煤粉爐中煤粉爆炸機理及防爆措施探究

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1 引言

煤粉爐是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中的常見供熱設(shè)備，因煤粉本身的懸浮性、分散性、比表面積大以及易燃性特征，給煤粉爐運行的安全性和穩(wěn)定性帶來了風(fēng)險。為此，針對煤粉爐中煤粉防爆的問題進(jìn)行分析研究是十分必要的。

2 煤粉的物理特性

對于剛從磨煤機中磨制出來的煤粉通常帶有相同極性的電荷，因此具備較強的靜電吸附能力。從外觀表現(xiàn)來看，此時的煤粉較為疏松，具有較低的堆積密度，大約是原料煤堆積密度的三分之一。煤粉具有很大的比表面積，因此外在處于一種十分不穩(wěn)定的狀態(tài)，在外界環(huán)境條件下傾向于從不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)煤粉氣流通入到鍋爐爐膛后表現(xiàn)出著火點更低，燃燒更迅速的特點，這些特點是煤粉用于燃煤鍋爐中的優(yōu)勢所在。煤粉在入爐前的存儲環(huán)境不當(dāng)，不僅容易吸收環(huán)境中的水蒸氣，而且還能夠與環(huán)境中的氧氣發(fā)生作用，氧化過程釋放熱量，再加上煤粉具有較強的比表面能，因此在熱量的激發(fā)下更容易促進(jìn)能量釋放，促使熱量產(chǎn)生。此時如果環(huán)境不具備良好的散熱條件極容易引起煤粉自燃，繼而引發(fā)爆炸等危險事故。

3 煤粉的爆炸機理

煤粉的比表面能較高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)煤粉顆粒周圍空氣中氧氣含量較高時，煤粉顆粒會吸附較多的氧，這給煤粉自燃創(chuàng)造了有利條件。通常情況下，煤粉自燃溫度在295℃，環(huán)境煤粉塵濃度41～57g/m3時會達(dá)到煤粉爆炸的下限條件。煤粉爆炸同時伴隨煤粉的自燃，如煤粉濃度達(dá)到1.0～2.0kg/m3時，風(fēng)流供氧條件具備時會引發(fā)煤粉自燃。另外，當(dāng)煤粉輸送管道中煤粉的含氧量達(dá)到17%時也容易發(fā)生爆炸。在煤粉輸送管道的積粉在遇到靜電火星或外部火源也容易發(fā)生急劇的氧化反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)釋放的熱量不能較快散開，環(huán)境溫度急劇上升，會引發(fā)更大區(qū)域內(nèi)的煤粉自燃，繼而導(dǎo)致煤粉爆炸事故。實際生產(chǎn)中，煤粉爆炸的成因涉及到多個方面。如果煤炭原料中的揮發(fā)分較高時，制得的煤粉更容易爆炸，反之不容易爆炸；當(dāng)環(huán)境中煤粉的濃度達(dá)到1.2～2.0kg/m3時，煤粉極容易爆炸，當(dāng)煤粉的濃度在上述區(qū)間以外時不容易爆炸；當(dāng)煤粉細(xì)度值較小時，煤粉的比表面積大，更容易吸附空氣中的氧氣，氧化反應(yīng)更充分，煤粉更容易爆炸；當(dāng)煤粉所在的空氣環(huán)境溫度越高，煤粉反應(yīng)越劇烈，更容易發(fā)生爆炸；煤粉及空氣在輸送管道中的流動速度太低，煤粉容易沉積粘附在管道內(nèi)，煤粉及空氣在輸送管道中的流動速度太高，摩擦容易產(chǎn)生靜電火花，因此流動速度太低或太高都容易導(dǎo)致煤粉爆炸。

