淺談水泥工廠煤磨系統的安全生產

劉永強

中材建設有限公司（100176）

淺談水泥工廠煤磨系統的安全生產

劉永強

中材建設有限公司（100176）

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

1 生產中的關注點

1）料堆的控制:堆棚的設計和管理應依據煤的粗細程度以及揮發分的比例。例如，很細并且揮發分高的煤堆需要壓實并且限制高度。

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

3）煤磨車間操作時，窯尾廢氣的氧含量要低于12%，或根據煤中揮發分的比例控制得更低:首先要掌握氧含量的限定值與揮發分的關系；其次，通過常規性的檢查控制系統的漏風，在類似沒有窯尾廢氣的特殊場合，需要合理的低水分在進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：磨機進口溫度需要根據揮發分比例的不同限定在200～250℃之間，或更低。

5）布袋收塵器監測O2及CO的濃度:一些系統僅對收塵器的CO進行檢測。為了安全操作，限定O2的濃度是非常必要的。磨機的操作需要加入氣體分析儀O2濃度的連鎖。

6）監測原煤倉及煤粉倉CO濃度:一氧化碳濃度是原煤倉及煤粉倉的早期預警信號，磨機操作要有CO濃度的連鎖。

7）接地排及收塵器濾袋接地:在可能產生近點的區域合理的設計并安裝接地排，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維持在高標準；防爆門應具備自動復位功能。設計合理的防爆門能釋放爆炸的沖擊力，避免人員和設備受到損壞；新建工廠應避免使用防爆片及非自動復位式的防爆門;應用標識標明危險區域。

9）準備充足的滅火設施:如果有液態CO2，應選擇灌裝的液態CO2作為滅火劑；如果沒有液態CO2，可用安裝有重量計量裝置的瓶裝CO2。CO2滅火系統遠程控制和自動控制;滅火劑的存儲量應足夠，布袋收塵器應配備快速切斷閥以提高滅火效率。

10 ）工廠操作中切實使用溫度、氣體分析儀，O2及CO含量的連鎖。

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

2 生產中高危燃料的使用

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

1）專業的第三方核實檢驗設備及系統的防爆壓力。

2）所有的泄爆門均需要為自復位型，且需要引致室外。

3）只用使用液態散裝罐儲存CO2的滅火系統，并且能遠程及自動控制。

4）磨機、收塵器、煤粉倉配備生料粉噴撒裝置。

5）試驗檢測燃料特征，包括:①測試燃料粉塵氣體與熱表面接觸的著火溫度，試驗結果確定磨機進口氣體溫度的報警值并設定連鎖；②燃料粉塵氣體中的氧含量,用于設定收塵器出口的氧含量值；③通過爆炸試驗評估出最大爆炸壓力Pmax以及壓升率Kst,用于評估煤磨車間的設備及系統的防爆設計。

3 原煤處理及料堆控制

為了避免煤堆自燃，在20℃及以上儲存的原煤，存期與揮發分的關系如下:

揮發分＜15%的煤及無煙煤、石油焦儲存期為4個月；15%＜揮發分＜25%的煤儲存期為2至3個月；25%＜揮發分＜35%的煤儲存期為1個月；揮發分＞35%的煤儲存期為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、壓實度，開采時間等有關系，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，料堆疏松等都會增加煤堆自燃的風險。

水泥工廠原煤料堆的高度控制原則如下:

15 %＜揮發分＜25%的煤堆高要控制在8～10 m；25%＜揮發分＜35%的煤堆高要控制在6～8 m;揮發分＞35%的煤儲堆高要控制在6 m以下。

4 煤磨滅火系統

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劃停產或非計劃停產（如燒成系統緊急維修）但無法清空煤粉倉時的一種常用辦法。在煤粉倉內煤粉的上表面形成25～50 cm后的生料粉層（生料毯），可保持倉內煤粉安全儲存48 h。煤粉倉內形成生料毯的辦法有兩種:

