酒糟烘干系統粉塵爆炸原因及防治措施

(四川省宜賓五糧液集團有限公司，四川宜賓 644000)

0 引言

酒糟是釀酒過程中產生的副產品。2016年全國白酒總產量(按酒精度65度計算)為1358.36萬千升[1]，白酒酒糟產量可達4000萬噸。如能無害化、減量化、資源化、效益化處理這些酒糟，這對消除和減輕環境污染，保護土地資源，同時又變“廢”為寶，造福人類，意義十分重大。

酒糟營養豐富，含有大量的淀粉、粗蛋白等，但酒糟水分含量高(60%～62%)，酸度大(2.0～2.2)[2]，極易腐敗變質，需及時進行處理。目前，酒糟較為徹底的處理辦法是先將酒糟進行烘干(白酒酒糟初期含水量雖高，但不易進行機械脫水，多為直接進入烘干系統進行烘干)，然后進行貯存、運輸和使用。烘干后的酒糟根據需求不同，常用于生產飼料[3]或作為鍋爐燃料進行燃燒[4]。

1 酒糟烘干系統工作原理

酒糟烘干系統主要由熱源、上料機、烘干裝置、傳動裝置、沉降室、旋風除塵器、出料機、煙氣凈化裝置及通風設備等組成。濕糟進入烘干裝置，其內設有多個排列為螺旋形的抄板，通過筒體的旋轉帶動抄板將酒糟不停的揚起，揚起的物料與由加熱裝置傳入的熱源進行充分接觸，加快了烘干傳熱﹑傳質過程，水分不斷蒸發并完成干燥后，再由出料口排出。酒糟烘干裝置可將高水分濕糟經過深度脫水，烘干成含水量為10%～15%的干糟，再用于制做動物飼料、鍋爐燃料等，從而實現酒糟干燥處理的機械化、工業化、自動化。常用酒糟烘干系統布置示意圖見圖1。

圖1常見酒糟烘干系統布置示意圖

2 糟粉爆炸情況分類

酒糟在烘干過程中逐漸失去水分變成了干糟，干糟中含有大量糟粉，其在烘干、輸送及使用過程中普遍存在糟粉飛揚現象，這就需要采取妥善的防范措施，否則極易造成粉塵爆炸事故，給職工生命和企業財產造成重大損失。

通過對酒糟粉塵爆炸情況進行了分析統計，發現其爆炸主要集中在沉降室和旋風除塵器內，酒糟粉塵爆炸根據運行情況可分為以下幾種情況：(1)在低負荷運行過程中發生的粉塵爆燃；(2)在停料壓火過程中發生的粉塵爆炸；(3)在停運檢修過程中發生的粉塵爆炸。

3 糟粉爆炸原因分析

3.1 粉塵發生爆炸的條件

3.1.1 粉塵本身是可燃的

酒糟糟粉是釀酒過程中糧食經粉碎、發酵、摘酒后的副產品，其淀粉、殘糖含量相當高，烘干后完全是一種不導電的可燃性粉塵。

3.1.2 必須具有相當大的比表面積

粉塵比表面積越大，其最小點火能越小，粉塵越易被點燃；粉塵比表面積越大，越易懸浮于空中，越易形成粉塵云。經檢測，糟粉中有一部分顆粒直徑在20μm以內，這些粉塵比表面積相當大，并易長久懸浮在空中。

3.1.3 要有一定的粉塵濃度

粉塵濃度太低，粉塵粒子間距過大，粉塵表面能量較難傳遞，火焰難以傳播。粉塵在外力作用下，能與空氣充分混合形成浮游狀態，隨著單位體積內數量增加，粉塵濃度達到一定的限度，出現粉塵懸浮溶膠狀態，即達到粉塵爆炸的臨界狀態，即粉塵云狀態。

3.1.4 要有一定的氧含量

一定的氧含量是物質得以燃燒的基礎，酒糟在烘干、輸送過程中產生的粉塵也不例外。

3.1.5 要有足夠能量的點火源。

粉塵積聚到爆炸濃度，如果沒有火源引燃粉塵或粉塵溫度未達到最小點火能，粉塵是不會發生爆炸。由于糟粉淀粉含量高，其最小點火能量約為20mJ量級范圍，故只要有微小的電火花或火星，均可引發糟粉爆炸事故。

3.1.6 空間要相對封閉

粉塵云要處在相對封閉的空間內，壓力和溫度方能急劇升高，繼而發生爆炸[5]。糟粉在烘干、輸送過程中，不斷產生粉塵揚析現象，為了防止粉塵污染環境，酒糟烘干系統、輸送設備均為相對封閉的。

