1.1煤粉的自燃与爆炸
积存的煤粉与空气中的氧长期接触氧化时，会发热使温度升高，而温度的升高又会加剧煤粉的氧化，若散热不良时会使氧化过程不断加剧，Zui后使温度达到煤的燃点而引起煤粉的自燃。在制粉系统中，煤粉是由输送煤粉的气体和煤粉混合成的云雾状的混合物，它一旦碰到火花就会使火源扩大而产生较大的压力（2～3倍大气压），从而造成煤粉的爆炸。影响煤粉爆炸的因素很多，如挥发分含量，煤粉细度，气粉混合物的浓度，温度湿度和输送煤粉的气体中氧的成分比例等。
1.1、一般说来挥发分含量VR
1.2、煤粉越细越轻易自燃和爆炸，粗煤粉爆炸的可能性较小。例如烟煤粒度大于0.1毫米几乎不会爆炸。挥发分大的煤不能磨得过细。
1.3、煤粉浓度是影响煤粉爆炸的重要因素。实践证实，Zui危险得浓度在1.2～2.0kg/m3,大于或小于该浓度时爆炸的可能性都会减小。在实际运行中一般是很难避免危险浓度的。制粉设备中沉积煤粉的自燃性往往是引爆的火源。气粉混合物温度越高，危险性就越大。煤粉爆炸的实质是一个强烈的燃烧过程，是在～0.15s的瞬间大量煤粉忽然燃烧产生大量高温烟气因急速膨胀而形成的压力波以及高速向外传播而产生的很大的冲击力和声音。
1.4、潮湿煤粉的爆炸性较小，对于褐煤和烟煤，当煤粉水分稍大于固有水分时一般没有爆炸危险。
1.5煤粉爆炸的前期往往是自燃。一定浓度的风粉气流吹向自燃点时。不仅加剧了自燃，会引起燃烧，而接触到明火的风粉气流随时都会产生爆炸。造成流动煤粉爆炸的主要原因是风粉气流中的含氧量，煤粉细度，风粉混合物的浓度和温度。煤粉越细，爆炸的危险性就越大。粗煤粉爆炸的可能性就小些，当煤粉粒度大于0.1mm时几乎不会爆炸。当煤粉浓度大于3～4kg/m3（空气）或小于0.32～0.47kg/m3时不轻易引起爆炸。因为煤粉浓度太高，氧浓度太小；而煤粉浓度太低，缺少可燃物。只有煤粉浓度为1.2～2.0kg/m3时Zui轻易发生爆炸。
2.1 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 一4k g / m 3 范围内才会发生爆炸, 而浓度在1.2 一2 k g / m 3范围时爆炸危险性Zui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Zui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,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Zui小、Zui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Zui小、Zui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。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, 有很强的点源,并且可燃混合物的浓度在zuijia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。
2.2 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V daf(< 10 %时,一般没有自燃和爆炸的危险。当V daff>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。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 ~ 4 k g / m 3 范围内才会发生爆炸, 而在1.2 一2 k g / m 3 时,发生爆炸的危险性Zui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、C O2、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1 9 90年版《防爆规程》中规定, 烟煤的爆炸氧量Zui低值为16 %。美国N F P A 6 9 中规定, 烟煤的爆炸氧量Zui低值为15.8%。
( 5) 煤粉细度: 细度愈细愈易发生爆炸。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Zui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, 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《DL 4 3 5一9 1》中规定了磨煤机出口允许的Zui高温度限额。
3 如何防止制粉系统爆炸
通过对制粉系统爆炸定义及爆炸三要素的分析, 如果要预防制粉系统爆炸就应从爆炸三要素入手,确保爆炸三要素不产生就能有效预防制粉系统爆炸的发生。具体防止爆炸的方式可以从管理、运行、维护、定期制度等多方面入手，下面就各个方面分别说明。
3.1 管理方面
细致到位的管理是防止制粉系统爆炸事故发生的Zui有效手段, 每当制粉系统发生爆炸时,事故的分析往往是从运行和设备的角度开始, 而实际上管理是十分重要的一环, 起关键作用。
日常管理的到位, 制定合理的制度,采取正确的决策才能从根本上杜绝事故的发生。
管理应如何下手? 对设备及运行的技术问题应及时定期组织人员进行研讨, 确定合理的规章制度,完善操作的合理性, 避免人为事故, 应充分进行事故预想, 设备维护人员应职责到位。管理是丝毫不能松懈的,要防止事故的发生必须加强管理。
3.2 运行控制
运行管理部门应根据制粉系统的实际运行状况, 经验教训,制定完善的运行规程。制粉系统的启停应严格按照相关运行规程进行。并根据实际出现的问题及时改进修订运行规程。
制粉系统的联锁及保护应使制粉系统的启动与停止的运行操作按规定的程序进行,防止误操作发生。具体操作时应特别注意的事项: 磨煤机出口温度的控制和通风量的控制,还包括适时的充惰。
