【文章內(nèi)容簡介】 ，啟動滅火裝置，調整相應運行參數(shù)，維持正常運行。 正壓直吹制粉系統(tǒng)的防爆分析 ? 我國火電廠大型機組 (300MW以上 )一般配用的制粉系統(tǒng)是正壓直吹系統(tǒng)。關于制粉系統(tǒng)著火、爆炸問題有相當部分在理論上不是非常明確。主要根據(jù)是，正壓直吹系統(tǒng)使用一次風正壓，可以避免空氣向系統(tǒng)漏風，不至于稀釋煤粉濃度，從而可以保持整個制粉系統(tǒng)內(nèi)煤粉的濃度在火焰點燃爆炸濃度范圍以上，使爆炸的可能性大幅度減少。 三、事故案例分析 ? 但是，由于在制粉系統(tǒng)中煤粉沉積是不能完全避免的，而磨煤機采用熱風干燥，其抗燃特性明顯不足，所以容易發(fā)生著火。實際情況是，不論國內(nèi)還是國外的使用正壓直吹制粉系統(tǒng)的電廠都發(fā)生過著火或爆炸。因此，有必要分析正壓直吹制粉系統(tǒng)的著火和爆炸問題，以便采取必要的防范措施避免問題的發(fā)生。 ? 據(jù)美國電力科學研究院 (EPRI)的統(tǒng)計，在美國 361座火電廠中，平均每臺機組每年著火，每年爆炸 。其中有直吹式制粉系統(tǒng)的機組 236臺，平均每臺機組每年著火，使用中速磨煤機的機組 220臺。其中使用煙煤 175臺，每臺機組平均每年著火 次，使用次煙煤 39臺，每臺機組平均每年著火 。著火與爆炸的基本比例是 3： 1。 ? 統(tǒng)計表明，美國有差不多 22%的燃煤機組存在著嚴重的著火或爆炸問題，其中約有 18%的燃煤機組存在著嚴重的爆炸問題。根據(jù)美國電力科學研究院科斷，實際的著火問題還可能比統(tǒng)計的問題更嚴重。因為在美國大約有 85%的燃煤機組缺乏完善的著火探測手段。 ? 國內(nèi)制粉系統(tǒng)也存在著火和爆炸問題。據(jù)國內(nèi) 150臺鍋爐的統(tǒng)計， 42%的鍋爐制粉系統(tǒng)發(fā)生過爆炸，直吹式系統(tǒng)的爆炸率為 %。華北地區(qū)裝有 300MW以上機組的火電廠都曾經(jīng)發(fā)生過著火和爆炸。 ? 著火和爆炸的原因和過程 制粉系統(tǒng)的引燃源有機械引起的火花，有來自爐膛的回火，或由磨煤機或制粉管道積粉自燃。著火位置在磨煤機內(nèi)的進風室，磨盤邊緣死角、導風罩上部、分離器出口、煤粉管道的水平彎頭下部及石子煤箱。 ? 根據(jù)美國電力科學研究院的試驗報告及英國中央電力研究所的研究，煤粉管道著火一般不是制粉系統(tǒng)爆炸的主要起因。通過靜態(tài)和動態(tài)試驗，發(fā)生在煤粉管道內(nèi)部的強烈的但是短促的著火，并不能觸發(fā)煤粉管道的爆炸，但是在水平煤粉管道內(nèi)會出現(xiàn)煤粉堆鋪在其底部的現(xiàn)象，這些煤粉可以引起較長時間的著火。 ? 盡管煤粉管道內(nèi)著火不會在其著火處引起爆燃，但是，如果火焰蔓延或移動到磨煤機、分離器等開口容器內(nèi)，則這樣的著火也會成為爆燃的一個點燃源。應當注意爆燃是由煤粉管道上游側一系列容器 (磨煤機、分離器、風機 )引起的；而燃燒器回火應該不是制粉系統(tǒng)爆燃的原因。盡管從爆燃結果看，被損害的往往是煤粉管道，而不是磨煤機、分離器等。 ? 根據(jù)試驗報告，在爆炸的過程中，磨煤機的容積和煤粉管道起著關鍵作用。 ? 其爆燃傳播速度約為 1120m/s。爆燃能產(chǎn)生的最大壓力理論值為 ，通過試驗證明，在煤粉管道中爆燃最大極限為 實際 的。 ? 就煤粉本身來說，一般情況是，揮發(fā)分對制粉系統(tǒng)爆炸是必要條件。當煤可燃基揮發(fā)分大于35%時，具有最大爆炸壓力；揮發(fā)分小于 15%的煤，爆燃可能性很小。