中间储仓式制粉系统粉仓自燃影响因素及对策

金 帆 李善涛

(中国石化上海石油化工股份有限公司热电部， 200540)

中间储仓式制粉系统粉仓自燃影响因素及对策

金 帆 李善涛

(中国石化上海石油化工股份有限公司热电部， 200540)

针对中国石化上海石油化工股份有限公司热电部410 t/h煤粉炉在停炉抢修期间中间储仓式的粉仓内温度急剧上升、煤粉自燃的现象，分析了引起煤粉自燃的影响因素。根据实际情况，提出了煤粉自燃的防治措施和预防粉仓温度升高的方法。

煤粉 自燃 影响因素 措施

煤发生自燃主要是由煤和氧复合作用并放出热量而引起的。煤与空气中的氧接触后，首先发生煤对氧的物理吸附，放出物理吸附热，之后又发生煤与氧的化学吸附和化学反应，并放出化学吸附热和化学反应热［1］。煤自燃的实质是其自身氧化加速的过程，氧化速度太快以至于产生的热量来不及向外界释放，从而导致了自燃。煤的氧化进程既可以在常温下发生，也可在高温下进行，环境温度越高，进程越快，是一个相互促进的过程。煤要发生自燃必须具备3个条件，即:煤本身具有自燃倾向性，并以破碎状态存在;有连续、适量漏风供氧的条件;煤的氧化产生热量的速度大于散热速度。

中国石化上海石油化工股份有限公司热电部(以下简称热电部)有2台煤粉锅炉曾发生过紧急停炉后粉仓内煤粉自燃状况，就是由于煤粉在粉仓中具备了以上3个自燃条件造成的，最严重时煤粉仓内温度高达237℃，严重危及设备安全。

1 设备概况

热电部1#热电联合装置有4台410 t/h的高压煤粉锅炉，锅炉采用中间储仓式钢球磨制粉系统，其中包括1个煤粉仓和2个钢球磨制粉机。粉仓的容积为490 m3，煤粉仓上部设1台ZS－400型螺旋可逆送粉机(绞龙)，钢球磨煤机为DTM320/580型，粗粉分离器为HW－GB－1－4000(轴向型)，细粉分离器为XB－3000，燃煤品种设计为山西晋北烟煤，校核煤种为华东通煤。制粉系统具体布置如图1所示。

图1 中间储仓式制粉系统

制粉系统的工作流程为:原煤经原煤仓、振动给煤机输送至落煤管进入钢球磨煤机，经高温空气预热器来的热风和低温末级空气预热器来的温风预热，在磨煤机内干燥并被研磨成煤粉。煤粉空气混合物被抽入木块分离器将木块等杂物分离出来，随后在粗粉分离器进行粗、细粉分离，分离出来的粗粉由回粉管返回磨煤机进口继续研磨。细度合格的煤粉空气混合物继续上升，以切线方向进入细粉分离器进行分离。由于气流速度降低和离心作用，使煤粉沿细粉分离器内壁下降，经锁气器进煤粉仓储存或由绞龙向邻炉煤粉仓送粉。煤粉通过给粉机下的粉管吹入锅炉炉膛进行悬浮燃烧，而细粉分离器分离出来的含少量煤粉的气粉混合物称之为乏气，由排粉机输送作为一次风。

2 粉仓煤粉自燃的原因分析

中间储仓式制粉系统设置了粉仓，可对制备的煤粉进行储藏。正常情况下，当粉仓中粉位较高时可以停止磨煤机运行，等粉仓的粉位较低时再启动磨煤机制粉，这样可以使制粉系统在运行时保持满负荷，有利于降低制粉电耗。

锅炉在正常停炉前会提前停止磨煤机制粉，使粉仓中的煤粉料正常走空，而如果遇到锅炉设备故障而紧急停炉时，由于煤粉不能吹入炉膛，粉仓中的煤粉不能正常消耗，粉仓内积存的煤粉就有可能发生自燃。对照煤的自燃原理，可以看出中间储仓式制粉系统煤粉仓在锅炉停炉期间存在以下问题:(1)煤粉仓内煤粉粒径很小(R90为18%～24%，煤粉细度R90是指用一个筛孔宽度为90 μm的筛子来筛选煤粉，留在筛子上方的粗煤粉所占总煤粉的百分率。百分率越低，说明煤粉越细)，比表面积大，和空气的接触面积也大，煤粉颗粒间较大的空隙率也使空气可以更多地渗入到煤粉之间，从而易引起煤粉自燃，同时由于锅炉燃用的原煤的挥发分也较高(体积分数超过25%)，故煤粉具有很强的自燃倾向;(2)停炉后虽对煤粉仓进行了封仓，但煤粉仓的下粉挡板、吸潮门、防爆门和量粉锤的孔洞等部位不能完全密封，造成空气可以持续漏入煤粉仓;(3)煤粉仓外包有保温层，在锅炉正常运行时可以保持煤粉的温度不低于60℃，但是在停炉期间煤粉处于自热阶段时却不利于散热，造成热量积聚，促进了煤粉的氧化放热反应。

