300 MW 燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)自燃和爆燃分析與防治

閆東海，劉建航，劉 龍，馬國智，王 志

（國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

制粉系統(tǒng)作為燃煤機(jī)組重要系統(tǒng)之一，對機(jī)組的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用［1］。隨著燃料市場成本的不斷變化，燃煤市場供應(yīng)緊張、煤種品質(zhì)復(fù)雜多變給制粉系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)［2］。某發(fā)電廠兩臺300 MW 燃煤鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，曾多次發(fā)生鍋爐制粉系統(tǒng)自燃、爆燃事故，嚴(yán)重影響機(jī)組鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過控制磨煤機(jī)出口溫度、就地測量磨煤機(jī)回粉閥處溫度等方式，有效遏制了制粉系統(tǒng)自燃和爆燃事件的發(fā)生，有效保證了鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 基本概況

發(fā)電廠二期3 號、4 號兩臺300 MW 燃煤鍋爐為某公司生產(chǎn)的W 型火焰燃燒方式鍋爐。鍋爐為單爐膛、平衡通風(fēng)、一次中間再熱，亞臨界參數(shù)自然循環(huán)鍋爐，蒸發(fā)量為1 025 t／h，設(shè)計煤種為85%無煙煤及15%半無煙煤［3］。鍋爐為負(fù)壓運(yùn)行，爐膛前后兩側(cè)火拱處各布置了3 組直流下射狹縫式噴燃器，每組有4 只煤粉噴嘴、一支油槍，二次風(fēng)間隔布置，乏氣風(fēng)在靠下前后爐墻側(cè)注入。為防止結(jié)焦設(shè)有前后墻貼墻風(fēng)，燃燒方式為直吹前、后下射，在爐膛內(nèi)形成“W”型火焰。油槍燃用輕油，由電子點火器直接引燃，12 支油槍可帶30%最大連續(xù)出力（Maximum Continuous Rating，MCR）。3 號鍋爐在2015 年進(jìn)行了低氮燃燒改造：對燃燒器進(jìn)行改造，將乏氣風(fēng)進(jìn)行下移、增設(shè)燃盡風(fēng)、分級風(fēng)（拱下三次風(fēng)）改造。鍋爐配備正壓直吹式制粉系統(tǒng)，由2 臺密封風(fēng)機(jī)、2 臺離心式一次風(fēng)機(jī)、3 臺雙進(jìn)雙出磨煤機(jī) （如圖1 所示）、6臺皮帶式給煤機(jī)組成。

3 臺磨煤機(jī)的制粉能力為鍋爐MCR 時所需煤量的120%，磨煤機(jī)的具體參數(shù)如表1 所示。

2 存在問題

3 號鍋爐采用煙臺龍源的W 型火焰鍋爐低NOx分級燃燒技術(shù)進(jìn)行了低氮燃燒改造，4 號鍋爐未進(jìn)行低氮燃燒改造，由于煤炭市場波動，煤源供應(yīng)緊張，3 號、4 號鍋爐入爐煤質(zhì)嚴(yán)重偏離設(shè)計要求，頻繁出現(xiàn)制粉系統(tǒng)自燃甚至爆燃現(xiàn)象，給機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅［4］。2017 年10 月份以來，3 號、4號鍋爐制粉系統(tǒng)自燃和爆燃情況統(tǒng)計為：

圖1 雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)系統(tǒng)

表1 磨煤機(jī)性能數(shù)據(jù)（設(shè)計煤種）

2017-10-12T04∶48∶00，4 號鍋爐B 磨煤機(jī)B2 端旁路風(fēng)管處漏粉且有自燃現(xiàn)象，停止B 磨煤機(jī)運(yùn)行進(jìn)行處理，10 月12 日18∶05∶00，B 磨煤機(jī)啟動運(yùn)行；

2017-10-18T22∶00∶00，4 號鍋爐B 磨煤機(jī)B2 端旁路風(fēng)管處漏粉且有自燃現(xiàn)象，B 磨煤機(jī)熱一次風(fēng)管損毀，停止B 磨煤機(jī)運(yùn)行；為消除此缺陷，10 月27日23∶46，停止鍋爐運(yùn)行，10 月30 日01∶28，機(jī)組發(fā)電機(jī)并列成功。

2017-11-08T17∶35∶00，4 號鍋爐B 磨煤機(jī)B2 端出口溫度迅速上升，緊急停止B 磨煤機(jī)運(yùn)行，11 月8日23∶19，啟動B 磨煤機(jī)運(yùn)行；

2017-11-24T04∶36∶00，3 號鍋爐C 磨煤機(jī)爆燃，C 磨煤機(jī)熱一次風(fēng)管爆裂，停止C 磨煤機(jī)運(yùn)行。為消除此缺陷，12 月1 日23∶08 停止鍋爐運(yùn)行，12 月4日04∶10，機(jī)組發(fā)電機(jī)并列成功。

3 解決措施

經(jīng)過上述分析，對3、4 號鍋爐制粉系統(tǒng)防自燃防爆燃治理，采取切實有效的措施是保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提［5］。為此，經(jīng)過相關(guān)分析和研究，總結(jié)出以下具體控制措施。

