燃煤機組磨煤機的爆燃及控制預防措施

摘要：由于燃煤具有高揮發分、易燃、易爆的特點，并且熱風溫度達到一定溫度即會表現出較強的著火傾向，容易引起制粉系統自燃和爆炸，印度ADANI項目7號機組制粉系統曾多次發生爆燃事故，造成設備損壞和嚴重經濟損失通過研究分析，提出制粉系統運行操作中預防爆燃措施，并在磨煤機及制粉系統中補充完善防爆邏輯，對預防和消除爆燃取得了良好效果。

關鍵詞：燃煤機組；磨粉機；制粉系統；爆燃事故；爆炸原因；預防措施 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK223 文章編號：1009-2374（2016）34-0184-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.089

磨煤機的爆燃是燃煤機組運行中的較大事故，由于燃煤具有高揮發分、易燃、易爆的特點，并且熱風溫度達300℃即表現出較強的著火傾向，容易引起制粉系統自燃和爆炸。印度ADANI項目在試運中曾發生磨煤機爆燃，造成工期延誤、設備損壞等。該項目為5×660MW超臨界燃煤機組，機組配套制粉系統采用上海重型機器廠HP1203磨煤機。本文通過對該項目磨煤機爆燃現象的研究分析，提出制粉系統運行操作中預防爆燃措施，并在磨煤機及制粉系統中補充完善防爆邏輯，對預防和消除爆燃取得了良好效果。

1 事故經過

2011年10月26日，印度ADANI項目#7機組在負荷530MW穩定運行，機組協調控制投入。A、B、C、E、F磨煤機投入運行，給煤機煤量分別為在59.4t/h、57.4t/h、58.2t/h、56.8t/h、56t/h。17時05分21秒F給煤機出口插板門關閉，聯跳F給煤機。17時06分14秒熱風調門開始由30%關至0%，用時20s。在熱風調門關閉，冷風調門全開時，1至4號角風速分別為35m/s、31m/s、31m/s、32m/s。17時06分39秒在集控室聽到一聲巨響，鍋爐火焰電視顯示爐膛內火焰猛烈抖動后恢復正常，運行人員手動關閉熱風調節門，全開冷風調節門。17時07分36秒F磨煤機出口溫度高至95℃跳閘。運行人員將機組協調控制切至手動，調整風煤比，穩定機組負荷320MW，派人去現場檢查，發現F磨煤機爆燃。

圖1 F磨煤機爆燃的曲線圖

爆破后的現象如下：（1）F制粉系統爆燃，造成熱一次風入口膨脹節破裂，風道防爆門爆開；（2）檢查F磨煤機發現：F2、F3煤粉管道各一個彎頭破裂，F2在鍋爐2號角煤粉管水平段與垂直段轉向彎頭處破裂，F3在鍋爐4號角煤粉管水平段轉向彎頭處破裂，兩個彎頭都掉落在17m平臺上嚴重變形；（3）F磨煤機入口熱一次風關斷門因氣源管斷裂，就地遠方均無法操作，熱一次風關斷門無法關閉，漏出的熱一次風吹到附近的電纜橋架上，威脅電纜安全，機組于20時04分解列停機。

2 事故原因分析

記錄查取情況：17時05分21秒F給煤機出口插板門關閉（F給煤機出口電動門經查看操作記錄，沒有DCS發出關閉指令，可能為就地操作關閉或繼電器誤動作。當天為印度節假日，現場人員稀少，可排除有人就地操作）；根據鍋爐燃用煤質，冷風量不足，不能有效控制磨煤機出口風溫。

處理方式分析：給煤機跳閘以后，運行人員沒有及時投入磨煤機消防蒸汽。

F制粉系統由于給煤機跳閘造成磨煤機內煤粉濃度短時間內迅速升高，磨煤機內部有明火或熱風道入口有雜物著火引爆煤粉，引起制粉系統爆燃，F給煤機出口擋板異常關閉引起整個系統擾動是本次事故的誘因。

爆燃機理分析，制粉系統爆炸的三要素：（1）制粉系統內部有雜物燃燒產生明火或引燃的煤粉；（2）制粉系統內部有合適濃度的煤粉；（3）制粉系統內部有充足的氧量。

在本次事故過程中，制粉系統斷煤后，DCS系統指令磨煤機熱風門快速關閉瞬間，造成磨煤機內煤粉濃度瞬間迅速上升，達到爆炸濃度；制粉系統運行時風門維持一定開度，有合適的氧量滿足制粉系統爆破；在磨煤機入口風道處，有雜物自燃，消防蒸汽管道進入磨煤機盲管處存在積粉自燃，制粉系統內煤粉相互運動摩擦產生靜電火花以及磨輥與進入磨煤機的金屬雜物摩擦產生機械火花，制粉系統內死角積粉造成自燃，石子煤和刮板碰撞產生的火花等。

