制粉系统爆炸事故原因分析及预防措施

1、1煤粉爆炸的机理 在炉膛或烟道积存了大量的未燃尽可燃物，在与空气按一定比例 混合时，形成了新的可燃性混合物。当该混合可燃物获得一定的能 量并达到燃烧条件时，在极短的时间内迅速点燃。在这个化学反应 中将会发生一个链状的燃烧反应，火焰激波迅速传播，因而在极短 的时间内很快将积存燃料燃尽。爆燃的结果是在极短的时间内释放 出巨大能量。在制粉系统中，煤粉是由气体来输送，气体和煤粉混 合成云雾状混合物，煤粉的自燃引起周围气粉混合物爆炸，产生较 大的压力而形成煤粉爆炸。 根据对事故的分析以及爆燃的物理化学起因，得出发生可燃物爆 燃事件的因素主要有以下几方面。由于某种原因积存了大量的可燃 物，包括可燃气体和可

2、燃固体燃料颗粒，如氢气、一氧化碳、煤粉挥 发分中碳氢化合物等气体都可能是导致爆炸的可燃气体； 积存的可燃 物与足够的氧气或空气相混合，形成了爆炸性混合物，并且混合物达 到了爆炸极限(表1列出了 3种煤粉与空气混合时的爆炸极限)；积存的 燃料发生了自热现象”或遇到了明火使得燃料引燃。这3个条件是造 成可燃物爆炸的必要因素。 表1燃煤与空气混合时的爆炸极限 燃料 最低浓度 (kg/m3) 最低浓度 (kg/m3) 最易爆炸浓度 (kg/m3) 爆炸产生的最大压力 (mp a) 烟煤 0.32 0.47 34 1.2 2 0.13 0.17 褐煤 0.215 0.25 56 1.7 2 0.31 0

3、.33 泥煤 0.16 0.18 13 16 12 0.3 0.35 a.挥发分含量。一般说来，含挥发分较高的煤粉易爆炸，含挥 发分低的煤粉不易爆炸。这是由于煤粉着火燃烧的开始主要是靠燃 烧析出挥发分，挥发分含量高的煤粉容易析出挥发分，而且比较多， 能够为煤粉的迅速着火提供足够的能力。根据有关资料介绍，当挥 发分小于 10时则无爆炸危险。挥发分大于 20的煤粉，很容易自 燃，爆炸的可能性很大。 b.煤粉的粗细。在炉窑中，煤粉的输送是靠气力输送，因此煤 粉越细，在细煤粉的周围所吸附聚集的一次风空气或氧气越多，这 样就给自燃提供了更优越的条件，从而越容易自燃和爆炸。烟煤的 粒度大于O.lmin时几

4、乎不会爆炸。综合考虑挥发分和煤粉细度对煤 粉着火的影响，对于挥发分高的煤不允许磨得过细。 C.输送煤粉的气体含氧量。含氧的比例越大，爆炸的可能性越 大，充足的氧气为混合物的爆炸提供了条件，而在氧浓度低于一定 程度时难以发生爆炸。关于煤粉系统含氧量浓度的标准，各个国家 都有不同的规定标准，但一般都在 15左右。制粉系统的氧气来源 于多种渠道，如干燥风、漏风，输送煤粉的一次风或三次风等。如 果煤粉混合物中的含氧量不足，即使存在很强的点燃能，混合物的 浓度处于最佳爆炸点，也不可能发生爆炸。 d煤粉气流混合的温度。混合物的温度升高会减少煤粉颗粒的 着火热，加速燃烧的速度，因此温度高易爆炸，低于一定温度

5、则无 爆炸危险。煤粉气流混合温度主要指标是指磨煤机出口风温。 C.煤粉沉积。由于设计、安装不当或者在拐弯的地方，煤粉出 现沉积，在氧气存在的情况下，就会发生缓慢氧化形成自燃，最终 造成爆炸。 2 制粉系统特点 某电厂采用中间仓储式制粉系统， 具体系统布置如图 1 所示。中 间仓储式制粉系统主要包括的设 备有磨煤机、排粉机、给煤机、粗粉 分离器、细粉 分离器、制粉管道、锁气器、吸潮门、中间煤粉储 仓、 原煤仓等。制粉系统的特点是运行可靠性较高，运行调节较为灵活， 磨煤机可在自己的经济负荷范围内运行， 从而提高了制粉系统的经济 性，同时也有助于提高锅炉热效率。其缺点是系统部件多，较复杂， 漏风量较

