輸煤系統(tǒng)靜電除塵器自燃自爆機(jī)理淺析與控制措施＊

柏元華，胡建強(qiáng)

（華能長(zhǎng)興電廠，浙江 長(zhǎng)興313100）

1 設(shè)備運(yùn)行概況

華能玉環(huán)電廠輸煤系統(tǒng)電除塵裝置采用蘇州南天電氣開(kāi)發(fā)有限公司自行開(kāi)發(fā)的DCY型高壓靜電除塵器.其陰、陽(yáng)極極板和氣流分布板、槽形板均采用電磁倉(cāng)壁振打和電磁灰斗振打，控制方式采用遠(yuǎn)端輸煤程控和就地端PLC控制器實(shí)現(xiàn)電除塵運(yùn)行的分散控制，集中管理.該除塵器在設(shè)計(jì)過(guò)程中采取了一定的防燃、防爆措施.但投運(yùn)至今，在輸送高揮發(fā)份、粉煤占比高的印尼煤過(guò)程中仍然發(fā)生了幾起自燃自爆事件.

2 DCY型高壓靜電電除塵器的原理與主要技術(shù)參數(shù)

DCY型高壓靜電除塵器本體為多管立式結(jié)構(gòu)，并列的圓管為集塵極，圓管中心是電暈線，當(dāng)電暈線加上一定的直流高壓時(shí)，電暈線便產(chǎn)生放電，放出大量高速的電子及正負(fù)離子，當(dāng)含塵氣體按一定的流速在筒體內(nèi)通過(guò)時(shí)，高速的電子與其碰撞，并吸附在粉塵上，使粉塵帶電，帶電粉塵在電場(chǎng)力的作用下，高速跑向帶正電的筒體，釋放電荷后沉積在筒壁上，靠粉塵堆積后的自重，自動(dòng)剝離落于集灰斗內(nèi)，經(jīng)重力電磁卸灰閥自動(dòng)排到煤水沖洗溝被帶走.

工作原理如下：三相380V交流電源輸入（最大限度避免不平衡和沖擊）后，整流逆變成基頻為2000Hz的脈沖交流，輸入到整流變壓器，在整流變壓器內(nèi)先轉(zhuǎn)換為高壓交流脈沖，再經(jīng)硅高壓整流成基頻為2000Hz的脈沖高壓直流，通過(guò)封閉高壓母線送入除塵器.

本系統(tǒng)采用恒電流運(yùn)行方式，控制過(guò)程如下：采用非接觸式的霍爾元件電流檢測(cè)和經(jīng)隔離的電壓檢測(cè)（最大限度避免高壓干擾），經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換，送入CPU計(jì)算得到實(shí)時(shí)的高壓電流和電壓值，CPU微處理機(jī)控制反饋閉環(huán)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的恒流值得出偏差修正數(shù)據(jù)，并根據(jù)該偏差修正數(shù)據(jù)對(duì)IGBT智能功率模塊的控制信號(hào)（基頻為2000Hz的控制脈沖）進(jìn)行調(diào)制，送入IGBT智能功率模塊的控制端，對(duì)IGBT模塊輸出電流進(jìn)行精確恒流控制，由此對(duì)整流變壓器高壓輸出進(jìn)行精確恒流控制.

主要技術(shù)參數(shù)：除塵器入口煤塵濃度≤20g／m3；除塵器除塵效率≥99.6%；除塵器內(nèi)部阻力≤250Pa；除塵器漏風(fēng)率≤2%.

3 實(shí)際煤種與設(shè)計(jì)煤種參數(shù)比較

實(shí)際煤種與設(shè)計(jì)煤種參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 改造前后的耗電量及除塵效率進(jìn)行比對(duì)表

4 運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的自燃、自爆情況及爆炸后檢查情況

自燃自爆情況：

（1）2008年3月2日中班，20A斗輪機(jī)取料加倉(cāng)過(guò)程中，取＃7場(chǎng)地印尼煤（揮發(fā)份37.3%）時(shí)，20：20碎煤機(jī)樓Ⅱ除塵器本體發(fā)生爆炸.

（2）5月31日中班，碼頭至10B斗輪機(jī)B線接卸“永恒動(dòng)力”輪印尼煤（揮發(fā)份40.9%）.21：50T01B除塵器本體內(nèi)煤粉自燃.

