中速磨燃用印尼煤種爆燃原因及防爆措施淺析

黃輝

摘要： 針對印尼某廠660MW級超臨界鍋爐采用中速磨燃用高揮發份印尼煤種時發生的兩次磨煤機異常跳閘后再次啟動過程中煤粉爆燃事故，從運行操作角度分析了磨煤機煤粉爆燃原因，并提出防止此類磨煤機煤粉爆燃的措施。

Abstract： A 660MW supercritical boiler is used in a plant in Indonesia. High volatile bituminous Indonesian coal with medium speed milling is used in the boiler. The pulverized coal explosion has happened in the process of starting again after the abnormal trip of coal mill. For this， the deflagration causes of pulverized coal of the coal mill are analyzed by the operation， and the measures to prevent the pulverized coal deflagration for this kind of coal mill are put forward.

關鍵詞： 中速磨；印尼煤；煤粉爆燃

Key words： medium speed milling；Indonesian coal；pulverized coal explosion

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0131-03

0 引言

印尼某廠660MW超臨界機組采用超臨界變壓直流爐，鍋爐由東方鍋爐股份有限公司設計、生產、制造，并采用一次再熱、單爐膛、前后墻對沖燃燒方式、尾部雙煙道結構、擋板調節再熱汽溫、固態排渣、平衡通風、Π型布置。

鍋爐采用一次風正壓直吹式制粉系統，共配置6臺上海重型機器廠生產的HP碗式中速磨煤機及給煤機，額定負荷工況下5運1備。

鍋爐運行時采用印尼褐煤，其充分見表1。

在機組整套試運期間，啟磨過程中發生過兩次磨煤機煤粉爆燃事故，導致磨煤機入口防爆門動作及入口一次風管道膨脹節爆裂，給機組運行安全帶來嚴重影響。為此，必須采取措施，防止此類磨煤機煤粉爆燃事故的發生。

1 煤粉爆燃原因分析

1.1 E磨煤粉爆燃過程

2016年4月22日15：25，因試驗需要手動急停E磨煤機（煤量74t/h），在之后的磨煤機重新啟動過程中發生了E磨煤機煤粉爆燃事故。

15：40：10～15：57：40，采用冷一次風吹掃E磨煤機本體及出口6根一次風管道殘余煤粉。為減輕對爐膛負壓影響采取了1～2根一次風管道單獨吹掃方式，E1～E6每根粉管吹掃時間8～12min，吹掃風速12～16m/s；

15：57：40，啟動E磨煤機并采用冷一次風進行磨本體殘煤吹掃。磨煤機進、出口溫度分別為76.2℃、69.8℃，E1～E6每根粉管吹掃風速5～6m/s；

15：59：42，開E磨煤機入口熱一次風隔絕門（調門在關位）進行暖磨；

16：00：02，E磨煤機入口熱一次風隔絕門開過程中，E磨煤機發生煤粉爆燃。磨煤機進、出口溫度分別為74.82℃、64.3℃，E1～E6每根粉管風速由5～6m/s急速增至34m/s（超量程），入口一次風壓由-0.054kPa急劇上升至7.415kPa，入口一次風量由34t/h增至78t/h；

16：00：13，E磨煤機入口熱一次風隔絕門全開。磨煤機進、出口溫度分別為80℃、66.7℃，E1～E6每根粉管風速19～20m/s，入口一次風壓3.104kPa，入口一次風量106.6t/h；

16：00：30，E磨煤機出口溫度高跳閘。磨煤機進、出口溫度分別為89℃、114℃；

就地檢查發現：E磨煤機入口風道防爆門動作，E磨煤機入口熱一次風管道膨脹節爆裂。

1.2 A磨煤粉爆燃過程

2016年5月4日17：40，鍋爐MFT聯跳A磨煤機（煤量68t/h），在之后的磨煤機重新啟動過程中發生了A磨煤機煤粉爆燃事故。

21：49：15，投微油，采用冷一次風吹掃A磨煤機本體及出口6根一次風管道殘余煤粉。A1～A6粉管同時吹掃，吹掃風速5～9m/s；

22：01：31，因其它原因導致鍋爐MFT，一次風機全停，吹掃過程中斷；

22：32：44，MFT復位后繼續投微油并采用冷一次吹掃A磨煤機本體及出口6根一次風管道殘余煤粉。A1～A6粉管同時吹掃，吹掃風速4～6m/s；

22：39：18，啟動A磨煤機并采用冷一次進行磨本體殘煤吹掃。磨煤機進、出口溫度分別為78.2℃、63.9℃，E1～E6每根粉管吹掃風速5～6m/s；

22：39：24，A磨煤機發生第一次煤粉爆燃。磨煤機進、出口溫度分別為77.8℃、63.8℃，A1～A6每根粉管風速由5～6m/s急速增至24～26m/s，入口一次風壓由-0.213kPa急劇上升至4.638kPa；

