李海濱

(華能湖南岳陽(yáng)發(fā)電有限公司，湖南 岳陽(yáng)414000)

近幾年來(lái)，各電廠對(duì)國(guó)內(nèi)煙煤、印尼煙煤和印尼褐煤等高揮發(fā)分煤購(gòu)入量增大，入爐煤揮發(fā)分較設(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)性，降低飛灰可燃物含量，提高鍋爐效率，但也會(huì)對(duì)鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患。某電廠600 MW 超超臨界參數(shù)鍋爐機(jī)組配6 臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，設(shè)計(jì)燃用煙煤與貧煤的混煤，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分為16.56%，后來(lái)開始摻燒揮發(fā)分高達(dá)40%以上的印尼煙煤。在運(yùn)行初期，由于摻配方式和制粉系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)控制不合理，制粉系統(tǒng)爆炸事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響制粉系統(tǒng)安全運(yùn)行和人身安全。為此該電廠開展了專項(xiàng)高揮發(fā)分煤種的制粉系統(tǒng)防爆技術(shù)探索，提出了一整套防止雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)燃用高揮發(fā)分煤種發(fā)生爆炸等事故的技術(shù)措施。實(shí)踐證明，該措施較好地解決了鋼球磨煤機(jī)燃用高揮發(fā)分煤種的制粉系統(tǒng)安全性問題。

1 預(yù)防制粉系統(tǒng)爆炸的基本原則

為防止出現(xiàn)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(zhì)基本穩(wěn)定是最基本的要求。對(duì)于燃煤火力發(fā)電廠來(lái)講，主要通過選擇不同的混煤摻燒方式及上煤方式來(lái)確保入爐煤質(zhì)穩(wěn)定和參數(shù)合格。

當(dāng)前常用混煤摻燒方式主要有2 種:1)爐前摻配、爐內(nèi)混燒。燃料在進(jìn)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(jī)中被磨制成粉，再送入爐內(nèi)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(diǎn)，有利于煤粉的著火和燃燒的穩(wěn)定，但無(wú)法避免混煤搶風(fēng)、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(nèi)分燒。對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐，不同的磨煤機(jī)磨制不同的原煤，磨制好的煤粉由不同的一次風(fēng)管和燃燒器送入爐內(nèi)燃燒。該摻燒方式可根據(jù)不同的煤種控制不同的煤粉細(xì)度，但是需要根據(jù)運(yùn)行需要及時(shí)調(diào)整上煤方式。

當(dāng)雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)燃用高揮發(fā)分煤種時(shí)，為避免出現(xiàn)煤質(zhì)大幅波動(dòng)等異常現(xiàn)象，原則上采用“爐前摻配、爐內(nèi)混燒”方式。在不同的運(yùn)行時(shí)期，采取如下控制措施:

1)摻配原煤時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注干燥無(wú)灰基揮發(fā)分指標(biāo)。在機(jī)組調(diào)峰時(shí)段，停運(yùn)磨煤機(jī)入爐煤揮發(fā)分Vdaf不得大于30%，且應(yīng)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(yùn)磨煤機(jī)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(fù)荷時(shí)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(jí)。

2)摻混必須均勻，中途不得隨意變更其他煤種。對(duì)于非機(jī)組調(diào)峰停運(yùn)磨煤機(jī)，無(wú)特殊情況原則上避免停運(yùn)對(duì)應(yīng)制粉系統(tǒng)，計(jì)劃?rùn)z修和機(jī)組啟停時(shí)需置換煤種后停運(yùn)。

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

2 防止制粉系統(tǒng)爆炸的技術(shù)措施

2.1 磨煤機(jī)進(jìn)、出口溫度控制

磨煤機(jī)出口風(fēng)溫影響著煤粉揮發(fā)分的析出速度和數(shù)量。磨煤機(jī)出口風(fēng)溫過低又會(huì)導(dǎo)致煤粉著火推遲，影響煤粉的著火和燃盡。因此，應(yīng)在確保制粉系統(tǒng)安全的前提下，盡可能提高磨煤機(jī)出口風(fēng)溫。磨煤機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)揮發(fā)分≤15%的貧煤時(shí)，磨煤機(jī)分離器出口溫度控制在100 ℃;當(dāng)揮發(fā)分在20%～30%之間時(shí)，磨煤機(jī)分離器出口溫度控制在70～75 ℃;當(dāng)揮發(fā)分Vdaf≥30%或燃用褐煤時(shí)，磨煤機(jī)分離器出口溫度控制在65～70 ℃。啟、停制粉系統(tǒng)時(shí)，由于煤粉比較細(xì)，再加上一次風(fēng)中氧濃度比較高，嚴(yán)格控制分離器出口溫度不超過65 ℃，為防止因結(jié)露產(chǎn)生結(jié)塊，磨煤機(jī)分離器出口溫度不得低于露點(diǎn)溫度，一般不得低于56 ℃〔2〕。

