張小宇（南京化學(xué)工業(yè)園熱電有限公司，江蘇　南京　210047）

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雙進雙出磨煤機燃用高揮發(fā)份煙煤防爆技術(shù)應(yīng)用

張小宇
（南京化學(xué)工業(yè)園熱電有限公司，江蘇南京210047）

摘要：本文介紹了雙進雙出磨煤機應(yīng)用高揮發(fā)份煙煤的防爆技術(shù)措施，研究了入爐煤的具體要求以及摻配燃燒的原則，及磨煤機消防蒸汽的投用和防止制粉系統(tǒng)爆炸的措施，并將這一技術(shù)措施成功的應(yīng)用在了某大型電廠的鍋爐制粉系統(tǒng)上，取得了較為理想的效果，有效的預(yù)防了制粉系統(tǒng)爆燃著火等事故的發(fā)生，大大的提升了制粉系統(tǒng)運行的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：雙進雙出磨煤機；高揮發(fā)份煙煤；防爆技術(shù)措施

雙進雙出磨煤機特點具有連續(xù)作業(yè)率高、儲存能力大、響應(yīng)迅速、運行靈活性大、較低的風(fēng)煤比、無需備用磨煤機等優(yōu)點，能研磨各種硬度和磨蝕性強的煤種，是火力發(fā)電廠鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)備中一種性能優(yōu)越的直吹式低速磨煤機。但雙進雙出磨煤機最大缺點之一就是不適用高揮發(fā)份煙煤和褐煤煤種，因為雙進雙出磨煤機具有部分中儲式系統(tǒng)特點，磨煤機和系統(tǒng)內(nèi)部有一定量的存粉，且處于不斷擾動狀態(tài)，一旦達到爆炸條件，就有爆炸的可能。所以防止制粉系統(tǒng)爆炸是雙進雙出磨煤機安全運行的一項主要工作。

1 預(yù)防制粉系統(tǒng)爆炸的基本原則

雙進雙出磨煤機需燃用高揮發(fā)份的煙煤或褐煤時，要想有效的避免制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸等安全事故，就必須采取避免制粉系統(tǒng)出現(xiàn)爆炸的一系列措施：

（1）制粉系統(tǒng)正常運行以及啟停的技術(shù)措施。

（2）控制入爐煤的平均揮發(fā)份水平并保證煤質(zhì)足夠穩(wěn)定措施。

（3）制粉系統(tǒng)防爆的設(shè)備可靠性措施。

2 防止制粉系統(tǒng)爆炸的技術(shù)措施

煤粉的爆炸性能不但與煤粉特性如水份、灰份、揮發(fā)分及元素組成等有關(guān)，還與運行工況如煤粉細(xì)度、煤粉在空氣的濃度、混合物的溫度以及混合物中氧濃度、擾度等因素密切相關(guān)，所以運行技術(shù)措施至關(guān)重要。

2.1 磨煤機入口和出口溫度的控制

磨煤機入口風(fēng)溫和數(shù)量直接影響著磨煤機的出口溫度水平和干燥出力。如果入口風(fēng)溫偏低，那么磨煤機出口風(fēng)溫也就偏低，并且干燥出力不夠；而如果其溫度太高，煤粉就可能出現(xiàn)自燃的情況，制粉系統(tǒng)就有發(fā)生爆炸的可能。所以應(yīng)結(jié)合相應(yīng)的入爐煤種保證磨煤機的入口具有合適的溫度，從而保證其安全、穩(wěn)定的運行。正常運行狀態(tài)下的磨煤機入口風(fēng)溫應(yīng)小于280℃，如果燃用印尼煤或褐煤，由于其含水量高，那么在不超過規(guī)定值的前提下可以適當(dāng)提升磨煤機的入口溫度。

磨煤機出口風(fēng)溫對于煤粉揮發(fā)份的析出數(shù)量和速度有著直接影響，如果其溫度過低，那么煤粉在爐內(nèi)的著火就可能被推遲，煤粉就無法燃盡。所以應(yīng)在保證制粉系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)奶嵘ッ簷C出口風(fēng)溫。在磨煤機的運行過程中，如果揮發(fā)份小于15%時，磨煤機出口風(fēng)溫度可控制在100℃左右；如果揮發(fā)份在20%～30%時，應(yīng)將其溫度控制在70℃～75℃。當(dāng)燃用揮發(fā)份超過30%的煙煤或褐煤時，那么出口風(fēng)的溫度就應(yīng)控制在65℃～70℃。在燃用高揮發(fā)份煤種的過程中，當(dāng)磨煤機分離器的出口溫度超過80℃時，應(yīng)即時進行風(fēng)量和煤量的調(diào)整，必要時投入消防蒸汽。一旦分離器的出口溫度超過了100℃，磨煤機分離器出口溫度保護應(yīng)跳閘磨煤機，若保護未動作或者沒有設(shè)置保護，應(yīng)立即手動停止磨煤機運行。

