输煤系统静电除尘器自燃自爆机理浅析与控制措施＊

柏元华，胡建强

（华能长兴电厂，浙江 长兴313100）

1 设备运行概况

华能玉环电厂输煤系统电除尘装置采用苏州南天电气开发有限公司自行开发的DCY型高压静电除尘器.其阴、阳极极板和气流分布板、槽形板均采用电磁仓壁振打和电磁灰斗振打，控制方式采用远端输煤程控和就地端PLC控制器实现电除尘运行的分散控制，集中管理.该除尘器在设计过程中采取了一定的防燃、防爆措施.但投运至今，在输送高挥发份、粉煤占比高的印尼煤过程中仍然发生了几起自燃自爆事件.

2 DCY型高压静电电除尘器的原理与主要技术参数

DCY型高压静电除尘器本体为多管立式结构，并列的圆管为集尘极，圆管中心是电晕线，当电晕线加上一定的直流高压时，电晕线便产生放电，放出大量高速的电子及正负离子，当含尘气体按一定的流速在筒体内通过时，高速的电子与其碰撞，并吸附在粉尘上，使粉尘带电，带电粉尘在电场力的作用下，高速跑向带正电的筒体，释放电荷后沉积在筒壁上，靠粉尘堆积后的自重，自动剥离落于集灰斗内，经重力电磁卸灰阀自动排到煤水冲洗沟被带走.

工作原理如下：三相380V交流电源输入（最大限度避免不平衡和冲击）后，整流逆变成基频为2000Hz的脉冲交流，输入到整流变压器，在整流变压器内先转换为高压交流脉冲，再经硅高压整流成基频为2000Hz的脉冲高压直流，通过封闭高压母线送入除尘器.

本系统采用恒电流运行方式，控制过程如下：采用非接触式的霍尔元件电流检测和经隔离的电压检测（最大限度避免高压干扰），经过A／D转换，送入CPU计算得到实时的高压电流和电压值，CPU微处理机控制反馈闭环系统根据设定的恒流值得出偏差修正数据，并根据该偏差修正数据对IGBT智能功率模块的控制信号（基频为2000Hz的控制脉冲）进行调制，送入IGBT智能功率模块的控制端，对IGBT模块输出电流进行精确恒流控制，由此对整流变压器高压输出进行精确恒流控制.

主要技术参数：除尘器入口煤尘浓度≤20g／m3；除尘器除尘效率≥99.6%；除尘器内部阻力≤250Pa；除尘器漏风率≤2%.

3 实际煤种与设计煤种参数比较

实际煤种与设计煤种参数见表1.

表1 改造前后的耗电量及除尘效率进行比对表

4 运行过程中发生的自燃、自爆情况及爆炸后检查情况

自燃自爆情况：

（1）2008年3月2日中班，20A斗轮机取料加仓过程中，取＃7场地印尼煤（挥发份37.3%）时，20：20碎煤机楼Ⅱ除尘器本体发生爆炸.

（2）5月31日中班，码头至10B斗轮机B线接卸“永恒动力”轮印尼煤（挥发份40.9%）.21：50T01B除尘器本体内煤粉自燃.

（3）2008年6月1日夜班，码头至10B斗轮机B线接卸“永恒动力”轮印尼煤（挥发份40.9%）.1：30 T02B除尘器本体内煤粉自燃.

（4）2008年10月19日中班，码头至20A斗轮机B线接卸"永恒动力"轮印尼煤（挥发份41.6%）.19：50 T03B除尘器本体发生爆炸.

除尘器爆炸后检查情况：

（1）除尘器本体向外鼓出变形，主风机风管变形.

（2）防爆门没有开裂，没有取到防爆效果，设计时材料选型不合理.

（3）除尘器本体内阳极板变形，芒刺线（阴极）脱落.

（4）3.2、10.19两次爆炸后检查除尘器本体及风管内并无积粉（在除尘器投用前检修人员已对除尘器本体及风管进行过彻底的清理）.

