浅谈基于风险管控最有利的一种煤粉仓放粉措施

宋俊

（中国石化扬子石化公司热电厂，江苏 南京 210048）

1 引言

燃用煤粉的锅炉由煤粉制备系统供应合格的煤粉。煤粉制备系统是指将原煤磨制成粉，然后送入锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需设备和相关连接管道的组合，通常简称制粉系统。制粉系统分为直吹式和中间储仓式2 种。中间储仓式制粉系统是磨煤机磨制的煤粉先储存于煤粉仓中，然后再根据锅炉燃烧运行负荷的需要，将煤粉由煤粉仓经给粉机输出并送入炉膛燃烧。

煤制成尺寸不同、形状不规则的煤粉以后，其表面积比原煤大很多，与空气中氧的接触面积及吸附氧的数量也相应大大增加，氧化放热使煤粉温度升高，如散热条件不良，煤粉温度升高一定程度后，即可能自燃。这种煤粉以一定的浓度分散在空气中,一旦达到适当的燃点，就会发生燃烧并迅速传播导致爆炸。因此煤粉在干燥、储存、输送过程中存在自燃、爆炸的可能性。

煤粉爆炸性的主要因素有：

（1）煤的挥发分：挥发分含量高，产生爆炸的可能性大，一般条件下Vdar<10%的煤粉无爆炸风险。

（2）煤粉粒径：煤粉越细，煤粉颗粒比表面积随之增大，氧气向颗粒表面扩散的时间将缩短，爆炸危险性越大。

（3）气粉混合物浓度：煤粉与空气混合物比例为1.2 ～2.0kg/m3时，爆炸的危险性最大。就煤粉而言，当煤粉浓度在30mg/m3以上时，极有可能发生爆炸。

（4）煤粉沉积：制粉系统中的煤粉沉积，往往会因逐渐自燃而成为引爆的火源。

（5）气粉混合物中的氧气浓度：浓度高，爆炸危险性大。

（6）气粉混合物流速：气粉混合物流速过高、过低对防爆都不利。流速低，煤粉有可能沉积；流速过高，可能引起静电火花而导致煤粉爆炸。一般气粉混合物流速控制在16 ～30m/s 之间。

（7）气粉混合物温度：温度高，爆炸危险性就大。运行中应根据Vdaf 高低，严格控制磨煤机出口温度。

（8）煤粉水分：过于干燥的煤粉爆炸危险性大。煤粉水分要根据挥发分Vdaf、煤粉贮存与输送的可靠性以及燃烧的经济性综合考虑确定。

煤粉系统爆炸的防范：正常运行中为防止制粉系统粉仓燃烧、爆炸，一般可以从管理、运行、维护、定期制度等多方面入手，以及填充惰性气体，防范制粉系统爆炸。

2 问题的提出

煤粉中间储存的设备——煤粉仓，所储存的煤粉，具有粒度细、挥发份高、流动性和吸附性、自燃和爆炸性等特点，故有发生爆炸的危险性。煤粉仓的粉，本身就是积粉，当积粉发生一定时间后，由于煤粉自身氧化分解产生能量，极易发生自燃。煤粉仓自燃、爆炸是火电厂常见的安全隐患。

某热电厂6#锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-220/100-10 型燃煤锅炉，曾因水冷壁爆管紧急停炉。因6#炉水冷壁管整体状况较差，计划用45 天进行更换，不具备启动烧粉条件。当时粉仓内存粉多（粉位3.29m/2.98m），接近粉仓容积的80%，煤粉温度50℃左右，存在煤粉自燃、粉仓余粉缓慢氧化自燃、制粉系统爆炸的重大风险。根据运行经验，对粉仓存粉采取充氮、加干冰等措施，最多维持7 ～10 天左右的粉仓温度，一旦超时，粉仓温度可能快速上升，并无法控制，因此迫切需要在最短的时间内采取合理有效的措施，对粉仓内煤粉进行处置。

3 放粉方法的甄选

对煤粉仓中煤粉进行处置，既是消除危险源，同时也要考虑放粉过程风险控制。每个企业会根据其自身安全生产的特点,在风险评估的基础上，通常采取以下几种基本方法：消除法、代替法、隔离法、工程方法、个人防护和行政管理的方法，实现风险的控制和消除。

前些年，管理标准不是很高，环保意识不是很强，遇到类似煤粉仓高料位时突发停炉事件，为避免粉仓温度高引起意外事故，通常都是采用人工放粉、清粉的方法。

（1）直接采用大塑料袋接粉。煤粉堆积密度可达0.7 ～0.9t/m3，看起来很少，放出来很多，放粉过程中温度高的煤粉容易烫坏塑料袋，煤粉到处流淌，严重污染现场和周围环境，同时存在粉尘爆炸风险。

