提高磨煤機出口溫度的安全性探討及防爆措施

王軍民

（浙江大唐烏沙山發電有限責任公司，浙江 寧波 315722）

提高磨煤機出口溫度的安全性探討及防爆措施

王軍民

（浙江大唐烏沙山發電有限責任公司，浙江 寧波 315722）

某發電廠長期提高磨煤機出口溫度運行，大幅降低了鍋爐排煙溫度，經濟效益顯著。但隨之而來的磨煤機爆燃問題威脅了機組安全穩定運行。結合國內相關研究成果和該電廠的實際應用情況，對提高HP1003中速磨出口溫度的安全性進行探討，并提出了防爆治理措施，對同類型磨煤機提高出口溫度運行具有指導意義。

HP1003；磨煤機；爆燃；安全性；經濟性

0 引言

某發電廠通過提高磨煤機出口溫度運行，鍋爐排煙溫度平均降低約 6℃，鍋爐效率提高約0.3%，折合節省供電煤耗約0.9 g/kWh，經濟效益顯著。但是，磨煤機出口溫度與制粉系統的安全性及鍋爐運行的經濟性密切相關，提高磨煤機出口溫度后，必然降低了制粉系統運行的安全裕量，增大了磨煤機爆燃的風險。

國內針對提高磨煤機出口溫度的安全性，開展了大量的理論和試驗研究[1-6]。

呂洪坤[3]認為煤在熱解過程中可能析出CO（一氧化碳）等可燃氣體，但是由于煤粉氣流中的CO等可燃氣體不可能達到爆燃極限及引燃溫度，因此磨煤機及其出口管道內一般不會發生CO等可燃氣體的爆燃，燃燒器噴口亦不會發生CO等可燃氣體的回火問題。

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

余海銘[5]通過數值模擬與試驗的方法，研究中速磨煤機內部溫度場及煤粉顆粒溫度變化情況，結果顯示，以可揮發水分7.28%的原煤為研究對象，當磨煤機出口溫度達到100℃時，磨煤機內99.57%以上煤粉顆粒的溫度低于200℃，煤粉可燃氣體析出的可能性很小。

煙煤鍋爐熱風溫度均在300℃左右，根據相關研究成果，適當提高磨煤機出口溫度，不可能使煤粉氣流中大量析出CO等可燃氣體，更不可能直接導致磨煤機發生煤粉爆燃事故。

但是，提高磨煤機出口溫度后，磨煤機爆燃卻時有發生，且較溫度提高之前爆燃事故發生更頻繁，導致各燃煤發電廠對提高磨煤機出口溫度這一節能舉措積極性不高，甚至表示反對。在國內，雖然理論研究較多，但在實際應用中對磨煤機提高出口溫度的安全性探討卻不多。以下結合某發電廠一年多的運行情況，全面探討HP1003中速磨煤機提高出口溫度的安全性，并提出了防爆治理措施，對同類型磨煤機提高出口溫度運行具有重要的指導意義。

1 設備概述

某發電廠4×600 MW機組鍋爐爐型為HG-1890/25.4-YM4，一次中間再熱，固態排渣、單爐膛、平衡通風、Π型布置、全鋼構架懸吊結構、露天布置，燃燒方式為前后墻對沖燃燒，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層對稱布置。制粉系統為中速磨正壓直吹系統，配置6臺HP1003型中速磨煤機，額定工況下5臺運行，1臺備用。

2 應用情況

2.1 煤種特性及磨出口溫度規定值

鍋爐常用煤種的煤質特性見表1，均為易爆煤種[7]。根據煤種特性，對不同煤種規定不同的出口溫度：

（1）燃用塔優煤時，控制磨煤機出口溫度不超過105℃。

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

（3）燃用褐煤等高灰揮發份煤種時，控制磨煤機出口溫度在55～65℃。

表1 常用煤種特性

2.2 磨煤機爆燃

提高磨煤機出口溫度一年多來，共發生5次磨煤機爆燃，均發生在制粉系統正常運行工況下，其中3次磨煤機出口溫度在95℃以上，2次出口溫度在85℃以內，磨煤機爆燃前運行參數見表2。分析其爆燃原因，均為文丘里套積粉或磨煤機入口一次風道積煤而引起的自燃。

