制粉系统爆炸原理

制粉系统爆炸原理

当煤粉在空气中的浓度很低或很高时,一般不会发生爆炸。同时爆炸又是燃烧的一个特例,所以爆炸过程中氧是不可缺少的。另外发生爆炸还需要有足够的点燃能,所以只有当可燃物浓度、氧浓度和点燃能这三个条件同时具备时,才有可能发生爆炸。而且这三个条件又是互相联系的。

制粉系统爆炸的三要素

(1）可燃物浓度(煤粉的浓度):煤粉的爆炸浓度有一个范围,即存在上限浓度和下限浓度。煤粉爆炸的浓度范围与很多因素有关,如煤种、初温、初压等。对于烟煤而言,气粉混合物浓度只有在0.32一4kg/m3范围内才会发生爆炸,而浓度在1.2一2kg/m3范围时爆炸危险性最大。在现有电站锅炉制粉系统的运行过程中此条件是很容易达到的,特别是制粉系统启动或停止的过程中,煤粉浓度变化较大,存在爆炸危险性最大状况。

(2)点燃能(点火能源):点燃能是爆炸的一个重要条件。点燃能的大小不仅对发生爆炸起重要的作用,而且决定了爆炸时产生的压力等级和爆炸的强度。

煤粉混合物的最小、最低可爆的点燃能与很多因素有关。但主要决定煤粉爆炸反应本身活化能的大小。煤粉中掺入少量的可燃气体,会降低它的最小、最低点燃能。能量较小的火花通常不能点燃可爆性煤粉与空气的混合物,但却可以引起掺入少量可燃气体的煤粉与空气混合物的爆炸。

初温和初压对点燃能的影响较明显,初温、初压越高,发生爆炸所需的点燃能就越小。在现有电站锅炉制粉系统运行中,如果某些原因导致局部存在积粉,条件合适势必会引发自燃,由于制粉系统正常运行工况的风量和煤量较大,积粉自燃的能量被携带释放,不足以形成制粉系统爆炸的点燃能,但如果工况发生变化,尤其是风量减少,会造成积粉自燃能量的聚集,形成制粉系统爆炸的点燃能。另外,如果制粉系统内部进入外来的火源,也会形成制粉系统爆炸的点燃能。

(3)氧气的浓度:制粉系统中氧气来自多方面,作干燥剂的热风、冷风、烟气以及漏风、输送煤粉的气体都含有一定量的氧气。如果煤粉混合物中氧的含量不足,即使有很强的点源,并且可燃混合物的浓度在最佳爆炸浓度范围,也不会发生爆炸。但对于大部分电厂而言,除了燃烧褐煤的锅炉由于采用炉烟干燥,其他采用空气干燥的锅炉制粉系统的氧量都能达到爆炸的条件。

影响自燃和爆炸的主要因素

根据煤粉爆炸的三要素,可分析出电站锅炉制粉系统中影响制粉系统爆炸的因素

主要有以下几个方面。

(1）挥发分:当燃料的干燥无灰基挥发分Vdaf(<10%时,一般没有自燃和爆炸的危险。当Vdaff>20%时,属于反应能力强的煤,其挥发分析出温度和着火温度较低,易自燃。因此,燃用烟煤和褐煤的锅炉制粉系统发生爆炸可能性较大,对此应特别予以注意。

(2)灰分:燃料中的灰分越小,制粉系统爆炸的可能性越大。

(3)气粉混合物浓度:气粉混合物浓度只有在一定的范围内才有爆炸的危险。如烟煤,气粉混合物浓度只有在0.32~4kg/m3范围内才会发生爆炸,而在1.2一2kg/m3时,发生爆炸的危险性最大。

(4)干燥剂的种类:向系统的干燥剂中掺入惰性气体(如烟气、CO2、N2、水蒸汽等),爆炸危险性就会减少。根据不同国家标准推荐的制粉系统防爆的数据,燃烧烟煤时,氧量低于14%是肯定不会发生爆炸的。原苏联1990年版《防爆规程》中规定,烟煤的爆炸氧量最低值为16%。美国NFPA69中规定,烟煤的爆炸氧量最低值为15.8%。

(5)煤粉细度:细度愈细愈易发生爆炸。即使是易于爆炸的煤种,当粉的粒径较大通常不易发生爆炸。如:烟煤,当当量直径大于100μm时一般没有爆炸危险。(6)煤粉中水分:实践证明,煤粉中的水分也是发生煤粉自燃和爆炸的重要因素。磨制煤粉的最终水分的确定是一个比较复杂的问题。水分会影响制粉系统安全、出力、燃烧、输粉等,水分高不易自燃爆炸。

(7)通风量:通风条件良好时,制粉系统爆炸的危险等级会降低,当通风不良时,爆炸的危险程度会增大。

(8)制粉系统末端的气粉混合物温度:气粉混合物温度只有达到着火温度时才能燃烧,而制粉系统内混合物温度远低于着火温度,因此,着火危险只有遇到火源引发才能发生。当然棍合物温度高,易导致沉积煤粉自燃,从这一角度看是易发生自燃燃爆。在火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程《DL435一91》中规定了磨煤机出口允许的最高温度限额。