頂裝焦爐裝煤除塵安全聯(lián)鎖運行

何俊祥,徐俊彪

(馬鋼股份公司煤焦化公司 安徽馬鞍山 243000)

新環(huán)保法對焦爐生產(chǎn)提出了更高的要求，同時根據(jù)新環(huán)保法環(huán)保部門可以直接關停排放不達標的生產(chǎn)單位。隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，職能部門各種明察暗訪，一旦發(fā)現(xiàn)無組織放散情況，罰款輕則上千，重則上千萬，更嚴重時停產(chǎn)整頓。

為此，必須對整個裝煤除塵過程進行深入的剖析，找出整個裝煤除塵過程中容易產(chǎn)生爆炸或爆鳴的危險因素，通過對其增加監(jiān)測手段、連鎖控制、有效切斷等方式，消除裝煤除塵過程中可能產(chǎn)生的爆炸或爆鳴，保證裝煤除塵系統(tǒng)安全高效運行。

1 裝煤除塵工藝過程：

以6米頂裝焦爐為例，裝煤時，含一定水分的煤順著煤車套筒進入炭化室，在炭化室內與熾熱的爐墻接觸產(chǎn)生大量的煙氣(荒煤氣與煤粉混合物)，大部分煙氣在高壓氨水的作用下吸入到集氣管中，并在化產(chǎn)風機的作用下將煙氣通過吸氣管抽至化產(chǎn)單元平煤時,煙氣向機側集氣管流通的通道會大大減小，部分煙氣會從裝煤車內套與裝煤口接觸面處外溢(如圖1)，外溢的煙氣在地面除塵風機的作用下通過煤車上的煙氣管道進入固定在爐頂?shù)难b煤除塵管道，順著除塵管道進入除塵器，通過除塵布袋過濾干凈后排出(如圖2)。

圖1 煤車內外套

圖2 裝煤除塵器

2 根據(jù)爆炸產(chǎn)生的三要素分析如何避免裝煤過程中產(chǎn)生的爆鳴或爆炸

2.1 高壓氨水

6米頂裝焦爐高壓氨水使用壓力達到2.4 Mpa，在橋管中形成的吸力達到600 Pa左右(關閉小爐門情況下)，打開小爐門平煤時，橋管中形成的吸力約200 Pa。經(jīng)過焦耐院測算，在整個裝煤過程中集氣管通過高壓氨水形成的吸力吸收裝煤過程的煙氣(大量荒煤氣與少量煙塵的混合物)約占70%。當裝煤過程中沒有啟用高壓氨水或者高壓氨水突然停供，那么在集氣管正壓的作用下，約100%裝煤過程中產(chǎn)生的煙氣會從裝煤口溢出，被除塵系統(tǒng)吸走，除塵管道中的煙氣濃度會翻上好幾倍，很容易達到煙氣的爆炸極限。此時若風機跳停，煙氣在除塵管道內部不斷淤積，達到一定的濃度之后，炭化室內的高溫會引燃煙氣，導致除塵管道或者除塵器產(chǎn)生劇烈的爆炸；有高壓氨水，但是除塵風機在裝煤過程中因為人為誤操作或者接觸不良等原因導致風機由高速轉為低速，裝煤車煙氣管道及除塵管道內煙氣淤積到一定的濃度達到爆炸下限之后，炭化室內高溫會引燃煙氣，導致裝煤車上煙氣管道或除塵管道內會產(chǎn)生輕微的爆炸或爆鳴。

2.2 除塵吸力

經(jīng)過生產(chǎn)實踐得到，當裝煤車煙氣主管中吸力達到400 Pa時(裝煤車上煙氣管道嚴密性較好的情況下)，可有效對裝煤過程中從裝煤口外溢的煙氣進行吸收，當吸力低于200 Pa時，裝煤末期在裝煤車煙氣管道及除塵管道中易發(fā)生輕微爆鳴。當?shù)孛娉龎m站檢修等，必須停除塵系統(tǒng)，僅使用高壓氨水裝煤時，必須將裝煤車頂部的放散閥打開，煤車上煙氣管道的混風調節(jié)閥關死，將煙氣導引至煤車頂部，此處煙氣的溫度低于其燃點(荒煤氣的燃點560℃-600℃)，所以可杜絕裝煤過程裝煤車煙氣管道中的爆鳴。

