煤粉爐中煤粉爆炸機理及防爆措施探究

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1 引言

煤粉爐是工業企業生產過程中的常見供熱設備，因煤粉本身的懸浮性、分散性、比表面積大以及易燃性特征，給煤粉爐運行的安全性和穩定性帶來了風險。為此，針對煤粉爐中煤粉防爆的問題進行分析研究是十分必要的。

2 煤粉的物理特性

對于剛從磨煤機中磨制出來的煤粉通常帶有相同極性的電荷，因此具備較強的靜電吸附能力。從外觀表現來看，此時的煤粉較為疏松，具有較低的堆積密度，大約是原料煤堆積密度的三分之一。煤粉具有很大的比表面積，因此外在處于一種十分不穩定的狀態，在外界環境條件下傾向于從不穩定狀態轉變為相對穩定的狀態。當煤粉氣流通入到鍋爐爐膛后表現出著火點更低，燃燒更迅速的特點，這些特點是煤粉用于燃煤鍋爐中的優勢所在。煤粉在入爐前的存儲環境不當，不僅容易吸收環境中的水蒸氣，而且還能夠與環境中的氧氣發生作用，氧化過程釋放熱量，再加上煤粉具有較強的比表面能，因此在熱量的激發下更容易促進能量釋放，促使熱量產生。此時如果環境不具備良好的散熱條件極容易引起煤粉自燃，繼而引發爆炸等危險事故。

3 煤粉的爆炸機理

煤粉的比表面能較高，處于不穩定狀態，當煤粉顆粒周圍空氣中氧氣含量較高時，煤粉顆粒會吸附較多的氧，這給煤粉自燃創造了有利條件。通常情況下，煤粉自燃溫度在295℃，環境煤粉塵濃度41～57g/m3時會達到煤粉爆炸的下限條件。煤粉爆炸同時伴隨煤粉的自燃，如煤粉濃度達到1.0～2.0kg/m3時，風流供氧條件具備時會引發煤粉自燃。另外，當煤粉輸送管道中煤粉的含氧量達到17%時也容易發生爆炸。在煤粉輸送管道的積粉在遇到靜電火星或外部火源也容易發生急劇的氧化反應，當反應釋放的熱量不能較快散開，環境溫度急劇上升，會引發更大區域內的煤粉自燃，繼而導致煤粉爆炸事故。實際生產中，煤粉爆炸的成因涉及到多個方面。如果煤炭原料中的揮發分較高時，制得的煤粉更容易爆炸，反之不容易爆炸；當環境中煤粉的濃度達到1.2～2.0kg/m3時，煤粉極容易爆炸，當煤粉的濃度在上述區間以外時不容易爆炸；當煤粉細度值較小時，煤粉的比表面積大，更容易吸附空氣中的氧氣，氧化反應更充分，煤粉更容易爆炸；當煤粉所在的空氣環境溫度越高，煤粉反應越劇烈，更容易發生爆炸；煤粉及空氣在輸送管道中的流動速度太低，煤粉容易沉積粘附在管道內，煤粉及空氣在輸送管道中的流動速度太高，摩擦容易產生靜電火花，因此流動速度太低或太高都容易導致煤粉爆炸。

4 煤粉的防爆措施

結合上述煤粉的物理特性以及煤粉爆炸機理，在煤粉爐設計、制備、安裝以及使用的過程中可采取以下安全防控措施。

首先注意煤粉爐的設計制造及安裝。煤粉爐的制粉裝置中應不留死角，盡量避免水平型管道，確保煤粉在輸送過程中能夠始終具有一定的流速，避免煤粉沉積粘附在水平管道內，避免在靜電火花因素下引起爆炸。在磨煤機的進入口處管道位置、煤粉分離裝置、旋風分離裝置、煤粉倉、風機裝置等位置注意避免煤粉自燃，技術人員可在這些裝置相應部位安裝防爆門，門的前端設置成短管的形式，同時注意管道與水平方向之間的角度超過60°。同時注意在安裝防爆門的時候注意管道出口朝向，禁止出口對著電纜、玻璃等危險設施，可將防爆門出口朝向室外安全空曠的區域。防爆門的防爆膜片應確保材質過關，同時做好防爆膜片的防結露措施。另外，在煤粉倉上應安裝煤粉測量儀，實時監測煤粉量，選擇合理的點位安裝溫度監測裝置、水分監測裝置和除潮裝置，及時根據監測數據調整溫度和濕度。在煤粉倉周邊應布設消防設施，以應對緊急火災或爆炸事故。

其次注意煤粉爐的使用。煤粉爐的制粉系統應從給煤環節進行質量把控，確保給煤的均勻穩定。生產作業人員應注意查看制粉系統中各個監測點位的溫度變化、壓力變化情況。根據原料煤的水分和揮發分含量情況，對磨煤機出口的溫度進行嚴格調控。當遇到制粉系統電源異常、出現斷煤或堵煤以及送氣乏力的情況時，應及時進行優化調整，盡快回復制粉系統運行的穩定性，避免煤粉自然或爆炸。煤粉爐點火前，作業人員需對爐膛內以及送風系統進行吹掃，吹掃5～8min使煤粉爐膛、送風管道以及煙道處的可燃性氣體排除干凈。磨煤機內部的殘留煤粉應排干凈，然后再關停機器，避免積存在內部的煤粉降溫后吸濕受潮，同時也避免殘留煤粉發生自燃。注意煤粉爐膛內的負壓差與煤粉燃燒情況的吻合，根據煤粉輸送情況調整風量，避免出現設備堵粉現象。當鍋爐負荷增加時，應先增加引風量，然后再增加一次風量和二次風量，當進風量平穩后再增加煤粉量。當鍋爐負荷降低時，操作順序反之，先減少煤粉，最后降低引風量。

第三注意煤粉爐的日常巡檢和維修。生產企業需指定煤粉爐的日常巡檢制度，設置煤粉爐巡檢工作實施清單。通過日常巡檢工作的實施開展，對煤粉爐的制粉系統進行運行工況判斷。一旦發現冒火星或者冒煙的現象，進一步查看是否存在煤粉自燃，及時采取安全應急措施。定期清理煤粉倉積灰，避免長期積存的煤粉受潮結塊或發生自燃。嚴格管控煤粉倉吸潮管道閥門的起閉，保持煤粉倉干燥。注意定期檢查煤粉分離裝置連接管道，及時清除粘附沉積在管道壁及拐角位置的煤粉，保持管道通暢。注意檢查煤粉分離裝置的鎖氣器是否嚴密。定期檢驗進風機葉輪的平衡性，檢查葉輪是否存在磨損，定期清理粘附在葉輪上的煤粉，避免葉輪轉動過程中產生靜電火花，引發煤粉自燃或爆炸。

5 結語

綜上所述，煤粉爐的安全穩定運行對于企業生產安全管理和生產目標的實現關系密切。通過對煤粉爆炸機理的分析，制定和采取相應的防爆措施，減少事故發生率，確保設備穩定運行。