锅炉制粉系统防爆综合治理分析

锅炉制粉系统防爆综合治理分析

高锋

大唐长春第二热电有限责任公司，吉林 长春 130031

摘要：针对某电厂锅炉制粉系统运行的可靠性，降低爆破几率，主要通过冷炉烟改造、增加氧量、烟温在线监测测点、粉仓改造及打焦孔改造提高制粉系统运行可靠性，降低制粉的爆破几率。。通过制粉系统全过程充惰、粉仓改造等方式降低制粉系统的爆破几率，提高制粉系统运行的可靠性和安全性。

关键词：制粉系统；爆破；粉仓；高温烟气

某电厂锅炉是哈尔滨锅炉厂设计生产的HG-670/13.7-YM9型锅炉，原设计煤质为烟煤，每台锅炉各配备2套钢球磨中储式制粉系统。为燃用价格相对较低的褐煤，以增加企业效益，陆续完成了制粉系统全烧褐煤改造。改烧褐煤后，制粉系统及粉仓多次发生爆破事故，对设备造成较大损害，也对人身安全带来了较大的安全隐患。需要对制粉系统防爆治理进行研究，通过制粉系统全过程充惰、粉仓改造等方式降低制粉系统的爆破几率，提高制粉系统运行的可靠性和安全性。

1 现状分析

由于锅炉曾经进行了燃用褐煤改造，改造采用引入高温炉烟及冷炉烟的方案，高温炉烟的引入是为解决系统干燥出力不足的问题，冷炉烟的引入是为解决制粉系统防爆并缓解锅炉结渣的问题。高温烟气的引入口在锅炉炉膛下部，低温炉烟取自引风机出口。实际运行过程中由于煤量低、磨煤机通风量大、炉烟控制温度高等，磨煤机再循环门能够打开，且再循环流量较大，原设计三次风不再使用，已经断开。冷风至温风管一路，由于运行中温风不常用，导致排粉机负压将高温炉烟抽到温风管道将温风管道烧红，故冷炉烟至温风一路已经断开。

根据统计，制粉系统的爆破事件多数发生在制粉系统启、停阶段，且磨煤机存粉量较大的阶段，选取几次爆破事件的过程及分析如下：

（1）2013年9月3号炉2号磨煤机在启动倒风过程中，当4号门开至46%时，2号排粉机电流由51A瞬间涨至103A，磨煤机入口负压突然由-0.12kPa变至+0.02kPa，2号制粉系统爆破。

（2）2012年7月5号锅炉1号磨煤机木屑分离器乙侧检查孔烧红，在停磨过程中发生制粉系统爆破。

（3）2017年2月3号锅炉2号磨煤机煤大，在抽粉过程中发生制粉系统爆破事故。

2 存在的问题

锅炉燃用极易爆炸的褐煤，按照相关导则防爆要求，特别是在制粉系统启停过程中要有防爆措施，制粉系统末端气粉混合物中含氧量降低到12%，温度控制在90℃以内。而当前的设备条件下，在磨煤机的暖磨、启动、停磨、抽粉阶段制粉系统末端含氧量都不能控制在12%以内。制粉系统多次在启停及非正常运行时发生爆破事故。

2.1粉仓存在的问题

（1）严密性差。原始粉仓结构密封性差，导致漏水、漏风情况的发生。为防止落入地面的褐煤煤粉积粉自燃，需要经常用水冲洗地面。而粉仓上盖原结构层上部的普通混凝土垫层及面层，设计时不是按照水冲洗地面设计，冲洗时就会有大量水进入煤粉仓内部，极易造成煤粉板结积粉，时间长了会造成煤粉的自燃爆破。粉仓漏风较大，漏入的空气也会引发褐煤的自燃，导致粉仓爆破。

（2）煤粉挂壁现象严重，粉仓经常存在煤粉的挂壁情况，严重时多达几十吨煤粉挂壁，多次对煤粉的挂壁进行人工的清理。煤粉挂壁容易造成自燃爆破的发生。

由于以上原因，粉仓频繁爆破，对设备造成极大的危害，也存在人身伤亡的风险。

2.2制粉系统安全运行存在的其它问题

目前锅炉燃用褐煤，按照《DLT5203-2005火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》的要求，按惰性气氛设计的制粉系统磨煤机（分离器）出口应设置氧含量的连续监测、记录的装置，并将信号引至控制室。而磨煤机出口没有氧量表，无法在运行过程中对磨煤机出口氧量进行检测，进行实时的氧量调整。由于煤质较差，高炉烟管二次结焦严重，打焦孔距离炉墙远，运行人员打焦困难，用时长、风险大，且在打焦期间，高温炉烟必须退出运行，制粉系统末端的氧量无法控制，造成了制粉系统存在爆破的风险。