5 除尘器自燃、爆炸机理分析

除尘器爆炸就是煤粉的爆炸，当煤粉以一定的浓度分散在空气中，一旦遇到适当的点燃能就会发生燃烧并迅速传播，导致连续不可控制的燃烧，同时压力急剧上升.

当除尘器内爆炸时，具体表现为：检查门处有火星，管壁温度异常升高，煤粉温度异常升高，除尘器运行时负压突然变为正压，爆炸时有响声，从系统不严密处向外冒黑烟，防爆门鼓起或损坏.

5.1 爆炸条件

除尘器爆炸需要具备三个条件：可燃性粉尘、适当的风粉混合比、点燃能.首先是可燃性粉尘.其次是适当的风粉混合比.对于可燃性粉尘，在空气中的浓度很低或很高时，一般是不会发生爆炸的，因为粉尘浓度过高，则燃烧初建时就消耗了所有的氧量，难以发生连续的燃烧并爆炸.最后是点火条件，即足够的点燃能.只有这三个条件同时具备才有可能发生爆炸，并且这三个条件并不是孤立的，而是互相联系的.

5.2 可燃物浓度

对可燃性粉尘而言，都有一个发生爆炸的上限浓度和下限浓度，即爆炸浓度范围.可燃物的爆炸浓度范围与很多因素有关，一般不是定值，而是与煤质、初温、初压等因素有关.严格来说，除尘器的爆炸不仅只是煤粉的爆炸，而是可燃性混合物的爆炸.在煤的输送除尘过程中，煤粉中的高挥发性混合物会产生析出，同时，煤中的水分、碳和氧会发生一系列化学反应，产生一定量的可燃性气体.煤粉中可燃性气体和挥发份含量的多少，对煤粉的爆炸浓度影响很大，挥发份越高的煤种，发生爆炸的可能性越高.由本文第三节对比表中可以明确的看到，在华能玉环电厂大量燃用的印尼煤就属于高挥发煤种.

5.3 点燃能（点火能源）

点燃能是爆炸的一个重要条件，它相当于爆炸的导火线.点燃能的大小不仅是一次爆炸的起始条件，同时还决定了爆炸时产生的压力等级和爆炸的温度.

（1）煤粉混合物的最小、最低可爆的点燃能与很多因素有关.在现有除尘器系统运行中，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.由于除尘系统正常运行工况的风量和粉尘量较大，积粉自燃的能量被携带释放，不足以形成除尘系统爆炸的点燃能.但如果工况发生变化，尤其是除尘器在振打时，主风机停运，风量减少，就会造成积粉自燃能量的聚集，形成除尘系统爆炸的点燃能.

（2）电场放电是更为直接的点燃能源.当除尘器本体内风粉混合物浓度达到某一特定的浓度时，除尘器电场一放电，就可能会引发爆炸.

5.4 氧气的浓度

如果煤粉混合物中氧的含量不足，即使有很强的点燃源，并且可燃混合物的浓度在最佳爆炸浓度范围也不会发生爆炸.当前应用的除尘器系统中氧气来源于多个方面，除尘器运行时，主风机工作产生的作为传送介质的风含有一定量的氧气，这是主要的氧气来源，已能满足爆炸的氧量条件.这属于除尘器系统正常运行方式，本文不再讨论.

6 除尘器防燃防爆改造及管理措施

（1）接卸、加仓印尼煤时，检查有关除尘器、皮带水喷雾、栈桥水冲洗、煤场喷淋、煤泥泵等设备随时保持完好和正常使用，并按规定认真执行，发现问题及时处理.保障沿线皮带及卸船机喷淋系统正常运行，降低输煤线的煤尘浓度.

（2）密切监测接卸、上仓煤种变化动态情况，进行高挥发份印尼煤输送时及时增加除尘器冲洗次数，为保证可靠，首先按照每次皮带停运均进行冲洗的频率进行，再根据冲洗前观察到的积粉情况逐步调整，最后确定为每天一次.

