中间储仓式制粉系统防闪爆应对措施论述

中间储仓式制粉系统防闪爆应对措施论述

姬广文

辽阳石化分公司热电厂 辽宁 辽阳 111003

摘要:燃煤锅炉中间储仓式制粉系统闪爆事故是火力发电厂常见的顽疾之一，近几年由于煤炭市场紧张，一些电厂不得不采购与自身制粉系统不相适应的高挥发分和含水量较大的煤种，导致制粉系统闪爆事故频繁发生，严重时会造成制粉设备损坏导致停炉，甚至造成人身伤害。本文通过对某厂制粉系统运行情况和发生闪爆后现场勘查分析，找出引起闪爆的主要原因，从而制定有针对性的管控措施，按照风险分级管控和隐患排查治理“双重预防机制”的安全管理要求，遏制制粉系统闪爆事故发生，为受制粉系统发生闪爆困惑的单位提供一些有效的预防与控制经验。

一、某电厂制粉系统概况

某电厂锅炉制粉系统设计为中间储仓式钢球磨煤机、热风干燥、乏气送粉系统。其工艺流程为：煤斗中的煤通过MG-40A刮板式给煤机输送到DTM320/570III钢球式磨煤机，在钢球式磨煤机中对煤进行干燥和磨碎，磨制的煤粉通过风输送（一般控制输送温度不超过70℃），经过木块分离器进入粗粉分离器进行第一次分离，分离后不合格的煤粉经回粉管回到磨煤机重新磨制，合格的煤粉进入细粉分离器，经分离90%煤粉进入煤粉仓，其余10%的合格煤粉和乏气经排粉机作为一次风吹入炉膛。同时，设计时考虑提高磨煤机出力，在排粉机出口接一路风经管路和再循环门引至磨煤机入口作为再循环风。

该制粉系统最初设计燃用煤种为可燃基挥发分32%-39%的烟煤，近几年由于煤炭资源和市场变化，进厂煤的挥发分不断攀升，可燃基挥发分从39%升高到43%，最高时达到47%，其煤种已经为极易自然煤种，使原设计制粉系统与所用煤种极其不相适应，2017年前制粉系统频繁发生闪爆，严重影响锅炉经济及安全运行。

二、引起制粉系统发生爆炸的因素分析

（一）发生爆炸的三要素

1、可燃物浓度。当空气中的煤粉浓度大于3～4kg/m3或小于0.32 ～0.47 kg/m3时不易引起爆炸,易发生爆炸的最危险浓度在1.2～2.0kg/m3之间 。

2、点燃能。点燃能的大小不仅对发生爆炸起重要的作用，而且决定了爆炸时产生的压力等级和爆炸的强度。

3、氧气的浓度。制粉系统中氧气来自多方面，作为干燥剂的热风、冷风、烟气以及漏风、输送煤粉的气体都含有一定量的氧气。

（二）引起煤粉爆炸的影响因素

1、煤的挥发分。通常挥发分较高的烟煤和褐煤其爆炸性比较强，煤的挥发分与其爆炸性的关系如下表：

   2、煤粉空气混合物浓度。制粉系统中煤粉与空气混合物浓度在一定范围内，当氧气体积百分含量大于16%时，就有可能发生爆炸。

煤粉空气混合物浓度与爆炸的关系如下表

    3、煤粉细度。煤粉越细，其自燃倾向性愈大，对于挥发分含量大的煤，如磨得较细，则易发生爆炸。

    4、风粉混合物温度也是能够引起制粉系统发生爆炸事故的主要原因之一,温度较高,一方面使燃料挥发分较高的煤粉容易析出可燃性气体,使其浓度容易达到爆炸范围；另一方面又会使制粉系统内部堆积的煤粉自燃。

    5、含氧量。输送煤粉的气体中氧的含量越大，爆炸的可能性越大；当氧量占气体的容积比例小于16%时，不会爆炸。

    6、点火能。只要有煤粉沉积的地方,就能够成为风粉混合物发生爆炸的发源地。在制粉系统爆炸中,一旦发生煤粉沉积,随着时间推移,煤粉开始氧化并且释放热量,释放的热量使得沉积煤粉温度升高,则又加速了煤粉的氧化、放热、升温,经过一定的时间之后,温度就能够达到煤粉着火的条件,煤粉就开始自燃,很有可能引起制粉系统爆炸。所以说煤粉堆积自燃是制粉系统发生爆炸事故的主要原因之一。 

7、外来火源。原煤中混有雷管等易燃易爆物品，或焊接火花等。

   三、 制粉系统闪爆操作规定应对措施：

针对某厂中间储仓式钢球磨煤机制粉系统特点，结合其多次发生制粉系统闪爆后的现场勘查与分析，为有效预防制粉系统在运行时发生闪爆，确保安全生产，采取以下制粉系统防闪爆措施：

（一）全面排查原设计在工艺路线上与磨制高挥发分煤种不相适应之处，并加以改进。

原设计为提高磨煤机出力，在排粉机出口接一路风经管路和再循环门引至磨煤机入口，作为制粉系统再循环风，这种再循环设计只适用于磨制挥发分小于40%以下的煤种。而对于挥发大于40%，尤其是挥发分已经升到44%—47%的极易自燃煤种，禁止使用制粉系统再循环，如使用制粉系统再循环极易导致排粉机出口细粉直接到磨煤机入口高温区域引发闪爆。因此应该停运制粉系统再循环，同时要保证制粉系统再循环风门严密，管道内不产生积粉。。

