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锅炉制粉系统发生爆炸的原因分析和预防
一、前言
制粉系统的爆炸在许多电站煤粉锅炉运行中都不同程度的发生过，而且在有些单位多次连续发生，并且没有得到有效控制，给企业带来严重后果，严重影响到人身安全、设备安全和正常的安全生产。
某电厂两台WGZ-130/9.8-Ⅲ型高温高压煤粉锅炉，压力9.8Mpa、温度540℃、蒸发量130T/h。制粉系统为中间仓储式乏气送粉系统。自2001年10月投入生产至2005年12月期间，锅炉制粉系统发生过十几次的爆炸事故，制粉系统磨煤机进出口防爆门、粗细粉分离器防爆门多次因爆破裂，其中2002年11月6日，6#炉在运行制粉过程中突然发生爆炸，造成主厂房门窗有上百块玻璃损坏，主厂房铝合金大门变形，细粉分离器防爆门体炸开一个大口子，锅炉被迫停炉，对外紧急限电、限热，严重影响到安全生产和企业的社会形象，对此进行认真细致的调查、探索和分析。主要是通过对煤粉燃烧、爆炸理论认识的加深理解及结合在运行操作中存在的一些不规范方式的分析，最后准确的找出事故的根源，并提出解决方法和预防措施。
二、对煤粉的燃烧、爆燃的理论探讨
1、燃烧过程的三个阶段
着火准备阶段。这一阶段主要是水分蒸发、挥发份析出、燃料与空气混合达到着温度。
燃烧阶段。当达到着火温度后，挥发分首先着火开始燃烧，放出热量温度升高焦炭被加热到较高温度而开始燃烧。
燃尽阶段。主要是讲燃烧阶段未燃尽的碳烧完。
2、燃烧与煤粉爆燃的关系
煤粉的正常燃烧过程和煤粉的爆燃从形式上是不同的，煤粉爆燃是煤粉燃烧的一种特殊形式，但它们的过程有着必然的联系，都是在一定温度条件下、有氧气、有火源存在、挥发份引燃引起煤粉燃烧，都是燃烧后能量的释放，而且这个过程一个是燃烧时间充分、氧量充足速度缓慢；另一种是瞬间爆燃时间极短，并且温度高、压力极大、速度快。从理论上我们认识了煤粉燃烧的几个阶段和燃烧与爆燃的关系，就为我们控制煤粉系统的爆燃主要关键点奠定了基础。
3、煤粉爆燃的因素
1）煤的挥发份含量高，产生爆燃的可能性大。
2）煤粉细度越细爆燃的危险性也越大。
3）气粉混合浓度高是爆燃的主要因素。一般烟煤煤粉危险浓度为1.2-2kg/m3之间。
4）煤粉沉淀在死角不断与氧气发生化学反应自然，生成火源，在气流的扰动下引发爆燃。
5）气粉混合物中的氧气浓度，浓度越高越危险。
6）气粉混合流速过低煤粉沉积，过高会引起静电火花。
7）气粉混合物温度越高，爆燃的危险性越大。
8）煤粉太干爆燃的危险性也越大。
4、制粉系统煤粉爆燃的基本条件
煤粉爆燃时其气粉浓度过高。严格讲应该是挥发份可燃气体的浓度、风粉的混合浓度及充足的氧量，这是一个很重要的条件。
有较高的气粉混合温度。温度过高是引发挥发份可燃气体大量析出及浓度增大的先决条件，也是挥发份先着火的先决条件，这一点也非常重要。
有火源及空气扰动。在制粉系统中火源主要来自系统中某处积粉死角产生自然，然后在气流扰动下被风带入制粉系统形成星火点点状况。磨煤机在启动中，若其内部煤量少，造成金属碰撞起火花及摩擦静电火花等这些都是煤粉爆燃的基本条件。
三、原因分析
1、煤种挥发份含量高。该厂发电用煤为挥发份很高的优质烟煤。煤质试验报告：W水11.55%、V挥48.1%、C碳39.58%、A灰12.18%、Q低22327KJ/Kg.
