摘要：本文對原國電某電廠雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)磨制神華煤防爆專項進(jìn)行了深入分析，首先介紹了BBD型磨煤機(jī)的特性，其次詳細(xì)分析了BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制該煤種時易發(fā)生爆燃的原因，最后提出了相應(yīng)的防爆方案。結(jié)果表明，通過有效調(diào)整與改造BBD型磨煤機(jī)，可有效降低制粉系統(tǒng)爆燃的風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：BBD型磨煤機(jī)；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(tuán)，某省原國電火電機(jī)組于2019年底開始使用原神華礦點(diǎn)來煤，與之前的煤質(zhì)相比，神混煤的揮發(fā)分更高（近40%），水分更高（18%左右），哈氏可磨性系數(shù)也較高（易磨）。在原國電火電機(jī)組中，大部分機(jī)組使用的是BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，但新煤質(zhì)與該類型磨煤機(jī)不適配，在磨制神混煤過程中，該種磨煤機(jī)極易發(fā)生爆燃事故，然而改造磨煤機(jī)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(fā)生率，本文以某300MW級電廠為例，分析了BBD雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制該煤種時易發(fā)生爆燃的原因，并以此為重要依據(jù)，制定出降低制粉系統(tǒng)爆燃風(fēng)險的方案。

一、BBD型磨煤機(jī)介紹

該電廠為2×330MW燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐，是哈爾濱鍋爐廠有限公司利用美國CE技術(shù)制造的。鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、控制循環(huán)燃煤汽包爐、采用平衡通風(fēng)、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(tǒng)，由2臺離心式一次風(fēng)機(jī)、3臺BBD4060B型雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)組成。

BBD4060磨煤機(jī)技術(shù)性能參數(shù)：磨煤機(jī)結(jié)構(gòu)及流程示意圖見圖1。銘牌出力54t/h，磨煤機(jī)轉(zhuǎn)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(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)磨制該煤種時易發(fā)生爆燃的原因分析

（一）煤質(zhì)因素

2020～2021年每個月的煤質(zhì)平均值與設(shè)計校核煤質(zhì)對比情況，如表1所示。

由表1可知，近期燃用煤質(zhì)較設(shè)計煤質(zhì)，干燥無灰基揮發(fā)分高達(dá)40%，水分較設(shè)計煤質(zhì)高5個百分點(diǎn)，哈氏可磨性系數(shù)較設(shè)計值高26。

1.干燥無灰基揮發(fā)分

根據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定》（DLT 5145-2012），煤的揮發(fā)分與爆炸性分級如表2所示。

雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)建議運(yùn)用爆炸等級Ⅲ級及以下的煤質(zhì)，即揮發(fā)分較低的煙煤（Vdaf應(yīng)小于30），設(shè)計煤種與校核煤種的揮發(fā)分，對于雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)來說偏高。更換煤質(zhì)后，揮發(fā)分平均為40，達(dá)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(guī)程里沒有明確水分對制粉系統(tǒng)易爆性的影響，但水分增加會對磨煤機(jī)干燥出力造成影響。提高磨煤機(jī)的干燥出力，就需要提升磨煤機(jī)的進(jìn)出口溫度，但這會增加制粉系統(tǒng)的爆燃風(fēng)險。另外，爆炸時，水分會產(chǎn)生額外的爆炸氣量，加劇對制粉系統(tǒng)的破壞。

3.可磨性及煤粉細(xì)度

根據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5145-2012）和《電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則》（DL/T 466-2017）的相關(guān)要求，煤粉細(xì)度的選擇可根據(jù)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(zhì)的干燥無灰基揮發(fā)分；n為煤粉均勻性指數(shù)，根據(jù)選型導(dǎo)則的相關(guān)規(guī)定，n取0.8。

