（大唐长春第二热电有限责任公司 长春 130031）
摘要：近年来随着国家对煤炭市场机制的调整，引入竞争机制，煤炭价格出现了上涨及煤源紧张的局面。受此影响，作为依靠煤炭为生产的原材料的很对火力发电厂，为了降低生产成本，将原设计燃烧烟煤的锅炉进行大量掺烧或全烧褐煤。由于褐煤发热量低、挥发分高、灰分高、着火点低的特性，在制粉系统磨制该煤种时如控制不好就会出现制粉系统爆破的安全隐患。为了降低制粉系统爆破这一安全风险，提出了对原燃烧烟煤进行燃烧褐煤锅炉控制爆破风险的控制措施。通过对制粉系统漏风治理、设备管道积煤积粉点治理、引入惰性气体进行惰化等方法，有效降低制粉系统爆破的安全风险，保证火力发电厂锅炉制粉系统安全稳定运行。通过实施后验证本文防爆措施的可行性和正确性。
关键词：制粉系统；安全运行；漏风；管道积煤积粉点治理；引入惰性气体进行防爆
引言
火力发电厂燃煤锅炉原设计燃烧烟煤的制粉系统由于烟煤着火点高、水分低、灰分低等特点，制粉期间不宜发生爆破事件。近年来较多燃烧烟煤的锅炉进行大量掺烧或全烧褐煤。由于褐煤发热量低、挥发分高、灰分高、着火点低的特性，在制粉系统磨制该煤种时如控制不好就会出现制粉系统设备、管道、煤粉仓等部位的防爆门发生爆破的安全隐患，甚至造成设备损坏及人身伤害事件的发生。为了有限降低或避免这一安全风险，需要对燃烧烟煤的制粉系统进行研究，制定防爆措施。煤粉爆破主要要素为煤粉浓度、着火源、氧量。这三个条件之一不满足就可以有效避免制粉系统爆破事件的发生。
中储式制粉系统基本上由原煤斗、给煤机、磨煤机、制粉管道、分离器、煤粉仓、给粉机、排粉机、送粉管道等设备组成。制粉系统运行中在粉仓粉位满足要求时就必须将制粉系统停止运行，在启停制粉系统期间一定存在煤粉浓度在爆破这一范围，引起爆破的这一条件不可避免，因此必须从另外两个导致制粉系统爆破的条件出发，研究避免控制爆破的措施。本文主要从控制着火源及氧量控制出发进行研究，制定切实可行的措施，有效解决制粉系统大量燃烧褐煤导致的爆破风险。
本文以哈锅670吨中储式燃烧烟煤锅炉制粉系统大量燃烧褐煤为研究对象，通过控制着火源及降低氧量的措施，提出了一系列解决方案，有效减少或避免制粉系统爆破的安全风险，验证了本文控制爆破措施的可行性和正确性。
1系统现状
锅炉呈Π型布置，锅炉前部为燃烧室，燃烧室四周布满了Ф60×6.5mm膜式水冷壁，燃烧室上部布置了全辐射式前屏过热器，炉膛出口布置了半辐射式后屏过热器。水平烟道由斜坡水冷壁和侧包墙管道组成，水平烟道内布置了对流过热器和再热器热段，顶棚和水平烟道两侧及转向室布置了顶棚和包墙管过热器，锅炉后部为竖井烟道，竖井烟道内布置了再热器冷段、H型省煤器。
锅炉采用单汽包、单段蒸发、大口径集中下降管、自然循环方式。过热汽温调节采用两级喷水减温器，再热汽温调节主要采用汽-汽热交换器、辅以微量喷水减温为细调手段。
锅炉配置4台钢球磨煤机，采用中储仓、乏气送粉系统，燃烧方式采用四角、双切圆、直流喷燃式燃烧方式，假想切圆直径：下三层Ф450/Ф388mm，上层Ф200/Ф200mm；。每一角燃烧器从上到下布置有上上二次风喷口、一次风喷口、上中二次风喷口、一次风喷口、上下二次风喷口、二层油（已封堵）、下上二次风喷口、一次风喷口、下中二次风喷口、一次风喷口、下下二次风喷口、一层油喷口。
炉底除渣设备采用干式排渣系统，干排渣系统主要包括机械排渣系统、负压气力输送系统与渣仓系统等三部分。
锅炉运转层标高10米，锅炉最高点标高56.80米，锅炉构架采用双框架钢筋混凝土结构，与锅炉房框架联合布置。省煤器及空气预热器除采用支承结构外，其余均为悬吊式结构，悬吊在锅炉的顶板上。
2系统存在问题
由于机组运行时间长，整个制粉系统老化严重，多年的修补造成系统内存在多处易积煤积粉点。由于连续多年的补焊、堆焊、挖补和贴补等检修工艺，磨煤机出口存在多处缝隙、重皮的部位，为煤粉的积存提供了场所。细粉分离器入口及出口等磨损严重的部位，也存在同样的问题。
木屑分离器采用较传统的大筛子式结构，正常运行情况下清理较费力。由于掺烧褐煤，被迫采取停止磨煤机清掏的方式，以保证人身安全。但由于制粉系统爆破多发生于启动和停止的过程，因此增加启停次数使制粉系统爆破的机率大大增加。
该制粉系统历年来多次发生爆破事故，最严重一次爆破时已停止制粉系统运行，在准备清掏木屑时发现制粉系统有大量火星，经采取浇水、人工清理措施消除火源，但通风后仍发生的爆破事故。事故造成16个制粉系统防爆门损坏，磨煤机入口和木屑分离器损坏较为严重。
3煤粉爆破分析
按照实际燃用的褐煤煤质，对煤质的爆炸特性进行了核算。与设计煤种比，各项评价指数均发生了较大的变化，显示出爆炸的风险增强。
表一 煤质成分分析
由于原煤的干燥无灰基挥发分相差不大，因此爆炸特性指数在32.62-34.01%范围之内，均属于中等爆炸特性煤质。原煤热解温度由设计煤种280℃降低为183℃，意味着当磨煤机入口干燥剂温度超过183℃时，将有大量的挥发物从原煤中析出，而根据当前煤质核算，对于水分在29.6～41.4%之间时，所需要的干燥剂需求温度在320～450℃之间，因此挥发物的析出机率大大增加。堆积煤粉的着火温度由187℃降低于167℃，积煤积粉的着火风险提高了20℃的空间。