2.3 焦爐或除塵地面站供電

當裝煤過程中焦爐突然停電時，裝煤車裝煤導套及除塵導套不能快速收回，大量的煙氣會被抽向除塵器本體，當布袋的透氣性變差到一定程度，煙氣會在除塵管道及除塵器中富積，達到一定的濃度，炭化室內的高溫會引燃煙氣，易造成裝煤車被燒壞或裝煤車煙氣管道內產(chǎn)生爆鳴；若裝煤過程除塵地面站突然停電，如前“有高壓氨水，但是除塵風機在裝煤過程中因為人為誤操作或者接觸不良等原因導致風機由高速轉為低速”所述。

3 裝煤除塵系統(tǒng)的監(jiān)測及安全連鎖

從上述分析可以看出，裝煤除塵系統(tǒng)產(chǎn)生爆炸或爆鳴的主要因素有高壓氨水、除塵吸力、焦爐或除塵系統(tǒng)供電，如何杜絕裝煤過程中產(chǎn)生的爆鳴或爆炸就必須要對高壓氨水和、除塵吸力、焦爐或除塵系統(tǒng)供電進行必要的監(jiān)測，并有相應的報警和連鎖，才能及時制止事故的發(fā)生或擴大。I、對高壓氨水除人工定時記錄監(jiān)控外，在高壓氨水主管上取點，通過壓力變送器接入焦爐交換機室的DCS系統(tǒng)，設置低壓報警(如設定值不能低于2/3，若低于2/3，裝煤過程中高壓氨水在橋管、炭化室內就不能形成足夠的負壓，將煙氣抽向集氣管側，導致抽向除塵器的煙氣量成倍增加，而埋下爆炸隱患)。當高壓氨水主管壓力過低時，DCS系統(tǒng)報警，交換機工立即通過對講機聯(lián)系裝煤車司機，司機收回裝煤車除塵導套(裝煤車頂部設置有一個放散閥，當從裝煤口溢散出的煙氣在裝煤車煙氣管道內產(chǎn)生爆炸或爆鳴時，放散閥及除塵導套口可以泄爆，不會對裝煤車造成大的損壞)，切斷裝煤車與除塵管道之間的連接，可防止除塵風機突然故障停機造成除塵管道或或除塵器本體產(chǎn)生劇烈爆炸；II、對除塵吸力進行監(jiān)控，在裝煤車煙氣總管道上取點，用膠管(耐高溫)連接到放在司機室的U型液體壓力計上，由司機對裝煤過程中煙氣管道的吸力進行實時監(jiān)測。司機若在裝煤過程中發(fā)現(xiàn)U型液體壓力計壓差歸零時，立即抽回裝煤車除塵導套，切斷裝煤車與除塵管道之間的連接，可防止避免除塵地面站風機因故障或者誤信號造成停機，引發(fā)爆炸；或將在除塵總管上的取點通過壓力變送器送入PLC，在司機室操作觸摸屏上顯示管道吸力，同時具備低壓報警功能，并將除塵吸力低與除塵導套后退動作進行連鎖，可有效切斷裝煤車與除塵管道之間的連接，防止爆炸發(fā)生；III、通常生產(chǎn)中都會將集氣管壓力保持在一個正壓的值，當集氣管壓力異常，壓力過大，會消弱高壓氨水在炭化室中產(chǎn)生的吸力對煙塵向集氣管側導向作用。在集氣管上取點，通過壓力變送器接入焦爐交換機室的DCS系統(tǒng)，設置高壓報警。當集氣管壓力過高(300Pa以上持續(xù)10 s)時，DCS系統(tǒng)報警，交換機工立即通過對講機聯(lián)系裝煤車司機，收回裝煤車除塵導套，切斷裝煤車與除塵管道之間的連接，防止大量煙氣沿裝煤車煙氣管道進入除塵管道及除塵器本體引發(fā)爆炸。