3.2 現場粉塵云的形成因素

3.2.1 設計較大的沉降室及旋風除塵器料斗

在烘干裝置出口，設計有一個體積很大的沉降室，好讓煙氣在此擴容減速后，達到氣固分離的目的。同時在旋風除塵器下端，設計有較大體積的旋風除塵器料斗，以便將分離的糟粉貯存起來，間斷排放。當烘干系統正常運行時，引風機開度大，氣流速度高，在經過沉降室及旋風除塵器時，不易形成滯留區。但當烘干系統低負荷運行時；烘干系統停料壓火時(需繼續啟運引風機及烘干滾筒，以防止烘干滾筒高溫變形)；烘干系統正常檢修時(需啟用引見機進行通風換氣)，均需啟用引風機，由于此時所需風量較小，故引風機開度較小，烘干系統內氣流速度相應較低，此時，在沉降室及旋風除塵器料斗內極易形成氣體滯留區。滯留區的存在，為粉塵云的形成創造了條件。

3.2.2 多臺烘干系統共用一臺出料輸送機

一般烘干房為了酒糟的穩定、可靠處理，烘干系統均采用多臺并列布置方式，但為了節約成本，其出料輸送機通常設計為共用設備。為此只要任何一臺烘干系統運行時，出料輸送機就一直處于運行狀態。同時，只要引風機運行，沉降室、旋風除塵器就處于負壓狀態，其下料口如果封閉不嚴，此處就相當于一個吸塵器，可將出料輸送機內揚析的糟粉不斷吸入沉降室或旋風除塵器料斗內。

3.2.3 酒糟特性影響，致使糟粉存在粘壁及陰燃現象

酒糟是釀酒后的殘留物，成分極為特殊，其淀粉、殘糖在高溫熟化作用下，粘性增加，加之煙氣潮濕，沉降室、旋風除塵器內壁襯有耐火砼，為此造成了糟粉粘壁現象。同時酒糟由稻殼和糟粉構成，其中稻殼約占65%，糟粉約占35%。酒糟在烘干加熱的過程中，由于稻殼疏松透氣(其橫斷面存在大量的孔道結構)[6]，可燃基揮發分高(超過80%)[7]，著火點很低(在溫度為300℃左右時就能著火燃燒)。故稻殼的揮發分瞬間就能析出完畢并著火燃燒(揮發分在焦炭還未著火前就已基本析出完畢)，這使得酒糟揮發份燃燒與焦炭的燃燒明顯成兩個獨立的階段，因此，酒糟具有著火容易，燃燼困難的特性。由于酒糟揮發分的析出速率極快，為此我們看見的粘壁糟粉的燃燒通常為糟粉的固定碳燃燒，由于無火焰，故稱之為陰燃。正常情況下，糟粉的粘壁及粘壁糟粉的散落是相生相伴的，但當這些粘壁糟粉一旦受到外力作用或受到局部爆炸的沖擊波影響，即可形成懸浮溶膠狀態，繼而引發爆炸。

上述種種原因，是烘干系統內粉塵云形成的重要因素。

3.3 現場火源來源

(1)明火。如檢修火源等。

(2)高溫物體。如引風機運行時，加熱裝置及烘干滾筒內的一些火星可隨煙氣進入尾部。

(3)電熱能。如各種電氣設備的發熱，電弧、電火花、靜電火花等。

(4)化學熱能。如沉降室及旋風除塵器內存在粘壁粉塵的陰燃火源。

(5)機械熱能。如撞擊熱。轉機的摩擦熱等。

3.4 糟粉爆炸具體原因分析

3.4.1 在運行過程中發生的糟粉爆燃的原因分析。

酒糟烘干系統在運行過程中發生的糟粉爆炸主要集中在低負荷運行時間段。此時，由于引風機開度小，氣流速度低，在經過沉降室(擴容減速)和旋風除塵器(含料斗)時，易在其內形成滯留區，于是從烘干裝置隨煙而來的糟粉；粘壁而散落的糟粉；經下料口從出料輸送機內吸入的糟粉就會在滯留區內越積越多，當達到爆炸濃度范圍時，再遇到火源(如從上游設備內隨煙氣攜來的火星或遇到粘壁粉塵的陰燃火源等)，從而引發了爆炸。

3.4.2 在壓火過程中發生的糟粉爆炸的原因分析。

烘干系統停料壓火時，為了防止烘干滾筒高溫變形，需開啟引風機，由于其開度較小，氣流速度較低，在經過沉降室和旋風除塵器時，易在其內形成滯留區，于是粘在設備內壁而散落的糟粉；經下料口從出料輸送機內吸入的糟粉就會在滯留區內越積越多，當達到爆炸濃度范圍時，再遇到火源(如粘壁粉塵的陰燃火源等)，從而引發了爆炸。

