600MW超臨界機組燃燒印尼煤時制粉系統爆破原因分析及改進

摘 要：湖南華電長沙發電有限公司600 MW超臨界機組燃用印尼煤時出現了幾次嚴重的制粉系統爆破事故。通過分析制粉系統爆破的經過和現象，掌握了磨煤機爆燃的原因，并針對這些原因，提出了防止制粉系統爆破的技術措施及改進方法。

關鍵詞：爆破 印尼煤 分析 改進

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0114-02

1 前言

1.1 設備簡介

湖南華電長沙發電有限公司#1火電機組于2007年10月份正式通過168試運投入商業運行。該機組采用東方鍋爐廠有限公司生產的600 MW超臨界參數變壓直流本生型鍋爐，一次再熱，單爐膛，尾部雙煙道結構并帶有（選擇性催化還原法SCR）脫硝裝置，采用平行擋板調節再熱汽溫，固態排渣，全鋼構架，全懸吊結構，平衡通風，露天布置，型號為DG1900/25.4-II1。鍋爐配置6套雙進雙出鋼球磨煤機冷一次風正壓直吹式制粉系統，每臺磨煤機分離器共引出4根送粉管道，兩側各2根，總共24根，對應鍋爐24個煤粉燃燒器。燃用設計煤種并在最佳鋼球裝載量下，R90=9.5%時，制粉系統總的出力不小于鍋爐B-MCR工況時的燃煤消耗量的115%，五臺磨煤機的連續出力能滿足汽輪機額定工況的出力要求。鍋爐設計煤種為山西貧煤，校核煤種為晉北煙煤。

1.2 鍋爐設計煤種與印尼煤的比較

印尼煤具有高揮發分、高水分、低發熱量、低灰分等特點，因此，在燃燒該煤種時，可能會出現總煤量偏高的問題[1]。由于印尼煤最大的特點是其揮發分很高，燃煤容易著火、自燃，因此，在燒用印尼煤時，很可能發生煤場自燃、制粉系統爆破、因為著火提前燒壞燃燒器噴口等問題[2]。

2 磨煤機爆破事故經過及現象

2011年11月30日03：48，#1爐#1制粉系統停運過程中，惰化蒸汽未能及時投入，發生爆破，造成A1、A3燃燒器火嘴及#1磨兩端膨脹節等處損壞脫落。2011年12月11日00：25，#1爐減負荷過程中，#6磨煤機料位低，#6A給煤機斷煤，惰化蒸汽投入晚，重新來煤后發生爆破，造成F3燃燒器火嘴損壞脫落，砸壞#1爐冷灰斗水冷壁，卡住撈渣機。

2.1 #1磨煤機爆破事故經過及現象

2011年11月30日，#1機組負荷370MW，#1、#2、#3、#6磨運行，#4、#5磨備用。3：15值長令：試停#1磨準備檢修。3：25準備停#1磨，全開#1磨冷一次風門，減給煤量。3：34#1A、#1B給煤機給煤量至最小。3：36啟#4磨以滿足負荷及運行方式需要。3：37停#1A、#1B給煤機。3：38開#1磨惰化蒸汽氣動門，3：40關#1磨惰化蒸汽氣動門，3：43再次開#1磨惰化蒸汽氣動門，惰化蒸汽壓力0.36 MPa，未發生變化。3：48從#1爐東側傳來一聲異響，#1磨爆破。就地附近#3磨火檢端子箱著火立即將火撲滅。3：48 #4磨跳閘，緊急投用所有層點火油槍穩燃，投入空預器連續吹灰。3：50手動停止#1磨運行。3：51#3磨跳閘，投#3磨惰化蒸汽全開#3磨冷一次風門吹掃。手動快關汽機調門，減給水流量，負荷最低降至270 MW。3：52啟#4磨、#5磨。4：00鍋爐燃燒趨于穩定機組負荷維持330 MW。

2.2 #6磨煤機爆破事故經過及現象

11日00：00，負荷：490 MW，#1、#2、#3、#4、#5、#6磨煤機運行。11日00：00，AGC開始降負荷指令430 MW，00：11停運#5磨煤機，#6磨煤機正常運行，熱一次風門開度79%，冷一次風門開度100%，磨入口溫度210℃，分離器風壓驅動端4.78 kPa、非驅動端5.54 kPa。粉管風速F1、F2、F3、F4分別為：33、33、30、32 m/s。差壓料位計驅動端290 Pa、非驅動端250 Pa。分離器溫度驅動端63 ℃、非驅動端63 ℃。給煤機煤量：#6A 14t/h、#6B13t/h，磨煤機電流106～109A。00：22，#6A給煤機斷煤，驅動端分離器溫度65 ℃，非驅動端分離器溫度64 ℃，關小熱一次風門開度至72%，將#6磨兩側容量風門從80%關至72%。00：23，手動增加#6B給煤機煤量：13 t/h至21 t/h。00：24，手動投入#6磨惰化蒸汽母管壓力從0.36 MPa降至0.10 Mpa， 此時磨煤機料位：驅動端256 Pa、非驅動端203 Pa。00：25#6A給煤機來煤，煤量從2 t/h增至14 t/h，停惰化蒸汽，惰化蒸汽共計投入11秒鐘。00：25，#1鍋爐側傳來爆炸聲，爐膛負壓瞬間至+310 Pa，F3燃燒器火檢模擬量變壞點。此時：#6磨入口溫度210 ℃，分離器風壓驅動端4.78 kPa增至 5.19 kPa，非驅動端5.54 kPa不變。粉管F1、F2、F3、F4風速分別為：31、28、39、41 m/s。差壓料位計：驅動端270 Pa、非驅動端230 Pa，分離器溫度驅動端66 ℃、非驅動端69 ℃。#6A給煤機煤量14 t/h，#6B給煤機煤量21 t/h，磨煤機電流106～109 A。隨后#1磨跳閘，運行人員立即緊急投入E層、C層、B層、D層點火油槍穩燃。再次投入#6磨惰化蒸汽停運#6磨。巡檢就地檢查確認F3燃燒器爆裂。#6磨兩側分離器本體未見異常，給煤機本體未見異常，就地惰化蒸汽投入正常。

