提高磨煤机出口温度的安全性探讨及防爆措施

王军民

（浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315722）

提高磨煤机出口温度的安全性探讨及防爆措施

王军民

（浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315722）

某发电厂长期提高磨煤机出口温度运行，大幅降低了锅炉排烟温度，经济效益显著。但随之而来的磨煤机爆燃问题威胁了机组安全稳定运行。结合国内相关研究成果和该电厂的实际应用情况，对提高HP1003中速磨出口温度的安全性进行探讨，并提出了防爆治理措施，对同类型磨煤机提高出口温度运行具有指导意义。

HP1003；磨煤机；爆燃；安全性；经济性

0 引言

某发电厂通过提高磨煤机出口温度运行，锅炉排烟温度平均降低约 6℃，锅炉效率提高约0.3%，折合节省供电煤耗约0.9 g/kWh，经济效益显著。但是，磨煤机出口温度与制粉系统的安全性及锅炉运行的经济性密切相关，提高磨煤机出口温度后，必然降低了制粉系统运行的安全裕量，增大了磨煤机爆燃的风险。

国内针对提高磨煤机出口温度的安全性，开展了大量的理论和试验研究[1-6]。

吕洪坤[3]认为煤在热解过程中可能析出CO（一氧化碳）等可燃气体，但是由于煤粉气流中的CO等可燃气体不可能达到爆燃极限及引燃温度，因此磨煤机及其出口管道内一般不会发生CO等可燃气体的爆燃，燃烧器喷口亦不会发生CO等可燃气体的回火问题。

沈跃良[4]针对不同特性的烟煤，开展了提高中速磨煤机出口温度的试验，在磨煤机入口风温不大于300℃、出口温度小于100℃的条件下，燃料加热研磨过程中CO的析出量均较小，且变化很小。

余海铭[5]通过数值模拟与试验的方法，研究中速磨煤机内部温度场及煤粉颗粒温度变化情况，结果显示，以可挥发水分7.28%的原煤为研究对象，当磨煤机出口温度达到100℃时，磨煤机内99.57%以上煤粉颗粒的温度低于200℃，煤粉可燃气体析出的可能性很小。

烟煤锅炉热风温度均在300℃左右，根据相关研究成果，适当提高磨煤机出口温度，不可能使煤粉气流中大量析出CO等可燃气体，更不可能直接导致磨煤机发生煤粉爆燃事故。

但是，提高磨煤机出口温度后，磨煤机爆燃却时有发生，且较温度提高之前爆燃事故发生更频繁，导致各燃煤发电厂对提高磨煤机出口温度这一节能举措积极性不高，甚至表示反对。在国内，虽然理论研究较多，但在实际应用中对磨煤机提高出口温度的安全性探讨却不多。以下结合某发电厂一年多的运行情况，全面探讨HP1003中速磨煤机提高出口温度的安全性，并提出了防爆治理措施，对同类型磨煤机提高出口温度运行具有重要的指导意义。

1 设备概述

某发电厂4×600 MW机组锅炉炉型为HG-1890/25.4-YM4，一次中间再热，固态排渣、单炉膛、平衡通风、Π型布置、全钢构架悬吊结构、露天布置，燃烧方式为前后墙对冲燃烧，采用30只低NOX（氮氧化物）轴向旋流燃烧器，前后墙各15只，分3层对称布置。制粉系统为中速磨正压直吹系统，配置6台HP1003型中速磨煤机，额定工况下5台运行，1台备用。

2 应用情况

2.1 煤种特性及磨出口温度规定值

锅炉常用煤种的煤质特性见表1，均为易爆煤种[7]。根据煤种特性，对不同煤种规定不同的出口温度：

（1）燃用塔优煤时，控制磨煤机出口温度不超过105℃。

（2）燃用蒙混、神混、伊泰、平朔等Vdaf小于40%的烟煤时，控制磨煤机出口温度不超过100℃。将磨煤机出口温度报警值由85℃更改为100℃，为保证磨煤机的安全，维持磨煤机出口温度高高跳闸保护定值（125℃）不变。

（3）燃用褐煤等高灰挥发份煤种时，控制磨煤机出口温度在55～65℃。

表1 常用煤种特性

2.2 磨煤机爆燃

提高磨煤机出口温度一年多来，共发生5次磨煤机爆燃，均发生在制粉系统正常运行工况下，其中3次磨煤机出口温度在95℃以上，2次出口温度在85℃以内，磨煤机爆燃前运行参数见表2。分析其爆燃原因，均为文丘里套积粉或磨煤机入口一次风道积煤而引起的自燃。

