是等離子啟動方式，如果是等離子方式啟動時宜采用投用等離子拉弧，磨煤機空磨暖磨，暖磨結束后，投用大油槍，關閉容量風門，開啟旁路門，啟動給煤機制粉，料位上升后開啟容量風門送粉，待等離子燃燒器火檢信號穩定，就地著火良好后停用油槍。

2.7 煤種的選用和摻配

判斷煤粉爆炸性的分類準則是爆炸性指數Kd。它是考慮燃料的活性 （可燃揮發份的含量及其熱值）以及燃料中的惰性（燃料中灰份和固定碳的含量）的綜合影響的結果。《DLT466-2004電站磨煤機及制粉系統選型導則》中煤粉爆炸性與爆炸性指數Kd之間的關系見表1

由表1可得出爆炸指數大于1.0就有爆炸的可能。

當煤的干燥無灰基揮發份大于10%（或煤的爆炸性指數大于1.0）時，制粉系統設計時就應考慮防爆要求；當煤的干燥無灰基揮發份大于25% （或煤的爆炸性指數大于3.0）時，不宜采用雙進雙出或者中間儲倉式制粉系統。

煤粉的爆炸性能主要與煤粉特性如水份、灰份、揮發份及元素組成等有關，特別是揮發份、發熱量影響最大。目前國內環保壓力越來越大，要達到環保排放甚至超低排放，就必須使用揮發份、發熱量相對較高的優質煤種，對于采用雙進雙出磨煤機燃的制粉系統，煤種及摻配就需要有特別的要求。

進行原煤的摻配工作時，應控制好干燥無灰基揮發份指標，且在爐前摻配均勻后再進入磨煤機。正常運行磨煤機入爐煤的干燥無灰基揮發份要小于38%，全水份應小于15%；即將準備停運磨煤機入爐煤的干燥無灰基揮發份應小于30%，且應在停磨前就將其燒空，避免出現自然爆炸的事故。在磨煤機低出力運行時，入爐煤的熱值不宜太高，這樣才能保證入爐煤中的灰份，從而降低煤粉的爆炸等級；另外，神華煤爆炸指數極高，甚至達到6.8左右，經長期摻配燃燒經驗，神華煤屬于極易爆煤種，原則上神華煤不經過摻配，不允許單獨進入制粉系統進行研磨燃燒，如果摻配上煤，神華煤摻配比例最好不要超過50%。

2.8 設備的可靠性

制粉系統設備的可靠性是防止爆炸的基礎。在選擇磨煤機型式和制粉系統時，應根據煤的燃燒、磨損、輸送、爆炸特性、可磨性、磨煤機的制粉特性及煤粉細度的要求，結合鍋爐爐膛和燃燒器結構統一考慮，并考慮煤源特點、煤種煤質變化情況以達到磨煤機、制粉系統和鍋爐燃燒裝置匹配合理，保證制粉系統的安全經濟運行。

表2是某雙進雙出制粉系統電廠近年煤種統計。

表1

表2

由以上統計可以看出所使用煤種爆炸指數均大于3.0，干燥無灰基揮發份也均在37%以上，但是制粉系統運行過程中在技術措施控制良好情況下，只有某臺磨煤機發生多次爆炸，說明設備如果存在死角、積粉或者漏風等不合理情況下，會增加制粉系統爆炸的可能性。對于已經確定的制粉系統，就要在檢修和技改過程中逐步消除有爆炸可能的設備因素。

（1）減少或消除積粉

積粉時間過長必然會發生自燃為爆炸提供可能。檢修時要詳細檢查、消除系統內的積粉點，比如系統管道接口的相貫線的凸臺，毛刺都要打磨光滑，并定期進行檢查；磨煤機出口管至分離器進口管貼防磨陶瓷；避免水平段凹槽和不良接頭，煤粉管道與水平交角不應小于45°。

（2）減少漏風

應提高分離器出口關斷門、熱風調整門、熱風關斷門、混合風門等制粉系統所有閥門材質，注意安裝和檢修時對門的調整，保證能夠全開全關。

（3）防爆措施

煤倉、粉倉、制粉和送粉管道、制粉系統閥門、制粉系統防爆壓力和防爆門的防爆設計均應按規定執行執行；必要時可裝CO探測系統，用CO濃度儀預先診斷，提前采取措施等。

另外可安裝啟停報警裝置，鍋爐零米層、運轉層、皮帶層等處安裝聲光報警器，運行集控室設操作按鈕等。

結語

通過以上的論述，說明為了有效的避免制粉系統發生爆炸著火事故，就應科學的采用上述所介紹的防爆技術措施。在制粉系統實際運行的過程中采用了這些防爆技術措施后，在燃用平均揮發份38%以下的煤種情況下，電廠沒有再發生制粉系統爆炸等事故，取得了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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[3]神華國華電力.鍋爐制粉系統防爆經驗交流[Z].2009.

中圖分類號：TK22

文獻標識碼：A