22：39：42，A磨煤機第一次煤粉爆燃結束。磨煤機進、出口溫度分別為76.34℃、67.6℃，A1～A6每根粉管風速5～6m/s，入口一次風壓-0.213kPa；

22：41：02，A磨煤機第二次煤粉爆燃。磨煤機進、出口溫度分別為71.04℃、73.1℃，A1～A6每根粉管風速由5～6m/s急速增至35m/s（超量程），入口一次風壓由-0.213kPa急劇上升至7.978kPa；

22：41：26，停A磨煤機。磨煤機進、出口溫度分別為76.34℃、82.9℃，停磨前又連續發生2次煤粉爆燃；

就地檢查發現：A磨煤機入口風道防爆門動作，A磨煤機入口熱一次風管道膨脹節爆裂。

磨煤機煤粉爆燃至少需要同時滿足3個條件[1]：吸收外界能量；具備一定的揮發分和煤粉質量濃度；具備一定的氧質量分數。煤粉爆燃主要經歷的過程：煤粉受熱溫度上升；煤粉表面熱解，干餾產生可燃氣體；氣體混合物被點燃；產生熱量促進熱解、干餾；燃燒速度加快轉而爆炸。鍋爐燃用的印尼褐煤揮發份含量高達50%以上，屬于易爆燃煤種[2]，查閱文獻發現國內各類型機組發生的磨煤機煤粉爆燃事故絕大部分與燃用煤種揮發份含量偏高有關。

兩次磨煤機煤粉爆燃事故均發生在磨煤機異常跳閘后再次啟動的通風階段。

E磨煤機啟動后碾磨磨碗殘煤，產生大量新煤粉，由于吹掃不徹底（吹掃風速及吹掃時間不夠），在開熱一次風隔絕門暖磨瞬間，從熱一次風調門內漏的熱一次風提供了磨煤機內部煤粉點火熱源，發生煤粉爆燃，造成磨煤機煤粉爆燃。

A磨煤機啟動前磨本體殘粉吹掃不徹底（吹掃風速及吹掃時間不夠），磨煤機啟動后，磨碗殘煤被碾磨成煤粉，造成磨本體積粉濃度瞬間增大（積粉厚度越厚，煤粉爆燃的溫度越低）；此時，磨煤機本體蓄熱（磨入口溫度達78℃，出口溫度64℃）提供了磨煤機內部煤粉點火熱源，從而導致磨煤機內積粉發生爆燃。第一次爆燃發生后，磨煤機本體熱源進一步增加，磨煤機出口溫度也逐步上升，后續未能及時吹走的殘粉隨著溫度上升再次發生爆燃，從而出現了后續連串爆燃事故。

綜上所述：由于對磨煤機內殘余的煤粉和磨碗殘煤碾磨成的新煤粉（煤粉特性：高揮發份易爆燃）吹掃不徹底，在小風量通風吹掃過程磨煤機內殘粉吸收外界熱源或磨煤機本體蓄熱引起煤粉爆燃，最終造成上述兩次磨煤機煤粉爆燃事故。

2 防爆措施

燃用高揮發份印尼煤種時，磨煤機異常跳閘后的再次啟動過程很容易發生磨煤機煤粉爆燃事故。防止該過程煤粉爆燃引發磨煤機煤粉爆燃的關鍵控制點為：①磨煤機啟動前進行徹底吹掃和冷卻；②磨煤機啟動后進行徹底吹掃后再暖磨。

2.1 磨煤機異常跳閘，鍋爐MFT未動作，短時間內再次啟動防爆措施

①磨煤機內及粉管殘粉吹掃、冷卻。排除磨煤機故障后，打開密封風門、冷風隔絕門、磨煤機出口風粉管排出閥，關閉熱風隔絕門及熱風調門，調節冷風調節閥開度，進行磨煤機本體及粉管吹掃。根據爐膛熱負荷大小選擇單根粉管吹掃或多根粉管一起吹掃方式，確保粉管吹掃風速在14～20m/s，且每根粉管吹掃時間不少于5～10min，同時要求磨煤機入口溫度降至65℃以下。吹掃及冷卻工作結束后，調節冷風調閥開度至每根粉管風速5～10m/s，準備啟磨。

