燃煤鍋爐制粉系統爆炸原因分析及防范

聶常貴，牟效民，霍林華

（中國石油克拉瑪依石化公司熱電廠，新疆 克拉瑪依 834003）

燃煤鍋爐制粉系統發生爆炸事故，輕則造成設備損壞、鍋爐運行中斷，重則導致人員傷亡。因此，結合實際，系統地研究分析燃煤鍋爐制粉系統爆炸的原因，提出整改防范措施，對確保鍋爐安全平穩運行具有極為重要的指導意義。

1 原因分析

研究與實踐均表明，燃煤鍋爐制粉系統爆炸事故主要是由煤粉積存自燃引起的；而積粉自燃的誘因較多，可系統地分為設備選型不當、設計缺陷、安裝缺陷、檢修維護不力、違章操作等。此外，外來易燃、易爆物或火源也可引發制粉系統發生嚴重的爆炸事故。

1.1 選型不當

選型不當主要是指球磨機、粗粉分離器、細粉分離器、鎖氣器等制粉系統設備，沒有根據煤質及系統設計的參數按規范進行合理的選擇，致使設備投用后局部流速過低，介質攜粉能力下降，從而誘發積粉、發生自燃爆炸事故。

2010-01-03T05:25，某熱電廠4-1制粉系統堵磨后，重新啟動4-1制粉系統給煤機，恢復制粉，10 s后4-1制粉系統發生爆炸。事故造成4-1制粉系統粗、細粉分離器13個防爆門爆破膜全部破裂；乏氣風門軸斷裂，門板嚴重變形后脫落掉進排粉機入口；以粗、細粉分離器為中心，半徑20 m范圍內的廠房塑鋼窗全部破損、框架嚴重變形，大量破碎玻璃從30 m標高的窗戶墜落到8 m標高的鍋爐運轉層。

事故發生后，該電廠檢修人員對鍋爐2套制粉系統中未發生爆炸的制粉系統進行檢查，發現粗粉分離器上錐帽煤粉沉積厚度達到60 cm且內部有自燃著火現象。根據煤質及軸向型粗粉分離器的設計選型原則，按制粉通風Qv=36 699 m3/h、煤粉細度R90=25 %計算，選用的軸向型粗粉分離器直徑應為2.93 m，但實際設計中選用的粗粉分離器直徑卻為3.7 m，致使粗粉分離器上錐帽頂介質流速過低，攜粉能力下降，進而導致煤粉大量沉積。高揮發分煤粉長期沉積氧化而熱量不能有效地散失，最終發生自燃。此時若遇到制粉系統起、停或運行中其他的操作擾動，則可能發生爆炸。事故后，按規范將粗粉分離器直徑由3.7 m改為2.8 m，經多次檢查，上錐帽均無積粉，安全運行至今。

1.2 設計缺陷

設計缺陷主要是指制粉系統結構及管段未按規范設計，致使系統投用后局部嚴重積粉、自燃，進而誘發爆炸事故。因設計缺陷而易發生積粉自燃爆炸的區域有：球磨機進口混合管段、制粉系統防爆門插管、細粉分離器進口方形管等。此外，粉倉倉壁角度以及材質選擇不當也容易引發積粉自燃爆炸事故。

1999-09-01T08:15，某電廠2號鍋爐司磨按正常程序啟動磨煤機。08:20，控制室值班員突然聽到一聲巨響， 2-2制粉系統發生爆炸，磨煤機出口溫度由63 ℃升高到127 ℃。事故造成2-2制粉系統所有防爆門全部爆破，2-2給煤機出現4條20 cm的長裂縫。事故后，檢修人員對2-2磨煤機入口熱風道進行檢查，發現熱風道內還有約7 cm厚的煤粉在燃燒，并且煤粉內還有14個鋼球。

由于設計落煤管下端正對著熱風道進口彎頭(見圖1)，日常運行期間少量通過落煤管補充的磨煤機鋼球、煤粒在熱風道內存積，受熱風烘烤自燃，當制粉系統起動后，就會引發爆炸。事故后，對所有鍋爐球磨機落煤管按圖2進行了整改，在落煤管出口增加了彎頭，避免了磨煤機鋼球、煤粒在熱風道內存積，制粉系統安全運行至今。

圖1 磨煤機進口落煤管原設計結構

圖2 磨煤機進口落煤管整改

1.3 安裝缺陷

安裝缺陷主要是指制粉系統設備、管段及管件未按設計要求安裝，致使系統投用后局部嚴重積粉、自燃，進而誘發爆炸事故。因安裝缺陷易發生積粉自燃爆炸的區域有：制粉系統閥門、管段安裝位置、角度及防爆門插管安裝角度、開孔和插入結構等。

