摘要：近年來，佳木斯發(fā)電廠的四臺爐共八套中間倉儲式制粉系統(tǒng)頻繁發(fā)生爆破事故，多次造成設(shè)備損壞和人員傷亡，給電廠的安全經(jīng)濟(jì)運行造成了巨大的損失。為此，根據(jù)大量的歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合深入的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)爆破的原因較多，不同階段有不同的特點，全面分析，匯集一起，總結(jié)出了制粉系統(tǒng)爆破的主要原因，提出了制粉系統(tǒng)運行技術(shù)，運行管理和設(shè)備改進(jìn)措施。通過實際證明：這些措施對于制粉系統(tǒng)防爆有著很大的作用，為佳木斯發(fā)電廠安全生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件，也為佳木斯發(fā)電廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
關(guān)鍵詞：燃煤電廠 制粉系統(tǒng) 爆破原因 改進(jìn)措施 預(yù)防方法
佳木斯發(fā)電廠（新廠）共有四臺100MW發(fā)電機組。鍋爐都是哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-410/100型倒U型布置自然循環(huán)汽包鍋爐。每臺爐配有兩套中間倉儲式制粉系統(tǒng)，采用熱風(fēng)送粉，制粉系統(tǒng)乏氣送入爐膛。磨煤機采用DTM-350/600型低速滾筒式球磨機，每套制粉系統(tǒng)裝有粗粉分離器和細(xì)粉分離器，每臺爐均有兩個粉倉。
自鍋爐投產(chǎn)以來，制粉系統(tǒng)多次發(fā)生爆破，既造成了設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，又嚴(yán)重威脅著人身安全及電廠的安全生產(chǎn)，還對生產(chǎn)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。
1 制粉系統(tǒng)爆炸的危害性
制粉系統(tǒng)爆炸會引起設(shè)備損壞，減少發(fā)電量，降低機組的經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時甚至造成人身傷亡事故。
1989年8月12日，十二號爐2號制粉系統(tǒng)爆破。當(dāng)時，副司爐劉某正在檢查制粉系統(tǒng)，事故發(fā)生后，造成此人呼吸道及全身大面積嚴(yán)重?zé)齻瑑商旌筢t(yī)治無效死亡。
1990年3月，十二號爐1號制粉系統(tǒng)爆破，磨煤機出口防爆門爆破，火焰沖向3米遠(yuǎn)處的電纜，造成電纜著火，運行人員發(fā)現(xiàn)著火后及時撲救，才避免了因電纜燒損造成的廠用電全停的惡性事故的發(fā)生。
1991年5月，十一號爐1號制粉系統(tǒng)爆破，19個防爆門中的14個損壞，巨大的沖擊波將十一號爐爐膛周圍的設(shè)備上的積灰振落，遮擋住滅火保護(hù)火檢探頭，致使滅火保護(hù)誤動，切斷給粉機電源而造成鍋爐滅火。
2 煤粉特性及自燃爆炸的條件
煤粉發(fā)生自燃和爆炸是由于煤的特性在加工成煤粉后所具有的特性以及煤粉所處的環(huán)境條件所決定的。
2.1 煤粉的流動性
煤粉是由不規(guī)則形狀的顆粒組成的。它的尺寸一般為0－50微米，其中20－50微米的顆粒占多數(shù)。干的煤粉能吸附大量的空氣，它的流動性很好，就像流體一樣很容易在管道內(nèi)輸送。由于干的煤粉流動性很好，它可以流過很小的空隙。因此，制粉系統(tǒng)的嚴(yán)密性要好。