當(dāng)燃用高揮發(fā)分煤種時(shí)，磨煤機(jī)任意一側(cè)分離器出口溫度達(dá)到80 ℃時(shí)聲光報(bào)警;沒有投入磨煤機(jī)消防蒸汽時(shí)分離器出口溫度＞90 ℃，立即停止磨煤機(jī)運(yùn)行。磨煤機(jī)的給煤機(jī)斷煤或出現(xiàn)故障時(shí)，分離器出口溫度不得超過70 ℃。

磨煤機(jī)入口風(fēng)溫和風(fēng)量，決定了磨煤機(jī)的干燥出力和磨煤機(jī)出口溫度水平。入口風(fēng)溫過低，會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)干燥出力不足或磨煤機(jī)出口風(fēng)溫偏低。但入口風(fēng)溫過高時(shí)，可能會(huì)造成煤粉自燃或制粉系統(tǒng)爆炸。因此，根據(jù)實(shí)際入爐煤種，維持合理的磨煤機(jī)入口溫度水平，對(duì)磨煤機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行十分重要。非啟停磨煤機(jī)入口溫度，最高不超過270 ℃，燃用水分較高的褐煤和印尼煤時(shí)，可以適當(dāng)提高磨煤機(jī)入口溫度，但最高不得超過規(guī)定值。

2.2 煤粉細(xì)度控制

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

2.3 磨煤機(jī)料位控制

磨煤機(jī)料位影響煤粉在磨煤機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間和熱風(fēng)的通過速度。為防止磨煤機(jī)斷煤后磨內(nèi)煤粉濃度很快達(dá)到爆炸極限范圍和防止磨煤機(jī)大罐堵塞，控制磨煤機(jī)料位在30%左右，磨煤機(jī)料位一般采用自動(dòng)控制，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷設(shè)定較為合理的料位，當(dāng)發(fā)現(xiàn)料位信號(hào)異常時(shí)應(yīng)迅速處理，并手動(dòng)控制給煤量，按比其余磨煤機(jī)出力略低的給煤量進(jìn)行控制，并嚴(yán)密監(jiān)視磨煤機(jī)一次風(fēng)流量、混合風(fēng)壓力、磨煤機(jī)出口溫度、磨煤機(jī)電流以及一次風(fēng)母管壓力等〔4〕。

2.4 一次風(fēng)壓的控制

對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)，運(yùn)行中應(yīng)關(guān)注一次風(fēng)壓。一次風(fēng)壓偏低，除會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)出力下降外，容易導(dǎo)致一次風(fēng)管煤粉沉積，增大了制粉系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此，該電廠的磨煤機(jī)風(fēng)粉壓力應(yīng)大于4 500 Pa，粉管壓力不低于1.2 kPa，否則通過改變磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)等手段提高風(fēng)粉壓力?？刂埔淮物L(fēng)壓和磨煤機(jī)煤位，防止一次風(fēng)管積粉和大罐堵塞〔5〕。

2.5 磨煤機(jī)的啟停

啟動(dòng)燃用高揮發(fā)分的磨煤機(jī)時(shí)，嚴(yán)格控制磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)溫度和暖磨時(shí)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(fēng)壓和低流量運(yùn)行時(shí)間，及時(shí)啟動(dòng)給煤機(jī)和提高一次風(fēng)速，保持磨煤機(jī)高一次風(fēng)量和一次風(fēng)壓運(yùn)行，嚴(yán)格控制磨煤機(jī)出口溫度。

停止燃用高揮發(fā)分的磨煤機(jī)時(shí)，停止前應(yīng)嚴(yán)格控制磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)溫度和出口溫度，防止磨煤機(jī)停止后，造成磨煤機(jī)內(nèi)部溫度升高?？刂颇ッ簷C(jī)風(fēng)粉壓力不得低于4 500 Pa，容量風(fēng)門開度不小于50%，控制磨煤機(jī)粗粉分離器出口溫度不超過65℃;根據(jù)停磨煤機(jī)的方式進(jìn)行大罐吹掃，機(jī)組調(diào)峰停運(yùn)磨煤機(jī)時(shí)，吹掃5～10 min;磨煤機(jī)檢修或停運(yùn)時(shí)間超過48 h 時(shí)，吹掃20～30 min;磨煤機(jī)煤位降至10%以下或磨煤機(jī)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(wú)內(nèi)漏，隨時(shí)能夠投入使用。加強(qiáng)對(duì)備用磨煤機(jī)消防蒸汽系統(tǒng)檢查，防止大罐積水或回粉管堵塞。

磨煤機(jī)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(jī)在啟、停及斷煤處理過程中，料位較低時(shí)投入消防蒸汽降低氧氣濃度，防止氧氣濃度較高達(dá)到爆炸極限時(shí)遇有明火發(fā)生爆燃;2)磨煤機(jī)任一料位比正常煤位低10%左右時(shí)，可靠投入消防蒸汽;3)每次啟動(dòng)對(duì)應(yīng)燃用高揮發(fā)性煤的磨煤機(jī)前，必須投入消防蒸汽，并用較低的一次風(fēng)溫度吹掃5～10 min 后啟動(dòng)磨煤機(jī)，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?xì)怏w造成爆炸;4)磨煤機(jī)事故跳閘、著火、爆炸或緊急停運(yùn)后，應(yīng)投入消防蒸汽5～10 min，磨煤機(jī)恢復(fù)啟動(dòng)前先投入消防蒸汽，并用較低的一次風(fēng)溫度吹掃5～10 min 后啟動(dòng)磨煤機(jī)。

