趙永國，劉兆忠，馬國智，李軍民

（國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

燃煤機組制粉系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性影響著整個機組的可靠性和經(jīng)濟性，因此對制粉系統(tǒng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能和運行調(diào)節(jié)的要求也越來越高［1-2］。在機組運行和啟停過程中，制粉系統(tǒng)會發(fā)生煤粉爆燃和爆炸事故，一般情況下會引起鍋爐滅火和機組非正常停運，嚴(yán)重時會造成制粉系統(tǒng)設(shè)備損壞和人身傷亡。尋求有效防止鍋爐制粉系統(tǒng)煤粉爆燃和爆炸的方法成為電力生產(chǎn)安全運行工作的重點。本文針對某330 MW亞臨界自然循環(huán)燃煤鍋爐制粉系統(tǒng)中磨煤機爆燃事故，對磨煤機爆燃事故發(fā)生的條件及原因進行分析，并提出預(yù)防的安全措施。

1 設(shè)備概況

某330 MW燃煤機組鍋爐為亞臨界、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、自然循環(huán)汽包鍋爐，設(shè)計燃燒煤種為煙煤［3］。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機、冷一次風(fēng)機、正壓直吹制粉系統(tǒng)。每臺鍋爐配備3臺中速磨煤機，為雙進雙出鋼球磨煤機。每臺磨煤機配備2臺電子稱重皮帶式給煤機，帶1層鍋爐燃燒器。該鍋爐制粉系統(tǒng)由一次風(fēng)機、密封風(fēng)機、磨煤機等組成，如圖1所示。

圖1 某鍋爐制粉系統(tǒng)

2 爆燃事故經(jīng)過

某日12：44，該鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，汽包水位波動至報警值；13：04，B汽動給水泵小汽輪機（簡稱小機）調(diào)節(jié)自動解除，“小機上水方式異常”光字牌發(fā)出；13：07，A小機調(diào)節(jié)自動解除；13：13，機組負(fù)荷為176 MW，汽包水位迅速下降，汽包水位低，MFT（Main Fuel Trip，簡稱MFT）動作。運行人員立即匯報值長，并迅速對鍋爐進行吹掃恢復(fù)。13：40，啟動一次風(fēng)機和A磨煤機，鍋爐點火成功。

13：55，啟動B磨煤機。14：05，啟動C磨煤機，啟動瞬間C1端發(fā)生爆燃，立即停運C磨煤機，聯(lián)系鍋爐檢修處理，并聯(lián)系燃料取煤樣送檢。

14：27，機組負(fù)荷為112 MW，熱工復(fù)位MFT保護模塊時，MFT再次動作，鍋爐滅火，立即進行爐膛吹掃。重新啟動一次風(fēng)機、磨煤機，鍋爐點火成功，逐步升溫升壓，恢復(fù)機組正常負(fù)荷。

3 爆燃事故原因分析

鍋爐制粉系統(tǒng)爆燃事故按發(fā)生時間一般可分為啟停過程中的爆燃事故、正常運行期間的爆燃事故和備用期間的爆燃事故［4-5］3類。本次磨煤機制粉系統(tǒng)爆燃事故是啟停過程中的爆燃事故。

3.1 爆燃理論

制粉系統(tǒng)爆炸的實質(zhì)就是煤粉的爆炸。根據(jù)現(xiàn)代燃燒理論，煤粉氣流的著火與爆炸是瞬間的物理化學(xué)過程，在外來能源（如煤粉自燃）的激發(fā)下，產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)十分活躍而壽命又十分短促的活性分子和自由基連續(xù)反應(yīng)。

制粉系統(tǒng)爆炸至少需要同時滿足3個條件。一是燃燒介質(zhì)需要吸收外界能量。點火源是煤粉爆炸的一個必要條件，可來自制粉系統(tǒng)內(nèi)部或外部。來自外部的點火源包括在煤場發(fā)生自燃后進入制粉系統(tǒng)的過火煤、煤攜帶易燃易爆物等。來自內(nèi)部的點火源包括：沉積在磨煤機一次風(fēng)道入口凹陷處的煤，在高溫一次風(fēng)作用下自燃或冒火星，并隨風(fēng)進入磨煤機內(nèi)；磨煤機出口溫度偏高造成煤粉自燃，制粉系統(tǒng)死角處積粉自燃。二是煤粉達(dá)到一定的細(xì)度。煤粉越細(xì)，越容易自燃和爆炸。這是因為煤粉細(xì)度越小，熱交換越快，著火的能量和溫度就越低。試驗表明，0.841 mm的煙煤煤粉是能爆燃的最大顆粒，在這個尺寸以下，煤粉顆粒的爆炸性極強。三是介質(zhì)中的氧氣達(dá)到一定的體積分?jǐn)?shù)。燃燒煙煤時，氣粉混合物中氧的體積分?jǐn)?shù)大于15%就有爆炸危險。著火和爆炸的發(fā)生，是碳和一氧化碳完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳、氫轉(zhuǎn)化為水的過程［6］。

