中储式制粉系统爆燃分析及磨煤机检修、节能分析

亓志斌

（东营港城热力有限公司，东营 257000）

烟煤制粉系统选用低速钢球磨、中储式、乏气送粉，主要由磨煤机、木块分离、粗粉分离器、细粉分离器、木屑分离器、锁气器、输粉机等设备组成。原煤和干燥用的热风在下行干燥管内相遇后一同进入磨煤机，磨制好的煤粉由干燥剂从磨煤机中带出，气粉混合物经粗粉分离器分离后，合格的煤粉被干燥剂带入细粉分离器进行气粉分离，其中，90%左右的煤粉被分离出来并落入煤粉仓，或通过输粉机转送到其他煤粉仓。剩余10%左右的煤粉经排粉风机送入炉膛。根据高温高压煤粉锅炉负荷需要，煤粉再经由给粉机落入排粉风机出口风管，经燃烧器喷入炉膛内燃烧。

干燥无灰基挥发分Vdaf=32.46%的烟煤，极易发生爆燃问题，故需对制粉系统爆燃展开分析、整改，而磨煤机作为整套制粉系统的核心设备，其安全稳定和高效运行尤为重要，故对其进行检修和节能分析。

1 制粉系统爆燃的分析与处理[1-2]

1.1 简述

制粉系统中的设备和管道组成了一个相对的密闭空间，其中，煤粉为可燃固体颗粒，干燥机（热风）为助燃气体，当煤粉颗粒与干燥剂（热风）在密闭的制粉系统中混合达到一定浓度，同时若在系统中存在一定的能量使其达到燃烧条件，则煤粉颗粒将会在极短时间内迅速燃烧，这将是一个链式反应，火焰激波迅速传播，系统中其余可燃的煤粉颗粒将会迅速燃绕，同时释放出巨大的能量，产生气压，形成爆炸效果。

其中，煤粉颗粒为爆燃的主要燃料，当然，在一定情况下氢气、一氧化碳、煤粉挥发分中的碳氢化合物等气体也可能是导致爆燃的可燃物。

归纳得出，引起制粉系统爆燃的条件有三个：一是密闭空间，二是有足够的能量点燃可燃物，三是可燃物与空气（氧气）混合达到爆燃浓度，表1为燃煤与空气混合时的爆炸极限。

表1 燃煤与空气混合时的爆炸极限

1.2 预防机制

1.2.1 避免产生爆燃所需能量

制粉系统中点燃煤粉等可燃物的能量来源主要有两个：一是煤粉堆积后容易吸附空气中的氧气，产生缓慢的氧化反应，使煤粉温度升高，当达到着火温度时，便引起自燃；二是系统干燥剂带来的热量，因设计热风温度高达320℃（未与冷风混合前），且携带有大量氧气，可极快地加速煤粉燃烧，形成明火。

故而可以从防止煤粉堆积、自燃、断煤等方面来阻止制粉系统爆燃。

1.2.2 远离风（氧气）粉危险混合浓度

制粉系统极易爆燃的阶段是制粉系统启动和停止的阶段，在启动阶段煤粉浓度逐渐上升，在停止阶段煤粉浓度逐渐下降，必然局部会经过危险浓度区间，若此时恰巧有足够的能量，将会引起爆燃。同时，如果制粉系统局部的密封性较差，也极易出现危险的煤粉浓度区间。

故而在风粉浓度这方面，可以主要把控系统的密封性和保证燃料供应持续，避免出现危险的风粉混合浓度。

1.3 预防机制的分析和改进措施

1.3.1 关于制粉系统中点火能量分析及整（技）改措施

（1）对原煤进行干燥的干燥剂为从空预器出口而来的一次热风，风温在320℃左右，同时调配合适的冷风，控制磨煤机出口在65℃以下。若给煤机断煤后未及时发现，则将会导致磨机出口温度上升，同时风粉浓度变化，极易形成足够的点火能量。

