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1防止制粉系统爆炸和粉尘爆炸事故华北电力科学研究院有限责任公司毛永清2013年3月北京2目录一、前言二、关键词释义三、案例分析四、煤粉爆炸机理分析五、条文解读六、总结交流3一、前言我国的电力生产主要是火力发电，火力发电又基本上是燃煤机组，在煤的储运和制备过程中都会产生煤尘。尤其我国的火电机组基本上都是煤粉锅炉，都设计了形式不同、数量不等的制粉系统，燃用高挥发分的烟煤、褐煤机组控制不当容易发生制粉系统爆炸事故。制粉系统是锅炉机组的重要辅机系统，和机组的运行密不可分，一旦发生爆炸事故，轻则导致锅炉灭火和机组非停，重则造成设备严重破坏和人身伤亡事故，严重影响安全生产。制粉系统就像人的胃，身体好坏，从某种程度上得先看它。所以，电力系统的前辈把其列为25项重大事故反措项目。4二、关键词释义5制粉系统爆炸和煤尘爆炸的定义制粉系统爆炸和煤尘爆炸均为煤粉的爆炸，其区别不仅在于爆炸发生在制粉系统内部的有限空间，还是外部的开阔空间，还在于制粉系统爆炸更多是杂混性可燃混合物的爆炸，而煤尘爆炸基本是煤尘云的爆炸。煤粉以一定的浓度分散在空气中，一旦遇到适当的点燃源，就会发生燃烧并迅速传播，导致连续不可控制的燃烧，这就是煤粉的爆炸。煤粉的爆炸是一种引起压力、温度显著越升的火焰传播过程。煤粉着火：煤粉云、射流受热，内部温度上升而生突变（形成火焰），在燃烧系统内建立正常燃烧的过程。6煤粉和原煤的自燃：煤和煤粉在加工处理等情况下，由于吸收了空气中的氧气，使煤的组份缓慢氧化产生热量，再收水分，放出更多的湿润热，热量在积的煤、煤粉内部积聚，温度升高导致粉、尘层着火的现象。煤粉尘爆炸：火焰在弥散于空间的煤粉尘云中传播，引起显著的压力、温度跃的现象。7三、案例分析案例11990年华北某电厂，200MW机组、中间储仓制粉系统，制粉系统爆炸，有人员牺牲。煤质变化没有合理的应对措施8案例2天津某电厂双进双出钢球磨煤机、半直吹制粉系统爆炸300MW机组，设计燃用阳泉无烟煤，1999年改烧大同煤，连续两次发生制粉系统爆炸。都是由于系统存在积粉，控制操作思路没有变化，控制不当，在制粉系统停止过程中爆炸。系统改造，到目前没有再发生过。煤种和制粉系统应耦合，改烧煤种要慎重。9案例3江苏某电厂,350MW机组，直吹制粉系统，由于磨煤机急停后盘煤，造成压力风室原煤留存，存在自燃，启动时压力风室炮。石子煤室要定期清理10案例4内蒙某褐煤干燥项目煤粉收集器着火事故设计/选型要遵守标准：干燥无灰基挥发分大于25%（或煤的爆炸性指数大于3.0）11四、煤粉爆炸机理分析制粉系统爆炸主要取决于三大要素，即：可燃物的浓度、氧气的浓度、点燃能，但其爆炸发生的时机和机率则与煤种、制粉系统型式及运行操作管理水平密切相关，爆炸呈现的方式和结果各不相同。说明：系统特点、强度设计、煤种改变、措施不全、操作跟不上变化、防爆皮不符合要求等。12(1)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0.32～4kg/m3范围内才会发生爆炸，而浓度在1.2～2kg/m3范围时爆炸危险性最大。现有制粉系统的运行过程中是满足此条件的，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。制粉系统爆炸的三要素制粉系统爆炸的三要素13（2）点燃能爆炸的点燃能是爆炸的一个重要条件。它相当于爆炸的导火索。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，发生爆炸所需的最低、最小点燃能就越小。在制粉系统运行中，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。