运煤系统爆炸危险区域划分的探讨和应用

金晶

（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司 湖北武汉 430071）

1 爆炸性粉尘环境危险区域划分

根据GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》中规定：

2.1 爆炸危险区域应根据爆炸性粉尘环境出现的频繁程度和持续时间分为20区、21区、22区，分区应符合下列规定：

120区应为空气中的可燃性粉尘云持续地或长期地或频繁地出现于爆炸性环境中的区域；

221区应为在正常运行时，空气中的可燃性粉尘云很可能偶尔出现于爆炸性环境中的区域；

322区应为在正常运行时，空气中的可燃粉尘云一般不可能出现于爆炸性粉尘环境中的区域，即使出现，持续时间也是短暂的。

本条对爆炸性粉尘环境危险区域划分的规定与IEC60079-10-2标准中3.25条中的划分规定一致。

2 工程应用

以下就菲律宾美萨美斯3×135MW燃煤电站工程运煤系统爆炸危险区域划分进行说明。菲律宾美萨美斯3×135MW燃煤电站位于菲律宾东美萨美斯省维拉努埃瓦市的菲佛德克工业区内，本期建设3×135MW机组，预留扩建场地。本工程采用循环流化床锅炉，运煤系统按三台锅炉为一个单元设计，采用程序控制。

2.1 煤质分析资料

表1

2.2 锅炉耗煤量

表2

2.3 运煤系统设简述

本工程燃煤全部为海运来煤，由码头卸煤设施将煤运至厂内接口1号转运站内。厂内设2座条形煤场，总贮量可满足3台锅炉燃用设计煤种连续运行30d的耗煤量。每座煤场上设有干煤棚，跨度100m，长度95m。运煤系统碎煤机室布置在煤场后上煤系统中，带式输送均为双路布置，一路运行，一路备用，并具有双路同时运行的条件。带式输送机采用难燃EP带。

运煤系统工艺流程图如图1所示。

图1

2.4 危险评估

2.4.1 燃料分析

本工程燃煤为褐煤。根据《爆炸危险环境电力装置设计规范》，褐煤（生褐煤）危险性质在“非”，粉尘分级为IIIB。褐煤具有水分大、挥发成分高、空气中易风化碎裂的特性，故燃煤在输送过程中易碎形成粉尘并发生自燃。本工程燃煤在从印尼运输到电厂的期间会向煤堆进行喷水以增加表面水分防止自燃及扬尘。

2.4.2粉尘源

粉尘有两个主要形成阶段，即粉尘产生和粉尘的排放过程。煤粉尘产生的主要原因是冲击或磨损。此外，煤粉尘产生过程会受物料特性的影响，如硬度、粒度分布、颗粒密度和湿度，以及工艺参数如机械加工、煤流运动及处理程度等。粉尘一旦产生，就有可能产生排放。

2.4.3 爆炸风险

着火的三要素为：可燃性粉尘、热量、氧气，这三点必须同时发生才能引起火灾。而要发生粉尘爆炸，必须同时具备以下五种必要的元素：可燃性粉尘、热量、氧气、悬浮粉尘浓度在可燃极限内、受限空间，缺少任何一个要素都不会发生爆炸的传播。

煤作为一种主要燃料，必须满足粉尘颗粒大小和数量的要求才能形成粉尘爆炸性环境。对于褐煤来说，其粉尘平均粒径在2～3μm之间，才能形成粉尘爆炸的危险。本工程原煤粒径≤50mm（其中≤20%的＜2mm），虽然褐煤是可燃的，但仍然需要破碎成足量的粉尘颗粒才具有能产生粉尘爆炸的危险。

褐煤粉尘云最低引燃温度为450℃，高温表面堆积粉尘层（5mm）的引燃温度为260℃。而本工程运煤系统的电气设备表面温升不会超过200℃，这个温度比煤粉着火的温度低得多，因此褐煤粉尘云不会被引燃。

