〔摘要〕邹县发电厂自投产以来，经常发生制粉系统爆炸和煤粉仓粉温高，还发生粉仓爆炸事故，多次造成重大设备损坏和严重经济损失。通过分析研究，找出制粉系统爆炸、粉仓粉温高的原因，提出制粉系统运行技术和设备改进的措施。
〔关键词〕燃煤电厂制粉系统爆炸原因预防及改造
　　山东邹县发电厂Ⅰ、Ⅱ期工程共4台300MW机组。锅炉均为东方锅炉厂生产的DG1000/170-1型亚临界压力中间再热自然循环燃煤汽包炉。每台锅炉配置4套仓储式制粉系统，乏气送粉，均采用DTM350/700低速滚筒式球磨机。每台锅炉设有2个煤粉仓，每个粉仓的容积为440m3。煤粉仓上部设一台型号为GX-500的螺旋可逆式输粉机(绞龙)，可保证4套制粉系统相互输送煤粉，在绞龙和煤粉仓上装有4根吸潮管。
　　自锅炉投产以来，制粉系统多次发生爆炸和粉仓温度高等情况，既造成设备严重损坏，又严重威胁人身及电厂生产的安全，还对生产环境造成严重污染。至今，因制粉系统爆炸构成的考核事故就有3次，障碍达几十次之多。
1制粉系统爆炸及煤粉仓粉温高的危害
1.1制粉系统爆炸的危害
　　制粉系统爆炸会引起设备损坏、少发电、降低经济效益，甚至造成人身伤亡事故。
　　　如1992年5月26日，1号炉丁制粉系统爆炸，引燃给水电动门电缆、制粉系统控制电缆，被迫停炉，少发电399万kWh。再如1993年5月10日，1号炉乙粉仓内煤粉烧结，影响给粉机出粉。在给粉间处理13号给粉机时，煤粉突然喷出爆燃，烧坏部分热控电缆，导致紧急停炉保护动作停炉。迫使电网对外拉路限电672万kWh，　系统周波由49.95Hz降至49.45Hz，少发电1440万kWh。3号炉试运过程中发生2次煤粉仓爆炸，后1次将煤粉仓的顶棚掀起、11号皮带烧坏，一名现场施工人员烧伤致死。
1.2煤粉仓粉温高的危害
　　4台锅炉煤粉仓普遍存在粉温高的现象，造成以下后果：为了防止因粉仓顶棚温度太高而烤坏输煤皮带，只好使皮带连续运行不停车；有时粉仓冒正压向外喷火，烧坏上部皮带等设备；3号炉投产初期因粉温高影响正常运行，只好加装一套氮气灭火系统，靠经常充氮维持运行；由于粉仓温度有时超过400℃，使粉仓顶棚预制件烧坏，大面积脱皮，局部塌陷，顶部4架钢筋砼梁均有烧坏现象。
2制粉系统爆炸原因及防范措施
2.1制粉系统爆炸原因分析
　　从多次爆炸后的现场情况看，引爆点主要在容易长期积煤或积粉的位置。引爆的热源主要是磨煤机与排粉机入口热风门不严形成的。根据制粉系统的运行工况和爆炸情况分析，制粉系统爆炸的主要原因如下。
2.1.1与煤粉细度、风粉浓度及燃煤成份有关
　　　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，不仅加剧自燃，还会引起燃烧，　而接触到明火的风粉气流随时会产生爆炸。造成流动煤粉爆炸的主要因素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。
　　煤粉愈细，爆炸的危险性就愈大。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(煤粉)/m3(空气)或小于0.32～0.47kg(煤粉)/m3(空气)时不易引起爆炸。
　　因为煤粉浓度太高，氧浓度小；煤粉浓度太低，缺少可燃物。只有煤粉浓度为1.2～2kg/m3时最易产生爆炸。而邹县电厂制粉系统煤粉浓度在0.3～0.6kg/m3范围内变动，因此存在爆炸的危险。