（2）通过水箱放粉。在给粉机平台放置1 个敞口水箱，从给粉机下端布置1 根管子通在水箱里面，慢慢通过煤粉自流往水箱放粉，调和成块状粉饼，再把粉饼运输到煤场。这个方法放粉必须缓慢，否则煤粉会从水面溢出来，同样污染现场和周围环境，整个过程需要的时间长。

考虑到人工放粉，耗时耗力，易造成煤粉飞扬，对环境污染程度大、放粉过程煤粉遇到空气易自燃等安全的问题，本文经过对现场系统和制粉系统工艺的研究，基于风险管控“合理”“切实”“可行”的原则，考虑采取“工程方法”，即新建一套临时邻炉送粉装置，向6#炉相邻的7#炉在线输粉，实现此次粉仓的煤粉放粉风险的控制和存粉风险快速处置消除。

4 措施的实施及效果

4.1 措施的内容

图1

图2

经现场勘察，确定的方案为：应用气固两相流气力输粉原理，将6#炉存粉送入邻近的7#炉制粉系统甲侧磨煤机出口管。

自6#炉给粉机下粉管接出连至7#炉甲侧磨煤机出口管（系统正常运行压力-2000pa）作为输粉母管，敷设一路氮气管道连接至输粉母管上作为输送气源，启动给粉机下粉，实现流化下粉、气粉输送、负压吸入的输粉过程。

具体如下：

（1）拆除#6 炉给粉机下方落粉管，制作漏斗形接粉装置，与给粉机下口法兰配套。

（2）安装一路输粉母管，选用金属软管（DN150,PN25）与给粉机接粉装置连接，另一端与钢制管道（DN150PN2520#）法兰连接，总长度约30m,连接至7#炉甲侧磨煤机出口管（即粗粉分离器进口管）上。

（3）敷设一路氮气管道（DN32,PN25）接入输粉母管源头处，作为输送气源。

（4）输粉母管上间隔3m 左右安装插入式助推喷嘴，连接氮气，起到助推作用，防止输粉母管堵塞。

（5）利用给粉机变频器调节转速，作为控制下粉速度的装置。

（6）管道法兰之间设置静电跨接，管道接地，防止静电。

4.2 控制要点

安装完成后开始调试，先开氮气阀进气，再开负压关断阀，最后启动给粉机下粉进行系统试运，正常后开始正式输粉。

主要要点有：

（1）因煤粉具有易燃易爆特性，因此放粉过程需紧密关注粉仓温度、下粉输送速度，切不可操之过急。

（2）相关人员应对输粉全过程进行管控，根据现场监测的给粉机下粉管和输粉管温度，结合DCS 中粉位、粉仓温度，多方面综合判断，控制给粉机转速、适时切换给粉机，实现粉仓彻底放粉。

（3）输粉前7#炉甲磨停止运行，保持乏气送粉，控制甲磨出口温度60℃左右运行。

（4）输粉过程需结合粉仓粉位，8 台给粉机轮流输粉，确保粉仓粉位整体下降。待每台给粉机下粉管温度下降并恒定在37~38℃左右时，代表对应的给粉机上部煤粉已走空，敲管后关闭相应插板门，吹扫输粉管10min。

输粉时按以下顺序进行操作：

①7#炉甲侧制粉系统具备受粉条件。

②开临时输粉管至7#炉甲磨出口管的蝶阀。

③开至输粉管根部氮气门，稍开至输粉管中部氮气门，吹扫5min。

④开6#炉给粉机插板门。

⑤启动6#炉给粉机，逐渐调整转速至250 转/min。放粉过程中通过调节给粉机转速控制输送粉量。

⑥检查6#炉给粉机下粉管温度和输粉管温度正常。

⑦运行中严密监视6#炉给粉机电流、关注输粉氮气情况，防止堵管。

停止输粉时按以下顺序操作：

①停6#炉给粉机，关给粉机下粉插板。

②保持输粉管吹扫10min 后，关至输粉管根部氮气门、关至输粉管中部氮气门。

③关临时输粉管至7#炉甲磨出口管蝶阀。

4.3 实施效果

本次放粉全过程，6#炉输粉前粉仓最高温度65℃；输粉中粉仓最高温度75℃；输粉后粉仓最高温度39℃，均处于正常范围。

说明停炉后立即对粉仓吸潮门、绞笼插板门、锁气器等及时封闭，对粉仓及时充氮等措施，对粉仓温度的稳定控制有积极作用。在此基础上，通过邻炉输粉装置将6#炉粉仓内煤粉放空，整个过程安全可控，消除了煤粉自燃、爆炸的重大安全风险，避免了人工处置的繁重工作量和对环境的影响，为水冷壁检修提供连续作业条件。

5 结语

通过6#炉粉仓放粉措施的实践，证明采用气力输送技术向邻炉送粉是煤粉仓多种放粉方式中风险管控较为合理的方法，对同类型锅炉紧急停炉后煤粉仓内煤粉处置有较好的借鉴作用，该方法既消除了粉尘自燃爆炸风险，也保证了粉仓清理过程中的安全性和工作效率。