煤粉特性及煤磨車間的安全設(shè)計
0前言
無論水泥、冶金還是電力工業(yè)，都要消耗大量的燃煤作為燃料，隨著煤粉制粉工藝技術(shù)的發(fā)展，煤粉制粉系統(tǒng)已由傳統(tǒng)的兩級收塵改為一級收塵，粉磨設(shè)備也由傳統(tǒng)的球磨機改為效率更高的立式磨，收塵器也成為了主要的工藝設(shè)備之一。但由于煤粉其自身存在的易燃易爆特性，因此安全問題就顯得至關(guān)重要。
1煤粉及煤粉制備系統(tǒng)的廢氣特性
1.1煤粉的自燃與爆炸特性
積存的煤粉與空氣中的氧氣長期接觸氧化時會發(fā)熱使溫度升高，溫度升高又會加劇煤粉的進一步氧化，在散熱不良時會使氧化過程不斷加劇，最后使溫度達到煤的燃點而引起煤粉的自燃。在煤粉制粉系統(tǒng)中，煤粉是由輸送煤粉的氣體和煤粉混合成的云霧狀的混合物，它一旦遇到火花就會使火源擴大而產(chǎn)生數(shù)倍大氣壓的大氣壓力，從而造成煤粉的爆炸。
影響煤粉爆炸的因素很多，如揮發(fā)份含量、煤粉細度、氣體混合物的濃度、溫度、濕度、輸送煤粉的氣體中氧的成分比例等。
(1)一般認為，揮發(fā)份大于l0％，其值越大，越易爆炸，揮發(fā)份大于25％的煤粉(如煙煤)，很容易自燃，爆炸的可能性大大增加。
(2)煤粉越細越容易自燃和爆炸，粒徑小于80μm的易于燃爆。
(3)煤粉濃度是影響煤粉爆炸的重要因素。煤粉濃度大于3～4kg/m3(空氣)或小于0.32～0.47㎏/m3(空氣)時不容易爆炸。因為煤粉濃度太高，氧濃度太??；而煤粉濃度太低，缺少可燃物。新型煤粉制粉系統(tǒng)采用立式磨，煤粉濃度在0.50～1.0kg/m3(空氣)之間，發(fā)生爆炸的可能性非常大。
(4)煤粉的著火溫度：500～530℃，自燃溫度：140～350℃。
1.2煤粉制粉系統(tǒng)廢氣特性
在新的煤粉制備系統(tǒng)中，收塵器已不僅是一臺環(huán)保設(shè)備，而是一臺重要的工藝設(shè)備，一般煤粉制備系統(tǒng)的廢氣具有以下特點：
(1)含塵濃度較高，不管是立式磨還是風(fēng)掃磨，廢氣濃度一般都在爆炸范圍內(nèi)；
(2)煤粉成品的粒度細，粒度小于80μm的占80％；
(3)煙氣中氧氣含量視烘干熱風(fēng)來源不同而有差異，以水泥廠來自窯頭篦冷機或窯尾預(yù)熱器的熱風(fēng)作烘干介質(zhì)，熱風(fēng)的成分與空氣相近，含氧量兩種熱源不等，煤磨廢氣的氧氣含量自然也有差異。
1.3煤粉制粉系統(tǒng)火源隱患
在帶烘干粉磨的煤粉制備系統(tǒng)中，存在以下幾種火源隱患：
(1)來自烘干熱風(fēng)氣流帶來的火源；
(2)系統(tǒng)中某些地方長期堆積的煤粉氧化后使局部溫度升高而自燃起火；
(3)系統(tǒng)因靜電積累引起的火花；
(4)其它外部火源。
(1)影響煤粉爆炸的因素中，一個很重要的因素是輸送煤粉的氣體中氧的成分比例，只要很好的控制氧的比例，就能有效的降低爆炸的可能。通常情況下，煤粉烘干熱源有兩個地方，一是窯頭篦冷機，二是窯尾。兩種熱源的氧含量相差很大。經(jīng)分析，篦冷機廢氣中O2體積含量達21％，與空氣中比例相近，而出磨后輸送煤粉廢氣的比例仍高達約17％，尾廢氣的O2含量僅有4.5％，而出磨后輸送煤粉廢氣的比例約7％，這樣比例的氣體，對爆炸能夠起到很好的制約作用。因此設(shè)計中烘干用熱風(fēng)建議從窯尾高溫風(fēng)機后垂直風(fēng)管上抽取。
