制粉系统爆炸事故原因分析及预防措施

1 煤粉爆炸的机理

在炉膛或烟道积存了大量的未燃尽可燃物，在与空气按一定比例混合时，形成了新的可燃性混合物。当该混合可燃物获得一定的能量并达到燃烧条件时，在极短的时间迅速点燃。在这个化学反应中将会发生一个链状的燃烧反应，火焰激波迅速传播，因而在极短的时间很快将积存燃料燃尽。爆燃的结果是在极短的时间释放出巨大能量。在制粉系统中，煤粉是由气体来输送，气体和煤粉混合成云雾状混合物，煤粉的自燃引起周围气粉混合物爆炸，产生较大的压力而形成煤粉爆炸。

根据对事故的分析以及爆燃的物理化学起因，得出发生可燃物爆燃事件的因素主要有以下几方面。由于某种原因积存了大量的可燃物，包括可燃气体和可燃固体燃料颗粒，如氢气、一氧化碳、煤粉挥发分中碳氢化合物等气体都可能是导致爆炸的可燃气体；积存的可燃物与足够的氧气或空气相混合，形成了爆炸性混合物，并且混合物达到了爆炸极限(表1列出了3种煤粉与空气混合时的爆炸极限)；积存的燃料发生了“自热现象”或遇到了明火使得燃料引燃。这 3个条件是造成可燃物爆炸的必要因素。

表 1 燃煤与空气混合时的爆炸极限

a．挥发分含量。一般说来，含挥发分较高的煤粉易爆炸，含挥发分低的煤粉不易爆炸。这是由于煤粉着火燃烧的开始主要是靠燃烧析出挥发分，挥发分含量高的煤粉容易析出挥发分，而且比较多，能够为煤粉的迅速着火提供足够的能力。根据有关资料介绍，当挥发分小于10％时则无爆炸危险。挥发分大于20％的煤粉，很容易自燃，爆炸的可能性很大。

b．煤粉的粗细。在炉窑中，煤粉的输送是靠气力输送，因此煤粉越细，在细煤粉的周围所吸附聚集的一次风空气或氧气越多，这样就给自燃提供了更优越的条件，从而越容易自燃和爆炸。烟煤的粒度大于0.1min时几乎不会爆炸。综合考虑挥发分和煤粉细度对煤粉着火的影响，对于挥发分高的煤不允许磨得过细。

c．输送煤粉的气体含氧量。含氧的比例越大，爆炸的可能性越大，充足的氧气为混合物的爆炸提供了条件，而在氧浓度低于一定程度时难以发生爆炸。关于煤粉系统含氧量浓度的标准，各个国家都有不同的规定标准，但一般都在15％左右。制粉系统的氧气来源于多种渠道，如干燥风、漏风，输送煤粉的一次风或三次风等。如果煤粉混合物中的含氧量不足，即使存在很强的点燃能，混合物的浓度处于最佳爆炸点，也不可能发生爆炸。

d．煤粉气流混合的温度。混合物的温度升高会减少煤粉颗粒的着火热，加速燃烧的速度，因此温度高易爆炸，低于一定温度则无爆炸危险。煤粉气流混合温度主要指标是指磨煤机出口风温。

c．煤粉沉积。由于设计、安装不当或者在拐弯的地方，煤粉出现沉积，在氧气存在的情况下，就会发生缓慢氧化形成自燃，最终造成爆炸。

2 制粉系统特点

某电厂采用中间仓储式制粉系统，具体系统布置如图1所示。中间仓储式制粉系统主要包括的设备有磨煤机、排粉机、给煤机、粗粉分离器、细粉分离器、制粉管道、锁气器、吸潮门、中间煤粉储仓、原煤仓等。制粉系统的特点是运行可靠性较高，运行调节较为灵活，磨煤机可在自己的经济负荷围运行，从而提高了制粉系统的经济性，同时也有助于提高锅炉热效率。其缺点是系统部件多，较复杂，漏风量较大，而且制粉系统管道长，弯角多，流通阻力大，易存在流通死角，易积煤粉。由此看来在制粉系统聚积煤粉的地方，具备煤粉爆炸的一些因素。如果不采取一定的防护措施，制粉系统中聚积煤粉处产生危险性爆炸的可能性就大，给制粉系统的安全运行带来了隐患。

3 制粉系统爆炸原因分析

某电厂锅炉用的原煤为雁北烟煤，其特性如表3所示，挥发分为38.09％，水分为8.0％。在制粉过程中，要求煤粉细度控制在 Rgo=22.5 ×l0一，77.5％煤粉粒度在 0.1mm。

表 3 雁北烟煤特性％

针对其电厂制粉系统几年来的爆炸事故，我们运用煤粉爆炸的产生机理结合该电厂制粉系统煤粉特性，进行研究分析后，得到了以下几点意见。

a．制粉爆炸时，磨煤机的出口风温超过70℃，超过了规程要求(70℃以下)，这表明煤粉气流混合物的温度高，达到爆炸的条件。例如：1999年l0月13日4号炉乙侧制粉系统爆炸前其磨煤机出口温度为 120℃，远超过表2规定的70℃，从而导致爆炸。

b．磨煤机进煤不畅，落煤管堵塞。由于给煤机通过振动给煤，燃煤靠自重落人磨煤机落煤管，在煤较湿条件下，燃煤易粘结在落煤管壁，落煤管口径只有77(偏小)，且管道倾斜角度安装。长时间不清理落煤管，落煤管易因煤粘结增厚而堵塞，造成磨煤机断煤，在不调节风量的情况下，断煤后磨煤机的出口风温必然上升，并超过70℃(磨煤机进口风温不低于120℃)，导致制粉系统爆炸。同样，在煤较湿条件下，燃煤易粘结在原煤仓下煤斗，原煤无法自重落下，导致给煤机出力不足或断煤，同时引起磨煤机断煤。

c．管道、阀门。煤粉管道在负荷较低时应仍能保持正常输粉，防止煤粉沉积，一般要求其流速为l6～30m／s。除特殊情况外，输粉管道不允许水平布置。煤粉管道不得有袋形、盲肠及不光滑处，以防煤粉沉积。管道与设备、阀门的连接宜采用焊接方式。除无烟煤外，

不允许制粉系统的气粉混合物与其他制粉系统相通。制粉系统中应尽量减少阀门，以防止煤粉沉积。

d．制粉爆炸主要发生在磨煤机出口粗、细粉分离器两处。其特点是两处煤粉在空气中的浓度变化大，且处在易发生爆炸危险的浓度围，特别是在磨煤机停运前倒风过程，煤粉浓度极易处在 1.2～2kg ／m3围。从事故分析可知，制粉爆炸时，煤粉细度Rgo=18×10-2(过细)，大量的煤粉粒度小于 0.09mm。

e．制粉系统设备不完好，如吸潮门、锁气器、给煤机使用时间长，漏风点多，大量冷空气进入导致输送煤粉的气体氧含量增加，也是造成制粉系统爆炸的原因之一。

4 防止制粉系统爆炸的措施

4.1 设备改造消除制粉系统爆炸隐患

a．扩大磨煤机落煤管口径，把原衬耐磨板取消，改用耐磨管，管道改为垂直插入安装，增加落煤速度和减少积煤，同时在原煤斗加装耐磨增滑的高分子复合板，增加给煤机的出力，以减少磨煤机因堵煤或给煤机断煤而造成制粉系统爆炸。把原落煤管 #9377扩大至 ~600，见图2等划线处。

图 2 厝煤机落煤管 t3

b．粗粉分离器本体倒锥体不可避免地积粉。容易发生氧化反应，