火電廠防爆型一次風箱的研究及應用

余祖偉，胡文佑（安徽馬鞍山萬能達發電有限責任公司，安徽 馬鞍山 243051）

火電廠防爆型一次風箱的研究及應用

余祖偉，胡文佑
（安徽馬鞍山萬能達發電有限責任公司，安徽 馬鞍山 243051）

安徽馬鞍山萬能達發電有限責任公司有四臺燃煤機組，設計煤種均為無煙煤與低揮發份貧煤各半的混煤，年消耗燃煤300萬噸，重點計劃供應煤源約占公司煤源的30%，另外70%依靠市場采購的方式獲取，煤源較雜。市場煤的價高質差且不穩定，計劃煤得不到保證。

改燒神華煙煤；研究和開發；防爆

1　爆炸機理分析

一次風箱是中儲式制粉系統鍋爐的主體設備之一，是通過煤粉管道向爐膛內煤粉輸粉介質直接來源，對燃燒系統運行至關重要。由于一次風熱風溫度較高，通常可以達到300℃，而乏氣又帶有一定濃度的煤粉，所如果兩種之間的混合方法和混合過程控制不當，當混合物的可燃物濃度和溫度達到煤粉云的爆炸極限，就容易產生爆炸事故。總體而言，煤質、風箱內的動力場及溫度場對爆炸現象的發生具有決定性影響具體分析如下：

1.1煤及煤粉云的爆炸特性

制粉乏氣中含有一定濃度的煤粉，當煤粉進入被加熱時，將釋放出煤中所含的CO、CO2、H2、CH4等可燃氣體，且煤粉在一定溫度氣體中的彌散狀態下，本身就具有較強的易燃易爆性能，這是帶粉系統發生爆炸的根本原因。

煤粉的爆炸特性與煤的易燃性、灰分、水分、煤粉細度、氣粉混合物的溫度和濃度、氣粉混合物中的含氧量等因素有關。煤的爆炸性指數Kd綜合了煤的易燃性和灰分的影響，可代表煤在煤粉的水份、煤粉細度、濃度、溫度、氣粉混合中含氧量相同情況下煤粉的爆炸特性。爆炸性指數Kd按下式計算［1，2］：

式中：Kd—煤粉的爆炸性指數；

Vd—煤的干燥基揮發分，%；

Vvol，que—燃燒所需可燃揮發分的下限（考慮灰和固定碳），%；

Vvol—不考慮灰和固定碳時燃燒所需可燃揮發分的下限，%；

Qvol—揮發分的熱值，kJ/kg；

Qnet，v，daf—煤的干燥無灰基低位發熱量，kJ/kg；

FCdaf—煤的干燥無灰基固定碳含量；

Vdaf-—煤的干燥無灰基揮發分含量

1.2氣體動力場的影響

熱一次風與乏氣混合風箱內的流場對風箱的防爆能力影響較大，流場組織不好容易產生積粉和可燃氣體聚集區，導致風箱內局部可燃物濃度過高，在變工況情況下易引發爆炸事故。

由于乏氣熱風復合送粉系統是分別通過管路將制粉乏氣和一次風熱風引入一次風箱，乏氣溫度約80℃，一次風溫度約300℃，必須采取相應的技術措施，使得乏氣和熱風良好摻混之后降低溫度，使得送粉介質的溫度在制粉系統防爆規程允許的風粉混合物溫度低于160℃的要求［3］。另一方面，乏氣與熱風的混合必須使得乏氣在一次風箱內的流場順暢，不應產生死區及較大的回流區。因為死區和大回流區分別會導致風箱內的積粉存在，回流區也會使得可燃氣體聚集濃度升高。特別是在變工況條件下，一次風箱內的會場劇烈擾動，易造成積粉上揚，風箱內煤粉濃度迅速升高，引發一次風箱內的煤粉云和可燃氣體爆炸，引發安全事故。

1.3溫度場的影響

煤粉云的爆炸達到其爆炸極限后發生，爆炸極限的三個重要條件一個是需要氧量，第二個一個是上文所述的可燃物濃度，第三個就是混合物溫度。在較高的溫度條件下，煤粉會發生熱解反應，熱解速率和揮發氣體的釋放量都有重要關系。風箱內的溫度場的分布與流場組織具有重要關系，如果風箱內的溫度場組織不合理，一方面容易導致乏氣再過高的溫度條件下產生爆炸，另一方面也使得一次風送粉管道內的一次風溫分布不均，引發部分送粉管道內的風溫過高，容易出現粉管和噴口燒損情況。

2　技術研發

2.1常規一次風箱

受到改造現場場地限制，這種結構雖然能夠滿足乏氣和熱風通風和混合的基本需要，但風箱內的乏氣與熱風的預混段存在較多的死角和回流區，乏氣中攜帶的煤粉會在風箱的角部大量積存，另一方面，預混段的收到通風管道連接的需要，截面積較大，風箱內流速較低，也容易為煤粉的沉積創造條件。故這種結構的一次風風箱防爆能力差，在變工況條件下，風箱內流場劇烈擾動，容易出現積存煤粉上揚，可燃物濃度迅速上升，引發一次風箱爆炸事故的發生。

2.2防爆型一次風箱

通過改進一次風箱的結構和內部氣流的混合方式，達到保證帶有乏氣送粉的介質在一次風箱內不沉積、不自燃、不爆炸的目的，從而提高一次風系統的送粉安全性。本發明通過將帶粉乏氣的乏氣風管道A 2和乏氣風管道B 3通過乏氣風混合噴嘴A 5乏氣風混合噴嘴B 4直接送入一次風箱底部的一次風送粉管道7上游，避免了乏氣風與熱一次風管道1送入的熱風再一次風箱預混段6內混合。

3　結論

安徽馬鞍山萬能達發電有限責任公司通過對乏氣熱風復合送粉系統一次風箱爆炸發生的機理的分析，提出該類型制粉系統一次風箱設計中的防爆要點，研發了一種新型防爆型一次風箱的具體結構，并將該方案在無煙煤改燒神華煙工程中得到應用，應用取得圓滿成功，保證了帶有乏氣送粉的介質在一次風箱內不沉積、不自燃、不爆炸的目的，從而提高一次風系統的送粉安全性，具有應用和推廣價值，為同類型機組摻燒煙煤改造提供了寶貴經驗。

［1］DLT5145-2002 火力發電廠制粉系統設計計算技術規定.

［2］DLT5203-2005 火力發電廠煤和制粉系統防爆設計技術規程.

［3］DLT466-2004電站磨煤機及制粉系統選型導則.

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