其他影響爆燃、著火的因素還有溫度，對揮發(fā)份大于 40%的煤種，130～ 170℃ 時，煤粉會發(fā)生陰燃；在空氣中的煤粉濃度 30～ 500g/m3可能發(fā)生爆炸；降低煤粉氣流中的含氧量可以降低爆炸壓力。根據(jù)試驗，氧的體積濃度小于 16％時可以避免爆炸。根據(jù)有關規(guī)程要求，設備出口氣粉混合物中氧氣的容積份額應控制在 12%以下。 ? 防爆系統(tǒng) 由于磨煤機等 “ 容器 ” 的著火是制粉系統(tǒng)爆燃的根源，因此磨煤機的防爆系統(tǒng)是制粉系統(tǒng)的主要部分。磨煤機防爆系統(tǒng)可以分為磨煤機內(nèi)燃探測系統(tǒng)和磨煤機消防、冷卻系統(tǒng)兩個部分。 ? 在制粉系統(tǒng)中著火探測設備有幾個基本類型，包括一氧化碳監(jiān)測、氧量監(jiān)測、溫度監(jiān)測。目前國內(nèi)絕大部分電廠采用溫度監(jiān)測方式，即在磨煤機出口通過熱電偶或者半導體溫度計監(jiān)測介質溫度來判斷磨煤機是否著火或者處于易爆的危險狀態(tài)。 ? 此種方式有兩個問題，第一，它不能及早發(fā)出警報。這主要是因為，當磨煤機內(nèi)剛發(fā)生內(nèi)燃時，磨煤機出口溫升較小，自控系統(tǒng)通過增加冷風量來調整，直到在磨煤機內(nèi)部發(fā)生大面積燃燒，調整冷風量無法控制磨煤機出口溫升時，才發(fā)出報警，而這時已經(jīng)為時太晚。 ? 第二，磨煤機出口溫度并不能完全反映磨煤機內(nèi)部是否處于危險狀態(tài)。這是因為爆炸與許多因素有關，包括氧氣的濃度、煤粉的濃度以及可燃氣體濃度，尤其是當可燃氣體濃度較高時，即使是較低的溫度，也會發(fā)生爆炸。 ? 氧量測量系統(tǒng)和紅外測量系統(tǒng)，檢測氧氣可以提供磨煤機系統(tǒng)排出的可用氧氣的指標。有著火情況時，一些氧分子參加反應，生成二氧化碳，出口處的氧量也就相應減少，可以檢測報警。此系統(tǒng)可以檢測明火，但是，對于冒煙陰火則不易識別。紅外線探測系統(tǒng)是利用紅外線傳感器來探測煤的著火發(fā)熱產(chǎn)生預定波長紅外輻射線。該方式對煤層內(nèi)部陰火的探測能力較差。 ? 一氧化碳監(jiān)測系統(tǒng)，是目前國內(nèi)采用比較廣泛的系統(tǒng)，其原理是利用煤粉發(fā)生氧化情況(即一氧化碳產(chǎn)生 )與燃燒成正比，即陰燃、冒煙情況，測定一氧化碳濃度就可以預報磨煤機著火情況。在發(fā)生明火燃燒之前，一般是有產(chǎn)生冒煙條件的，但問題是，如果是具有足夠的過量空氣，一氧化碳將變?yōu)槎趸迹悍坳幦甲兂擅骰?，由于一氧化碳監(jiān)測系統(tǒng)探測不到二氧化碳，而不能發(fā)出報警。此外，由于空預器漏風中夾帶一氧化碳，或者來煤系統(tǒng)冒煙有一氧化碳，都可能使探測器發(fā)生混亂。 ? 磨煤機的冷卻系統(tǒng) 根據(jù)國外電廠的運行情況，在磨煤機緊急停機的時候，有部分煤粉通過風環(huán)下落到磨煤機底板上，底板上的溫度接近磨煤機入口一次風溫度，使這部分煤粉很容易著火，甚至引起爆燃。德國在 1991年規(guī)定在磨煤機緊急停機后，對磨煤機的危險區(qū)域進行冷卻。德國巴威公司已經(jīng)為一些電廠設置了磨煤機底板冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)在底板下面安裝了冷卻風室，由風機就地吸風，吸熱后排出。 ? 磨煤機的消防、惰化系統(tǒng) 為了防止磨煤機著火引起制粉系統(tǒng)的爆燃，有必要使用消防、惰化系統(tǒng)。在國內(nèi)滅火介質一般使用蒸汽，其次是二氧化碳，國外使用較多的是氮氣。