600MW超临界机组燃烧印尼煤时制粉系统爆破原因分析及改进

摘 要：湖南华电长沙发电有限公司600 MW超临界机组燃用印尼煤时出现了几次严重的制粉系统爆破事故。通过分析制粉系统爆破的经过和现象，掌握了磨煤机爆燃的原因，并针对这些原因，提出了防止制粉系统爆破的技术措施及改进方法。

关键词：爆破 印尼煤 分析 改进

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0114-02

1 前言

1.1 设备简介

湖南华电长沙发电有限公司#1火电机组于2007年10月份正式通过168试运投入商业运行。该机组采用东方锅炉厂有限公司生产的600 MW超临界参数变压直流本生型锅炉，一次再热，单炉膛，尾部双烟道结构并带有（选择性催化还原法SCR）脱硝装置，采用平行挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置，型号为DG1900/25.4-II1。锅炉配置6套双进双出钢球磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统，每台磨煤机分离器共引出4根送粉管道，两侧各2根，总共24根，对应锅炉24个煤粉燃烧器。燃用设计煤种并在最佳钢球装载量下，R90=9.5%时，制粉系统总的出力不小于锅炉B-MCR工况时的燃煤消耗量的115%，五台磨煤机的连续出力能满足汽轮机额定工况的出力要求。锅炉设计煤种为山西贫煤，校核煤种为晋北烟煤。

1.2 锅炉设计煤种与印尼煤的比较

印尼煤具有高挥发分、高水分、低发热量、低灰分等特点，因此，在燃烧该煤种时，可能会出现总煤量偏高的问题[1]。由于印尼煤最大的特点是其挥发分很高，燃煤容易着火、自燃，因此，在烧用印尼煤时，很可能发生煤场自燃、制粉系统爆破、因为着火提前烧坏燃烧器喷口等问题[2]。

2 磨煤机爆破事故经过及现象

2011年11月30日03：48，#1炉#1制粉系统停运过程中，惰化蒸汽未能及时投入，发生爆破，造成A1、A3燃烧器火嘴及#1磨两端膨胀节等处损坏脱落。2011年12月11日00：25，#1炉减负荷过程中，#6磨煤机料位低，#6A给煤机断煤，惰化蒸汽投入晚，重新来煤后发生爆破，造成F3燃烧器火嘴损坏脱落，砸坏#1炉冷灰斗水冷壁，卡住捞渣机。

2.1 #1磨煤机爆破事故经过及现象

2011年11月30日，#1机组负荷370MW，#1、#2、#3、#6磨运行，#4、#5磨备用。3：15值长令：试停#1磨准备检修。3：25准备停#1磨，全开#1磨冷一次风门，减给煤量。3：34#1A、#1B给煤机给煤量至最小。3：36启#4磨以满足负荷及运行方式需要。3：37停#1A、#1B给煤机。3：38开#1磨惰化蒸汽气动门，3：40关#1磨惰化蒸汽气动门，3：43再次开#1磨惰化蒸汽气动门，惰化蒸汽压力0.36 MPa，未发生变化。3：48从#1炉东侧传来一声异响，#1磨爆破。就地附近#3磨火检端子箱着火立即将火扑灭。3：48 #4磨跳闸，紧急投用所有层点火油枪稳燃，投入空预器连续吹灰。3：50手动停止#1磨运行。3：51#3磨跳闸，投#3磨惰化蒸汽全开#3磨冷一次风门吹扫。手动快关汽机调门，减给水流量，负荷最低降至270 MW。3：52启#4磨、#5磨。4：00锅炉燃烧趋于稳定机组负荷维持330 MW。

2.2 #6磨煤机爆破事故经过及现象

11日00：00，负荷：490 MW，#1、#2、#3、#4、#5、#6磨煤机运行。11日00：00，AGC开始降负荷指令430 MW，00：11停运#5磨煤机，#6磨煤机正常运行，热一次风门开度79%，冷一次风门开度100%，磨入口温度210℃，分离器风压驱动端4.78 kPa、非驱动端5.54 kPa。粉管风速F1、F2、F3、F4分别为：33、33、30、32 m/s。差压料位计驱动端290 Pa、非驱动端250 Pa。分离器温度驱动端63 ℃、非驱动端63 ℃。给煤机煤量：#6A 14t/h、#6B13t/h，磨煤机电流106～109A。00：22，#6A给煤机断煤，驱动端分离器温度65 ℃，非驱动端分离器温度64 ℃，关小热一次风门开度至72%，将#6磨两侧容量风门从80%关至72%。00：23，手动增加#6B给煤机煤量：13 t/h至21 t/h。00：24，手动投入#6磨惰化蒸汽母管压力从0.36 MPa降至0.10 Mpa， 此时磨煤机料位：驱动端256 Pa、非驱动端203 Pa。00：25#6A给煤机来煤，煤量从2 t/h增至14 t/h，停惰化蒸汽，惰化蒸汽共计投入11秒钟。00：25，#1锅炉侧传来爆炸声，炉膛负压瞬间至+310 Pa，F3燃烧器火检模拟量变坏点。此时：#6磨入口温度210 ℃，分离器风压驱动端4.78 kPa增至 5.19 kPa，非驱动端5.54 kPa不变。粉管F1、F2、F3、F4风速分别为：31、28、39、41 m/s。差压料位计：驱动端270 Pa、非驱动端230 Pa，分离器温度驱动端66 ℃、非驱动端69 ℃。#6A给煤机煤量14 t/h，#6B给煤机煤量21 t/h，磨煤机电流106～109 A。随后#1磨跳闸，运行人员立即紧急投入E层、C层、B层、D层点火油枪稳燃。再次投入#6磨惰化蒸汽停运#6磨。巡检就地检查确认F3燃烧器爆裂。#6磨两侧分离器本体未见异常，给煤机本体未见异常，就地惰化蒸汽投入正常。

