火电厂防爆型一次风箱的研究及应用

余祖伟，胡文佑（安徽马鞍山万能达发电有限责任公司，安徽 马鞍山 243051）

火电厂防爆型一次风箱的研究及应用

余祖伟，胡文佑
（安徽马鞍山万能达发电有限责任公司，安徽 马鞍山 243051）

安徽马鞍山万能达发电有限责任公司有四台燃煤机组，设计煤种均为无烟煤与低挥发份贫煤各半的混煤，年消耗燃煤300万吨，重点计划供应煤源约占公司煤源的30%，另外70%依靠市场采购的方式获取，煤源较杂。市场煤的价高质差且不稳定，计划煤得不到保证。

改烧神华烟煤；研究和开发；防爆

1　爆炸机理分析

一次风箱是中储式制粉系统锅炉的主体设备之一，是通过煤粉管道向炉膛内煤粉输粉介质直接来源，对燃烧系统运行至关重要。由于一次风热风温度较高，通常可以达到300℃，而乏气又带有一定浓度的煤粉，所如果两种之间的混合方法和混合过程控制不当，当混合物的可燃物浓度和温度达到煤粉云的爆炸极限，就容易产生爆炸事故。总体而言，煤质、风箱内的动力场及温度场对爆炸现象的发生具有决定性影响具体分析如下：

1.1煤及煤粉云的爆炸特性

制粉乏气中含有一定浓度的煤粉，当煤粉进入被加热时，将释放出煤中所含的CO、CO2、H2、CH4等可燃气体，且煤粉在一定温度气体中的弥散状态下，本身就具有较强的易燃易爆性能，这是带粉系统发生爆炸的根本原因。

煤粉的爆炸特性与煤的易燃性、灰分、水分、煤粉细度、气粉混合物的温度和浓度、气粉混合物中的含氧量等因素有关。煤的爆炸性指数Kd综合了煤的易燃性和灰分的影响，可代表煤在煤粉的水份、煤粉细度、浓度、温度、气粉混合中含氧量相同情况下煤粉的爆炸特性。爆炸性指数Kd按下式计算［1，2］：

式中：Kd—煤粉的爆炸性指数；

Vd—煤的干燥基挥发分，%；

Vvol，que—燃烧所需可燃挥发分的下限（考虑灰和固定碳），%；

Vvol—不考虑灰和固定碳时燃烧所需可燃挥发分的下限，%；

Qvol—挥发分的热值，kJ/kg；

Qnet，v，daf—煤的干燥无灰基低位发热量，kJ/kg；

FCdaf—煤的干燥无灰基固定碳含量；

Vdaf-—煤的干燥无灰基挥发分含量

1.2气体动力场的影响

热一次风与乏气混合风箱内的流场对风箱的防爆能力影响较大，流场组织不好容易产生积粉和可燃气体聚集区，导致风箱内局部可燃物浓度过高，在变工况情况下易引发爆炸事故。

由于乏气热风复合送粉系统是分别通过管路将制粉乏气和一次风热风引入一次风箱，乏气温度约80℃，一次风温度约300℃，必须采取相应的技术措施，使得乏气和热风良好掺混之后降低温度，使得送粉介质的温度在制粉系统防爆规程允许的风粉混合物温度低于160℃的要求［3］。另一方面，乏气与热风的混合必须使得乏气在一次风箱内的流场顺畅，不应产生死区及较大的回流区。因为死区和大回流区分别会导致风箱内的积粉存在，回流区也会使得可燃气体聚集浓度升高。特别是在变工况条件下，一次风箱内的会场剧烈扰动，易造成积粉上扬，风箱内煤粉浓度迅速升高，引发一次风箱内的煤粉云和可燃气体爆炸，引发安全事故。

1.3温度场的影响

煤粉云的爆炸达到其爆炸极限后发生，爆炸极限的三个重要条件一个是需要氧量，第二个一个是上文所述的可燃物浓度，第三个就是混合物温度。在较高的温度条件下，煤粉会发生热解反应，热解速率和挥发气体的释放量都有重要关系。风箱内的温度场的分布与流场组织具有重要关系，如果风箱内的温度场组织不合理，一方面容易导致乏气再过高的温度条件下产生爆炸，另一方面也使得一次风送粉管道内的一次风温分布不均，引发部分送粉管道内的风温过高，容易出现粉管和喷口烧损情况。

2　技术研发

2.1常规一次风箱

受到改造现场场地限制，这种结构虽然能够满足乏气和热风通风和混合的基本需要，但风箱内的乏气与热风的预混段存在较多的死角和回流区，乏气中携带的煤粉会在风箱的角部大量积存，另一方面，预混段的收到通风管道连接的需要，截面积较大，风箱内流速较低，也容易为煤粉的沉积创造条件。故这种结构的一次风风箱防爆能力差，在变工况条件下，风箱内流场剧烈扰动，容易出现积存煤粉上扬，可燃物浓度迅速上升，引发一次风箱爆炸事故的发生。

2.2防爆型一次风箱

通过改进一次风箱的结构和内部气流的混合方式，达到保证带有乏气送粉的介质在一次风箱内不沉积、不自燃、不爆炸的目的，从而提高一次风系统的送粉安全性。本发明通过将带粉乏气的乏气风管道A 2和乏气风管道B 3通过乏气风混合喷嘴A 5乏气风混合喷嘴B 4直接送入一次风箱底部的一次风送粉管道7上游，避免了乏气风与热一次风管道1送入的热风再一次风箱预混段6内混合。

3　结论

安徽马鞍山万能达发电有限责任公司通过对乏气热风复合送粉系统一次风箱爆炸发生的机理的分析，提出该类型制粉系统一次风箱设计中的防爆要点，研发了一种新型防爆型一次风箱的具体结构，并将该方案在无烟煤改烧神华烟工程中得到应用，应用取得圆满成功，保证了带有乏气送粉的介质在一次风箱内不沉积、不自燃、不爆炸的目的，从而提高一次风系统的送粉安全性，具有应用和推广价值，为同类型机组掺烧烟煤改造提供了宝贵经验。

［1］DLT5145-2002 火力发电厂制粉系统设计计算技术规定.

［2］DLT5203-2005 火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程.

［3］DLT466-2004电站磨煤机及制粉系统选型导则.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.137