表2 磨煤机爆燃前运行参数

2.3 磨煤机润滑油劣化情况

磨煤机有2个独立的润滑油系统，第一润滑系统是3只磨辊装置自容油浴式润滑系统，采用680重负荷齿轮油，该油具有优异的氧化安定性和良好的粘温性能，100℃时粘度达32.1～41.1，高温时能提供有效的润滑保护作用。提高磨煤机出口温度后，磨煤机内温度提高20℃以上，未发生因油质劣化更换润滑油的情况，不存在导致油质明显劣化的异常。第二润滑系统用于齿轮装置润滑，在磨煤机外部循环，对润滑油油质无影响。

2.4 燃烧器喷口烧损情况

提高磨煤机出口温度后，通过对现场火焰的观察，煤粉气流的着火点没有明显提前。利用机组大修和小修机会，对燃烧器喷口进行全面检查，未发现燃烧器喷口烧损现象。可见，适当提高磨煤机出口温度，能保证燃烧器安全运行。

3 爆燃原因分析

发生煤粉爆燃必须同时具备以下3个条件：粉尘有爆炸性、粉尘悬浮在空气（氧气）中并与空气混合到爆炸浓度、有足以引起粉尘爆炸的点火源。缺少其中任何一个条件，爆燃都不可能发生。某发电厂HP1003型冷一次风正压直吹式制粉系统直接以热空气作为输送和干燥煤粉的介质，磨制的煤种为易爆烟煤，煤粉浓度在任意载荷的运行工况下均在爆炸浓度范围内[1]，完全满足煤粉爆燃的前2个条件，当系统内有足以引起粉尘爆炸的点火源时，磨煤机内煤粉气流爆燃必然发生。

该机组提高磨煤机出口温度后发生的5次爆燃，磨煤机出口温度有3次控制在95℃以上，2次在85℃以内，磨煤机入口温度均约为260℃。制粉系统正常运行时，若无积煤（粉）自燃，磨煤机入口温度在260℃左右，煤粉气流中大量析出CO等可燃气体的可能性极小[5]，不可能导致磨煤机爆燃。磨煤机出口温度控制在85℃以内仍发生2次爆燃事故，说明磨煤机出口温度的高低不是爆燃的直接原因。

爆燃发生后，对爆燃制粉系统全面检查，在磨煤机内部发现2处积煤（粉）部位，分别是磨煤机入口一次风道和磨煤机顶部文丘里套与落煤筒之间的腔室（见图1），在煤粉管道弯头及水平段未发现积粉自燃情况。在5次爆燃事故中，有1次是磨煤机入口一次风道堆积石子煤自燃，4次是磨顶部文丘里套与落煤筒之间的腔室堆积煤粉自燃。爆燃前，磨煤机内部存在积煤（粉）自燃，当有大量火星从磨顶部掉落或被热风带入煤粉悬浮空间，达到了点燃煤粉气流的着火能量，必然导致磨煤机爆燃。

图1 磨煤机文丘里套积粉位置

因此，提高磨煤机出口温度后发生磨煤机爆燃事故的根本原因是磨煤机内部积煤（粉）自燃。而提高磨煤机出口温度后，煤粉气流的着火热大幅降低，增大了煤粉气流爆燃的风险，降低了安全裕度，导致磨煤机爆燃频率增加。

4 防爆措施

4.1 设备防爆改造

提高磨煤机出口温度后，磨煤机爆燃的风险增大。针对某发电厂HP1003型中速磨存在的问题，对磨煤机进行适当改造，消除磨煤机内部积煤、积粉，从根本上避免爆燃的发生：

（1）消除磨煤机入口一次风道积煤。一次风道进磨煤机入口段水平布置，石子煤或原煤在离心力的作用下被甩向一次风进风口，在高温环境下，长期堆积的石子煤或原煤自燃，产生明火。在刮板的圆周方向外延增加高度150 mm的挡煤环，可减少石子煤返回一次风道。但是，由于离心力的作用，不能彻底杜绝石子煤进入一次风道。

若要彻底解决该隐患，应将入口一次风道水平段改造为与水平面夹角不小于30°的倾斜段，大于燃用煤种的最小安息角，避免原煤在入口风道堆积。但是，该发电厂磨煤机一次风道布置空间狭小，无法实施改造。

（2）封堵磨煤机顶部文丘里套与下落煤筒之间的腔室。文丘里套下部与落煤筒之间的空隙并不是全焊的，靠6块钢块焊接固定在落煤管上，下部与落煤管有20 mm左右的间隙，形成一个下部开口的环形密闭空间，细小的煤粉沉积在文丘里套的斜面上堆积自燃（见图1）。通过将20 mm左右的缝隙整圈焊住，封闭该空间，可避免煤粉堆积自燃。

