水泥工廠煤粉制備如何防火防爆？

  1、前言

  水泥行業(yè)是建材行業(yè)的主體部分，與經(jīng)濟建設密切相關。煤炭是水泥生產(chǎn)中使用最普遍的一種燃料，特別是自1973年世界性的石油危機以來，國際水泥工業(yè)的燃料構成發(fā)生了進一步變化，許多原來以石油作為水泥工業(yè)主要燃料的國家也轉變?yōu)橐栽簽槿剂稀Ｖ袊茉唇Y構表現(xiàn)為多煤、貧油、少氣，因此我國通用硅酸鹽水泥熟料的生產(chǎn)都以煤炭為燃料進行生產(chǎn)。

  采用預分解窯生產(chǎn)水泥熟料時，通常每生產(chǎn)1噸水泥熟料需要消耗100-110千克的標準煤。為加快煤炭燃燒過程的化學反應速度，達到要求的燃燒溫度，形成生料煅燒成熟料要求的高溫狀態(tài)和環(huán)境，原煤必須粉磨成細粉。因此，煤粉的細度是保證燃燒速度和穩(wěn)定燃燒的控制因素之一。

  在煤粉制備系統(tǒng)中，涉及粉磨、儲存、輸送和除塵設備等，粉磨設備一般采用立式磨或風掃管磨來磨制煤粉。

  在水泥工廠煤粉制備系統(tǒng)設計時，盡管采取了防燃、防爆、泄爆、抑爆，止爆、防靜電等措施，設置了先進的壓力、溫度、CO濃度檢測和報警裝置，對煤粉制備系統(tǒng)各重點環(huán)節(jié)進行監(jiān)測預警，同時設置了C0₂或N₂自動滅火系統(tǒng)，但由于煤粉容易燃燒、爆炸的特性，其制備、輸送、儲存和使用過程中易出現(xiàn)自燃或爆炸事故，以及煤粉制備過程中誤操作存在誘發(fā)事故的因素，使得煤粉制備系統(tǒng)成為水泥工廠發(fā)生安全生產(chǎn)事故頻率較高的環(huán)節(jié)。

  2、事故案例

  2003年8月，某水泥生產(chǎn)企業(yè)4000t/d熟料生產(chǎn)線，由于操作人員失誤，煤粉制備系統(tǒng)發(fā)生爆炸，釀成3人死亡，多人受傷的慘劇。

  2009年3月，某水泥生產(chǎn)企業(yè)煤磨系統(tǒng)，在停機過程中，由于風掃磨磨頭與管道堆積煤粉，分別于27日上午7時30分和31日中午1時30分接連發(fā)生2次燃爆。煤磨除塵器布袋被燒毀，磨頭，磨尾管道變形移位。

  2010年1月24日，某水泥生產(chǎn)企業(yè)6名維修工進行煤磨袋除塵器檢修作業(yè)，其中4人在頂樓，另外2人在頂樓下一層平臺接應。下午2時20分，煤磨袋除塵器內動火作業(yè)引發(fā)燃爆，頂樓的4名維修工受氣浪沖擊從高空摔落地上死亡。

  2010年9月19日，某水泥生產(chǎn)企業(yè)中控室煤磨操作員，發(fā)現(xiàn)1#煤磨袋除塵器頂部管道漏風，馬上通知崗位工和維修工到1#煤磨袋收塵器頂部查看管道漏風情況。崗位工和維修工二人就在現(xiàn)對漏風管道進行維修。凌晨1時58分左右，正在運行的2#煤磨袋除塵器、因灰斗內積聚的煤粉自燃引發(fā)燃爆，熱氣浪將相距7米正在1#煤磨袋收塵器頂部維修的崗位工和維修工二人燙傷，其中1人經(jīng)搶救無效死亡。

  2011年1月18日20時45分，某水泥生產(chǎn)企業(yè)5000t/d熟料生產(chǎn)線，煤粉倉裝滿后煤磨正常停機。19日0時18分，中控室煤磨操作員按操作規(guī)程開機。0時1 9分，煤磨袋除塵器灰斗溫度迅速上升，發(fā)生燃燒爆炸。袋除塵器3個泄爆門被打開，第2室、第3室的布袋被燒毀。幸運的是無人員傷亡。

