摘 要：煤粉制備技術(shù)日趨成熟，在冶金行業(yè)應(yīng)用時，其運行成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)境污染少的優(yōu)點得到業(yè)界的一致好評。文章從煤粉制備工藝出發(fā)，介紹了工藝中所用的主要設(shè)備及其工作原理，根據(jù)工程建設(shè)中的實際經(jīng)驗分析了煤粉輸送管道的設(shè)計及安全防爆等問題。

關(guān)鍵詞：煤粉制備；中速磨煤機；氣力輸送；安全防爆

隨著煤粉制備關(guān)鍵技術(shù)的不斷完善和提升，市場的需求量也不斷的提高，尤其是近年來隨著我國優(yōu)質(zhì)煤炭資源的日漸減少，煤粉制備在電力、鋼鐵、化工等行業(yè)的應(yīng)用得到廣泛的認可。在鋼鐵行業(yè)，為了減少冶煉運行成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低環(huán)境污染等，煤粉制備正逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€非常重要的角色。文章根據(jù)工程建設(shè)中的實際經(jīng)驗并參照相關(guān)單位的生產(chǎn)經(jīng)驗，就煤粉制備及輸送工藝提出一些初步建議。

1 煤粉制備系統(tǒng)工藝描述

煤粉制備在各個行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，其中的工藝流程大同小異，文章是某鎳鐵廠干燥窯和回轉(zhuǎn)窯提供煤粉制備及輸送的工藝描述。整個煤粉制備系統(tǒng)大致可以分為：原煤輸送、煤粉制備、煤粉輸送、沸騰爐系統(tǒng)、煤粉噴吹。

1.1 工藝流程

原煤輸送工藝流程：

地下受料倉→電液動平板閘門→振動給料機→膠帶機→原煤倉

煤粉制備工藝流程：

原煤倉→電子稱重給煤機→中速磨煤機→布袋收塵器→刮板輸送機→煤粉倉 ↓

主排煙風機→大氣

煤粉輸送流程：

壓縮空氣

↓

煤粉倉→倉式泵→窯頭煤粉倉

↓

倉頂布袋除塵器→大氣

煤粉噴吹流程：

羅茨風機

↓

窯頭煤粉倉→轉(zhuǎn)子秤→窯頭燃燒器

↓

倉頂布袋除塵器→大氣

1.2 工藝描述

干煤棚的原煤通過裝載機將其運送到地下受料倉，倉下裝有電液動平板閘門和調(diào)速型電機振動給料機將原煤轉(zhuǎn)運到帶式輸送機上，然后輸送到制粉車間的原煤倉內(nèi)。原煤經(jīng)原煤倉倉下閘門、電子稱重給煤機給入到中速磨煤機，與此同時來自沸騰煙氣爐系統(tǒng)的高溫惰化煙氣在負壓的作用下進入到中速磨煤機，在磨煤機中同時進行原煤的干燥和磨細。合格的煤粉在主排煙風機作用下進入到布袋收塵器，然后落入灰斗中。布袋收塵器灰斗中的煤粉經(jīng)刮板輸送機落至制粉車間的煤粉倉中。氣力輸送設(shè)備倉式泵將煤粉倉里的煤粉在壓縮空氣的作用下，遠距離輸送到干燥窯和回轉(zhuǎn)窯的煤粉倉內(nèi)。煤粉倉內(nèi)多余的氣體通過倉頂布袋除塵器排出，布袋收集的煤粉通過下料落灰管再進入煤粉倉中。

干燥窯和回轉(zhuǎn)窯的煤粉倉下部設(shè)轉(zhuǎn)子秤計量輸送系統(tǒng)，通過羅茨風機將煤粉輸送至窯頭燃燒器或燒嘴內(nèi)。轉(zhuǎn)子秤與煤粉倉內(nèi)多余的氣體通過倉頂布袋除塵器排出，布袋收集的煤粉通過下料落灰管再進入煤粉倉中。

2 主要設(shè)備概述

2.1 中速磨煤機

鎳鐵廠所用到磨煤機是MPS245型中速磨煤機，設(shè)計出粉能力65t/h（原煤HGI=56，水分10%，200目大于80%，煤粉水分大于1%）。中速磨煤機的工作原理都很相似，原煤由落煤管進入磨輥和磨盤之間，在擠壓和碾磨的作用下被粉碎成煤粉。由于碾磨部件的旋轉(zhuǎn)，磨成的煤粉被拋至風環(huán)處。熱風以一定的速度通過風環(huán)進入干燥空間，對煤粉進行干燥，并將其帶入碾磨上部的分離器中。在分離器的作用下，合格的煤粉由干燥劑帶出磨外，引至一次風管。不符合燃燒要求的粗粉返回碾磨區(qū)重磨。在磨煤機研磨過程中，煤中較大的硬物，如石子、煤矸石等經(jīng)中速磨煤機自帶的旋轉(zhuǎn)刮板排至渣箱中，以便定期清理。

