國電電廠雙進雙出磨煤機磨制神華煤防爆專項分析

摘要：本文對原國電某電廠雙進雙出磨煤機磨制神華煤防爆專項進行了深入分析，首先介紹了BBD型磨煤機的特性，其次詳細分析了BBD雙進雙出鋼球磨煤機磨制該煤種時易發(fā)生爆燃的原因，最后提出了相應的防爆方案。結(jié)果表明，通過有效調(diào)整與改造BBD型磨煤機，可有效降低制粉系統(tǒng)爆燃的風險。

關(guān)鍵詞：BBD型磨煤機；爆燃原因；防爆方案

DOI：10.12433/zgkjtz.20233243

2017年，國電與神華合并成立了國家能源投資集團，某省原國電火電機組于2019年底開始使用原神華礦點來煤，與之前的煤質(zhì)相比，神混煤的揮發(fā)分更高（近40%），水分更高（18%左右），哈氏可磨性系數(shù)也較高（易磨）。在原國電火電機組中，大部分機組使用的是BBD雙進雙出鋼球磨煤機，但新煤質(zhì)與該類型磨煤機不適配，在磨制神混煤過程中，該種磨煤機極易發(fā)生爆燃事故，然而改造磨煤機的成本較高，很多廠只能冒險使用新煤種。為降低爆燃事故的發(fā)生率，本文以某300MW級電廠為例，分析了BBD雙進雙出鋼球磨煤機磨制該煤種時易發(fā)生爆燃的原因，并以此為重要依據(jù)，制定出降低制粉系統(tǒng)爆燃風險的方案。

一、BBD型磨煤機介紹

該電廠為2×330MW燃煤發(fā)電機組鍋爐，是哈爾濱鍋爐廠有限公司利用美國CE技術(shù)制造的。鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、控制循環(huán)燃煤汽包爐、采用平衡通風、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，鍋爐配備正壓直吹式制粉系統(tǒng)，由2臺離心式一次風機、3臺BBD4060B型雙進雙出鋼球磨煤機組成。

BBD4060磨煤機技術(shù)性能參數(shù)：磨煤機結(jié)構(gòu)及流程示意圖見圖1。銘牌出力54t/h，磨煤機轉(zhuǎn)速16.7r/min，有效容積67.89m3，最大裝球量71t，筒體長度5.54m，筒體直徑3.95m。

二、BBD雙進雙出鋼球磨煤機磨制該煤種時易發(fā)生爆燃的原因分析

（一）煤質(zhì)因素

2020～2021年每個月的煤質(zhì)平均值與設計校核煤質(zhì)對比情況，如表1所示。

由表1可知，近期燃用煤質(zhì)較設計煤質(zhì)，干燥無灰基揮發(fā)分高達40%，水分較設計煤質(zhì)高5個百分點，哈氏可磨性系數(shù)較設計值高26。

1.干燥無灰基揮發(fā)分

根據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術(shù)規(guī)定》（DLT 5145-2012），煤的揮發(fā)分與爆炸性分級如表2所示。

雙進雙出鋼球磨煤機建議運用爆炸等級Ⅲ級及以下的煤質(zhì)，即揮發(fā)分較低的煙煤（Vdaf應小于30），設計煤種與校核煤種的揮發(fā)分，對于雙進雙出鋼球磨煤機來說偏高。更換煤質(zhì)后，揮發(fā)分平均為40，達到了極易爆炸的最高等級（Vdaf大于35），易爆程度可想而知。

2.收到基水分

雖然各個規(guī)程里沒有明確水分對制粉系統(tǒng)易爆性的影響，但水分增加會對磨煤機干燥出力造成影響。提高磨煤機的干燥出力，就需要提升磨煤機的進出口溫度，但這會增加制粉系統(tǒng)的爆燃風險。另外，爆炸時，水分會產(chǎn)生額外的爆炸氣量，加劇對制粉系統(tǒng)的破壞。