6、大，而且制粉系统管道长，弯角多，流通阻力大，易存在流 通死角，易积煤粉。由此看来在制粉系统聚积煤粉的地方，具备煤粉 爆炸的一些因素。 如果不采取一定的防护措施， 制粉系统中聚积煤粉 处产生危险性爆炸的可能性就大，给制粉系统的安全运行带来了隐 患。 3 制粉系统爆炸原因分析 某电厂锅炉用的原煤为山西雁北烟煤 ，其特性 如表3所示，挥发 分为 38.09，水分为 8.0。在 制粉过程中，要求煤粉细度控制在 Rgo=22.5冈一，77.5%煤粉粒度在 0.1mm内。 表 3 山西雁北烟煤特性% Cd H,d 0d Nd S,d A,d Md V,d 4.6 3.79 8.35 O.90 0.89 2

7、3.38 8.O 38.09 针对其电厂制粉系统几年来的爆炸事故，我们运用煤粉爆炸的产 生机理结合该电厂制粉系统煤粉特性， 进行研究分析后，得到了以下 几点意见。 a.制粉爆炸时，磨煤机的出口风温超过70C，超过了规程要求 （70 C以下），这表明煤粉气流混合物的温度高，达到爆炸的条件。例 如：1999年10月13日4号炉乙侧制粉系统爆炸前其磨煤机出口温度 为120C，远超过表2规定的70C，从而导致爆炸。 b.磨煤机进煤不畅，落煤管堵塞。由于给煤机通过振动给煤, 燃煤靠自重落人磨煤机落煤管，在煤较湿条件下，燃煤易粘结在落煤 管内壁，落煤管口径只有77（偏小），且管道倾斜角度安装。长时间不 清

8、理落煤管，落煤管易因煤粘结增厚而堵塞，造成磨煤机断煤，在不 调节风量的情况下，断 煤后磨煤机的出口风温必然上升，并超过70C （磨煤机进口风温不低于120C），导致制粉系统爆炸。同样，在煤较 湿条件下，燃煤易粘结在原煤仓下煤斗，原煤无法自重落下，导致给 煤机出力不足或断煤，同时引起磨煤机断煤。 C.管道、阀门。煤粉管道在负荷较低时应仍能保持正常输粉, 防止煤粉沉积，一般要求其流速为1630m/S。除特殊情况外，输 粉管道不允许水平布置。煤粉管道不得有袋形、盲肠及不光滑处，以 防煤粉沉积。管道与设备、阀门的连接宜采用焊接方式。除无烟煤外,不允许制粉系统的气粉混合物与其他制粉系统相通。 制粉系统中

9、应尽 量减少阀门，以防止煤粉沉积。 d. 制粉爆炸主要发生在磨煤机出口粗、细粉 分离器两处。其特 点是两处煤粉在空气中的浓度变化大， 且处在易发生爆炸危险的浓度 范围，特别是在磨煤机停运前倒风过程，煤粉浓度极易处在1.22kg /m3范围。从事故分析可知，制粉爆炸时，煤粉细度Rgo=18KlO-2（过 细），大量的煤粉粒度小于 0.09mm。 e. 制粉系统设备不完好，如吸潮门、锁气器、给煤机使用时间长, 漏风点多， 大量冷空气进入导致输送煤粉的气体氧含量增加， 也是造 成制粉系统爆炸的原因之一。 4 防止制粉系统爆炸的措施 4.1 设备改造消除制粉系统爆炸隐患 a.扩大磨煤机落煤管口径，把原