1）通過氣力輸送系統加入煤磨系統的風路中，生料粉通過收塵器收集并進入煤粉倉。

2）通過入磨皮帶機將生料粉喂入磨內，后通過磨機系統風路進入煤磨收塵器，進入煤粉倉。

不論哪種加入方式，磨機的風路系統均需要運行。生料粉的加入需要適當考慮余量。

4.2 惰性氣體

CO2氣體的噴入可以大幅度的而降低保護區內的氧含量。

CO2滅火系統的選擇原則如下:

1）磨機、選粉機、旋風筒、收塵器、風路、煤粉倉按照2 kg×2/m3確定CO2的存儲量。

2）可用氣體儲量應按照大于每立方米保護區容積4 kg CO2考慮。

3）噴射時間大約為30 min，要避免快速噴入導致的煤粉懸浮。

4）液態CO2儲存壓力為18 bar，儲罐內的液態CO2應通過制冷機組維持在-40℃。使用時通過蒸發器氣化。

5）CO2的噴射壓力保持在4 bar以下。

6）CO2儲罐需要安裝在稱架上計量重量，2 t CO2為儲量下限。

7）CO2系統需要能實現遠程驅動和自動驅動。

5 溫度控制

為了避免煤磨系統爆炸或火災的風險，各位置溫度需要按照設計要求嚴格控制:正常操作溫度、高位報警溫度、極限溫度等。

6 CO及O2控制

1）CO氣體分析儀探頭的設置位置（原煤倉頂、磨機進口、收塵器出口、煤粉倉頂、預熱器出口）及設置高位報警值和極限值。

2）O2氣體分析儀探頭的設置位置（預熱器出口、磨機進口、收塵器出口）及設置高位報警值和極限值。

7 泄爆門及設備的防爆壓力

煤磨系統需要在適當的位置設置泄爆口，包括:原煤倉頂（封閉結構的原煤倉），管磨機至選粉機管道，磨機、風機、螺旋輸送機、卸料器、磨機至收塵器管道，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 系統可能導致煤磨系統起火的原因分析及處理辦法

1）可能導致系統起火的操作

①喂料水分過大進而提升磨機進口溫度。②磨機出口溫度過高導致煤被過度烘干。③系統漏風過多或烘干所需要預熱器熱風過少導致的收塵器出口O2含量高，此時應盡量減少系統漏風，并通過使用磨內噴水加大預熱器熱風的用量。④操作時系統風量過低。⑤磨機重新啟動時啟動間隔過短。⑥磨內沉積的煤粉導致啟動時收塵器爆炸。⑦系統停機但未冷卻的情況下開啟檢查門或防爆門。⑧高揮發分含量的煤細度偏高。

2）收塵器起火的操作

當CO濃度過高或收塵器進出口溫差大于10℃可判斷收塵器內部已經起火，此時的緊急操作應包括:

①系統自動緊急停車，收塵器進出口快速切斷閥自動關閉。②按照2 kg/m3向收塵器內噴入CO2。③監測O2及CO的濃度變化，如果沒有降低，持續噴入CO2。④車間水消防系統準備后續救護。

3）煤粉倉內起火的操作

潛在的煤粉倉起火可以通過倉內溫度以及CO濃度變化進行檢測，如果倉內起火，系統操作步驟如下:

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

4）燒成系統停機是煤粉倉內起火的操作

如果燒成系統停機，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，使倉內煤粉上層形成至少25 cm厚的生料毯。②倉頂收塵器停機。③如果倉內煤粉溫度達到200℃極限溫度，則需要倉壁外側噴水降低溫度（需要去除保溫層）。④聯系消防部門。

5）磨內起火操作

綜合磨機進出口溫度過高以及收塵器CO濃度可以判斷磨內起火，應進行如下操作:

①系統緊急停車。②向磨內噴入CO2。③持續監測磨內情況，如無好轉，則增加CO2噴入量，并向磨內注入生料粉。