淺論冶金制粉自動化安全系統工程

張高萍*

（萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司安全管理部，江西 萍鄉 337000）

萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司噴煤生產主要任務是向高爐提供均勻、合格的煤粉，將原煤通過烘干、磨細、收集、篩分等自動化控制工藝制造后，成為合格流動性強的煤粉，利用壓縮空氣或其他氣體作載體，將煤粉輸入高爐。煤粉區域公司已劃分為禁火區域，煤粉的生產輸送及煤粉設備設施的動火作業首要任務將是控制煤粉爆炸。我們在煤粉的生產輸送及設備設施維護檢修工作當中應該要了解并掌握好煤粉的相關知識及生產工藝，只有這樣我們才能有效的防止煤粉在生產輸送及設備設施動火作業過程中的安全工作。

1 研究背景

煤粉的特性及自燃爆炸的條件如下：

粉塵爆炸是指其在爆炸極限范圍內，遇到了明火或溫度（既熱源），瞬間火焰便傳播到整個混合性粉塵空間，化學反應速度很快，與此同時釋放大量的熱，從而形成了高溫及較大的壓力，系統的能量轉化成機械能以及光與熱的輻射，破壞力極強[3]。

煤粉的特性，煤粉是乙類火災危險品，是可燃物質，其具有燃爆性，其爆炸的下限濃度為34g/m3～4734g/m3(粉塵的平均粒徑：5μm～10μm)，著火點范圍在是300℃～500℃。其高溫的表面堆積粉塵（5μm厚）的引燃溫度在580℃～610℃之間。當其于空氣中達到下限濃度值，且經外界的高溫、碰撞、摩擦、振動、明火、電火花等眾多因素作用下會引起爆炸，而后產生的氣浪使沉積的粉塵飛揚，而造成二次爆炸事故。只要在110 g/m3～200 g/m3下煙煤即能形成爆炸性混合物，尤其是當空氣中煤塵含量在300 g/m3～400 g/m3之間，會有最大爆炸威力。煤塵爆炸的同時會產生大量的一氧化碳，使人中毒死亡。

2 現狀及研究意義

揮發分含量、煤粉的細度、溫度濕度、氣粉混合物濃度以及煤粉接觸氣體中的氧的成分比率等等均為影響煤粉爆炸的因素。

一般來講(無煙煤)揮發分含量VR＜10%，是無爆炸危險的，而（煙煤）VR＞25%的煤粉，自燃迅速，有非常大的爆炸可能性。較細的煤粉自燃、爆炸的可能性越大，反之粗煤粉爆炸性較小。煤粉濃度是影響煤粉爆炸的重要因素。引爆的火源往往來源于極易自燃的制粉設備中沉積的煤粉。危險性的大小是由氣粉混合物的溫度高低決定的。

3 噴吹煙煤與噴吹無煙煤有何區別

生產工藝安全存在的困境及難點

其主要區別：煙煤包含揮發分高，有自燃、易爆的特性[2]。嚴密的氣氛保護、溫度控制、滅火及防爆裝置在制輸粉、噴吹等系統中都是必須要存在的，來確保噴吹煙煤的安全作業，而無煙煤則會簡單一些。因此，投資煙煤噴吹設施就會很高。

煙煤的特性：揮發分高，著火點很低，易于燃燒，易被高爐接受，在相同條件下增加噴吹量。煙煤產生的煤氣還原能力強，間接還原的發展都源于含H2量高。較多的熱與氧氣的補充以單位質量內煤完全燃燒是因為煙煤中包括揮發分較高，所以同等條件下其允許的最大噴煤量會較無煙煤小很多。但使用高風溫及富氧是噴吹煙煤的最大特點。

4 方法

煤粉爆炸關聯性，煤粉的爆炸性不僅與它本身的揮發份或者可燃基揮發份相關,還與它的粒度及其比表面積有關。安全噴吹需適當地擴大粒度范圍,但更要根據高爐冶煉的要求決定,為防止煤粉爆炸，控制制粉與噴吹系統氣氛內含氧氣含量需在15%以下。降低氣氛中氧氣含量可啟用充氮氣或熱風爐廢氣的方法。