2.2 煤粉的自燃與爆炸
積存的煤粉與空氣中的氧長期接觸氧化時，會發(fā)熱使溫度升高，而溫度的升高又會加劇煤粉的進(jìn)一步氧化，若散熱不良時會使氧化過程不斷加劇，最后使溫度達(dá)到煤的燃點而引起煤粉的自燃。在制粉系統(tǒng)中，煤粉是由輸送煤粉的氣體和煤粉混合成的云霧狀的混合物，它一旦遇到火花就會使火源擴(kuò)大而產(chǎn)生較大的壓力（2－3倍大氣壓），從而造成煤粉的爆炸。
影響煤粉爆炸的因素很多，如揮發(fā)分含量，煤粉細(xì)度，氣粉混合物的濃度，溫度濕度和輸送煤粉的氣體中氧的成分比例等。
一般說來揮發(fā)分含量VR<10％(無煙煤)，是沒有爆炸危險的。而VR>25％的煤粉（如煙煤等），很容易自燃，爆炸的可能性也很大。
煤粉越細(xì)越容易自燃和爆炸，粗煤粉爆炸的可能性較小。例如煙煤粒度大于0.1毫米幾乎不會爆炸。因此，揮發(fā)分大的煤不能磨得過細(xì)。
煤粉濃度是影響煤粉爆炸的重要因素。實踐證明，最危險得濃度在1.2－2.0kg/m3,大于或小于該濃度時爆炸的可能性都會減小。在實際運行中一般是很難避免危險濃度的。制粉設(shè)備中沉積煤粉的自燃性往往是引爆的火源。氣粉混合物溫度越高，危險性就越大。煤粉爆炸的實質(zhì)是一個強烈的燃燒過程，是在0.01－0.15s的瞬間大量煤粉突然燃燒產(chǎn)生大量高溫?zé)煔庖蚣彼倥蛎浂纬傻膲毫Σㄒ约案咚傧蛲鈧鞑ザa(chǎn)生的很大的沖擊力和聲音。
潮濕煤粉的爆炸性較小，對于褐煤和煙煤，當(dāng)煤粉水分稍大于固有水分時一般沒有爆炸危險。
3 制粉系統(tǒng)爆炸原因分析
從多次爆炸后的現(xiàn)場情況看，引爆點主要在容易長期積煤或積粉的位置，制粉系統(tǒng)處于封閉狀態(tài)，引爆的火源主要是磨煤機入口積煤，細(xì)粉分離器水平段入口管積粉，粗粉分離器積粉自燃，根據(jù)制粉系統(tǒng)的運行工況和爆炸情況分析，主要原因如下：
3.1 煤粉細(xì)度，風(fēng)粉濃度及燃煤成分
煤粉爆炸的前期往往是自燃。一定濃度的風(fēng)粉氣流吹向自燃點時。不僅加劇了自燃，而且會引起燃燒，而接觸到明火的風(fēng)粉氣流隨時都會產(chǎn)生爆炸。造成流動煤粉爆炸的主要原因是風(fēng)粉氣流中的含氧量，煤粉細(xì)度，風(fēng)粉混合物的濃度和溫度。
煤粉越細(xì)，爆炸的危險性就越大。粗煤粉爆炸的可能性就小些，當(dāng)煤粉粒度大于0.1mm時幾乎不會爆炸。當(dāng)煤粉濃度大于3－4 kg/m3（空氣）或小于0.32－0.47 kg/m3時不容易引起爆炸。因為煤粉濃度太高，氧濃度太小；而煤粉濃度太低，缺少可燃物。只有煤粉濃度為1.2－2.0 kg/m3時最容易發(fā)生爆炸。而佳木斯發(fā)電廠制粉濃度在0.3－0.6 kg/m3范圍內(nèi)變動，因此發(fā)生制粉系統(tǒng)爆炸的可能性較大。
一般揮發(fā)份VR>25％，發(fā)熱量高的煤粉爆炸的可能性就大，而佳木斯發(fā)電廠的煤源中，有相當(dāng)一部分為長焰煤，設(shè)計煤種的揮發(fā)份為42.6％，所以容易發(fā)生爆炸。
3.2 磨煤機入口積煤自燃
