火电厂煤种爆炸指数计算、分级标准制订及使用中的若干问题探析

火电厂煤种爆炸指数计算、分级标准制订及使用中的若干问题探析

■ 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 张建中

后对按煤种挥发份为了准确评估制粉系统中的煤粉爆炸风险V，国内外先重分析指标度热工研究所ELHC等多种判别方法进行了试验研究、煤粉气流着火温度daf、工业指标BIT及煤粉爆炸下限热量浓C、煤粉爆炸指数K d、热ВТИ对“。其中，前苏联f ”的试验研究成果[1]以下简称“爆炸指数煤粉爆炸指数KK ”）引起了业界很大关注，并成为近20主要依据多年来我国制订火电厂防煤粉爆炸技术标准和规范的在引用相同试验研究成果条件下，只是在引用时将“爆炸指数炸指数，”的符号改为K d。但中不乏技术性失误K 国内各规程规范对于爆d计算方法及分级标准的表达却各不相同，由此在理论和实践上引起了混乱，而且其，更和澄清是影响到规程规范的严肃性和可信度。，对此必须进行探讨头的解读

1.煤种爆炸指数Kd计算方法及分级标准技术源

标准制订中所依据的技术源头经探源，国内火电厂煤种爆炸指数计算及分级现行，均为前苏联热工研究所E.N.Tolchinskii末爆炸性准则等人于1996年所发表的“固体化石燃料粉[1]文”）。张建中“В ТИ准则”“ВТИ[2]”一文（以下简称或论引用价值指出，该论文所报导的试验研究成果极具参考容易导致误用，但在论文的文件质量上则存在一定瑕疵或不足，为此对该项技术源头进行了解读和勘校。，1.1 前苏联ВТИ论文所报导试验研究成果要点

“ 煤粉爆炸指数Kf”定义（国内引用时符号改为Kd）： （1） 量符合K试验研究工作证实，Burgess-Wheeler经验法则燃烧所需可燃挥发份的下限热：挥发份的干燥无灰基低位发热量按式kJ/kg（3） 确定（按笔（2）88者勘校公式[2]） 精确简化式爆炸指数）K （按笔者对文献[1]整理变换后的，kJ/kg （3）d计算公式 （4）其中：Vd — 煤的干燥基挥发份，%；下限，V%vol —； 不考虑灰分及固定碳时燃烧所需可燃挥发份的下限，V%vol,que； — 考虑灰分及固定碳时燃烧所需可燃挥发份的Qnet,daf — 煤的干燥无灰基低位发热量，kJ/kg；Qvol — 挥发份的干燥无灰基低位发热量，kJ/kg；FCdaf — 煤的干燥无灰基固定碳；V爆炸指数daf — 煤的干燥无灰基挥发份表K，%。d1 分级标准固态燃料爆炸风险，见表1：分级等级爆炸指标ВТИ分级表

爆炸风险IKd＜1

不爆炸II1≤Kd≤1.5

不易爆炸

III

K能爆炸发份的下限分级依据d＞1.5

（考虑灰分及固定碳存在：当煤的干基挥发份Vd，小于燃烧所需可燃挥不能起爆燃烧也就不能爆炸，故将K 也即干基）Vvol,que时，界线d＜1.0作为难爆煤分作为易爆煤分界线；又根据实验研究成果，爆炸压力峰值。当K d＞1.5时为易爆，故将此峰值PP：对1≤K d≤1.5的煤粉其爆炸压力P与K d＞1.5的煤粉是基本相同的P，见图1。于爆炸指数爆炸风险指标K e：按ВТИ的试验研究成果表明，对速升高，并可用一个无量纲的爆炸风险指标K d＞1.5的煤粉爆炸风险随爆炸指数增大而迅K e来进行评估：（│2021·3│创新企业增刊

（5） 0.6

(其中Δp/Δτ：)K e —爆炸风险指数；p —爆炸压力上升速度；E爆炸风险指标p —最低引爆能量K（爆炸的敏感性）。e与爆炸指数Kd的关系见图2、3所示。1.2 述评

国内许多动力用煤检验结果的支持ВТИ准则在理论上有据可依，实践上也得到前苏联及出版物中将挥发份的干燥无灰基低位发热量计算公式表达ВТИ论文中也存在一定缺陷和瑕疵需要澄清，具有较高可信度。主要是。为以大卡计量单位的7850标记，与该文所用的千焦单位制不，式中的固定碳发热量ВТИ符，漏列了换算系数论文最终的计算数据是考虑了该换算系数的4.187。而根据张建中的验算结果表明，计算公式应该是式（3）及（4）。，故实际必要适当细化ВТИ论文中对于煤粉爆炸指数。K d的分级偏于粗放，有2.爆炸指数Kd在国内火电行业标准编制中的应用

