火力发电厂煤粉制备系统泄爆技术研究

论文摘要

煤粉制备系统是火力发电厂生产安全的重要环节之一。如何降低火力发电厂煤粉制备系统火灾、爆炸事故危害,是每个火力发电厂都必须面对的重要课题。论文在实验测试和数值模拟的基础上研究制粉系统的泄爆技术,对于火力发电厂煤粉制备系统的安全生产具有重要的现实意义。首先从连云港火力发电厂、沈海热电厂、通辽第二火力发电厂选择了三种煤样作为代表,进行了试样的物理特性和爆炸特性测试。爆炸特性包括最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和爆炸指数。试验结果表明,煤粉最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率和爆炸指数起初均随着煤粉浓度的增加而逐渐上升,当煤粉浓度达到一定值时,爆炸压力、压力上升速率和爆炸指数都将随着浓度的增加而逐渐降低。在此基础上,对制粉系统工艺进行了危险性分析,并确定了一次热风道入口为制粉系统的薄弱环节。为了进行泄爆设计,需要对磨煤机一次热风道入口进行承载能力计算。考虑到爆炸的偶然性和节省材质,论文利用ANSYS10.0软件从弹性和塑性两个方面对风道入口部位进行了极限承载能力计算,结果表明允许塑性变形的结构最大承载能力是只发生弹性变形的承载能力的10倍。论文还研究了板材厚度和风道四角倒角半径对结构承载能力的影响,发现随着板材厚度、风道四角倒角半径的增加,结构所能承受的最大载荷将逐渐增大。计算结果显示,板材厚度为5mm时的承载能力是2mm时承载能力的3.2倍,风道四角倒角半径为20mm时的承载能力是5mm时承载能力的2.8倍。论文比较分析了中国、美国和德国现行的容器、管道泄爆面积计算方法,考虑到中国标准正在修订之中,论文选用最新的德国标准"Pressure venting of dust explosion"VDI3673-2002进行设计。通过计算,得到了火力发电厂磨煤机一次热风道入口处的泄爆面积。并研究了不同的煤粉爆炸压力、挥发分含量、板材厚度和倒角半径对泄爆面积的影响,发现泄爆面积随煤粉的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率及挥发分含量的增大而增大；随结构的承载能力的增大而降低,在同种条件下,按允许塑性变形得到的承载能力比只允许弹性变形设备需要的泄爆面积减小了200%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 爆炸的概念
• 1.1.2 煤粉爆炸原因及机理
• 1.1.3 煤粉爆炸的条件
• 1.1.4 煤粉爆炸的影响因素
• 1.2 煤粉制备系统爆炸简介
• 1.2.1 制粉系统爆炸的实质
• 1.2.2 制粉系统爆炸现象及危害
• 1.3 制粉系统防爆安全研究现状
• 1.3.1 煤粉爆炸的研究
• 1.3.2 制粉系统防爆措施研究
• 1.4 课题的背景及意义
• 1.5 本论文的主要工作
• 第二章 实验测试结果及分析
• 2.1 实验样品
• 2.2 实验测试装置及内容
• 2.2.1 试验测试装置
• 2.2.2 最大爆炸压力、最大压力上升速率及爆炸指数
• 2.3 煤粉的爆炸过程分析
• 2.4 煤粉爆炸压力、压力上升速率及爆炸指数
• 2.4.1 空气条件下煤粉爆炸压力、压力上升速率及爆炸指数
• 2.4.2 煤粉浓度对爆炸压力、压力上升速率和爆炸指数的影响及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 煤粉爆炸及制粉系统的危险性分析
• 3.1 煤粉爆炸危险性概述
• 3.2 煤粉爆炸危险性评价
• 3.2.1 煤粉爆炸特性参数的选取
• 3.2.2 粉尘爆炸危险性定性评价方法
• 3.3 煤粉爆炸猛度判定
• 3.4 煤粉组分对爆炸猛度的影响
• 3.4.1 挥发份对爆炸猛度的影响
• 3.4.2 灰分对爆炸猛度的影响
• 3.5 制粉系统爆炸常见部位及原因分析
• 3.6 制粉系统爆炸常见部位薄弱环节危险性分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 磨煤机一次热风道入口承载能力有限元分析
• 4.1 概述
• 4.2 磨煤机一次热风道入口有限元模型
• 4.3 磨煤机一次热风道入口模型有限元法计算结果
• 4.4 对磨煤机一次热风道入口模型极限承载能力的分析
• 4.4.1 材料极限塑性应变的推导
• 4.4.2 磨煤机一次热风道入口模型弹、塑性承载能力比较
• 4.5 磨煤机一次热风道入口塑性承载能力影响因素
• 4.5.1 风道板厚不同对结构承载能力的影响
• 4.5.2 风道四角倒角半径不同对承载能力的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 磨煤机一次热风道入口泄爆技术研究
• 5.1 煤粉制备系统防爆概述
• 5.1.1 容器、管道及其结合的爆炸过程
• 5.1.2 泄爆设计方法选用
• 5.2 基于有限元法对结构的分析结果进行泄爆计算研究
• 5.3 泄爆面积的影响因素
• 5.3.1 煤粉浓度对泄爆面积的影响
• 5.3.2 挥发份含量对泄爆面积的影响
• 5.3.3 风道板厚对泄爆面积的影响
• 5.3.4 风道四角倒角半径不同对泄爆面积的影响
• 5.4 弹、塑性承载能力对泄爆面积的影响分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