張健 黃澤爾 陳汝萱

【摘 要】由于原煤自身的揮發(fā)性及暴露在空氣中的氧化性，原煤制粉過(guò)程中就會(huì)有自燃和爆炸的可能性發(fā)生。為保證安全生產(chǎn)，文章從立式磨煤機(jī)的磨煤系統(tǒng)原理和煤粉產(chǎn)生自燃、爆炸的必備條件進(jìn)行分析，制定切實(shí)可行的原煤制粉安全工藝，為原煤制粉提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】原煤；制粉；自燃；爆炸；安全工藝

【中圖分類(lèi)號(hào)】TQ536 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）02-0027-03

0 前言

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，節(jié)能減排成為電廠、水泥廠的必備項(xiàng)目。為了滿(mǎn)足國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的需求，達(dá)到節(jié)能減排的效果，許多企業(yè)開(kāi)展了原煤制粉的項(xiàng)目。原煤制粉后，可以大大提高原煤的利用率，減少污染物的排放，因此原煤制粉工藝技術(shù)得到了大力的發(fā)展。然而，由于原煤在制粉過(guò)程中存在易燃易爆的特性，因此制粉過(guò)程中安全工藝設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

1 煤粉的性能及煤粉發(fā)生爆炸的條件

1.1 煤粉的特性

煤粉在與空氣中的氧氣接觸的過(guò)程中會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，在氧化的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱使得煤粉溫度升高，溫度升高又會(huì)加劇煤粉的進(jìn)一步氧化，如果散熱不良，會(huì)使氧化過(guò)程不斷加劇，最后使溫度達(dá)到煤的燃點(diǎn)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(huì)使火源擴(kuò)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。

1.2 影響煤粉發(fā)生爆炸的因素

影響煤粉爆炸的因素很多，如揮發(fā)分含量，煤粉細(xì)度，氣粉混合物的濃度、溫度、濕度和輸送煤粉的氣體中氧氣的含量等。

（1）一般來(lái)說(shuō)，揮發(fā)分含量VR<10%的煤（無(wú)煙煤），是沒(méi)有爆炸危險(xiǎn)的。而VR>25%的煤（如煙煤等），很輕易自燃，煤粉的自燃溫度為140～350 ℃。

（2）煤粉越細(xì)，越輕，越易自燃和爆炸，粗煤粉爆炸的可能性較小。例如，煙煤粒度大于0.1 mm，幾乎不會(huì)爆炸。因此，揮發(fā)分含量大的煤不能磨得過(guò)細(xì)。

（3）煤粉濃度是影響煤粉爆炸的重要因素。實(shí)踐證實(shí)，最危險(xiǎn)的濃度在0.05～2.0 kg/m3，大于或小于該濃度時(shí)，爆炸的可能性都會(huì)減小。制粉設(shè)備中沉積煤粉的自燃性往往是引爆的火源。氣粉混合物溫度越高，危險(xiǎn)性就越大。煤粉爆炸的實(shí)質(zhì)是一個(gè)強(qiáng)烈的燃燒過(guò)程，是在0.01～0.15 s的瞬間大量煤粉忽然燃燒產(chǎn)生大量高溫?zé)煔?，因急速膨脹而形成的壓力波及高速向外傳播而產(chǎn)生的很大的沖擊力和聲音。立式煤磨機(jī)制粉系統(tǒng)煤粉濃度在0.30～1.0 kg/m3，發(fā)生爆炸的可能性非常大。

（4）氣粉混合物中，含氧量越高，越容易發(fā)生自燃和爆炸。實(shí)踐證明，當(dāng)氣粉混物中的氧氣含量≥12%時(shí)，即可發(fā)生煤粉自燃或爆炸。

2 原煤制粉工藝方案設(shè)計(jì)

2.1 工藝方案

立式煤磨機(jī)的制粉工藝如下：喂料機(jī)構(gòu)將原煤運(yùn)送到立式磨中，立式磨通過(guò)研磨機(jī)構(gòu)將原煤磨成煤粉，再由風(fēng)送系統(tǒng)通過(guò)選粉機(jī)分選合格的煤粉，分選合格的煤粉則通過(guò)收塵系統(tǒng)收集，最后運(yùn)送到存儲(chǔ)罐存儲(chǔ)。其制粉過(guò)程如圖1所示。

2.2 工藝分析

由于原煤含有一定的表水和原水（一般為4%～15%），合格的煤粉要求含水量≤1%，故在制粉過(guò)程中都需要進(jìn)行烘干處理。因此，風(fēng)送系統(tǒng)所送的氣體，一般都要經(jīng)過(guò)燃燒爐燃燒加熱處理。經(jīng)過(guò)加熱處理過(guò)的氣體溫度一般為350 ℃左右，大大超過(guò)了煤粉的燃火點(diǎn)。由于煤粉本身具有自燃和爆炸的特性，所以在煤礦制粉工程中必須加入安全工藝設(shè)計(jì)。