磨煤机及制粉系统选型导则2.1 首次引用爆炸指数》

Kd的行标DL/T 466-2004

《电站2.1.1 计算方法要点

（1）挥发份的干燥无灰基低位发热量按式（6）确定： （6）后的精确简化式（2）爆炸指数）：K d计算公式（按笔者对文献[3]整理变换 （7）（3）爆炸指数K d表2 分级标准按DL/T，见表2：等级分组I爆炸指标446-2004分级表

Kd＜1.0爆炸风险程度难爆炸II1.0≤Kd≤3.0中等爆炸III

Kd＞3.0

易爆炸2本标准中的挥发份干燥无灰基低位发热量计算公式.1.2 述评

指数6）系误用了K ВТИ（7论文中表达失误的公式，由此导致爆炸实际上是错式对于爆炸风险的分级d计算公式）同样不可用，由于爆炸指数。K d计算公式（7）ВТИ准则计算值，同一煤种条件下的，此时无法再按ВТИK d计算数据明显大于准则表1进行分级，aPM P0.4

力压值峰炸爆0.2

0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

爆炸指数Kd

图1　爆炸峰值压力Pp，与爆炸推教Kd的关系

4

eK标3

指险风炸爆2

1

爆炸指数Kd

0

1 2 3

图2　爆炸风险指标Ke与爆炸指数Kd的关系

4

3

eK标指2

险风炸爆1

爆炸指数Kd

0

1.0 1.5 2 2.5 3 3.5

不爆 难爆 中等爆炸 易爆 极易爆

图3　半对数图中的Ke=f（Kd）函数关系

只好按煤种挥发份及着火温度来进行分级爆炸风险分级与问题，ВТИ准则爆炸指数K 。但这也引发了d在实际上是严重偏离了苏联ВТИ准则中，爆炸指数K ВТИ的试验研究成果计算值无法匹配的。级二者构成一个相互匹配的体系d。计算方法与爆炸风险分表中的爆炸风险程度与爆炸指数K 而DL/T446-2004分级d无直接关联，不能构成（专题研究│2021·3│

一个相互匹配的体系在一起；然而在该标准中硬将这两者联捆绑按该准则计算的爆炸指数按，ВТИ势必出现无法匹配的乱象准则，将K 。d＜1.0作为难爆煤的分界线是基于来计算（7据式。例如K K d；而DL/T446-2004是按式）d，此时再以K d＜1.0作为难爆煤的分界线就缺乏依作为判别该煤种是否是难爆煤的分界线应该改为（7）计算的爆炸指数为，按ВТИ准则计算爆炸指数K K d=1.0的贵州烟煤，按d=2.49，即在DL/T446K K -2004中d=2.49。准则计算爆炸指数按ВТИ准则，将Kdd配套的经验值≥1.5作为易爆煤的分界线是与该按；而DL/T446-2004个估计值K d≥3.0接的定量联系，作为易爆煤的分界线是以挥发份来比照的一与ВТИ。若以按准则爆炸指数ВТИ准则的K d≥K 1.5之间并不存在直d≥1.5为基准，则与DL/T式（4）446（7）-所得到的公式2004对应的易爆煤的分界线可按照联立求解公（8）来确定： （8）该是K 按上式计算（3.5～，DL/T446-20044.0），而不是K 对判别易爆煤分界线应算的同d≥一煤种条件下，按ВТИd准≥则3.0或。DL/T446-2004计的则判别为不爆或难爆煤与试验台结果相符错K 位d值二者相差很大。如挥发份V，势必导致对煤种爆炸等级判别daf =26.%的贵州烟DL/T（煤不爆，按）ВТИ准发份数K V446-2004分级为中等爆炸与试验台结果不相符，而按。挥daf =31.91%的晋北烟煤，按ВТИ准则计算的爆炸指分级为易爆煤d=1.3为不易爆。对神华烟煤的爆炸指数，而按DL/T446-2004K 计算的K d=3.3，d，国内文献均按相差DL/T2446-2004计算定为6.67，而按ВТИ准则计算为2.6，存在技术失误如上所述.5倍。，按DL/T446-2004的爆炸指数K d计算方法吸取前苏联ВТИ，与分级等级二者也不相匹配试验研究成果的初衷。，没能够实现2.2 DL/T446-2004派生出的一些行业标准