对此加强运行操控的同时，将煤机断煤信号与风门控制做成连锁保护，断煤信号出现后，及时关闭热风门，以此保证磨煤机出口温度控制，运行人员同时根据实际情况做出停磨等应急处理，保证制粉系统安全。

（2）除此之外，制粉系统的点火能量还来自于系统中煤（粉）堆积的自燃现象。为此，多次对整个制粉系统进行检查，对照设计施工图纸、设备图纸逐步排查整（技）改。第一，粗粉分离器锥帽角度由45°更改为50°，增大其煤粉自流角度。第二，细粉分离器入口喉管段角度变更，减少缓坡段，增强气流对煤粉的扰动，防止煤粉沉积。第三，加强木块分离器和木屑分离器的定期清理工作，预防尼龙袋、塑料袋、木片等物品带粉沉积。第四，磨煤机入口总风道、排粉风机入口总风道入口处的斜切处理并刷涂陶瓷漆保证光滑度，避免气流旋涡导致此处的煤（粉）沉积。第五，磨煤机入口落煤管下延至总风道中心线偏下，避免落煤过程中的煤粒堆积。

（3）制定合理的煤粉细度，控制粉仓含氧量，跟进煤质化验结果等方面也能指导运行方式或避免爆燃危险，需根据不同的煤质和设计参数作分析。

1.3.2 关于制粉系统中风粉混合浓度的分析及整（技）改措施

（1）因制粉系统使用的干燥机为一次热风和一次冷风混合调节，含氧量无法得到有效控制，故而需对粉仓的密封性做出详细的检查及整改工作。第一，检查粉仓重力翻板式防爆门上部密封及细沙的填充情况，保证此处无空气泄露。第二，检查粉仓所有开孔，包括料位计、手动粉漂测量装置、人孔门、氮气（蒸汽）吹扫的密封性，尽量减少开孔所带来的漏风量。第三，根据停炉计划合理安排粉仓内部不锈钢衬板的使用情况，防止内衬变形内部形成空鼓积粉或者挂粉现象。第四，根据负荷情况制定合理的降粉制度，保证内部粉仓温度在可控范围内。第五，定期检查充氮系统和蒸汽灭火系统的可靠性。

（2）因为煤粉自燃的反应为不充分氧化反应，期间会产生一定的CO，在磨煤机出口、粉仓等位置加装CO监测装置，一定程度上可以指导运行操作。

因此，制粉系统的爆燃问题主要需根据现场的设备情况和参数特点，着重从避免煤粉堆积自燃和系统密封上做出相应处理和预防，保证整套制粉系统的安全稳定运行。

2 低速钢球磨的检修[3-4]

2.1 磨煤机入（出）口螺旋进（出）料管外部隔热层

磨煤机入口处的螺旋进料管外部需包裹隔热层，以此保证热风不会导致磨机润滑油温度过高。此隔热层在出厂过程中是没有的，需要在设备安装过程中加装。考虑到耐高温性，可选用的常见材料有两种：石棉布和硅酸铝纤维布。

从原材质上看，硅酸铝纤维是一种新型轻质耐火材料，该材料具有容重轻、耐高温、热稳定性好，热传导率低、热容小、抗机械振动好、受热膨胀小、隔热性能好等优点，经特殊加工，可制成硅酸铝纤维板、硅酸铝纤维毡、硅酸铝纤维绳、硅酸铝纤维毯等产品。新型密封材料具有耐高温导热系数低、容重轻、使用寿命长、抗拉强度大、弹性好、无毒等特点，是取代石棉的新型材料，广泛用于冶金、电力、机械、化工热能设备的保温。

由此可见，硅酸铝纤维在一定环境下是石棉制品的替代品，且相对环保安全，使用寿命远远大于石棉布。故后期全部使用硅酸铝纤维布替代石棉布。

因为螺旋进料管外表带有一定的锥度，在裹敷硅酸铝纤维布的过程中需定点做切割处理，保证整体的厚度30～40mm以及其平整性，最后外表面敷以不锈钢钢丝网，最终用铁丝等捆扎牢固。

