双进双出磨煤机燃用高挥发分烟煤防爆技术应用

李海滨

(华能湖南岳阳发电有限公司，湖南 岳阳414000)

近几年来，各电厂对国内烟煤、印尼烟煤和印尼褐煤等高挥发分煤购入量增大，入炉煤挥发分较设计值大幅上升。燃用高挥发分煤，可有效提高锅炉燃烧的稳定性和经济性，降低飞灰可燃物含量，提高锅炉效率，但也会对钢球磨煤机制粉系统带来安全隐患。某电厂600 MW 超超临界参数锅炉机组配6 台双进双出钢球磨煤机，设计燃用烟煤与贫煤的混煤，干燥无灰基挥发分为16.56%，后来开始掺烧挥发分高达40%以上的印尼烟煤。在运行初期，由于掺配方式和制粉系统运行参数控制不合理，制粉系统爆炸事故时有发生，严重影响制粉系统安全运行和人身安全。为此该电厂开展了专项高挥发分煤种的制粉系统防爆技术探索，提出了一整套防止双进双出钢球磨煤机燃用高挥发分煤种发生爆炸等事故的技术措施。实践证明，该措施较好地解决了钢球磨煤机燃用高挥发分煤种的制粉系统安全性问题。

1 预防制粉系统爆炸的基本原则

为防止出现制粉系统爆炸等事故的发生，控制入炉煤平均挥发分水平以及入炉煤质基本稳定是最基本的要求。对于燃煤火力发电厂来讲，主要通过选择不同的混煤掺烧方式及上煤方式来确保入炉煤质稳定和参数合格。

当前常用混煤掺烧方式主要有2 种:1)炉前掺配、炉内混烧。燃料在进入原煤斗之前按一定的比例混合，混配均匀的原煤在磨煤机中被磨制成粉，再送入炉内燃烧。这种方式充分利用了混煤的着火特性接近于易着火煤的优点，有利于煤粉的着火和燃烧的稳定，但无法避免混煤抢风、可磨特性趋向于难磨煤种、燃尽特性接近于难燃尽煤种等不利因素。2)分磨制粉，炉内分烧。对于直吹式制粉系统锅炉，不同的磨煤机磨制不同的原煤，磨制好的煤粉由不同的一次风管和燃烧器送入炉内燃烧。该掺烧方式可根据不同的煤种控制不同的煤粉细度，但是需要根据运行需要及时调整上煤方式。

当双进双出钢球磨煤机燃用高挥发分煤种时，为避免出现煤质大幅波动等异常现象，原则上采用“炉前掺配、炉内混烧”方式。在不同的运行时期，采取如下控制措施:

1)掺配原煤时，应重点关注干燥无灰基挥发分指标。在机组调峰时段，停运磨煤机入炉煤挥发分Vdaf不得大于30%，且应在停磨前尽可能烧空，避免原煤氧化发生自燃爆炸。非停运磨煤机入炉煤挥发分Vdaf不得大于40%，入炉煤全水分一般不超过15%。低负荷时段尽量降低入炉煤热值至18 000 kJ/kg 左右，以提高入炉煤中灰分，降低煤粉爆炸等级。

2)掺混必须均匀，中途不得随意变更其他煤种。对于非机组调峰停运磨煤机，无特殊情况原则上避免停运对应制粉系统，计划检修和机组启停时需置换煤种后停运。

3)控制原煤斗正常煤位，确保燃用高挥发分煤的煤仓不发生空仓造成的给煤机原煤斗着火事故。但仓位也不宜过高，最高控制在煤仓高度的80%左右。

2 防止制粉系统爆炸的技术措施

2.1 磨煤机进、出口温度控制

磨煤机出口风温影响着煤粉挥发分的析出速度和数量。磨煤机出口风温过低又会导致煤粉着火推迟，影响煤粉的着火和燃尽。因此，应在确保制粉系统安全的前提下，尽可能提高磨煤机出口风温。磨煤机正常运行时，当挥发分≤15%的贫煤时，磨煤机分离器出口温度控制在100 ℃;当挥发分在20%～30%之间时，磨煤机分离器出口温度控制在70～75 ℃;当挥发分Vdaf≥30%或燃用褐煤时，磨煤机分离器出口温度控制在65～70 ℃。启、停制粉系统时，由于煤粉比较细，再加上一次风中氧浓度比较高，严格控制分离器出口温度不超过65 ℃，为防止因结露产生结块，磨煤机分离器出口温度不得低于露点温度，一般不得低于56 ℃〔2〕。