（3）加装磨煤机内部CO在线监视装置。磨煤机内部积粉（煤）自燃，必然生产大量可燃气体，通过在线监测装置，能及时发现异常，采取有效措施抑制爆炸事故发生。

4.2 运行防爆措施

提高磨煤机出口温度运行期间，需要规范运行操作，加强磨煤机运行参数监视及就地巡检。针对制粉系统运行的启停阶段及特殊工况，需采取必要措施，降低爆燃风险。

（1）规范运行人员启停磨操作。启磨前，至少吹扫5 min，暖磨过程中，控制磨煤机出口温度不超过70℃；停磨时，先降低磨煤机出口温度至60℃以下，再停止给煤机运行，并对磨煤机进行充分吹扫，待磨煤机电流降至空载电流后，停止磨煤机运行。

（2）加强运行磨煤机的参数调整及巡检。磨煤机在最低载荷运行时，煤量及风量最小，煤粉气流的着火热最低，爆燃风险很大。在此工况下长期运行，要控制磨煤机出口温度不超过85℃，降低爆燃风险。加强对磨煤机的巡检，尤其是检查磨煤机的石子煤仓，如果发现喷火、冒烟等着火现象，即果断降低磨煤机出口温度至70℃以内，必要时停运磨煤机，检查、清理侧机体内及一次风道积煤。

5 结论

（1）提高磨煤机出口温度后，不会发生磨煤机润滑油劣化明显加速的情况，也未出现燃烧器喷口烧损现象，能保证设备系统安全运行。

（2）提高磨煤机出口温度，不会直接导致磨煤机爆燃，但却大幅降低了煤粉气流的着火热，增大了煤粉气流爆燃的风险。磨煤机爆燃的根本原因是磨煤机内部积煤（粉）自燃，达到了煤粉气流的点火能量，最终点燃煤粉造成爆燃。

（3）磨煤机出口温度提高后的防爆措施，关键是对设备全面治理，消除磨煤机内部积煤（粉）死角。

（4）制粉系统运行时，燃用煤种、煤量经常变化，一次的风风量、风速随工况变化，启停磨操作频繁，磨煤机各部件的磨损及故障经常发生，均会导致磨煤机内部及粉管积煤（粉）自燃。因此，运行控制是防爆的主要措施之一，必须严格执行运行防爆措施，防止爆燃。

（5）磨煤机提高出口温度运行，锅炉排烟温度大幅降低，经济效益显著，但是爆燃风险却大幅增加。提高磨煤机出口温度要慎重，必须经过长期试验，找出设备安全隐患，并彻底治理。同时，要制定完善的防止磨煤机爆燃的运行措施，通过运行的合理控制降低爆燃风险。设备治理及运行控制同步开展，才能保证锅炉安全、经济、稳定运行。

[1]邱盈忠，陈献春.600 MW机组中速磨煤机燃用高挥发份煤种时防爆控制[J].电力与电工，2013（4）∶94-97.

[2]崔福兴.提高中速磨煤机出口温度的可行性研究[D].杭州：浙江大学，2010.

[3]吕洪坤，常毅君，裘立春，等.提升1000 MW机组磨煤机出口温度的措施研究[J].浙江电力，2013，32（4）∶30-34.

[4]沈跃良.提高HP983中速磨煤机出口温度对锅炉运行的影响[J].热力发电，2013，32（4）∶9-13.

[5]余海铭.中速磨煤机内部温度场数值模拟与试验研究[D].杭州：浙江大学，2014.

[6]邱莉莉.煤粉颗粒群与甲烷混合着火研究[J].锅炉技术，2004（5）∶36-40.

[7]DL/T 466-2004电站磨煤机及制粉系统选型导则[S].北京：中国电力出版社，2004.

（本文编辑：徐 晗）

Safety Discussion and Anti-explosion Measures for Coal Mill with Outlet Temperature Rise

WANG Junmin
（Zhejiang Datang Wushashan Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315722，China）

The coal mill in a power plant runs long with its outlet temperature raised，which greatly reduces the exhaust temperature of boilers and obtains significant economic benefit.However，the consequent deflagration brings threats to operation safety and stability of the units.On the basis of domestic research achievement and its application in the power plant，the paper discusses the safety of outlet temperature rise of HP1003 medium speed mill；besides，it presents some anti-explosion measures，providing reference for the identical coal mills operating with outlet temperature raised.

HP1003；coal mill；deflagration；safety；economy

TM621.2

：B

：1007-1881（2017）03-0055-04

2016-08-31

王军民（1980），男，工程师，从事发电厂锅炉运行管理工作。