劉永強(qiáng)

中材建設(shè)有限公司（100176）

淺談水泥工廠煤磨系統(tǒng)的安全生產(chǎn)

劉永強(qiáng)

中材建設(shè)有限公司（100176）

每年水泥工廠的煤磨車間在使用過程中都有火災(zāi)或爆炸等事故發(fā)生。這些事故不僅會(huì)造成極大的損失，從安全的角度講更是不可接受的。這些事故有幾個(gè)原因:惰性氣體防護(hù)不足、檢測(cè)裝置安裝位置不對(duì)或缺乏維護(hù)、設(shè)計(jì)缺陷等等。在安全操作程序缺失的情況下諸多因素綜合到一起導(dǎo)致事故的發(fā)生。希望通過這里的探討使水泥工廠能夠更好的達(dá)到或保持安全操作的狀態(tài)。

1 生產(chǎn)中的關(guān)注點(diǎn)

1）料堆的控制:堆棚的設(shè)計(jì)和管理應(yīng)依據(jù)煤的粗細(xì)程度以及揮發(fā)分的比例。例如，很細(xì)并且揮發(fā)分高的煤堆需要壓實(shí)并且限制高度。

2）通過可靠的儀表檢測(cè)和控制，維持穩(wěn)定的操作狀態(tài):通過常規(guī)檢查確定儀表的精度良好以及設(shè)備功能完善。

3）煤磨車間操作時(shí)，窯尾廢氣的氧含量要低于12%，或根據(jù)煤中揮發(fā)分的比例控制得更低:首先要掌握氧含量的限定值與揮發(fā)分的關(guān)系；其次，通過常規(guī)性的檢查控制系統(tǒng)的漏風(fēng)，在類似沒有窯尾廢氣的特殊場(chǎng)合，需要合理的低水分在進(jìn)磨氣體溫度較低的情況下避免過熱起火。

4）在滿足烘干的情況下，最低溫度操作煤磨：磨機(jī)進(jìn)口溫度需要根據(jù)揮發(fā)分比例的不同限定在200～250℃之間，或更低。

5）布袋收塵器監(jiān)測(cè)O2及CO的濃度:一些系統(tǒng)僅對(duì)收塵器的CO進(jìn)行檢測(cè)。為了安全操作，限定O2的濃度是非常必要的。磨機(jī)的操作需要加入氣體分析儀O2濃度的連鎖。

6）監(jiān)測(cè)原煤倉及煤粉倉CO濃度:一氧化碳濃度是原煤倉及煤粉倉的早期預(yù)警信號(hào)，磨機(jī)操作要有CO濃度的連鎖。

7）接地排及收塵器濾袋接地:在可能產(chǎn)生近點(diǎn)的區(qū)域合理的設(shè)計(jì)并安裝接地排，確保不因靜電起火。

8）防爆門:專家參與檢查，確保防爆門的功能及維護(hù)維持在高標(biāo)準(zhǔn)；防爆門應(yīng)具備自動(dòng)復(fù)位功能。設(shè)計(jì)合理的防爆門能釋放爆炸的沖擊力，避免人員和設(shè)備受到損壞；新建工廠應(yīng)避免使用防爆片及非自動(dòng)復(fù)位式的防爆門;應(yīng)用標(biāo)識(shí)標(biāo)明危險(xiǎn)區(qū)域。

9）準(zhǔn)備充足的滅火設(shè)施:如果有液態(tài)CO2，應(yīng)選擇灌裝的液態(tài)CO2作為滅火劑；如果沒有液態(tài)CO2，可用安裝有重量計(jì)量裝置的瓶裝CO2。CO2滅火系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制;滅火劑的存儲(chǔ)量應(yīng)足夠，布袋收塵器應(yīng)配備快速切斷閥以提高滅火效率。

10 ）工廠操作中切實(shí)使用溫度、氣體分析儀，O2及CO含量的連鎖。

11）避免煤粉在設(shè)備中沉積，避免設(shè)備表面凹凸不平；輸送煤粉的溜槽及管道的水平夾角不低于70度。

2 生產(chǎn)中高危燃料的使用

空氣干基揮發(fā)分大于36%的燃料為高危燃料；粉磨揮發(fā)分大于20%的燃料為高危操作。為了降低使用風(fēng)險(xiǎn)，需要通過重量搭配混合高危燃料和低揮發(fā)分燃料，使混合燃料的揮發(fā)分低于20%。使用高危燃料需要做好以下幾項(xiàng)工作:

