立式磨煤機原煤制粉工藝及安全工藝設(shè)計

張健 黃澤爾 陳汝萱

【摘 要】由于原煤自身的揮發(fā)性及暴露在空氣中的氧化性，原煤制粉過程中就會有自燃和爆炸的可能性發(fā)生。為保證安全生產(chǎn)，文章從立式磨煤機的磨煤系統(tǒng)原理和煤粉產(chǎn)生自燃、爆炸的必備條件進行分析，制定切實可行的原煤制粉安全工藝，為原煤制粉提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵詞】原煤；制粉；自燃；爆炸；安全工藝

【中圖分類號】TQ536 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）02-0027-03

0 前言

近年來，隨著國家對環(huán)境保護的日益重視，節(jié)能減排成為電廠、水泥廠的必備項目。為了滿足國家對環(huán)境保護的需求，達到節(jié)能減排的效果，許多企業(yè)開展了原煤制粉的項目。原煤制粉后，可以大大提高原煤的利用率，減少污染物的排放，因此原煤制粉工藝技術(shù)得到了大力的發(fā)展。然而，由于原煤在制粉過程中存在易燃易爆的特性，因此制粉過程中安全工藝設(shè)計就顯得尤為重要。

1 煤粉的性能及煤粉發(fā)生爆炸的條件

1.1 煤粉的特性

煤粉在與空氣中的氧氣接觸的過程中會發(fā)生氧化反應(yīng)，在氧化的過程中會產(chǎn)生大量的熱使得煤粉溫度升高，溫度升高又會加劇煤粉的進一步氧化，如果散熱不良，會使氧化過程不斷加劇，最后使溫度達到煤的燃點而引起煤粉的自燃。在煤粉制粉系統(tǒng)中，煤粉是由輸送煤粉的氣體和煤粉混合成的云霧狀的混合物，它一旦遇到火花就會使火源擴大而產(chǎn)生數(shù)倍大氣壓的大氣壓力，從而造成煤粉的爆炸。

1.2 影響煤粉發(fā)生爆炸的因素

影響煤粉爆炸的因素很多，如揮發(fā)分含量，煤粉細度，氣粉混合物的濃度、溫度、濕度和輸送煤粉的氣體中氧氣的含量等。

（1）一般來說，揮發(fā)分含量VR<10%的煤（無煙煤），是沒有爆炸危險的。而VR>25%的煤（如煙煤等），很輕易自燃，煤粉的自燃溫度為140～350 ℃。

（2）煤粉越細，越輕，越易自燃和爆炸，粗煤粉爆炸的可能性較小。例如，煙煤粒度大于0.1 mm，幾乎不會爆炸。因此，揮發(fā)分含量大的煤不能磨得過細。

（3）煤粉濃度是影響煤粉爆炸的重要因素。實踐證實，最危險的濃度在0.05～2.0 kg/m3，大于或小于該濃度時，爆炸的可能性都會減小。制粉設(shè)備中沉積煤粉的自燃性往往是引爆的火源。氣粉混合物溫度越高，危險性就越大。煤粉爆炸的實質(zhì)是一個強烈的燃燒過程，是在0.01～0.15 s的瞬間大量煤粉忽然燃燒產(chǎn)生大量高溫?zé)煔?，因急速膨脹而形成的壓力波及高速向外傳播而產(chǎn)生的很大的沖擊力和聲音。立式煤磨機制粉系統(tǒng)煤粉濃度在0.30～1.0 kg/m3，發(fā)生爆炸的可能性非常大。

（4）氣粉混合物中，含氧量越高，越容易發(fā)生自燃和爆炸。實踐證明，當氣粉混物中的氧氣含量≥12%時，即可發(fā)生煤粉自燃或爆炸。

2 原煤制粉工藝方案設(shè)計

2.1 工藝方案

立式煤磨機的制粉工藝如下：喂料機構(gòu)將原煤運送到立式磨中，立式磨通過研磨機構(gòu)將原煤磨成煤粉，再由風(fēng)送系統(tǒng)通過選粉機分選合格的煤粉，分選合格的煤粉則通過收塵系統(tǒng)收集，最后運送到存儲罐存儲。其制粉過程如圖1所示。

2.2 工藝分析

由于原煤含有一定的表水和原水（一般為4%～15%），合格的煤粉要求含水量≤1%，故在制粉過程中都需要進行烘干處理。因此，風(fēng)送系統(tǒng)所送的氣體，一般都要經(jīng)過燃燒爐燃燒加熱處理。經(jīng)過加熱處理過的氣體溫度一般為350 ℃左右，大大超過了煤粉的燃火點。由于煤粉本身具有自燃和爆炸的特性，所以在煤礦制粉工程中必須加入安全工藝設(shè)計。