3 改造方案

3.1 技术路线概述

根据以上分析及规程防爆要求，要把排粉机出口氧量控制到12%，且磨煤机出口温度不超90℃。这就需要在这几个运行阶段通入惰性气体，结合制粉系统特点，考虑采用冷烟气作为惰性气体。锅炉已经进行了炉烟改造，考虑利用现低温炉烟管路进行改造，将冷烟直接通入磨煤机入口。在锅炉标高10米，选取合适位置，将低温炉烟管道引入高温炉烟门后的高温炉烟管，并单独增加冷烟风门。为防止高温炉烟停用时，高温炉烟抽进新增加的冷烟管道，在原冷炉烟管道上增加电动关断门。新增电动关断门布置在原调整门后，挡板为耐高温挡板，挡板后到高温炉烟管段更换为耐高温钢材。要完全能满足氧量不超12%的要求，暖磨阶段氧量由21%逐渐降低到12%，在这一阶段，特别冷烟与冷风同时通入，保证制粉系统处于惰性气氛内，达到防爆的目的。

3.2改造方案

依据《火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》，“煤粉仓的设计应严密，减少开孔，任何开孔必须有可靠的密封结构”，“煤粉仓内表面应平整、光滑、耐磨和不积粉”。 为减少粉仓爆破发生几率，需要对粉仓结构进行改造，增加粉仓的严密性，防止漏水情况的发生，并减少煤粉的挂壁现象。

根据粉仓存在的问题，主要采取对粉仓结构进行改造，在粉仓内部加装起密封作用的内衬，内衬与粉仓的四壁进行圆滑过渡，减少煤粉挂壁的几率。其次，将煤粉仓上盖原结构层上部的普通混凝土垫层及面层改造为防水层结构并预留检查孔。粉仓内衬材质的选择，可以采用普通的碳钢，表面粉刷高温防腐漆的的方式，也可以采用不锈钢材质。

3.3号炉打焦孔改造

原打焦孔存在的设计缺陷导致打焦极其困难，本次改造为了减轻运行人员体力劳动，降低安全风险，本次改造计划在炉甲乙侧高温炉烟管子上（距离炉墙较近的位置），各增加一个打焦孔，便于打焦。根据现场布置情况，新增打焦孔布置在靠近炉前位置。

3.4低温炉烟管路改造

锅炉已经布设了冷烟管道，低温炉烟改造为降低改造投资，考虑利用原冷炉烟管道，主管道尺寸为820*5，新增低温炉烟管道尺寸为Φ820*5，冷烟流速为36.2m/s，满足设计规范要求。其引出位置在原低温炉烟管总管上。低温炉烟管的插入磨煤机入口的位置在高温炉烟门后的高温炉烟管，管道的具体走向根据现场情况具体设计。

3.5 制粉系统防爆监测

依据防爆条款要求，制粉系统末端应该安装氧量表，并且引入DCS进行连续的监控，氧量表加装的具体位置在排粉机入口。冷烟温度也是保证制粉系统末端氧量和磨煤机出口温度不超标的关键参数，所以要求进入磨煤机的冷烟温度也要增加测点，作为重点监控指标。温度表加装的位置在新增冷烟管道上，新增冷烟调整门前，引入DCS进行连续监控。

4 结论

制粉系统经过掺冷炉烟改造后，启停制粉系统时系统中的干燥剂氧量控制在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；粉仓增加内衬后，杜绝了粉仓漏水导致煤粉挂壁现象，减少了粉仓爆破的几率；增加打焦孔后，减少了人工捅焦的时间，提高了制粉系统捅焦期间的安全性。

为满足制粉系统一运一备的防爆要求，需要的冷烟气量为135678.4m3/h。但根据试验实测结果，冷烟风机流量都不满足设计流量。风机流量未达设计值的原因出在风机本身。建议对风机本身进行检修，提高风机出力。若通过检修仍不能达到设计出力，则必须要对风机重新进行选型改造。另外，粉仓的充分防爆还需要考虑可靠的充惰性气体的措施。

通过本次制粉系统综合治理改造，降低了燃用褐煤时制粉系统及粉仓爆破的几率，降低了人身伤害的风险。

作者简介：高锋，男，(1985- )，从事锅炉检修工作。