  2012年1月14日23時30分，某水泥生產(chǎn)企業(yè)煤磨袋除塵器發(fā)生爆炸。15日凌晨1時，明火被熄滅，崗位工開始逐個打開灰斗檢修門清理煤粉；凌晨2時40分左右，清理到2#灰斗時，一打開檢修門，暗埋的明火突然騰起（新鮮空氣進入，發(fā)生二次燃爆），火焰瞬間向外噴出，現(xiàn)場入員被嚴重燒傷。

  3、防火防爆安全措施

  3.1基本要求

  （1）水泥工廠應建立煤粉制備系統(tǒng)防火防爆相關安全管理制度。

  （2）煤粉制備系統(tǒng)崗位人員，必須經(jīng)過崗位操作規(guī)程、隱患排查、緊急救援和事故應急處理等知識的培訓，考核合格后方能上崗。

  （3）煤粉制備車間應設置警戒區(qū)域，禁止存放易燃易爆物品，未經(jīng)許可禁止無關人員進入。

  （4）煤粉制備車間應按GB 50016的要求配置足夠的消防設備設施，滅火器配置應符合GB50140的要求，現(xiàn)場和控制室應設置火災報警裝置。消防設備設施應定期檢查，并保持完好有效。煤粉制備車間應設置符合GB 13495要求的“禁止煙火”等消防安全警示標志。

  （5）水泥工廠應制定符合GB/T 29639要求的煤粉制備系統(tǒng)防火防爆專項應急預案，并組織相關人員進行培訓和演練。

  3.2設備設施要求

  （1）煤粉制備系統(tǒng)設計應符合GB 50016和GB 50116、GB 50295、GB 50577、GB 15577的要求。

  （2）煤磨車間每層平面設置消火栓不少于兩個。

  （3）煤磨、選粉機、煤粉倉、煤磨除塵器及進除塵器工藝管道，均應設置泄爆閥。泄爆閥宜選用自動啟閉式，安裝位置應便于檢修，并應避免爆炸后的噴出物噴向控制室、電氧設備、電纜橋架、樓梯口和主要通道。

  （4）煤粉制備系統(tǒng)除塵設備應選用煤磨專用的袋式除塵器，應有防燃、防爆、防雷、防靜電及防結露等設施。除塵器進、出口應設置停電狀態(tài)下自動動作的快速截斷閥，排灰回轉下料器應設測速裝置。

  （5）煤磨利用燒成系統(tǒng)余熱作為烘干熱源時，熱風進入煤磨前應有調節(jié)閥和旋風除塵器（或沉降室）。煤磨烘干熱源宜采用窯尾廢氣余熱。

  （6）煤磨進出風管、煤粉倉、煤磨除塵器（進出風管、灰斗）應設置溫度監(jiān)測裝置，煤粉倉、煤磨除塵器出風管應設置CO監(jiān)測裝置，并配置溫度、CO自動報警裝置。在系統(tǒng)運行和檢修期間，監(jiān)測、報警裝置均應處于開啟狀態(tài)。

  （7）煤磨，煤粉倉和煤磨除塵器，應設置干粉滅火器和氣體自動滅火系統(tǒng)。

  （8）氣體自動滅火系統(tǒng)通向各個防護區(qū)的氣體管道應分別設置控制閥門，控制閥門應集中布置。自動控制系統(tǒng)應設置自動、手動模式轉換開關和手動控制閥門；氣體滅火系統(tǒng)應設置火災報警裝置。除氣體滅火系統(tǒng)關聯(lián)設備檢修作業(yè)外，氣體滅火系統(tǒng)應始終處于自動控制狀態(tài)。

  （9）煤粉制備系統(tǒng)封閉式廠房內的電氣設備應采用防爆型。

  （10）煤粉制備系統(tǒng)所有設備和管道均應可靠接地。

  （11）煤粉倉錐體斜度應不小于70°，宜設置煤粉外排裝置。

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  3.3 安全運行要求

  3.3.1 開機要求

  （1）煤粉制備系統(tǒng)開機前，應對系統(tǒng)進行全面檢查，確認生產(chǎn)設備、消防及其他安全防護設施完好，各測點溫度。CO濃度正常，具備開機條件。