当燃用高挥发分煤种时，磨煤机任意一侧分离器出口温度达到80 ℃时声光报警;没有投入磨煤机消防蒸汽时分离器出口温度＞90 ℃，立即停止磨煤机运行。磨煤机的给煤机断煤或出现故障时，分离器出口温度不得超过70 ℃。

磨煤机入口风温和风量，决定了磨煤机的干燥出力和磨煤机出口温度水平。入口风温过低，会导致磨煤机干燥出力不足或磨煤机出口风温偏低。但入口风温过高时，可能会造成煤粉自燃或制粉系统爆炸。因此，根据实际入炉煤种，维持合理的磨煤机入口温度水平，对磨煤机安全经济运行十分重要。非启停磨煤机入口温度，最高不超过270 ℃，燃用水分较高的褐煤和印尼煤时，可以适当提高磨煤机入口温度，但最高不得超过规定值。

2.2 煤粉细度控制

煤粉细度太粗影响锅炉燃烧效率，煤粉过细则会增大煤粉自燃和爆炸风险，尤其在燃用高挥发分煤种时。文献〔3〕规定，燃用烟煤时，煤粉细度的选取按R90 =0.5nVdaf+4 选取;燃用贫煤时，煤粉细度的选取按照R90 =0.5nVdaf+2 选取;燃用无烟煤时，煤粉细度的选取按照R90 =0.5nVdaf选取。在采用炉前掺混方式时，按煤粉细度要求高的方向倾斜，即当燃用烟煤、贫煤的混煤时，为确保制粉系统安全，按烟煤的煤粉细度控制要求进行。

2.3 磨煤机料位控制

磨煤机料位影响煤粉在磨煤机内的停留时间和热风的通过速度。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和防止磨煤机大罐堵塞，控制磨煤机料位在30%左右，磨煤机料位一般采用自动控制，根据机组负荷设定较为合理的料位，当发现料位信号异常时应迅速处理，并手动控制给煤量，按比其余磨煤机出力略低的给煤量进行控制，并严密监视磨煤机一次风流量、混合风压力、磨煤机出口温度、磨煤机电流以及一次风母管压力等〔4〕。

2.4 一次风压的控制

对于直吹式制粉系统，运行中应关注一次风压。一次风压偏低，除会导致磨煤机出力下降外，容易导致一次风管煤粉沉积，增大了制粉系统运行风险。因此，该电厂的磨煤机风粉压力应大于4 500 Pa，粉管压力不低于1.2 kPa，否则通过改变磨煤机运行台数等手段提高风粉压力。控制一次风压和磨煤机煤位，防止一次风管积粉和大罐堵塞〔5〕。

2.5 磨煤机的启停

启动燃用高挥发分的磨煤机时，严格控制磨煤机进口一次风温度和暖磨时出口温度，暖磨过程中控制磨出口温度不超过65 ℃;尽量减少低风压和低流量运行时间，及时启动给煤机和提高一次风速，保持磨煤机高一次风量和一次风压运行，严格控制磨煤机出口温度。

停止燃用高挥发分的磨煤机时，停止前应严格控制磨煤机进口一次风温度和出口温度，防止磨煤机停止后，造成磨煤机内部温度升高。控制磨煤机风粉压力不得低于4 500 Pa，容量风门开度不小于50%，控制磨煤机粗粉分离器出口温度不超过65℃;根据停磨煤机的方式进行大罐吹扫，机组调峰停运磨煤机时，吹扫5～10 min;磨煤机检修或停运时间超过48 h 时，吹扫20～30 min;磨煤机煤位降至10%以下或磨煤机电流不再下降〔6〕。

3 其他措施

3.1 消防蒸汽的管理措施

确保制粉系统消防蒸汽处于良好的备用状态、疏水良好、阀门无内漏，随时能够投入使用。加强对备用磨煤机消防蒸汽系统检查，防止大罐积水或回粉管堵塞。

磨煤机消防蒸汽投入采取以下措施:1)燃用高挥发分煤的磨煤机在启、停及断煤处理过程中，料位较低时投入消防蒸汽降低氧气浓度，防止氧气浓度较高达到爆炸极限时遇有明火发生爆燃;2)磨煤机任一料位比正常煤位低10%左右时，可靠投入消防蒸汽;3)每次启动对应燃用高挥发性煤的磨煤机前，必须投入消防蒸汽，并用较低的一次风温度吹扫5～10 min 后启动磨煤机，料位＞22%(或正常煤位)后退出消防蒸汽，防止高挥发分煤、烟煤氧化、热解析出CO 等可燃气体造成爆炸;4)磨煤机事故跳闸、着火、爆炸或紧急停运后，应投入消防蒸汽5～10 min，磨煤机恢复启动前先投入消防蒸汽，并用较低的一次风温度吹扫5～10 min 后启动磨煤机。