　　一般挥发份Vdaf大于25，发热量高的煤，爆炸的可能性就大，邹县电厂设计燃用煤发热量Qy23525kj/kg，挥发份Vdaf42.07，也是容易产生爆炸的原因之一。
2.1.2磨煤机入口积煤自燃
　　磨煤机处积煤主要发生在入口上部6.5m的管道上。在此处开有4个孔洞，分别与回粉管、再循环管，和2个防爆门连接。从一侧过来的热风与对应过来的风粉形成涡流，从给煤机落下来的湿煤就被冲击粘在开孔上方管道的内壁上(见图1)。在运行中人工无法清除此处的积煤，同时从预热器来的一次风温达300℃以上。在制粉系统停运后，由于磨煤机入口风门不严，漏过的热风使磨煤机入口处温度达100℃以上，容易将入口处积煤引燃，燃烧的煤进入磨煤机就会引起爆炸。
2.1.3细粉分离器处积粉自燃
　　　细粉分离器处积粉自燃主要发生在细粉分离器入口方形管道下部的较平缓段上。因为此水平段正上方开有一个方形防爆门，因而使该处的通流面积增大，风粉气流的流速下降，增加了积粉的可能性。
2.1.4热风门内漏
　　通过分析可知，1995年4号炉丙制粉系统发生爆炸的主要原因就是丙排粉机近路热风门不严。特别是丙排粉机热风调门只能关至70，以致大量的热风内漏造成该制粉系统半年内9次爆炸。
2.1.5再循环风门处积粉自燃
　　乏气中较细的煤粉，容易积存在排粉机出口的再循环风门处。由于此系统不常使用，在制粉系统停运时，从磨煤机热风门漏过的热风，在系统负压下经再循环流向排粉机，会引起该处积粉自燃。燃烧的焦块掉入排粉机或磨煤机内，就会引起爆炸。
2.2制粉系统爆炸的防范措施
2.2.1防止磨煤机入口积煤
　　　磨煤机入口6.5m处积煤，主要是湿煤在气流冲击下粘上去的。不论制粉系统在运行中还是在停运时，都有可能将积煤引燃。如果将回粉管向上移到落煤管入口(见图1)，将粉与煤的预混阶段提前，就减少了积煤的可能性。如果在磨煤机入口上方的管道内加一个混合器(见图1)，可使粉、煤、风得到良好的混合，既可防止在6.5m处积煤，又能缓解下部料斗斜坡积煤，还解决了添加钢球时钢球掉入热风门卡涩风门的问题。
图1磨煤机入口上部管道图
2.2.2对细粉分离器进行改造
　　对细粉分离器入口切向处积粉，可通过在风道内加装导流板，增加局部扰动，提高该处的流速，增强气流对下部积粉的冲刷，予以解决。同时，在加装导流板后，因风粉气流均匀，还可提高分离效率。
2.2.3改进粗粉分离器
　　原粗粉分离器内锥体下方回粉档板(百叶窗)，经常堆积杂物或煤粉，不但造成风粉气流短路，影响回粉，也经常自燃引起爆炸。把3、4号炉粗粉分离器的内锥体由倒锥形改为阶梯(撞击)式之后，消除了隐患，取得了经验。将1、2号炉的粗粉分离器，更换为新型的SD-CB轴向Ⅲ型撞击式粗粉分离器。阻力由原来的240×9.8Pa降至80×9.8Pa，出力可提高14，总电耗可下降21。通过对4台锅炉粗粉分离器的改造，不但解决了内部积粉问题，还提高了锅炉的效率。
2.2.4消除热风门内漏
　　　制粉系统设计有启、停程序，热风总门操作采用电动执行机构。但自投产以来从未使用过该程序，且此电动风门不严，造成漏风。可以将磨煤机入口热风总门改装成(或增加)一只手动总门以减少漏风。还可将自然冷风门位置从热风调门前改至热风调门后，使其处于负压区，这不但可以解决漏入热风造成磨煤机入口温度高的问题，还可以解决运行中热风从自然冷风门外漏污染环境问题。
2.2.5加强运行管理
