北方联合电力有限责任公司内蒙古上都发电 有限责任公司（以下简称上都电厂）660 MW超临界 机组锅炉在投产后多次发生制粉系统爆燃，造成制 粉系统管道损坏，严重影响机组的安全稳定运行。本文结合褐煤特性及机组运行特点，分析制粉系统 爆燃原因，并提出治理措施，避免类似事件发生。 1 锅炉概况

上都电厂三期工程2台660 MW超临界机组配 置哈尔滨锅炉有限责任公司设计制造的HG-2141/ 25.4-HM4型锅炉，锅炉型式为一次再热、单炉膛Π 型、四墙切圆燃烧、尾部双烟道结构，固态排渣、平 衡通风、全钢构架、密闭布置、全悬吊结构。制粉系 统采用中速磨直吹式制粉系统，每台锅炉配7 台 HP1203磨煤机，燃用设计煤种时6运1备；主燃烧器 布置在水冷壁的四面墙上，每层4只燃烧器对应1 台磨煤机；SOFA燃烧器布置在主燃烧器区上方的 水冷壁四角，以实现分级燃烧。

锅炉设计最高压力29.5 MPa，再热器设计压力 5.30 MPa；最大连续蒸发量2141 t/h，额定蒸发量 2079 t/h，额定蒸汽温度571 ℃。设计主燃料低位发 热量为14 720 kJ/kg。

锅炉设计煤种为锡林浩特胜利煤田的原煤，设 计和校核煤质指标见表 1。煤粉细度R₉₀=35%。

表 1(Table 1)

表 1 设计、校核煤质指标

表 1 设计、校核煤质指标

对上都电厂以往发生的制粉系统爆燃事故进 行分析，大致可分为以下3类。 2.1 正常运行期间的爆燃

在磨煤机正常运行过程中，由于给煤机故障跳闸，造成磨煤机分离器出口温度突然升高，致使磨 煤机保护动作、故障跳闸。磨煤机再次启动时或通 风后发生爆燃，导致入口软连接开裂，见图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 磨煤机正常运行时入口软连接开裂

由于制粉系统的冷风道、热风道容量偏差大，在 机组升降负荷过程中，对磨煤机进行启、停操作时抽 粉不彻底，造成磨煤机锥体内煤粉自燃，在制粉系统 重新启动后发生爆燃，造成管道断裂（见图 2）。

图 2(Figure 2)

图 2 磨煤机启、停过程中爆燃造成的管道断裂

长时间备用的磨煤机或是发生过自燃的磨煤 机在启动前进行通风时发生爆燃，造成管道断裂 （见图 3）。

图 3(Figure 3)

图 3 磨煤机备用期间爆燃造成的管道断裂

制粉系统爆燃是由于制粉系统内的煤粉发生自燃而导致的爆炸。制粉系统内的煤粉发生自燃 的条件是氧浓度、煤粉浓度、煤粉细度、燃料挥发分 达到一定数值^[1]。以下对上都电厂制粉系统爆燃原 因进行分析。 3.1 煤质特性分析

（1） 原煤中挥发分V_daf的高低对制粉系统的爆 燃起决定性的作用。研究表明，当煤中的V_daf<10% 时，一般没有自燃和爆炸的危险；当V_daf>20%时，煤 的挥发分析出温度和着火温度较低，易自燃^[2]。上 都电厂锅炉燃用煤种为褐煤，V_daf达46.8%，为制粉系 统爆燃提供了必要条件。

（2） 原煤的水分越大，煤粉在磨煤机内的流动 粘度就越大，越容易积粉。上都电厂锅炉燃用的褐 煤全水分为36.5%。磨煤机内必然存在积粉现象。 磨煤机内积粉是高挥发分的褐煤制粉系统发生爆 炸的主要原因。

（3） 在启、停制粉系统过程中，通风满足了爆 燃对氧浓度的要求；对磨煤机出口温度控制过高， 易造成热量积聚，煤粉温度上升，加快放热反应，同 时也加快了可燃性气体的析出，当温度达到足以点 燃可燃气体时，就形成了爆炸的着火源。 3.2 制粉系统运行参数分析