3 磨煤机爆破后抢修中发现问题及原因分析

3.1 磨煤机分离器存在内部积粉

现场打开发生爆破事故的磨煤机分离器人孔门，均发现分离器内倒锥体和折向挡板处有残余火星，说明这些部位存在积粉情况。打开其它停运的磨煤机分离器人孔门，发现折向挡板背风面处确实存在积粉。

3.2 粉管内部存在积粉

磨煤机爆破后，加大冷风冷却，现场割管检查发现，磨煤机粉管的水平段弯头处存在积粉。磨煤机出口粉管积粉，时间长了，或温度高时，印尼煤就可能自燃，引燃粉管，造成磨煤机爆破。

3.3 制粉系统惰化蒸汽管道堵塞

#1制粉系统爆炸后，锅炉检修人员打开#1磨驱动端入口处惰化蒸汽管道水平段，发现内部已被煤粉、铁锈等泥巴装杂物堵死。随后锅炉检修人员对#1、2炉磨煤机惰化蒸汽系统存在的问题进行了彻底处理，经运行人员投运试验，恢复正常。

3.4 低温环境导致印尼煤结露

环境温度的变化对烧用印尼煤有一定的影响。普通煤粉的结露温度为46 ℃，而印尼煤的另一个特点就是高水分，因此结露温度更低。考虑到粉管的温降一般在10℃ ～15 ℃，所以磨煤机出口的温度一般不能低于57 ℃。当环境温度较低，小于15 ℃且又有大风时，粉管的温降加大，所以此时磨煤机的出口温度要相应提高到60 ℃～65 ℃。磨煤机爆破发生当天，环境温度突降，平均温度在8℃左右，且金湾发电有限公司位于海风较大的港口附近，较低的环境温度加上较大的风速，使磨煤机出口煤粉管的温降大为增加，现场测量时，最大的温降有25 ℃，从而增大了印尼煤结露的可能性。在磨煤机发生着火之前，烧用印尼煤的各台磨煤机出口温度均控制在57 ℃左右，未及时根据环境温度变化作出相应调整，可能使粉管中部分印尼煤产生结露，从而积聚在粉管中，增大了磨煤机爆破的可能性。

4 掺烧印尼煤时防止磨煤机爆破的技术措施及改进方法

煤粉爆炸的主要原因是煤缓慢氧化，产生可燃气体，可燃气体与空气混合，达到一定浓度比例后遇火发生连锁爆炸。煤粉的爆炸需要3个基本条件，即可燃物的存在、合适的氧浓度和足够的点火能量。煤粉爆炸的过程是悬浮在空气中的煤粉的强烈燃烧过程，影响煤粉爆炸的因素主要有煤质特性、煤粉混合物温度、煤粉细度和煤粉浓度等。防止制粉系统爆炸的主要措施一般都从控制磨煤机出口温度、控制煤粉细度、防止煤粉沉积自燃产生火源及控制氧浓度和控制煤粉干燥条件、防止煤粉热解产生大量可燃气体等方面入手。

4.1 运行调整方面

4.1.1 入磨煤质控制

在煤场条件允许的情况下，印尼煤宜采取掺混方式入磨。

4.1.2 磨煤机进出口温度控制

燃用印尼褐煤时磨煤机入口温度最高不超过265 ℃，分离器出口温度控制在60 ℃～65 ℃，最高不超70 ℃，最低不低于55 ℃。

4.1.3 磨煤机料位控制

燃用印尼褐煤时，为防止磨煤机断煤后磨内煤粉浓度很快达到爆炸极限范围内，控制磨煤机料位在500～700 Pa的稍高料位运行。

4.1.5 磨煤机出力、粉管风速控制

磨制印尼煤的制粉系统维持高出力运行，容量风门开度控制在80%以上，粉管风速提高至28～35 m/s，任何时候风速不得低于22 m/s，增强一次风的携带煤粉的能力，防止发生积粉和燃烧器烧坏事故。

