前序：通过对煤、煤粉特性和制粉系统运行工况进行深入研究，详细火力发电厂分析制粉系统运行中发生堵塞的原因，揭示出制粉系统发生自燃、爆炸事故的内在机理，进而较全面的归纳出预防此类故障、事故的合理方法。
关键词：煤；制粉系统；堵塞；自燃；爆炸；预防
1 概述
在燃煤电站中，一般都配有制粉系统，从火电机组制粉系统运行情况来看，制粉系统故障主要集中是制粉系统的堵塞、自燃和爆炸，此类故障与煤粉的特性密切相关，一旦发生往往对整个制粉系统的安全运行带来威胁，本文要讨论的重点，以下分别讨论制粉系统堵塞、自燃与爆炸的现象及危害，然后进行故障分析和事故机理的探讨，最后提出预防方法。
2 制粉系统堵塞、自燃和爆炸的现象及其危害
2.1制粉系统的堵塞
2.1.1制粉系统堵塞的部位
中间储仓式制粉系统堵塞一般多发生在原煤斗、落煤管、磨煤机入口、磨煤机内部、粗粉分离器回粉管锁气器、木块分离器、粗粉分离器出口管、旋风分离器下粉管、落粉管、细粉筛子、再循环管、一次风管等处。
2.1.2制粉系统堵塞的现象
原煤斗、落煤管等处堵塞时，会出现断煤现象。主要现象有：磨煤机出口温度升高，磨煤机进出口压差减小，钢球磨噪音增大，排粉机出口风压增大，电流增大。
中储式系统磨煤机入口处堵塞或满磨时，会出现磨前负压减小，磨出口负压增大、温度降低，前后差压明显增大，声音沉闷，严重时磨煤机进出口密封环处向外冒粉，同时排粉机电流减小，满磨时磨煤机电流会先变大再变小。
一次风管堵塞时，显著的现象是：磨煤机堵塞煤粉风管对应的喷燃器断粉，火检消失，一次风压异常升高或不正常降低，炉内燃烧不稳，火焰中心偏斜导致两侧汽温、烟温偏差增大再循环管堵塞时，因磨煤机进风量不足出现入口负压增大、排粉机电流减小等现象。
2.1.3制粉系统堵塞的危害
制粉系统发生堵塞故障时后果燃煤供应大幅减少，锅炉热负荷下降；四角供粉不均，一次风压变小，造成中心切圆偏斜、变形，火焰中心变位甚至波动，烟温、汽温偏差增大，炉膛内燃烧空气动力场被破坏，燃烧强度减弱，燃烧不稳，严重时发生炉膛灭火；锅炉汽温、汽压下降，负荷变动大。最终导致机组被迫降低出力，减少对外发供电量，影响经济效益。
2.2制粉系统自燃及爆炸
2.2.1制粉系统自燃及爆炸的常发部位
中储式制粉系统自燃及爆炸一般多发生在磨煤机入口和本体、粗粉分离器、旋风分离器、煤粉仓、排粉机出口及一次风管等处。
2.2.2制粉系统自燃及爆炸的现象
制粉系统发生自燃时，自燃部位的金属温度将出现异常升高甚至烧红变形，风粉混合物温度异常升高，着火点后的温度急剧升高并报警。
制粉系统爆炸时，现场有巨大爆炸声响，制粉系统不严密处向外喷煤粉或烟火，防爆门损坏鼓起或爆破，炉膛负压变正，锅炉本体不严密处会有烟火喷出，严重时出现灭火。当爆炸发生在中储式制粉系统磨煤机入口至排粉机入口之间时，系统负压突然变正，排粉机电流和一次风压突然增大；当排粉机出口爆炸时，则一次风压降低，磨煤机进出口负压增大，送粉困难，严重时出现灭火。
2.2.3制粉系统自燃及爆炸的危害
制粉系统爆炸则直接破坏设备，危及现场工作人员的人身安全，制粉系统被迫停运检修，维修费用和停运时间增加，从而对机组的发供电产生更大的影响。
3 故障产生的机理
3.1煤粉特性的影响
煤被磨成煤粉后，其性质在很多方面不同于原煤。除煤粉的主要物理性质外，对锅炉与制粉系统工作影响较大的还有煤粉的爆炸性与煤粉的颗粒特性。
3.2煤粉的主要物理性质
新磨制的干煤粉是疏松的，能吸附大量的空气；自然堆放时，其堆积密度约为0.45～0.5t／m3，但在煤粉仓内堆放过久时，由于自重煤粉被挤压和吸收水分等影响其堆积密度可增大到0.7～0.9t／m3。由于煤粉粒径很小，单位质量煤粉的表面积很大，能吸附大量空气，从而具有很好的流动性。
3.2.1煤粉的自燃与爆炸性
长期积存的煤粉，由于与空气中的氧发生氧化作用，会缓慢发热温度升高，温度升高又会加剧煤粉的氧化，当散热条件不好时，积聚的热量会使煤粉的温度上升到其燃点而自行着火燃烧，这种现象称为煤粉自燃。
煤粉以一定的浓度分散在空气中，遇到适当的点燃能时发生燃烧并迅速传播，最终导致连续不可控制的燃烧现象，即为煤粉爆炸。
3.2.2煤粉成分
燃料中的挥发分、含硫量、灰分、水分和固定碳及燃料元素成分与燃料的爆炸特性有关，爆炸指数是衡量煤的爆炸性。燃料爆炸指数中考虑了燃料化学性质的影响，如挥发分和灰分的影响是很明确的。煤粉挥发分越高，发生爆炸的可能就越大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆煤粉水分和灰分增加，将使爆炸可能性降低。而燃料挥发分和含硫量越高，爆炸性越强。而水分、灰分和剩余焦碳愈高，则愈难爆炸。
