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 t3b．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，形成白燃，迅速着火，尤其对于挥分发较高的烟煤和褐煤，一旦爆炸后果非常严重；细粉分离器本体煤粉颗粒粒度较小，煤粉与氧的接触面较大，积粉时发生氧化反应快，当运行人员监视不及时，煤粉中杂物很容易堵住下粉管造成积粉。

为了改善粗细分离器的积粉现象，建议在粗、细粉分离器壁处衬里采用耐高温耐磨滑的瓷，以使得煤粉气流混合物流通顺畅。

同时杜绝粗、细粉分离器因壁不光滑或死角多造成积粉白燃导致制粉系统爆炸。

衬里见图3、图4等划线处。

c．更新给煤机。

给煤机为振动式、开放式，给煤不稳定，易跳停，漏风量大。

更新为全封闭皮带式给煤机后给煤稳定，确保给煤，漏风量小。

d．在磨煤机人口处增加监测系统，在出口处增加风温在线记录仪，方便操作人员监测给煤量，杜绝断煤，或堵煤时能及时处理。

通过记录磨煤机出口风温，减少因操作不当造成风温超标。

4．2 工艺操作管理a．优化运行方式。

调整粗粉分离器挡板，控制好煤粉细度，煤粉细度控制在 Rgo=20×10I2～ 22.5x10I2之间，在满足锅炉燃烧的前提下，适当控制细度，减少因煤粉过细而引起爆炸，也可以降低磨煤机的电耗。

b．制粉系统的启动、停止。

启动时，应进行暖磨 (特别是北方的冬季)，以防止管道结露导致煤粉沉积。

对暖磨的时间和磨出口温度严格按操作规程操作进行控制，加强对磨煤机出口风温的监测和考核，防止因磨煤机出口煤粉气流混合物超温 (>70 ℃)而造成制粉系统爆炸。

停止制粉系统时，应保证制粉系统没有残余的煤粉。

一般可以通过一次风管风压、磨煤机电流、压差进行判断。

在停运后期活动锁气器，使回粉管的积粉吹扫干净。

停止制粉系统时，要防止吹扫时间过长，造成停后系统温度过高。

对乏气送粉启动和停止时，要保持一次风压稳定，使煤粉混合器速度≥16 m／s，以防积粉。

在锅炉停运时，煤粉仓、原煤仓不应存放煤粉和煤。

C．合理设置粉仓温度测点和报警装置。

锅炉正常运行中，应对制粉系统的近路风风门(特别是容易积粉的磨煤机再循环风门)等，坚持定期吹扫制度。

制粉系统停止运行后，对输粉管道要充分进行抽粉，有条件的停用时宜对煤粉仓实行充氮或二氧化碳保护。

d．磨煤机通风量的控制。

通风量的控制对于防制粉系统爆炸起关键性的作用，合理地控制通风量，可以有效降低爆炸点燃能的形成，充足的通风量可以降低点火能量的聚积。

制粉系统启动时，应先用冷风进行吹扫，然后适当开启热风门调节磨煤机出口温度，控制升温速率，直至达到启磨要求的温度，并维持合适的风量，保证合理的风速。

启磨运行条件中应对磨煤机的通风量有一定要求，可根据磨煤机的形式确定最低通风量定值；磨煤机正常运行中，风量控制应根据锅炉与磨煤机厂家要求按照风煤比曲线进行。

停磨时停止给煤机后应全关热风门，维护一定的冷空气气量进行吹扫，风量的控制应高于启磨允许的风量定值，当磨煤机温度降至合适温度后停磨。

e.消除漏风。

在运行中应消除煤粉仓的漏风及回粉管和落粉管锁气器漏风。

磨煤机和排粉机入口热风口的漏，造成系统温度提高，应采用质量较好的热风门，加强安装和检修对门的细致调整，使门保证灵活开关。

f.适时检修。

适时对制粉系统进行检修，严格执行有关防爆规定，按运行规程进行操作和事故处理，杜绝外来火源，严禁未采取隔离和防护措施时进行焊接等其他工作。