爆设计技术规程一是DL/T 5203》[4]中爆炸指数-2005《火力发电厂煤和制粉系统防K dDL/T计算及爆炸程度分级与二446是-Q/DG2004相同1-J003，存在问题也与之相同-2009《火力发电。统防爆设计技术导则DL/T》[5]中的煤种爆炸风险程度分级与厂煤和制粉系录中列出国内煤种的爆炸指数446-2004相同；未列出爆炸指数并不确切的。K K d计算方法，仅在附d计算数据，但这些数据是90三是DL/T 5240-2010《火力发电厂燃烧系统设计计（算技术规程》[6]K d3）进行校正，并对中的爆炸指数ВТИ准则计算公式加以优化计算公式已经按本文式得出一步到位的精确简化公式[需要指出，在DL/T，首次推导5240-文的优化式2010中所列出的煤粉爆炸指数（4），但出版时因排版失误将式中的Kd计算公式实际上就是本AdV误排成级仍与d，在使用该规程时需对此进行勘误K 综上所述DL/T446]。惟煤种爆炸程度分，现行文献和规程规范中-2004相同。，不论对爆炸指数一种误导d采用什么方法，亟须予以澄清修正，分级标准均套用。DL/T446-2004，乃是3.国内对煤种爆炸指数Kd2010年，王月明等[7]报导了在试验台上进行多例煤种爆和分级标准的试验验证

炸性试验的研究成果分级标准提供了指导依据，为制订火电厂煤种爆炸指数计算及一是对23例火电厂用煤包括无烟煤。试验研究成果的要点如下：等试验煤样进行爆炸性试验性指标度B，并按挥发份、贫煤V、烟煤、褐煤daf、前苏联工业C、爆炸指数K d、热重着火温度t、煤粉气流着火温炸指数量浓度方法IT等多种判别指标进行验证K ELHC为参照进行对比。试验中以煤粉爆炸下限热，表明这些方法中以爆d为划分爆炸与不爆炸的界限时二是爆炸指数方法的预报成功率为最好K 。d方法的分级预报成功率为此可将，其成功率为100：以%K ，d=见图1.5作4爆炸煤种中K d指标作为煤粉爆炸倾向的初级判别指标。在可，炸的界限时时，其成功率为，以K 73d=%2；.0以作为划分易爆炸与不易爆炸的界限，其成功率为K 55d=%2.；5以作为划分易爆炸与不易爆与不易爆炸的界限时K d=3.0作为划分易爆炸分易爆炸与不易爆炸的界限时，其成功率为，其成功率为27%；以18K d=%3。.5这表明作为划，18.0

爆炸煤样

15.0

未爆炸煤样

)12.0

m.JM(/度8.0

浓量热限下6.0

炸爆粉煤3.0

0.0

0 2 4 6 8 10

工业爆炸指数K图4　爆炸指数Kd与煤粉爆炸下限热量浓度关系

│2021·3│创新企业增刊

划分易爆炸与不易爆炸的界限以K d≯3.0为宜。炸下限热量浓度ELHC判别法则的爆炸指数K d分级框褐煤而外，该分级框图对于绝大多数煤种都显示出良好的识别性。三是依据试验成果，可以整理得到一套基于煤粉爆表3 以煤粉爆炸下限热量浓度ELHC为参照的煤粉爆炸指数Kd分级煤种爆炸等级难爆不爆主要判别指标Kd ＜1.0

辅助指标或参量无烟煤，贫煤

ELHC≥10Ad＞35%高灰烟煤7.5＜ELHC＜10Ad＜25%中灰烟煤Ad＜10%中灰烟煤

图表，参见图5及表3。由图5可以看到，除个别高挥发份对应煤种挥发份Vdaf等级Vdaf＜20%Vdaf 20～25%Vdaf 25～42%Vdaf 30～42%Vdaf ≤42%Vdaf 30～35%Vdaf≥32%