经过实践印证，该方法使用效果良好，使用寿命至少在4年以上。

2.2 磨煤机出口管道的防磨处理

磨煤机出口管道厂家原衬有防磨衬瓦，可以有效防止此处的磨损，但实际使用阶段，在磨煤机出口管道法兰上行800mm左右的距离仍存在较大程度的磨损，即使选用加厚的Q345的防磨钢板，依旧无法有效延长使用时间。

后经过研究考察，选用国外进口型号为Densit2000的耐磨材料。先用材质为Q235的普通碳钢龟甲网焊接在磨煤机出口管道上，在将该耐磨材料A、B组份按照合适的比例混合后涂抹、捣实，经过自然风干约48小时，形成坚硬耐磨的保护层。使用后效果明显，至今未出现磨煤机出口管道磨穿的问题。使用2年后进行内部检查，此耐磨层依旧无明显的磨损痕迹，仅在边缘地带存在少许脱落，不影响使用。

2.3 磨煤机低压油管道

（1）磨煤机轴承座低压油的回油管道安装为丝扣直接，且中间的软连接为普通的软管，使用铁丝捆扎，且回油管角度较小，导致回油不畅，同时现场的检修工作极为不便利，外观形象较差。

后经过现场定制连接轴承座的活接，且将回油管线减震用软管更改为丝扣连接的高压橡胶软管，调整回油管线角度远大于1∶40，有效保证了低压油回流，同时，因轴承座温度测点的测量误差存在，在回油管线上加装温度测点，便于运行过程中对回油温度的把控。

（2）MG290/410磨机低压油供油管道原使用为J41H-16，DN25的截止阀，因磨煤机轴承座底部油池容量有限，在会油量基本固定的前提下，只能调整进油阀开度，但因开度较小致使磨机多次出现运行中暂时性断油现象，致使烧瓦，单侧制粉系统无法使用，迫使锅炉降负荷运行。

根据阀门结构型式和现场低压油的实际需用量估算，将低压油控制阀门更改为Q41F-16P DN25，因球阀为直通道结构，可以有效避免出现短暂性断油，从而解决此问题导致的烧瓦现象。

2.4 筒体衬瓦掉落的检查

磨煤机筒体衬板作为磨煤机的核心部件之一，其材质主要为锰钢，作用为增强抗磨性和把钢球带到一定的高度。此处不对衬板材质作出分析，仅对实际使用过程中如何发现衬板的掉落做简要说明。

磨煤机在正常运行过程中，虽然钢球与原煤、衬板碰撞且无规则运动，但是整体发出的声音呈规律性，声音响度转换极为流畅自然。因衬板的安装形式为楔块固定，衬板相互挤压定位，再辅以塞板，故而在单块衬板掉落后，随着磨煤机的运转，极有可能会出现多块衬板掉落。因衬板较重，衬板与钢球的掉落会出现明显时差，且衬板与衬板碰撞过程中的响度较大，从而致使磨煤机在运行一圈过程中会定期出现不自然的声响，与整个磨煤机钢球碰撞的声音存在明显差别。但如果发现不及时，随着衬板的破碎，该声音会逐渐减小，若未及时发现将导致磨煤机筒体受损，且随着衬板与衬板的碰撞，将会进一步扩大衬板损坏。同时，衬板与衬板的相撞会产生火花，对整个制粉系统的安全运行造成影响。

所以，日常停炉计划中，应将磨煤机内部检查与钢球筛查作为固定项目，以防止意外情况发生。

2.5 磨煤机的定期工作

通过对现场实际问题的发生和探讨，磨煤机定期检查工作总结如下：

（1）磨煤机前后端盖螺栓紧固，并定期更换弹簧垫；（2）磨煤机进出口料斗衬板检查、沉头螺栓的紧固；（3）磨煤机筒体衬板楔块螺栓紧固性检查和密封性检查；（4）稀油站内油质化验及过滤、更换；（5）根据差压或者使用时间对低压泵出口滤网和油箱回油滤网的清理或更换；（6）检查大小齿轮的磨损情况，定期测量尺侧间隙；（7）稀油站油箱的定期清理，一般为1年左右；（8）根据实际情况对大齿轮底部油池做定期清理工作；（9）根据机组计划对磨煤机内部衬板和钢球进行检查；（10）定期检查磨机高压油对筒体的顶起高度。