3.2 制粉系統(tǒng)應(yīng)急處理措施

當(dāng)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(yán)重、給煤機(jī)著火、發(fā)生電機(jī)冒煙、減速機(jī)振動(dòng)異常增大、減速機(jī)冒煙、聯(lián)軸器斷、保護(hù)拒動(dòng)等滿足制粉系統(tǒng)緊急停運(yùn)條件時(shí)，立即投入消防蒸汽，緊急停運(yùn)磨煤機(jī)。

當(dāng)磨煤機(jī)積粉自燃導(dǎo)致分離器出口溫度升高時(shí)，采取以下措施:1)發(fā)現(xiàn)分離器出口溫度有上升趨勢(shì)時(shí)，全開冷風(fēng)門，調(diào)節(jié)熱風(fēng)門，控制出口溫度;2)加大給煤機(jī)給煤量，但要控制磨煤機(jī)料位不超過40%;3)投入磨煤機(jī)消防蒸汽;4)若分離器出口溫度漲勢(shì)趨緩或停止上漲且任一側(cè)料位＞30%可停止消防蒸汽;5)若磨煤機(jī)出口溫度大于90 ℃(未投磨煤機(jī)消防蒸汽情況下)，停止磨煤機(jī)運(yùn)行，按磨煤機(jī)跳閘處理。

當(dāng)在磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)出口溫度異常上升、一次風(fēng)流量、入口一次風(fēng)壓、密封風(fēng)差壓、混合風(fēng)壓力等參數(shù)頻繁波動(dòng)，磨煤機(jī)有明顯著火跡象或防爆門動(dòng)作時(shí)，應(yīng)立即投入磨煤機(jī)消防蒸汽進(jìn)行滅火，停止磨煤機(jī)運(yùn)行，關(guān)閉所有風(fēng)門擋板。

當(dāng)給煤機(jī)落煤管堵塞時(shí)，應(yīng)立即停磨并關(guān)閉所有風(fēng)門擋板，投入磨煤機(jī)消防蒸汽5～10 min 后，做好隔離措施，開給煤機(jī)端蓋灌水處理，防止落煤管著火燒穿和發(fā)生爆炸。

當(dāng)磨煤機(jī)大罐堵塞(煤位高)時(shí)〔8〕，采取以下措施:1)保持消防蒸汽繼續(xù)投入;2)通冷風(fēng)吹掃磨煤機(jī);3)根據(jù)情況啟動(dòng)慢傳裝置進(jìn)行吹掃;4)磨煤機(jī)進(jìn)出口溫度均冷卻至60 ℃以下后，可啟動(dòng)磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)吹掃;5)根據(jù)大罐煤位、振動(dòng)、電流等判斷，采用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)交替吹掃，吹掃過程中盡量采用高風(fēng)壓、大一次風(fēng)(容量風(fēng))開度，同時(shí)嚴(yán)格控制磨煤機(jī)出口溫度不超過60 ℃。

當(dāng)煤倉(cāng)空倉(cāng)或給煤機(jī)不下煤時(shí)，應(yīng)關(guān)閉給煤機(jī)入口電動(dòng)閘板、落煤管氣動(dòng)閘板(下閘板)，防止熱一次風(fēng)流向原煤倉(cāng)造成煤粉自燃應(yīng)及時(shí)加煤，采用疏松機(jī)和空氣炮聯(lián)合處理直至下煤正常，同時(shí)增加另一側(cè)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，控制磨煤機(jī)出口溫度在規(guī)定范圍之內(nèi)。

當(dāng)原煤倉(cāng)著火時(shí)，應(yīng)立即將空氣炮氣源和可能漏風(fēng)隔離閥隔離，對(duì)煤倉(cāng)外壁淋水冷卻滅火，并適當(dāng)加煤提高煤倉(cāng)煤位以封閉火源;如經(jīng)以上處理滅火效果不佳，立即停運(yùn)對(duì)應(yīng)給煤機(jī)，關(guān)閉給煤機(jī)下煤閘板，可從原煤倉(cāng)頂部注水滅火。

4 結(jié)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(jié)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(jié)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(yīng)用，取得良好的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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

〔2〕朱全利. 超超臨界機(jī)組鍋爐設(shè)備及運(yùn)行〔M〕． 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008．

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

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

〔5〕張磊. 超超臨界火電機(jī)組集控運(yùn)行〔M〕． 北京:中國(guó)電力出版社，2008．

〔6〕鍋爐設(shè)備及其系統(tǒng). 華東六省一市電機(jī)工程學(xué)會(huì)〔C〕． 北京:中國(guó)電力出版社，1999．

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

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