（1） 煤粉细度：煤粉愈细愈易发生爆炸。褐煤 的煤粉细度R₉₀一般应控制在40%～60%，而上都电 厂锅炉制粉系统设计煤粉细度R₉₀为35%。

（2） 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。

（3） 煤粉浓度：煤粉浓度只有在一定的范围内 才有爆炸的危险。

（4） 气粉混合物温度：气粉混合物只有在温度 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，因此，为防止爆燃，必须严格控 制气粉混合物温度，防止积粉自燃。 3.3 设备分析

上都电厂褐煤锅炉制粉系统热风调门存在质 量缺陷，在制粉系统启、停过程中频繁卡涩，造成磨 煤机温度高保护跳闸；而且制粉系统总风道与磨煤 机本体连接处结构设计不合理，流通性差，易造成 积粉自燃，而积粉自燃即形成爆炸的着火源。 4 制粉系统防爆治理措施

针对上都电厂发生的制粉系统爆燃事故及原因，制定了如下防治措施。 4.1 磨煤机非正常停运后的启动

（1） 磨煤机发生异常跳闸后，应保证入口冷、 热风关断门，密封风门，出口快关门自动关闭，并手 动关闭冷、热风调门对磨煤机进行密闭。

（2） 根据跳闸原因及时处理故障，在最短时间 内启动跳闸磨煤机，以便将跳闸磨煤机内的积粉抽 干净，防止长时间停运后积粉自燃。如果磨煤机短 时间无法恢复运行，也必须将磨煤机内积粉清理干 净。

（3） 在异常跳闸后启动的磨煤机或备用磨煤 机在通风后如果出口温度急速上升，则必须通入消 防蒸汽后方可启动。 4.2 制粉系统正常运行期间的维护

（1） 针对褐煤易燃、挥发分较高的特性，在制 粉系统运行时，规定磨煤机出口温度保持在60~ 65 ℃。

（2） 及时排放石子煤，避免石子煤斗发生堵 塞、冒烟、着火等异常情况。如果煤质较差或掺烧 的煤矸石比例增加，则应增加排放次数^[3]。

（3） 保证磨煤机消防蒸汽系统可靠备用，在发 生异常情况时可及时投运。

（4） 如果发生制粉系统爆燃事故，要及时确定 积粉着火点，消除积粉诱因。 4.3 制粉系统启停时的操作

（1） 制粉系统保护应准确可靠，每次启炉前应 按规定传动制粉系统连锁保护和锅炉主保护，传动 制粉系统挡板门。

（2） 制粉系统启动前应用冷风充分吹扫1~2 min，将磨煤机内部煤粉吹扫干净，避免启动时发生 爆燃。

（3） 磨煤机出口温度超过70 ℃时严禁启动制 粉系统。

（4） 在制粉系统启、停过程中，如出现冷、热风 调门卡涩现象，应及时处理；如冷、热风调门不能正 常操作，则严禁启、停制粉系统；如果出现冷、热风 关断挡板卡涩现象，应及时处理，并保持负荷不变， 维持制粉系统之前的运行方式及参数^[4]。 4.4 设备改造治理

（1） 利用机组检修机会对磨煤机蒸汽消防系 统阀门、管道进行维护，保证蒸汽消防系统的可靠 投运。

（2） 在机组检修期间，将磨煤机热风调节挡板 的执行机构和减速机更换为由大容量电机带动，避免出现卡涩及漏风现象。

（3） 利用检修机会对冷、热风管道进行改造， 加粗冷风道，以缩短冷、热容量偏差，优化结构设计 （目前还未实施）。 5 结语

通过治理，上都电厂三期锅炉制粉系统再未发 生爆燃事故，提高了设备的利用率，有效保证了设 备和人员安全，为锅炉的安全稳定运行提供了保 障。