2010-01-05，某電廠4號鍋爐司磨接班檢查發現：4-1球磨機進口防爆門破損，并從破損處觀察到防爆門插管內有火星，遂緊急匯報，停止4-1球磨機運行。由于發現及時、處理得當，成功避免了一起制粉系統爆炸事故。

隨后，拆除4-2磨煤機進口防爆門膜片檢查，發現防爆門插管下方內壁有一直徑為30 cm的變形區域。再拆除防爆門插管外側保溫裝置，發現防爆門插管內存在積粉自燃現象。檢修人員測量發現：此防爆門插管未按45°(與水平面夾角)以上規定傾斜角設計安裝，實際傾斜角僅為30°，同時粗粉分離器回粉管、排粉機再循環管均位于球磨機進口防爆門插管對面上方，氣流軸線正對防爆門插管開孔處，最終導致粗粉分離器回粉、排粉機再循環乏氣帶粉及落煤管煤粉在防爆門插管底部沉積。由于防爆門插管傾角較小，沉積煤粉不能依靠重力下落進入磨煤機，從而導致沉積煤粉在磨煤機進口干燥風(溫度在300 ℃左右)的烘烤下自燃。

1.4 檢修維護不力

檢修維護不力主要是指制粉系統檢修、維護存在不足，沒有及時發現并消除表計、閥門等設備缺陷及倉壁腐蝕積粉、粗粉分離器雜物堵塞積粉等隱患，導致制粉系統運行期間因表計失靈、閥門漏風等原因超溫，或發生局部嚴重積粉自燃爆炸事故。

1.5 違章操作

違章操作主要是指操作人員不認真、沒有嚴格執行燃煤鍋爐制粉系統的操作規程，因人為操作原因導致制粉系統超溫運行或發生局部積粉自燃爆炸事故。

2000-02-28清晨，某電廠1號爐正常運行，負荷190 t/h，雙側制粉系統均工作正常。06:30，1號爐甲、乙球磨機停運，排粉機空抽15 min左右。07:30左右，1號爐司磨啟動1號爐甲、乙側制粉系統。當甲側制粉系統及乙側制粉系統啟動正常，且乙側球磨機出口風溫達到54 ℃時，啟動乙側球磨機。07:45，啟動給煤機準備給煤時，乙側排粉機發生了爆炸，并引發廠房內煤粉二次閃爆，造成鍋爐廠房門、窗、墻壁、樓板多處損壞。

事故后檢查分析其原因，主要是由于06:30制粉系統停運時，操作人員沒有嚴格按操作規程規定(停磨過程必須根據球磨機進出口壓差來控制排粉機抽風時間)執行，從而造成乙側排粉機抽粉時間不足，致使乙側球磨機內殘留過量煤粉，并在一定條件下自燃。當再次啟動乙側制粉系統時，排粉機內達到爆炸極限范圍的煤粉和空氣混合物遇到被抽入的自燃煤粉(火源),從而發生爆炸。

1.6 外來易燃、易爆物或火源

外來易燃、易爆物或火源主要是指原煤開采、運輸過程中夾帶的易燃、易爆物或長期儲存的自燃火源，在進入制粉系統前沒有被及時發現，從而導致制粉系統在運行期間發生爆炸事故。由于此類爆炸發生前，制粉系統均正常運行且煤粉濃度高，因此事故損害極大。

2001-11-06，某電廠3號鍋爐發生一起因原煤中攜帶易燃物而引發的爆炸事故。事故造成3號爐甲磨出口防爆門爆開，3號爐粉倉防爆門爆開，粉倉頂鋼板變形拉裂，燃料3號帶乙帶底部平臺破碎，3號帶乙帶變形并向上弓起，粉倉頂部東西走向的北側鋼筋混凝土大梁拉斷并突出平臺平面，甲乙側細粉分離器下粉口自上部鎖氣器以下全部變形破碎，粉倉吸潮管自吸潮閥以下變形、法蘭破碎。事故中球磨機及粉倉中先后發生2次爆炸，一次發生在磨煤機出口，另一次發生在煤粉倉中。

原煤中夾雜易燃物進入球磨機時，首先引起磨煤機內的煤粉爆炸，并且造成磨煤機出口防爆片破裂。磨煤機內的爆炸在瞬間造成磨煤機出口正壓，并向上傳播；火星通過粗粉分離器前吸潮管處進入粉倉，由于粉倉內煤粉濃度超過爆炸極限，從而引發劇烈的爆炸，造成粉倉頂部及頂部設備的嚴重破壞。由于鎖氣器的作用，爆炸未對細粉分離器造成大的沖擊，所以粗、細粉分離器防爆門沒有動作。