2、始终有火源及空气流扰动存在，这一因素是不可控的。在正常制粉过程中对制粉系统进行观察发现制粉系统磨煤机出口后始终都有许多星火点点随气流流动。这些火源主要来自制粉系统中某些死角沉积处煤粉的自然，在空气流的扰动下进行流动。其原因就是制粉系统在安装中留有许多未割除的死角存粉处，另外，磨煤机在启停时也可能出现碰撞火花。
3、在制粉系统中，磨煤机出口温度太高，一般都在80℃以上。遮掩为引发煤粉系统爆燃创造了有利条件。同时煤粉中的挥发份可燃气体也随着温度的升高较多的析出，浓度增大，为引发爆燃提供了最先决的挥发份先着火的条件。这一因素是可以控制的。
4、在制粉过程中对风量操作或切换风路的操作不规范使其突然变化，引起挥发份可燃气体浓度和气粉浓度突然变化，是引发爆燃的决定性因素。调查中发现，6#、7#锅炉制粉系统的爆燃多数是发生在磨煤机启、停前后切换风路的过程中。而在风路的切换中最主要是顺序错误或有时风门出现卡涩卡住等，造成风量的突然变化及风速的突然变化降低。理论研究分析可知，在正常制粉过程中气粉配比混合浓度不超过危险浓度（1.2-2kg/m3）时，属安全有效浓度。而在煤粉量不变的情况下，当制粉系统中风量突然的减少、风速突然的降低，就意味着挥发份可燃气体浓度和气粉浓度的突然升高至临界状态，严重时就会发生沉积，这是引发制粉系统爆燃可控性的最主要原因。若制粉系统始终有火存在，并且磨煤机出口温度又较高时，控制挥发份可燃气体浓度和气粉混合浓度将是控制制粉系统爆燃的决定性因素之一。而挥发份的着火爆燃又是引发煤粉爆燃的先决条件。在制粉系统中煤粉在受热的情况下挥发份析出时时刻刻都在进行，并且随着温度的升高挥发份析出越多、浓度越高。
四、解决和控制制粉系统爆燃的措施
1、控制燃煤的湿度，将其水份保持在12-15%的范围内。
2、煤粉的细度。在制粉过程中加强煤粉细度的分析，始终将其控制在R90=20-25%，R200=2-3%范围内。
3、控制制粉系统中的挥发份浓度。控制挥发份主要是通过①、改变一定量的煤种，选用挥发份较低的煤种与高挥发份煤种混合使用。，即选用W水11.86%、V挥33%、A灰28.43%、Q低18394KJ/Kg.的煤种与原煤种进行1:1混合。②、在制粉过程中，控制磨煤机出口温度为65-70℃左右，从而达到控制煤粉中挥发份的过多析出和满足爆燃的外部条件。③通过分量的调节使气粉混合后的挥发份可燃气体的浓度控制在安全范围内。
4、在制粉过程中，在风路的切换过程中，按合理的操作顺序要求，规范操作各有关的冷、热风调节门，使其风量、风速平稳过渡。坚决杜绝全开全关、先关后开这种严重误操作，是控制气粉浓度及制粉系统爆燃的关键所在。
五、结论
1、制粉系统爆燃是在温度、气粉浓度及火源等三个基本条件同时满足状态下才能发生。如果在制粉过程中通过最简便、最实用的方法，能够控制其中任何两个条件就可以达到有效控制爆燃的目的。
2、通过降低制粉系统磨煤机出口温度，并控制在65-70℃左右，来达到控制煤粉中挥发份可燃气体的大量析出和满足爆燃的外部条件，使爆燃的基本条件不具备，这是控制爆燃的最有效的途径之一。
3、在制粉过程中，尤其是开、停磨煤机前后，在风路切换过程中，坚持平稳过渡，先开后关逐步完成的原则，使制粉系统中的挥发份可燃气体的浓度及气粉浓度适中，不因为风量的突然变化减少出现升高达到临界爆燃浓度。这是控制爆燃最有效的手段。
4、通过控制制粉系统中温度及气粉浓度，很好的解决和控制了几台锅炉在运行中煤粉系统的爆燃。经过八年多的运行生产，目前几台锅炉运行正常安全，制粉系统没有再发生过一次爆炸事故，效果非常好。
5、经过多年的实践证明，就是在燃用高挥发份的煤种时，只要控制好温度和操作好风路的平稳切换，控制好气粉的安全浓度，制粉系统的爆燃是完全可以得到有效的控制。
>>，北京；水利电力出版社。
>>，中国电力出版社。
<<火力发电厂危险点分析及预控措施>>；中国电力出版社。
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