  （2）當煤粉制備系統(tǒng)采用窯頭或窯尾廢氣作為烘干熱源時，如果預分解系統(tǒng)進行清堵作業(yè)，應先停止煤粉制備系統(tǒng)運行，關閉通往煤磨的熱風閥門。

  （3）煤磨開機前，應先開啟煤磨除塵系統(tǒng)。

  3.3.2 運行要求

  （1）水泥工廠應根據(jù)煤的品質和煤粉制備系統(tǒng)生產(chǎn)工藝確定合理的運行控制參數(shù)。

  （2）粉磨煙煤時，入磨氣體溫度不宜超過260℃，出磨氣體、煤粉倉、煤磨除塵器入口氣體及灰斗溫度不應超過70℃；粉磨無煙煤時，入磨氣體溫度不宜超過300℃，出磨氣體，煤粉倉、煤磨除塵器入口氣體及灰斗溫度不應超過75℃。

  （3）煤粉倉和煤磨除塵器內CO濃度不應超過800ppm。煤粉倉料位宜保持在80%左右。

  （4）煤粉制備系統(tǒng)運行過程中應保持良好的氣密性。禁止打開設備的檢修門、孔。

  3.3.3 巡檢要求

  正常生產(chǎn)時，巡檢人員應定期對系統(tǒng)進行檢查，生產(chǎn)設備、消防及其他安全防護設施應完好，發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常和“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，應及時處理。巡檢人員不應靠近泄爆閥的正前方。

  3.3.4 停機要求

  （1）選粉機、除塵器及輸送設備停機前，應將其內部煤粉排空。

  （2）計劃停機3天以上時，應將煤粉倉排空。因故不能排空時，應在倉內煤粉表層鋪蓋厚度不小于150mm的生料粉，關閉助流氣體，定時記錄溫度、CO濃度及其變化情況。計劃停機15天以上時，還應將磨頭倉原煤排空。

  （3）球磨停止喂煤10分鐘后應停機。

  （4）煤粉制備系統(tǒng)停機后，應關閉煤磨除塵器的進出口閥門。

  3.4 檢修要求

  3.4.1 檢修要求

  （1）設備檢修應在停機狀態(tài)下進行，并采取設備斷電、“掛牌”、上鎖”，專人監(jiān)護措施。

  （2）檢修人員應佩戴符合GB/T 11651要求的具有防靜電的勞動保護用品，靜電防護措施應符合G8 12158的要求。

  （3）檢修使用的照明燈、對講機、報警器應為防爆型。設備內檢修照明電壓不應超過12V，宜采用不帶電源線的直流照明燈具。

  3.4.2 動火作業(yè)要求

  （1）在煤粉制備車間進行電焊、氣割等動火作業(yè)，所有作業(yè)人員應參與火災爆炸等危險有害因素分析，制定相應控制措施，辦理危險區(qū)域動火作業(yè)申請許可。

  （2）動火作業(yè)現(xiàn)場不得有易燃易爆物品，并應配置足量的滅火器。

  （3）進入設備內部動火作業(yè)前，應排空設備內部的煤粉或原煤，并清掃干凈。

  3.4.3 進入設備內部作業(yè)

  （1）打開煤粉制備系統(tǒng)設備檢修門和進入設備內部作業(yè)之前，所有作業(yè)人員應參與有限空間，作業(yè)危險有害因素分析，辦理有限空間作業(yè)申請許可。

  （2）檢修人員進入原煤倉、煤磨、選粉機、煤粉倉、除塵器等設備，應確保：

  ①關閉入煤磨熱風閥，先通風，再檢測設備內部的有害氣體和氧氣濃度，有害氣體濃度不超標。當CO氣體濃度大于0.0024%.或硫化氫氣體濃度大于0. 00066%.或氧氣濃度低于19.5%時，禁止人員入內。

  ②關閉氣體滅火系統(tǒng)，進入煤磨除塵器內部檢修前，應關閉清灰系統(tǒng)氣源。

  ③使用符合GB/T 1165T要求的安全帽、防毒口罩、隉燃防護服、焊接手套、防熱阻燃鞋，所選用的安全防護用品應具有防靜電功能。

  ④作業(yè)過程中，應保持通風，定時或連續(xù)監(jiān)測有害氣體濃度、氧氣濃度。

  ⑤在設備內部連續(xù)作業(yè)時間不超過30min。當設備內部環(huán)境溫度超過35℃時，應根據(jù)GBZ 1的要求采取局部降溫和綜合防暑措施，并應減少作業(yè)時間。

