双进双出磨煤机燃用高挥发份烟煤防爆技术应用

张小宇（南京化学工业园热电有限公司，江苏　南京　210047）



双进双出磨煤机燃用高挥发份烟煤防爆技术应用

张小宇
（南京化学工业园热电有限公司，江苏南京210047）

摘要：本文介绍了双进双出磨煤机应用高挥发份烟煤的防爆技术措施，研究了入炉煤的具体要求以及掺配燃烧的原则，及磨煤机消防蒸汽的投用和防止制粉系统爆炸的措施，并将这一技术措施成功的应用在了某大型电厂的锅炉制粉系统上，取得了较为理想的效果，有效的预防了制粉系统爆燃着火等事故的发生，大大的提升了制粉系统运行的经济效益。

关键词：双进双出磨煤机；高挥发份烟煤；防爆技术措施

双进双出磨煤机特点具有连续作业率高、储存能力大、响应迅速、运行灵活性大、较低的风煤比、无需备用磨煤机等优点，能研磨各种硬度和磨蚀性强的煤种，是火力发电厂锅炉制粉系统设备中一种性能优越的直吹式低速磨煤机。但双进双出磨煤机最大缺点之一就是不适用高挥发份烟煤和褐煤煤种，因为双进双出磨煤机具有部分中储式系统特点，磨煤机和系统内部有一定量的存粉，且处于不断扰动状态，一旦达到爆炸条件，就有爆炸的可能。所以防止制粉系统爆炸是双进双出磨煤机安全运行的一项主要工作。

1 预防制粉系统爆炸的基本原则

双进双出磨煤机需燃用高挥发份的烟煤或褐煤时，要想有效的避免制粉系统发生爆炸等安全事故，就必须采取避免制粉系统出现爆炸的一系列措施：

（1）制粉系统正常运行以及启停的技术措施。

（2）控制入炉煤的平均挥发份水平并保证煤质足够稳定措施。

（3）制粉系统防爆的设备可靠性措施。

2 防止制粉系统爆炸的技术措施

煤粉的爆炸性能不但与煤粉特性如水份、灰份、挥发分及元素组成等有关，还与运行工况如煤粉细度、煤粉在空气的浓度、混合物的温度以及混合物中氧浓度、扰度等因素密切相关，所以运行技术措施至关重要。

2.1 磨煤机入口和出口温度的控制

磨煤机入口风温和数量直接影响着磨煤机的出口温度水平和干燥出力。如果入口风温偏低，那么磨煤机出口风温也就偏低，并且干燥出力不够；而如果其温度太高，煤粉就可能出现自燃的情况，制粉系统就有发生爆炸的可能。所以应结合相应的入炉煤种保证磨煤机的入口具有合适的温度，从而保证其安全、稳定的运行。正常运行状态下的磨煤机入口风温应小于280℃，如果燃用印尼煤或褐煤，由于其含水量高，那么在不超过规定值的前提下可以适当提升磨煤机的入口温度。

磨煤机出口风温对于煤粉挥发份的析出数量和速度有着直接影响，如果其温度过低，那么煤粉在炉内的着火就可能被推迟，煤粉就无法燃尽。所以应在保证制粉系统稳定运行的基础上，适当的提升磨煤机出口风温。在磨煤机的运行过程中，如果挥发份小于15%时，磨煤机出口风温度可控制在100℃左右；如果挥发份在20%～30%时，应将其温度控制在70℃～75℃。当燃用挥发份超过30%的烟煤或褐煤时，那么出口风的温度就应控制在65℃～70℃。在燃用高挥发份煤种的过程中，当磨煤机分离器的出口温度超过80℃时，应即时进行风量和煤量的调整，必要时投入消防蒸汽。一旦分离器的出口温度超过了100℃，磨煤机分离器出口温度保护应跳闸磨煤机，若保护未动作或者没有设置保护，应立即手动停止磨煤机运行。

磨煤机运行过程中，发现有着火迹象（一次风箱发红、一次粉管发红、制粉系统温度测点异常升高等）应立即停止磨煤机运行，并通入消防蒸汽。

2.2 煤粉细度的控制

煤粉细度过细，会加大其爆炸和自燃的风险，煤粉细度过粗，又会降低锅炉的燃烧效率，在燃用高挥发份煤种时，这种现象体现的更为明显。燃用不用的煤种煤粉细度应按以下标准执行。燃用无烟煤时按照R90＝0.5nVdaf这一公式来确定煤粉细度；燃用贫煤时按照R90＝0.5nVdaf＋2来选取煤粉的细度；燃用烟煤时应按照R90＝0.5nVdaf＋4这一公式来确定煤粉的细度；燃用贫煤和烟煤的混煤，应重点考虑烟煤的细度控制要求，从而最大限度的保证制度系统运行的稳定和安全。