使用消防蒸汽設備簡單，投資較少 發(fā)生著火時恰當使用 150～ 170℃ 左右蒸汽可以收到良好的效果，在我國電廠中使用效果不錯。 ? 蒸汽在備用時容易變成疏水，如果疏泄不及時，使用時就不能以蒸汽的狀態(tài)投入，而以不足量的水噴入燃燒的煤粉中時，會產(chǎn)生水煤氣，制造了更為危險的環(huán)境；若以足量的水噴入磨煤機，著火可能被撲滅，但金屬部件遇冷可能產(chǎn)生裂紋，此外水煤容易結塊和結垢，在拐角的結塊會縮短下一次發(fā)生著火的時間，所以磨煤機必須退出運行，進行干燥和清理。國外機組除較多使用二氧化碳、氮氣為介質外，在惰化系統(tǒng)中也附有清洗系統(tǒng)。北侖港電廠 2號爐MPS磨就擁有完整的水清洗系統(tǒng)。 ? 磨煤機運行中的防爆 當鍋爐正常運行突然發(fā)生 MFT時，為了鍋爐的安全，磨煤機的出口被突然關閉，此時磨煤機內(nèi)的煤粉逐漸沉降使?jié)舛冗M入爆燃區(qū)域，如果進行磨煤機吹掃或者有火花產(chǎn)生，則容易發(fā)生爆燃，因而有必要進行系統(tǒng)隔離，同時投入惰化氣體。當磨煤機著火時也應該采取同樣的步驟，則可以比較好地避免爆燃。 ? 當鍋爐非正常停爐或磨煤機緊急停機時，由于失去輸送煤粉的一次風，大量的煤粉沉積在磨煤機和制粉系統(tǒng)內(nèi)。據(jù)國外試驗，在較高負荷時，約占其產(chǎn)出率 10%的煤粉沉積在磨煤機內(nèi)。沉積部位主要在碾磨區(qū)、分離器區(qū)、進粉管道和一次風進入磨煤機入口區(qū)域。因此在磨煤機啟動和停運過程中要進行吹掃和通入惰化氣體。 ? 對于裝有一氧化碳探測系統(tǒng)的磨煤機內(nèi)一氧化碳濃度超過定值時，就發(fā)出警報，運行人員可以連續(xù)跟蹤一氧化碳的濃度變化，并且采取滅火措施，例如投入惰化系統(tǒng)，磨煤機隔離運行等。由于報警到著火一般有 1h的時間，運行人員可以采取各種措施，即使是磨煤機停運，也可以采用正常停運方式，避免由于緊急停機而帶來的不利影響。 ? 正壓直吹制粉系統(tǒng)的著火和爆燃在我國電廠中嚴重存在，但是在我國電廠中一些磨煤機沒有任何消防系統(tǒng)，一部分磨煤機安裝有蒸汽消防系統(tǒng)，有二氧化碳、氮氣惰化系統(tǒng)的磨煤機更少，安裝有一氧化碳探測系統(tǒng)的磨煤機也很少。國內(nèi)電廠為了降低成本，磨煤機消防系統(tǒng)在初安裝時，一般選用蒸汽消防系統(tǒng)，而蒸汽消防有其固有的問題。比較根本的解決辦法是采用二氧化碳、氮氣的惰化系統(tǒng)。目前，各電廠應加強蒸汽消防系統(tǒng)的疏水，以及啟動和停運(包括緊急停機 )時蒸汽的使用和空氣吹掃。 鍋爐制粉系統(tǒng)爆燃原因分析及對策 ? 設備簡介 ? 某廠鍋爐為 1175t/h；配有 4臺雙進雙出鋼球磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)。設計煤種為晉北煤(收到基揮發(fā)分為 %、低位發(fā)熱量22441kJ/kg)。后改用神華煤 (收到基揮發(fā)分為 、低位發(fā)熱量 22210kJ/kg、灰分 )和準葛爾煤 (收到基揮發(fā)分為 、低位發(fā)熱量22580kJ/kg、灰分 )，由于設計煤種變化，加上對設備和煤粉特性了解不夠，制粉系統(tǒng)發(fā)生了 5次爆燃。 ? 原因分析： ? 磨煤機前 3次爆燃都是在啟動磨煤機時，因停止磨煤機時煤粉未吹空，積粉自燃，并且啟動磨煤機時暖磨或磨內(nèi)溫度過高，啟動時擾動積粉自燃，但是磨煤機內(nèi)煤粉量有限，爆燃能量不是很大，未造成鍋爐停運。 ? 第四次在停止 1號磨煤機的過程中，熱風和冷風檔板自動未解除，磨煤機入口溫度過高，提供了著火熱源；給煤機停止后，沒有惰化，磨煤機內(nèi)氧量高，達到了爆炸濃度，發(fā)生爆燃。