李海濱

(華能湖南岳陽發(fā)電有限公司，湖南 岳陽414000)

近幾年來，各電廠對國內煙煤、印尼煙煤和印尼褐煤等高揮發(fā)分煤購入量增大，入爐煤揮發(fā)分較設計值大幅上升。燃用高揮發(fā)分煤，可有效提高鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和經濟性，降低飛灰可燃物含量，提高鍋爐效率，但也會對鋼球磨煤機制粉系統(tǒng)帶來安全隱患。某電廠600 MW 超超臨界參數鍋爐機組配6 臺雙進雙出鋼球磨煤機，設計燃用煙煤與貧煤的混煤，干燥無灰基揮發(fā)分為16.56%，后來開始摻燒揮發(fā)分高達40%以上的印尼煙煤。在運行初期，由于摻配方式和制粉系統(tǒng)運行參數控制不合理，制粉系統(tǒng)爆炸事故時有發(fā)生，嚴重影響制粉系統(tǒng)安全運行和人身安全。為此該電廠開展了專項高揮發(fā)分煤種的制粉系統(tǒng)防爆技術探索，提出了一整套防止雙進雙出鋼球磨煤機燃用高揮發(fā)分煤種發(fā)生爆炸等事故的技術措施。實踐證明，該措施較好地解決了鋼球磨煤機燃用高揮發(fā)分煤種的制粉系統(tǒng)安全性問題。

1 預防制粉系統(tǒng)爆炸的基本原則

為防止出現制粉系統(tǒng)爆炸等事故的發(fā)生，控制入爐煤平均揮發(fā)分水平以及入爐煤質基本穩(wěn)定是最基本的要求。對于燃煤火力發(fā)電廠來講，主要通過選擇不同的混煤摻燒方式及上煤方式來確保入爐煤質穩(wěn)定和參數合格。

當前常用混煤摻燒方式主要有2 種:1)爐前摻配、爐內混燒。燃料在進入原煤斗之前按一定的比例混合，混配均勻的原煤在磨煤機中被磨制成粉，再送入爐內燃燒。這種方式充分利用了混煤的著火特性接近于易著火煤的優(yōu)點，有利于煤粉的著火和燃燒的穩(wěn)定，但無法避免混煤搶風、可磨特性趨向于難磨煤種、燃盡特性接近于難燃盡煤種等不利因素。2)分磨制粉，爐內分燒。對于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐，不同的磨煤機磨制不同的原煤，磨制好的煤粉由不同的一次風管和燃燒器送入爐內燃燒。該摻燒方式可根據不同的煤種控制不同的煤粉細度，但是需要根據運行需要及時調整上煤方式。

當雙進雙出鋼球磨煤機燃用高揮發(fā)分煤種時，為避免出現煤質大幅波動等異常現象，原則上采用“爐前摻配、爐內混燒”方式。在不同的運行時期，采取如下控制措施:

1)摻配原煤時，應重點關注干燥無灰基揮發(fā)分指標。在機組調峰時段，停運磨煤機入爐煤揮發(fā)分Vdaf不得大于30%，且應在停磨前盡可能燒空，避免原煤氧化發(fā)生自燃爆炸。非停運磨煤機入爐煤揮發(fā)分Vdaf不得大于40%，入爐煤全水分一般不超過15%。低負荷時段盡量降低入爐煤熱值至18 000 kJ/kg 左右，以提高入爐煤中灰分，降低煤粉爆炸等級。

2)摻混必須均勻，中途不得隨意變更其他煤種。對于非機組調峰停運磨煤機，無特殊情況原則上避免停運對應制粉系統(tǒng)，計劃檢修和機組啟停時需置換煤種后停運。

3)控制原煤斗正常煤位，確保燃用高揮發(fā)分煤的煤倉不發(fā)生空倉造成的給煤機原煤斗著火事故。但倉位也不宜過高，最高控制在煤倉高度的80%左右。

2 防止制粉系統(tǒng)爆炸的技術措施

2.1 磨煤機進、出口溫度控制

磨煤機出口風溫影響著煤粉揮發(fā)分的析出速度和數量。磨煤機出口風溫過低又會導致煤粉著火推遲，影響煤粉的著火和燃盡。因此，應在確保制粉系統(tǒng)安全的前提下，盡可能提高磨煤機出口風溫。磨煤機正常運行時，當揮發(fā)分≤15%的貧煤時，磨煤機分離器出口溫度控制在100 ℃;當揮發(fā)分在20%～30%之間時，磨煤機分離器出口溫度控制在70～75 ℃;當揮發(fā)分Vdaf≥30%或燃用褐煤時，磨煤機分離器出口溫度控制在65～70 ℃。啟、停制粉系統(tǒng)時，由于煤粉比較細，再加上一次風中氧濃度比較高，嚴格控制分離器出口溫度不超過65 ℃，為防止因結露產生結塊，磨煤機分離器出口溫度不得低于露點溫度，一般不得低于56 ℃〔2〕。

