技术丨浅谈水泥工厂煤磨系统的安全生产

浅谈水泥工厂煤磨系统的安全生产

每年水泥工厂的煤磨车间在使用过程中都有火灾或爆炸等事故发生。 这些事故不仅会造成极大的损失，从安全的角度讲更是不可接受的。 

这些事故有几个原因：惰性气体防护不足、检测装置安装位置不对或缺乏维护、设计缺陷等等。 在安全操作程序缺失的情况下诸多因素综合到一起导致事故的发生。 希望通过这里的探讨使水泥工厂能够更好的达到或保持安全操作的状态。

1 生产中的关注点

1）料堆的控制:堆棚的设计和管理应依据煤的粗细程度以及挥发分的比例。 例如，很细并且挥发分高的煤堆需要压实并且限制高度。

2）通过可靠的仪表检测和控制，维持稳定的操作状态：通过常规检查确定仪表的精度良好以及设备功能完善。

3）煤磨车间操作时，窑尾废气的氧含量要低于12%，或根据煤中挥发分的比例控制得更低:首先要掌握氧含量的限定值与挥发分的关系； 其次，通过常规性的检查控制系统的漏风，在类似没有窑尾废气的特殊场合，需要合理的低水分在进磨气体温度较低的情况下避免过热起火。

4）在满足烘干的情况下，最低温度操作煤磨：磨机进口温度需要根据挥发分比例的不同限定在200~250 ℃之间，或更低。

5）布袋收尘器监测 O2 及 CO 的浓度：一些系统仅对收尘器的 CO 进行检测。 为了安全操作，限定O2 的浓度是非常必要的。磨机的操作需要加入气体分析仪 O2 浓度的连锁。

6）监测原煤仓及煤粉仓 CO 浓度：一氧化碳浓度是原煤仓及煤粉仓的早期预警信号，磨机操作要有 CO 浓度的连锁。

7）接地排及收尘器滤袋接地:在可能产生近点的区域合理的设计并安装接地排，确保不因静电起火。

8）防爆门:专家参与检查，确保防爆门的功能及维护维持在高标准； 防爆门应具备自动复位功能。 设计合理的防爆门能释放爆炸的冲击力，避免人员和设备受到损坏；新建工厂应避免使用防爆片及非自动复位式的防爆门；应用标识标明危险区域。

9）准备充足的灭火设施：如果有液态 CO2，应选择灌装的液态 CO2 作为灭火剂；如果没有液态 CO2，可用安装有重量计量装置的瓶装 CO2。 CO2 灭火系统远程控制和自动控制；灭火剂的存储量应足够，布袋收尘器应配备快速切断阀以提高灭火效率。

10）工厂操作中切实使用温度、气体分析仪，O2及 CO 含量的连锁。

11）避免煤粉在设备中沉积，避免设备表面凹凸不平；输送煤粉的溜槽及管道的水平夹角不低于70 度。

2 生产中高危燃料的使用

空气干基挥发分大于 36%的燃料为高危燃料；粉磨挥发分大于 20%的燃料为高危操作。 为了降低使用风险，需要通过重量搭配混合高危燃料和低挥发分燃料，使混合燃料的挥发分低于 20%。使用高危燃料需要做好以下几项工作：

1）专业的第三方核实检验设备及系统的防爆压力。

2）所有的泄爆门均需要为自复位型，且需要引致室外。

3）只用使用液态散装罐储存 CO2 的灭火系统，并且能远程及自动控制。

4）磨机、收尘器、煤粉仓配备生料粉喷撒装置。

5）试验检测燃料特征，包括：

①测试燃料粉尘气体与热表面接触的着火温度，试验结果确定磨机进口气体温度的报警值并设定连锁；

②燃料粉尘气体中的氧含量,用于设定收尘器出口的氧含量值；

③通过爆炸试验评估出最大爆炸压力 Pmax 以及压升率Kst，用于评估煤磨车间的设备及系统的防爆设计。

3 原煤处理及料堆控制

为了避免煤堆自燃， 在 20 ℃及以上储存的原煤，存期与挥发分的关系如下：

挥发分<15%的煤及无烟煤、石油焦储存期为 4个月；15%<挥发分<25%的煤储存期为 2 至 3 个月；25%<挥发分<35%的煤储存期为 1 个月； 挥发分>35%的煤储存期为 1 至 4 周；此外煤堆自燃还与原煤的粒度分布、水分、异物成分、压实度，开采时间等有关系，粉状煤的比例高，水分偏高，含黄铁矿（大于 4%）或铁以及磷含量高，料堆疏松等都会增加煤堆自燃的风险。

水泥工厂原煤料堆的高度控制原则如下:15%<挥发分<25%的煤堆高要控制在 8~10 m；25%<挥发分<35%的煤堆高要控制在 6~8 m；挥发分>35%的煤储堆高要控制在 6 m 以下。