②磨煤機內殘煤吹掃。磨煤機啟動后，磨碗殘留原煤經磨輥碾磨制成大量新煤粉。此時，逐步開大冷風調節閥開度提高風粉管吹掃風速至14～20m/s進行吹掃，待磨煤機電流穩定至空載電流后繼續吹掃5～10min（同時爐膛負壓不再波動）。

③暖磨投粉。吹掃完成后，開熱風隔絕門，調節冷、熱風調節閥進行暖磨，按正常啟磨程序操作。

2.2 磨煤機異常跳閘，鍋爐MFT未動作，較長時間不啟動（48小時及以上）

①磨煤機內及粉管殘粉吹掃。具體操作如上述2.1所述。

②磨煤機內殘煤吹掃。具體操作如上述2.1所述。

③停磨備用。吹掃完成后，逐步減小冷風調節閥開度直至關位，停磨煤機備用。

2.3 磨煤機異常跳閘，鍋爐MFT動作，短時間內再啟動

①爐膛吹掃。啟動送、引風機后，總風量提高至30%以上進行大風量爐膛吹掃，吹掃時間不少于10min，減少爐內沉積煤粉點火后爆燃可能。

②首臺磨投運。采用微油點火方式：微油投運條件滿足后即投運6只小油槍，打開密封風門、冷風隔絕門、磨煤機出口風粉管排出閥，關閉熱風隔絕門及熱風調門，調節冷風調節閥開度，進行磨煤機本體及粉管吹掃。粉管吹掃風速逐步加大，在保證微油不被吹熄情況下盡量提高吹掃風速（10m/s以上），每根粉管吹掃時間不少于5～10min，同時要求磨煤機入口溫度降至65℃以下。再按上述2.1中“磨煤機內殘煤吹掃”步驟進行充分吹掃后（吹掃風速取小值），按正常“暖磨投粉”操作進行點火投粉。

采用大油槍點火方式：投運F層6只大油槍，啟動一次風機，并用冷一次風按上述2.1中“磨煤機內及粉管殘粉吹掃、冷卻”和“磨煤機內殘煤吹掃”步驟進行充分吹掃后（吹掃風速取小值），按正常“暖磨投粉”操作進行點火投粉。

③第二臺磨投運。因爐膛負荷較低，第二臺磨投運需微油或大油助燃。如第二臺磨為A磨，則按上述“微油點火方式”操作進行投運；如第二臺磨為其它磨，則按上述“大油槍點火方式”操作進行投運。

④其它磨投運。其它磨投運條件滿足后，按上述2.1中“磨煤機內及粉管殘粉吹掃、冷卻”和“磨煤機內殘煤吹掃”步驟進行充分吹掃后，按正常“暖磨投粉”操作進行點火投粉。

2.4 磨煤機異常跳閘，鍋爐MFT動作，長時間內不啟動（一周及以上）

①磨煤機殘煤清理。磨煤機冷卻后，打開人孔門人工清理磨煤機磨碗殘煤。

②粉管殘粉吹掃及投運。再次啟動時，按上述2.1中“磨煤機內及粉管殘粉吹掃、吹掃”步驟吹掃后，按正常“暖磨投粉”操作進行磨煤機投運。

3 結論

①燃用高揮發份印尼煤種時，磨煤機異常跳閘后的再次啟動過程很容易發生磨煤機煤粉爆燃事故。

②在小風量通風吹掃過程中，由于磨煤機內殘余的煤粉和磨碗殘煤碾磨成的新煤粉吹掃不徹底后積聚，導致積聚殘粉吸收外界熱源或磨煤機本體蓄熱引起煤粉爆燃，是造成上述兩次磨煤機煤粉爆燃事故的主要原因。

③防止此類磨煤機煤粉爆燃的關鍵控制點為：一是磨煤機啟動前進行徹底吹掃和冷卻；二是磨煤機啟動后進行徹底吹掃后再暖磨。

參考文獻：

[1]唐忠順，王海秀.磨煤機一次風口爆燃原因及控制措施[J].中國電力，2011，44（5）：49-51.

[2]劉海明.中速磨直吹式制粉系統著火爆燃原因分析及防范措施[J].湖北電力，2011，35（5）：37-39.

[3]吳慶文，王紹.爆燃探測與識別方法[J].小型內燃機，1995（04）.