1）專業(yè)的第三方核實(shí)檢驗(yàn)設(shè)備及系統(tǒng)的防爆壓力。

2）所有的泄爆門均需要為自復(fù)位型，且需要引致室外。

3）只用使用液態(tài)散裝罐儲(chǔ)存CO2的滅火系統(tǒng)，并且能遠(yuǎn)程及自動(dòng)控制。

4）磨機(jī)、收塵器、煤粉倉配備生料粉噴撒裝置。

5）試驗(yàn)檢測(cè)燃料特征，包括:①測(cè)試燃料粉塵氣體與熱表面接觸的著火溫度，試驗(yàn)結(jié)果確定磨機(jī)進(jìn)口氣體溫度的報(bào)警值并設(shè)定連鎖；②燃料粉塵氣體中的氧含量,用于設(shè)定收塵器出口的氧含量值；③通過爆炸試驗(yàn)評(píng)估出最大爆炸壓力Pmax以及壓升率Kst,用于評(píng)估煤磨車間的設(shè)備及系統(tǒng)的防爆設(shè)計(jì)。

3 原煤處理及料堆控制

為了避免煤堆自燃，在20℃及以上儲(chǔ)存的原煤，存期與揮發(fā)分的關(guān)系如下:

揮發(fā)分＜15%的煤及無煙煤、石油焦儲(chǔ)存期為4個(gè)月；15%＜揮發(fā)分＜25%的煤儲(chǔ)存期為2至3個(gè)月；25%＜揮發(fā)分＜35%的煤儲(chǔ)存期為1個(gè)月；揮發(fā)分＞35%的煤儲(chǔ)存期為1至4周；此外煤堆自燃還與原煤的粒度分布、水分、異物成分、壓實(shí)度，開采時(shí)間等有關(guān)系，粉狀煤的比例高，水分偏高，含黃鐵礦（大于4%）或鐵以及磷含量高，料堆疏松等都會(huì)增加煤堆自燃的風(fēng)險(xiǎn)。

水泥工廠原煤料堆的高度控制原則如下:

15 %＜揮發(fā)分＜25%的煤堆高要控制在8～10 m；25%＜揮發(fā)分＜35%的煤堆高要控制在6～8 m;揮發(fā)分＞35%的煤儲(chǔ)堆高要控制在6 m以下。

4 煤磨滅火系統(tǒng)

以下是水泥工廠煤磨車間常用的生料粉或惰性氣體滅火。

4.1 生料毯

生料毯主要用于工廠在計(jì)劃停產(chǎn)或非計(jì)劃停產(chǎn)（如燒成系統(tǒng)緊急維修）但無法清空煤粉倉時(shí)的一種常用辦法。在煤粉倉內(nèi)煤粉的上表面形成25～50 cm后的生料粉層（生料毯），可保持倉內(nèi)煤粉安全儲(chǔ)存48 h。煤粉倉內(nèi)形成生料毯的辦法有兩種:

1）通過氣力輸送系統(tǒng)加入煤磨系統(tǒng)的風(fēng)路中，生料粉通過收塵器收集并進(jìn)入煤粉倉。

2）通過入磨皮帶機(jī)將生料粉喂入磨內(nèi)，后通過磨機(jī)系統(tǒng)風(fēng)路進(jìn)入煤磨收塵器，進(jìn)入煤粉倉。

不論哪種加入方式，磨機(jī)的風(fēng)路系統(tǒng)均需要運(yùn)行。生料粉的加入需要適當(dāng)考慮余量。

4.2 惰性氣體

CO2氣體的噴入可以大幅度的而降低保護(hù)區(qū)內(nèi)的氧含量。

CO2滅火系統(tǒng)的選擇原則如下:

1）磨機(jī)、選粉機(jī)、旋風(fēng)筒、收塵器、風(fēng)路、煤粉倉按照2 kg×2/m3確定CO2的存儲(chǔ)量。

2）可用氣體儲(chǔ)量應(yīng)按照大于每立方米保護(hù)區(qū)容積4 kg CO2考慮。

3）噴射時(shí)間大約為30 min，要避免快速噴入導(dǎo)致的煤粉懸浮。

4）液態(tài)CO2儲(chǔ)存壓力為18 bar，儲(chǔ)罐內(nèi)的液態(tài)CO2應(yīng)通過制冷機(jī)組維持在-40℃。使用時(shí)通過蒸發(fā)器氣化。

5）CO2的噴射壓力保持在4 bar以下。

6）CO2儲(chǔ)罐需要安裝在稱架上計(jì)量重量，2 t CO2為儲(chǔ)量下限。

7）CO2系統(tǒng)需要能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)和自動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

5 溫度控制

為了避免煤磨系統(tǒng)爆炸或火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，各位置溫度需要按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制:正常操作溫度、高位報(bào)警溫度、極限溫度等。