4 煤磨灭火系统

以下是水泥工厂煤磨车间常用的生料粉或惰性气体灭火。

4.1 生料毯

生料毯主要用于工厂在计划停产或非计划停产（如烧成系统紧急维修）但无法清空煤粉仓时的一种常用办法。 在煤粉仓内煤粉的上表面形成 25~50 cm 后的生料粉层（生料毯），可保持仓内煤粉安全储存 48h。 煤粉仓内形成生料毯的办法有两种：

1）通过气力输送系统加入煤磨系统的风路中，生料粉通过收尘器收集并进入煤粉仓。

2）通过入磨皮带机将生料粉喂入磨内，后通过磨机系统风路进入煤磨收尘器，进入煤粉仓。不论哪种加入方式，磨机的风路系统均需要运行。 生料粉的加入需要适当考虑余量。

4.2 惰性气体

CO2 气体的喷入可以大幅度的而降低保护区内的氧含量。CO2 灭火系统的选择原则如下：

1）磨机、选粉机、旋风筒、收尘器、风路、煤粉仓按照 2 kg×2/m³确定 CO2 的存储量。

2）可用气体储量应按照大于每立方米保护区容积 4 kg CO2 考虑。

3）喷射时间大约为 30 min，要避免快速喷入导致的煤粉悬浮。

4）液态 CO2 储存压力为 18 bar，储罐内的液态CO2 应通过制冷机组维持在-40 ℃。 使用时通过蒸发器气化。

5）CO2 的喷射压力保持在 4 bar 以下。

6）CO2 储罐需要安装在称架上计量重量，2 tCO2 为储量下限。

7）CO2 系统需要能实现远程驱动和自动驱动。

5 温度控制

为了避免煤磨系统爆炸或火灾的风险，各位置温度需要按照设计要求严格控制:正常操作温度、高位报警温度、极限温度等。

6 CO 及 O2 控制

1）CO 气体分析仪探头的设置位置（原煤仓顶、磨机进口、收尘器出口、煤粉仓顶、预热器出口）及设置高位报警值和极限值。

2）O2 气体分析仪探头的设置位置（预热器出口、磨机进口、收尘器出口）及设置高位报警值和极限值。

7 泄爆门及设备的防爆压力

煤磨系统需要在适当的位置设置泄爆口，包括:原煤仓顶（封闭结构的原煤仓），管磨机至选粉机管道，磨机、风机、螺旋输送机、卸料器、磨机至收尘器管道，收尘器粉尘气体室，煤粉仓顶。 泄爆口均需要通过管道连接到室外。

8 系统可能导致煤磨系统起火的原因分析及处理办法

1）可能导致系统起火的操作

①喂料水分过大进而提升磨机进口温度。 

②磨机出口温度过高导致煤被过度烘干。 

③系统漏风过多或烘干所需要预热器热风过少导致的收尘器出口 O2 含量高，此时应尽量减少系统漏风，并通过使用磨内喷水加大预热器热风的用量。

④操作时系统风量过低。 

⑤磨机重新启动时启动间隔过短。

⑥磨内沉积的煤粉导致启动时收尘器爆炸。

⑦系统停机但未冷却的情况下开启检查门或防爆门。 

⑧高挥发分含量的煤细度偏高。

2）收尘器起火的操作

当 CO 浓度过高或收尘器进出口温差大于 10℃可判断收尘器内部已经起火，此时的紧急操作应包括：

①系统自动紧急停车，收尘器进出口快速切断阀自动关闭。

②按照 2 kg/m³向收尘器内喷入 CO2。

③监测 O2 及 CO 的浓度变化，如果没有降低，持续喷入 CO2。

④车间水消防系统准备后续救护。

3）煤粉仓内起火的操作

潜在的煤粉仓起火可以通过仓内温度以及 CO浓度变化进行检测，如果仓内起火，系统操作步骤如下：

①停止向仓内继续喂入煤粉；停止仓顶收尘器工作,仓充气疏松系统由压缩空气切换为 CO2。 

②维持仓卸料系统的工作，将热煤粉喂入烧成系统。 

③CO2 系统启动，无料空间按照 2 kg/m³ 注入；喷射时间应保持在 15~30 min 以上，以避免仓内气流波动及管道冻结。

④如果仓内温度仍然上升，则需要加大 CO2 的喷射量，缩小时间间隔。

4）烧成系统停机是煤粉仓内起火的操作

如果烧成系统停机，并且惰性气体灭火效果不够明显的情况下，则需要以下操作：

①向煤粉仓注入生料粉，使仓内煤粉上层形成至少 25 cm 厚的生料毯。 

②仓顶收尘器停机。 

③如果仓内煤粉温度达到 200 ℃极限温度，则需要仓壁外侧喷水降低温度（需要去除保温层）。 

④联系消防部门。

5）磨内起火操作

综合磨机进出口温度过高以及收尘器 CO 浓度可以判断磨内起火，应进行如下操作：

①系统紧急停车。

②向磨内喷入 CO2。

③持续监测磨内情况，如无好转，则增加 CO2 喷入量，并向磨内注入生料粉。

作者：刘永强

机构：中材建设有限公司

来源：《河南建材 》

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