火电厂制粉系统惰化防爆技术应用

火电厂制粉系统惰化防爆技术应用

刘恩生

华电国际技术服务分公司 山东 济南 250014

摘要：惰化防爆是针对制粉系统爆燃采取的积极主动的应对措施，选用烟气作为惰化介质，使制粉系统不能形成爆炸环境，在系统内加装一氧化碳监测设备，根据监测数据，调整烟气掺入量，确保烟气成分在安全范围内，有效避免制粉系统爆燃情况发生。

关键词：制粉 爆燃 惰化 监测

Application of Inerting Explosion-proof Technology in COal Pulverizing System of Thermal Power Plant

Liuensheng

(Huadian Power International Technical Service Branch CO.  Jinnan ,250014)

Abstract:Inert explosion-proof is an active measure to deal with the deflagration of COal pulverizing system,Flue gas is selected as inerting medium to prevent the COal pulverizing system from forming explosion environment.Add carbon monoxide monitoring equipment in the system.AcCOrding to the monitoring data, adjust the amount of flue gas.Ensure that smoke COmponents are within a safe range,The deflagration of the pulverizing system can be effectively avoided.

Key words:pulverizing system deflagrate inerting monitor

1.概述

火电厂制粉系统煤粉爆燃三个最基本的要素包括点火源、可燃物和助燃物，防治制粉系统爆燃事故发生，应分析各方面因素的影响，从可防与可控的角度，综合考虑多方面的因素进行防控。理论上，控制导致爆燃因素中任何一个要素，就可以避免爆燃的发生。因此，控制煤粉爆燃，应从三要素入手，分析并采取措施。

由于制粉系统是一个相对封闭的空间，转动部件摩擦、钢球杂物碰撞、防磨部件磨损积粉等因素造成自燃较难避免。根据《火电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》、《大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能设计规范》的防爆技术要求：无烟煤制粉系统内的设备和部件可不采取防爆措施；除无烟煤的其他煤种应采取防爆措施。目前火电厂制粉系统普遍采取了抑爆、防爆措施。抑制爆炸是在爆炸发生及发展的初始阶段，通过对爆炸危险信号实时监测，及时触发抑爆系统向系统中喷洒抑爆剂，以有效抑制爆炸作用范围和猛烈程度。爆炸泄压是在爆炸初始或发展阶段，通过防爆门、爆破片等将系统内的燃烧物和未燃物向安全方向泄出，从而使系统内设备免遭破坏。

抑爆、防爆措施都是后发的、被动的防爆措施。从本质安全角度，采取惰化防爆措施是能够确保安全的防范策略。根据《惰化防爆指南》规定，惰化防爆是通过向被保护系统充入惰性气体或向可燃粉尘中加入惰性粉尘，使系统内混合物不能形成爆炸性环境，或增加可燃物点燃难度的防爆技术。

2.惰化介质选择

对制粉系统进行惰化设计，使系统的启动、停运、倒风以及异常工况均处于惰性氛围，煤粉、空气混合物将不再发生点火、燃烧和爆炸反应，从而可有效防止爆燃事故的发生，达到主动和超前预防制粉系统煤粉自燃和爆炸事故的发生的目的。

制粉系统惰化即在煤粉/空气混合物中加入一定量的惰性介质，缩小可燃物组分的爆炸极限范围。按照《惰化防爆指南》一般要求，用于惰化的惰性气体要求不得与可燃物质和氧气发生反应，应采用但不限于二氧化碳、氮气、烟气、蒸汽压大于0.3兆帕的水蒸汽及稀有气体等[1]。二氧化碳、氮气及稀有气体价格较高且连续使用数量难以保证，无法在火电厂制粉系统防爆工程应用。水蒸汽和锅炉烟气是比较经济且容易获取的惰化介质，由于高温水蒸气进入一次风粉管路后，会在管壁处凝露促进管壁挂粉板结，带来积粉隐患，积粉板结容易造成自燃。因此，相比较而言，烟气是最为理想的惰化介质。

3.制粉系统炉烟惰化系统应用

3.1中储式制粉系统炉烟惰化系统应用。

加装炉烟增压风机，抽取炉烟接口设置在引风机出口，烟气通过炉烟母管进入磨煤机，在每台磨煤机处设炉烟支管，炉烟支管经过调节门分别接入各磨煤机入口风管，用于降低磨内容量风氧气含量，提高制粉系统防爆能力。磨煤机出口至排粉风机之间加装抽取式氧量在线测量仪表，从风粉管道抽取风粉混合物，经过三级过滤后，进入电化学传感器，检测氧浓度。磨煤机入口掺入烟气量设计通过计算，启停磨期间磨煤机内氧量按照15%设计。

