淺談基于風險管控最有利的一種煤粉倉放粉措施

宋俊

（中國石化揚子石化公司熱電廠，江蘇 南京 210048）

1 引言

燃用煤粉的鍋爐由煤粉制備系統(tǒng)供應合格的煤粉。煤粉制備系統(tǒng)是指將原煤磨制成粉，然后送入鍋爐爐膛進行懸浮燃燒所需設備和相關連接管道的組合，通常簡稱制粉系統(tǒng)。制粉系統(tǒng)分為直吹式和中間儲倉式2 種。中間儲倉式制粉系統(tǒng)是磨煤機磨制的煤粉先儲存于煤粉倉中，然后再根據(jù)鍋爐燃燒運行負荷的需要，將煤粉由煤粉倉經給粉機輸出并送入爐膛燃燒。

煤制成尺寸不同、形狀不規(guī)則的煤粉以后，其表面積比原煤大很多，與空氣中氧的接觸面積及吸附氧的數(shù)量也相應大大增加，氧化放熱使煤粉溫度升高，如散熱條件不良，煤粉溫度升高一定程度后，即可能自燃。這種煤粉以一定的濃度分散在空氣中,一旦達到適當?shù)娜键c，就會發(fā)生燃燒并迅速傳播導致爆炸。因此煤粉在干燥、儲存、輸送過程中存在自燃、爆炸的可能性。

煤粉爆炸性的主要因素有：

（1）煤的揮發(fā)分：揮發(fā)分含量高，產生爆炸的可能性大，一般條件下Vdar<10%的煤粉無爆炸風險。

（2）煤粉粒徑：煤粉越細，煤粉顆粒比表面積隨之增大，氧氣向顆粒表面擴散的時間將縮短，爆炸危險性越大。

（3）氣粉混合物濃度：煤粉與空氣混合物比例為1.2 ～2.0kg/m3時，爆炸的危險性最大。就煤粉而言，當煤粉濃度在30mg/m3以上時，極有可能發(fā)生爆炸。

（4）煤粉沉積：制粉系統(tǒng)中的煤粉沉積，往往會因逐漸自燃而成為引爆的火源。

（5）氣粉混合物中的氧氣濃度：濃度高，爆炸危險性大。

（6）氣粉混合物流速：氣粉混合物流速過高、過低對防爆都不利。流速低，煤粉有可能沉積；流速過高，可能引起靜電火花而導致煤粉爆炸。一般氣粉混合物流速控制在16 ～30m/s 之間。

（7）氣粉混合物溫度：溫度高，爆炸危險性就大。運行中應根據(jù)Vdaf 高低，嚴格控制磨煤機出口溫度。

（8）煤粉水分：過于干燥的煤粉爆炸危險性大。煤粉水分要根據(jù)揮發(fā)分Vdaf、煤粉貯存與輸送的可靠性以及燃燒的經濟性綜合考慮確定。

煤粉系統(tǒng)爆炸的防范：正常運行中為防止制粉系統(tǒng)粉倉燃燒、爆炸，一般可以從管理、運行、維護、定期制度等多方面入手，以及填充惰性氣體，防范制粉系統(tǒng)爆炸。

2 問題的提出

煤粉中間儲存的設備——煤粉倉，所儲存的煤粉，具有粒度細、揮發(fā)份高、流動性和吸附性、自燃和爆炸性等特點，故有發(fā)生爆炸的危險性。煤粉倉的粉，本身就是積粉，當積粉發(fā)生一定時間后，由于煤粉自身氧化分解產生能量，極易發(fā)生自燃。煤粉倉自燃、爆炸是火電廠常見的安全隱患。

某熱電廠6#鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-220/100-10 型燃煤鍋爐，曾因水冷壁爆管緊急停爐。因6#爐水冷壁管整體狀況較差，計劃用45 天進行更換，不具備啟動燒粉條件。當時粉倉內存粉多（粉位3.29m/2.98m），接近粉倉容積的80%，煤粉溫度50℃左右，存在煤粉自燃、粉倉余粉緩慢氧化自燃、制粉系統(tǒng)爆炸的重大風險。根據(jù)運行經驗，對粉倉存粉采取充氮、加干冰等措施，最多維持7 ～10 天左右的粉倉溫度，一旦超時，粉倉溫度可能快速上升，并無法控制，因此迫切需要在最短的時間內采取合理有效的措施，對粉倉內煤粉進行處置。

3 放粉方法的甄選

對煤粉倉中煤粉進行處置，既是消除危險源，同時也要考慮放粉過程風險控制。每個企業(yè)會根據(jù)其自身安全生產的特點,在風險評估的基礎上，通常采取以下幾種基本方法：消除法、代替法、隔離法、工程方法、個人防護和行政管理的方法，實現(xiàn)風險的控制和消除。

前些年，管理標準不是很高，環(huán)保意識不是很強，遇到類似煤粉倉高料位時突發(fā)停爐事件，為避免粉倉溫度高引起意外事故，通常都是采用人工放粉、清粉的方法。

（1）直接采用大塑料袋接粉。煤粉堆積密度可達0.7 ～0.9t/m3，看起來很少，放出來很多，放粉過程中溫度高的煤粉容易燙壞塑料袋，煤粉到處流淌，嚴重污染現(xiàn)場和周圍環(huán)境，同時存在粉塵爆炸風險。