3.2 制粉系统应急处理措施

当发生粉管着火、膨胀节已烧红、制粉系统爆炸、漏粉特别严重、给煤机着火、发生电机冒烟、减速机振动异常增大、减速机冒烟、联轴器断、保护拒动等满足制粉系统紧急停运条件时，立即投入消防蒸汽，紧急停运磨煤机。

当磨煤机积粉自燃导致分离器出口温度升高时，采取以下措施:1)发现分离器出口温度有上升趋势时，全开冷风门，调节热风门，控制出口温度;2)加大给煤机给煤量，但要控制磨煤机料位不超过40%;3)投入磨煤机消防蒸汽;4)若分离器出口温度涨势趋缓或停止上涨且任一侧料位＞30%可停止消防蒸汽;5)若磨煤机出口温度大于90 ℃(未投磨煤机消防蒸汽情况下)，停止磨煤机运行，按磨煤机跳闸处理。

当在磨煤机运行时出现出口温度异常上升、一次风流量、入口一次风压、密封风差压、混合风压力等参数频繁波动，磨煤机有明显着火迹象或防爆门动作时，应立即投入磨煤机消防蒸汽进行灭火，停止磨煤机运行，关闭所有风门挡板。

当给煤机落煤管堵塞时，应立即停磨并关闭所有风门挡板，投入磨煤机消防蒸汽5～10 min 后，做好隔离措施，开给煤机端盖灌水处理，防止落煤管着火烧穿和发生爆炸。

当磨煤机大罐堵塞(煤位高)时〔8〕，采取以下措施:1)保持消防蒸汽继续投入;2)通冷风吹扫磨煤机;3)根据情况启动慢传装置进行吹扫;4)磨煤机进出口温度均冷却至60 ℃以下后，可启动磨煤机动态吹扫;5)根据大罐煤位、振动、电流等判断，采用动态和静态交替吹扫，吹扫过程中尽量采用高风压、大一次风(容量风)开度，同时严格控制磨煤机出口温度不超过60 ℃。

当煤仓空仓或给煤机不下煤时，应关闭给煤机入口电动闸板、落煤管气动闸板(下闸板)，防止热一次风流向原煤仓造成煤粉自燃应及时加煤，采用疏松机和空气炮联合处理直至下煤正常，同时增加另一侧给煤机转速，控制磨煤机出口温度在规定范围之内。

当原煤仓着火时，应立即将空气炮气源和可能漏风隔离阀隔离，对煤仓外壁淋水冷却灭火，并适当加煤提高煤仓煤位以封闭火源;如经以上处理灭火效果不佳，立即停运对应给煤机，关闭给煤机下煤闸板，可从原煤仓顶部注水灭火。

4 结论

文中所述防爆措施可有效避免制粉系统爆燃着火事故和锅炉大面积结焦和燃烧器烧损事故。从2013年采取上述防爆措施后，在燃用平均挥发分40%左右的煤种情况下，该电厂没有再发生制粉系统爆燃、着火和锅炉大面积结焦及燃烧器烧损事故。该燃用高挥发分煤防爆措施在某电厂2 ×600 MW 墙式切圆超超临界锅炉上也得到了成功应用，取得良好的安全效益和经济效益。

〔1〕解维伟. 煤炭分选加工技术丛书:煤化学与煤质分析〔M〕．北京:冶金工业出版社，2012．

〔2〕朱全利. 超超临界机组锅炉设备及运行〔M〕． 北京:化学工业出版社，2008．

〔3〕望亭发电厂. 超超临界火力发电机组培训教材. 锅炉份册〔M〕． 北京:中国电力出版社，2012．

〔4〕樊泉桂. 超超临界及亚临界参数锅炉〔M〕． 北京:中国电力出版社，2007．

〔5〕张磊. 超超临界火电机组集控运行〔M〕． 北京:中国电力出版社，2008．

〔6〕锅炉设备及其系统. 华东六省一市电机工程学会〔C〕． 北京:中国电力出版社，1999．

〔7〕沈重公司. BD4060 磨煤机使用说明书〔S〕． 沈阳:沈重出版，1981．

〔8〕华能岳阳电厂. 华能岳阳电厂运行规程〔S〕． 岳阳:岳阳电厂，2014．