（3）加强燃用煤种的煤质分析和配煤管理，燃用易自燃的煤种时提前通知运行值班人员，加强监视和巡查，发现异常及时处理.加印尼煤的煤仓煤位不宜过高，防止机组非停致使印尼煤大量留在原煤仓；机组停运前必需保证印尼煤烧空，在计划停炉前8小时内，不再进行印尼煤加仓，改加挥发份不高的煤种.

（4）值班人员及时就地手动开启除尘器仓壁与灰斗振打，重点检查卸灰阀、冲灰水动作情况.发现灰斗积煤及时清理、冲洗，防止冲灰排水沟渠道排放不畅致使煤粉一直在灰斗下堆积.

（5）卸煤、加仓印尼煤（高挥发份煤）期间，经常测量除尘器本体温度，发现除尘器内温度异常升高时及时停运冲洗.为保证监测频率，值班人员除按巡检制度执行检查外，每班增加巡检3次.

（6）针对来煤在煤船接卸过程中有自燃的情况，卸船机司机、斗轮机司机、巡检须加强监视，当发现输煤皮带上有带火种的煤时，立即停止接卸或上煤，查明原因，及时消除，更换运行方式.

同时针对原设计中的薄弱环节，实施了一系列的技术改造措施：

（1）除尘器进风喇叭口与本体连接处布置有滤网和气流分布板，滤网处容易积聚煤粉，而原设计时并未考虑到这一点，因此未设置人孔门，时间一长就很容易积聚煤粉并引起自燃.针对这一点，现场进行了改造，开设了人孔门，并根据不同煤种制订了清理周期，安排人员进行定期清理.目前已改造5台除尘器，对清理工作带来方便并提高了工作效率，消除了滤网处易积粉的自燃隐患.

（2）除尘器的气流分布板分为上、中、下三层，目的是让风管中的气流能分三层均匀的流出.但实际上，通过分布板后，气流并没有均匀的分布到各个电场，从而造成各电场负荷不均匀，降低了除尘效率.对此，我们进行了改造（碎煤楼和T02转运站除尘器共4台），采用了可以兼顾均衡风量的进风口前级重力冲击除尘及导流分风技术，放弃了相对简单的无动力旋风除尘，并对灰斗和进风管道进行了一定程度的改进，同时取消侧部出风的旧有形式，在进风口前级设置伞形重力冲击结构，从而使含尘气体中的大颗粒粉尘快速沉降，而倒锥型分风导流结构和顶部出风方式可以使含尘气流均匀进入高压电场.

（3）灰斗与电动液压卸灰阀连接，卸灰阀的工作正常与否直接影响排灰效果，在运行中卸灰阀开关不到位的情况时有发生，引起排灰不畅和底部灰斗漏风，易造成积粉自燃.到现场检查发现卸灰阀连杆角度及重锤的安装位置不合理，从而引起开关不到位.经调整连杆角度及重锤位置，使之工作正常.

（5）防爆门改造.根据爆炸后检查发现防爆门未开裂的情况，我们可以判断，防爆门的设计动作压力过高，未起到防爆作用.拆卸后发现厂家防爆门制作采用了2mm厚的铝板，超出了除尘器本体的爆破压力.对这一重大缺陷，我们进行了纠正，在原来的基础上制作了防爆刻痕.

7 结束语

为确保除尘器的安全运行，可靠的完成燃煤的接卸与上仓，必须严格控制，杜绝除尘器的爆炸事故发生.本文探讨了除尘器自爆的机理，从除尘器结构、煤种等多方面分析了除尘器自燃自爆产生的原因，有针对性的进行设备改造，并从组织管理措施上加强预防控制，消除隐患.经过整改后，从2008年10月20日以来，未发生一次除尘器自爆情况.从理论分析和实际经验说明，对于易燃易爆煤种的输送作业，通过从设计和运行调整采取一定的措施，就可以克服不利因素，防止除尘器自燃自爆的发生.