當燃用高揮發(fā)分煤種時，磨煤機任意一側分離器出口溫度達到80 ℃時聲光報警;沒有投入磨煤機消防蒸汽時分離器出口溫度＞90 ℃，立即停止磨煤機運行。磨煤機的給煤機斷煤或出現故障時，分離器出口溫度不得超過70 ℃。

磨煤機入口風溫和風量，決定了磨煤機的干燥出力和磨煤機出口溫度水平。入口風溫過低，會導致磨煤機干燥出力不足或磨煤機出口風溫偏低。但入口風溫過高時，可能會造成煤粉自燃或制粉系統(tǒng)爆炸。因此，根據實際入爐煤種，維持合理的磨煤機入口溫度水平，對磨煤機安全經濟運行十分重要。非啟停磨煤機入口溫度，最高不超過270 ℃，燃用水分較高的褐煤和印尼煤時，可以適當提高磨煤機入口溫度，但最高不得超過規(guī)定值。

2.2 煤粉細度控制

煤粉細度太粗影響鍋爐燃燒效率，煤粉過細則會增大煤粉自燃和爆炸風險，尤其在燃用高揮發(fā)分煤種時。文獻〔3〕規(guī)定，燃用煙煤時，煤粉細度的選取按R90 =0.5nVdaf+4 選取;燃用貧煤時，煤粉細度的選取按照R90 =0.5nVdaf+2 選取;燃用無煙煤時，煤粉細度的選取按照R90 =0.5nVdaf選取。在采用爐前摻混方式時，按煤粉細度要求高的方向傾斜，即當燃用煙煤、貧煤的混煤時，為確保制粉系統(tǒng)安全，按煙煤的煤粉細度控制要求進行。

2.3 磨煤機料位控制

磨煤機料位影響煤粉在磨煤機內的停留時間和熱風的通過速度。為防止磨煤機斷煤后磨內煤粉濃度很快達到爆炸極限范圍和防止磨煤機大罐堵塞，控制磨煤機料位在30%左右，磨煤機料位一般采用自動控制，根據機組負荷設定較為合理的料位，當發(fā)現料位信號異常時應迅速處理，并手動控制給煤量，按比其余磨煤機出力略低的給煤量進行控制，并嚴密監(jiān)視磨煤機一次風流量、混合風壓力、磨煤機出口溫度、磨煤機電流以及一次風母管壓力等〔4〕。

2.4 一次風壓的控制

對于直吹式制粉系統(tǒng)，運行中應關注一次風壓。一次風壓偏低，除會導致磨煤機出力下降外，容易導致一次風管煤粉沉積，增大了制粉系統(tǒng)運行風險。因此，該電廠的磨煤機風粉壓力應大于4 500 Pa，粉管壓力不低于1.2 kPa，否則通過改變磨煤機運行臺數等手段提高風粉壓力?？刂埔淮物L壓和磨煤機煤位，防止一次風管積粉和大罐堵塞〔5〕。

2.5 磨煤機的啟停

啟動燃用高揮發(fā)分的磨煤機時，嚴格控制磨煤機進口一次風溫度和暖磨時出口溫度，暖磨過程中控制磨出口溫度不超過65 ℃;盡量減少低風壓和低流量運行時間，及時啟動給煤機和提高一次風速，保持磨煤機高一次風量和一次風壓運行，嚴格控制磨煤機出口溫度。

停止燃用高揮發(fā)分的磨煤機時，停止前應嚴格控制磨煤機進口一次風溫度和出口溫度，防止磨煤機停止后，造成磨煤機內部溫度升高。控制磨煤機風粉壓力不得低于4 500 Pa，容量風門開度不小于50%，控制磨煤機粗粉分離器出口溫度不超過65℃;根據停磨煤機的方式進行大罐吹掃，機組調峰停運磨煤機時，吹掃5～10 min;磨煤機檢修或停運時間超過48 h 時，吹掃20～30 min;磨煤機煤位降至10%以下或磨煤機電流不再下降〔6〕。

3 其他措施

3.1 消防蒸汽的管理措施

確保制粉系統(tǒng)消防蒸汽處于良好的備用狀態(tài)、疏水良好、閥門無內漏，隨時能夠投入使用。加強對備用磨煤機消防蒸汽系統(tǒng)檢查，防止大罐積水或回粉管堵塞。

磨煤機消防蒸汽投入采取以下措施:1)燃用高揮發(fā)分煤的磨煤機在啟、停及斷煤處理過程中，料位較低時投入消防蒸汽降低氧氣濃度，防止氧氣濃度較高達到爆炸極限時遇有明火發(fā)生爆燃;2)磨煤機任一料位比正常煤位低10%左右時，可靠投入消防蒸汽;3)每次啟動對應燃用高揮發(fā)性煤的磨煤機前，必須投入消防蒸汽，并用較低的一次風溫度吹掃5～10 min 后啟動磨煤機，料位＞22%(或正常煤位)后退出消防蒸汽，防止高揮發(fā)分煤、煙煤氧化、熱解析出CO 等可燃氣體造成爆炸;4)磨煤機事故跳閘、著火、爆炸或緊急停運后，應投入消防蒸汽5～10 min，磨煤機恢復啟動前先投入消防蒸汽，并用較低的一次風溫度吹掃5～10 min 后啟動磨煤機。

