烟煤安全控制与事故处理.doc

高炉喷吹烟煤安全控制与事故处理
摘要：高炉喷吹烟煤煤一个重要的限制环节是安全问题，本文系统介绍了喷吹烟煤似的安全控制问题，包括系统参数的控制，事故的预防与处理。
高炉喷吹烟煤是高炉喷煤发展的趋势，也是近年来发展起来的新技术，从高炉冶炼工艺角度看，烟煤更适合喷吹，因为它含挥发物质高，所以燃烧率高，带入高炉的氢气也多。而氢气既有利于高炉的还原过程，又有利于提高煤气热值。实践证明喷烟煤有利于提高置换比和增加喷吹量。此外，烟煤一般比无烟煤质软、好磨，可以降低磨煤电耗。各厂可就近喷吹。但由于防火防爆问题，喷吹烟煤时对系统的安全控制提出了更高的要求，主要包括系统安全控制与事故的处理。
一 喷煤系统安全控制
合理控制参数是保证生产安全的关键。只要控制好其中的重要参数，安全生产是完全可以实现的。
1. 系统氧含量和温度的控制
根据煤粉爆炸必要条件，煤粉燃烧、爆炸的必要条件包括以下几项
(1) 可燃粉尘浓度处于爆炸下限与上限之间的爆炸区；
(2) 有足够氧化剂支持燃烧；
(3) 有足够能量的点火源点燃粉尘；
(4) 粉尘处于分散悬浮状态，即粉尘云状态。
在制备、输送煤粉的过程中，悬浮浓度很难控制，所以控制系统内部气氛中氧含量和火源是防止煤粉爆炸的关键。根据相关文献记载的实验也表明：在空气中的悬浮煤粉浓度为0.02-2 kg/m3时为煤粉爆炸区间。当气相中氧浓度降至14 % 以下时，煤粉浓度虽在上述范围，即使煤粉达到煤的燃点以上也无爆炸发生。所以在实际生产中，要求制粉系统含氧浓度小于12 %，以保证整个系统氧含量远离煤粉燃烧爆炸的氧浓度的临界值。
喷煤系统控制氧含量的办法是利用高炉热风炉废气，由于热风炉废气氧含量比较低，一般低于4%，同时含有一定热量，可以做为喷煤制粉系统的干燥剂和惰化剂。安钢高炉喷煤系统所用的干燥气为混合干燥气。它由90~95 %的热风炉烟气和5~10 %的燃烧炉烟气组成。经过在磨机入口处实测其氧含量浓度在6 %以下， 收尘器出口氧含量浓度在12 %以下，能够满足制粉系统的安全需要。
系统温度的控制受煤种、生产工艺、生产环境等因素影响。烟煤的着火点在一般在300℃~400℃之间，所以磨机入口温度要低于此值，现在一般最高控制在260℃~290℃。出口温度：夏季控制在90±5℃；冬季由于环境温度低，加之原煤水分含量较高，一般控制在95±5℃。另外，煤粉仓是煤粉停留时间较长的地方。如果储存的煤粉温度较高，煤粉氧化速度较快，易在粉仓中发生煤粉自燃现象。所以粉仓温度应控制在70℃以下。当发现粉仓温度高于70℃并继续上升时，要尽快将仓中煤粉喷出并用氮气进行吹扫。待温度下降到正常范围后，再接受新煤粉。
2. 一氧化碳监测系统
根据煤粉自燃时首先释放出CO的原理，通过对CO浓度监测，可及时发现煤粉的自燃，和温度相比CO浓度监测更加灵敏。通过对粉仓、布袋箱CO浓度监测，可以及时发现煤粉自燃的现象，生产过程中，当CO的浓度增加到一定值时可自动报警并联锁打开粉仓、布袋箱的充氮系统以确保安全。
3. 开车时安全控制与防止煤粉自燃
开机时应先降低系统氧含量。具体如下：在磨机开启之前，首先把热风炉废气引过来，降低系统氧含量到12 %以下，然后再开烟气炉升温，当磨机出口到95 ℃左右时再开启球磨机，进入正常生产状态。这样在系统生产之前，驱除了制粉系统内的空气，降低系统氧含量，保证了系统的安全生产。
4. 停车时系统安全控制
在喷煤系统中制粉系统生产能力一般均大于喷吹系统能力，以保证稳定喷吹，所以每天制粉系统都有或长或短的停车时间，停车时系统参数和开车时会有较大变化，首先表现在系统氧含量会有所提高。由于停车时，烟气炉一般都要停止烧炉，打开放散进入保温状态,这时，外部冷风会由于其内部热风造成的负压进入系统，造成系统内氧含量升高。根据经验，如果没有特殊措施，半个小时后，系统氧含量可达18 %左右。其次系统内煤粉停止流动，进入静止状态，布带箱、磨机、部分水平管内会残存一些煤粉，同时停车后系统本身还具备一定的温度。如果条件合适，系统内残存煤粉易发生氧化自燃。
煤粉氧化自燃可分为四个阶段
— 缓慢氧化期。在此阶段，其温度不超过100 ℃。在缓慢氧化期，由于温度较低，化学反应速度慢，所以对煤粉喷吹来说是安全期。
— 水分蒸发期。在此阶段，煤粉温度值随含水量不同而不同，但仍是煤粉喷吹的安全期。
— 氧化加速期。在此阶段，煤粉的温度为120~140 ℃。
— 剧烈氧化自燃期。进入此阶段，煤粉温度上升极快，有可能很快发生自燃，乃至爆炸。氧化加速期和剧烈氧化自燃期对煤粉喷吹至为危险，如进入这两个阶段，应马上采取措施。
根据以上情况，这时危险主要是高温环境下存留的煤粉。图1 为某种烟煤在环境温度为50 ℃氧含量为21 %的环境条件下储存时间与表面温度的关系。

