防止制粉系统爆燃的全自动灭火装置在超超临界锅炉的应用

姚友工，胡木林，江 永，陈韶华，张家宽，王 硕

(华能海门电厂，广东 汕头 515132)

华能海门电厂4×1 036 MW机组锅炉型式为高效超超临界参数变压直流炉、对冲燃烧方式、固态排渣、采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。每台锅炉配置6台由上海重型机械厂生产的HP1203/Dyn中速磨煤机。锅炉燃烧设计煤种为神府东胜烟煤，校核煤种1为50%神府东胜烟煤+50%澳大利亚蒙托煤，校核煤种2为晋北烟煤。

受煤炭市场变化影响，电厂一直燃用非设计煤种，近年来大量燃用易燃易爆的印尼煤，燃用比例达到了85%以上，对制粉系统安全运行造成严重威胁，先后发生过磨煤机爆燃事件，造成磨煤机入口一次风管爆燃、煤粉管着火等安全事件。

1 技术方案

1.1 磨煤机消防蒸汽系统汽源及系统优化

制粉系统根据锅炉燃用煤种设置了消防灭火蒸汽系统，汽源为采用机组4抽供汽的辅汽汽源，压力1.1 MPa，温度达到了320℃以上，温度偏高，接近了燃用印尼煤析出挥发分的最低燃点，在应用极易造成二次爆燃，虽然系统也设置了降温降压系统，但是投运降温需要时间，无法满足实际快速投运控制爆燃需要[1-3]。为确保安全，通入磨煤机消防蒸汽温度宜控制在160～200℃之间较为安全。

1.1.1磨煤机消防蒸汽汽源的选择

机组设置的8级抽汽参数会出现压力过高或蒸汽温度过高，无法满足磨煤机消防蒸汽需要。在使用中需降温降压后方能使用，同时高品质蒸汽的使用也是一种不节能的选择[4-5]。

通过分析，除氧器压力在机组日常40%～100%出力调峰过程中，除氧器压力0.4～1.0 MPa，温度在150～180℃之间滑压运行，并且除氧器运行中就是在饱和温度下运行，分析各参数可满足磨煤机消防蒸汽系统所需参数要求。因此，采用在除氧器汽侧排气管上接出一路汽源并入磨煤机消防灭火系统使用，原消防灭火蒸汽系统仍作为备用系统。

1.1.2消防蒸汽系统的优化

原设计磨煤机消防灭火系统存在设计安装不合理形成系统死角积水，造成日常磨煤机运行中石子煤带水、投运灭火蒸汽时实际为喷水无法排除空气灭火等隐患，对消防灭火蒸汽管道进行优化及疏水优化，具体优化方案见图1。

图1 制粉系统消防蒸汽系统优化

1.2 磨煤机爆燃的自动判断

磨煤机运行中发生爆燃，必然引起制粉系统本身各参数的大幅波动。通过分析总结，爆燃时有以下明显参数变化特征：(1)磨煤机磨出口压力突升(>6.5 kPa)；A磨为6.0 kPa；(2)磨进口一次风量突降；(3)磨煤机出口压力突升>2 kPa；(4)分离器电流突降(15 A)；(5)磨煤机出口温度可能快速上升。

通过分析优化，对制粉系统爆燃采用准确度、可靠性较高的选择，对爆燃判断如下。

(1)爆燃判断条件一(相与)：给煤机煤量>20 t/h；磨煤机正常运行中，入口一次风量突降>30 t/h以上。

磨煤机正常运行中，出口压力突变>2 kPa。

(2)爆燃判断条件二(相与)，并发出爆燃声光报警：给煤机煤量>20 t/h；磨煤机出口温度>97℃。

磨煤机B/C/D/E/F出口压力>6.5 kPa或磨煤机A出口压力>6.0 kPa

1.3 制粉爆燃后的自动处理方案

电厂通过对制粉系统爆燃分析时的实际处理过程，并结合实际设备情况，采用的爆燃处理思路是：切断燃料，投入灭火蒸汽，确保吹空风量。具体内容如下。

(1)自动跳闸爆燃磨的给煤机切断燃料供给，确保燃烧无法持续。

(2)自动以10%/s速率全开爆燃磨冷风调门、闸板门，确保足够的磨一次风量将磨内部残余着火煤粉快速吹入炉膛中。

(3)以3%/s速率自动关闭热风调门，隔绝热源，降低磨输入热量，降低燃烧速率。

联开磨煤机消防蒸汽灭火电动总门及爆燃磨煤机消防蒸汽电动门，联锁开启消防蒸汽降温水电动隔离门，降温水调门投入自动，设定温度160℃。确保采用高温汽源时有效及时降温。

(4)A磨正常运行中，等离子自动拉弧。对机组进行稳燃，防止扰动灭火。

(5)关闭磨煤机出口管冷一次风密封风电动门。避免磨煤机出粉管中的供氧造成燃烧持续。

(6)闭锁磨煤机出口门关闭。作为泄压通道，防止磨煤机内部形成封闭空间，出现二次爆燃损害设备。

2 经济及安全效益

在进行上硬件及逻辑优化后，在机组运行中进行各项调试后投入使用。在使用应用中动作正确，处理及时，目前已经在海门电厂1、2、3、4号机组进行推广应用，有效应对制粉系统大量燃用高挥发分易燃易爆煤种的不安全现状，起到了提前控制、自动快速、及时准确处理，有效地减轻人员压力、防止设备损坏。按照每台机组每年正确处理2次制粉系统爆燃，避免了磨煤机内部设备损坏及人工费用，设备维修时间3天影响机组出力150 MW，0.45元/kWh计算，每台机组年产生直接效益为 24 万元。每台机组年产生间接效益为486万元。

3 结语

对制粉系统消防灭火蒸汽参数过高造成使用引起爆燃进行分析，提出将原汽源进行改造，利用除氧器汽侧饱和蒸汽降压形成过热蒸汽作为消防灭火蒸汽，并对沿程管道疏水系统进行优化，保证了消防灭火蒸汽了投运安全。针对磨煤机出口主要积粉的可调缩孔进行封堵，消除自燃隐患。对爆燃引起的系统参数一次风量、磨碗差压、一次风压等变化过程进行详细分析，提出并实施了制粉系统的一系列爆燃自动判断方法，在实际应用实施中达到了及时、准确判断，可有效提醒运行人员，避免运行人员的误判、晚判，造成事故的扩大。本文提出了一种制粉系统爆燃的全自动处理系统，从制粉系统爆燃的防止、自动判断、自动处理等方面实现了自动控制处理，有效地控制了制粉系统爆燃的影响

参考文献：

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