3 磨煤機爆破后搶修中發現問題及原因分析

3.1 磨煤機分離器存在內部積粉

現場打開發生爆破事故的磨煤機分離器人孔門，均發現分離器內倒錐體和折向擋板處有殘余火星，說明這些部位存在積粉情況。打開其它停運的磨煤機分離器人孔門，發現折向擋板背風面處確實存在積粉。

3.2 粉管內部存在積粉

磨煤機爆破后，加大冷風冷卻，現場割管檢查發現，磨煤機粉管的水平段彎頭處存在積粉。磨煤機出口粉管積粉，時間長了，或溫度高時，印尼煤就可能自燃，引燃粉管，造成磨煤機爆破。

3.3 制粉系統惰化蒸汽管道堵塞

#1制粉系統爆炸后，鍋爐檢修人員打開#1磨驅動端入口處惰化蒸汽管道水平段，發現內部已被煤粉、鐵銹等泥巴裝雜物堵死。隨后鍋爐檢修人員對#1、2爐磨煤機惰化蒸汽系統存在的問題進行了徹底處理，經運行人員投運試驗，恢復正常。

3.4 低溫環境導致印尼煤結露

環境溫度的變化對燒用印尼煤有一定的影響。普通煤粉的結露溫度為46 ℃，而印尼煤的另一個特點就是高水分，因此結露溫度更低?？紤]到粉管的溫降一般在10℃ ～15 ℃，所以磨煤機出口的溫度一般不能低于57 ℃。當環境溫度較低，小于15 ℃且又有大風時，粉管的溫降加大，所以此時磨煤機的出口溫度要相應提高到60 ℃～65 ℃。磨煤機爆破發生當天，環境溫度突降，平均溫度在8℃左右，且金灣發電有限公司位于海風較大的港口附近，較低的環境溫度加上較大的風速，使磨煤機出口煤粉管的溫降大為增加，現場測量時，最大的溫降有25 ℃，從而增大了印尼煤結露的可能性。在磨煤機發生著火之前，燒用印尼煤的各臺磨煤機出口溫度均控制在57 ℃左右，未及時根據環境溫度變化作出相應調整，可能使粉管中部分印尼煤產生結露，從而積聚在粉管中，增大了磨煤機爆破的可能性。

4 摻燒印尼煤時防止磨煤機爆破的技術措施及改進方法

煤粉爆炸的主要原因是煤緩慢氧化，產生可燃氣體，可燃氣體與空氣混合，達到一定濃度比例后遇火發生連鎖爆炸。煤粉的爆炸需要3個基本條件，即可燃物的存在、合適的氧濃度和足夠的點火能量。煤粉爆炸的過程是懸浮在空氣中的煤粉的強烈燃燒過程，影響煤粉爆炸的因素主要有煤質特性、煤粉混合物溫度、煤粉細度和煤粉濃度等。防止制粉系統爆炸的主要措施一般都從控制磨煤機出口溫度、控制煤粉細度、防止煤粉沉積自燃產生火源及控制氧濃度和控制煤粉干燥條件、防止煤粉熱解產生大量可燃氣體等方面入手。

4.1 運行調整方面

4.1.1 入磨煤質控制

在煤場條件允許的情況下，印尼煤宜采取摻混方式入磨。

4.1.2 磨煤機進出口溫度控制

燃用印尼褐煤時磨煤機入口溫度最高不超過265 ℃，分離器出口溫度控制在60 ℃～65 ℃，最高不超70 ℃，最低不低于55 ℃。

4.1.3 磨煤機料位控制

燃用印尼褐煤時，為防止磨煤機斷煤后磨內煤粉濃度很快達到爆炸極限范圍內，控制磨煤機料位在500～700 Pa的稍高料位運行。

4.1.5 磨煤機出力、粉管風速控制

磨制印尼煤的制粉系統維持高出力運行，容量風門開度控制在80%以上，粉管風速提高至28～35 m/s，任何時候風速不得低于22 m/s，增強一次風的攜帶煤粉的能力，防止發生積粉和燃燒器燒壞事故。

