300 MW 燃煤鍋爐制粉系統自燃和爆燃分析與防治

閆東海，劉建航，劉 龍，馬國智，王 志

（國家能源菏澤發電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

制粉系統作為燃煤機組重要系統之一，對機組的安全運行起著至關重要的作用［1］。隨著燃料市場成本的不斷變化，燃煤市場供應緊張、煤種品質復雜多變給制粉系統的穩定運行帶來巨大挑戰［2］。某發電廠兩臺300 MW 燃煤鍋爐采用正壓直吹式制粉系統，曾多次發生鍋爐制粉系統自燃、爆燃事故，嚴重影響機組鍋爐的安全穩定運行。通過控制磨煤機出口溫度、就地測量磨煤機回粉閥處溫度等方式，有效遏制了制粉系統自燃和爆燃事件的發生，有效保證了鍋爐的安全穩定運行。

1 基本概況

發電廠二期3 號、4 號兩臺300 MW 燃煤鍋爐為某公司生產的W 型火焰燃燒方式鍋爐。鍋爐為單爐膛、平衡通風、一次中間再熱，亞臨界參數自然循環鍋爐，蒸發量為1 025 t／h，設計煤種為85%無煙煤及15%半無煙煤［3］。鍋爐為負壓運行，爐膛前后兩側火拱處各布置了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，二次風間隔布置，乏氣風在靠下前后爐墻側注入。為防止結焦設有前后墻貼墻風，燃燒方式為直吹前、后下射，在爐膛內形成“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%最大連續出力（Maximum Continuous Rating，MCR）。3 號鍋爐在2015 年進行了低氮燃燒改造：對燃燒器進行改造，將乏氣風進行下移、增設燃盡風、分級風（拱下三次風）改造。鍋爐配備正壓直吹式制粉系統，由2 臺密封風機、2 臺離心式一次風機、3 臺雙進雙出磨煤機 （如圖1 所示）、6臺皮帶式給煤機組成。

3 臺磨煤機的制粉能力為鍋爐MCR 時所需煤量的120%，磨煤機的具體參數如表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分級燃燒技術進行了低氮燃燒改造，4 號鍋爐未進行低氮燃燒改造，由于煤炭市場波動，煤源供應緊張，3 號、4 號鍋爐入爐煤質嚴重偏離設計要求，頻繁出現制粉系統自燃甚至爆燃現象，給機組安全經濟運行帶來嚴重威脅［4］。2017 年10 月份以來，3 號、4號鍋爐制粉系統自燃和爆燃情況統計為：

圖1 雙進雙出磨煤機系統

表1 磨煤機性能數據（設計煤種）

2017-10-12T04∶48∶00，4 號鍋爐B 磨煤機B2 端旁路風管處漏粉且有自燃現象，停止B 磨煤機運行進行處理，10 月12 日18∶05∶00，B 磨煤機啟動運行；

2017-10-18T22∶00∶00，4 號鍋爐B 磨煤機B2 端旁路風管處漏粉且有自燃現象，B 磨煤機熱一次風管損毀，停止B 磨煤機運行；為消除此缺陷，10 月27日23∶46，停止鍋爐運行，10 月30 日01∶28，機組發電機并列成功。

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

2017-11-24T04∶36∶00，3 號鍋爐C 磨煤機爆燃，C 磨煤機熱一次風管爆裂，停止C 磨煤機運行。為消除此缺陷，12 月1 日23∶08 停止鍋爐運行，12 月4日04∶10，機組發電機并列成功。

3 解決措施

經過上述分析，對3、4 號鍋爐制粉系統防自燃防爆燃治理，采取切實有效的措施是保證鍋爐安全經濟運行的前提［5］。為此，經過相關分析和研究，總結出以下具體控制措施。

1）高度重視制粉系統防爆工作，加強和燃料運行的溝通，及時了解煤質變化，控制磨出口溫度正常。當接到值長或燃料人員通知為高揮發分煤質時，應及時進行調節，并向接盤人員交代清楚，防止制粉系統自燃爆燃事故的發生［6］。盡量保證給煤量均勻，防止給煤量大幅波動。煤質揮發分較高時，維持均勻的給煤量和系統正常流動狀態對制粉系統防自燃防爆特別重要。