3 預防措施

（1）對每天入爐煤化驗，依據煤質化驗結果來優化調整運行工況；（2）制粉系統消防蒸汽要保證長期熱備用狀態，蒸汽消防系統疏水保持常開，確保蒸汽消防系統內無積水。在磨煤機DCS系統總畫面添加消防蒸汽投入快捷鍵，并對相關邏輯進行改進，當磨煤機出口溫度達到65℃時，磨煤機出口溫度高報警，當達到70℃時，消防蒸汽自動投入。另外，當給煤機停運、磨煤機運行時，自動投入消防蒸汽，優化制粉系統消防蒸汽投用模式，完善運行操作規程，確保制粉系統無爆燃現象；（3）根據機組負荷情況對原煤倉進行上煤，停爐時必須燒空原煤倉的存煤，如果煤倉內有長時間的存煤，應嚴密監測原煤倉溫度，發現原煤倉溫度升高、冒煙應及時投入二氧化碳或噴水滅火；（4）磨煤機正常運行時，其出口風粉混合物溫度保持在60℃～65℃，定期排放石子煤，降低引發火源的可能性。建立健全反事故預案，提高風險防范意識和事故處理能力。加強設備維護和消缺，及時處理各種異常，不留安全隱患，確保熱工測點的準確性，以便于監視和調整。為保證F給煤機出口電動門工作可靠性，更換新的繼電器。機組試運期間，各崗位運行人員配置齊全，能滿足現場需要。調試根據主蒸汽溫度，灰、渣含碳量調整煤粉細度；（5）如果磨煤機停運超過1天，則通知專業清空給煤機內存煤；如果該制粉系統停運預計超過5天，則必須清空原煤倉；（6）為防止磨石子煤斗積存的煤粉在石子煤排放時造成爆燃，磨煤機石子煤在磨啟動時滅火蒸汽投入后進行石子煤的排放操作。

4 防止制粉系統爆燃的注意事項

為防止制粉系統爆燃，啟、停制粉系統及其正常運行時應注意的事項如下：

4.1 啟動前檢查

4.1.1 制粉系統滅火蒸汽應良好備用，自動疏水器工作正常，保持手動疏水門全開，并保證磨煤機滅火蒸汽過熱度，避免磨煤機防爆門起爆。

4.1.2 制粉系統啟動前應保證磨煤機內部及煤粉管道內無存煤。

4.1.3 磨煤機有關儀表已調試完畢，標定完成，所有測點傳動已完成，CO分析儀測量結果準確可靠。

4.1.4 正確監視入爐煤煤質，每班定期必須有入爐煤化驗報告。嚴格控制入廠煤揮發分含量。當入廠煤揮發分含量超過40%時，嚴禁進入爐膛，必須摻配。入爐煤揮發分含量38%～39%時，磨出口溫度控制在57℃～60℃，嚴禁超過65℃，煤粉細度控制在R90為30%±1。

4.1.5 磨煤機入口冷、熱風門及熱風調節擋板必須可靠好用，如果漏風較大，在熱風門及擋板全關狀態下，磨出口溫度達60℃，應處理正常后方可投入磨煤機運行。

4.1.6 應避免將自燃的煤上到原煤倉，并且有計劃上煤和燒煤，防止存煤過長產生自燃，定期檢查原煤倉、給煤機、磨煤機外觀的溫度，發現自燃現象后及時匯報處理。

4.2 磨煤機正常運行中的監視

4.2.1 運行人員正確監視磨煤機的電流、進出口差壓（2.5～3.5kPa）、磨煤機出口溫度控制在60℃～65℃，進口混合后一次風溫不大于270℃，如果冷風量不足時，可適當提高一次風壓力。

4.2.2 在煤量正常時，監視磨煤機各粉管風速30m/s

以上，煤量較低時，各粉管風速不得低于27m/s。

4.2.3 由專人定期監測每臺磨煤機煤粉細度并形成書面文件做好臺賬，避免由于煤粉細度過細增加爆炸幾率。

4.2.4 根據不同的給煤量，磨煤機對應的各參數，運行人員應嚴格按照磨煤機廠家提供的風煤配比曲線調整。注意各臺運行磨煤機的運行參數的對比，根據電流、差壓判斷磨出力大小，并調整合適煤量運行，控制煤粉細度R90在30%左右。

4.2.5 加強磨煤機就地的巡查次數。巡操員在就地巡查時，除了檢查運行磨煤機聲音有無異常、有無異常振動外，重點檢查石子煤倉料位、溫度是否正常，如發現料位高或石子煤倉溫度高，立即匯報運行監盤人員并聯系處理，防止運行時間過長引起石子煤排放管堵塞使之冒煙著火。經處理30分鐘仍然無效，則停運該磨煤機。