4.1.6 磨煤機消防惰化蒸汽的投入

（1）如給煤機發生斷煤或其他故障跳閘或分離器出口溫度超過70 ℃或料位低于300 Pa時，須立即投入惰化蒸汽系統，確認料位恢復正常后再停止惰化蒸汽。任一磨煤機惰化蒸汽投運時惰化蒸汽母管壓力維持0.2 Mpa以上，溫度200～300℃。

（2）為防止印尼褐煤氧化、熱解析出CO等可燃氣體造成爆炸，在每次啟動對應燃用該煤種的磨煤機前，投入惰化蒸汽，并用冷風吹掃30 min后啟動磨煤機，磨料位大于300 Pa后退出惰化蒸汽。

（3）磨煤機事故跳閘或緊急停運后，應投入惰化蒸汽10～15 min。每1小時間斷投入1次。磨煤機恢復啟動前先投入惰化蒸汽，啟動盤車電機，開冷風門吹掃余粉不低于30 min。

（4）停運燃用印尼煤的磨煤機時，停磨前應嚴格按要求控制磨煤機入口風溫，防止磨煤機停止后，造成磨煤機內部溫度升高。給煤機走空后停運，給煤機停運后投入惰化蒸汽，冷風至少吹掃20 min后才能停磨，磨煤機停運后開啟冷風30 min吹盡制粉系統各部余粉。

4.1.7 煤粉細度控制

磨制印尼煤的磨煤機其分離器折向擋板應開大，適當提高煤粉細度，煤粉細度按照R90=0.5nVdaf+4選取，維持在25%～30%左右。

4.2 檢修、巡視方面

4.2.1 清理積粉、處理漏粉

（1）加強對燃用印尼煤制粉系統粉管、分離器、回粉管等的檢查、檢修和維護，發現漏粉、積粉及時處理。

（2）定期清理磨煤機分離器折向擋板。

（3）定期檢查回粉管是否堵塞，防止由于煤粉積聚堵塞，加強監視分離器出口溫度和回粉管溫度，發現回粉管堵塞及時清理。

（4）發現制粉系統漏粉應及時處理。

4.2.2 勤檢查，及時消缺

（1）制粉系統冷熱風調門、總風門、容量風門、旁路風門、惰化蒸汽總門及各分門、疏水門等應確保開關靈活，關閉嚴密，無卡澀，發現問題及時消缺。

（2）制粉系統各熱工測點顯示不準時應及時反饋，定期校驗。

（3）加強對粉管膨脹節、回粉管、分離器等處的檢查巡視。

（4）對已停運的磨煤機，也要監視檢查原煤斗、給煤機、磨煤機的溫度，當發現原煤斗有著火的跡象時，應立即通知燃料向原煤斗澆水，投入消防系統；發現磨煤機內部溫度升高立即投入惰化蒸汽。

4.3 制粉系統優化、改造方面

4.3.1 增大冷風管

目前制粉系統是按照燃用劣質煙煤和貧瘦煤設計，冷風管路設計流量較小，燃用印尼煤需加粗冷風管路。

4.3.2 裝設防爆門

在制粉系統驅動端和非驅動端兩側熱風管道上以及各粉管上加裝防爆門，降低制粉系統爆炸時產生的危害，將損失降至最小。

4.3.3 加裝熱工測點

（1）在回粉管上加裝溫度測點，對回粉管溫度實時監控，避免回粉管堵塞積粉造成煤粉自燃。

（2）在分離器出口加裝O2和CO測點，并將其納入DCS聲光報警，當氧量下降、CO含量上升時聯鎖投入惰化蒸汽。

（3）加強制粉系統各熱工測點（料位、風壓、溫度、速度等）的檢查、校驗。

4.3.4 在13.7 m平臺加裝專用霧化水槍，用于制粉系統著火時使用

4.3.5 惰化蒸汽改造

針對目前惰化蒸汽系統頻繁堵塞的情況，對惰化蒸汽系統管路進行優化改造。

5 結論

燃用印尼煤制粉系統防爆主要是防止制粉系統各部位的積粉，防止積粉自然導致制粉系統爆炸。當制粉系統出現異常時或啟、停磨時，及時、可靠地投入惰化蒸汽來降低煤粉中的氧量能起到防爆的作用。湖南華電長沙發電有限公司采取了上述相應技術措施及設備改造之后，#1號鍋爐摻燒印尼煤過程中，燃用印尼煤的磨煤機到目前為止暫未出現著火爆炸事故，取得了良好的效果，保證了機組設備的安全穩定運行。

參考文獻

[1]周利慶，葛建忠.對高揮發份進口煤的安全燃燒及評估[J].鍋爐技術，2004（4）.

[2]李明亮.珠海發電廠燃煤鍋爐印尼煤摻燒運行特性及優化[J].鍋爐技術，2006（6）.

[3]劉洋，陳斌源，朱定偉，等.國產600 MW超臨界機組燃燒印尼煤時制粉系統爆破分析及改進.鍋爐技術，2008（4）.