300MW机组中间储仓式制粉系统防爆问题分析

马坤祥，纪东平

（国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006）

国电谏壁发电厂四、五期工程安装的4台300MW机组，锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1000/170-M型亚临界一次中间再热直流炉(1998年起逐台改造为控制循环炉，型号为SG-1025/16.77-M)。每台锅炉配4台DTM-350/600型钢球磨机，中间储仓式制粉系统乏气送粉，每台锅炉设有4个煤粉仓，煤粉仓上部设1台型号为FU型刮板可逆式输粉机(绞龙)，保证4套制粉系统相互输送煤粉。

电厂300MW机组自1980-12-28日投产以来，制粉系统多次发生爆炸，从2000年2月到2005年5月制粉系统爆炸共计16次。经过技术改进和不断完善运行控制措施，从2005年6月至今未发生制粉系统爆炸，可见中间储仓式制粉系统的爆炸是可以防治的。

1 制粉系统爆炸的危害

煤粉着火或爆炸事故对人身及设备的安全威胁包括以下几个方面。

(1) 煤粉着火，使管壁温度升高，造成其结构强度下降。钢板煤粉管在400℃以上时，强度急剧下降；预应力钢筋混凝土煤粉仓，其耐火极限也只有50min。可见经常性的煤粉自燃必然对制粉系统和煤粉仓的安全构成威胁。

(2) 煤粉爆炸形成的冲击波可能导致一系列灾害，除非设备结构能承受此种冲击或防爆门起到了良好的保护设备的作用，否则发生墙倒、顶掀、设备严重损坏、火灾等次生灾害几乎不可避免。

(3) 制粉系统爆炸造成生产环境的严重污染，不仅对运行、检修人员身心健康构成潜在伤害，而且增加了检修人员的劳动强度。

(4) 严重的制粉系统爆炸不仅造成设备损坏，而且影响正常发电，造成较大经济损失，甚至可能构成人身伤害事故，造成更大的社会影响。

2002-11-18T20:48，10号炉丁制粉系统在停运过程中爆炸，造成丁排粉机风箱严重损坏，制粉系统5只防爆门爆破，厂房玻璃大面积损坏。经抢修，排粉机于2002-11-22T16:45修复，损失电量683万kW.h。

2004-03-09T01:40，10号炉丁制粉系统因丁磨煤机电流从94A突升至102A，运行人员准备停磨检查。当给粉机停后约10s，丁号制粉系统发生爆炸，造成丁制粉系统7只防爆门爆破，4号、7号风门破损，7号门伸缩节严重变形，排粉机出口风箱破损， 10号炉0m厂房玻璃大量破损。经检修人员抢修，排粉机于2004-03-10T22:10恢复运行，损失电量334万kW.h，直接经济损失6.68万元。2004年制粉系统共发生4次爆炸，共少发电536.25万kW.h， 直接经济损失10.73万元。

2 制粉系统爆炸的原因

在制粉系统中，凡是发生煤粉沉积的地方，就能成为气粉混合物自燃和爆炸的发源地。从多次爆炸后的现场情况看，引爆点主要在容易长期积煤或积粉的位置。引爆的热源主要由磨煤机与排粉机入口热风门不严密形成。根据制粉系统的运行工况和爆炸情况分析，制粉系统爆炸的主要原因如下。

2.1 与煤粉细度、风粉混合物浓度及燃煤成份有关

煤粉愈细，煤粉颗粒的表面积愈大，与氧气接触的面积也增大，氧化自燃的速度大大加快，爆炸的危险性就愈大。一般煤粉的颗粒大部分在0.02mm～0.05mm之间，电厂300MW机组的煤粉细度R90在20%左右，即0.09mm以下占80%，乏气中煤粉更细。从16次制粉系统爆炸分析，乏气部位引起的爆炸达10次之多，说明煤粉越细越易燃易爆。显然煤粉细度是引发制粉系统发生爆炸的1个重要因素。