由此可以得出，更換煤質(zhì)前，R90應(yīng)控制在14.0%，實際測量R90為22.5%，雖然會導(dǎo)致燃燒的不經(jīng)濟(jì)性，但有利于降低制粉系統(tǒng)爆燃風(fēng)險程度。更換煤質(zhì)后，在同樣的工況下，R90應(yīng)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(tǒng)的爆燃風(fēng)險。機(jī)組于2008年投產(chǎn)，當(dāng)時的磨煤機(jī)分離器為靜態(tài)擋板型，受制于廠房結(jié)構(gòu)與成本，無法更換為雙極軸向或動態(tài)分離器，靜態(tài)擋板控制機(jī)構(gòu)年久卡死，煤粉細(xì)度無法調(diào)整。

4.磨煤機(jī)出口溫度的控制

根據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5145-2012）計算，雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)在磨制干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf在30%以上時，磨煤機(jī)出口溫度不應(yīng)高于75℃，煤粉管中風(fēng)粉混合物露點(diǎn)為53℃，但最低溫度應(yīng)高于露點(diǎn)5℃。計算得出，露點(diǎn)溫度53℃，因而建議磨煤機(jī)分離器出口溫度應(yīng)控制在65～70℃范圍內(nèi)。電廠為提高經(jīng)濟(jì)性，先采用分離器出口70℃的運(yùn)行方式，未出一個月再次發(fā)生爆燃，現(xiàn)采用分離器出口65℃的運(yùn)行方式，爆燃頻率明顯下降。

5.磨煤機(jī)出口粉管風(fēng)速

保證磨煤機(jī)出口粉管風(fēng)速大于安全運(yùn)行要求值18m/s，可有效降低制粉系統(tǒng)發(fā)送爆燃的幾率。但該廠受制于采購、維護(hù)成本等因素，老舊的粉管風(fēng)速在線測量裝置已被堵死，無法直觀獲得風(fēng)速數(shù)據(jù)，僅磨煤機(jī)入口混合風(fēng)壓參數(shù)相對準(zhǔn)確，只能通過測量磨煤機(jī)出口粉管差壓，才能獲得實際的粉管風(fēng)速：

式（2）中，[w]為風(fēng)管風(fēng)速；[K]為氣體流速修正系數(shù)；[ρ]為氣體密度，kg/m3；[△P]為氣體流動產(chǎn)生的差壓，Pa。標(biāo)準(zhǔn)畢托管的修正系數(shù)為1，而非標(biāo)準(zhǔn)的動壓測量管測定的壓差必須加以標(biāo)定。測定管的標(biāo)定系數(shù)為：

式（3）中，[△P1]為標(biāo)準(zhǔn)畢托管的測量動壓值，Pa；[△P2]為標(biāo)準(zhǔn)畢托管的測量動壓值，Pa，在各粉管風(fēng)速滿足18m/s時，磨煤機(jī)進(jìn)口混合風(fēng)壓顯示為1.5kPa，該參數(shù)則為最低保證值。

通過查詢本廠制粉系統(tǒng)爆燃前的歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，爆燃時磨煤機(jī)進(jìn)口的混合風(fēng)壓均低于1.5kPa，從而也印證了爆燃時粉管風(fēng)速未達(dá)到安全值，制粉系統(tǒng)會產(chǎn)生積粉，積粉緩慢自燃，待積粉受擾動后就會出現(xiàn)爆燃風(fēng)險。

該廠雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)每側(cè)4個，共有8個出口粉管，進(jìn)口混合風(fēng)壓即便滿足1.5kPa，各個粉管風(fēng)速也未必能同時達(dá)到18m/s。因此，要定期進(jìn)行風(fēng)調(diào)平試驗，保證各個粉管風(fēng)速偏差小于10%，同時將磨煤機(jī)進(jìn)口混合風(fēng)壓不得低于1.6kPa納入指標(biāo)考核。

6.其他改造建議

防爆門設(shè)計偏小，每次爆燃破壞程度較大，損失嚴(yán)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(tǒng)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(jìn)行爐煙再循環(huán)改造，磨煤機(jī)入口通入冷爐煙，將制粉系統(tǒng)中的氧氣含量降至16%以下，徹底消滅磨煤機(jī)爆炸的根源。