磨煤機處積煤發(fā)生在入口上部管道上，熱風(fēng)管道接口處以及空心軸頸斜管上，有的進(jìn)入入口防爆門處，在此處開有三個孔分別與回粉管，再循環(huán)管和防爆門連接。從一側(cè)過來的熱風(fēng)與對應(yīng)的風(fēng)粉形成渦流，從給煤機落下來的濕煤就被沖擊并被粘在開孔上方管道的內(nèi)壁上，防爆門處或粘在空心軸斜管上，有時也會落入熱風(fēng)接口管內(nèi)。運行中人工無法清除此處的積煤，同時從預(yù)熱器來的一次風(fēng)溫高達(dá)300℃以上，在制粉系統(tǒng)停止運行后，由于磨煤機入口風(fēng)門不嚴(yán)，漏過的熱風(fēng)使磨煤機入口處溫度達(dá)100℃以上，很容易將入口處的積煤引燃，燃燒的煤進(jìn)入磨煤機就會引起爆炸。另外有的磨煤機入口不光滑，有的存在夾層，也容易積煤著火。
3.3 細(xì)粉分離器處積粉自燃
細(xì)粉分離器中積粉主要發(fā)生在入口方形管道下部的水平段，因為水平段正上方有兩個防爆門，因而使該處的通流面積增大，風(fēng)粉氣流的流速下降，增大了積粉的可能性。從歷來發(fā)生的制粉系統(tǒng)爆炸事故中可以看出，半數(shù)以上都是由水平段積粉引起的。
3.4 熱風(fēng)門內(nèi)漏
由于近年來四臺爐啟停調(diào)峰過于頻繁，制粉系統(tǒng)啟停也過于頻繁，故熱風(fēng)門磨損較為嚴(yán)重。有時熱風(fēng)門只能關(guān)至30－40％，以致大量熱風(fēng)內(nèi)漏造成磨煤機內(nèi)存煤自燃，再次啟動時引起制粉系統(tǒng)爆炸。
3.5 再循環(huán)風(fēng)門處積粉自燃
乏氣中較細(xì)的煤粉，容易積存在排粉機出口的再循環(huán)風(fēng)門處。由于此系統(tǒng)不經(jīng)常使用，在制粉系統(tǒng)停運時，從磨煤機熱風(fēng)門漏過的熱風(fēng)經(jīng)再循環(huán)門流向排粉機會引起該處積粉自燃。燃燒的焦塊掉入排粉機或磨煤機內(nèi)，就會引起爆炸。
3.6 粉倉漏風(fēng)和系統(tǒng)漏風(fēng)
煤粉倉時鋼板焊接的倒方錐體結(jié)構(gòu)。因季節(jié)和制粉系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)溫度變化的影響，粉倉鋼板伸縮性大，與廠房混凝土框架的結(jié)合面存在漏風(fēng)問題，致使粉倉經(jīng)常出現(xiàn)溫度高現(xiàn)象（200℃-300℃）。
3.7 粗粉分離器內(nèi)堆積煤粉自燃
粗粉分離器的細(xì)粉內(nèi)錐體下部和固定帽錐之間的環(huán)形縫隙有時被雜物堵塞而造成大量的積粉，此類原因引起的制粉系統(tǒng)爆炸也有多次。
3.8 防爆門設(shè)計不合理
由于老式防爆門面積小，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，當(dāng)制粉系統(tǒng)爆炸后，不利于爆炸氣流的導(dǎo)出，有的開口方向朝向近距離電纜，有時易導(dǎo)致事故擴(kuò)大或造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞和人身傷亡。
3.9 運行人員操作不當(dāng)
制粉系統(tǒng)運行過程中運行人員控制磨煤機出口風(fēng)粉混合物的溫度不嚴(yán)，頻繁超溫。磨煤機的運行過程屬于變工況運行，此時若出口溫度控制不當(dāng)，很容易使溫度超過極限而導(dǎo)致煤粉爆炸。
制粉系統(tǒng)運行時殘存的煤粉如果沒有抽凈就會發(fā)生緩慢氧化，在啟動通風(fēng)時會使自燃的煤粉疏松和揚起，溫度適當(dāng)時便會引發(fā)爆炸。
運行中的磨煤機入口已發(fā)生積粉自燃，停止前又沒有及時發(fā)現(xiàn)，停止給煤機的抽粉過程中回粉管繼續(xù)抽粉，使煤粉磨得更細(xì)，加上溫度控制不當(dāng)，也可以引起爆炸。