（2）通過水箱放粉。在給粉機平臺放置1 個敞口水箱，從給粉機下端布置1 根管子通在水箱里面，慢慢通過煤粉自流往水箱放粉，調和成塊狀粉餅，再把粉餅運輸?shù)矫簣觥＿@個方法放粉必須緩慢，否則煤粉會從水面溢出來，同樣污染現(xiàn)場和周圍環(huán)境，整個過程需要的時間長。

考慮到人工放粉，耗時耗力，易造成煤粉飛揚，對環(huán)境污染程度大、放粉過程煤粉遇到空氣易自燃等安全的問題，本文經過對現(xiàn)場系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)工藝的研究，基于風險管控“合理”“切實”“可行”的原則，考慮采取“工程方法”，即新建一套臨時鄰爐送粉裝置，向6#爐相鄰的7#爐在線輸粉，實現(xiàn)此次粉倉的煤粉放粉風險的控制和存粉風險快速處置消除。

4 措施的實施及效果

4.1 措施的內容

圖1

圖2

經現(xiàn)場勘察，確定的方案為：應用氣固兩相流氣力輸粉原理，將6#爐存粉送入鄰近的7#爐制粉系統(tǒng)甲側磨煤機出口管。

自6#爐給粉機下粉管接出連至7#爐甲側磨煤機出口管（系統(tǒng)正常運行壓力-2000pa）作為輸粉母管，敷設一路氮氣管道連接至輸粉母管上作為輸送氣源，啟動給粉機下粉，實現(xiàn)流化下粉、氣粉輸送、負壓吸入的輸粉過程。

具體如下：

（1）拆除#6 爐給粉機下方落粉管，制作漏斗形接粉裝置，與給粉機下口法蘭配套。

（2）安裝一路輸粉母管，選用金屬軟管（DN150,PN25）與給粉機接粉裝置連接，另一端與鋼制管道（DN150PN2520#）法蘭連接，總長度約30m,連接至7#爐甲側磨煤機出口管（即粗粉分離器進口管）上。

（3）敷設一路氮氣管道（DN32,PN25）接入輸粉母管源頭處，作為輸送氣源。

（4）輸粉母管上間隔3m 左右安裝插入式助推噴嘴，連接氮氣，起到助推作用，防止輸粉母管堵塞。

（5）利用給粉機變頻器調節(jié)轉速，作為控制下粉速度的裝置。

（6）管道法蘭之間設置靜電跨接，管道接地，防止靜電。

4.2 控制要點

安裝完成后開始調試，先開氮氣閥進氣，再開負壓關斷閥，最后啟動給粉機下粉進行系統(tǒng)試運，正常后開始正式輸粉。

主要要點有：

（1）因煤粉具有易燃易爆特性，因此放粉過程需緊密關注粉倉溫度、下粉輸送速度，切不可操之過急。

（2）相關人員應對輸粉全過程進行管控，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的給粉機下粉管和輸粉管溫度，結合DCS 中粉位、粉倉溫度，多方面綜合判斷，控制給粉機轉速、適時切換給粉機，實現(xiàn)粉倉徹底放粉。

（3）輸粉前7#爐甲磨停止運行，保持乏氣送粉，控制甲磨出口溫度60℃左右運行。

（4）輸粉過程需結合粉倉粉位，8 臺給粉機輪流輸粉，確保粉倉粉位整體下降。待每臺給粉機下粉管溫度下降并恒定在37~38℃左右時，代表對應的給粉機上部煤粉已走空，敲管后關閉相應插板門，吹掃輸粉管10min。

輸粉時按以下順序進行操作：

①7#爐甲側制粉系統(tǒng)具備受粉條件。

②開臨時輸粉管至7#爐甲磨出口管的蝶閥。

③開至輸粉管根部氮氣門，稍開至輸粉管中部氮氣門，吹掃5min。

④開6#爐給粉機插板門。

⑤啟動6#爐給粉機，逐漸調整轉速至250 轉/min。放粉過程中通過調節(jié)給粉機轉速控制輸送粉量。

⑥檢查6#爐給粉機下粉管溫度和輸粉管溫度正常。

⑦運行中嚴密監(jiān)視6#爐給粉機電流、關注輸粉氮氣情況，防止堵管。

停止輸粉時按以下順序操作：

①停6#爐給粉機，關給粉機下粉插板。

②保持輸粉管吹掃10min 后，關至輸粉管根部氮氣門、關至輸粉管中部氮氣門。

③關臨時輸粉管至7#爐甲磨出口管蝶閥。

4.3 實施效果

本次放粉全過程，6#爐輸粉前粉倉最高溫度65℃；輸粉中粉倉最高溫度75℃；輸粉后粉倉最高溫度39℃，均處于正常范圍。

說明停爐后立即對粉倉吸潮門、絞籠插板門、鎖氣器等及時封閉，對粉倉及時充氮等措施，對粉倉溫度的穩(wěn)定控制有積極作用。在此基礎上，通過鄰爐輸粉裝置將6#爐粉倉內煤粉放空，整個過程安全可控，消除了煤粉自燃、爆炸的重大安全風險，避免了人工處置的繁重工作量和對環(huán)境的影響，為水冷壁檢修提供連續(xù)作業(yè)條件。

5 結語

通過6#爐粉倉放粉措施的實踐，證明采用氣力輸送技術向鄰爐送粉是煤粉倉多種放粉方式中風險管控較為合理的方法，對同類型鍋爐緊急停爐后煤粉倉內煤粉處置有較好的借鑒作用，該方法既消除了粉塵自燃爆炸風險，也保證了粉倉清理過程中的安全性和工作效率。