根据测定，空气中煤粉含量达到45～2000g/m3时，无论在密封的容器内还是在敞开的空间遇到明火，都会发生爆炸。当煤粉浓度在300～4000g/m3时其爆炸强度、破坏力最大。燃料挥发份Vdaf<10%时，煤粉和空气混合物一般没有自燃和爆炸的危险；燃料挥发份Vdaf>20%时，属于反应能力强的煤，此时燃料挥发份析出温度和着火温度均较低，容易发生自燃和爆炸事故。一般挥发份Vdaf＞25%，煤粉发热量越高，爆炸的可能性越大。电厂设计燃煤发热量在20306～21200kJ/kg，挥发份Vdaf在28.0%～31.09%，也是容易发生爆炸的因素之一。近年来由于煤炭市场放开，燃煤情况变化较大，但从几次制粉系统爆炸分析，燃煤的挥发份Vdaf均大于25%，有的已达30%以上，均属易爆炸之列。

2.2 磨煤机入口积煤自燃

磨煤机入口处积煤主要发生在入口斜管至上部约6.5m的干燥管上。在干燥管上开有4个孔洞，分别与回粉管、再循环管、加钢球管和防爆门连接。干燥管入口的水平方向接有干燥风(热风)管，从水平方向带有一定压力的热风冲击垂直向下的煤粉时，交叉混合的煤粉不仅容易贴壁，而且在此处也易形成涡流，从给煤机落下来的湿煤就容易被冲击粘在开孔上方管道的内壁上。同时从预热器来的热风温度近300℃，在制粉系统运行中，由于高温风的长期烘烤，容易使入口处积煤自燃，在运行中不仅难以检查，而且人工清除也十分困难。燃煤进入磨煤机内遇到爆炸浓度的煤粉时就会引起爆炸。同样，磨煤机进口防爆门根部容易积煤，受高温热风长期烘烤，也容易引起该处积煤自燃，燃煤进入磨煤机内遇到爆炸浓度的煤粉时就会引起爆炸。

2.3 细粉分离器进口处积粉自燃

细粉分离器进口处积粉自燃主要发生在细粉分离器进口管道下部较平缓的管段上。为了防止管壁磨损，在此部位贴有内衬铸石，当铸石脱落时，增加了积粉的可能性，且该部位吹扫困难，所以积粉自燃很可能发生。如2000-02-23，9号炉乙制粉系统运行中爆炸，引爆部位发生在细粉分离器进口处，原因就是此处铸石脱落，长期积粉自燃引起爆炸。

2.4 热风门内漏与水平段积粉

排粉机进口热风道原设计为水平布置，磨煤机制粉时，5号热风门和7号隔绝门关闭，6号冷风门仅开启20%(7号隔绝门严密性差)。受细粉分离器效率的影响，乏气中携带10%～15%磨煤机出力的煤粉量，细粉分离器效率差时携带煤粉量更多。由于排粉机进口处存在涡流且较细煤粉到处飞扬，7号门后风管内容易发生积粉。由于压差的存在，5号、7号门关闭不严，6号门开度过小，热风漏入7号门后，使煤粉自燃；当磨煤机发生断煤或停磨过程中参数控制不当，由于7号门后积粉自燃形成火源和空气的存在，乏气中煤粉浓度达到爆炸浓度时即发生系统爆炸。

2.5 再循环管及再循环风门处积粉自燃

再循环管是排粉机出口至磨煤机进口为增加制粉系统通风出力而设计的，管段中间设有再循环门，此门在关闭时存在漏乏气现象。乏气中较细的煤粉通过该门时带有一定速度，当门后面积突然增大，流速突降，使乏气中的煤粉沉积在门后的管段内。由于此系统不便常使用，在制粉系统停运时，排粉机出口风温达140℃，会引起该处积粉自燃；当燃烧煤粉再次进入排粉机或磨煤机内时，就会引起爆炸。

2.6 粉仓防爆门处积粉自燃

2004-03-11，10号炉乙粉仓爆炸，是由于原粉仓防爆门采用启闭式防爆门，该类防爆门可靠性难以保证，在进行防爆门改造时未将原防爆门拆除仅将翻板掀起，掀起后存在死角，造成积粉自燃。在粉仓进粉时发生粉仓防爆门爆破，这是由于检修技术管理和对制粉系统防爆认识不到位引起的事故。

2.7 原煤中存在易燃易爆物

2001-10-15，10号炉乙制粉系统爆炸系原煤中的易燃易爆物进入制粉系统，在磨煤机内钢球的撞击下发生爆炸，这次爆炸使制粉系统21只防爆门全部爆破。

2.8 运行人员未能严格执行安全技术措施

2005-01-16，7号炉丙制粉系统爆炸就是由于运行人员未能认真执行8h停磨与每2h开7号门吹扫死角积粉的技术措施，致使磨煤机连续运行11h不停磨，同时未进行吹扫，使7号门后积粉自燃，形成火源，引起制粉系统爆炸。