运行中的钢球加注、温度测量、低压泵切换、回粉管锁气器活动等一系列巡线工作或制度并未一一列举。

低速钢球磨作为一套成熟的产品，其日常的检维护工作量较小，根据不同的缺陷思考相应的处理措施，做好设备的定期工作，将预防性检修和定期检修作为主要检修方式，则能保证磨机运行的安全性和稳定性。

3 磨煤机的运行节能分析

3.1 简述

磨煤机的节能运行包括多个方面：煤质、通风量、煤粉细度、煤粉均匀度、衬板型式、钢球配比等。

假设磨煤机所工作的其他条件相同且不变，通过钢球的加注、配比、总重进行分析如何在保证磨机出力的前提下节能降耗。

3.2 技术优化前后的数据统计和分析

MG290/410磨煤机基本参数如下。

铭牌出力：14t/h。筒体有效内径：2900mm。筒体有效长度：4110mm。筒体转速：19.34r/min。装球量：最大装球量30t，最佳装球量26t。筒体有效容积：27.08m3。磨煤机总重：74t（不含煤，钢球，电机）。主电机功率：500kW。MG350/600磨煤机基本参数：铭牌出力：30t/h。筒体有效内径：3500mm。筒体有效长度：6000mm。筒体转速：17.72r/min。装球量：最大装球量59t，最佳装球量53t。筒体有效容积：57.73m3。磨煤机总重：140t（不含煤，钢球，电机）。主电机功率：1000 kW。衬板选用材质：高铬KMTBCr15MoC。初始钢球选用材质：ZQCr2。

磨煤机初始的钢球配比：Ф60直径的钢球重量占磨煤机装入钢球总量的45%左右，Ф40直径的钢球占30%左右，Ф30直径的钢球占25%左右。

在其余条件固定的前提下，减少磨煤机电耗的主要措施便体现在减轻整体质量。出力不变则代表磨煤机的原煤量不变，钢球重量减少。既要减少钢球重量，又要保证磨煤机出力，则需要以钢球材质及配比上做突破。

最终将钢球大小分类更改为Ф30、Ф40、Ф50、Ф60四种，且材质进行变更，最终统计一年左右的数据，平均数据对比如表2所示。

表2 钢球优化前后磨机参数对照表

从上述数据可见，MG290/410磨煤机进行优化后的钢球装载量由26t降至20t，MG350/600磨煤机进行优化后的钢球装载量由53t降至41t，平均下降幅度为23.65%。制粉出力基本相同。且经过实际检测，煤粉细度R90稍有降低，但基本保持相同，煤粉均匀度R200有所上升。磨煤单耗电可减少10.524kW·h左右，有效降低了磨煤机能耗，对制粉系统的经济运行起到了良好的促进作用。

3.3 技术经济分析

进行磨煤机钢球的减重和配比、材质优化后，在制粉出力和细度基本不变的情况下，磨煤机的制粉功率大幅度下降，钢球消耗量有所降低，具有良好的节能效益。

按照平均每台磨机年运行时间4000h，攻击8台磨煤机节省功耗约60.8万kW·h，按照上网电价约合0.5元/kW计算，可节省电费约484万元，对制粉系统的节能降耗有显著功效。

4 结语

（1）制粉系统爆燃的发生必然无法违背化学爆炸的三要素，需要从根源着手，结合实际设备安装情况和运行状态做重点分析并逐一进行处理。

（2）低速钢球磨的检修工作的重点应放在预防性检修和定期工作上，才能保证设备稳定运行。

（3）磨煤机制粉电耗是制粉系统能耗的重要指标之一，合理引进技术并逐步施行对节能降耗具有至关重要的作用。