磨煤機運行過程中，發(fā)現(xiàn)有著火跡象（一次風(fēng)箱發(fā)紅、一次粉管發(fā)紅、制粉系統(tǒng)溫度測點異常升高等）應(yīng)立即停止磨煤機運行，并通入消防蒸汽。

2.2 煤粉細(xì)度的控制

煤粉細(xì)度過細(xì)，會加大其爆炸和自燃的風(fēng)險，煤粉細(xì)度過粗，又會降低鍋爐的燃燒效率，在燃用高揮發(fā)份煤種時，這種現(xiàn)象體現(xiàn)的更為明顯。燃用不用的煤種煤粉細(xì)度應(yīng)按以下標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。燃用無煙煤時按照R90＝0.5nVdaf這一公式來確定煤粉細(xì)度；燃用貧煤時按照R90＝0.5nVdaf＋2來選取煤粉的細(xì)度；燃用煙煤時應(yīng)按照R90＝0.5nVdaf＋4這一公式來確定煤粉的細(xì)度；燃用貧煤和煙煤的混煤，應(yīng)重點考慮煙煤的細(xì)度控制要求，從而最大限度的保證制度系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和安全。

2.3 一次風(fēng)壓和風(fēng)速的控制

直吹式制粉系統(tǒng)在其運行過程中必須考慮一次風(fēng)壓和風(fēng)速的控制。如果一次風(fēng)壓和風(fēng)速不符合要求，不僅會大大的降低磨煤機的出力，而且也會出現(xiàn)一次風(fēng)管中的煤粉沉積問題，制粉系統(tǒng)的運行過程就易出現(xiàn)風(fēng)險和事故，所以任何情況下，電廠磨煤機的風(fēng)粉壓力都不應(yīng)小于4.5kPa。

正常情況下，磨煤機滿負(fù)荷運行時一次風(fēng)管風(fēng)速應(yīng)保持在20m/s～25m/s， 低負(fù)荷運行時一次風(fēng)管風(fēng)速最低不應(yīng)小于18m/s， 必要時可以采取調(diào)整旁路風(fēng)門開度甚至改變磨煤機的運行臺數(shù)和增減燃燒器等方法提高一次風(fēng)速。

磨煤機正常運行時注意監(jiān)視分離器進出口差壓的變化，防止分離器堵塞；加強燃燒器火檢、一次風(fēng)速、風(fēng)粉溫度的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)火檢變?nèi)?、一次風(fēng)速不正常的低于15m/s或高于27m/s，應(yīng)及時停用該火嘴，用吹掃風(fēng)進行吹掃；就地檢查燃燒器出粉及燃燒情況，防止發(fā)生一次粉管堵塞；一次風(fēng)管應(yīng)定期進行吹掃。只有控制好一次風(fēng)壓和風(fēng)速，才能避免出現(xiàn)一次風(fēng)管積粉的問題。

2.4 磨煤機料位的控制

磨煤機的料位對于磨煤機內(nèi)熱風(fēng)的通過速度和煤粉的停留時間有著重要影響，為有效防止磨煤機出現(xiàn)磨筒堵塞和煤粉濃度達到爆炸極限范圍的問題，應(yīng)將其料位控制在30%左右，如果料位信號出現(xiàn)了異常情況，應(yīng)立即采取手動控制給煤量的方法控制料位，控制其給煤量略低于其余磨煤機，同時實時的監(jiān)控磨煤機的一次風(fēng)母管壓力、磨煤機出口溫度和一次風(fēng)流量等參數(shù)。

2.5 磨煤機的啟停狀態(tài)

制粉系統(tǒng)的爆炸絕大部分是發(fā)生在制粉設(shè)備的啟動和停止階段，因為此時氣流中的氧濃度相對較高，煤粉也比較細(xì)，所以在啟動和停止階段應(yīng)該嚴(yán)格控制系統(tǒng)的各部溫度值，特別是磨煤機的出口溫度值應(yīng)控制在防爆允許溫度的限制之內(nèi)（但也不能太低，避免低于露點溫度而產(chǎn)生結(jié)塊）。

燃用高揮發(fā)份煤的啟動，應(yīng)嚴(yán)格的控制其進出口的溫度，進行暖磨時，應(yīng)控制其磨出口的溫度低于65℃，盡可能的減少低風(fēng)壓和低流量的運行時間，提升一次風(fēng)速，保持磨煤機高一次風(fēng)量和一次風(fēng)壓運行，并控制好磨煤機的出口溫度。

