煤粉加工磨细制备系统的安全操作规范

煤粉喷吹燃烧技术以它高效能完全燃烧,已广泛应用于火力发电、金属冶炼、干法生产水泥等领域中。笔者参加一个引进的干法生产水泥工程项目的监理,这个生产线的窑外强化预热预分解以及回转窑的烧成工艺均采用了煤粉喷吹燃烧技术。为胜任工作收集了国内外有关煤粉制备的防火防爆安全技术文献,将煤粉制备过程中发生爆燃的机理及预防措施,取其精要,汇集成文,供同行参阅,发现谬误祈望指正。
煤粉制备和运输燃烧过程,都有发生自燃或者爆炸的危险,特别是职工产生麻痹思想时,危险更大。许多国家的煤粉制备车间,都发生过煤粉制备设备爆炸事件,造成惨痛损失。现在所有国家,工厂都制订了严格的安全操作制度和安全规程。更近若干年,煤粉制备厂商根据有关安全规定,在装备上采取了可靠措施,以防止自燃或爆炸事故发生。目前有三种不同的类型:
⑴通以惰性气体,使设备内流动煤粉气流中的含O2量在10%以下,将系统惰化,若超过10%时,自动报警,超过12%时自动切断电源并停车。
⑵使煤粉制备过程中的所有设备结构强度,能抵抗得住爆炸时的压力70~80 MPa(都是值),而不致造成变形或损坏。
⑶使煤粉制备运输设备的每一个单元,能抵抗得住12~40MPa(都是值)的压力,并在各处设有可靠的防爆阀或安全阀,例如,对于煤粉仓,必须保证煤粉呈流态状,以防堵塞,沉积自燃,或者充以CO2或N2等惰性气体,或加安全阀,同时还必须装设能够连续监测温度、CO含量的仪表、报警或自动控制装置,以及仓满指示器及自动停止供料的装置等。
煤粉制备过程中常见的事故有两种情况:
⑴在堆积状态下的煤粉,氧化速率超过散热速率,就会出现自燃现象。磨机运转或停转中,系统中某些沉积的煤粉容易发生自燃,如收尘器内某些死角,灰斗沉积的细煤粉等。煤粉堆积时自燃温度在120~150℃, 60℃以下较为安全。要严格控制磨机系统中的CO含量,当CO浓度达到700 ppm时,就应停止磨机运转,并进行处理。因此防止系统中的细煤粉沉积,防止漏风,是预防自燃的重要措施。
⑵当煤粉很细时,在悬浮状态下,直接与空气接触,一旦引燃就能迅速发生氧化反应发生爆炸。根据许多次爆炸事故的分析,发生爆炸必须具备四个条件:①可燃性物质高度地分散;②气体中可燃性物质的浓度已达到可爆炸极限之内;③可爆气体达到可爆的程度;④存在火源。经验证明,四个条件中任何一个条件在生产过程中得到有效地控制,就可以有把握地防止爆炸发生。
现将两种煤粉的自燃和爆炸的有关数据列表如下,并对爆炸有关的问题加以探讨。
⑴可燃物质的分散度与可爆极限:煤粉粒度大到1 mm也会发生爆炸,其上限一般为0. 5~0. 8mm,而在煤粉制备系统中,其粒度要比1 mm小得多。煤粉在气体中的危险程度(单位体积所含煤粉量),更下限为13~15 g/m3。在实际操作中,其浓度很高,可爆量的上限是在几千g/m3。一般认为,煤粉的爆炸范围为每N m3气体中含煤粉150~1500g;实际上,这种极限范围的变动是很大的,浓度在一定的煤粉细度,以及其它可燃物质的含量下,其浓度是极不相同的,但极限范围内,都是可能爆炸的。
⑵火源与气体中的含氧量:在实际操作中引起爆炸的原因,多是有火源引起。虽然煤粉的自燃是常见的,但如果没有足够的氧气,它也燃烧不起来。气体中含氧量更好控制在14%以下。
因此利用回转窑尾,即悬浮强化预热器排出的热气流(燃烧过的废气),是一种很好的惰性气体。
许多国家在总结了煤粉制备车间发生爆炸事故经验教训之后,一般采取以下几方面的措施:
①改进燃烧系统的连锁程序,在点火排气前要加强磨机的通风,此时可以不考虑氧的浓度。通过磨机的清扫空气量,要能够使整个设备换气3次。新鲜空气可由供热风炉和混合空气的风机供给。
②改进磨机的操作方法,以便在短时间停磨时,尽可能消灭任何火源。经验说明,真正易于发生爆炸危险的情况,不是在正常运转时,而是磨机等设备在启动或停车之时。在运转中,如果不能保持煤粉的安全浓度和氧含量低于可燃极限值(即低于爆炸范围),则必须防止任何火源。
⑶在布置上要考虑在磨头能加入惰性粉料,停车后,必须使留存在煤粉其它设备连续运行到放空为止。由于分离器排出的粗粉继续从磨头喂入,这就出现了一个不可忽视的危险,即在停磨后送回磨头的粗煤粉,可能成为爆燃的根源。为了防止这一危险,可以在磨头加入惰性粉料,以杜绝因此而引起的爆炸事故。
⑷扩大CO监视系统。热敏元件只能监测焖火区的存在。在旋风筒气体出口处、风机出口和电收尘器等处,装设红外线分析仪,则可同时监测系统中CO含量状况。
⑸防止燃烧措施,即在客易发生燃烧事故的地方,设置CO2泡沫及粉末灭火装置,以防万一。
⑹采用破裂板装置。为了在发生爆炸时产生的压力,可在系统中的适当位置装设防爆阀式破裂板。破裂板可用0. 5 mm厚的铝板,上面切槽,以保证其在一定压力极限下,及时破裂释放压力。总之,煤粉制备系统的防爆措施可分为以下三种:
一次防爆:即防止和限制可爆气体的形成,例如引进预热器的燃烧废气,使煤磨系统在惰性状态下操作(即系统惰化),防止漏风、控温等。