淺論冶金制粉自動(dòng)化安全系統(tǒng)工程

張高萍*

（萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司安全管理部，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司噴煤生產(chǎn)主要任務(wù)是向高爐提供均勻、合格的煤粉，將原煤通過(guò)烘干、磨細(xì)、收集、篩分等自動(dòng)化控制工藝制造后，成為合格流動(dòng)性強(qiáng)的煤粉，利用壓縮空氣或其他氣體作載體，將煤粉輸入高爐。煤粉區(qū)域公司已劃分為禁火區(qū)域，煤粉的生產(chǎn)輸送及煤粉設(shè)備設(shè)施的動(dòng)火作業(yè)首要任務(wù)將是控制煤粉爆炸。我們?cè)诿悍鄣纳a(chǎn)輸送及設(shè)備設(shè)施維護(hù)檢修工作當(dāng)中應(yīng)該要了解并掌握好煤粉的相關(guān)知識(shí)及生產(chǎn)工藝，只有這樣我們才能有效的防止煤粉在生產(chǎn)輸送及設(shè)備設(shè)施動(dòng)火作業(yè)過(guò)程中的安全工作。

1 研究背景

煤粉的特性及自燃爆炸的條件如下：

粉塵爆炸是指其在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到了明火或溫度（既熱源），瞬間火焰便傳播到整個(gè)混合性粉塵空間，化學(xué)反應(yīng)速度很快，與此同時(shí)釋放大量的熱，從而形成了高溫及較大的壓力，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能以及光與熱的輻射，破壞力極強(qiáng)[3]。

煤粉的特性，煤粉是乙類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)品，是可燃物質(zhì)，其具有燃爆性，其爆炸的下限濃度為34g/m3～4734g/m3(粉塵的平均粒徑：5μm～10μm)，著火點(diǎn)范圍在是300℃～500℃。其高溫的表面堆積粉塵（5μm厚）的引燃溫度在580℃～610℃之間。當(dāng)其于空氣中達(dá)到下限濃度值，且經(jīng)外界的高溫、碰撞、摩擦、振動(dòng)、明火、電火花等眾多因素作用下會(huì)引起爆炸，而后產(chǎn)生的氣浪使沉積的粉塵飛揚(yáng)，而造成二次爆炸事故。只要在110 g/m3～200 g/m3下煙煤即能形成爆炸性混合物，尤其是當(dāng)空氣中煤塵含量在300 g/m3～400 g/m3之間，會(huì)有最大爆炸威力。煤塵爆炸的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳，使人中毒死亡。

2 現(xiàn)狀及研究意義

揮發(fā)分含量、煤粉的細(xì)度、溫度濕度、氣粉混合物濃度以及煤粉接觸氣體中的氧的成分比率等等均為影響煤粉爆炸的因素。

一般來(lái)講(無(wú)煙煤)揮發(fā)分含量VR＜10%，是無(wú)爆炸危險(xiǎn)的，而（煙煤）VR＞25%的煤粉，自燃迅速，有非常大的爆炸可能性。較細(xì)的煤粉自燃、爆炸的可能性越大，反之粗煤粉爆炸性較小。煤粉濃度是影響煤粉爆炸的重要因素。引爆的火源往往來(lái)源于極易自燃的制粉設(shè)備中沉積的煤粉。危險(xiǎn)性的大小是由氣粉混合物的溫度高低決定的。

3 噴吹煙煤與噴吹無(wú)煙煤有何區(qū)別

生產(chǎn)工藝安全存在的困境及難點(diǎn)

其主要區(qū)別：煙煤包含揮發(fā)分高，有自燃、易爆的特性[2]。嚴(yán)密的氣氛保護(hù)、溫度控制、滅火及防爆裝置在制輸粉、噴吹等系統(tǒng)中都是必須要存在的，來(lái)確保噴吹煙煤的安全作業(yè)，而無(wú)煙煤則會(huì)簡(jiǎn)單一些。因此，投資煙煤噴吹設(shè)施就會(huì)很高。

煙煤的特性：揮發(fā)分高，著火點(diǎn)很低，易于燃燒，易被高爐接受，在相同條件下增加噴吹量。煙煤產(chǎn)生的煤氣還原能力強(qiáng)，間接還原的發(fā)展都源于含H2量高。較多的熱與氧氣的補(bǔ)充以單位質(zhì)量?jī)?nèi)煤完全燃燒是因?yàn)闊熋褐邪〒]發(fā)分較高，所以同等條件下其允許的最大噴煤量會(huì)較無(wú)煙煤小很多。但使用高風(fēng)溫及富氧是噴吹煙煤的最大特點(diǎn)。

4 方法

煤粉爆炸關(guān)聯(lián)性，煤粉的爆炸性不僅與它本身的揮發(fā)份或者可燃基揮發(fā)份相關(guān),還與它的粒度及其比表面積有關(guān)。安全噴吹需適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大粒度范圍,但更要根據(jù)高爐冶煉的要求決定,為防止煤粉爆炸，控制制粉與噴吹系統(tǒng)氣氛內(nèi)含氧氣含量需在15%以下。降低氣氛中氧氣含量可啟用充氮?dú)饣驘犸L(fēng)爐廢氣的方法。