表2 磨煤機爆燃前運行參數

2.3 磨煤機潤滑油劣化情況

磨煤機有2個獨立的潤滑油系統，第一潤滑系統是3只磨輥裝置自容油浴式潤滑系統，采用680重負荷齒輪油，該油具有優異的氧化安定性和良好的粘溫性能，100℃時粘度達32.1～41.1，高溫時能提供有效的潤滑保護作用。提高磨煤機出口溫度后，磨煤機內溫度提高20℃以上，未發生因油質劣化更換潤滑油的情況，不存在導致油質明顯劣化的異常。第二潤滑系統用于齒輪裝置潤滑，在磨煤機外部循環，對潤滑油油質無影響。

2.4 燃燒器噴口燒損情況

提高磨煤機出口溫度后，通過對現場火焰的觀察，煤粉氣流的著火點沒有明顯提前。利用機組大修和小修機會，對燃燒器噴口進行全面檢查，未發現燃燒器噴口燒損現象。可見，適當提高磨煤機出口溫度，能保證燃燒器安全運行。

3 爆燃原因分析

發生煤粉爆燃必須同時具備以下3個條件：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火源。缺少其中任何一個條件，爆燃都不可能發生。某發電廠HP1003型冷一次風正壓直吹式制粉系統直接以熱空氣作為輸送和干燥煤粉的介質，磨制的煤種為易爆煙煤，煤粉濃度在任意載荷的運行工況下均在爆炸濃度范圍內[1]，完全滿足煤粉爆燃的前2個條件，當系統內有足以引起粉塵爆炸的點火源時，磨煤機內煤粉氣流爆燃必然發生。

該機組提高磨煤機出口溫度后發生的5次爆燃，磨煤機出口溫度有3次控制在95℃以上，2次在85℃以內，磨煤機入口溫度均約為260℃。制粉系統正常運行時，若無積煤（粉）自燃，磨煤機入口溫度在260℃左右，煤粉氣流中大量析出CO等可燃氣體的可能性極小[5]，不可能導致磨煤機爆燃。磨煤機出口溫度控制在85℃以內仍發生2次爆燃事故，說明磨煤機出口溫度的高低不是爆燃的直接原因。

爆燃發生后，對爆燃制粉系統全面檢查，在磨煤機內部發現2處積煤（粉）部位，分別是磨煤機入口一次風道和磨煤機頂部文丘里套與落煤筒之間的腔室（見圖1），在煤粉管道彎頭及水平段未發現積粉自燃情況。在5次爆燃事故中，有1次是磨煤機入口一次風道堆積石子煤自燃，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，磨煤機內部存在積煤（粉）自燃，當有大量火星從磨頂部掉落或被熱風帶入煤粉懸浮空間，達到了點燃煤粉氣流的著火能量，必然導致磨煤機爆燃。

圖1 磨煤機文丘里套積粉位置

因此，提高磨煤機出口溫度后發生磨煤機爆燃事故的根本原因是磨煤機內部積煤（粉）自燃。而提高磨煤機出口溫度后，煤粉氣流的著火熱大幅降低，增大了煤粉氣流爆燃的風險，降低了安全裕度，導致磨煤機爆燃頻率增加。

4 防爆措施

4.1 設備防爆改造

提高磨煤機出口溫度后，磨煤機爆燃的風險增大。針對某發電廠HP1003型中速磨存在的問題，對磨煤機進行適當改造，消除磨煤機內部積煤、積粉，從根本上避免爆燃的發生：

（1）消除磨煤機入口一次風道積煤。一次風道進磨煤機入口段水平布置，石子煤或原煤在離心力的作用下被甩向一次風進風口，在高溫環境下，長期堆積的石子煤或原煤自燃，產生明火。在刮板的圓周方向外延增加高度150 mm的擋煤環，可減少石子煤返回一次風道。但是，由于離心力的作用，不能徹底杜絕石子煤進入一次風道。