IV、在除塵管道上設置快速切斷閥(如圖3，圖4)，切斷閥關閉與除塵風機停機及集氣管壓力過大連鎖。當風機停機或者集氣管壓力過大時，切斷閥能快速關閉將除塵管道切斷，使得煙氣不再被抽向除塵器本體，可保護除塵器本體及除塵管道，防止爆炸發(fā)生；V、裝煤車液壓站蓄能器改為一鍵操作。目前設計的裝煤車從裝煤除塵系統(tǒng)安全性考慮，液壓站都配有蓄能器(如圖5)，但是蓄能器的設計需要至少兩個人配合才能實現(xiàn)蓄能器蓄能的有效釋放進行機構動作。出于成本及日常操作需求，日常操作中裝煤車上只有司機一人，焦爐突然發(fā)生停電故障，短短幾分鐘甚至幾十秒的時間內，司機不能叫上其他員工與其一起配合利用煤車蓄能器將除塵導套收回，無法將裝煤車與除塵管道之間的連接有效進行切斷，從而易導致焦爐段除塵管道內爆鳴爆炸，甚至除塵器本體劇烈爆炸。要想讓蓄能器在緊急狀況下起到應急作用，必須簡化蓄能器操作方法，縮短操作時間至幾秒以內，才能保證足夠的安全冗余。將液壓站蓄能器的能量釋能與裝車除塵導套回抽動作改為手動閥一鍵操作(如圖6)，可在5s內快速實現(xiàn)，切斷裝煤車與除塵管道之間的連接，確保裝煤除塵系統(tǒng)安全。除塵導套收回之后，再利用蓄能器將裝煤車其他機構回抽到位，防止裝煤套筒或者其他結構被燒壞。VI、增加一個備用UPS電源(定期對UPS電源進行檢查，防止UPS失效，事故狀態(tài)下，不能起到應急作用)，并將焦爐停電與除塵導套后退連鎖，在焦爐停電時，備用電源可以自動啟動，收回除塵導套，可有效切斷裝煤車與除塵管道之間的聯(lián)接，從而可防止焦爐段除塵管道內爆鳴爆炸，甚至除塵器本體劇烈爆炸；VII、制定裝煤除塵安全操作規(guī)范，明確裝煤過程中操作順序，嚴禁在裝煤結束之后，推焦機還在平煤時，裝煤車提套管，可杜絕裝煤末期爆鳴；嚴禁先抽除塵導套，后提裝煤套筒，可防止提套筒時，因為平煤沒完全平通，導致煙氣在裝煤口與大量的空氣混合而產(chǎn)生爆鳴。將上述操作順序在裝煤車PLC中進行連鎖設計，可有效杜絕裝煤末期產(chǎn)生的各種爆鳴現(xiàn)象。

圖3 快速切斷閥工作流程圖

圖4 快速切斷閥聯(lián)鎖控制圖

圖5 蓄能器實物圖

圖6 蓄能器改造液壓原理圖

4 結語

全國焦化行業(yè)，裝煤除塵系統(tǒng)發(fā)生過很多爆炸事故。裝煤除塵系統(tǒng)的安全運行，已嚴重關系到每個煉焦人的生命安全，必須高度重視裝煤除塵系統(tǒng)的安全運行，必須對其進行必要的監(jiān)護及連鎖，同時要對其監(jiān)護及連鎖進行不定期檢查實驗，確保監(jiān)護及連鎖可靠，防止突發(fā)事故狀態(tài)下，監(jiān)護及連鎖失效，導致裝煤除塵系統(tǒng)發(fā)生劇烈的爆炸，造成人員傷害。