“火焰長(zhǎng)度法”是目前國(guó)內(nèi)主要研究煤粉爆炸性方法,即采用長(zhǎng)管式煤粉爆炸性測(cè)定儀來(lái)測(cè)定煤粉爆炸返回火焰的長(zhǎng)值,從而表示煤粉的爆炸性。在測(cè)定煤粉爆炸特性時(shí)，兩個(gè)測(cè)定參數(shù)（爆炸下限和返回火焰長(zhǎng)度）一般是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定其爆炸性。爆炸下限指粉塵濃度，是噴入一定裝置內(nèi)的粉塵云燃燒且維持火焰?zhèn)鞑ブ凶钚〉?其作為粉塵爆炸性重要參考值。（注：采用20L的爆炸裝置是實(shí)驗(yàn)室通常測(cè)定方法.）檢測(cè)煤塵引燃后產(chǎn)生的返回火焰長(zhǎng)度一般采用長(zhǎng)管式煤粉爆炸性測(cè)試儀，尤其被噴吹現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用，，煤粉爆炸性的強(qiáng)弱決定了該長(zhǎng)度的變化是否顯著：該煤粉具強(qiáng)爆炸性是在返回火焰長(zhǎng)度大于600mm范圍；而中強(qiáng)度爆炸性是在400mm～600mm之間；弱爆炸性則是小于400mm。

萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司湘東煉鐵廠煙煤為具有中強(qiáng)度爆炸性的煙煤，而（萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司安源煉鐵廠）為無(wú)爆炸性煤。

在無(wú)煙煤中配入15%～35%的煙煤后，返回火焰長(zhǎng)度均為10mm，當(dāng)煉鐵廠煙煤配比達(dá)到40%時(shí)，返回火焰長(zhǎng)度為20mm?；旌厦悍劬鶠榫哂腥醣ㄐ?。

在萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司安源煉鐵廠無(wú)煙煤中配入20%～45%的萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司湘東煉鐵廠煙煤后，返回火焰長(zhǎng)度均為10mm?；旌厦悍劬鶠榫哂腥醣ㄐ?。

5 煉鐵廠制粉簡(jiǎn)易工藝流程圖

圖1 煉鐵廠制粉簡(jiǎn)易工藝流程圖

6 現(xiàn)狀及技術(shù)應(yīng)用過(guò)程

煉鐵廠噴煤主要防爆措施與GB16543-2008對(duì)照（高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程）

綜合上面的對(duì)比，我們不難發(fā)現(xiàn)煉鐵廠噴煤的主要防爆措施雖然存在一定的欠缺，但經(jīng)過(guò)自動(dòng)化技術(shù)改造后，基本符合國(guó)家高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程的基本要求。

（1）現(xiàn)狀。煤粉收集區(qū)到煤粉倉(cāng)中間處設(shè)置了含氧量在線檢測(cè)，氧含量超標(biāo)有報(bào)警裝置，磨煤機(jī)入口無(wú)氧氣監(jiān)測(cè)裝置?，F(xiàn)采用熱風(fēng)爐廢氣來(lái)降低磨煤機(jī)入口含氧量，但熱風(fēng)爐在異常狀況下可能會(huì)造成氧含量的升高。

技術(shù)應(yīng)用：購(gòu)置安裝磨煤機(jī)入口氧氣監(jiān)測(cè)裝置增加設(shè)置，采用熱風(fēng)爐在異常狀況時(shí)安全聯(lián)鎖惰性氣體抑爆系統(tǒng)開(kāi)啟，達(dá)到工藝抑爆的效果。

（2）煤粉設(shè)備設(shè)施檢修的防范措施。煤粉設(shè)備設(shè)施檢修存在的危險(xiǎn)因素主要為煤粉爆炸。我廠目前在沒(méi)有測(cè)試設(shè)備內(nèi)煤粉揮發(fā)分儀器的情況下，充分依靠煤粉爆炸的條件制定可靠的安全措施，保障動(dòng)火作業(yè)的安全。制粉系統(tǒng)停止運(yùn)行，煤粉倉(cāng)內(nèi)煤粉放至噴吹罐，清除煤粉倉(cāng)煤粉。煤粉倉(cāng)沉積的煤粉不能完全清除，首先考慮惰性氣體抑爆措施。最后采用向煤粉倉(cāng)內(nèi)充入氮?dú)猓档兔悍蹅}(cāng)內(nèi)氧氣濃度及抑止爆炸極限的條件，從而達(dá)到抑爆的目的。

7 結(jié)語(yǔ)

無(wú)煙煤中摻入一定比例的煙煤混合噴吹將有利于高爐的冶煉且縮小高爐冶煉的成本，高爐煤粉噴吹是國(guó)內(nèi)外高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展大趨勢(shì)，是針對(duì)煉鐵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的重要環(huán)節(jié)，因此在煉鐵生產(chǎn)及設(shè)備維護(hù)工作當(dāng)中，各級(jí)人員應(yīng)當(dāng)高度重視煤粉防爆的安全措施，嚴(yán)格執(zhí)行《高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程》，遏止安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。