此次 1號磨煤機煤粉爆燃造成 1號磨煤機一次風道裂開， 1號磨煤機出口粉管脫落，對應燃燒器 4號角燃燒器噴口損壞。 ? 第 5次爆燃在停止磨煤機時，煤粉濃度由濃變淡，達到煤粉爆炸的濃度；停止磨煤機時沒有情化，沒有使氧量降低，氧量達到爆燃所需的數(shù)值。磨煤機運行中由于煤位過高或原煤塊同鋼球一起進入彎頭處和球堆積在一起，經(jīng)過熱風吹和烘烤，運行中存在煤粉自燃，停止磨煤機過程中煤粉濃度達到爆燃條件，使制粉系統(tǒng)煤粉爆燃。 ? 防止制粉系統(tǒng)爆燃的措施 ? 加裝防爆門； ? 在一次風進入分離器入口彎頭處加裝放灰口，每周放灰一次，排除積存的小鋼球或煤塊； ? 針對煤質變化，通過試驗確定合理的分離器檔板位置，并且固定好，防止亂動，確保不堵球和積粉。 ? 為防止磨煤機停止時發(fā)生爆炸，控制磨煤機出入口溫度；在停止給煤機前及時惰化；磨煤機內(nèi)煤位到零后，縮短吹掃時間，控制煤粉濃度不過低。 ? 磨煤機啟動前不暖磨，防止停止磨煤機時磨煤機內(nèi)粉未吹空，造成積粉自燃。磨煤機啟動前投入輔助風自動，將粉管內(nèi)的積粉吹凈，防止自燃。啟動磨煤機前查看此前運行曲線，查看磨煤機內(nèi)溫度，必須進行惰化處理。 第六節(jié) 爐膛內(nèi)爆及外爆 ? 外爆：爐膛壓力過高引起破壞； ? 內(nèi)爆：負壓過低引起破壞。 一、外爆 煤粉爆燃、水冷壁泄露、析鐵氫爆等 ? 煤粉爆燃 爐內(nèi)聚集可燃物爆燃，多發(fā)生于鍋爐啟動時。正常運行時較少，滅火未斷燃料時可發(fā)生。 ? 滅火原因：負荷突變、煤種突變、制粉系統(tǒng)故障、配風不合理、吹灰不合理、掉焦、水冷壁泄露等。 ? 消除燃料聚集。 ? 析鐵氫爆 ? 水冷壁泄露 二、內(nèi)爆 ? 燃料突然切斷、風機特性、運行不當。 ? 負壓升高，超限。 三、事故案例分析 670 t/h鍋爐爐膛拉裂的原因分析及防止對策 ? 設備簡介 ? HG670/14013，鍋爐燃燒方式為直吹四角切圓燃燒，假想切圓直徑為 864mm。制粉系統(tǒng)采用北京發(fā)電設備廠制造的型號為 ZQM 216即 ，共 5臺，每臺磨供一層四角燃燒器的煤粉，供五層燃燒器，滿負荷時投 4臺磨煤機 (四層燃燒器 )運行。 ? 拉裂情況： ? 事故發(fā)生時爐膛突然產(chǎn)生正壓，接著變?yōu)樨搲?，變化范圍約 177。 250 Pa，但很快產(chǎn)生大正壓，爐膛壓力正壓至頂表，在集控室內(nèi)聽到外面發(fā)出一聲巨響，但爐膛壓力保護未動作，運行人員立即按滅火處理，檢查發(fā)現(xiàn)爐膛被拉裂。爐膛拉裂位置在左前角，燃燒器上部即標高 24m到38 m 的前左水冷壁連接鰭片焊接縫處，裂開寬度最大有 220 mm，噴燃器第二圈剛性梁的左側工字鋼的前后端連接板被打飛，該工字鋼整根向爐前移動 250 mm。 ? 原因分析 ? 檢修原因：剛性梁連接板的螺栓有的是從下往上穿裝的，固定螺母在上端，由于長時間受到震動，有 5～ 6個螺母松脫，螺桿脫掉，這些剛性梁的強度大為減弱，甚至失去作用。 ? 檢查爐膛防爆門，發(fā)現(xiàn)有 3個卡澀無法動作，爐膛產(chǎn)生正壓時起不到泄壓防爆的作用。 ? 兩側水冷壁的連接鰭片在檢修時，只在爐外進行單面焊接，連接剛度差，爐膛承壓能力減弱。 運行原因： ? 制粉系統(tǒng)因粗粉分離器擋板無法調整，鍋爐長期在煤粉較粗的條件下運行，爐內(nèi)火焰產(chǎn)生不穩(wěn)定能引起爐室內(nèi)的低頻率振動，這種振動激發(fā)爐墻振動，因為爐墻的固有頻率也非常低。如果考慮負荷循環(huán)，那么 5Hz的振動頻率在 3天內(nèi)可引起 106個循環(huán)，不久就