根据热解温度和堆积煤粉着火温度两项指标，我们对制粉系统爆破进行可能性的推断：由于热解温度降低幅度较大，挥发物析出能力提高，由于粉仓为密闭空间，增加了粉仓爆破的风险；由于制粉系统堆积煤粉的着火温度降低，使制粉设备部件积煤积粉更易于着火，增加了制粉系统内部爆破的风险。
同时制粉系统的漏风增加了制粉系统内部的含氧量，也是造成制粉系统增加爆破的诱发因素之一。
4制粉系统防爆改造技术路线
4.1制粉系统启停防爆方案
制粉系统启停防爆方案首先是系统引入防爆介质方案。通过向制粉系统引入引风机出口的150℃冷炉烟气，将系统内的氧气体积含量降至12%以下，保证制粉系统的启停安全。工艺流程为：从引风机出口引来冷炉烟气，通过冷烟风机增压后，通过管路从引风机输送到锅炉零米制粉系统磨煤机入口，作为磨煤机启停时的防爆惰性气体。主要系统新增设备为冷烟风机、管路、风门等设备。本方案的关键点是需要保证冷炉烟到磨煤机后，磨煤机出口温度必须控制在温度90℃以下，保证制粉系统运行温度的要求，如引风机出口来的烟气温度高于设计温度，可以采取降温措施，如增加换热器或部分管路不加装保温的方法实现。
按照目前的排烟温度150℃及制粉系统体积含氧量不高于12%对混合后的干燥剂温度进行核算，以确定烟气来源。计算结果显示，单纯的采用引风机出口烟气作为惰化剂，如果使制粉系统终端干燥剂体积含氧量控制在12%以下，排粉机入口温度达到100.7℃。单纯的采用引风机出口烟气并控制磨出口温度60℃时，制粉系统出口干燥剂体积含氧量达到16.86%，较国家标准12%偏高4.86%。因此必须采用引风机出口烟气，以降低低温炉烟的温度。
磨煤机启停防爆设计
中储式制粉系统启动时，正常的操作顺序首先是切换风路，由温风送粉方式切换为干燥剂送粉方式，然后暖磨及制粉系统管道升温除潮，排粉机入口温度大于50℃时满足启动条件，启动磨煤机、给煤机，开启制粉系统再循环。从操作程序分析，启动过程中因再循环风门处于关闭状态，因此满足制粉系统启动的风量与正常运行风量比相差较多。
启动磨煤机时，通风量多少首先应保证一次风速不影响到燃烧的稳定性。一般认为，一次风速应该控制在25m/s较为合适，即满足送粉需求，也不会对燃烧有较大的冲击。因经本次以暖磨过程中一次风速25m/s为原则，选取冷烟需求量。经过计算需要从引风机出口烟道引出冷炉烟经过冷烟风机升压后送入磨煤机入口作为制粉系统启停时的防爆手段。
4.2粉仓惰化防爆方案
粉仓惰化防爆方案是是向粉仓内通入氮气，氮气是极好的惰性气体，对抵制可燃物的燃烧及爆炸有极好的效果。采取的方案是利用空气压缩机、冷干机、制氮机系统制出较为纯净的氮气，通过管道从粉仓侧面输送到煤粉仓上部，保证粉仓上部始终有氮气进行惰化防爆。
4.3制粉系统漏风点治理及治理措施（以一台炉制粉系统为例）：
表二 制粉系统漏风部位及治理措施汇总表
通过检查漏风部位，制定措施共治理漏风372点，漏风面积1.72㎡。漏风率由修前的49%，降低为35%。不但降低了制粉系统单耗，提高了经济型，而且通过漏风治理降低了制粉系统空气大量漏入导致爆破风险的提高。
4.4制粉系统管道、设备积粉点的根治
4.4.1磨煤机出、入口管道积粉点治理
磨煤机出入口管道CrC防磨板改造，厚度为8+8m。主材性能不低于Q235-AF，使用的材料应是新型优质品，符合有关规范并满足当地环境条件的要求。防磨板应为高铬合金堆焊防磨板，耐磨层合金成分：含Cr量不小于24%，含Mn量不小于1.2%，含C量不小于5.5%，含Mo量不小于2%。高铬合金堆焊防磨板母材厚度8mm，高铬合金堆焊耐磨层厚度不小于8mm，总厚度16mm（偏差范围：+1mm），防磨板与磨煤机出入口管本体采用焊接连接，现场焊接只允许母材部分与壳体焊接，采用T422焊条，高铬合金耐磨层焊缝处只允许采用与高铬合金耐磨层同等材质的焊条或焊丝焊接。要求防磨板采用平台自动焊接，耐磨层碳化铬晶体分布均匀，且大部分成柱状结构，体积分数大于50%，表面硬度值不低于HRC60～65。防磨板表面平整光滑，具有较好的抗腐蚀性及良好的抗中度冲击性能，防磨板耐高温性能不低于600度。磨煤机出入口防磨板对口拼接时，内壁平整光滑，局部错口不应超过壁厚10%，即2mm。防磨板间隙预留3mm，采用V型坡口电焊击穿焊接。焊肉高度不应超过母材2mm。所有焊口均应满焊，焊口无砂眼、咬边、裂纹等缺陷。出入口管道防磨板铺设完成后，管道内壁光滑，无凹凸不平现象，各部位无易积粉、积煤等死角。
4.4.2细粉分离器入口段易积粉部位治理
细粉分离器入口段易积粉部位因为角度较平缓，煤粉气流流过时容易出现积粉现象，对此部位采用加装导流板的形式进行扰流，防止积粉。
通过对制粉系统管道及设备易积粉部位治理，能够保证制粉系统运行期间不积煤粉，有效避免了煤粉爆炸的一个条件。
5效益分析
制粉系统通过对制粉系统漏风治理、设备管道积煤积粉点治理、引入惰性气体进行惰化等方法，启停制粉系统时系统中的干燥剂氧量有可效被控制在12%以下，可有效的杜绝启动和停止过程中制粉系统爆破的发生。有效降低制粉系统爆破的安全风险，保证火力发电厂锅炉制粉系统安全稳定运行。通过实施后验证本文防爆措施的可行性和正确性。改造后的最大意义是通过解决燃用褐煤时制粉系统爆破的问题，消除了人身伤害的风险。