3 煤礦制粉安全工藝設(shè)計(jì)

3.1 煤粉發(fā)生爆炸的必要條件

根據(jù)物理原理，我們知道煤粉發(fā)生爆炸的必要條件有3個(gè)：{1}可燃物（煤粉）達(dá)到一定濃度；{2}周?chē)鷾囟冗_(dá)到著火點(diǎn)；{3}氣粉混合物中要有一定的氧含量。三者缺一不可。

3.2 制粉的安全性分析

（1）在原煤制粉的過(guò)程中，為達(dá)到蒸發(fā)水分的效果，一般會(huì)將系統(tǒng)風(fēng)加熱到250 ℃以上，這一溫度已經(jīng)大大超過(guò)了煤粉的自燃溫度，并且在研磨的過(guò)程中由于金屬撞擊也易產(chǎn)生火花，所以在磨粉過(guò)程中通過(guò)氣粉混合物的溫度來(lái)達(dá)到防止爆炸的可能性已經(jīng)不存在了。

（2）由于立式煤磨機(jī)制粉系統(tǒng)中氣粉混合物的煤粉濃度在0.30～1.0 kg/m3，剛好在煤粉易爆的含塵區(qū)間之內(nèi)，如果減少含塵濃度，則影響系統(tǒng)產(chǎn)量，增加生產(chǎn)成品，故通過(guò)控制煤粉濃度來(lái)防止煤粉爆炸也是不可取的。

（3）我們可以通過(guò)燃燒爐的充分燃燒來(lái)控制風(fēng)送系統(tǒng)氣體內(nèi)的含氧量，以求達(dá)到防止制粉過(guò)程發(fā)生爆炸的問(wèn)題。通過(guò)計(jì)算，我們可以獲得燃燒爐燃燒后含氧量在4.5%左右的氣體。而煤粉只有在氣粉混合物中含氧量≥12%的情況下才會(huì)發(fā)生自燃或爆炸，故我們可以通過(guò)控制氣粉混合物的含量來(lái)防止原煤制粉過(guò)程中自燃和爆炸事故的發(fā)生。

3.3 安全工藝設(shè)計(jì)

經(jīng)燃燒爐燃燒過(guò)的氣體含氧量為4.5%左右，溫度一般為350 ℃左右，由于溫度過(guò)高，對(duì)磨機(jī)設(shè)備及收塵設(shè)備都會(huì)造成很大的傷害。磨煤系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)收塵器收塵后排出的尾氣含氧量為7%左右，溫度為70 ℃左右，為了充分利用資源，我們將尾氣的一部分引入風(fēng)送系統(tǒng)中，與燃燒爐燃燒后的氣體進(jìn)行混合。相比直接摻入冷空氣可以降低送入磨機(jī)內(nèi)氣體的含氧量；同時(shí)，可以降低進(jìn)入磨機(jī)氣體的溫度，以到達(dá)符合磨機(jī)溫度要求的氣體。通過(guò)管道調(diào)節(jié)閥，我們可以將最終進(jìn)入磨機(jī)的氣體含氧量控制在8%左右，溫度控制在250 ℃左右。

由于磨煤系統(tǒng)在喂料過(guò)程中會(huì)摻入氧氣，且磨輥軸及返料口存在漏風(fēng)的問(wèn)題，因此都有可能致使磨內(nèi)含氧量升高，引起煤粉自燃或爆炸。為了防止自燃和爆炸，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)置了氧含量檢測(cè)設(shè)備和惰性氣體（這里以氮?dú)鉃槔缁鹧b置。其工藝流程圖如圖2所示。

從圖2中我們可以看出，在整個(gè)制粉工藝過(guò)程中，為了防止煤粉的自燃和爆炸，我們?cè)谀C(jī)入口、磨機(jī)出口、收塵器出口3個(gè)位置設(shè)置了氧含量檢測(cè)點(diǎn)，并配備了氮?dú)夥辣瑴缁鹧b置。根據(jù)前文論述，當(dāng)制粉系統(tǒng)中氧含量超過(guò)12%時(shí)，煤粉則易發(fā)生自燃和爆炸現(xiàn)象。那么，在上述3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)我們?cè)O(shè)置氧含量的檢測(cè)值為11%。當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)位系統(tǒng)氣體中氧含量超過(guò)11%時(shí)，則打開(kāi)相應(yīng)點(diǎn)位的氮?dú)忾y，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)氣體進(jìn)行氧含量的稀釋?zhuān)源藖?lái)保證磨粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)煤粉性質(zhì)的分析，確定了煤粉發(fā)生自燃或爆炸的必要條件；根據(jù)煤粉發(fā)生自燃和爆炸的必要條件，確定了制粉工藝過(guò)程和實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的安全工藝流程。上述原煤制粉工藝和安全工藝設(shè)計(jì)，不僅有效地解決了原煤制粉過(guò)程中的節(jié)能減排的問(wèn)題，而且保證了原煤制粉過(guò)程中的安全運(yùn)行。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]