6 CO及O2控制

1）CO氣體分析儀探頭的設(shè)置位置（原煤倉頂、磨機(jī)進(jìn)口、收塵器出口、煤粉倉頂、預(yù)熱器出口）及設(shè)置高位報(bào)警值和極限值。

2）O2氣體分析儀探頭的設(shè)置位置（預(yù)熱器出口、磨機(jī)進(jìn)口、收塵器出口）及設(shè)置高位報(bào)警值和極限值。

7 泄爆門及設(shè)備的防爆壓力

煤磨系統(tǒng)需要在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置泄爆口，包括:原煤倉頂（封閉結(jié)構(gòu)的原煤倉），管磨機(jī)至選粉機(jī)管道，磨機(jī)、風(fēng)機(jī)、螺旋輸送機(jī)、卸料器、磨機(jī)至收塵器管道，收塵器粉塵氣體室，煤粉倉頂。泄爆口均需要通過管道連接到室外。

8 系統(tǒng)可能導(dǎo)致煤磨系統(tǒng)起火的原因分析及處理辦法

1）可能導(dǎo)致系統(tǒng)起火的操作

①喂料水分過大進(jìn)而提升磨機(jī)進(jìn)口溫度。②磨機(jī)出口溫度過高導(dǎo)致煤被過度烘干。③系統(tǒng)漏風(fēng)過多或烘干所需要預(yù)熱器熱風(fēng)過少導(dǎo)致的收塵器出口O2含量高，此時(shí)應(yīng)盡量減少系統(tǒng)漏風(fēng)，并通過使用磨內(nèi)噴水加大預(yù)熱器熱風(fēng)的用量。④操作時(shí)系統(tǒng)風(fēng)量過低。⑤磨機(jī)重新啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)間隔過短。⑥磨內(nèi)沉積的煤粉導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)收塵器爆炸。⑦系統(tǒng)停機(jī)但未冷卻的情況下開啟檢查門或防爆門。⑧高揮發(fā)分含量的煤細(xì)度偏高。

2）收塵器起火的操作

當(dāng)CO濃度過高或收塵器進(jìn)出口溫差大于10℃可判斷收塵器內(nèi)部已經(jīng)起火，此時(shí)的緊急操作應(yīng)包括:

①系統(tǒng)自動(dòng)緊急停車，收塵器進(jìn)出口快速切斷閥自動(dòng)關(guān)閉。②按照2 kg/m3向收塵器內(nèi)噴入CO2。③監(jiān)測(cè)O2及CO的濃度變化，如果沒有降低，持續(xù)噴入CO2。④車間水消防系統(tǒng)準(zhǔn)備后續(xù)救護(hù)。

3）煤粉倉內(nèi)起火的操作

潛在的煤粉倉起火可以通過倉內(nèi)溫度以及CO濃度變化進(jìn)行檢測(cè)，如果倉內(nèi)起火，系統(tǒng)操作步驟如下:

①停止向倉內(nèi)繼續(xù)喂入煤粉；停止倉頂收塵器工作,倉充氣疏松系統(tǒng)由壓縮空氣切換為CO2。②維持倉卸料系統(tǒng)的工作，將熱煤粉喂入燒成系統(tǒng)。③CO2系統(tǒng)啟動(dòng)，無料空間按照2 kg/m3注入；噴射時(shí)間應(yīng)保持在15～30 min以上，以避免倉內(nèi)氣流波動(dòng)及管道凍結(jié)。④如果倉內(nèi)溫度仍然上升，則需要加大CO2的噴射量，縮小時(shí)間間隔。

4）燒成系統(tǒng)停機(jī)是煤粉倉內(nèi)起火的操作

如果燒成系統(tǒng)停機(jī)，并且惰性氣體滅火效果不夠明顯的情況下，則需要以下操作:

①向煤粉倉注入生料粉，使倉內(nèi)煤粉上層形成至少25 cm厚的生料毯。②倉頂收塵器停機(jī)。③如果倉內(nèi)煤粉溫度達(dá)到200℃極限溫度，則需要倉壁外側(cè)噴水降低溫度（需要去除保溫層）。④聯(lián)系消防部門。

5）磨內(nèi)起火操作

綜合磨機(jī)進(jìn)出口溫度過高以及收塵器CO濃度可以判斷磨內(nèi)起火，應(yīng)進(jìn)行如下操作:

①系統(tǒng)緊急停車。②向磨內(nèi)噴入CO2。③持續(xù)監(jiān)測(cè)磨內(nèi)情況，如無好轉(zhuǎn)，則增加CO2噴入量，并向磨內(nèi)注入生料粉。