2 防范措施

防止燃煤鍋爐制粉系統發生爆炸事故是一項系統工程，它涉及制粉系統設備選型、設計、安裝、檢修維護、運行控制及原煤管理等多方面。因此，根據燃煤鍋爐制粉系統發生爆炸事故的根源及其影響因素，有針對性地采取切實可行的防范措施，可最大限度地降低制粉系統發生爆炸事故的概率，減少人身傷亡及經濟損失，保障鍋爐安全平穩運行。

2.1 科學選型、規范設計

電力工業發展至今，燃煤鍋爐制粉系統及其設備、管件選型、設計標準、規范已非常成熟、規范，但由于部分新進入這一行業的設計人員受到自身素質、業務水平的制約，加之實踐經驗的缺乏，極易出現對制粉系統及設備選型不當、設計失誤等情況，從而埋下積粉自燃的安全隱患。為此，專業設計院一方面要大力加強設計人員業務水平的培養提高，嚴格按照標準、規范進行制粉系統選型、設計；另一方面要與鍋爐使用單位技術人員密切溝通、合作，充分吸收鍋爐運行實踐的技術經驗，及時調整制粉系統的選型與設計。

2.2 正確安裝

制粉系統嚴格按照設計正確安裝，是避免制粉系統在投用后發生積粉爆炸事故的重要環節。實踐表明，當前條件下，鍋爐用戶專業技術人員全程技術監督是確保制粉系統正確安裝的最有效措施。

2.3 規范檢修維護

防止制粉系統發生爆炸事故的基礎是定期檢修、及時維護。制粉系統定期檢修主要是檢查并采取有效措施消除球磨機進口混合風管、粗粉分離器、細粉分離器進口方形管、粉倉倉壁、鎖氣器及制粉系統防爆門插管等易發生積粉自燃區域的安全隱患，同時完善制粉系統保溫裝置，消除各類磨損泄漏。制粉系統日常維護主要是及時發現并消除各類儀表缺陷、閥門缺陷及粗粉分離器內的雜物，防止制粉系統儀表失靈、熱風門漏風，從而導致制粉系統超溫及粗粉分離器雜物堵塞、再循環管道內積粉自燃，最終誘發爆炸事故。

2.4 細化運行管理

防止制粉系統發生爆炸事故，細化運行管理、杜絕違章操作必須常抓不懈，基本要點如下。

(1) 加強原煤管理，防止原煤中易燃、易爆物及自燃煤進入制粉系統引發爆炸事故。

(2) 根據煤質、制粉系統類型、相關標準、規范及運行實踐經驗，修訂完善制粉系統操作規程，并強化人員培訓，杜絕制粉系統運行違章操作。

(3) 制粉系統運行期間，必須保證球磨機再循環風門開度不低于40 %，粗粉分離器回粉管鎖氣器、細粉分離器下粉管鎖氣器動作正常，防止堵塞積粉。

(4) 制粉系統停止運行前，對制粉系統再循環管、回粉管、球磨機、粗細粉分離器要徹底吹掃，以消除積粉。

(5) 制粉系統停運后，對制粉系統進行全面隔離，減少系統漏風，確保即使系統內自燃也處于缺氧狀態；同時高度注意監視磨煤機進、出口溫度及排粉機進口溫度、粗粉出口溫度，若有異常升高，要及時檢查處理，避免自燃的煤粉引爆制粉系統。

3 結束語

(1) 燃煤鍋爐制粉系統發生爆炸事故，根本原因是由于制粉系統、設備的選型、設計、安裝不按相關標準、規范執行，以及設備檢修維護不力、運行違章操作，致使制粉系統或設備局部長期積粉，隨著熱風烘烤及煤粉內部化學熱的產生、積蓄而導致爆炸。要有效防止此類事故的發生，必須要嚴把鍋爐制粉系統選型、設計、安裝時的質量監督關，同時要長期加強設備檢修維護力度，杜絕違章操作。

(2) 鍋爐投產初期，由于選型、設計不當，安裝質量缺陷，設備檢維修水平及運行管理、操作人員水平不高等因素綜合作用，制粉系統爆炸事故頻發。但隨著鍋爐投產后制粉系統選型設計隱患、安裝質量缺陷的消除以及設備檢維修水平的不斷提高，制粉系統發生積粉爆炸事故的概率將大幅度降低。因此，杜絕違章操作、細化制粉系統運行及日常管理將成為防止制粉系統發生爆炸事故的一項長期工作。