2.3 一次风压和风速的控制

直吹式制粉系统在其运行过程中必须考虑一次风压和风速的控制。如果一次风压和风速不符合要求，不仅会大大的降低磨煤机的出力，而且也会出现一次风管中的煤粉沉积问题，制粉系统的运行过程就易出现风险和事故，所以任何情况下，电厂磨煤机的风粉压力都不应小于4.5kPa。

正常情况下，磨煤机满负荷运行时一次风管风速应保持在20m/s～25m/s， 低负荷运行时一次风管风速最低不应小于18m/s， 必要时可以采取调整旁路风门开度甚至改变磨煤机的运行台数和增减燃烧器等方法提高一次风速。

磨煤机正常运行时注意监视分离器进出口差压的变化，防止分离器堵塞；加强燃烧器火检、一次风速、风粉温度的监视，发现火检变弱、一次风速不正常的低于15m/s或高于27m/s，应及时停用该火嘴，用吹扫风进行吹扫；就地检查燃烧器出粉及燃烧情况，防止发生一次粉管堵塞；一次风管应定期进行吹扫。只有控制好一次风压和风速，才能避免出现一次风管积粉的问题。

2.4 磨煤机料位的控制

磨煤机的料位对于磨煤机内热风的通过速度和煤粉的停留时间有着重要影响，为有效防止磨煤机出现磨筒堵塞和煤粉浓度达到爆炸极限范围的问题，应将其料位控制在30%左右，如果料位信号出现了异常情况，应立即采取手动控制给煤量的方法控制料位，控制其给煤量略低于其余磨煤机，同时实时的监控磨煤机的一次风母管压力、磨煤机出口温度和一次风流量等参数。

2.5 磨煤机的启停状态

制粉系统的爆炸绝大部分是发生在制粉设备的启动和停止阶段，因为此时气流中的氧浓度相对较高，煤粉也比较细，所以在启动和停止阶段应该严格控制系统的各部温度值，特别是磨煤机的出口温度值应控制在防爆允许温度的限制之内（但也不能太低，避免低于露点温度而产生结块）。

燃用高挥发份煤的启动，应严格的控制其进出口的温度，进行暖磨时，应控制其磨出口的温度低于65℃，尽可能的减少低风压和低流量的运行时间，提升一次风速，保持磨煤机高一次风量和一次风压运行，并控制好磨煤机的出口温度。

而在停止运行的过程中，为保证磨煤机停止后内部不产生过高的温度，就应控制好磨煤机停运前的出口风温和入口风温。停运后的磨煤机容量风门开度应大于50%，分离器出口的温度应低于65℃，必要时立即投入消防蒸汽和慢传装置。不同方式停运磨煤机时，其磨煤机吹扫的时间也有一定区别，如果磨煤机检修或停运超过48h，在给煤机停运后，其吹扫的时间应在30min～40min的范围内，并且磨运行时的电流也不再下降为止；如果是短时间停运或者调峰停运，吹扫大约15min的时间即可。吹扫时，关闭热风调整门，开大冷风调整门，大风量、低风温进行吹扫。

特别注意如果是短时间停运，严禁不投入消防蒸汽下投入慢传装置（某厂磨煤机停运后在不投用消防蒸汽的情况下因投运慢传将磨内煤粉扬起造成爆炸，容量风门与给煤机端盖受损）。磨煤机停运后要关闭所有分离器出口关断门、热风调整门、混合风门，投入磨煤机两侧密封风。

2.6 锅炉的启动方式

目前许多大型锅炉为了节省燃油往往采用微油点火甚至等离子点火方式，双进双出磨煤机启动大多采用闷磨制粉方式，磨煤机在规定装球量的情况下磨内进一定煤量后剩余空间为有限空间，在闷磨制粉情况下，经一段时间的磨制，磨筒内的最大煤粉浓度就会偏离煤粉爆炸极限（0.11 kg/m3～2.0kg/m3），但在制备煤粉的过程中必然经过易爆区，且随着原煤研磨时间的延长，煤粉细度的降低，煤中挥发份析出在磨煤机内堆积，极易形成爆炸云；同时为了提高燃尽率，要充分进行暖磨，闷磨制粉时磨内有时温度会达到70℃以上，也加剧了挥发份的析出。制粉期间磨煤机密封风在运行，磨煤机进出口风门如不严密，较低的风速与温度会造成煤粉在磨煤机静止部分粘接，且钢球之间碰撞也易产生火花形成火源，闷磨制粉后期通风后磨内流场、氧量、煤粉浓度剧烈波动易产生爆炸。所以对于制粉系统为双进双出磨煤机的锅炉启动方式不建议采用微油特别是等离子启动方式，如果是等离子方式启动时宜采用投用等离子拉弧，磨煤机空磨暖磨，暖磨结束后，投用大油枪，关闭容量风门，开启旁路门，启动给煤机制粉，料位上升后开启容量风门送粉，待等离子燃烧器火检信号稳定，就地着火良好后停用油枪。