3.4.3 在檢修過程中發生的糟粉爆炸的原因分析。

烘干系統的檢修一般是逐臺按計劃進行，此時，被檢修的烘干系統已下火停爐，且已徹底清灰，但因檢修需要，需開啟引風機進行通風換氣，由于開度較小，氣流速度較低，在經過沉降室和旋風除塵器時，易在其內形成滯留區，于是經下料口從出料輸送機內吸入糟粉就會在滯留區內越積越多，當達到爆炸濃度范圍時，再遇到火源，從而引發了爆炸。(如某廠4#烘干系統正在檢修，且經徹底清灰，其在3#烘干系統發生的粉塵爆炸后幾秒鐘，4#烘干系統就隨即發生了粉塵爆炸，其火源就來源于3#烘干系統。因3#烘干系統發生爆炸時，其火焰從3#下料口竄入共用出料輸送機，再經相鄰4#下料口進入4#烘干系統，從而導致4#烘干系統發生爆炸)。

4 糟粉爆炸的后續影響

4.1 酒糟粉塵爆炸有產生二次爆炸的可能。由于酒糟在烘干過程中，存在糟粉粘壁現象。為此，當發生初始爆炸時，初始爆炸氣浪會將粘壁糟粉震散并揚起，形成飛揚的粉塵云，這些粉塵云再被初始爆炸灼熱余物再次點燃。從而發生二次爆炸。這種連續爆炸會造成更大的破壞。

4.2 粉塵爆炸會產生有毒氣體。由于粉塵爆炸時間短，可燃性物質易引起不完全燃燒，其燃燒產物中含有大量的二氧化碳、一氧化碳、硫化物等，會給搶救工作造成很大的難度。

5 防治措施

針對酒糟發生粉塵爆炸的條件、粉塵云的形成因素及火源來源等，現場采取了一系列防治措施。

5.1 采取結構性防爆措施

烘干房的結構與布局符合GB 15577—2018《粉塵防爆安全規程》相關規定。

5.2 避免或抑制粉塵云的形成

5.2.1 取消沉降室，合理設計出料裝置，以達到消除滯留區的目的。

5.2.2 取消旋風除塵器料斗，避免糟粉在其內部沉積及產生滯留區。

取消沉降室、旋風除塵器料斗后烘干系統優化布置示意圖見圖2。

圖2酒糟烘干系統優化布置示意圖

5.2.3 下料口采用閉風卸料裝置，以達到消除漏風的目的。

5.2.4 烘干系統的出料裝置、旋風除塵器、煙道等設備設施采用不銹鋼制作，以避免或大大降低糟粉粘壁現象。

5.2.5 出料輸送機的線速度不宜過高。如果線速度過高，除易引起軸承過熱外，還會加劇粉塵的揚析，使機內粉塵濃度增高，從而增大爆炸的危險性。

5.2.6 在烘干系統內容易積塵的地方，應設置自動清灰裝置及清灰口，以便定期進行清理。

5.3 避免形成點火源

5.3.1 避免明火與粉塵的接觸，如檢修時嚴禁吸煙，焊接前清掃周圍的粉塵等。

5.3.2 按烘干系統操作規程嚴格控制烘干裝置出口煙溫，防止火星進入尾部與粉塵接觸。

5.3.3 避免各種電氣設備的過熱，電弧、電火花、靜電火花等。

5.3.4 避免來自金屬的摩擦、研磨、沖擊等產生的機械過熱及火花等。

5.4 采用防爆電氣設備措施

根據《危險場所電器防爆規范》相關規定，有粉塵懸浮和飛揚的場所內嚴禁明火和火花產生，所有電氣設備采取防爆措施，電器設備的外殼、金屬框架、金屬配線及其配件、電纜保護管、電纜的金屬護套等非帶電的裸露金屬部分均接地；防爆撓性連接管無裂痕、孔洞、機械損失、變形等缺陷；整個電氣線路有專人進行經常維護和檢查，并有相應檢查記錄等。

5.5 采用泄爆及隔爆措施

5.5.1 在烘干系統下游設備及煙道上合理布置泄爆裝置。當粉塵發生爆炸時，壓力沖破泄爆口能快速釋放，從而降低爆炸的破壞程度。

5.5.2 多臺烘干系統下料口，應避免直接接至共用出料輸料機內，因為一旦有一臺烘干系統發生粉塵爆炸或出料輸送機發生爆炸，火就會沿著出料輸料機進行傳遞，有可能誘發相鄰烘干系統發生二次爆炸。否則，就必須安裝隔爆器。

5.6 安全管理措施

5.6.1 安全生產管理人員必須具備粉塵防爆安全生產知識和管理能力，必須有專職人員專門負責粉塵的防治。

5.6.2 定期進行安全操作規程培訓和防爆知識再教育，讓員工了解粉塵爆炸的內在本質，掌握防塵防爆的基本知識和防治措施。

5.6.3 加強設備內外清灰工作，以消除或大大減少糟粉的聚積。

5.6.4 加強設備檢查、維護工作，防止設備出現過熱及發生撞擊等情況。

5.6.5 在作業區內，應配備足夠數量的消防器材，并確保其安全有效。