煤粉系统自燃爆炸原因及改进措施

　　某厂自1994年底投产以来，煤磨系统分别于1995、1997、1998三年发生了4次爆炸事故，造成了煤磨系统的设备损坏，严重影响了生产，并造成重大的经济损失。本文就爆炸原因进行分析、并提出防范措施。
　　1煤磨系统工艺流程及设备概况
　　
　　煤磨系统工艺流程见图1。
　　
　　
　　
　　图1煤磨系统工艺流程
　　
　　该系统采用Φ2.8m×5m+3m的风扫磨，设计能力16～17t/h，使用PPDC96-6(M)袋式除尘器，Φ2500粗粉分离器。设有2台CO气体分析仪，分别监测袋除尘器进、出口以及窑头、窑尾煤粉仓的CO浓度。袋除尘器及2煤粉仓各配有1套CO2自动灭火装置。在粗粉分离器、袋除尘器入口管道、袋除尘器上设计安装了防爆阀。煤磨烘干使用窑尾预热器废气，正常运行时，系统在氧含量较低(6%～10%)的惰性气氛下运行，而且流程简捷。从设计总体上来说，应该是非常安全的。
　　
　　2第一次爆炸现象及原因的初步分析
　　
　　1995年初，正处在生产调试时期，发生了第一次爆炸事故，使系统所有的防爆阀被炸开，袋除尘器箱体变形，袋笼也严重变形而全部报废，布袋全部被烧，现场大火经努力扑救才熄灭。当时认为主要原因是运行操作时煤磨的出口气体温度过高所致。由于煤磨的烘干能力差，烘干后煤粉水分高达3%～4%，严重影响窑的煅烧，甚至使窑头、窑尾的喂煤秤无法正常使用。为了提高烘干能力，降低煤粉水分，将煤磨出口气体温度由一般水泥厂控制的70℃左右，提高到80～85℃。
　　这次爆炸同时暴露了我厂煤磨系统的一些严重问题:
　　1)袋除尘器安装3个防爆阀，防爆阀的阀盖在爆炸的冲击下打开并冲过了检修平台栏杆，由于袋除尘器的检修平台栏杆的设计不合理，爆炸后，阀盖在重力的作用下回扣时，却被检修平台栏杆所阻挡。防爆阀不能重新闭合，使爆炸发生后，不能及时、有效地为袋除尘器隔绝空气，从而加剧了袋除尘器内煤粉及布袋的燃烧。见图2。
　　
　　
　　图2爆炸前后检修平台设计示意
　　
　　2)袋除尘器的CO2灭火装置没能及时、自动启动，延误了灭火时机。当现场手动开启时，又由于防爆阀没有能及时重新闭合，灭火效果差。
　　3)防爆阀数量少，使爆炸的能量不能得到有效的释放，袋除尘器设备受爆炸冲击力较大而受损严重。
　　针对以上情况，作了相应的改进，加宽了检修平台，调试好了袋除尘器CO2灭火装置的自控系统，在磨头、磨尾的风管上增加了2个防爆阀，并降低运行时煤磨出口气体温度至70～75℃。
　　
　　3对4次爆炸事故的进一步分析
　　
　　1997、1998年接连发生了3次爆炸，由于采取上述措施，设备没有大的破坏，只是袋除尘器的布袋被烧，更换布袋后煤磨就又能运行了。
　　通过对这4次系统爆炸情况的对比分析发现:
　　1)自控系统不能预防和阻止爆炸的发生
　　某厂煤磨的自控系统使用的是ABB公司的集散型自动控制系统。就煤磨系统来说，其检测点多，反应迅速，自动化程度高。但煤磨爆炸非常突然，爆炸之前，中控室自控系统所监测到的系统参数没有一点异常，爆炸的瞬间，系统所有的参数都是无征兆地突变，爆炸的整个过程又非常短促，自控系统根本就来不及作出及时的反应。所以我厂煤磨的自控系统不能够预防和阻止爆炸的发生。事实上，我厂的自控系统的扫描周期将近1s，参数的趋势曲线的数据为15s一个平均值，而爆炸的发生为毫秒级。因此中控室显示和记录的系统参数的变化及报警清单中参数的报警先后顺序，无法准确地反映爆炸时系统的真实情况，不可能从中分析出爆炸发生的详细过程。
　　2)爆炸均发生在停磨的瞬间
　　实际上，在煤磨的运转过程中从未发生爆炸。4次爆炸都发生在正常停磨操作过程中，而且都发生在煤磨电动机停的一瞬间。
　　某厂煤磨停磨操作如下:关闭热风阀，停小高温风机，同时打开冷风阀，用冷风扫磨，使出磨气体温度由正常运行时的70℃慢慢降到55℃以下，最后停煤磨主电动机组。从止热风、开冷风到停磨这个过程有5～10min。
　　煤粉发生爆炸要满足以下两个条件:①煤粉与空气混合，其浓度要在45～2000g/m3之间，才能形成爆炸性混合物，否则，只能发生燃烧而不能发生爆炸；②一旦温度过高或有火花才会引爆。
　　在停煤磨时，为了降低系统温度，加入新鲜的冷空气，不可避免形成爆炸性混合物。停磨的一瞬间，由于某种原因偶尔产生火花(由于机械摩擦、电气、静电等)或自燃引爆了混合物，从而发生爆炸。
　　某厂煤磨系统每次爆炸前，CO浓度都正常，而且较低，基本上可以排除是因煤粉自燃而发生爆炸的可能。而且煤磨系统做了很好的接地处理，使用防爆电动机，除尘器使用的是防静电布袋。因此，在防止静电、电气火花的产生方面没有什么更好、更进一步的措施。
　　
　　4改造措施及效果
　　
　　某厂煤磨冷风阀原设计为Φ400mm，而热风管道为Φ800mm，当止热风、开冷风的停磨操作时，磨尾负压会增大许多，此时磨内的通风很小，这样势必增加停磨时煤磨系统内的煤粉浓度，并使停磨后较长时间处在危险的爆炸浓度中。从这一点出发，我厂在1998年煤磨大修时，在磨头增加1个Φ600mm的大冷风阀，修改煤磨作业指导书，停磨时，2冷风阀都完全打开，从而保证在停磨操作时，磨内有较大的通风量，大大降低了磨停时的煤粉浓度，减少了处在危险的爆炸浓度中的时间，减少了发生爆炸的概率。自从加了大冷风阀以后，煤磨再也没有发生爆炸事故。