1.0≤Kd≤1.51.5≤Kd≤2.5

中等

4. 2016年出版的行业标准DL/T 5145-2012

《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》

4.1 计算方法要点

易爆极易爆1.5≤Kd≤2.5

（9）按式确定：不考虑灰分及固定碳时燃烧所需可燃挥发份的下限（9） 2.5≤Kd≤3.0

Kd＞3.0

ELHC≤7.5；低灰份

、烟煤褐煤ELHC≤10褐煤

热重着火温度

t＜250℃低灰份 烟煤、褐煤ELHC≤7.5

Vdaf 37～44%Vdaf≥45%

（10）挥发份的干燥无灰基低位发热量按式确定：[8]（9）经是kJ无需再乘以换算系数，新版规范[8]在式及最终（11）计算式中乘以换算系数4.187后反而成了错式。（10） ：精确简化式）（按笔者对文献整理变换后的爆炸指数K d计算公式不再构成一个相互匹配的体系。与ВТИ准则相比，表4的数据大而无当，已经完全偏离了ВТИ试验成果。（11）该新版规范是按式来计算Kd，再以ВТИ准则的由于计算公式出错，爆炸指数K d分级标准与计算方法（11） K d＜1.0作为难爆煤的分界线完全缺乏依据。例如按ВТИ的爆炸指数为K d=20.7，即，在DL/T 5145-2012中应以K d=20.7作为判别该煤种是否难爆煤的分界线。爆炸指数K 见表4。d分级标准，4.2 述评

（11）准则计算爆炸指数K d≈1.0的贵州烟煤，按式计算ВТИ论文中Vvol计算式的热量单位已（2）由式可知，同一煤种条件下，按ВТИ准则或DL/T 5145-2012计图5 基于煤粉爆炸下限热量浓度ELHC 判别法则的煤粉爆炸指数Kd分级框图

91专题研究│2021·3│

爆炸指数Kd煤种爆炸性表4 按DL/T　5145-2012分级表

Kd≤1.0极难爆1.0＜Kd≤3.0

难爆3.0＜Kd≤7.0

较难爆7.0＜Kd＜12.0

中等12.0＜Kd＜17.0

易爆Kd≥17.0极易爆爆炸指数Kd煤种爆炸性表5 按DL/T　466-2017分级表

Kd≤0.5难爆0.5＜Kd≤1.0

较难爆1.0＜Kd≤1.5

中等1.5＜Kd＜3.5

较易爆Kd≥3.5极易爆算的K 导致对煤种爆炸等级判别错位。如挥发d值相差悬殊，（不爆），试验台结果相符而按DL/T 5145-2012分级为极易份Vdaf=26.%的贵州烟煤，按ВТИ准则为不爆或难爆与而且涉及对焦渣术语存在歧义等问题，似不足取。爆炸，与试验台结果完全不相符。挥发份Vdaf=31.91%的晋煤，已经完全没有可信度。要澄清修改。将K d≤0.5作为判别难爆煤种的下限明显不合理：无论是按照ВТИ准则对爆炸指数K d的定义，或试（图1）验验证,还是王月明等的试验研究成果均可表明，以对爆炸指数K d分级标准的划分，存在技术性失误需北烟煤，按ВТИ准则计算的爆炸指数K d=1.31为不易爆，而按DL/T 5145-2012计算的K 按表4的分级为极易爆d=27.2，和分级的修订条款均存在明显的技术失误，建议报请规范编制管理部门组织审查后决定其废止执行一事。综上所述，DL/T 5145-2012有关煤种爆炸指数计算K d≤1.0（甚至以K d≤1.5）来作为判别难爆煤种的下限才是正真合理的设定。将K d≥0.5作为判断是否可能起爆的界限，也完全缺乏实践支持。DL/T 466-2017显然是根据导则附表D.1的数据，对照煤的挥发份，以为K d≥0.5的煤种其挥发份机及制粉系统选型导则》

5.1 计算方法要点

《电站磨煤5.升级版行业标准DL/T 466-2017

Vdaf多大于15%就有可能起爆。但仔细核算发现导则附表D.1中的K d数据计算有误——所谓的K d≥0.5，实际上系K 见表6。d≥1.0之误，Vvol按式（2）确定。不考虑灰分及固定碳时燃烧所需可燃挥发份的下限（12）挥发份的干燥无灰基低位发热量按式确定：（13）固定碳含量以焦渣中碳含量标记，按式计算：，（12）kJ/kg 表6　附表D.1爆炸等级表

D.1序号

1691114

导则中Kd

0.0.430.510.540.49

核算Kd值

1.31.0440.9221.481.33

按导则较难爆难爆较难爆较难爆难爆

爆炸等级按核算中等中等难爆中等中等

：精确简化式）（按笔者对文献[9]整理变换后的爆炸指数K d计算公式（13） 0.5作为判断是否可能起爆的界限是根本不成立的，而且导由表6可知，由于计算失误，DL/T 466-2017中按K d≥ 5.2 述评