　　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，坚持定期吹扫工作制度。随着自动化程度的提高和全能值班制度的实行，　应进一步加强对新值班人员的培训，以达到系统熟，操作到位。
3煤粉仓温度高的原因及防范措施
3.1煤粉仓温度高的原因
3.1.1煤粉仓结构存在问题
(1)由于原粉仓内壁面角度和内锥体角度太小(粉仓横向仓壁设计倾角为71.6°，底部内锥体角度为65°)，使仓壁及内锥体易积粉(见图2)，造成粉仓温度高。
(2)粉仓顶部四周因安装时留下一段高约600mm，深约540mm，约45°的死角(见图2)，当煤粉落入粉仓内，比较细的煤粉会到处飞扬，慢慢落在该处，长时间堆积。遇上仓内温度高时，积粉便会自燃。
图2横向粉仓改造示意图
(3)在粉仓顶部横向装有2个人孔门，其中北侧人孔门封闭不严(见图2)，空气漏进粉仓引起煤粉自燃，高温气体聚积将粉仓顶棚烤裂。
(4)用16Mn钢板焊接而成的煤粉仓下部内锥体，将粉仓分成2部分，每1部分又分割成6个小的仓格，每1仓格同样采用厚度为10mm的钢板焊接成内锥体。由于粉仓下部所有内锥体的表面积达100m2以上，而锥体外表面又没有采取保温措施，再加上给粉间封闭不严，冬季环境温度低，造成粉仓内锥体内表面结露积粉。
3.1.2人为因素影响
(1)吸潮阀不按规定操作。在煤粉仓上部装有吸潮管(见图3)。按规程要求，制粉系统运行时煤粉仓吸潮阀必须开启，制粉系统停运时吸潮阀应关闭。但在实行运行中，制粉系统到粉仓的吸潮阀，应开启而没有开启，备用制粉系统到粉仓(绞龙)的吸潮阀应关闭而未关闭，按规定在绞龙停止运行时吸潮阀应关闭，但在实际运行中，也经常在开启位置。该开的吸潮阀不开，不但潮气不能吸出，粉仓内的负压也很难建立和保证。该关的吸潮阀不关，增加了粉仓的漏风，为粉仓内可燃气体和煤粉混合物爆燃提供了必要条件。特别是当制粉系统频繁启停时，各吸潮阀不能按规定及时开启和关闭，就会加剧粉温的升高。
　　规程规定在排粉机由制粉乏气倒向近路风后，应及时关闭制粉系统各吸潮阀，但在运行中也常常没有按要求进行操作。
(2)锁气器失去作用。细粉分离器下部有2道锁气器，它的作用一是防止漏风，二是在制粉系统爆炸后防止火源进入粉仓。由于有的炉只剩1道锁气器起作用，因而易引起粉仓起火。如在1992年大修中将1号炉细粉分离器下部第2道锁气器去掉，改装在木屑分离器下部(见图3)。因煤粉经常从木屑分离器向外溢，故第2道锁气器重锤被人为地用铁丝拉起，使其处于开启位置。由于只剩第1道锁气器，封闭不严，加上换向档板不关，在粉仓温度高时，高温气体被吸上去，　引燃木屑分离器小筛子上的木屑等杂物及锁气器内的积粉。以上火源又落入粉仓内引燃煤粉，形成恶性循环。
(3)绞龙下粉插板未关闭。在绞龙的下方设有4个下粉口，分别与4个制粉系统联接。在每个下粉口安装一只手动插板(见图3)，只有在绞龙进行送粉时，需要授粉的下粉口插板才打开。但在实际运行中，各炉绞龙的下粉插板经常处于开启或半开启状态，特别是绞龙两端(甲、丁制粉系统)的下粉插板经常在全开位置。因此也就使粉仓形不成负压，绞龙内应封闭也无法封闭。
(4)换向档板问题。在每台制粉系统的木屑分离器下方，设有一只手动换向档板(见图3)。其作用是把细粉分离器下来的煤粉分别切换到粉仓或绞龙。当制粉系统停止运行时应使档板关闭粉仓一侧，以防止空气进入粉仓。但在实际运行中，当制粉系统停运时，此换向档板很少切向粉仓侧进行封闭。