4 制粉系統(tǒng)爆炸的防范措施:
4.1 防止磨煤機入口積煤
磨煤機入口積煤主要是濕煤在氣流沖擊下沾上去的。不論制粉系統(tǒng)在運行中還是在停止時，都有可能將積煤引燃。如在磨煤機入口上方（給煤機下煤管）加裝隔板，可使煤，粉，風(fēng)得到良好混合，既可防止上部的積煤，又能緩解下部料斗斜坡的積煤。
4.2 對細(xì)粉分離器進(jìn)行改進(jìn)
對細(xì)粉分離器入口切向處的積粉，可通過在風(fēng)道內(nèi)加裝導(dǎo)流板，增強局部擾動，提高該處的流速，增強氣流對下部積粉的沖刷。同時，加裝導(dǎo)流板后，風(fēng)粉氣流分布更加均勻，使分離效果得到進(jìn)一步提高。
4.3 消除熱風(fēng)內(nèi)漏
將冷風(fēng)門位置從熱風(fēng)門前改至熱風(fēng)門之后，使其處于負(fù)壓區(qū)，這不但可以解決因漏入熱風(fēng)造成的磨煤機入口溫度升高，而且還可以解決運行中冷風(fēng)門外漏的熱污染問題。
另外，須加強設(shè)備的維護(hù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)門關(guān)不嚴(yán)或關(guān)不上時，應(yīng)及時聯(lián)系檢修人員處理，使其恢復(fù)正常運行。
4.4 加強粉倉的密封和保溫
(1)對粉倉與廠房結(jié)合部位進(jìn)行膠合，并定期檢查，發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)處應(yīng)及時消除，防止粉倉漏風(fēng)；
(2)對粉倉外部敷設(shè)暖氣管道，增強粉倉的保溫效果。實踐證明：該方法對消除鋼板式粉倉內(nèi)壁的積粉非常有效；
(3)運行中控制粉倉粉位在1.5－4.0米范圍內(nèi)，嚴(yán)格執(zhí)行降粉制度；
(4) 安裝粉倉負(fù)壓測點，制粉系統(tǒng)運行中應(yīng)及時調(diào)整粉倉吸潮氣門的開度，使粉倉負(fù)壓維持在20－30Pa。
4.5 加強煤粉細(xì)度的調(diào)整
在保證煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度的前提下，結(jié)合實際燃煤特點，調(diào)整粗粉分離器擋板，使煤粉細(xì)度R90維持在24－28％并靠上限運行。
4.6 加強煤質(zhì)分析工作
燃煤煤質(zhì)報告應(yīng)及時送交運行人員，以便針對燃煤特性調(diào)整磨煤機出口溫度，控制風(fēng)粉混合物的溫度，調(diào)節(jié)合理的煤粉細(xì)度。
4.7 防爆門的改進(jìn)
防爆門的開口方向應(yīng)避免附近的電纜和重要設(shè)備以及可能危及人身安全的位置，否則應(yīng)采取必要的保護(hù)措施，如加裝擋板和使用新型防爆門等。同時運行中應(yīng)加大檢查力度，保證防爆門的嚴(yán)密性。
4.8 加強運行管理
嚴(yán)格按規(guī)定操作。制粉系統(tǒng)運行中及時調(diào)整磨煤機出口溫度，發(fā)現(xiàn)斷煤后及時處理，正確使用吸潮氣管，經(jīng)常查找系統(tǒng)的積粉點及漏粉點并予以消除，停止過程中一定要將系統(tǒng)內(nèi)的存粉抽凈。
5 對策效果
采用上述措施后，我廠制粉系統(tǒng)爆炸事故在幾年內(nèi)有了明顯的減少，同時也產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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