  （3）原煤倉、煤粉倉清倉作業(yè)應使用木質等不易產(chǎn)生靜電、火花的工具，作業(yè)應符合AQ2047的要求。

  （4）檢修完畢。確認設備內人員全部撤出、無遺留物品后，方可關閉人孔門。

  3.5 應急處理要求

  （1）當煤粉制備系統(tǒng)設備外部發(fā)生初起火災時，應發(fā)出報警信號，并利用就近的滅火器滅火。對于電氣火災應采用適用E類火災的滅火器。火勢較大時，應緊急停機，切斷系統(tǒng)電源，利用就近的消火栓滅火。

  （2）煤磨、煤粉倉、除塵器設備內部著火時，應緊急停機、關閉進出料閥門和進出口氣體閥門，然后啟動相應設備的氣體滅火系統(tǒng)。

  （3）原煤倉、煤粉倉清倉時，如發(fā)現(xiàn)倉內原煤、煤粉自燃，清倉人員應立即撤到倉外，關閉倉頂除塵器入口閥門及配套引風機。在確認倉內無人后，采取滅火措施。

  （4）當煤粉制備系統(tǒng)發(fā)生火災，爆炸事故時，應緊急停車，切斷系統(tǒng)電源，采取滅火措施，并啟動事故應急預案?；馂膿錅绾螅蜷_設、備檢修門前，應辦理有限空間作業(yè)許可。

  4、結語

  堆積狀態(tài)下的煤粉，如除塵器內某些死角、灰斗沉積的細煤粉等，當氧化速率超過散熱速率時，所產(chǎn)生熱量積蓄，引起煤粉自燃甚至爆炸現(xiàn)象。煤粉的自燃溫度受煤粉自身氧化程度、周圍介質成分等影響，雖低于煤粉正常著火溫度，但并不是固定值，V.Fierro研究表明：煤粉自燃臨界溫度在60℃～80℃。因此，防止煤粉制備系統(tǒng)中的煤粉沉積是預防自燃的重要措施。

  當煤粉很細時，在懸浮狀態(tài)下直接與空氣接觸，一旦引燃就會迅速發(fā)生氧化反應而發(fā)生爆炸。一般說來，煤塵爆炸的下限濃度為30-50g/m³，上限濃度為1000-2000g/m³。煤粉制備過程中，原煤的部分揮發(fā)組分因受烘干用的熱氣體和粉磨的雙重作用，會析出而產(chǎn)生CO進入系統(tǒng)風路內。當燃燒和爆炸的基本條件--氧氣、可燃物（煤粉或CO）、火源（火星或電火花）同時存在的情況下，將發(fā)生燃燒甚至爆炸。因此，煤粉制備系統(tǒng)的操作應特別重視防燃和防爆問題。

  當氧氣的濃度小于14%時，視為惰性氣體，此時煤粉制備系統(tǒng)是相對安全的。因此，當水泥工廠煤粉制備系統(tǒng)布置在窯尾，利用窯尾煙氣作為烘干介質時，煙氣中的含氧量低，有抑制燃爆的作用--對煤粉的防燃防爆要求低；當水泥工廠煤粉制備系統(tǒng)布置在窯頭，利用窯頭篦冷機的熱風或利用熱風爐的熱風作為烘干介質時，熱風中含氧量將高達21%.具備燃爆條件。

  一般情況下，煤的揮發(fā)分在10%以下時不易燃爆，25%- 35%時易燃爆。35%以上時極易燃爆。因此，制備無煙煤煤粉時，可以選擇窯頭篦冷機的熱風作為烘干熱源；制備煙煤煤粉時，宜選用窯尾廢氣作為烘干熱源；制備褐煤煤粉時，應選用窯尾煙氣作為烘干介質，并且為減小煤粉制備系統(tǒng)的燃爆風險，應盡量避免選用褐煤作為燃料。

  總之，水泥工廠煤粉制備系統(tǒng)的防火防爆是一項系統(tǒng)工程，應包括煤種選擇、系統(tǒng)設計、運行操作、檢修作業(yè)、安全防護、人員管理、應角處理等方面。