2.7 煤种的选用和掺配

判断煤粉爆炸性的分类准则是爆炸性指数Kd。它是考虑燃料的活性 （可燃挥发份的含量及其热值）以及燃料中的惰性（燃料中灰份和固定碳的含量）的综合影响的结果。《DLT466-2004电站磨煤机及制粉系统选型导则》中煤粉爆炸性与爆炸性指数Kd之间的关系见表1

由表1可得出爆炸指数大于1.0就有爆炸的可能。

当煤的干燥无灰基挥发份大于10%（或煤的爆炸性指数大于1.0）时，制粉系统设计时就应考虑防爆要求；当煤的干燥无灰基挥发份大于25% （或煤的爆炸性指数大于3.0）时，不宜采用双进双出或者中间储仓式制粉系统。

煤粉的爆炸性能主要与煤粉特性如水份、灰份、挥发份及元素组成等有关，特别是挥发份、发热量影响最大。目前国内环保压力越来越大，要达到环保排放甚至超低排放，就必须使用挥发份、发热量相对较高的优质煤种，对于采用双进双出磨煤机燃的制粉系统，煤种及掺配就需要有特别的要求。

进行原煤的掺配工作时，应控制好干燥无灰基挥发份指标，且在炉前掺配均匀后再进入磨煤机。正常运行磨煤机入炉煤的干燥无灰基挥发份要小于38%，全水份应小于15%；即将准备停运磨煤机入炉煤的干燥无灰基挥发份应小于30%，且应在停磨前就将其烧空，避免出现自然爆炸的事故。在磨煤机低出力运行时，入炉煤的热值不宜太高，这样才能保证入炉煤中的灰份，从而降低煤粉的爆炸等级；另外，神华煤爆炸指数极高，甚至达到6.8左右，经长期掺配燃烧经验，神华煤属于极易爆煤种，原则上神华煤不经过掺配，不允许单独进入制粉系统进行研磨燃烧，如果掺配上煤，神华煤掺配比例最好不要超过50%。

2.8 设备的可靠性

制粉系统设备的可靠性是防止爆炸的基础。在选择磨煤机型式和制粉系统时，应根据煤的燃烧、磨损、输送、爆炸特性、可磨性、磨煤机的制粉特性及煤粉细度的要求，结合锅炉炉膛和燃烧器结构统一考虑，并考虑煤源特点、煤种煤质变化情况以达到磨煤机、制粉系统和锅炉燃烧装置匹配合理，保证制粉系统的安全经济运行。

表2是某双进双出制粉系统电厂近年煤种统计。

表1

表2

由以上统计可以看出所使用煤种爆炸指数均大于3.0，干燥无灰基挥发份也均在37%以上，但是制粉系统运行过程中在技术措施控制良好情况下，只有某台磨煤机发生多次爆炸，说明设备如果存在死角、积粉或者漏风等不合理情况下，会增加制粉系统爆炸的可能性。对于已经确定的制粉系统，就要在检修和技改过程中逐步消除有爆炸可能的设备因素。

（1）减少或消除积粉

积粉时间过长必然会发生自燃为爆炸提供可能。检修时要详细检查、消除系统内的积粉点，比如系统管道接口的相贯线的凸台，毛刺都要打磨光滑，并定期进行检查；磨煤机出口管至分离器进口管贴防磨陶瓷；避免水平段凹槽和不良接头，煤粉管道与水平交角不应小于45°。

（2）减少漏风

应提高分离器出口关断门、热风调整门、热风关断门、混合风门等制粉系统所有阀门材质，注意安装和检修时对门的调整，保证能够全开全关。

（3）防爆措施

煤仓、粉仓、制粉和送粉管道、制粉系统阀门、制粉系统防爆压力和防爆门的防爆设计均应按规定执行执行；必要时可装CO探测系统，用CO浓度仪预先诊断，提前采取措施等。

另外可安装启停报警装置，锅炉零米层、运转层、皮带层等处安装声光报警器，运行集控室设操作按钮等。

结语

通过以上的论述，说明为了有效的避免制粉系统发生爆炸着火事故，就应科学的采用上述所介绍的防爆技术措施。在制粉系统实际运行的过程中采用了这些防爆技术措施后，在燃用平均挥发份38%以下的煤种情况下，电厂没有再发生制粉系统爆炸等事故，取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]孙向峰.双进双出磨煤机的结构与优化运行调整[D].华北电力大学，2011. [2] DL/T 466-2004，电站磨煤机及制粉系统选型导则[S].

[3]神华国华电力.锅炉制粉系统防爆经验交流[Z].2009.

中图分类号：TK22

文献标识码：A