（3）2008年6月1日夜班，碼頭至10B斗輪機(jī)B線接卸“永恒動(dòng)力”輪印尼煤（揮發(fā)份40.9%）.1：30 T02B除塵器本體內(nèi)煤粉自燃.

（4）2008年10月19日中班，碼頭至20A斗輪機(jī)B線接卸"永恒動(dòng)力"輪印尼煤（揮發(fā)份41.6%）.19：50 T03B除塵器本體發(fā)生爆炸.

除塵器爆炸后檢查情況：

（1）除塵器本體向外鼓出變形，主風(fēng)機(jī)風(fēng)管變形.

（2）防爆門(mén)沒(méi)有開(kāi)裂，沒(méi)有取到防爆效果，設(shè)計(jì)時(shí)材料選型不合理.

（3）除塵器本體內(nèi)陽(yáng)極板變形，芒刺線（陰極）脫落.

（4）3.2、10.19兩次爆炸后檢查除塵器本體及風(fēng)管內(nèi)并無(wú)積粉（在除塵器投用前檢修人員已對(duì)除塵器本體及風(fēng)管進(jìn)行過(guò)徹底的清理）.

5 除塵器自燃、爆炸機(jī)理分析

除塵器爆炸就是煤粉的爆炸，當(dāng)煤粉以一定的濃度分散在空氣中，一旦遇到適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)燃能就會(huì)發(fā)生燃燒并迅速傳播，導(dǎo)致連續(xù)不可控制的燃燒，同時(shí)壓力急劇上升.

當(dāng)除塵器內(nèi)爆炸時(shí)，具體表現(xiàn)為：檢查門(mén)處有火星，管壁溫度異常升高，煤粉溫度異常升高，除塵器運(yùn)行時(shí)負(fù)壓突然變?yōu)檎龎?，爆炸時(shí)有響聲，從系統(tǒng)不嚴(yán)密處向外冒黑煙，防爆門(mén)鼓起或損壞.

5.1 爆炸條件

除塵器爆炸需要具備三個(gè)條件：可燃性粉塵、適當(dāng)?shù)娘L(fēng)粉混合比、點(diǎn)燃能.首先是可燃性粉塵.其次是適當(dāng)?shù)娘L(fēng)粉混合比.對(duì)于可燃性粉塵，在空氣中的濃度很低或很高時(shí)，一般是不會(huì)發(fā)生爆炸的，因?yàn)榉蹓m濃度過(guò)高，則燃燒初建時(shí)就消耗了所有的氧量，難以發(fā)生連續(xù)的燃燒并爆炸.最后是點(diǎn)火條件，即足夠的點(diǎn)燃能.只有這三個(gè)條件同時(shí)具備才有可能發(fā)生爆炸，并且這三個(gè)條件并不是孤立的，而是互相聯(lián)系的.

5.2 可燃物濃度

對(duì)可燃性粉塵而言，都有一個(gè)發(fā)生爆炸的上限濃度和下限濃度，即爆炸濃度范圍.可燃物的爆炸濃度范圍與很多因素有關(guān)，一般不是定值，而是與煤質(zhì)、初溫、初壓等因素有關(guān).嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，除塵器的爆炸不僅只是煤粉的爆炸，而是可燃性混合物的爆炸.在煤的輸送除塵過(guò)程中，煤粉中的高揮發(fā)性混合物會(huì)產(chǎn)生析出，同時(shí)，煤中的水分、碳和氧會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一定量的可燃性氣體.煤粉中可燃性氣體和揮發(fā)份含量的多少，對(duì)煤粉的爆炸濃度影響很大，揮發(fā)份越高的煤種，發(fā)生爆炸的可能性越高.由本文第三節(jié)對(duì)比表中可以明確的看到，在華能玉環(huán)電廠大量燃用的印尼煤就屬于高揮發(fā)煤種.

5.3 點(diǎn)燃能（點(diǎn)火能源）

點(diǎn)燃能是爆炸的一個(gè)重要條件，它相當(dāng)于爆炸的導(dǎo)火線.點(diǎn)燃能的大小不僅是一次爆炸的起始條件，同時(shí)還決定了爆炸時(shí)產(chǎn)生的壓力等級(jí)和爆炸的溫度.