2） 根據圖2 所示，選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硝系統入口NOx質量分數的高低對煤質揮發分高低有一定借鑒作用［7］。隨著燃煤揮發分的增加，煤更易著火，在爐膛內只需較小的過量空氣系數（O2）即可滿足燃盡需求，降低NOx的生成量，并且呈現出穩步的下降趨勢，因此可通過監視脫硝入口NOx濃度以控制磨煤機出口溫度。

運行人員通過對3 號、4 號鍋爐長時間調整摸索發現： 磨煤機出口溫度一般應控制在120 ℃以內，SCR 入口NOx質量分數較低時，根據燃燒情況盡量控制磨煤機出口溫度在100 ℃以下。機組運行過程中發現磨煤機出口溫度不正常升高時，應及時開大冷風調門，以控制溫度在正常范圍內。4 號爐B 磨煤機正常運行中，B2 端旁路風擋板暫維持開度15%左右，以防止B2 端旁路風擋板處積粉。經過分析總結，3 號、4 號鍋爐磨煤機出口溫度控制如表2。

圖2 SCR 入口NOx 質量分數與燃煤揮發分關系曲線

表2 鍋爐磨煤機出口溫度控制

3）如出現煤倉空倉、棚煤、給煤機故障等現象時，應及時匯報值長并聯系處理。若短時間內能恢復正常，可減少熱風，增加冷風，調整旁路風，保持磨煤機正常運行。一臺給煤機出口管堵煤時，應盡快停止制粉系統進行疏通。停止磨煤機時，及時切換冷熱風，降低磨出入口溫度［8］。若制粉系統需停運進行內部檢修，應進行充分抽粉后方可辦理工作票進行工作。

4）加強設備巡回檢查頻率，尤其要加強對給煤機各回粉閥和旁路風門等位置的檢查。發現系統漏粉缺陷，及時輸入缺陷管理系統；清理積粉時，禁止用壓力水直接澆注著火的煤粉，防止煤粉飛揚引起爆炸［9］。同時，加強對消防設施的檢查，熟悉各類消防設施的位置和使用方法，熟悉磨煤機蒸汽滅火系統和各類消防設施的位置和使用方法［10］，進行事故預想和演練，以便發生異常及時處理。

4 調整效果

2017 年10 月12 日至12 月4 日磨煤機自燃爆燃經濟損失統計如下：

2017 年10 月12 日至12 月4 日，4 號爐B 磨煤機、3 號爐C 磨煤機共停運400 h，按每小時損失發電量平均6 萬kWh 計算，損失發電量約為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，按每天損失發電量平均600 萬kWh 計算，損失發電量約為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“兩個細則”考核，損失將更大。

通過對3 號、4 號鍋爐頻繁出現制粉系統自燃甚至爆燃現象進行分析研究，找出了原因并采取各種針有效的調整措施。2018 年以后3 號、4 號鍋爐未出現一次制粉系統自燃甚至爆燃現象，避免了大量的經濟損失，對機組的安全經濟運行做出了貢獻。

5 結語

經過分析鍋爐頻繁出現制粉系統自燃甚至爆燃原因，采取各種針對性措施進行調整：根據SCR 入口NOx質量分數高低來作為控制磨煤機出口溫度的依據之一，并通過就地測量磨煤機回粉閥處溫度等方式，有效遏制了制粉系統自燃爆燃現象，提高了鍋爐運行的安全性，避免了制粉系統因自燃爆燃被迫停止磨煤機運行甚至停爐事故的發生，為同類機組運行控制提供參考。