而在停止運行的過程中，為保證磨煤機停止后內(nèi)部不產(chǎn)生過高的溫度，就應(yīng)控制好磨煤機停運前的出口風(fēng)溫和入口風(fēng)溫。停運后的磨煤機容量風(fēng)門開度應(yīng)大于50%，分離器出口的溫度應(yīng)低于65℃，必要時立即投入消防蒸汽和慢傳裝置。不同方式停運磨煤機時，其磨煤機吹掃的時間也有一定區(qū)別，如果磨煤機檢修或停運超過48h，在給煤機停運后，其吹掃的時間應(yīng)在30min～40min的范圍內(nèi)，并且磨運行時的電流也不再下降為止；如果是短時間停運或者調(diào)峰停運，吹掃大約15min的時間即可。吹掃時，關(guān)閉熱風(fēng)調(diào)整門，開大冷風(fēng)調(diào)整門，大風(fēng)量、低風(fēng)溫進行吹掃。

特別注意如果是短時間停運，嚴(yán)禁不投入消防蒸汽下投入慢傳裝置（某廠磨煤機停運后在不投用消防蒸汽的情況下因投運慢傳將磨內(nèi)煤粉揚起造成爆炸，容量風(fēng)門與給煤機端蓋受損）。磨煤機停運后要關(guān)閉所有分離器出口關(guān)斷門、熱風(fēng)調(diào)整門、混合風(fēng)門，投入磨煤機兩側(cè)密封風(fēng)。

2.6 鍋爐的啟動方式

目前許多大型鍋爐為了節(jié)省燃油往往采用微油點火甚至等離子點火方式，雙進雙出磨煤機啟動大多采用悶?zāi)ブ品鄯绞?，磨煤機在規(guī)定裝球量的情況下磨內(nèi)進一定煤量后剩余空間為有限空間，在悶?zāi)ブ品矍闆r下，經(jīng)一段時間的磨制，磨筒內(nèi)的最大煤粉濃度就會偏離煤粉爆炸極限（0.11 kg/m3～2.0kg/m3），但在制備煤粉的過程中必然經(jīng)過易爆區(qū)，且隨著原煤研磨時間的延長，煤粉細(xì)度的降低，煤中揮發(fā)份析出在磨煤機內(nèi)堆積，極易形成爆炸云；同時為了提高燃盡率，要充分進行暖磨，悶?zāi)ブ品蹠r磨內(nèi)有時溫度會達到70℃以上，也加劇了揮發(fā)份的析出。制粉期間磨煤機密封風(fēng)在運行，磨煤機進出口風(fēng)門如不嚴(yán)密，較低的風(fēng)速與溫度會造成煤粉在磨煤機靜止部分粘接，且鋼球之間碰撞也易產(chǎn)生火花形成火源，悶?zāi)ブ品酆笃谕L(fēng)后磨內(nèi)流場、氧量、煤粉濃度劇烈波動易產(chǎn)生爆炸。所以對于制粉系統(tǒng)為雙進雙出磨煤機的鍋爐啟動方式不建議采用微油特別是等離子啟動方式，如果是等離子方式啟動時宜采用投用等離子拉弧，磨煤機空磨暖磨，暖磨結(jié)束后，投用大油槍，關(guān)閉容量風(fēng)門，開啟旁路門，啟動給煤機制粉，料位上升后開啟容量風(fēng)門送粉，待等離子燃燒器火檢信號穩(wěn)定，就地著火良好后停用油槍。

2.7 煤種的選用和摻配

判斷煤粉爆炸性的分類準(zhǔn)則是爆炸性指數(shù)Kd。它是考慮燃料的活性 （可燃揮發(fā)份的含量及其熱值）以及燃料中的惰性（燃料中灰份和固定碳的含量）的綜合影響的結(jié)果?！禗LT466-2004電站磨煤機及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則》中煤粉爆炸性與爆炸性指數(shù)Kd之間的關(guān)系見表1

由表1可得出爆炸指數(shù)大于1.0就有爆炸的可能。

當(dāng)煤的干燥無灰基揮發(fā)份大于10%（或煤的爆炸性指數(shù)大于1.0）時，制粉系統(tǒng)設(shè)計時就應(yīng)考慮防爆要求；當(dāng)煤的干燥無灰基揮發(fā)份大于25% （或煤的爆炸性指數(shù)大于3.0）時，不宜采用雙進雙出或者中間儲倉式制粉系統(tǒng)。