1）高度重視制粉系統(tǒng)防爆工作，加強(qiáng)和燃料運(yùn)行的溝通，及時了解煤質(zhì)變化，控制磨出口溫度正常。當(dāng)接到值長或燃料人員通知為高揮發(fā)分煤質(zhì)時，應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)節(jié)，并向接盤人員交代清楚，防止制粉系統(tǒng)自燃爆燃事故的發(fā)生［6］。盡量保證給煤量均勻，防止給煤量大幅波動。煤質(zhì)揮發(fā)分較高時，維持均勻的給煤量和系統(tǒng)正常流動狀態(tài)對制粉系統(tǒng)防自燃防爆特別重要。

2） 根據(jù)圖2 所示，選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硝系統(tǒng)入口NOx質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高低對煤質(zhì)揮發(fā)分高低有一定借鑒作用［7］。隨著燃煤揮發(fā)分的增加，煤更易著火，在爐膛內(nèi)只需較小的過量空氣系數(shù)（O2）即可滿足燃盡需求，降低NOx的生成量，并且呈現(xiàn)出穩(wěn)步的下降趨勢，因此可通過監(jiān)視脫硝入口NOx濃度以控制磨煤機(jī)出口溫度。

運(yùn)行人員通過對3 號、4 號鍋爐長時間調(diào)整摸索發(fā)現(xiàn)： 磨煤機(jī)出口溫度一般應(yīng)控制在120 ℃以內(nèi)，SCR 入口NOx質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時，根據(jù)燃燒情況盡量控制磨煤機(jī)出口溫度在100 ℃以下。機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)出口溫度不正常升高時，應(yīng)及時開大冷風(fēng)調(diào)門，以控制溫度在正常范圍內(nèi)。4 號爐B 磨煤機(jī)正常運(yùn)行中，B2 端旁路風(fēng)擋板暫維持開度15%左右，以防止B2 端旁路風(fēng)擋板處積粉。經(jīng)過分析總結(jié)，3 號、4 號鍋爐磨煤機(jī)出口溫度控制如表2。

圖2 SCR 入口NOx 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與燃煤揮發(fā)分關(guān)系曲線

表2 鍋爐磨煤機(jī)出口溫度控制

3）如出現(xiàn)煤倉空倉、棚煤、給煤機(jī)故障等現(xiàn)象時，應(yīng)及時匯報值長并聯(lián)系處理。若短時間內(nèi)能恢復(fù)正常，可減少熱風(fēng)，增加冷風(fēng)，調(diào)整旁路風(fēng)，保持磨煤機(jī)正常運(yùn)行。一臺給煤機(jī)出口管堵煤時，應(yīng)盡快停止制粉系統(tǒng)進(jìn)行疏通。停止磨煤機(jī)時，及時切換冷熱風(fēng)，降低磨出入口溫度［8］。若制粉系統(tǒng)需停運(yùn)進(jìn)行內(nèi)部檢修，應(yīng)進(jìn)行充分抽粉后方可辦理工作票進(jìn)行工作。

4）加強(qiáng)設(shè)備巡回檢查頻率，尤其要加強(qiáng)對給煤機(jī)各回粉閥和旁路風(fēng)門等位置的檢查。發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏粉缺陷，及時輸入缺陷管理系統(tǒng)；清理積粉時，禁止用壓力水直接澆注著火的煤粉，防止煤粉飛揚(yáng)引起爆炸［9］。同時，加強(qiáng)對消防設(shè)施的檢查，熟悉各類消防設(shè)施的位置和使用方法，熟悉磨煤機(jī)蒸汽滅火系統(tǒng)和各類消防設(shè)施的位置和使用方法［10］，進(jìn)行事故預(yù)想和演練，以便發(fā)生異常及時處理。

4 調(diào)整效果

2017 年10 月12 日至12 月4 日磨煤機(jī)自燃爆燃經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計如下：

2017 年10 月12 日至12 月4 日，4 號爐B 磨煤機(jī)、3 號爐C 磨煤機(jī)共停運(yùn)400 h，按每小時損失發(fā)電量平均6 萬kWh 計算，損失發(fā)電量約為2 400 萬kWh；

2017 年10 月30 日至12 月4 日，3、4 號爐停爐共計102 h，按每天損失發(fā)電量平均600 萬kWh 計算，損失發(fā)電量約為2 550 萬kWh；

4 號爐啟停燃油約45 t，按7 000 元/t 計算，將損失31.5 萬元；再加上“兩個細(xì)則”考核，損失將更大。

通過對3 號、4 號鍋爐頻繁出現(xiàn)制粉系統(tǒng)自燃甚至爆燃現(xiàn)象進(jìn)行分析研究，找出了原因并采取各種針有效的調(diào)整措施。2018 年以后3 號、4 號鍋爐未出現(xiàn)一次制粉系統(tǒng)自燃甚至爆燃現(xiàn)象，避免了大量的經(jīng)濟(jì)損失，對機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行做出了貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

經(jīng)過分析鍋爐頻繁出現(xiàn)制粉系統(tǒng)自燃甚至爆燃原因，采取各種針對性措施進(jìn)行調(diào)整：根據(jù)SCR 入口NOx質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低來作為控制磨煤機(jī)出口溫度的依據(jù)之一，并通過就地測量磨煤機(jī)回粉閥處溫度等方式，有效遏制了制粉系統(tǒng)自燃爆燃現(xiàn)象，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性，避免了制粉系統(tǒng)因自燃爆燃被迫停止磨煤機(jī)運(yùn)行甚至停爐事故的發(fā)生，為同類機(jī)組運(yùn)行控制提供參考。