3.可磨性及煤粉細度

根據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5145-2012）和《電站磨煤機及制粉系統(tǒng)選型導則》（DL/T 466-2017）的相關(guān)要求，煤粉細度的選擇可根據(jù)式（1）計算：

R90=0.5nVdaf" 式（1）

式（1）中，R90為用90μm篩子篩分時，篩上剩余量占煤粉總量的百分比；Vdaf為煤質(zhì)的干燥無灰基揮發(fā)分；n為煤粉均勻性指數(shù)，根據(jù)選型導則的相關(guān)規(guī)定，n取0.8。

由此可以得出，更換煤質(zhì)前，R90應控制在14.0%，實際測量R90為22.5%，雖然會導致燃燒的不經(jīng)濟性，但有利于降低制粉系統(tǒng)爆燃風險程度。更換煤質(zhì)后，在同樣的工況下，R90應控制在16.0%，可磨性提升了近25%，R90實際測量僅為11.5%，極大增加了制粉系統(tǒng)的爆燃風險。機組于2008年投產(chǎn)，當時的磨煤機分離器為靜態(tài)擋板型，受制于廠房結(jié)構(gòu)與成本，無法更換為雙極軸向或動態(tài)分離器，靜態(tài)擋板控制機構(gòu)年久卡死，煤粉細度無法調(diào)整。

4.磨煤機出口溫度的控制

根據(jù)《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5145-2012）計算，雙進雙出磨煤機在磨制干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf在30%以上時，磨煤機出口溫度不應高于75℃，煤粉管中風粉混合物露點為53℃，但最低溫度應高于露點5℃。計算得出，露點溫度53℃，因而建議磨煤機分離器出口溫度應控制在65～70℃范圍內(nèi)。電廠為提高經(jīng)濟性，先采用分離器出口70℃的運行方式，未出一個月再次發(fā)生爆燃，現(xiàn)采用分離器出口65℃的運行方式，爆燃頻率明顯下降。

5.磨煤機出口粉管風速

保證磨煤機出口粉管風速大于安全運行要求值18m/s，可有效降低制粉系統(tǒng)發(fā)送爆燃的幾率。但該廠受制于采購、維護成本等因素，老舊的粉管風速在線測量裝置已被堵死，無法直觀獲得風速數(shù)據(jù)，僅磨煤機入口混合風壓參數(shù)相對準確，只能通過測量磨煤機出口粉管差壓，才能獲得實際的粉管風速：

式（2）中，[w]為風管風速；[K]為氣體流速修正系數(shù)；[ρ]為氣體密度，kg/m3；[△P]為氣體流動產(chǎn)生的差壓，Pa。標準畢托管的修正系數(shù)為1，而非標準的動壓測量管測定的壓差必須加以標定。測定管的標定系數(shù)為：

式（3）中，[△P1]為標準畢托管的測量動壓值，Pa；[△P2]為標準畢托管的測量動壓值，Pa，在各粉管風速滿足18m/s時，磨煤機進口混合風壓顯示為1.5kPa，該參數(shù)則為最低保證值。

通過查詢本廠制粉系統(tǒng)爆燃前的歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，爆燃時磨煤機進口的混合風壓均低于1.5kPa，從而也印證了爆燃時粉管風速未達到安全值，制粉系統(tǒng)會產(chǎn)生積粉，積粉緩慢自燃，待積粉受擾動后就會出現(xiàn)爆燃風險。

該廠雙進雙出磨煤機每側(cè)4個，共有8個出口粉管，進口混合風壓即便滿足1.5kPa，各個粉管風速也未必能同時達到18m/s。因此，要定期進行風調(diào)平試驗，保證各個粉管風速偏差小于10%，同時將磨煤機進口混合風壓不得低于1.6kPa納入指標考核。

6.其他改造建議

防爆門設計偏小，每次爆燃破壞程度較大，損失嚴重。更換新型防爆門，有利于爆燃時迅速排放壓力，降低制粉系統(tǒng)的受損程度。但是防爆門的位置要合理，防止傷人。此外，也可以進行爐煙再循環(huán)改造，磨煤機入口通入冷爐煙，將制粉系統(tǒng)中的氧氣含量降至16%以下，徹底消滅磨煤機爆炸的根源。