制粉系统爆炸的三要素制粉系统爆炸的三要素14（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，氧在爆炸过程中起着氧化剂的作用。如果煤粉混合物中氧的含量不足，即使有很强的点燃源，可燃混合物的浓度也在最佳爆炸浓度范围，也不会发生爆炸。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（对于褐煤，氧量应低于10%），制粉系统在各种工况下（启动、停用、断煤等）都不会发生爆炸。原苏联90年版《防爆规程》，烟煤的爆炸氧量最低值为16％。美国NFPA，烟煤的爆炸氧量最低值为15.8％。制粉系统爆炸的三要素制粉系统爆炸的三要素15影响爆炸强度的主要因素许多因素会影响煤粉爆炸的强度。挥发分含量、煤粉细度、煤粉与空气混合物的浓度、温度、含氧量等。干燥无灰基挥发分Vdaf小于10％的煤粉，一般不会发生爆炸，大于19％时会形成易爆混合物。当Vdaf＞20%时，此时属于反应能力强的煤，它挥发分析出温度和着火温度较低，易自燃。因此，对燃用烟煤和褐煤的锅炉制粉系统发生爆炸可能性应特别予以注意。烟煤和褐煤容易爆炸16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1.2～2kg/m3时，发生爆炸的危险性最大。煤粉细度煤粉愈细，燃烧表面积愈大，爆炸的危险性愈大。颗粒度小于0.02mm的煤粉具有最大爆炸危险。即使是易于爆炸的煤种，当粉的直径较大通常不易发生爆炸。如：烟煤，当量直径大于100μm时一般没有爆炸危险。17煤粉中水分实践证明，煤粉中的水分含量也是发生煤粉自燃和爆炸的重要因素。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。例如：褐煤原煤不宜爆炸，干燥后的煤粉极易自燃爆炸。气粉混合物温度可燃性杂混物的浓度和压力对爆炸也有显著影响。杂混物原始温度升高，则爆炸极限范围增大，即低限更低，高限更高。原因在于温度升高，分子内能增加，提高可燃性。要保持制粉系统末端的气粉混合物温度不超过一定的范围。气粉混合物温度只有达到着火温度才能燃烧，而制粉系统内混合物温度远低于着火温度，因此、爆炸的危险只有在存在和遇到火源才能发生。如果制粉系统内部存在原煤或者煤粉沉积，温度越高，易导致沉积煤粉自燃，从这一角度看易发生燃炸。18制粉系统爆炸的实质尽管确实有案例表明由于动明火导致制粉系统着火爆炸，这是由于外来点燃源造成，但从总体上看，制粉系统爆炸的本质，是由于原煤、或者煤粉，滞留、积存在制粉系统内部或者相关部位，在一点的温度环境下氧化自燃，在制粉系统通风、启动、停运、或者风量突变调节时，造成散热和流动条件变化，为磨煤机内部可燃性杂混物提供了点燃源，发生自燃性爆炸。所以，防煤粉积存和自燃，是防止制粉系统爆炸的关键，而减少和消除积粉，是制粉系统防爆的核心工作。19五、条文解读国家电力公司2000版25项反措第7章，分为7.1防止制粉系统爆炸和7.2防止煤尘爆炸两个部分。由于历史的原因，该反措重点要求更多反映的是中间储仓式制粉系统，原因在于当年的制粉系统，是以中间储仓式为主，即使有直吹式制粉系统，在燃用烟煤时，其爆炸的可能性要小于中间储仓式制粉系统，或者说，对于具有较强自燃和爆炸特性的烟煤，更适合采用中速磨煤机直吹式制粉系统，加之厂用电低、运行和检修维护方便灵活，所以成为当前大型燃用烟煤锅炉的基本配置。因此，在修订、细化和培训反措时，必须强调直吹式制粉系统的防爆，更因为，优质烟煤对于直吹式制粉系统，同样可以发生严重爆炸，并且由于直吹式制粉系统是通用压力设计，一般没有防爆门，只能向炉膛泄压，损坏压力风室入口风道、一次风管道膨胀节、甚至燃烧器。20京能集团本次反措修订，仍然是保留了原25项反措的结构和内容。在7.2.1制粉系统防爆条款中增加了7.2.1.11~7.2.1.21，这增加的11条，不只是一般的细化，而是管理和经验的进一步总结。