10、内衬耐磨板取消，改用耐磨管，管 道改为垂直插入安装， 增加落煤速度和减少积煤， 同时在原煤斗加装 耐磨增滑的高分子复合板， 增加给煤机的出力， 以减少磨煤机因堵煤 或给煤机断煤而造成制粉系统爆炸。 把原落煤管 #9377扩大至 600， 见图 2等划线处 。 图 2 厝煤机落煤管 t3 b.粗粉分离器本体倒锥体内不可避免地积粉。 容易发生氧化反 应 ，形成白燃，迅速着火，尤其对于挥分发较高的烟煤和褐煤， 旦爆炸后果非常严重； 细粉分离器本体内煤粉颗粒粒度较小， 煤粉与 氧的接触面较大，积粉时发生氧化反应快，当运行人员监视不及时， 煤粉中杂物很容易堵住下粉管造成积粉。 为了改善粗细分离器的积粉

11、现象，建议在粗、细粉分离器内壁处衬里采用耐高温耐磨滑的陶瓷， 以使得煤粉气流混合物流通顺畅。 同时杜绝粗、 细粉分离器因内壁不 光滑或死角多造成积粉白燃导致制粉系统爆炸。 衬里见图 3、图 4等划 线处。 c.更新给煤机。给煤机为振动式、开放式 ，给煤不稳定，易跳 停，漏风量大。更新为全封闭皮带式给煤机后给煤稳定 ，确保给煤 ， 漏风量小。 d.在磨煤机人口处增加监测系统，在出口处增加风温在线记录仪, 方便操作人员监测给煤量， 杜绝断煤， 或堵煤时能及时处理。 通过记 录磨煤机出口风温，减少因操作不当造成风温超标。 4 2 工艺操作管理 a 优化运行方式。调整粗粉分离器挡板 ，控制好煤粉细度，

12、 煤粉细度控制在 Rgo=2(X10l222.5x1012之间，在满足锅炉燃烧 的前提下，适当控制细度，减少因煤粉过细而引起爆炸，也可以降 低磨煤机的电耗。 b 制粉系统的启动、停止。启动时，应进行暖磨 (特别是北方 的冬季 ），以防止管道结露导致煤粉沉积。对暖磨的时间和磨出口温 度严格按操作规程操作进行控制， 加强对磨煤机出口风温的监测和考 核，防止因磨煤机出口煤粉气流混合物超温（70 C）而造成制粉系 统爆炸。 停止制粉系统时， 应保证制粉系统内没有残余的煤粉。 一般 可以通过一次风管风压、 磨煤机电流、压差进行判断。 在停运后期活 动锁气器， 使回粉管内的积粉吹扫干净。 停止制粉系统时，

13、 要防止吹 扫时间过长，造成停后系统内温度过高。对乏气送粉启动和停止时， 要保持一次风压稳定，使煤粉混合器内速度 16 mzs,以防积粉。在 锅炉停运时，煤粉仓、原煤仓内不应存放煤粉和煤。 C.合理设置粉仓温度测点和报警装置。锅炉正常运行中，应对 制粉系统的近路风风门 （特别是容易积粉的磨煤机再循环风门 ）等，坚 持定期吹扫制度。制粉系统停止运行后， 对输粉管道要充分进行抽粉， 有条件的停用时宜对煤粉仓实行充氮或二氧化碳保护。 d.磨煤机通风量的控制。通风量的控制对于防范制粉系统爆炸起 关键性的作用，合理地控制通风量， 可以有效降低爆炸点燃能的形成， 充足的通风量可以降低点火能量的聚积。 制粉系统启动时， 应先用冷 风进行吹扫， 然后适当开启热风门调节磨煤机出口温度， 控制升温速 率，直至达到启磨要求的温度， 并维持合适的风量， 保证合理的风速。 启磨运行条件中应对磨煤机的通风量有一定要求， 可根据磨煤机的形 式确定最低通风量定值； 磨煤机正常运行中， 风量控制应根据锅炉与 磨煤机厂家要求按照风煤比曲线进行。 停磨时停止给煤机后应全关热 风门，维护一定的冷空气气量进行吹扫， 风量