双进双出磨煤机爆燃原因及风险防范措施研究

双进双出磨煤机爆燃原因及风险防范措施研究

应波涛

黄河大通发电有限责任公司    青海省西宁市

摘要：依据双进双出磨煤机特点，结合煤粉爆燃理论，对其爆燃的原理及其影响因素作出了分析， 提出了防止制粉系统爆炸的具体运行措施，有效降低爆燃事件发生的机率，提高了设备的安全性。

关键词：双进双出钢球磨煤机；爆燃；防爆

0引言

BBD4054磨煤机双进双出钢球磨煤机。是通过自动控制称重给煤机从料斗给入混料箱内，经旁路风预干燥后，通过落煤管落到螺旋输送器侧面入口，靠螺旋输送装置的旋转将煤送入正在旋转的筒体内。磨煤机由主电机经减速器及开式齿轮运动带动筒体旋转。在筒内装有一定数量的钢球，通过钢球与煤的撞击和摩擦将煤粉研磨成煤粉。双进双出钢球磨煤机直吹式系统适用于磨制无烟煤和煤的磨损性强、中高挥发分的烟煤。因深度调峰造成的频繁启停，其关键点就在于防止制粉系统的爆炸。

1对象概况

黄河大通发电有限责任公司拥有两台300MW机组，采用双进双出钢球正压直吹式制粉系统，由于机组深度调峰及高挥发分的煤，在负荷变化磨煤机启、停过程中，容易发生爆燃，对设备造成极大损害，存在人员伤亡的安全风险。

2煤粉爆燃的影响因素及原理分析

根据有关资料，煤粉爆燃的发生应该同时具备足够的能量、合适的氧量、具有高密度的煤粉，如果爆燃时空间受到限制，将引起系统的爆炸 。

这其中任何1个因素的缺少都可避免爆炸的发生，而磨运行中，空间限制和具有高密度的煤粉这两个因素都无法避免，可控的爆燃因素主要集中在煤、能量和氧量3个方面，就此展开分析。

2.1煤

煤是一种物理化学性质和成分很复杂的混合物。在其众多煤质特性当中，爆燃特性、细度、浓度是决定煤粉能否发生爆燃的三个最重要的影响因素。

2.1.1爆燃特性

煤的爆燃特性常通过爆炸性指数来表达，且主要挥发分 因素影响。煤中挥发分含量越高，对应爆炸特性指数越大 ，爆炸的可能性就越大。据资料显示，褐煤属很容易爆炸的煤种。

2.1.2煤粉细度

煤粉越细，爆燃风险会越高。原因在于随着煤粉颗粒的减小 ，单个颗粒被加热到挥发分析出温度所需的热量就越少 ，挥发分析出所需时间就越短。同时，随着颗粒直径的减小 ，煤粉的比表面积随之增大，氧气向颗粒表面扩散的时间随之缩短，燃烧热释放就会加快，达到着火能量所需的时间就会缩短。据实验表明，煤粉颗粒dp>200um 时几乎不爆炸。粒度越细，爆炸可能性越大，当dp<125um时，爆炸的可能性很大。

2.1.3煤粉浓度

据资料显示，在限制空间内，当风粉混合物达到一定浓度 ，一旦有点火源，就会发生爆炸。且风粉混合物中煤粉存在1个最易爆炸浓度区间。因为煤粉浓度太高，相应氧浓度就会很小，燃烧会因缺少足够的助燃而中止；煤粉浓度太低，则会因缺少充足可燃物，燃烧强度达不到爆燃的程度。下表给出了引起煤粉爆炸的浓度极限。磨煤机无论是在启、停过程中，还是在正常运行中，磨内煤粉浓度为均处于煤粉爆炸的浓度范围内。所以煤粉浓度一般不作为控制爆燃的措施 。

引起煤粉爆炸的浓度极限

2．2能量(温度)

煤的最小点火能量和挥发分 、水分有密切关系。研究表明，煤中挥发分含量越高，着火所需能量越少。而煤中水分的增加 ，会加大煤粉着火所需的能量。根据煤燃烧理论，煤的燃烧最初是从其析出挥发分开始的。煤的着火最初是从其析出的挥发分着火开始，挥发分着火燃烧时的温度称为煤的着火温度。不同煤种挥发分析出温度和煤的着火温度。

