煤粉炉中煤粉爆炸机理及防爆措施探究

2020-03-11

探索科学(学术版) 2020年3期

山东方大清洁能源科技有限公司山东淄博 255120

1 引言

煤粉炉是工业企业生产过程中的常见供热设备，因煤粉本身的悬浮性、分散性、比表面积大以及易燃性特征，给煤粉炉运行的安全性和稳定性带来了风险。为此，针对煤粉炉中煤粉防爆的问题进行分析研究是十分必要的。

2 煤粉的物理特性

对于刚从磨煤机中磨制出来的煤粉通常带有相同极性的电荷，因此具备较强的静电吸附能力。从外观表现来看，此时的煤粉较为疏松，具有较低的堆积密度，大约是原料煤堆积密度的三分之一。煤粉具有很大的比表面积，因此外在处于一种十分不稳定的状态，在外界环境条件下倾向于从不稳定状态转变为相对稳定的状态。当煤粉气流通入到锅炉炉膛后表现出着火点更低，燃烧更迅速的特点，这些特点是煤粉用于燃煤锅炉中的优势所在。煤粉在入炉前的存储环境不当，不仅容易吸收环境中的水蒸气，而且还能够与环境中的氧气发生作用，氧化过程释放热量，再加上煤粉具有较强的比表面能，因此在热量的激发下更容易促进能量释放，促使热量产生。此时如果环境不具备良好的散热条件极容易引起煤粉自燃，继而引发爆炸等危险事故。

3 煤粉的爆炸机理

煤粉的比表面能较高，处于不稳定状态，当煤粉颗粒周围空气中氧气含量较高时，煤粉颗粒会吸附较多的氧，这给煤粉自燃创造了有利条件。通常情况下，煤粉自燃温度在295℃，环境煤粉尘浓度41～57g/m3时会达到煤粉爆炸的下限条件。煤粉爆炸同时伴随煤粉的自燃，如煤粉浓度达到1.0～2.0kg/m3时，风流供氧条件具备时会引发煤粉自燃。另外，当煤粉输送管道中煤粉的含氧量达到17%时也容易发生爆炸。在煤粉输送管道的积粉在遇到静电火星或外部火源也容易发生急剧的氧化反应，当反应释放的热量不能较快散开，环境温度急剧上升，会引发更大区域内的煤粉自燃，继而导致煤粉爆炸事故。实际生产中，煤粉爆炸的成因涉及到多个方面。如果煤炭原料中的挥发分较高时，制得的煤粉更容易爆炸，反之不容易爆炸；当环境中煤粉的浓度达到1.2～2.0kg/m3时，煤粉极容易爆炸，当煤粉的浓度在上述区间以外时不容易爆炸；当煤粉细度值较小时，煤粉的比表面积大，更容易吸附空气中的氧气，氧化反应更充分，煤粉更容易爆炸；当煤粉所在的空气环境温度越高，煤粉反应越剧烈，更容易发生爆炸；煤粉及空气在输送管道中的流动速度太低，煤粉容易沉积粘附在管道内，煤粉及空气在输送管道中的流动速度太高，摩擦容易产生静电火花，因此流动速度太低或太高都容易导致煤粉爆炸。

4 煤粉的防爆措施

结合上述煤粉的物理特性以及煤粉爆炸机理，在煤粉炉设计、制备、安装以及使用的过程中可采取以下安全防控措施。

首先注意煤粉炉的设计制造及安装。煤粉炉的制粉装置中应不留死角，尽量避免水平型管道，确保煤粉在输送过程中能够始终具有一定的流速，避免煤粉沉积粘附在水平管道内，避免在静电火花因素下引起爆炸。在磨煤机的进入口处管道位置、煤粉分离装置、旋风分离装置、煤粉仓、风机装置等位置注意避免煤粉自燃，技术人员可在这些装置相应部位安装防爆门，门的前端设置成短管的形式，同时注意管道与水平方向之间的角度超过60°。同时注意在安装防爆门的时候注意管道出口朝向，禁止出口对着电缆、玻璃等危险设施，可将防爆门出口朝向室外安全空旷的区域。防爆门的防爆膜片应确保材质过关，同时做好防爆膜片的防结露措施。另外，在煤粉仓上应安装煤粉测量仪，实时监测煤粉量，选择合理的点位安装温度监测装置、水分监测装置和除潮装置，及时根据监测数据调整温度和湿度。在煤粉仓周边应布设消防设施，以应对紧急火灾或爆炸事故。

其次注意煤粉炉的使用。煤粉炉的制粉系统应从给煤环节进行质量把控，确保给煤的均匀稳定。生产作业人员应注意查看制粉系统中各个监测点位的温度变化、压力变化情况。根据原料煤的水分和挥发分含量情况，对磨煤机出口的温度进行严格调控。当遇到制粉系统电源异常、出现断煤或堵煤以及送气乏力的情况时，应及时进行优化调整，尽快回复制粉系统运行的稳定性，避免煤粉自然或爆炸。煤粉炉点火前，作业人员需对炉膛内以及送风系统进行吹扫，吹扫5～8min使煤粉炉膛、送风管道以及烟道处的可燃性气体排除干净。磨煤机内部的残留煤粉应排干净，然后再关停机器，避免积存在内部的煤粉降温后吸湿受潮，同时也避免残留煤粉发生自燃。注意煤粉炉膛内的负压差与煤粉燃烧情况的吻合，根据煤粉输送情况调整风量，避免出现设备堵粉现象。当锅炉负荷增加时，应先增加引风量，然后再增加一次风量和二次风量，当进风量平稳后再增加煤粉量。当锅炉负荷降低时，操作顺序反之，先减少煤粉，最后降低引风量。

第三注意煤粉炉的日常巡检和维修。生产企业需指定煤粉炉的日常巡检制度，设置煤粉炉巡检工作实施清单。通过日常巡检工作的实施开展，对煤粉炉的制粉系统进行运行工况判断。一旦发现冒火星或者冒烟的现象，进一步查看是否存在煤粉自燃，及时采取安全应急措施。定期清理煤粉仓积灰，避免长期积存的煤粉受潮结块或发生自燃。严格管控煤粉仓吸潮管道阀门的起闭，保持煤粉仓干燥。注意定期检查煤粉分离装置连接管道，及时清除粘附沉积在管道壁及拐角位置的煤粉，保持管道通畅。注意检查煤粉分离装置的锁气器是否严密。定期检验进风机叶轮的平衡性，检查叶轮是否存在磨损，定期清理粘附在叶轮上的煤粉，避免叶轮转动过程中产生静电火花，引发煤粉自燃或爆炸。