4 煤粉的防爆措施

結(jié)合上述煤粉的物理特性以及煤粉爆炸機理，在煤粉爐設(shè)計、制備、安裝以及使用的過程中可采取以下安全防控措施。

首先注意煤粉爐的設(shè)計制造及安裝。煤粉爐的制粉裝置中應(yīng)不留死角，盡量避免水平型管道，確保煤粉在輸送過程中能夠始終具有一定的流速，避免煤粉沉積粘附在水平管道內(nèi)，避免在靜電火花因素下引起爆炸。在磨煤機的進(jìn)入口處管道位置、煤粉分離裝置、旋風(fēng)分離裝置、煤粉倉、風(fēng)機裝置等位置注意避免煤粉自燃，技術(shù)人員可在這些裝置相應(yīng)部位安裝防爆門，門的前端設(shè)置成短管的形式，同時注意管道與水平方向之間的角度超過60°。同時注意在安裝防爆門的時候注意管道出口朝向，禁止出口對著電纜、玻璃等危險設(shè)施，可將防爆門出口朝向室外安全空曠的區(qū)域。防爆門的防爆膜片應(yīng)確保材質(zhì)過關(guān)，同時做好防爆膜片的防結(jié)露措施。另外，在煤粉倉上應(yīng)安裝煤粉測量儀，實時監(jiān)測煤粉量，選擇合理的點位安裝溫度監(jiān)測裝置、水分監(jiān)測裝置和除潮裝置，及時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整溫度和濕度。在煤粉倉周邊應(yīng)布設(shè)消防設(shè)施，以應(yīng)對緊急火災(zāi)或爆炸事故。

其次注意煤粉爐的使用。煤粉爐的制粉系統(tǒng)應(yīng)從給煤環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量把控，確保給煤的均勻穩(wěn)定。生產(chǎn)作業(yè)人員應(yīng)注意查看制粉系統(tǒng)中各個監(jiān)測點位的溫度變化、壓力變化情況。根據(jù)原料煤的水分和揮發(fā)分含量情況，對磨煤機出口的溫度進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控。當(dāng)遇到制粉系統(tǒng)電源異常、出現(xiàn)斷煤或堵煤以及送氣乏力的情況時，應(yīng)及時進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，盡快回復(fù)制粉系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，避免煤粉自然或爆炸。煤粉爐點火前，作業(yè)人員需對爐膛內(nèi)以及送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行吹掃，吹掃5～8min使煤粉爐膛、送風(fēng)管道以及煙道處的可燃性氣體排除干凈。磨煤機內(nèi)部的殘留煤粉應(yīng)排干凈，然后再關(guān)停機器，避免積存在內(nèi)部的煤粉降溫后吸濕受潮，同時也避免殘留煤粉發(fā)生自燃。注意煤粉爐膛內(nèi)的負(fù)壓差與煤粉燃燒情況的吻合，根據(jù)煤粉輸送情況調(diào)整風(fēng)量，避免出現(xiàn)設(shè)備堵粉現(xiàn)象。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時，應(yīng)先增加引風(fēng)量，然后再增加一次風(fēng)量和二次風(fēng)量，當(dāng)進(jìn)風(fēng)量平穩(wěn)后再增加煤粉量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時，操作順序反之，先減少煤粉，最后降低引風(fēng)量。

第三注意煤粉爐的日常巡檢和維修。生產(chǎn)企業(yè)需指定煤粉爐的日常巡檢制度，設(shè)置煤粉爐巡檢工作實施清單。通過日常巡檢工作的實施開展，對煤粉爐的制粉系統(tǒng)進(jìn)行運行工況判斷。一旦發(fā)現(xiàn)冒火星或者冒煙的現(xiàn)象，進(jìn)一步查看是否存在煤粉自燃，及時采取安全應(yīng)急措施。定期清理煤粉倉積灰，避免長期積存的煤粉受潮結(jié)塊或發(fā)生自燃。嚴(yán)格管控煤粉倉吸潮管道閥門的起閉，保持煤粉倉干燥。注意定期檢查煤粉分離裝置連接管道，及時清除粘附沉積在管道壁及拐角位置的煤粉，保持管道通暢。注意檢查煤粉分離裝置的鎖氣器是否嚴(yán)密。定期檢驗進(jìn)風(fēng)機葉輪的平衡性，檢查葉輪是否存在磨損，定期清理粘附在葉輪上的煤粉，避免葉輪轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生靜電火花，引發(fā)煤粉自燃或爆炸。

5 結(jié)語

綜上所述，煤粉爐的安全穩(wěn)定運行對于企業(yè)生產(chǎn)安全管理和生產(chǎn)目標(biāo)的實現(xiàn)關(guān)系密切。通過對煤粉爆炸機理的分析，制定和采取相應(yīng)的防爆措施，減少事故發(fā)生率，確保設(shè)備穩(wěn)定運行。