3 煤礦制粉安全工藝設(shè)計

3.1 煤粉發(fā)生爆炸的必要條件

根據(jù)物理原理，我們知道煤粉發(fā)生爆炸的必要條件有3個：{1}可燃物（煤粉）達到一定濃度；{2}周圍溫度達到著火點；{3}氣粉混合物中要有一定的氧含量。三者缺一不可。

3.2 制粉的安全性分析

（1）在原煤制粉的過程中，為達到蒸發(fā)水分的效果，一般會將系統(tǒng)風(fēng)加熱到250 ℃以上，這一溫度已經(jīng)大大超過了煤粉的自燃溫度，并且在研磨的過程中由于金屬撞擊也易產(chǎn)生火花，所以在磨粉過程中通過氣粉混合物的溫度來達到防止爆炸的可能性已經(jīng)不存在了。

（2）由于立式煤磨機制粉系統(tǒng)中氣粉混合物的煤粉濃度在0.30～1.0 kg/m3，剛好在煤粉易爆的含塵區(qū)間之內(nèi)，如果減少含塵濃度，則影響系統(tǒng)產(chǎn)量，增加生產(chǎn)成品，故通過控制煤粉濃度來防止煤粉爆炸也是不可取的。

（3）我們可以通過燃燒爐的充分燃燒來控制風(fēng)送系統(tǒng)氣體內(nèi)的含氧量，以求達到防止制粉過程發(fā)生爆炸的問題。通過計算，我們可以獲得燃燒爐燃燒后含氧量在4.5%左右的氣體。而煤粉只有在氣粉混合物中含氧量≥12%的情況下才會發(fā)生自燃或爆炸，故我們可以通過控制氣粉混合物的含量來防止原煤制粉過程中自燃和爆炸事故的發(fā)生。

3.3 安全工藝設(shè)計

經(jīng)燃燒爐燃燒過的氣體含氧量為4.5%左右，溫度一般為350 ℃左右，由于溫度過高，對磨機設(shè)備及收塵設(shè)備都會造成很大的傷害。磨煤系統(tǒng)中經(jīng)過收塵器收塵后排出的尾氣含氧量為7%左右，溫度為70 ℃左右，為了充分利用資源，我們將尾氣的一部分引入風(fēng)送系統(tǒng)中，與燃燒爐燃燒后的氣體進行混合。相比直接摻入冷空氣可以降低送入磨機內(nèi)氣體的含氧量；同時，可以降低進入磨機氣體的溫度，以到達符合磨機溫度要求的氣體。通過管道調(diào)節(jié)閥，我們可以將最終進入磨機的氣體含氧量控制在8%左右，溫度控制在250 ℃左右。

由于磨煤系統(tǒng)在喂料過程中會摻入氧氣，且磨輥軸及返料口存在漏風(fēng)的問題，因此都有可能致使磨內(nèi)含氧量升高，引起煤粉自燃或爆炸。為了防止自燃和爆炸，我們在系統(tǒng)中設(shè)置了氧含量檢測設(shè)備和惰性氣體（這里以氮氣為例）滅火裝置。其工藝流程圖如圖2所示。

從圖2中我們可以看出，在整個制粉工藝過程中，為了防止煤粉的自燃和爆炸，我們在磨機入口、磨機出口、收塵器出口3個位置設(shè)置了氧含量檢測點，并配備了氮氣防爆滅火裝置。根據(jù)前文論述，當制粉系統(tǒng)中氧含量超過12%時，煤粉則易發(fā)生自燃和爆炸現(xiàn)象。那么，在上述3個檢測點我們設(shè)置氧含量的檢測值為11%。當檢測點位系統(tǒng)氣體中氧含量超過11%時，則打開相應(yīng)點位的氮氣閥，對系統(tǒng)內(nèi)氣體進行氧含量的稀釋，以此來保證磨粉系統(tǒng)的安全運行。

4 結(jié)語

通過對煤粉性質(zhì)的分析，確定了煤粉發(fā)生自燃或爆炸的必要條件；根據(jù)煤粉發(fā)生自燃和爆炸的必要條件，確定了制粉工藝過程和實現(xiàn)安全生產(chǎn)的安全工藝流程。上述原煤制粉工藝和安全工藝設(shè)計，不僅有效地解決了原煤制粉過程中的節(jié)能減排的問題，而且保證了原煤制粉過程中的安全運行。

參 考 文 獻

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]