國電電廠雙進雙出磨煤機磨制神華煤防爆專項分析

摘要：本文對原國電某電廠雙進雙出磨煤機磨制神華煤防爆專項進行了深入分析，首先介紹了BBD型磨煤機的特性，其次詳細分析了BBD雙進雙出鋼球磨煤機磨制該煤種時易發生爆燃的原因，最后提出了相應的防爆方案。結果表明，通過有效調整與改造BBD型磨煤機，可有效降低制粉系統爆燃的風險。

關鍵詞：BBD型磨煤機；爆燃原因；防爆方案

DOI：10.12433/zgkjtz.20233243

2017年，國電與神華合并成立了國家能源投資集團，某省原國電火電機組于2019年底開始使用原神華礦點來煤，與之前的煤質相比，神混煤的揮發分更高（近40%），水分更高（18%左右），哈氏可磨性系數也較高（易磨）。在原國電火電機組中，大部分機組使用的是BBD雙進雙出鋼球磨煤機，但新煤質與該類型磨煤機不適配，在磨制神混煤過程中，該種磨煤機極易發生爆燃事故，然而改造磨煤機的成本較高，很多廠只能冒險使用新煤種。為降低爆燃事故的發生率，本文以某300MW級電廠為例，分析了BBD雙進雙出鋼球磨煤機磨制該煤種時易發生爆燃的原因，并以此為重要依據，制定出降低制粉系統爆燃風險的方案。

一、BBD型磨煤機介紹

該電廠為2×330MW燃煤發電機組鍋爐，是哈爾濱鍋爐廠有限公司利用美國CE技術制造的。鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱、單爐膛、固態排渣、全鋼架懸吊結構、露天布置、控制循環燃煤汽包爐、采用平衡通風、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，鍋爐配備正壓直吹式制粉系統，由2臺離心式一次風機、3臺BBD4060B型雙進雙出鋼球磨煤機組成。

BBD4060磨煤機技術性能參數：磨煤機結構及流程示意圖見圖1。銘牌出力54t/h，磨煤機轉速16.7r/min，有效容積67.89m3，最大裝球量71t，筒體長度5.54m，筒體直徑3.95m。

二、BBD雙進雙出鋼球磨煤機磨制該煤種時易發生爆燃的原因分析

（一）煤質因素

2020～2021年每個月的煤質平均值與設計校核煤質對比情況，如表1所示。

由表1可知，近期燃用煤質較設計煤質，干燥無灰基揮發分高達40%，水分較設計煤質高5個百分點，哈氏可磨性系數較設計值高26。

1.干燥無灰基揮發分

根據《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》（DLT 5145-2012），煤的揮發分與爆炸性分級如表2所示。

雙進雙出鋼球磨煤機建議運用爆炸等級Ⅲ級及以下的煤質，即揮發分較低的煙煤（Vdaf應小于30），設計煤種與校核煤種的揮發分，對于雙進雙出鋼球磨煤機來說偏高。更換煤質后，揮發分平均為40，達到了極易爆炸的最高等級（Vdaf大于35），易爆程度可想而知。

2.收到基水分

雖然各個規程里沒有明確水分對制粉系統易爆性的影響，但水分增加會對磨煤機干燥出力造成影響。提高磨煤機的干燥出力，就需要提升磨煤機的進出口溫度，但這會增加制粉系統的爆燃風險。另外，爆炸時，水分會產生額外的爆炸氣量，加劇對制粉系統的破壞。

3.可磨性及煤粉細度

根據《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》（DL/T 5145-2012）和《電站磨煤機及制粉系統選型導則》（DL/T 466-2017）的相關要求，煤粉細度的選擇可根據式（1）計算：

R90=0.5nVdaf" 式（1）

式（1）中，R90為用90μm篩子篩分時，篩上剩余量占煤粉總量的百分比；Vdaf為煤質的干燥無灰基揮發分；n為煤粉均勻性指數，根據選型導則的相關規定，n取0.8。

由此可以得出，更換煤質前，R90應控制在14.0%，實際測量R90為22.5%，雖然會導致燃燒的不經濟性，但有利于降低制粉系統爆燃風險程度。更換煤質后，在同樣的工況下，R90應控制在16.0%，可磨性提升了近25%，R90實際測量僅為11.5%，極大增加了制粉系統的爆燃風險。機組于2008年投產，當時的磨煤機分離器為靜態擋板型，受制于廠房結構與成本，無法更換為雙極軸向或動態分離器，靜態擋板控制機構年久卡死，煤粉細度無法調整。