“火焰長度法”是目前國內主要研究煤粉爆炸性方法,即采用長管式煤粉爆炸性測定儀來測定煤粉爆炸返回火焰的長值,從而表示煤粉的爆炸性。在測定煤粉爆炸特性時，兩個測定參數（爆炸下限和返回火焰長度）一般是通過實驗來確定其爆炸性。爆炸下限指粉塵濃度，是噴入一定裝置內的粉塵云燃燒且維持火焰傳播中最小的,其作為粉塵爆炸性重要參考值。（注：采用20L的爆炸裝置是實驗室通常測定方法.）檢測煤塵引燃后產生的返回火焰長度一般采用長管式煤粉爆炸性測試儀，尤其被噴吹現場廣泛采用，，煤粉爆炸性的強弱決定了該長度的變化是否顯著：該煤粉具強爆炸性是在返回火焰長度大于600mm范圍；而中強度爆炸性是在400mm～600mm之間；弱爆炸性則是小于400mm。

萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司湘東煉鐵廠煙煤為具有中強度爆炸性的煙煤，而（萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司安源煉鐵廠）為無爆炸性煤。

在無煙煤中配入15%～35%的煙煤后，返回火焰長度均為10mm，當煉鐵廠煙煤配比達到40%時，返回火焰長度為20mm。混合煤粉均為具有弱爆炸性。

在萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司安源煉鐵廠無煙煤中配入20%～45%的萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司湘東煉鐵廠煙煤后，返回火焰長度均為10mm。混合煤粉均為具有弱爆炸性。

5 煉鐵廠制粉簡易工藝流程圖

圖1 煉鐵廠制粉簡易工藝流程圖

6 現狀及技術應用過程

煉鐵廠噴煤主要防爆措施與GB16543-2008對照（高爐噴吹煙煤系統防爆安全規程）

綜合上面的對比，我們不難發現煉鐵廠噴煤的主要防爆措施雖然存在一定的欠缺，但經過自動化技術改造后，基本符合國家高爐噴吹煙煤系統防爆安全規程的基本要求。

（1）現狀。煤粉收集區到煤粉倉中間處設置了含氧量在線檢測，氧含量超標有報警裝置，磨煤機入口無氧氣監測裝置。現采用熱風爐廢氣來降低磨煤機入口含氧量，但熱風爐在異常狀況下可能會造成氧含量的升高。

技術應用：購置安裝磨煤機入口氧氣監測裝置增加設置，采用熱風爐在異常狀況時安全聯鎖惰性氣體抑爆系統開啟，達到工藝抑爆的效果。

（2）煤粉設備設施檢修的防范措施。煤粉設備設施檢修存在的危險因素主要為煤粉爆炸。我廠目前在沒有測試設備內煤粉揮發分儀器的情況下，充分依靠煤粉爆炸的條件制定可靠的安全措施，保障動火作業的安全。制粉系統停止運行，煤粉倉內煤粉放至噴吹罐，清除煤粉倉煤粉。煤粉倉沉積的煤粉不能完全清除，首先考慮惰性氣體抑爆措施。最后采用向煤粉倉內充入氮氣，降低煤粉倉內氧氣濃度及抑止爆炸極限的條件，從而達到抑爆的目的。

7 結語

無煙煤中摻入一定比例的煙煤混合噴吹將有利于高爐的冶煉且縮小高爐冶煉的成本，高爐煤粉噴吹是國內外高爐煉鐵技術發展大趨勢，是針對煉鐵系統結構優化方面的重要環節，因此在煉鐵生產及設備維護工作當中，各級人員應當高度重視煤粉防爆的安全措施，嚴格執行《高爐噴吹煙煤系統防爆安全規程》，遏止安全生產事故的發生。