(2)在控制進磨風(fēng)溫的環(huán)節(jié)上，有兩種選擇，一種是摻冷風(fēng)，通過電動調(diào)節(jié)閥摻入新鮮空氣，可以很好地控制進磨熱源風(fēng)溫，但熱源的O2含量將會隨之增加。第二種選擇是摻入循環(huán)風(fēng)，以控制進磨熱風(fēng)的溫度，循環(huán)風(fēng)管的廢氣中O2含量約為7.5％。遠遠小于空氣中的比例。循環(huán)風(fēng)從出煤粉主風(fēng)機管道上抽取。這樣就減少了O2的富集，降低了燃燒的可能性。流程見圖1所示，煤磨系統(tǒng)中所用熱風(fēng)及所摻冷風(fēng)的O2比例見表1所示。
表1各種廢氣的氧氣含量 ％
窯尾廢氣
篦冷機廢氣
新鮮空氣
循環(huán)風(fēng)管廢氣
～4.50
～21.00
～20.94
～7.5
(3)為防止煤磨系統(tǒng)發(fā)生意外爆炸及自燃，增設(shè)CO2滅火系統(tǒng)是非常必要的。在原煤倉、煤粉倉、袋收塵器及煤磨出風(fēng)管上都考慮了CO2滅火。原煤倉設(shè)置了CO分析儀及測溫裝置，在煤粉倉、袋收塵器上安裝了CO+O2氣體分析儀以及測溫裝置。滅火系統(tǒng)的控制方式為自動啟動，半自動啟動，機械啟動(應(yīng)急手動啟動)，即在有人工作或值班時采用半自動啟動，在無人的情況下應(yīng)采用自動啟動。并向中控室提供正常運行、報警、動作三個信號，故障信號采用聲音報警。根據(jù)火災(zāi)產(chǎn)生的原因及其特點，對報警滅火區(qū)域采用管狀溫度探測儀(Pt100)進行探測報警，根據(jù)CO分析儀提供的常開和常閉觸點信號進行自動探測和報警。當(dāng)?shù)玫綀缶盘枺谝?guī)定時間內(nèi)，一定濃度的CO2噴出滅火，從而保護了設(shè)備。CO2滅火分布圖見圖2所示。
(4)一旦爆炸發(fā)生，為了使損失降低到最大限度，因此設(shè)計時在原煤倉、煤粉倉上安裝了返回式卸壓閥，煤粉上升管道上安裝了爆破轉(zhuǎn)向器。
(5)設(shè)計時煤粉倉最好設(shè)置為兩個，即分別設(shè)置窯頭煤粉倉和窯尾煤粉倉，兩倉互不通連，進倉煤粉溜管用氣動閘板閥隔開。當(dāng)一套系統(tǒng)發(fā)生意外，而不影響另一套系統(tǒng)。在煤磨袋收塵的兩端安裝快速截斷蝶閥，以避免收塵器前的火種帶入收塵器或收塵器的火種帶入下一級設(shè)備。
(6)為了防止煤粉的自燃及爆炸，在煤磨車間內(nèi)設(shè)置一個2～3噸容量的小倉，倉內(nèi)加干燥石灰石粉，當(dāng)試運行和大修時，石灰石粉撒入煤磨或覆蓋倉頂，避免煤粉和空氣的直接接觸，從而能夠有效避免煤粉的自燃。
(7)煤粉制備車間的混凝土樓梯設(shè)計在車間建筑物的外面，以防一旦發(fā)生爆炸時，人員能夠安全的從樓梯撤離。
(8)當(dāng)煤磨袋收塵器內(nèi)的煤粉發(fā)生燃燒時，會放出大量的氣體及熱量。為了讓損失降低到最低限度，收塵器本體設(shè)置了防爆裝置。防爆裝置的作用就是在收塵器內(nèi)氣體發(fā)生燃燒爆炸時，釋放爆炸所產(chǎn)生的壓力，以防止收塵器結(jié)構(gòu)的損壞。根據(jù)所要設(shè)計的收塵器的容積以及所收集煤粉的特性計算出所必需的卸壓面積，再根據(jù)卸壓面積合理的計算，得出防爆閥的大小及數(shù)量。一旦爆炸時，防爆閥炸開，保護了收塵器本體，有效的降低了損失。