煤粉的爆炸性能主要與煤粉特性如水份、灰份、揮發(fā)份及元素組成等有關(guān)，特別是揮發(fā)份、發(fā)熱量影響最大。目前國內(nèi)環(huán)保壓力越來越大，要達到環(huán)保排放甚至超低排放，就必須使用揮發(fā)份、發(fā)熱量相對較高的優(yōu)質(zhì)煤種，對于采用雙進雙出磨煤機燃的制粉系統(tǒng)，煤種及摻配就需要有特別的要求。

進行原煤的摻配工作時，應(yīng)控制好干燥無灰基揮發(fā)份指標(biāo)，且在爐前摻配均勻后再進入磨煤機。正常運行磨煤機入爐煤的干燥無灰基揮發(fā)份要小于38%，全水份應(yīng)小于15%；即將準(zhǔn)備停運磨煤機入爐煤的干燥無灰基揮發(fā)份應(yīng)小于30%，且應(yīng)在停磨前就將其燒空，避免出現(xiàn)自然爆炸的事故。在磨煤機低出力運行時，入爐煤的熱值不宜太高，這樣才能保證入爐煤中的灰份，從而降低煤粉的爆炸等級；另外，神華煤爆炸指數(shù)極高，甚至達到6.8左右，經(jīng)長期摻配燃燒經(jīng)驗，神華煤屬于極易爆煤種，原則上神華煤不經(jīng)過摻配，不允許單獨進入制粉系統(tǒng)進行研磨燃燒，如果摻配上煤，神華煤摻配比例最好不要超過50%。

2.8 設(shè)備的可靠性

制粉系統(tǒng)設(shè)備的可靠性是防止爆炸的基礎(chǔ)。在選擇磨煤機型式和制粉系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)煤的燃燒、磨損、輸送、爆炸特性、可磨性、磨煤機的制粉特性及煤粉細(xì)度的要求，結(jié)合鍋爐爐膛和燃燒器結(jié)構(gòu)統(tǒng)一考慮，并考慮煤源特點、煤種煤質(zhì)變化情況以達到磨煤機、制粉系統(tǒng)和鍋爐燃燒裝置匹配合理，保證制粉系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。

表2是某雙進雙出制粉系統(tǒng)電廠近年煤種統(tǒng)計。

表1

表2

由以上統(tǒng)計可以看出所使用煤種爆炸指數(shù)均大于3.0，干燥無灰基揮發(fā)份也均在37%以上，但是制粉系統(tǒng)運行過程中在技術(shù)措施控制良好情況下，只有某臺磨煤機發(fā)生多次爆炸，說明設(shè)備如果存在死角、積粉或者漏風(fēng)等不合理情況下，會增加制粉系統(tǒng)爆炸的可能性。對于已經(jīng)確定的制粉系統(tǒng)，就要在檢修和技改過程中逐步消除有爆炸可能的設(shè)備因素。

（1）減少或消除積粉

積粉時間過長必然會發(fā)生自燃為爆炸提供可能。檢修時要詳細(xì)檢查、消除系統(tǒng)內(nèi)的積粉點，比如系統(tǒng)管道接口的相貫線的凸臺，毛刺都要打磨光滑，并定期進行檢查；磨煤機出口管至分離器進口管貼防磨陶瓷；避免水平段凹槽和不良接頭，煤粉管道與水平交角不應(yīng)小于45°。

（2）減少漏風(fēng)

應(yīng)提高分離器出口關(guān)斷門、熱風(fēng)調(diào)整門、熱風(fēng)關(guān)斷門、混合風(fēng)門等制粉系統(tǒng)所有閥門材質(zhì)，注意安裝和檢修時對門的調(diào)整，保證能夠全開全關(guān)。

（3）防爆措施

煤倉、粉倉、制粉和送粉管道、制粉系統(tǒng)閥門、制粉系統(tǒng)防爆壓力和防爆門的防爆設(shè)計均應(yīng)按規(guī)定執(zhí)行執(zhí)行；必要時可裝CO探測系統(tǒng)，用CO濃度儀預(yù)先診斷，提前采取措施等。

另外可安裝啟停報警裝置，鍋爐零米層、運轉(zhuǎn)層、皮帶層等處安裝聲光報警器，運行集控室設(shè)操作按鈕等。

結(jié)語

通過以上的論述，說明為了有效的避免制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸著火事故，就應(yīng)科學(xué)的采用上述所介紹的防爆技術(shù)措施。在制粉系統(tǒng)實際運行的過程中采用了這些防爆技術(shù)措施后，在燃用平均揮發(fā)份38%以下的煤種情況下，電廠沒有再發(fā)生制粉系統(tǒng)爆炸等事故，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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中圖分類號：TK22

文獻標(biāo)識碼：A