7.運(yùn)行控制問題

為響應(yīng)國家節(jié)能減排“十四五”規(guī)劃，2020年開始，機(jī)組參與山東電網(wǎng)的深調(diào)任務(wù)。磨煤機(jī)啟停次數(shù)大幅增加，磨煤機(jī)停止時發(fā)生多次爆燃，爆燃時，磨煤機(jī)風(fēng)速與粉管風(fēng)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(fā)生在磨煤機(jī)吹掃25min左右。通過測量可知，雖然磨煤機(jī)入口混合風(fēng)壓大于1.6kPa，但不能保證將磨煤機(jī)吹掃干凈，磨煤機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生過攆磨，導(dǎo)致爆炸，特建議電廠的磨煤機(jī)入口混合風(fēng)壓大于2.0kPa，吹掃時間控制在10min，采取大風(fēng)量、短時間的吹掃方式。根據(jù)防爆設(shè)計技術(shù)規(guī)程，停磨時要給磨煤機(jī)充惰，然而該廠惰性氣體為水蒸汽，經(jīng)常發(fā)生停磨后蒸汽噴口板結(jié)的情況，啟停頻繁時無法及時處理，導(dǎo)致惰性氣體充滿度不夠，水蒸氣的通入使得發(fā)生爆燃時反而會加重破壞程度，建議后期對充惰系統(tǒng)進(jìn)行改造，優(yōu)化噴口或替換惰性氣體。

三、調(diào)整后的效果

試驗確定，通過現(xiàn)有的參數(shù)控制磨煤機(jī)出口粉管風(fēng)速，通過計算獲得現(xiàn)有煤種磨煤機(jī)出口溫度，優(yōu)化運(yùn)行方式。2022年度，該廠僅在停磨期間發(fā)生過一起磨煤機(jī)爆燃事故，與2020～2021年度共發(fā)生12起爆燃事故相比，爆燃現(xiàn)象明顯緩解。而且通過查詢?nèi)霠t煤質(zhì)記錄發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時干燥無灰基揮發(fā)分高達(dá)44%，確實難以避免。

四、結(jié)束語

受煤價等因素的影響，原國電機(jī)組勢必大規(guī)模燃用神華煤，雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)磨制高揮發(fā)分的神華煤時，若運(yùn)行參數(shù)未根據(jù)煤質(zhì)調(diào)整，制粉系統(tǒng)爆燃風(fēng)險極大。

本研究通過相關(guān)試驗，獲得能適應(yīng)煤種的煤粉細(xì)度、磨煤機(jī)出口溫度、磨煤機(jī)出口粉管風(fēng)速等參數(shù)，對電廠運(yùn)行人員相關(guān)工作有一定的參考價值，在進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的改造時能夠大幅降低制粉爆燃的風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T 5145-2012火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國電力出版社，2012.

[2]DL/T 466-2017 電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)選型導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2017.

[3]金龍哲，段健.煤粉燃燒性與工業(yè)分析、著火溫度的相關(guān)性研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)術(shù). 2012，8（04）：74-75.

[4]DL/T5203-2005火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2005.

[5]葛銘，劉龍. 雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)優(yōu)化試驗研究[J].電力科技與環(huán)保. 2020（01）：90-91.

[6]杜永光，王寶良.制粉系統(tǒng)爆炸原因及防爆門的選型[J].吉林電力. 2003，（06）：59-60.

[7]高繼錄，鄒天舒. 800MW機(jī)組制粉系統(tǒng)摻混冷爐煙改造設(shè)計及影響分析[J].發(fā)電設(shè)備.2013，27（01）：20-21.

[8]盧紅書.摻爐煙系統(tǒng)在直吹式磨煤機(jī)防爆中的應(yīng)用[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報.2020，33（01）：76-78.