爆炸指数K 见表5。d分级标准，（14） 致了对煤种爆炸等级判断的严重失误。在表6中，除序号9外，DL/T 466-2017对所列煤种起爆界限的判断均不准确。究》一文中，认为K d≤1.5时基本无爆炸倾向的试验结果，DL/T 466-2017中按K d≥0.5作为判断是否可能起爆界限]对照王月明等[7《火电厂煤粉爆炸特性测试方法的研回归到前苏联ВТИ准则试验成果的原位，对爆炸指数K d计算的数据已经处于合理范畴。行标DL/T 466的2017升级版[9]在计算方法上基本上（14）应该指出，计算式实际上就是ВТИ准则的计算式的规定更是明显脱离实际的。（4），（13）但该规范中以一个不完整的元素成分平衡方程式来计算焦渣中碳含量，并据此替代ВТИ准则中的发热量平衡王月明等[7]的试验研究成果来看，将K d≥3.0作为判别易爆煤种的上限将是更加合理的选择；从DL/T 466-2017附录D中对国内60个煤种的计算数据来看，除特殊煤种将K d≥3.5作为判别易爆煤种的上限也不够合理：从方程，对这一改动的必要性、合理性缺乏交代。这一改动对计算结果影响甚微，却给计算工作带来不必要的繁琐和不便，（并且可以Monto褐煤外，其余煤种没有1例是K d≥3.5的92指出，其中序号52“平凉2期煤种”的K d=3.85乃是误算数校正后的计算数据应为据，查该例煤种的元素成分中K Nar、Oar数据二者明显错位，d=2.7）。6. 关于爆炸指数Kd计算方法的简化

6现行规范或文献中.1 计算方法简化的类型

，DL/T 对于爆炸指数K d的确定均沿用繁琐而且容易出错466所推荐的一套方程组逐级计算方法文献[10]以DL/T 。为此466，研究了一步到位的简化计算方法，需要6个歩骤-2017规范方程组为基准。，小二乘法拟合了一组线型方程式来进行估算：，用最 （ 15）计算数据二者相差甚远但实例验算结果发现，估计所拟合的是，按上式与按DL/T DL/T 4666-2017-2004的定性评估价值版本。然而即使调整各项系数也只是一个近似值。，仅具有实际上在更早的文献[2]计算一步到位方法的理念精度不受影响，大大简化了运算过程而且计算中已经建立了对爆炸指数K d理念应用实例。。本文所提供的方程式（4）、（14）等均属此6.2 简化计算方法的应用

算条件是否成立按本文推荐的方程式（4）可用来判别煤粉爆炸性的计性示例的核算如下。以对：DL/T 466-2004条款3.8煤粉爆炸DL/T 466-2004示例中给与的燃煤条件为，Vdaf= 16%，A粉爆炸性d=32.26%不匹配K ，Qnet，daf=22 580kJ/kg，Vd=10.84%。计算的煤d=1.028按式。，爆炸性中等，但这与贫煤煤种条件并（4）计算如下： （16）该重新设置因计算值为负值，后在DL/T ，表明所给与的燃煤条件不成立5145-2012《火力发电厂制粉系，应统设计计算技术规定Q》。如中发现该失误，将燃煤发热量改为不能使用net，daf =33000，应该按方程式kJ/kg4（.2所述该规定的计算方法有误，K 4）来计算，确切的煤粉爆炸性d=0.41，为不爆煤，与煤种条件相匹配。│2021·3│创新企业增刊

7.结论和建议

引用已经经过多年变异历程爆炸指数K d这一指标在国内煤粉制备规范规程中的热量单位制换算失误等原因，出现过多种不同版本，但由于期存在不应有的混乱现象，导致在规程编制和使用上长面，将相关规范条款的修订工作提升到一个新的更高水平，对此必须进行厘清，消除混乱局工作对国内煤种爆炸指数K 。d进行计算和分级标准的制定取王月明等以煤粉爆炸下限热量浓度，宜以全面解读澄清后的ВТИ准则为基准，并充分吸近试验研究成果，使之进一步完善。ELHC为参照的新5145现行有效版本规范中-2012中第3.5节“煤粉的爆炸特性，建议暂停执行”2016的相关条款及其所出版DL/T 条文说明允许有条件地执行，并报请上级主管部门审定确认性（但并不推荐）其中。对于3.8DL/T “煤粉的爆炸466-2017，级标准条款”条款；但停止执行其中更加权威规范出版之前；重新核算勘校修正附表4.4节“煤粉的爆炸性节D.1中的K ”中的分为爆炸指数参考标准。K ，建议暂以本文中的式d计算方法，以本文中的表3及图5(作为分级的1)d数据～(4。)在作本文所推荐的一步到位计算方程来替代现行规范中的联对爆炸指数K d计算方法应该进行简化优化，推荐应用立方程组逐步求解方法。参考文献

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