(5)管理制度方面。在投产初期，电梯都由运行人员自己管理，不论白天晚上，运行人员到锅炉上部操作吸潮阀及换向档板都很方便，也能及时到位。但在1991年以后电梯划归实业公司电梯班管理，白天，运行人员使用电梯需找电梯班来人操作，晚上则需步行到标高32m处操作，所以就造成制粉系统启停后，不能及时按规定进行就地操作。直到1997年这一制度才改变，到位情况有了明显好转。
图3粉仓上部布置图
　　1989年修改颁发的运行规程中，只规定了磨煤机启动后开启粉仓吸潮阀，但没有规定在制粉系统停运后关闭吸潮阀；只规定了在制粉系统启动时将换向档板切向粉仓，但未规定在制粉系统停运后将换向档板切向绞龙，封闭粉仓。
(6)技改后遗留的问题。为了节省锅炉点火用油，加装了煤粉预燃室点火装置，增加4台新给粉机，将给粉机与粉仓连接的短节长度，由200mm改为900mm(见图2)，但给粉机加长的短节未进行保温；在将粉仓上部不适合的板式锁气器改为锥式锁气器后，锁气器的外部也未进行保温，所以会增加粉仓内壁结露。
3.2煤粉仓温度高的防范措施
3.2.1改进煤粉仓结构和保温
(1)因为3、4号炉粉仓采用钢板结构，外部保温效果差，造成粉仓内壁结露积粉，粉仓温度经常升高。虽于1989年把粉仓外部的保温全部进行了更换，但因粉仓内壁为钢板结构，结露问题仍没有彻底解决，后来就在粉仓内壁浇灌一层砼。由于顶棚烧裂漏风，在1993年大修中将3号炉甲粉仓梁及顶棚全部更换。在1997年5月份大修中又将3号炉乙粉仓4架梁及顶棚全部进行了更换。为了防止在高温下石子钙化后体积膨胀，将外部砼胀掉。采用耐火水泥配比，并将骨料由石子改为焦宝石。
(2)由于原粉仓内壁面角度和内锥体角度太小。1997年利用1号炉大修时间，对甲、乙煤粉仓进行了改造。在粉仓内壁打出麻坑，浇上一层耐火砼，使两壁角度由原71.6°变为77°。又在原内锥体上加焊一层钢板，使底部内锥体角度由原65°改为70°(见图2)，以消除积粉。
(3)粉仓顶部四周安装时留下的死角，已用砼浇灌，使其与壁面平齐，根除了此积粉点。
(4)原细粉分离器至粉仓下粉管之间设计为换向式档板，不严密，易漏风、粉。已将4台炉的下粉换向档板全部更换成插板式闸板门(见图3)，解决了漏风问题。
(5)因原绞龙改为链式输粉机后一直无法使用，为了减少粉仓漏风，现已将绞龙所有下粉口用砼浇灌封堵。原入孔门盖子为平板式，容易变形漏风，已将入孔门盖板改为翻盖式，采用不锈钢板外加硅酸铝毡保温。改变入孔门位置，由横向轴线布置改为纵向，在防爆门轴线两侧的粉仓内壁布置。
3.2.2改进吸潮管通路及防爆门
(1)原煤粉仓吸潮管出口与粗粉分离器入口的煤粉管道相接，因系统负压小，易被沉积的煤粉堵塞。为了提高其负压，现已将吸潮管出口从粗粉分离器入口管道改接到排粉机入口管道上，出口负压由3.0kPa提高到7.0kPa。但是煤粉仓内负压过大，漏风反而会增加，从1号炉改后的情况看，因负压大，第2道锁气器、木屑分离器等处的漏风明显增加。最好加装1只负压表，调整煤粉仓负压，维持在300Pa左右，不得大于500Pa。
(2)原膜片式防爆门，在多次粉仓爆炸时均未打开，加之防爆门铁皮经常腐蚀漏风，难以起到防爆门的作用。现已全部用重力(翻版)式入孔门代替，采用铝板结构和黄砂密封，效果良好。
3.2.3加强运行管理
　　　控制好磨煤机出口温度，防止含水分过大的煤粉进入粉仓。定期降粉位，防止煤粉长时间在仓内存留。避免输粉机内积粉，特别是临时停炉，一定要密封粉仓，防止自燃。修订和完善现场运行规程。