制粉系统爆炸就是煤粉的爆炸, 是一种压力急剧上升的燃烧过程。煤粉以一定的浓度分散在空气中, 一旦遇到适当的点燃能, 就会发生燃烧并迅速传播, 导致连续不可控制的燃烧, 这就是煤粉的爆炸。
煤粉燃烧和爆炸通常要具备3个条件, 即可燃物浓度、氧气浓度及引燃 (爆) 能量, 只有当这三个主要因素同时存在的情况下, 才有发生爆炸的可能性。
煤粉产生爆炸, 主要和煤粉的浓度、细度、挥发分含量有关。气体中的煤粉浓度:一般说来, 煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3, 上限浓度为1000～2000g/m3。其中爆炸力最强的浓度范围为300～500g/m3。在这一浓度范围内, 当遇到火花或明火条件时, 煤粉会产生着火, 就可能产生爆炸。煤粉细度:煤粉越细, 爆炸危险性越大。对于烟煤, 当煤粉粒径大于100μm时, 几乎不会发生爆炸。挥发分含量:当挥发分>25%时, 爆炸危险性增大;挥发分愈高, 爆炸危险性越大。
氧气浓度大于16%, 易引起燃爆, 须采取相应的防燃爆措施。表1为不同煤种发生爆炸时的氧气浓度极限值, 当氧气含量小于极限值时, 肯定不会发生爆炸。
煤粉制备中, 引燃 (爆) 能量就是火花或明火。当达到煤粉着火温度时, 会急剧燃烧产生爆炸。因此要严格控制有关部位的温度指标。
气粉混合物流速过低, 会沉积而引起自燃;流速过高, 会引起静电火花导致爆炸。一般流速控制在16～30m/s范围较适宜。
根据引发煤粉爆炸事故基本事件的结构重要度, 制定下列预防措施。防止粉尘积聚到爆炸极限;增强通风, 防止煤堆自燃;防止运作设备发生静电放电;电器设备应采用防爆型;防雷设施要完好;严禁带明火进入工作区;电气线路布置应规范。
制粉系统的防爆设计包括燃料检验、管道设计、惰化系统、灭火装置和控制联锁系统5个基本环节。
煤质检验, 可以充分了解燃料的特性, 制定系统布置方案, 合理地选择设备, 并能控制煤粉的细度, 满足生产要求。还可以排查燃料中混杂其他可燃物, 以免其进入系统引起爆炸。
煤粉系统管道设计要符合《火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》 (DL/T5203-2005) 。煤粉管道全密闭, 不能有停滞区及死角。煤粉管道设计角度要求不小于45°。所有管道内的流速等于或高于输送煤粉所要求的最低流速, 避免煤粉沉积。管道要有防静电接地措施。管道应设吹扫装置。
制粉系统磨煤机和中储式制粉系统须设惰化装置。惰化气体可从氮气、二氧化碳等介质选择。
制粉系统应设置灭火装置, 在系统着火时立即启动。在磨煤机、煤粉仓、煤粉收尘器等处均应设置CO2灭火装置接口。
制粉系统须设置控制联锁系统, 当系统发生异常或故障时, 通过保护、联锁和人工操作, 能够进行紧急事故处理。
陕煤集团张家峁水煤浆厂总建设规模2.0Mt/a, 分二期建设, 产品有水煤浆和煤粉两种。其中, 一期工程建设规模为0.5Mt/a, 设1条制粉生产线, 制粉能力为62.5 t/h;二期工程建设规模为1.5Mt/a, 设3条制粉生产线, 每条生产线制粉能力为62.5t/h。一期工程于2010年9月开始施工, 2012年1月建成投产。生产的煤粉含水分≤1%, 细度为200目, 筛余15%;300目, 筛余20%;400目, 筛余25%。制粉系统的主要设备有磨煤机、袋式收尘器、煤粉通风机、螺旋输送机及斗式提升机。制粉系统严格控制煤磨进气温度并控制入磨热风量, 煤粉制备的袋式收尘器、煤粉仓等均设有泄压阀。
煤磨废气收尘设计时采用了防爆型收尘器。收尘器、煤粉仓内均设有CO自动分析及温度测量装置, 当CO量及气体温度超过一定值时会自动报警, 超过警界值时能在中控室遥控打开CO2灭火装置阀门, 对有关部位喷射CO2气体, 并切断一切可以提供CO气体的通道。
制粉系统各设备之间通过煤粉烟风管道连接。管道连接处、管道与设备接口均采用密封接口, 避免出现漏风而导致氧气含量的增加, 确保整个制粉系统的密闭性。管道设计中, 按照《火力发电厂制粉系统设计计算技术规定》 (DL/T5145-2005) 、《火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》 (DL/T5203-2005) , 根据系统出力计算出管道直径。为避免煤粉的积聚和自燃, 管道多数采取大于45°布置。在磨煤机至收尘器入口管道和收尘器出口至煤粉通风机管道上, 各设置了一个管道防爆门, 避免管道内压力过大产生爆炸。
制粉系统多处设有压力、温度监测仪表, 如磨煤机进出口管道、收尘器进出口管道、收尘器料斗、斗式提升机、煤粉仓等, 实时对整个系统进行监测, 一旦出现异常, 通过控制联锁系统进行调整。对制粉工艺的控制系统采用独立的DCS控制系统作为主要的监控手段, 可以实现现场设备就地控制箱手动操作 (即手动) 、计算机控制系统全自动控制 (即自动) 两种控制方式。就地手动控制仅在设备调试、设备维护阶段以及出现重大故障时使用。
(1) 防爆设计在制粉系统中至关重要, 关系到煤粉厂的安全生产。
(2) 引起制粉系统爆炸的主要因素是可燃物浓度、氧气浓度和引燃 (爆) 能量, 只要保证不同时具备这些因素, 就能有效防止制粉系统的爆炸。
(3) 制粉系统的防爆措施包括防止粉尘积聚到爆炸极限、增强通风, 防止煤堆自燃、电气线路应设有良好的保护装置、防止运作设备发生静电放电、电器设备应采用防爆型、防雷设施要完好、严禁带明火进入工作区、防止人体产生静电火花、电气线路布置应规范。防爆设计包括燃料检验、管道设计、惰化系统、灭火装置和控制联锁系统等5个基本环节。
摘要：煤粉厂制粉系统的防爆是安全生产过程中的重要环节。本文分析探讨了制粉系统爆炸的主要因素, 并提出了多种防爆方法和多项防爆设计, 在工程设计的应用中取得了良好的效果。
关键词：制粉系统,爆炸,防爆措施,防爆设计
[1] 杨国旗, 焦沛.制粉系统爆炸及预防措施[J].西北电力技术, 2000, 6:18～21.
[2] 罗少春.锅炉制粉系统爆炸原因分析及预防措施[J].安徽电力, 2006, 23 (3) :34～35.
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