3 改进措施与实施效果

根据 Nusselt［2－3］固体燃烧的速度主要取决于氧气输送到固体表面的速度的理论，当其他条件相同时，反应物物质的量的浓度愈高，化学反应速度愈快。通常情况下要避免或减缓固体氧化反应的速率，可以采取减少供氧的方法。

同时，由分子运动理论可知，环境温度越高，分子热运动的速率越快。Arrhenius［4］通过大量的实验表明，碳的氧化反应在常温下温度每提高10 K，则反应速率提高2～4倍。因此，控制温度也是延缓燃烧的方法之一。

由上可知，防治煤粉自燃的措施在于破坏煤粉自燃的3个基本条件，在煤种和煤粉细度不能改变的前提下很难降低煤粉的自燃倾向性。因此，防治煤粉自燃的主要措施在于设法隔绝煤粉与氧气的接触，降低煤炭氧化速度，同时降温散热以阻止热量积累。

在实际生产中，热电部在控制煤粉仓温度的措施上着重采取了以下几方面的措施。

(1)锅炉停炉前采取严格控制煤粉仓剩余粉量的措施，即以停炉72 h为界，计划停炉时间不超过72 h的，停炉前将煤粉仓内煤粉储量做到最大，以减少煤粉仓内空气量;计划停炉时间超过72 h的，停炉前将煤粉仓内剩余煤粉用尽。

(2)停炉后立即采取煤粉仓封仓措施，关闭煤粉仓所有进、出口档板，打开吸潮门，并用回丝塞住量粉锤的孔洞和其他不严密之处，以减少进入煤粉仓的空气量。

(3)平时储备好大量瓶装氮气，停炉后立即不间断地向煤粉仓内注入氮气，以隔绝空气并进行冷却。如果各项条件允许，可以将封仓用的惰性气体由氮气更换为相对分子质量更大的二氧化碳，以更好地隔绝空气。

(4)利用大、小修的时机对煤粉仓进行彻底清扫检查，以保持仓壁光滑并消除漏风点，煤粉仓的防爆门应重点进行检查，改进防爆门的密封结构，以保证良好的密封效果。

(5)在锅炉故障维修阶段，密切监控煤粉仓温度变化情况，发现粉仓温度异常升高时应尽快完成对故障锅炉的抢修工作，及时启动锅炉并进行压粉降温操作。

(6)锅炉抢修结束后的启动过程中，在满足投用煤粉条件时:一方面依次通过各个给粉机将已经开始自燃的煤粉尽快送入锅炉炉膛进行燃烧;另一方面则通过绞龙将邻炉制出的煤粉引入煤粉仓进行压粉操作，隔绝原粉仓中煤粉与空气的接触，延缓煤粉自燃进程。压粉操作的整个过程必须缓慢，并保持氮气的持续注入，同时控制排粉机的出口风温不超过60℃。

热电部第一台煤粉锅炉于1991年建成投产。随着使用时间的增加，设备逐渐老化腐蚀，粉仓漏风现象日趋严重，2000年前后曾多次发生停炉期间粉仓温度超过表计量程(200℃)的现象，停炉后粉仓煤粉自燃状况越来越难以控制。通过分析原因，制定和实施上述应对措施以后，在控制粉仓煤粉自燃速度方面取得了一定成效。2008年至今，故障停炉后粉仓温度一般能控制在100℃左右，粉仓煤粉自燃状况得到了有效控制，大大降低了粉仓烧穿甚至爆炸的危险。

4 结语

煤粉仓煤粉自燃轻则损坏设备，造成经济损失，重则发生爆炸，严重威胁安全生产和人身安全。随着安全、经济生产日益得到重视，减少和控制因煤粉自燃引起的安全事故以及燃料能源浪费问题正逐步得到各界的重视。热电部对煤粉锅炉煤粉仓采取前文所述改进措施后，停炉期间煤粉仓温度均能控制在100℃左右的较安全状态，比改进前有了大幅下降，粉仓煤粉自燃现象得到了有效控制，确保了煤粉锅炉的安全生产。

［1］ 孙学信．煤粉燃烧物理化学基础［M］．北京:华中理工大学出版社，1991．

［2］ 陈义良，张孝春，孙慈，等编译．燃烧原理［M］．北京:航空工业出版社，1992．

［3］ 徐精彩．煤炭自燃过程研究［J］．煤炭工程师，1989(5):17－21．

［4］ 王青松，郭耸，孙金华．供氧条件和水分对煤粉热特性的影响研究［J］．火灾科学，2009，18(1):1 －5．

The Influencing Factors and Countermeasures for Self－ignition of
Pulverized Coal Warehouse in Pulverized Coal Milling System

Jin Fan，Li Shantao
(Thermal Power Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

Regarding the quick rising of temperature in the middle－warehouse pulverized coal house and selfignition of pulverized coal in 410 t/a pulverized coal furnace during shutdown and emergency repairing period，the influencing factors causing self－ ignition of pulverized coal were analyzed．Based on the practical situation，the preventions for self－ignition of pulverized coal and methods for preventing temperature in pulverized coal house from rising were raised．

coal powder，self－ ignition，influencing factors，measures

1674－1099 (2012)02－0054－03

TK223.1

A

2012-02-16。

金帆，男，1969年出生，1991年毕业于上海工程技术大学热能动力设备与机械专业，工程师，长期从事电厂生产运行管理工作。