煤粉爆燃或者爆炸形成的火焰?zhèn)鞑ニ俣群蛪毫ι仙俣仁潜◤姸鹊闹匾獏?shù)。一般爆燃火焰?zhèn)鞑ニ俣葹? 120 m/s，爆燃產(chǎn)生的最大理論壓力值約為1.4 MPa。這會產(chǎn)生振動、燒壞、變形、爆裂等，給一次風(fēng)粉管道帶來嚴(yán)重?fù)p壞。

3.2 爆燃原因

對本次制粉系統(tǒng)爆燃事故的C磨煤機Cl、C2端分別取原煤煤樣進行化驗，干燥無灰基揮發(fā)分分別為33.46%、35.64%，高位熱值分別為22.68 MJ/kg、27.97 MJ/kg，空干基水分分別為0.75%、2.71%。結(jié)合該機組鍋爐C磨煤機C1端粉管溫度瞬間升高、煤粉在分離器內(nèi)自燃的情況，再次進行煤質(zhì)化驗，結(jié)果為干燥無灰基揮發(fā)分33.0%，高位熱值23.32 MJ/kg，空干基水分0.72%，判斷該煤熱值偏高而且內(nèi)水偏低，屬于極易燃煤種。此次發(fā)生爆燃的主要原因是混燒了熱值偏高、內(nèi)水偏低的煤。磨煤機啟動時，煤粉存在自燃，具備發(fā)生爆燃所需的能量；查詢該廠規(guī)程，制粉系統(tǒng)的煤粉細(xì)度設(shè)定R90為18%，處于極易爆燃的范圍［7］；燃燒煙煤，氣粉混合物中氧的體積分?jǐn)?shù)大于15%時就有爆燃危險，該制粉系統(tǒng)用于干燥和輸送煤粉的一次風(fēng)直接來源于大氣，其氧氣體積分?jǐn)?shù)處于引起爆燃的范圍。因此，在此次磨煤機啟動過程中滿足磨煤機爆燃的3個條件，使該機組鍋爐C磨煤機啟動瞬間爆燃。

4 防范措施

1）加強進煤管理，做好入爐煤摻配工作，保證煤質(zhì)穩(wěn)定。避免高熱值、低內(nèi)水的極易燃煤種直接入倉；同燃料值班人員加強聯(lián)系，及時了解煤質(zhì)變化。

2）定期檢驗煤粉細(xì)度，避免煤粉過細(xì)引起爆燃和爆炸。

3）做好蒸汽消防系統(tǒng)的維護，有自燃、溫度異常升高及非正常停磨時，充入惰性氣體。

4）定期對磨煤機筒體、給煤機混料箱、回粉閥處進行測溫，發(fā)現(xiàn)溫度異常變化則及時進行處理。

5）根據(jù)磨煤機出力和粗粉分離器進出口差壓情況，定期清理粗粉分離器和回粉閥，防止該處積粉。對重錘式回粉閥，注意檢查其動作是否正常，如其長時間不動作，及時聯(lián)系檢修檢查并進行人工活動，防止該位置積粉自燃。

6）規(guī)范啟停操作，加強吹掃和通風(fēng)，確保停機時送粉管道和磨煤機內(nèi)可燃?xì)怏w完全排除。制粉系統(tǒng)正常停運時，要將給煤機皮帶和底板上的煤走空，防止給煤機內(nèi)部積存煤粉自燃。

5 結(jié)語

制粉系統(tǒng)對整臺機組的安全穩(wěn)定運行影響重大。摻燒揮發(fā)分高的煤種時，制粉系統(tǒng)易發(fā)生爆燃事故。因此，在磨煤機啟停過程中，應(yīng)做好冷熱一次風(fēng)的調(diào)節(jié)，控制好一次風(fēng)溫度，避免達(dá)到煤粉的著火點。當(dāng)鍋爐制粉系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，應(yīng)第一時間檢查，避免同類事故發(fā)生，保證鍋爐制粉系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。