4.2.6 加強對給煤機的檢查，防止給煤機內積粉燃燒。

4.2.7 正常運行中磨煤機出現漏粉現象，及時通知處理并清理積粉，防止積粉自燃或引起粉塵爆炸。

4.2.8 運行中的磨煤機一旦內爆，必需立即停磨并通入消防蒸汽，直到磨內部各著火點完全熄滅，待磨溫度下降到60℃以下。檢查清理混合風進口的積煤以及各粉管可調縮孔處積煤，還有磨煤機各部是否損壞，待各部位修復后才允許重新啟動。

4.2.9 當磨煤機出口溫度上升至70℃，立即開啟消防蒸汽，檢查是否因給煤機出口落煤管堵塞造成，還是煤量少引起，并立即調整冷熱風配比，控制磨出口溫度。當磨煤機出口溫度上升至80℃時全開冷風調節門，關閉熱風調節門。當磨煤機出口溫度繼續上升至100℃或運行中磨煤機快速上升至95℃，則立即停運磨煤機，連鎖關閉冷、熱風隔絕門、密封風門，待磨出口溫度下降至60℃后，關閉磨出口門。

4.3 磨煤機啟動過程中的注意事項

4.3.1 磨煤機啟動前（磨煤機出口門、密封風門、給煤機密封風門及出口門關閉），投入消防蒸汽，控制磨煤機出口風壓不超過0.1MPs。

4.3.2 磨煤機啟動時投入順控啟動制粉系統，磨出口溫度要緩慢提高設定溫度，防止磨熱風擋板自動大幅開大，同時注意其他制粉系統的溫度、風量及風壓變化情況。造成磨煤機溫升過快，并嚴格控制磨入口混合一次風溫不大于270℃，嚴格控制磨煤機暖磨時的出口溫度不得大于60℃。

4.3.3 觀察給煤機啟動后，注意保證本層制粉系統點火能量（臨層煤量或者輕重油槍投入），投入消防蒸汽小于5分鐘，注意總煤量、主汽溫度、壓力、各管壁溫度大幅上升。

4.4 磨煤機停運過程注意事項

4.4.1 逐漸降低將要停運的給煤機煤量的同時，必須適當提前降低磨煤機的出口溫度，控制磨入口混合一次風溫在250℃以下，防止由于磨內煤量減少使出口溫度升得太高出現爆燃。當給煤機煤量降至最低煤量前，必須將磨出口溫度降至50℃方允許停磨。停運投入順控步序，投入順控時必須保證本層點火條件滿足，如果無點火條件時，投入輕、重油以滿足點火能量，必須嚴格避免由于點火條件喪失造成磨跳閘情況的發生。順控停運磨時注意總煤量變化、汽壓、汽包虛假水位等參數的調整，嚴格杜絕因為停磨造成的機組停運。

4.4.2 磨煤機停運后，檢查給煤機皮帶上已無煤且將磨內積粉已排空，否則為避免給煤機和磨內積存煤粉引起爆炸，必須全面清理積煤。

4.4.3 如果磨煤機停運后，其出口溫度>50℃，則需開磨煤機冷風入口隔絕檔板及冷風調節門，如果由于熱風擋板內漏嚴重，使磨煤機出口升得過高，則要開啟冷風擋板與磨煤機出口擋板以降低磨內的溫度。

4.4.4 制粉系統事故情況下的防爆：（1）當CO分析儀CO含量高報警；（2）給煤機斷煤或堵煤；（3）給煤量降至10T/h以下；（4）磨出口分離器跳閘；（5）磨煤機跳閘；（6）磨煤機出口溫度大于70℃；（7）給煤機跳閘；（8）給煤機出口門關閉。

上述情況發生時，說明磨內的氣粉混合物濃度、氣粉溫度和氧氣濃度發生了急劇變化，達到或即將達到煤粉爆炸的邊界條件，根據蒙德拉項目的實例，必須連鎖投入磨的滅火蒸汽，以蒸汽充滿磨機形成磨內的惰性氣體環境，完全隔絕煤粉爆炸發生的必然條件之一（氧氣充足），以期最大限度地保護人員和設備安全為根本目的。

5 結語

該項目磨煤機經常爆燃主要原因是印尼煤揮發分太高，磨煤機出口溫度高造成的，后來經過一系列的控制措施后至今未發生磨煤機爆燃的現象。可見煤質揮發分的高低和磨煤機出口溫度是影響磨煤機爆燃的主要原因，以后在運行過程中采取有效的軟件和硬件措施，加強人員的業務素質，來保證制粉系統運行的安全、經濟、穩定，為保障機組的運行提供有力保障。

參考文獻

[1] 火力發電建設工程啟動試運及驗收規程（DL/T5437-2009）[S].

[2] 磨煤機試驗規程（ASMEPTC4.2-1997）[S].

[3] 超臨界壓力660MW機組的啟動和運行[S].

[4] 朱全利.鍋爐設備及系統[M].北京：中國電力出版社，1998.

作者簡介：張學明（1980-），男，山東梁山人，青島華豐偉業電力科技工程有限公司助理工程師，研究方向：電建工程調試和性能試驗。

（責任編輯：秦遜玉）