2.5 运煤系统爆炸危险区域划分

2.5.1 转运站

图2

转运站每个落料点分别设置了一台脉冲袋式除尘器，布置在除尘设备间。除尘系统将从导料槽及落煤管抽风，使之产生负压以防煤尘外逸。除尘器的运行与对应的带式输送机联锁。带式输送机导料槽内部设有干雾抑尘装置。

图1中“A”为导料槽及落煤管内部区域为21区。煤流在落煤管内产生的是负压，只有当除尘器及干雾抑尘装置都故障的情况下才可能会在落煤管入料口的头部、导料槽与带式输送机之间的间隙（“B”“C”区域）产生少量的粉尘外溢。因此，将“B”“C”区域处辐射1m范围内的区域划分为22区，落煤管顶部的头部漏斗开口处辐射1.5m的范围内的区域划分为22区。

为防止粉尘在转运站其它区域表面堆积，转运站内设有水冲洗系统定期清扫。基于有效的除尘措施及电厂运行管理，可抑制粉尘堆积而形成爆炸性粉尘环境的危险，因此转运站内其它区域划分为非危险区域。

2.5.2 碎煤机室（见图3）

齿辊破碎机在运行时齿辊挤压煤块的速度较低，因此产生的粉尘较少。考虑在设备内部产生的粉尘爆炸浓度较低，所以标记“A”的设备内部区域划分为21区。同转运站一样，将“B”“C”导料槽与带式输送机间的间隙处辐射1m范围内的区域划分为22区。落煤管顶部的头部开口处辐射1.5m的范围内的区域划分为22区。

为防止粉尘在碎煤机室其它区域表面堆积，碎煤机室内设有水冲洗系统定期清扫。基于有效的除尘措施及电厂运行管理，可抑制粉尘堆积而形成爆炸性粉尘环境的危险，因此碎煤机室内其它区域划分为非危险区域。

2.5.3 煤场区域

每座煤场内设有一台斗轮堆取料机进行堆取料作业。煤场干煤棚内设置喷水抑尘系统及温度检测装置，以控制煤尘的飞扬并降低煤堆温度，防止煤堆自燃。干煤棚两端为敞开结构形式，具有良好自燃通风条件，因此煤场划分为非危险区域。

图3

2.5.4 运煤栈桥

带式输送机在栈桥中运行时，煤是静止堆放在胶带上的无粉尘产生，仅可能会出现飘落的煤粉形成粉尘。运煤栈桥采用封闭结构，防止粉尘外漏及煤粉干燥。此外，转运站内导料槽的干雾抑尘装置可对煤进行加湿，有利于煤粉形成块而抑制其形成粉尘。

栈桥两侧的窗户具有良好的自燃通风条件，且栈桥内设有冲洗水装置，定期对栈桥内进行水冲洗防止粉尘堆积。基于这些有效的除尘措施及电厂管理，可抑制粉尘堆积而形成爆炸性粉尘环境的危险，因此栈桥区域划分为非危险区域。

3 防止粉尘危害管理实践方式

（1）电厂任命煤粉尘管理员，负责现场粉尘控制程序的实施。

（2）为所有员工提供基本的培训，以确保员工知晓所在工作环境的煤粉尘的危害。培训应包括除尘、识别和预防可燃粉尘的危害。

（3）建立适当的管理程序保持作业内区域无粉尘堆积。在每次运煤作业完成后，系统安全关闭时对转运站、碎煤机室及栈桥等运煤系统车间内进行水冲洗。

（4）建立运煤系统设施粉尘控制设备清单，其清单信息包括设备的铭牌数据、设计基础、检查过程、测试和维护频率等。

（5）建立火源控制制度，如禁止吸烟和限制在危险区域内使用火花生产作业。

（6）制定电厂定期审计、检查和审查维护管理计划。

4 结论

对于要求执行IEC60079-10标准进行爆炸危险区域划分的涉外工程，运煤系统应注意将划分在危险区域内的机械设备电机按标准要求选用防爆电机，电气元件采用防爆型。