磨煤机出口温度是十分重要的参数, 具体控制的温度应根据煤种按《火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程D I J 435 一9 1) 规定及锅炉与磨煤机厂家要求执行。
磨煤机启动时, 在保证达到启磨要求的温度下, 控制磨煤机的出口温度在相对较低的水平;运行中, 控制磨煤机的出口温度在合理的范围内; 正常停止磨煤机时, 应控制磨煤机的出口温度降至较低水平,一般情况下应低于允许启磨温度。
磨煤机通风量的控制对于防范制粉系统爆炸起关键性作用, 合理地控制风量,可以有效降低爆炸三要素中点燃能的形成, 合适充足的风量可以降低点火能量的聚集。
制粉系统启动时, 应用冷风进行吹扫, 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, 启磨允许条件中应对磨煤机的通风量有一定要求,可根据磨煤机的型式确定Zui低的通风量定值;
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执行; 停磨时,停止给煤机后应全关热风门, 维持一定的冷风量进行吹扫, 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。
充惰系统的合理使用,对于防范制粉系统爆炸和处理制粉系统异常十分有效。制粉系统启动与停止时的及时充惰,可以有效地防止爆炸产生;正常运行中磨煤机出现异常, 有爆炸隐患时, 及时充惰可以避免市故的扩大和发生。事故处理决策,当制粉系统运行出现异常或事故时, 如何在Zui短的时间内采取合理有效的操作十分重要。
可以从两个方面来看这一问题, 是控制系统逻辑与保护的合理设置, 如果逻辑与保护选择设置合理,可以在Zui短时间Zui有效地防止事故的扩大, 保护人身与设备安全, 是靠运行人员的操作,这要建立在知识与经验基础之上,而如何让所有的运行人员具备这种能力,需要有效地开展学习、讨论及事故预想。
当制粉系统发生爆炸事故后, 要找到制粉系统爆炸的原因, 采取措施完善系统, 防止类似状况的发生;对由于积粉自燃的爆炸, 应采取针对性措施消除积粉, 并根据情况对系统做出适当修改。
运行中如果发现制粉系统内存在着火点, 应在不降低通风量的前提下, 采取合理的措施, 消除着火点,杜绝紧急停磨或降低通风量等操作, 防止着火处能量积聚造成制粉系统爆炸。
3.3 定期制度
建立合理的定期检查工作制度, 有助于及早发现问题。具体的制度制定应综合考虑,根据设备的情况选择合理的定期制度。
一般来讲, 应定期对煤粉细度进行测量, 保证合理的煤粉细度, 防止煤粉过细; 对于中间储仓式制粉系统,要坚持执行定期降粉制度和停炉前煤粉仓空仓制度, 要定期检查粉仓仓壁内衬钢板,严防衬板磨漏、夹层积粉自燃;
对于直吹式制粉系统中有石子煤箱的中速磨系统, 应加强对石子煤箱的检查,并定期程控或手动清理, 防止石子煤着火。煤质的定期化验,对来煤的煤质监督也应有完善的制度。
消防灭火设施应保持完好, 按期进行试验。应定期对制粉系统中可能存在积粉的设备及管道进行检查,并及时处理及改进, 防止积粉的产生。制粉系统的所有风压、风量及温度测点应定期检查校验, 要求表盘指示准确,确保提供真实可靠的运行监控数据。
3.4 检修维护
设备的检修维护得当, 可使设备维持良好的状态,降低书故的发生率。要注意的是当对制粉系统进行检修工作时,应防止系统隔绝不善、措施不到位,导致检修时外来火源进入制粉系统。
禁止在磨煤机运行时进行动火工作, 在磨煤机停运时若进行动火工作,应作好可靠的安全措施。制粉系统风门挡板的操作灵活性和可靠性也是检修维护工作所必须保证的重要方面, 要求风门挡板动作灵活,开度指示准确, 特别是磨煤机的热风门, 关闭时应不漏风。
3.5 设备方面
新建电厂的设备选型十分关键。制粉系统的设计要与煤种的特性相适应, 设计时应充分考虑制粉系统防爆的问题,必须采取有利于防止爆炸的制粉系统型式, 并采取防爆的措施。
目前所采用的制粉系统有两种, 一种是中间储仓式, 另一种是直吹式。应根据实际情况选择合适的制粉系统方式,应尽可能采用直吹式制粉系统。制粉系统必须有防爆和灭火措施。
对煤粉仓、磨煤机及制粉系统,应设有通惰化介质和灭火介质的设施。煤粉仓、制粉系统和输煤系统附近应有消防设施, 并备有专用的灭火器材,消防系统水源应充足、水压符合要求。
直吹式制粉系统应在磨煤机出口配有快速隔断阀。制粉系统的制造要求其结构强度能满足防爆规程规定的抗爆强度要求。防爆门的设计和选型、组合应充分考虑防爆要求。
制粉系统的风道与粉管的布置, 应尽量避免煤粉在管道内沉积,不能存在死角,含粉气流风速的设计应高于1 8m / s(对于直吹式制粉系统)。制粉系统的热风门必须设计为可以确保严密关闭的阀门或挡板。
控制逻辑的设计, 即B M S ( 燃烧管理系统) 中有关磨煤机启动、停止的考虑应全面,必须考虑磨煤机的安全问题。制粉系统的逻辑和控制方式必须可靠, 安全性应是Zui重要的因素。
磨煤机的启停条件中除本身的油系统、轴承温度等条件外,有关磨煤机出口温度、磨煤机通风量及风门挡板状态的条件应在充分保障安全的前提下满足锅炉的运行要求。合理充分的逻辑设置,可以杜绝误操作导致的事故发生。应注意疏堵结合的问题。对一旦发生市故时的处理, 也应引起足够的重视。
制粉系统爆炸事故发生时, 如果防爆门二类防爆装置的设置合理可以有效释放爆炸产生的能量,由此保护人身及设备安全。防爆门的设计必须考虑到其动作后, 所喷出的火焰和高温气体应排向安全区域,防止因防爆门动作而导致的人身伤害和其它设备被损坏。
增加监视设备也是一种手段。现在部分电厂的制粉系统安装有制粉系统的防爆报警系统,主要是对制粉系统内一氧化碳进行监测,来防止事故的发生。制粉系统内一氧化碳CO的含量基本可以代表爆炸的可能性,由此通过对CO 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。