3.2.3煤粉浓度
实践证明，煤粉在气粉混合物中的浓度为1.2—2.0kg／m3时，爆炸危险性最大；大于或小于该（危险）浓度时爆炸的可能性均较小。但在实际运行中煤粉是很难避免出现危险浓度的，所以制粉系统必须要装设防爆装置。
3.2.4输送煤粉气体中含氧量
在输送煤粉的气体中含氧比例越大，煤粉爆炸的可能性也越大；当含氧比例<15％（按体积计）时则不会发生爆炸。
3.2.5煤粉细度
煤粉越细，越容易自燃和爆炸，故对含挥发分高的煤，不能磨得过细，粗煤粉爆炸的可能性较小，如烟煤煤粉当其颗粒尺寸大于0.1mm时几乎不会发生爆炸，但煤粉过粗又容易应起系统堵塞。所以应尽量保证煤粉的经济细度，维持煤粉细度在70—300μm之间。
3.2.6气粉混合物的温度
气粉混合物的初温越高（煤粉越干燥），发生爆炸所需的点燃能就越小，根据气粉混合物的温度也可以反映出煤粉水分的高低，显然潮湿的煤粉爆炸危险性较小，但是不可使煤粉水分高于煤粉正常输送和贮存所允许的数值，当然也必须防止煤粉过于干燥。
3.2.7气粉混合物的流速
气粉混合物的流速过低，会引起煤粉的沉积，易发生堵塞，同时煤粉的局部沉积又容易引起氧化自燃，严重时发生爆燃；气粉混合物的流速过高时则会引起静电火花，易导致煤粉爆炸。
3.3制粉系统运行条件和运行方式的影响
制粉系统正常运行时，高温空气对进入磨煤机的煤进行加热干燥，煤中水分蒸发后以水蒸气的形式进入气粉混和物，空气中氧的浓度相对降低，水蒸气又是一种惰性气体，从而使气粉混合物的爆炸性减小。
在停止制粉系统运行方式上，采用全倒风方式操作。该操作倒风完毕后制粉系统内不再有风通过（当然前提是各风门确实能关严），如此给系统中各处的残余煤粉提供了良好的氧化产热条件，残余煤粉逐步积聚热能，停运时间较长时就可能达到着火温度，在启动通风时会扬起煤粉，发生爆炸。
4 预防制粉系统堵塞、自燃与爆炸的方法
4.1严格控制磨煤机出口温度
有爆炸危险的气粉混合物，只有在遇到明火时才能引起爆炸，因而在制粉系统中无煤粉自燃、也无其他火源时，是不会发生煤粉爆炸的。
为防止煤粉爆炸，应根据不同煤种和制粉设备等具体情况从多方面采取措施，如运行中应严格控制磨煤机出口气粉混合物的温度不超过规定的数值；一般性操作可以用冷、热风掺混的方式控制磨出口温度，乏气送粉中储式制粉系统还可利用再循环乏气代替部分冷风，相当于减少磨系统漏风，好处多多。
4.2降低输粉介质的氧含量
对含挥发分较高的煤粉，可以在输送介质中掺入惰性气体（一般是掺烟气，因其中含有CO2、N2、H2O等），以降低含氧比例，防止爆炸。现场中比较经济实用的方法是烟气再循环。
4.3煤粉仓充氮
N2性质稳定，对于煤粉呈现惰性。当粉仓温度超过70℃时，利用压力氮气充入煤粉仓，置换出其中的氧气，从而阻止了煤粉氧化升温过程，降低煤粉仓温度。
4.4采用合理的煤仓、粉仓结构
条件许可的情况下，优先采用钢板作仓壁材料，这样做的好处是仓壁比较光滑，不易挂粉。经常堵煤的，可考虑在煤仓底部加装机械或风动的振动器，在原煤较湿发生堵煤时启动。
4.5控制风粉混合物流速
应注意控制气粉混合物流速。流速过低，煤粉有可能沉积；流速过高，可能引起静电火花，形成火源。一般气粉混合物流速控制为16—30m／s。
4.6防止煤粉长时间沉积
有爆炸危险的气粉混合物只有遇到明火后才能引起爆炸。制粉系统中的着火火源主要是煤粉沉积引起的自燃。
对于中储式制粉系统的煤粉仓，应严格进行定期降粉工作，且停炉前尽可能将粉仓中粉烧尽，否则应严密监视粉仓温度变化。此外，有氮气气源条件的，可在较低粉位时分级打氮炮，以确保降粉过程的安全性。
4.7调整运行方式
在运行方面，对于乏气送粉中间储仓式制粉系统，修改规程中原有的全倒风操作，将全倒风操作改为半倒风操作。
5 结论
制粉系统堵塞、自然与爆炸是中间储仓制粉系统的典型故障或事故，引起制粉系统堵塞、自然与爆炸的因素很多，但通过仔细分析，我们仍然能找到切实有效的解决办法。
参考文献：
[1]史彦华.秦华发电公司1号锅炉制粉系统改造热力发电 2004.12
[2]刘强.大港发电厂制粉系统防爆改造及运行措施 热力发电 2005.10
论文作者:辛红卫,吴新平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/6
标签：制粉论文; 煤粉论文; 系统论文; 混合物论文; 温度论文; 流速论文; 磨煤机论文; 《电力设备》2018年第22期论文;