4.磨煤機出口溫度的控制

根據《火力發電廠制粉系統設計計算技術規定》（DL/T 5145-2012）計算，雙進雙出磨煤機在磨制干燥無灰基揮發分Vdaf在30%以上時，磨煤機出口溫度不應高于75℃，煤粉管中風粉混合物露點為53℃，但最低溫度應高于露點5℃。計算得出，露點溫度53℃，因而建議磨煤機分離器出口溫度應控制在65～70℃范圍內。電廠為提高經濟性，先采用分離器出口70℃的運行方式，未出一個月再次發生爆燃，現采用分離器出口65℃的運行方式，爆燃頻率明顯下降。

5.磨煤機出口粉管風速

保證磨煤機出口粉管風速大于安全運行要求值18m/s，可有效降低制粉系統發送爆燃的幾率。但該廠受制于采購、維護成本等因素，老舊的粉管風速在線測量裝置已被堵死，無法直觀獲得風速數據，僅磨煤機入口混合風壓參數相對準確，只能通過測量磨煤機出口粉管差壓，才能獲得實際的粉管風速：

式（2）中，[w]為風管風速；[K]為氣體流速修正系數；[ρ]為氣體密度，kg/m3；[△P]為氣體流動產生的差壓，Pa。標準畢托管的修正系數為1，而非標準的動壓測量管測定的壓差必須加以標定。測定管的標定系數為：

式（3）中，[△P1]為標準畢托管的測量動壓值，Pa；[△P2]為標準畢托管的測量動壓值，Pa，在各粉管風速滿足18m/s時，磨煤機進口混合風壓顯示為1.5kPa，該參數則為最低保證值。

通過查詢本廠制粉系統爆燃前的歷史數據發現，爆燃時磨煤機進口的混合風壓均低于1.5kPa，從而也印證了爆燃時粉管風速未達到安全值，制粉系統會產生積粉，積粉緩慢自燃，待積粉受擾動后就會出現爆燃風險。

該廠雙進雙出磨煤機每側4個，共有8個出口粉管，進口混合風壓即便滿足1.5kPa，各個粉管風速也未必能同時達到18m/s。因此，要定期進行風調平試驗，保證各個粉管風速偏差小于10%，同時將磨煤機進口混合風壓不得低于1.6kPa納入指標考核。

6.其他改造建議

防爆門設計偏小，每次爆燃破壞程度較大，損失嚴重。更換新型防爆門，有利于爆燃時迅速排放壓力，降低制粉系統的受損程度。但是防爆門的位置要合理，防止傷人。此外，也可以進行爐煙再循環改造，磨煤機入口通入冷爐煙，將制粉系統中的氧氣含量降至16%以下，徹底消滅磨煤機爆炸的根源。

7.運行控制問題

為響應國家節能減排“十四五”規劃，2020年開始，機組參與山東電網的深調任務。磨煤機啟停次數大幅增加，磨煤機停止時發生多次爆燃，爆燃時，磨煤機風速與粉管風速均滿足上述防爆要求。通過查詢歷史趨勢可知，每次爆燃均發生在磨煤機吹掃25min左右。通過測量可知，雖然磨煤機入口混合風壓大于1.6kPa，但不能保證將磨煤機吹掃干凈，磨煤機內部產生過攆磨，導致爆炸，特建議電廠的磨煤機入口混合風壓大于2.0kPa，吹掃時間控制在10min，采取大風量、短時間的吹掃方式。根據防爆設計技術規程，停磨時要給磨煤機充惰，然而該廠惰性氣體為水蒸汽，經常發生停磨后蒸汽噴口板結的情況，啟停頻繁時無法及時處理，導致惰性氣體充滿度不夠，水蒸氣的通入使得發生爆燃時反而會加重破壞程度，建議后期對充惰系統進行改造，優化噴口或替換惰性氣體。

三、調整后的效果

試驗確定，通過現有的參數控制磨煤機出口粉管風速，通過計算獲得現有煤種磨煤機出口溫度，優化運行方式。2022年度，該廠僅在停磨期間發生過一起磨煤機爆燃事故，與2020～2021年度共發生12起爆燃事故相比，爆燃現象明顯緩解。而且通過查詢入爐煤質記錄發現，當時干燥無灰基揮發分高達44%，確實難以避免。

四、結束語

受煤價等因素的影響，原國電機組勢必大規模燃用神華煤，雙進雙出磨煤機磨制高揮發分的神華煤時，若運行參數未根據煤質調整，制粉系統爆燃風險極大。

本研究通過相關試驗，獲得能適應煤種的煤粉細度、磨煤機出口溫度、磨煤機出口粉管風速等參數，對電廠運行人員相關工作有一定的參考價值，在進行相關設備的改造時能夠大幅降低制粉爆燃的風險。

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