中速磨煤機的優(yōu)點：（1）系統(tǒng)簡單、布局緊湊、占地面積小、可露天布置，能降低投資費用；（2）磨輥在磨盤上直接碾壓磨碎物體，磨輥磨盤不直接接觸，能耗低、運行成本低；（3）熱風輸送物料，可以烘干入磨高達15%的物料，烘干效率高；（4）磨輥磨盤不直接接觸，噪音小，磨機采用全封閉系統(tǒng)，負壓工作，環(huán)境污染少；（5）物料在磨機中停留時間短，工作效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2.2 沸騰爐

為了給磨煤機制粉系統(tǒng)提供干燥劑，需要設(shè)置一座燃粒煤沸騰煙氣爐系統(tǒng)，煙氣爐以不大于5毫米的粒煤作為燃料產(chǎn)生高溫惰化煙氣，向制粉系統(tǒng)的磨煤機提供干燥劑。干燥劑系統(tǒng)由煙氣爐本體系統(tǒng)、引送高溫煙氣系統(tǒng)等組成。沸騰爐的優(yōu)點是：（1）對煤的品質(zhì)要求低；（2）沸騰床內(nèi)埋管的傳熱效果約為普通鍋爐管子的5-10倍；（3）沸騰床燃燒溫度低，煙氣中NOX的生成量少，往爐內(nèi)加入適量的石灰石或白云石可以起到脫硫作用，降低了對大氣SO2的排放量，起到環(huán)保的作用。

2.3 氣力輸送

氣力輸送是利用氣流的能量，在密閉管道內(nèi)沿氣流方向輸送顆粒狀物料，是流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用的一種具體形式。稀相輸送和密相輸送在煤粉輸送中是最常用的兩種形式。稀相輸送是輸送管道內(nèi)高速氣體（約18-30m/s）將粉狀物料彼此分散、懸浮在氣流中進行輸送，輸送距離一般小于100米。密相輸送是用高壓氣體壓送物料，氣源壓力可達0.7MPa，特點是低風量和高固氣比，物料在管內(nèi)呈流化態(tài)或柱塞狀運動，輸送能力大，輸送距離長，可達100-1000m。鎳鐵廠的煤粉制備系統(tǒng)是采用密相輸送，制粉車間兩個煤粉倉下各設(shè)一臺倉式泵，用于煤粉的遠距離輸送，兩臺倉式泵管道互為備用，倉式泵輸送介質(zhì)為壓縮空氣，沿程易堵處考慮設(shè)置氮氣助吹裝置。

2.4 羅茨風機

羅茨風機的用途廣泛，遍布污水處理、煙塵脫硫、物料輸送、高爐冶金、瓦斯及易燃易爆氣體輸送等領(lǐng)域。在輸送煤粉方面，羅茨風機具有高效節(jié)能、精度高、噪音低、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、使用方便等優(yōu)點。羅茨風機是一種容積型回轉(zhuǎn)氣體動力機械，兩個相互嚙合但又保持固定嚙合間隙的轉(zhuǎn)子將機殼上的進氣口與排氣口分開，一起做反方向旋轉(zhuǎn)運動，把葉輪型面與汽缸壁所形成的腔體氣體從進氣口擠到排氣口，由排氣側(cè)的高壓氣體回流實現(xiàn)定容積壓縮達到升壓或強制排氣的目的。

3 煤粉輸送管道的設(shè)計

輸送管道直管段采用加厚無縫鋼管，彎頭采用復合陶瓷大曲率半徑耐磨彎頭，三通采用復合陶瓷耐磨三通，連接方式為法蘭類活連接，便于更換和清堵。對于輸送距離在500米以上的氣力輸送，可以采用改變輸送管道管徑的方法來減少壓縮空氣在管道內(nèi)的動力損耗和對管道的磨損，具體操作可以將管道從進料口到用戶點分幾段逐漸增大輸送管道的管徑。