（1）煤粉混合物的最小、最低可爆的點(diǎn)燃能與很多因素有關(guān).在現(xiàn)有除塵器系統(tǒng)運(yùn)行中，如果某些原因?qū)е戮植看嬖诜e粉，條件合適勢(shì)必會(huì)引發(fā)自燃.由于除塵系統(tǒng)正常運(yùn)行工況的風(fēng)量和粉塵量較大，積粉自燃的能量被攜帶釋放，不足以形成除塵系統(tǒng)爆炸的點(diǎn)燃能.但如果工況發(fā)生變化，尤其是除塵器在振打時(shí)，主風(fēng)機(jī)停運(yùn)，風(fēng)量減少，就會(huì)造成積粉自燃能量的聚集，形成除塵系統(tǒng)爆炸的點(diǎn)燃能.

（2）電場(chǎng)放電是更為直接的點(diǎn)燃能源.當(dāng)除塵器本體內(nèi)風(fēng)粉混合物濃度達(dá)到某一特定的濃度時(shí)，除塵器電場(chǎng)一放電，就可能會(huì)引發(fā)爆炸.

5.4 氧氣的濃度

如果煤粉混合物中氧的含量不足，即使有很強(qiáng)的點(diǎn)燃源，并且可燃混合物的濃度在最佳爆炸濃度范圍也不會(huì)發(fā)生爆炸.當(dāng)前應(yīng)用的除塵器系統(tǒng)中氧氣來(lái)源于多個(gè)方面，除塵器運(yùn)行時(shí)，主風(fēng)機(jī)工作產(chǎn)生的作為傳送介質(zhì)的風(fēng)含有一定量的氧氣，這是主要的氧氣來(lái)源，已能滿足爆炸的氧量條件.這屬于除塵器系統(tǒng)正常運(yùn)行方式，本文不再討論.

6 除塵器防燃防爆改造及管理措施

（1）接卸、加倉(cāng)印尼煤時(shí)，檢查有關(guān)除塵器、皮帶水噴霧、棧橋水沖洗、煤場(chǎng)噴淋、煤泥泵等設(shè)備隨時(shí)保持完好和正常使用，并按規(guī)定認(rèn)真執(zhí)行，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理.保障沿線皮帶及卸船機(jī)噴淋系統(tǒng)正常運(yùn)行，降低輸煤線的煤塵濃度.

（2）密切監(jiān)測(cè)接卸、上倉(cāng)煤種變化動(dòng)態(tài)情況，進(jìn)行高揮發(fā)份印尼煤輸送時(shí)及時(shí)增加除塵器沖洗次數(shù)，為保證可靠，首先按照每次皮帶停運(yùn)均進(jìn)行沖洗的頻率進(jìn)行，再根據(jù)沖洗前觀察到的積粉情況逐步調(diào)整，最后確定為每天一次.

（3）加強(qiáng)燃用煤種的煤質(zhì)分析和配煤管理，燃用易自燃的煤種時(shí)提前通知運(yùn)行值班人員，加強(qiáng)監(jiān)視和巡查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理.加印尼煤的煤倉(cāng)煤位不宜過(guò)高，防止機(jī)組非停致使印尼煤大量留在原煤倉(cāng)；機(jī)組停運(yùn)前必需保證印尼煤燒空，在計(jì)劃停爐前8小時(shí)內(nèi)，不再進(jìn)行印尼煤加倉(cāng)，改加揮發(fā)份不高的煤種.

（4）值班人員及時(shí)就地手動(dòng)開(kāi)啟除塵器倉(cāng)壁與灰斗振打，重點(diǎn)檢查卸灰閥、沖灰水動(dòng)作情況.發(fā)現(xiàn)灰斗積煤及時(shí)清理、沖洗，防止沖灰排水溝渠道排放不暢致使煤粉一直在灰斗下堆積.

（5）卸煤、加倉(cāng)印尼煤（高揮發(fā)份煤）期間，經(jīng)常測(cè)量除塵器本體溫度，發(fā)現(xiàn)除塵器內(nèi)溫度異常升高時(shí)及時(shí)停運(yùn)沖洗.為保證監(jiān)測(cè)頻率，值班人員除按巡檢制度執(zhí)行檢查外，每班增加巡檢3次.

