煤粉特性及煤磨车间的安全设计

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　　0前言

　　无论水泥、冶金还是电力工业，都要消耗大量的燃煤作为燃料，随着煤粉制粉工艺技术的发展，煤粉制粉系统已由传统的两级收尘改为一级收尘，粉磨设备也由传统的球磨机改为效率更高的立式磨，收尘器也成为了主要的工艺设备之一。但由于煤粉其自身存在的易燃易爆特性，因此安全问题就显得至关重要。

　　1煤粉及煤粉制备系统的废气特性

　　1.1煤粉的自燃与爆炸特性

　　积存的煤粉与空气中的氧气长期接触氧化时会发热使温度升高，温度升高又会加剧煤粉的进一步氧化，在散热不良时会使氧化过程不断加剧，最后使温度达到煤的燃点而引起煤粉的自燃。在煤粉制粉系统中，煤粉是由输送煤粉的气体和煤粉混合成的云雾状的混合物，它一旦遇到火花就会使火源扩大而产生数倍大气压的大气压力，从而造成煤粉的爆炸。

　　影响煤粉爆炸的因素很多，如挥发份含量、煤粉细度、气体混合物的浓度、温度、湿度、输送煤粉的气体中氧的成分比例等。

　　(1)一般认为，挥发份大于l0％，其值越大，越易爆炸，挥发份大于25％的煤粉(如烟煤)，很容易自燃，爆炸的可能性大大增加。

　　(2)煤粉越细越容易自燃和爆炸，粒径小于80μm的易于燃爆。

　　(3)煤粉浓度是影响煤粉爆炸的重要因素。煤粉浓度大于3～4kg/m3(空气)或小于0.32～0.47㎏/m3(空气)时不容易爆炸。因为煤粉浓度太高，氧浓度太小；而煤粉浓度太低，缺少可燃物。新型煤粉制粉系统采用立式磨，煤粉浓度在0.50～1.0kg/m3(空气)之间，发生爆炸的可能性非常大。

　　(4)煤粉的着火温度：500～530℃，自燃温度：140～350℃。

　　1.2煤粉制粉系统废气特性

　　在新的煤粉制备系统中，收尘器已不仅是一台环保设备，而是一台重要的工艺设备，一般煤粉制备系统的废气具有以下特点：

　　(1)含尘浓度较高，不管是立式磨还是风扫磨，废气浓度一般都在爆炸范围内；

　　(2)煤粉成品的粒度细，粒度小于80μm的占80％；

　　(3)烟气中氧气含量视烘干热风来源不同而有差异，以水泥厂来自窑头篦冷机或窑尾预热器的热风作烘干介质，热风的成分与空气相近，含氧量两种热源不等，煤磨废气的氧气含量自然也有差异。

　　1.3煤粉制粉系统火源隐患

　　在带烘干粉磨的煤粉制备系统中，存在以下几种火源隐患：

　　(1)来自烘干热风气流带来的火源；

　　(2)系统中某些地方长期堆积的煤粉氧化后使局部温度升高而自燃起火；

　　(3)系统因静电积累引起的火花；

　　(4)其它外部火源。

　　2工艺设计上采取的措施

　　(1)影响煤粉爆炸的因素中，一个很重要的因素是输送煤粉的气体中氧的成分比例，只要很好的控制氧的比例，就能有效的降低爆炸的可能。通常情况下，煤粉烘干热源有两个地方，一是窑头篦冷机，二是窑尾。两种热源的氧含量相差很大。经分析，篦冷机废气中O2体积含量达21％，与空气中比例相近，而出磨后输送煤粉废气的比例仍高达约17％，尾废气的O2含量仅有4.5％，而出磨后输送煤粉废气的比例约7％，这样比例的气体，对爆炸能够起到很好的制约作用。因此设计中烘干用热风建议从窑尾高温风机后垂直风管上抽取。

　　(2)在控制进磨风温的环节上，有两种选择，一种是掺冷风，通过电动调节阀掺入新鲜空气，可以很好地控制进磨热源风温，但热源的O2含量将会随之增加。第二种选择是掺入循环风，以控制进磨热风的温度，循环风管的废气中O2含量约为7.5％。远远小于空气中的比例。循环风从出煤粉主风机管道上抽取。这样就减少了O2的富集，降低了燃烧的可能性。流程见图1所示，煤磨系统中所用热风及所掺冷风的O2比例见表1所示。

 

表1各种废气的氧气含量    ％

　　(3)为防止煤磨系统发生意外爆炸及自燃，增设CO2灭火系统是非常必要的。在原煤仓、煤粉仓、袋收尘器及煤磨出风管上都考虑了CO2灭火。原煤仓设置了CO分析仪及测温装置，在煤粉仓、袋收尘器上安装了CO+O2气体分析仪以及测温装置。灭火系统的控制方式为自动启动，半自动启动，机械启动(应急手动启动)，即在有人工作或值班时采用半自动启动，在无人的情况下应采用自动启动。并向中控室提供正常运行、报警、动作三个信号，故障信号采用声音报警。根据火灾产生的原因及其特点，对报警灭火区域采用管状温度探测仪(Pt100)进行探测报警，根据CO分析仪提供的常开和常闭触点信号进行自动探测和报警。当得到报警信号，在规定时间内，一定浓度的CO2喷出灭火，从而保护了设备。CO2灭火分布图见图2所示。

 

　　(4)一旦爆炸发生，为了使损失降低到最大限度，因此设计时在原煤仓、煤粉仓上安装了返回式卸压阀，煤粉上升管道上安装了爆破转向器。

　　(5)设计时煤粉仓最好设置为两个，即分别设置窑头煤粉仓和窑尾煤粉仓，两仓互不通连，进仓煤粉溜管用气动闸板阀隔开。当一套系统发生意外，而不影响另一套系统。在煤磨袋收尘的两端安装快速截断蝶阀，以避免收尘器前的火种带入收尘器或收尘器的火种带入下一级设备。

　　(6)为了防止煤粉的自燃及爆炸，在煤磨车间内设置一个2～3吨容量的小仓，仓内加干燥石灰石粉，当试运行和大修时，石灰石粉撒入煤磨或覆盖仓顶，避免煤粉和空气的直接接触，从而能够有效避免煤粉的自燃。

　　(7)煤粉制备车间的混凝土楼梯设计在车间建筑物的外面，以防一旦发生爆炸时，人员能够安全的从楼梯撤离。

　　(8)当煤磨袋收尘器内的煤粉发生燃烧时，会放出大量的气体及热量。为了让损失降低到最低限度，收尘器本体设置了防爆装置。防爆装置的作用就是在收尘器内气体发生燃烧爆炸时，释放爆炸所产生的压力，以防止收尘器结构的损坏。根据所要设计的收尘器的容积以及所收集煤粉的特性计算出所必需的卸压面积，再根据卸压面积合理的计算，得出防爆阀的大小及数量。一旦爆炸时，防爆阀炸开，保护了收尘器本体，有效的降低了损失。

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