若要徹底解決該隱患，應將入口一次風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，避免原煤在入口風道堆積。但是，該發電廠磨煤機一次風道布置空間狹小，無法實施改造。

（2）封堵磨煤機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，形成一個下部開口的環形密閉空間，細小的煤粉沉積在文丘里套的斜面上堆積自燃（見圖1）。通過將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）加裝磨煤機內部CO在線監視裝置。磨煤機內部積粉（煤）自燃，必然生產大量可燃氣體，通過在線監測裝置，能及時發現異常，采取有效措施抑制爆炸事故發生。

4.2 運行防爆措施

提高磨煤機出口溫度運行期間，需要規范運行操作，加強磨煤機運行參數監視及就地巡檢。針對制粉系統運行的啟停階段及特殊工況，需采取必要措施，降低爆燃風險。

（1）規范運行人員啟停磨操作。啟磨前，至少吹掃5 min，暖磨過程中，控制磨煤機出口溫度不超過70℃；停磨時，先降低磨煤機出口溫度至60℃以下，再停止給煤機運行，并對磨煤機進行充分吹掃，待磨煤機電流降至空載電流后，停止磨煤機運行。

（2）加強運行磨煤機的參數調整及巡檢。磨煤機在最低載荷運行時，煤量及風量最小，煤粉氣流的著火熱最低，爆燃風險很大。在此工況下長期運行，要控制磨煤機出口溫度不超過85℃，降低爆燃風險。加強對磨煤機的巡檢，尤其是檢查磨煤機的石子煤倉，如果發現噴火、冒煙等著火現象，即果斷降低磨煤機出口溫度至70℃以內，必要時停運磨煤機，檢查、清理側機體內及一次風道積煤。

5 結論

（1）提高磨煤機出口溫度后，不會發生磨煤機潤滑油劣化明顯加速的情況，也未出現燃燒器噴口燒損現象，能保證設備系統安全運行。

（2）提高磨煤機出口溫度，不會直接導致磨煤機爆燃，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險。磨煤機爆燃的根本原因是磨煤機內部積煤（粉）自燃，達到了煤粉氣流的點火能量，最終點燃煤粉造成爆燃。

（3）磨煤機出口溫度提高后的防爆措施，關鍵是對設備全面治理，消除磨煤機內部積煤（粉）死角。

（4）制粉系統運行時，燃用煤種、煤量經常變化，一次的風風量、風速隨工況變化，啟停磨操作頻繁，磨煤機各部件的磨損及故障經常發生，均會導致磨煤機內部及粉管積煤（粉）自燃。因此，運行控制是防爆的主要措施之一，必須嚴格執行運行防爆措施，防止爆燃。

（5）磨煤機提高出口溫度運行，鍋爐排煙溫度大幅降低，經濟效益顯著，但是爆燃風險卻大幅增加。提高磨煤機出口溫度要慎重，必須經過長期試驗，找出設備安全隱患，并徹底治理。同時，要制定完善的防止磨煤機爆燃的運行措施，通過運行的合理控制降低爆燃風險。設備治理及運行控制同步開展，才能保證鍋爐安全、經濟、穩定運行。

[1]邱盈忠，陳獻春.600 MW機組中速磨煤機燃用高揮發份煤種時防爆控制[J].電力與電工，2013（4）∶94-97.

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

[3]呂洪坤，常毅君，裘立春，等.提升1000 MW機組磨煤機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中速磨煤機出口溫度對鍋爐運行的影響[J].熱力發電，2013，32（4）∶9-13.

[5]余海銘.中速磨煤機內部溫度場數值模擬與試驗研究[D].杭州：浙江大學，2014.

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

[7]DL/T 466-2004電站磨煤機及制粉系統選型導則[S].北京：中國電力出版社，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，從事發電廠鍋爐運行管理工作。