3 防范制粉系统爆炸的措施

根据多年来制粉系统爆炸情况分析和总结，为防止制粉系统爆炸，工程技术人员对防止制粉系统爆炸进行了大量探索，并对300MW机组中间贮仓式制粉系统进行以下改进。

3.1 防止磨煤机入口积煤

磨煤机入口落煤管出口的干燥管6.5m处积煤，主要是运行中湿煤在气流冲击下粘贴上去的。无论制粉系统在运行中还是在停运时，都有可能使积煤自燃。由于此处积煤运行人员难以发现和清理，着火时处理困难，如果将落煤管向下延伸500mm～700mm，避开气流直接冲击湿煤而造成贴壁，就避免了积煤的可能性。2004年10月，在7号炉乙磨进口接长落煤管出口端，在防止此处积煤自燃方面取得明显效果。必要时在热风管出口与干燥管连接处加装热风导向板，改变热风方向，避免直接冲刷，对防止积煤能起到积极的作用。

3.2 对细粉分离器进口水平管段进行改造

根据细粉分离器入口水平管段处积粉自燃现象，对细粉分离器进口管段进行改进。为消除水平段积粉，将防磨铸石改为防磨胶泥，并定期对防磨胶泥进行检查和消缺工作。改进后再未有过由这种原因引起的制粉系统爆炸。

3.3 消除热风门内漏，改变7号门位置

将7号门后管道与排粉机进口管道由水平接入改为向下45°接入，积粉情况有所减少。因设计、安装原因，发现部分7号门在开启时，气流从进口到出口是由下向上流动，即使实行定期吹扫也不能吹走沉积在7号门后管道下部的煤粉，达不到吹扫效果。因此，对各个锅炉二套制粉系统的7号门的开启进行调向处理。

为细粉分离器加装二次分离装置，提高细粉分离效果，减少乏气带粉量，对减少7号门后管道积粉和排粉机叶轮磨损有较大的好处。

磨煤机运行制粉过程中，规定5号、7号门关闭，6号门开启，并采用定期开启5号、6号、7号门进行吹扫，将7号门后已沉积而没有发生自燃的煤粉及时吹扫干净，避免积粉自燃现象的发生。

3.4 取消再循环管

制粉系统设计再循环管是为了增加制粉系统通风出力，但在制粉系统运行中很少使用，设计功能体现不明显，因此决定取消再循环管。2003年6月至12月，分别对9号、10号炉制粉系统再循环管进行了封堵，取消了再循环管，对防止制粉系统爆炸起到了决定性作用。

3.5 取消粉仓板式防爆门

为防止板式防爆门存在积粉，引起自燃和爆炸，利用停炉机会将板式防爆门拆除，并对该部位进行防积粉处理。此改进杜绝了因制粉系统粉仓局部结构隐患而引发的制粉系统粉仓爆炸。

3.6 加强检修管理

检修人员要加强对制粉系统爆炸危害性的认识，严格执行29项反事故技术措施，提高检修工艺水平，严格按技术规范要求，提高设备的检修质量。在检修工作中应尽可能避免因检修工艺不良带来的制粉系统积煤积粉，并及时消除系统的漏粉，防止积煤、积粉引起自燃。

3.7 加强运行管理

提高运行人员对制粉系统爆炸危害性的认识，严格执行29项反事故技术措施，加强培训和管理。运行中要严格控制好磨煤机出口温度，做好雨季煤的掺配工作，防止含水分过大的煤粉进入粉仓。严格执行磨煤机定期切换和定期吹扫制度，严格执行定期降粉位措施，防止煤粉长时间在仓内存留。运行中要对煤粉细度加以控制，当磨制挥发分较高的煤时，可将煤粉细度R90调至上限(27%)运行，这样做既可以防爆，又可以降低制粉电耗。以7号炉为例，一般将粗粉分离器上、下挡板上调5°，R90可增大4%，制粉出力约增大4t/h。此外还要避免输粉机内积粉，特别是临时停炉，一定要密封粉仓，加强监视和检查，防止自燃。

4 结束语

随着对制粉系统防爆认识的不断提高，技术人员不断的技术改进，并完善运行措施，2005年6月至今，电厂再也未发生制粉系统爆炸事故。