4.1.6 磨煤机消防惰化蒸汽的投入

（1）如给煤机发生断煤或其他故障跳闸或分离器出口温度超过70 ℃或料位低于300 Pa时，须立即投入惰化蒸汽系统，确认料位恢复正常后再停止惰化蒸汽。任一磨煤机惰化蒸汽投运时惰化蒸汽母管压力维持0.2 Mpa以上，温度200～300℃。

（2）为防止印尼褐煤氧化、热解析出CO等可燃气体造成爆炸，在每次启动对应燃用该煤种的磨煤机前，投入惰化蒸汽，并用冷风吹扫30 min后启动磨煤机，磨料位大于300 Pa后退出惰化蒸汽。

（3）磨煤机事故跳闸或紧急停运后，应投入惰化蒸汽10～15 min。每1小时间断投入1次。磨煤机恢复启动前先投入惰化蒸汽，启动盘车电机，开冷风门吹扫余粉不低于30 min。

（4）停运燃用印尼煤的磨煤机时，停磨前应严格按要求控制磨煤机入口风温，防止磨煤机停止后，造成磨煤机内部温度升高。给煤机走空后停运，给煤机停运后投入惰化蒸汽，冷风至少吹扫20 min后才能停磨，磨煤机停运后开启冷风30 min吹尽制粉系统各部余粉。

4.1.7 煤粉细度控制

磨制印尼煤的磨煤机其分离器折向挡板应开大，适当提高煤粉细度，煤粉细度按照R90=0.5nVdaf+4选取，维持在25%～30%左右。

4.2 检修、巡视方面

4.2.1 清理积粉、处理漏粉

（1）加强对燃用印尼煤制粉系统粉管、分离器、回粉管等的检查、检修和维护，发现漏粉、积粉及时处理。

（2）定期清理磨煤机分离器折向挡板。

（3）定期检查回粉管是否堵塞，防止由于煤粉积聚堵塞，加强监视分离器出口温度和回粉管温度，发现回粉管堵塞及时清理。

（4）发现制粉系统漏粉应及时处理。

4.2.2 勤检查，及时消缺

（1）制粉系统冷热风调门、总风门、容量风门、旁路风门、惰化蒸汽总门及各分门、疏水门等应确保开关灵活，关闭严密，无卡涩，发现问题及时消缺。

（2）制粉系统各热工测点显示不准时应及时反馈，定期校验。

（3）加强对粉管膨胀节、回粉管、分离器等处的检查巡视。

（4）对已停运的磨煤机，也要监视检查原煤斗、给煤机、磨煤机的温度，当发现原煤斗有着火的迹象时，应立即通知燃料向原煤斗浇水，投入消防系统；发现磨煤机内部温度升高立即投入惰化蒸汽。

4.3 制粉系统优化、改造方面

4.3.1 增大冷风管

目前制粉系统是按照燃用劣质烟煤和贫瘦煤设计，冷风管路设计流量较小，燃用印尼煤需加粗冷风管路。

4.3.2 装设防爆门

在制粉系统驱动端和非驱动端两侧热风管道上以及各粉管上加装防爆门，降低制粉系统爆炸时产生的危害，将损失降至最小。

4.3.3 加装热工测点

（1）在回粉管上加装温度测点，对回粉管温度实时监控，避免回粉管堵塞积粉造成煤粉自燃。

（2）在分离器出口加装O2和CO测点，并将其纳入DCS声光报警，当氧量下降、CO含量上升时联锁投入惰化蒸汽。

（3）加强制粉系统各热工测点（料位、风压、温度、速度等）的检查、校验。

4.3.4 在13.7 m平台加装专用雾化水枪，用于制粉系统着火时使用

4.3.5 惰化蒸汽改造

针对目前惰化蒸汽系统频繁堵塞的情况，对惰化蒸汽系统管路进行优化改造。

5 结论

燃用印尼煤制粉系统防爆主要是防止制粉系统各部位的积粉，防止积粉自然导致制粉系统爆炸。当制粉系统出现异常时或启、停磨时，及时、可靠地投入惰化蒸汽来降低煤粉中的氧量能起到防爆的作用。湖南华电长沙发电有限公司采取了上述相应技术措施及设备改造之后，#1号锅炉掺烧印尼煤过程中，燃用印尼煤的磨煤机到目前为止暂未出现着火爆炸事故，取得了良好的效果，保证了机组设备的安全稳定运行。

参考文献

[1]周利庆，葛建忠.对高挥发份进口煤的安全燃烧及评估[J].锅炉技术，2004（4）.

[2]李明亮.珠海发电厂燃煤锅炉印尼煤掺烧运行特性及优化[J].锅炉技术，2006（6）.

[3]刘洋，陈斌源，朱定伟，等.国产600 MW超临界机组燃烧印尼煤时制粉系统爆破分析及改进.锅炉技术，2008（4）.