在7.2.2防止粉尘爆炸中增加了7.2.2.4和7.2.2.5条，也是对新技术应对的反映。21本次修订即针对近年来电力发展新趋势、新特点和新问题，在原有的以小机组、中储式制粉系统为基础的防爆措施上，充分考虑了大机组、直吹式制粉系统、多煤种及新标准的要求，内容涵盖了机组启停、正常运行和停炉检修的全生产周期，从规划、设计/选型、制造/监造、安装/监理、调试、运行、检修/维护和设备改造的全生命周期，以期为电站锅炉制粉系统的安全经济稳定运行提供全面的指导。22关于防止制粉系统爆炸各环节的重点措施设计和制造环节1.应保证制粉系统设计和磨煤机的选型，与燃用煤种特性和锅炉机组性能要求相匹配和适应，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。2.不论是新建机组设计、还是由于改烧煤种等原因进行锅炉燃烧系统改造，都不能忽视制粉系统的防爆要求，当煤的干燥无灰基挥发分大于25%（或煤的爆炸性指数大于3.0）时，不宜采用中间储仓式制粉系统，如必要时宜抽取炉烟干燥或者加入惰性气体。对于褐煤和优质烟煤，应尽可能采用中速磨煤机、直吹式制粉系统。3.制粉系统（全部烧无烟煤除外）必须有防爆和灭火措施。对煤粉仓、磨煤机及系统，应设有充入惰化介质和灭火介质的设施。7.2.1.194.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。7.2.2.25.直吹式制粉系统应在磨煤机出口配有快速隔断阀。7.2.1.18236.制粉系统的制造要求其结构强度应能满足防爆规程规定的抗爆强度要求。7.2.1.77.应对防爆门的设计和选型、组合充分考虑防爆要求。7.2.1.88.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19m/s。9.要做到严密、内壁光滑、无积粉死角，抗爆能力应符合规程要求。7.2.1.610.设计监视设备，增加测点，加强提早发现爆炸隐患的潜力。11.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。12.制粉系统的逻辑和控制方式必须可靠，安全性应是最重要的因素。24安装/改造与调试1.制粉系统的安装要做到严密、内壁光滑、无积粉死角，抗爆能力应符合设计要求。2.热风道与制粉系统连接部位，以及制粉系统各出入口风箱的连接，应达到防爆规程规定的抗爆强3.防爆门防爆隔膜应有足够的防爆面积和规定的强度，防爆门动作后喷出的火焰及高温气体的排放向应避免危及人身安全、设备及电缆安全。4.制粉系统的调试要达到设计及防爆要求，制粉系统的控制逻辑应符合防止制粉系统爆炸的要求。25运行和维护运行1.制粉系统的温度控制：正常运行时，根据煤种控制磨煤机的出口温度；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；停止时，控制磨煤机的出口温度降至60℃以下（全关热风挡板，用冷风降低磨煤机的温度）。2.制粉系统的风量控制：启动时，应首先用冷风进行吹扫，然后适当开启热风门调节磨煤机温度，控制升温速率，直至达到启磨要求的温度；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，当磨煤机温度降至60℃以下停磨。7.2.1.113.磨煤机的充惰系统应保证随时可投入状态，系统的暖管及疏水应能保证需要随时投入充惰蒸汽。7.2.1.164.制粉系统的联锁保护必须正常投入，特别是当磨煤机跳闸时，必须检查给煤机是否正常联跳。5.对于钢球磨煤机的空转时间不宜过长，应控制在10分钟之内。6.发现断煤或满煤时，应降低磨煤机的温度，关小热风门，保持冷风门合理的开度，直至恢复正常。267.给煤机加强检查，防止断销子导致