煤粉輸送管道的設(shè)計需注意以下問題：第一，管道曲率半徑與風機風壓相匹配。由于管道曲率半徑設(shè)計不合理將會影響風機的壓頭不能滿足管道系統(tǒng)，就保證不了煤粉正常的輸送和計量系統(tǒng)的穩(wěn)定。當煤粉濃度增大時，會導致阻力增加，一旦超過設(shè)計壓力，管道風速就會下降，造成脈沖或塞流輸送狀態(tài)，甚至發(fā)生堵塞。合理的曲率半徑優(yōu)化是解決此類問題的根結(jié)所在。第二，輸送管道的管徑不能過大。對管道的配置不能抱著寧大勿小的想法而不去精確核算管道直徑。在煤粉輸送管道比較長的前提下，管徑過大，輸送風速過低，就會出現(xiàn)嚴重的管道煤粉沉積現(xiàn)象。隨著煤粉的沉降和重新被吹起，輸送管道內(nèi)的氣體與煤粉混合物的重度會出現(xiàn)大幅度的變化，導致輸送系統(tǒng)出現(xiàn)脈沖或塞流現(xiàn)象，煤粉輸送量和風壓的振蕩加大。這樣對窯系統(tǒng)的熱工況的穩(wěn)定極為不利，對窯系統(tǒng)的產(chǎn)量和質(zhì)量的影響都比較大。第三，煤粉輸送管道直徑不能偏小。管徑設(shè)計小了，輸送管道風速過高，阻力過大，輸送不經(jīng)濟。在風機壓頭不足時會造成煤粉管道的堵塞，使作業(yè)被迫停止。解決此問題需要重新更換大管徑的管道，但由于管道安裝是高空作業(yè)，一旦完成后，更換管道就會費時費力。第四，管道在安裝時需要考慮水平和垂直布置，不能有傾斜段。如果煤粉管道給2個用戶點輸送煤粉時，需要將兩段分支管道設(shè)計成一致的，否則將導致兩分支管道的阻力不一致，形成一邊煤粉量多，另一邊少的情況。在焊接煤粉管道的彎頭時，兩個彎頭之間距離最少為6-8米。燃燒器前的煤粉噴吹管道的長度至少要有6-8米。煤粉輸送旁路管道不能設(shè)置成直角管道，否則將造成煤粉輸送氣流不穩(wěn)。

4 安全防爆措施

煤粉是易燃、易爆的物質(zhì)，且煤粉制備過程會產(chǎn)生有毒、易爆氣體CO，如操作不當或巡檢不到位，不能及時發(fā)現(xiàn)、消除各種不安全隱患，就會發(fā)生爆燃甚至爆炸事故，燒毀濾袋，損毀設(shè)備，使生產(chǎn)系統(tǒng)陷入癱瘓，甚至威脅人的生命安全。因此，為確保煤粉制備系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運行，必須在工藝方面做防爆安全措施的優(yōu)化。

4.1 安裝必要的安全防爆設(shè)備，確保各環(huán)節(jié)安全穩(wěn)定運行

磨煤機、煤粉倉、布袋收塵器、倉式泵均設(shè)置自動充氮緊急滅火防爆設(shè)施；磨煤機、布袋收粉器、煤粉倉設(shè)置安全泄爆裝置；關(guān)鍵部位設(shè)置泄爆孔，帶超壓安全閥；主要設(shè)備、容器和管道應(yīng)設(shè)置接地裝置，防止產(chǎn)生高壓靜電，防雷擊的設(shè)施；煤粉倉設(shè)氮氣流化惰化設(shè)施，防止倉內(nèi)存煤粉時自燃；布袋收粉器的布袋選用抗靜電材質(zhì)等。

4.2 必要的氣體檢測，確保各環(huán)節(jié)氣體濃度在安全范圍內(nèi)

磨煤機入口、布袋收粉器和煤粉倉內(nèi)設(shè)置O2和CO含量的監(jiān)測裝置，嚴格控制O2含量和CO含量，按安全噴吹煤粉工程設(shè)計規(guī)范標準《GB50607-2010》執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)氧含量，當系統(tǒng)中O2含量達到10%時，自動報警，達12%時自動充氮并停機。當CO濃度≥500ppm時報警，≥1000ppm時則進行緊急充氮氣保護。

4.3 必要的溫度檢測，確保各環(huán)節(jié)溫度在設(shè)計范圍內(nèi)

系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中，需要控制入磨正常工作溫度240℃-300℃，最高330℃。出磨氣體溫度應(yīng)控制在65-75℃，不得超過85℃。密切注意袋收塵灰斗溫度的變化，宜控制在小于65℃，超過65℃報警，80℃跳停，跳停后應(yīng)關(guān)閉袋收塵進出口閥門，并噴入惰性氣體，外排煤粉，檢查濾袋。如果灰斗溫度波動較大，應(yīng)停磨檢查收塵情況。

控制煤粉倉溫度，正常情況下煤粉倉錐體溫度應(yīng)在50℃以下，倉位保持在85%狀態(tài)下生產(chǎn)，如錐體溫度持續(xù)上升，應(yīng)降低倉內(nèi)料位；超過85℃且還有上升趨勢，表明煤粉已經(jīng)自燃，應(yīng)立即噴入惰性氣體，阻止燃燒，采取放倉處理措施。

5 結(jié)束語

文章從工程建設(shè)項目實際遇到的問題出發(fā)，簡明介紹了對煤粉制備系統(tǒng)的工藝描述，又對煤粉輸送管道設(shè)計中遇到的問題進行了分析，煤粉制備系統(tǒng)的研究是一個綜合性的問題，除了對系統(tǒng)工藝設(shè)計重視外，還需要混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、建筑、通風、熱力、電氣、自動化等專業(yè)與之配合，共同把煤粉制備系統(tǒng)提高到一個新的臺階。

參考文獻

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