6结论
采用制粉系统漏风治理、设备管道积煤积粉点治理、引入惰性气体进行惰化等方法既能提高制粉系统运行的经济性，又能有效降低制粉系统爆破的安全风险，保证火力发电厂锅炉制粉系统安全稳定运行。通过实施后验证本文防爆措施的可行性和正确性，具有很好的实现前景。
参考文献：
[1]DL5000-2000 《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000 thermal power plantdesign techniqueregulations；directive rules；standards；standing order
[2]DL/T5121-2000 《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》DL/T5121-2000 thermal power plantbuggy；braize；gum；budgustchannel design；piping designtechnical order
[3]DL/T5145-2012《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》DL/T5145-2012thermal power plantpulverized coal preparation systemdesign calculationset；stipulate providefix
[4]DL/T5203-2005 《火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》DL/T5203-2005 thermal power plantpulverized coal preparation systemblast-proof designtechnical order
[5]DL/T466-2004 《电站磨煤机及制粉系统选型导则》DL/T466-2004coal millpulverized coal preparation systemlectotype；model selectionguide rule
[6]《锅炉设备与运行》 中国电力出版社 2008boiler plant；boiler unitrun；working；move；be in motion；circulate China Electric Power Press
[7]《火力发电厂技术标准汇编》 中国电力出版社2008thermal power planttechnical norms；technical standardassembly；assembler；collection；compile；collect and edit China Electric Power Press
[8]《锅炉设备运行技术》 山西省电力工业局 1985boiler plant；boiler unitrun；working；move；be in motion；circulate Shanxi International Gong and Drum Festivalelectric power industry；electric utility industry；power industry
[9]《电厂锅炉》上海电力学院 2013boiler Shanghai University Of Electric Power
[13]《锅炉原理》中国电力出版社.2008Boiler principle；Principle of Boiler China Electric Power Press
[10]《锅炉结构与设计》哈尔滨工业大学出版社1991boiler；furnacestructure；architecture；composition；framework Harbin Institute of Technology Press；The Polytechnic University of Harbin Press
[11]《压力管道安全管理与监察规定》（劳部发[1996]140号）head conduit；pressure pipingsecurity administration；security managementmonitor；supervise；controlLabor Department issued No.[1996]140
作者简介
边宇飞（1972—），男，专科，工程师，在大唐长春第二热电有限责任公司工作
论文作者:边宇飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
标签：制粉论文; 系统论文; 锅炉论文; 褐煤论文; 管道论文; 温度论文; 火力发电厂论文; 《电力设备》2018年第32期论文;