7.運行控制問題

為響應國家節(jié)能減排“十四五”規(guī)劃，2020年開始，機組參與山東電網(wǎng)的深調(diào)任務。磨煤機啟停次數(shù)大幅增加，磨煤機停止時發(fā)生多次爆燃，爆燃時，磨煤機風速與粉管風速均滿足上述防爆要求。通過查詢歷史趨勢可知，每次爆燃均發(fā)生在磨煤機吹掃25min左右。通過測量可知，雖然磨煤機入口混合風壓大于1.6kPa，但不能保證將磨煤機吹掃干凈，磨煤機內(nèi)部產(chǎn)生過攆磨，導致爆炸，特建議電廠的磨煤機入口混合風壓大于2.0kPa，吹掃時間控制在10min，采取大風量、短時間的吹掃方式。根據(jù)防爆設計技術(shù)規(guī)程，停磨時要給磨煤機充惰，然而該廠惰性氣體為水蒸汽，經(jīng)常發(fā)生停磨后蒸汽噴口板結(jié)的情況，啟停頻繁時無法及時處理，導致惰性氣體充滿度不夠，水蒸氣的通入使得發(fā)生爆燃時反而會加重破壞程度，建議后期對充惰系統(tǒng)進行改造，優(yōu)化噴口或替換惰性氣體。

三、調(diào)整后的效果

試驗確定，通過現(xiàn)有的參數(shù)控制磨煤機出口粉管風速，通過計算獲得現(xiàn)有煤種磨煤機出口溫度，優(yōu)化運行方式。2022年度，該廠僅在停磨期間發(fā)生過一起磨煤機爆燃事故，與2020～2021年度共發(fā)生12起爆燃事故相比，爆燃現(xiàn)象明顯緩解。而且通過查詢?nèi)霠t煤質(zhì)記錄發(fā)現(xiàn)，當時干燥無灰基揮發(fā)分高達44%，確實難以避免。

四、結(jié)束語

受煤價等因素的影響，原國電機組勢必大規(guī)模燃用神華煤，雙進雙出磨煤機磨制高揮發(fā)分的神華煤時，若運行參數(shù)未根據(jù)煤質(zhì)調(diào)整，制粉系統(tǒng)爆燃風險極大。

本研究通過相關(guān)試驗，獲得能適應煤種的煤粉細度、磨煤機出口溫度、磨煤機出口粉管風速等參數(shù)，對電廠運行人員相關(guān)工作有一定的參考價值，在進行相關(guān)設備的改造時能夠大幅降低制粉爆燃的風險。

參考文獻：

[1]DL/T 5145-2012火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設計計算技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國電力出版社，2012.

[2]DL/T 466-2017 電站磨煤機及制粉系統(tǒng)選型導則[S].北京：中國電力出版社，2017.

[3]金龍哲，段健.煤粉燃燒性與工業(yè)分析、著火溫度的相關(guān)性研究[J].中國安全生產(chǎn)科學術(shù). 2012，8（04）：74-75.

[4]DL/T5203-2005火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設計技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2005.

[5]葛銘，劉龍. 雙進雙出磨煤機制粉系統(tǒng)優(yōu)化試驗研究[J].電力科技與環(huán)保. 2020（01）：90-91.

[6]杜永光，王寶良.制粉系統(tǒng)爆炸原因及防爆門的選型[J].吉林電力. 2003，（06）：59-60.

[7]高繼錄，鄒天舒. 800MW機組制粉系統(tǒng)摻混冷爐煙改造設計及影響分析[J].發(fā)電設備.2013，27（01）：20-21.

[8]盧紅書.摻爐煙系統(tǒng)在直吹式磨煤機防爆中的應用[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學院學報.2020，33（01）：76-78.