3.2 制粉系統(tǒng)應急處理措施

當發(fā)生粉管著火、膨脹節(jié)已燒紅、制粉系統(tǒng)爆炸、漏粉特別嚴重、給煤機著火、發(fā)生電機冒煙、減速機振動異常增大、減速機冒煙、聯(lián)軸器斷、保護拒動等滿足制粉系統(tǒng)緊急停運條件時，立即投入消防蒸汽，緊急停運磨煤機。

當磨煤機積粉自燃導致分離器出口溫度升高時，采取以下措施:1)發(fā)現分離器出口溫度有上升趨勢時，全開冷風門，調節(jié)熱風門，控制出口溫度;2)加大給煤機給煤量，但要控制磨煤機料位不超過40%;3)投入磨煤機消防蒸汽;4)若分離器出口溫度漲勢趨緩或停止上漲且任一側料位＞30%可停止消防蒸汽;5)若磨煤機出口溫度大于90 ℃(未投磨煤機消防蒸汽情況下)，停止磨煤機運行，按磨煤機跳閘處理。

當在磨煤機運行時出現出口溫度異常上升、一次風流量、入口一次風壓、密封風差壓、混合風壓力等參數頻繁波動，磨煤機有明顯著火跡象或防爆門動作時，應立即投入磨煤機消防蒸汽進行滅火，停止磨煤機運行，關閉所有風門擋板。

當給煤機落煤管堵塞時，應立即停磨并關閉所有風門擋板，投入磨煤機消防蒸汽5～10 min 后，做好隔離措施，開給煤機端蓋灌水處理，防止落煤管著火燒穿和發(fā)生爆炸。

當磨煤機大罐堵塞(煤位高)時〔8〕，采取以下措施:1)保持消防蒸汽繼續(xù)投入;2)通冷風吹掃磨煤機;3)根據情況啟動慢傳裝置進行吹掃;4)磨煤機進出口溫度均冷卻至60 ℃以下后，可啟動磨煤機動態(tài)吹掃;5)根據大罐煤位、振動、電流等判斷，采用動態(tài)和靜態(tài)交替吹掃，吹掃過程中盡量采用高風壓、大一次風(容量風)開度，同時嚴格控制磨煤機出口溫度不超過60 ℃。

當煤倉空倉或給煤機不下煤時，應關閉給煤機入口電動閘板、落煤管氣動閘板(下閘板)，防止熱一次風流向原煤倉造成煤粉自燃應及時加煤，采用疏松機和空氣炮聯(lián)合處理直至下煤正常，同時增加另一側給煤機轉速，控制磨煤機出口溫度在規(guī)定范圍之內。

當原煤倉著火時，應立即將空氣炮氣源和可能漏風隔離閥隔離，對煤倉外壁淋水冷卻滅火，并適當加煤提高煤倉煤位以封閉火源;如經以上處理滅火效果不佳，立即停運對應給煤機，關閉給煤機下煤閘板，可從原煤倉頂部注水滅火。

4 結論

文中所述防爆措施可有效避免制粉系統(tǒng)爆燃著火事故和鍋爐大面積結焦和燃燒器燒損事故。從2013年采取上述防爆措施后，在燃用平均揮發(fā)分40%左右的煤種情況下，該電廠沒有再發(fā)生制粉系統(tǒng)爆燃、著火和鍋爐大面積結焦及燃燒器燒損事故。該燃用高揮發(fā)分煤防爆措施在某電廠2 ×600 MW 墻式切圓超超臨界鍋爐上也得到了成功應用，取得良好的安全效益和經濟效益。

〔1〕解維偉. 煤炭分選加工技術叢書:煤化學與煤質分析〔M〕．北京:冶金工業(yè)出版社，2012．

〔2〕朱全利. 超超臨界機組鍋爐設備及運行〔M〕． 北京:化學工業(yè)出版社，2008．

〔3〕望亭發(fā)電廠. 超超臨界火力發(fā)電機組培訓教材. 鍋爐份冊〔M〕． 北京:中國電力出版社，2012．

〔4〕樊泉桂. 超超臨界及亞臨界參數鍋爐〔M〕． 北京:中國電力出版社，2007．

〔5〕張磊. 超超臨界火電機組集控運行〔M〕． 北京:中國電力出版社，2008．

〔6〕鍋爐設備及其系統(tǒng). 華東六省一市電機工程學會〔C〕． 北京:中國電力出版社，1999．

〔7〕沈重公司. BD4060 磨煤機使用說明書〔S〕． 沈陽:沈重出版，1981．

〔8〕華能岳陽電廠. 華能岳陽電廠運行規(guī)程〔S〕． 岳陽:岳陽電廠，2014．