粉仓充炉烟系统将低氧烟气经过风机、管路、烟气冷却除湿器及自动调节阀送入密封的煤粉仓，与粉仓负压抽气管形成闭环烟气循环系统，由于排烟中的二氧化碳密度大于空气密度，炉烟中的二氧化碳会弥漫覆盖在煤粉表面，对粉仓内煤粉起到隔绝氧气防止氧化的作用，煤粉仓顶部安装粉仓内气体成分在线检测系统，抽取粉仓内部空气，经过多级过滤和反吹扫后，对过滤后的气体进行O2和CO浓度在线分析，根据检测的O2浓度调节烟气掺入量，将氧浓度控制在预设的安全范围内。

3.2直吹式制粉系统炉烟惰化系统应用。

烟气引入系统与中间储仓式制粉系统基本相同。把炉烟分成各支路分别掺入各磨煤机的入口，可以兼顾不同磨煤机处于不同运行状态下的炉烟掺入量灵活可调，炉烟掺入量较少，可以保持相对高的氧浓度利于燃烧，可以在启停磨的不同阶段灵活增减掺烟量，保持磨煤机出口氧浓度随着冷风掺入量的变化保持在一定的范围内，为提高磨煤机出口温度和灵活配煤提供安全条件。

3.3配套监测系统

磨煤机内部CO气体的分布是均匀的，而温度的分布是不均匀的，CO气体的浓度变化比温度更能真实、全面反应磨煤机内部的燃烧情况。因此CO气体最适宜作检测煤粉自燃的早期预测预报的指标气体。制粉系统内一氧化碳的含量基本可以代表爆炸的可能性, 由此通过对C O 含量的实时监测, 可以提早采取处理措施, 防止制粉系统爆炸或降低其危害。通过检测磨煤机出口C0浓度，可以在爆炸发生前1〜1.5小时发出报警，从而使锅炉运行人员有充足的时间采取措施，防止火灾和爆炸发生。在磨煤机出口一次风管靠近燃烧器处加装CO浓度抽取式在线测点，当磨煤机、风粉管路或者分离器内部有积粉、积煤氧化析出CO时，在线检测系统检测出CO浓度，发出报警信号。每台磨对应粉管末端设抽气式CO在线分析仪，CO浓度以4-20mA标准信号接入DCS，在DCS操作员站组态，并显示CO浓度，根据CO浓度和变化幅度，通过组态逻辑提供报警预警提示。

由于磨煤机出口烟气成分复杂，除了二氧化硫等气体成分外，还含有大量的水分与粉尘，水分对CO浓度的测量结果有影响，且烟气粉尘颗粒较大，极易堆积堵塞管路，致使CO分析仪器不能正常工作甚至故障，因此，在进行样气浓度测量前，需对取样烟气进行除尘、脱水预处理，保证磨煤机出口CO浓度监测的连续性与可靠性。

3.4 优化调整提升整体效益

炉烟风门控制纳入到制粉系统整体控制策略，通过热风门、冷风门、炉烟掺入门、给煤量协调统一优化控制，整体优化调节炉烟掺入量、磨内氧量、出口温度、磨煤机差压等参数，满足启停运转和冷热风参配工况下的炉烟掺入量，如低负荷、满负荷、磨煤机启停、煤种变化等，在保证制粉系统安全的前提下，通过掺烟-制粉-燃烧的协调优化控制，将制粉系统的炉烟掺入量始终维持在安全、经济和环保的最佳平衡点，整体提高制粉系统和燃烧系统的安全、经济和环保性。  

通过制粉系统惰化防爆改造，控制氧气浓度，破坏爆燃因素，解决磨煤机爆燃问题，提高制粉系统和燃烧系统对煤种的适应性。同时，按照二十五项反措要求，对系统原设计的不合理部位进行改造，消除易积粉部位；加强锅炉煤质监督与掺配摻烧管理，使燃用煤质特性与制粉系统的设计煤质特性相适应；强化运行操作管理以及事故状态下的科学应对处理措施，通过综合施策，可以有效控制制粉系统爆燃事故的发生。

参考文献

[1]任常兴等 GB/T 37241-2018《惰化防爆指南》  中国国家标准化管理委员会2018.12

作者简介：

刘恩生(1976—)，男，硕士，高级工程师，研究方向为电厂热能动力，