（6）針對(duì)來(lái)煤在煤船接卸過(guò)程中有自燃的情況，卸船機(jī)司機(jī)、斗輪機(jī)司機(jī)、巡檢須加強(qiáng)監(jiān)視，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸煤皮帶上有帶火種的煤時(shí)，立即停止接卸或上煤，查明原因，及時(shí)消除，更換運(yùn)行方式.

同時(shí)針對(duì)原設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)施了一系列的技術(shù)改造措施：

（1）除塵器進(jìn)風(fēng)喇叭口與本體連接處布置有濾網(wǎng)和氣流分布板，濾網(wǎng)處容易積聚煤粉，而原設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮到這一點(diǎn)，因此未設(shè)置人孔門(mén)，時(shí)間一長(zhǎng)就很容易積聚煤粉并引起自燃.針對(duì)這一點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了改造，開(kāi)設(shè)了人孔門(mén)，并根據(jù)不同煤種制訂了清理周期，安排人員進(jìn)行定期清理.目前已改造5臺(tái)除塵器，對(duì)清理工作帶來(lái)方便并提高了工作效率，消除了濾網(wǎng)處易積粉的自燃隱患.

（2）除塵器的氣流分布板分為上、中、下三層，目的是讓風(fēng)管中的氣流能分三層均勻的流出.但實(shí)際上，通過(guò)分布板后，氣流并沒(méi)有均勻的分布到各個(gè)電場(chǎng)，從而造成各電場(chǎng)負(fù)荷不均勻，降低了除塵效率.對(duì)此，我們進(jìn)行了改造（碎煤樓和T02轉(zhuǎn)運(yùn)站除塵器共4臺(tái)），采用了可以兼顧均衡風(fēng)量的進(jìn)風(fēng)口前級(jí)重力沖擊除塵及導(dǎo)流分風(fēng)技術(shù)，放棄了相對(duì)簡(jiǎn)單的無(wú)動(dòng)力旋風(fēng)除塵，并對(duì)灰斗和進(jìn)風(fēng)管道進(jìn)行了一定程度的改進(jìn)，同時(shí)取消側(cè)部出風(fēng)的舊有形式，在進(jìn)風(fēng)口前級(jí)設(shè)置傘形重力沖擊結(jié)構(gòu)，從而使含塵氣體中的大顆粒粉塵快速沉降，而倒錐型分風(fēng)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)和頂部出風(fēng)方式可以使含塵氣流均勻進(jìn)入高壓電場(chǎng).

（3）灰斗與電動(dòng)液壓卸灰閥連接，卸灰閥的工作正常與否直接影響排灰效果，在運(yùn)行中卸灰閥開(kāi)關(guān)不到位的情況時(shí)有發(fā)生，引起排灰不暢和底部灰斗漏風(fēng)，易造成積粉自燃.到現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)卸灰閥連桿角度及重錘的安裝位置不合理，從而引起開(kāi)關(guān)不到位.經(jīng)調(diào)整連桿角度及重錘位置，使之工作正常.

（5）防爆門(mén)改造.根據(jù)爆炸后檢查發(fā)現(xiàn)防爆門(mén)未開(kāi)裂的情況，我們可以判斷，防爆門(mén)的設(shè)計(jì)動(dòng)作壓力過(guò)高，未起到防爆作用.拆卸后發(fā)現(xiàn)廠家防爆門(mén)制作采用了2mm厚的鋁板，超出了除塵器本體的爆破壓力.對(duì)這一重大缺陷，我們進(jìn)行了糾正，在原來(lái)的基礎(chǔ)上制作了防爆刻痕.

7 結(jié)束語(yǔ)

為確保除塵器的安全運(yùn)行，可靠的完成燃煤的接卸與上倉(cāng)，必須嚴(yán)格控制，杜絕除塵器的爆炸事故發(fā)生.本文探討了除塵器自爆的機(jī)理，從除塵器結(jié)構(gòu)、煤種等多方面分析了除塵器自燃自爆產(chǎn)生的原因，有針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)備改造，并從組織管理措施上加強(qiáng)預(yù)防控制，消除隱患.經(jīng)過(guò)整改后，從2008年10月20日以來(lái)，未發(fā)生一次除塵器自爆情況.從理論分析和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，對(duì)于易燃易爆煤種的輸送作業(yè)，通過(guò)從設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)整采取一定的措施，就可以克服不利因素，防止除塵器自燃自爆的發(fā)生.