（二）全面排查设备、设施设计缺陷造成制粉系统内部易积煤积粉的部位，并予以消除，防止出现积煤积粉自燃产生明火。

从现场勘查和日常检查发现的积粉部位看，该厂制粉系统存在以下积煤积粉隐患，需要采取措施予以消除：

1、制粉系统再循环设计路径是从排粉机出口8米风箱处引出到12米高处经再循环门又回到磨煤机入口4米高处，管道倾角分别为55度和60度，在风门最高点处有1.2米的水平段，一旦再循环风门不严，极易造成管道积粉引发自燃，因此应对停运的再循环管道进行封堵，防止风门内漏造成管道积粉。

2、磨煤机出入口防爆门引出管倾斜角为55度，易造成引出管积粉，应将引出管倾斜角改为70度以上，并且要确保引出管内部光滑无凹陷与凸起，消除积粉可能性。

3、磨煤机出口木块分离器为70年代设计的手动筛网式重力分离器，存在积粉死角。应将其改为新型电动筛网式重力分离器，既能消除木块分离器内部积煤积粉，同时可有效防止伤人风险。

4、粗粉分离器设计不合理，内部套筒落煤挡风金属片存在卡涩现象，易在内套筒存有积粉，粗粉分离器出口调节草帽锥体上也经常发生积粉现象，应改为抗磨损防积粉新型粗粉分离器。

5、细粉分离器入口管道存在1米左右水平段，且无任何防积粉措施，应改变入口管道角度消除水平段，同时要保证管道内部光滑无任何阻碍物，消除积粉情况发生。

（三）全面排查因煤质和设备缺陷可能导致制粉系统出现积煤积粉问题，并制定针对性的防控措施。

1、当磨制高水分、高粘结性的潮湿煤粉时，易在磨煤机入口料斗处出现湿煤堆积和挂腊现象。应尽可能磨制湿度在允许范围内的煤，同时坚持在每次磨煤机停运后对磨煤机入口料斗进行内部检查，发现积煤及时进行清理，防止积煤自燃。

2、加强木块分离器运行状态检查与定期维护，防止因木块分离器故障造成分离效果不好，导致木块分离器内部积煤引发自燃。

3、加强粗粉分离器回粉管锁气器运行状态检查，一旦回粉锁气器发生故障，应立即停止制粉系统运行。在落实好安全措施的情况下对回粉锁气器进行处理，防止回粉管锁气器故障造成粗粉分离器和回粉管内积粉自燃引发制粉系统闪爆。

4、加强制粉系统漏风检查与治理。制粉系统是密闭运行系统，一旦制粉系统因管道磨损或其它原因发生漏风，尤其是从磨煤机出口到排粉机出口的漏风，极易造成制粉系统因通风不足而导致出力下降，煤粉变细，从而引发制粉系统闪爆。

5、定期对粗细粉分离器进行内部检查与维护，发现粗细粉分离器内部存在积粉现象及时清理，同时要及时查明原因，进行彻底整治。

6、按要求检查制粉系统防爆门等设备完好性，防止雨水和湿空气、冷空气漏入导致煤粉挂壁沉积。

（四）加强生产操作标准化管理，完善规程和操作卡，对于人工启停制粉系统操作的，要严格执卡操作和执行手指口述，养成良好的操作习惯，消除因操作不当造成的系统积煤积粉及超温现象，严格进行磨煤机启停和运行期间风险管控。重点注意以下几方面：

1、加强煤粉细度控制与调整，要保证在最佳煤粉细度下运行，防止煤粉过细或过粗（R90=24-28%）。

2、保证磨煤机在最佳通风出力干燥出力下运行，在磨煤机启动制粉、正产运行和停磨抽粉期间，严禁两路走风，磨煤机出口温度保持60～65℃范围内，防止超温与低温。

3、加强制粉系统运行参数监视，发现断煤、满煤、给煤机故障时，应及时进行调整与处置，控制磨煤机出口温度在70℃以下。故障处理期间，磨煤机严禁长时间空转运行。

4、停磨煤机时，给煤机停止后，当班人员必须到就地活动草帽和翻板锁气器（活动顺序：先活动上部草帽锁气器再活动下部翻板锁气器）。锁气器活动结束后，进行倒风操作。活动锁气器期间，严禁制粉系统两路走风。

     5、停磨倒风后，进行木块分离器清理工作，严格执行磨煤机入口积煤检查与清理。磨煤机入口清煤时要做好给煤机和温风、热风的能量隔离。

    （五）严格执行动火作业许可制度，严禁在运行的制粉系统设备管道上或附近进行动火作业。在停运的制粉系统上进行动火作业必须严格落实动火作业制度，彻底清理动火点附近可燃物易燃物，落实好消防措施，作业结束后进行全面检查确认，确保无遗留火源。

    四、 应用效果

该厂中间储仓式钢球磨煤机制粉系统自从采取以上改造及有力的管控措施后，在持续使用大于40%～45%的高挥发份煤质的情况下，连续4年没有再发生制粉系统闪爆事故。