煤的挥发分析出温度和煤的着火温度

根据 300 M W 机组双进双出钢球磨煤机的运行特点，其内部温度很容易就能达到煤粉着火温度。首先是空气预热器出口热一次风温度通常都比较高，额定负荷时热一次风温度能到 320℃；50％额定负荷时也能达270 ℃。其次是磨煤机工作时通过钢球的撞击、挤压、研磨将能量传递给煤粉；再次是磨内的衬板与煤磨擦后发热，这部分热量也将传递给煤粉 。这三部分热量叠加起来 ，足够提供褐煤煤粉着火所需能量。

2.3氧量

据表显示煤中挥发分越高，爆燃所需氧量就越低且气粉混合物爆炸时存在一极限氧浓度。褐煤爆燃对应的氧浓度极 限为16％～18％。而进入磨煤机的一次风 ，虽然掺杂了部分从空气预热器携带的烟

气，但是其氧含量也能保持在 20％以上。

3 工况分析和防范措施

3.1工况分析

从2024年3月1日#1炉C磨煤机爆燃事件分析，主要发生在启、停及磨内低料位磨内煤粉浓度都将经过最易爆炸浓度区间。且伴随磨内料位的变化，磨内氧浓度也会出现高于爆燃极限氧浓度的情况。再加上磨内部的蓄热及煤粉与磨煤机衬板的摩擦生热 ，将提供给煤粉着火所需的能量。

3.2防范措施

3.2.1改良煤质特性

为防止燃烧单一的褐煤，增大制粉系统爆炸的可能性，在褐煤进入磨煤机之前，通过掺烧煤质较好、来源稳定的贫煤来降低其爆炸性指数。掺混煤指标可控制在全水分7％～15％，灰分20％～30％，挥发分25％～35％，发热量19MJ／kg～23MJ／kg，含硫量< 1％。

3.2.2控制煤粉细度

根据煤的燃烧原理，褐煤粉颗粒适当调粗。在兼顾安全性和经济性的前提下 ，煤粉细度的选取按照R=4+0．5 n(式中：为煤的干燥无灰基挥发分％；n为煤粉的均匀性系数。)选取 。根据表中的数据，褐煤的煤粉细度 R ~>24．1。正常运行中一般维持在 25％～30％左右。

3.2.3控制磨煤机进、出口温度

依据表中褐煤挥发分析出温度和煤的着火温度 ，结合双进双出钢球磨煤机运行特点 ，通过降低磨煤机人口温度的办法来抑制磨 内部煤粉挥发分过早的析出，推迟煤粉的着火，让其在进入炉膛后再着火燃烧。对燃用褐煤 (包括掺烧了褐煤的掺混煤) 的双进双出钢球磨煤机进、出口温度作如下要求 ：停磨操作期间，务必确保磨煤机容量风温度降至140℃以下，再开始停运给煤机进行抽粉。

3.2.4控制氧量

惰化蒸汽的引入 ，不仅能降低磨煤机内部氧含量 ，还能提高磨 内水分浓度 ，据本文2.2中的理论 ，煤粉着火所需能量将大幅增加 ，使得防爆效果更显著。据资料显示，惰化防护时要求磨内实际含氧量必须保持比临界含氧量再低20％(体积百分比)的安全系数 。同时考虑到煤粉和可燃气体的流动性 ，以及惰化介质的散失等 ，惰化蒸汽的通入量应保证有足够的裕度。对于双进双出钢球磨煤机，其惰化蒸汽一般取自辅汽联箱，采用凝结水作为其减温水，参数控制在0.3 M Pa 一0.4 M Pa，温度180 ℃～200℃(温度过高会对磨内煤粉起到反向加热的作用) 。惰化蒸汽分别从磨两侧入口热风盒和出口分离器底喷入磨内。

4、结语

本文从运行的角度，深入总结、提炼生产经验，较为系统地提出了双进双出磨煤机防止爆燃的措施并在实际生产中得到了良好的验证。如再结合在双进双出磨煤机合适位置增加数量适当的防爆门，将能更进一步提高制粉系统运行的安全性。