图1 烟煤储存时间与温度的关系

影响煤粉氧化自燃的主要因素是煤粉的挥发含量。挥发份含量高，煤粉在升温氧化过程逸出的易燃挥发份越多，而挥发份与煤粉存贮空间空气的化学反应速度与挥发份浓度成正比，因而导致煤粉易于氧化自燃。
煤粉温度是促使其自燃的外在原因。煤粉温度越高，越有利于氧化反应的进行，如果贮煤仓的散热条件不好，并且煤仓内具备一定的氧的条件，就容易发生自燃或爆炸。
煤粉的存贮状态及气氛是决定煤粉是否能自燃的决定因素。相关的实验结果表明，无论是挥发分高的褐煤还是中等挥发分的烟煤，不管煤粉温度是否已达到着火点，如果氧浓度不达到某一值，自燃不会发生。
根据以上性质，为保证安全，如果煤粉挥发份高，存放时间长，这时应尽量利用放散风机引入热风炉废气控制系统氧含量，或降低存煤环境温度与时间，以保证系统安全。
有时由于检修等原因系统需长时间停车或需人员进入系统，这时系统内氧含量将不可避免地达到空气氧含量浓度。这时控制安全的主要措施是利用各种方法清除系统内积粉，消除安全隐患。清除煤粉的办法为停车前使系统空负荷运转一段时间，同时对布袋除尘器加强反吹，必要时人员进入系统内部检查，确保清除积粉。
喷吹系统短时间停车时可用充氮气的方法保证安全。如长时间停车，应把喷吹罐及管道内煤粉喷吹干净。
5. 喷煤系统明火的预防
明火是导致爆炸的一个原因。明火有各种各样的来源：如原煤中的铁器物质进入磨机与衬板相碰撞产生火花；系统中某处积粉因氧化自燃而产生明火；检修后没有及时清除炙热的焊渣等等。针对以上火种来源，采取了以下措施：
(1) 严格监控原煤质量，及时发现和清理原煤中的杂质，并在输送原煤的两条皮带机头上方安装了大功率除铁器，避免或尽量减少原煤中的铁器进入球磨机。并规定每次上煤前必须先清理除铁器上吸附的铁器物件。
(2) 提高操作工操作水平，控制好球磨机的正常生产，摸索出在不同煤况和送温条件下，球磨机下煤量的变化规律，严防球磨机长时间空转。
(3) 检修前后注意清理现场，防止电焊切割时点燃煤粉。
高温煤粉长期存放是煤粉氧化自燃的重要原因。当温度升高到一定程度，氧含量条件又合适，将不可避免发生煤粉自燃事故。虽然在系统设计时已注意到了这点，尽量避免煤粉有积存现象，但由于设备质量、生产节奏或其它一些原因，仍会有积粉氧化自燃的危险。所以在日常生产中要经常性的检查系统各处积粉情况，改造不适合生产实际的机械设备。
6. 设备检修安全控制
从安全方面看，喷煤系统检修，尤其煤粉区域设备检修与其他设备检修要求不同，其主要区别在于检修时要充分考虑煤粉的燃烧性爆炸性，根据煤粉燃烧性质，电焊或切割时产生的焊渣足以引燃堆积的煤粉，如果煤粉浓度与氧含量合适，电焊或切割的火花很可能引起煤粉爆炸。所以检修前对于煤粉区域要清扫干净或利用蒸汽或水把煤粉打湿。例如检修球磨机衬板，在检修前先使其负荷运转一段时间，尽量使其煤粉抽干净，停车后打开入孔，进行通风，保证内部氧含量及温度以利于人员检修，由于这时衬板的间隙内仍然存留很多煤粉，需用水把煤粉打湿，然后可以进行焊接和氧气切割。对于其他部位的抢修也一样，一定要把内部或周围的煤粉清除干净后进行切割、焊接，以确保安全。当然也可以利用其他方式，代替电焊切割，这样更有利于安全。
7. 设备选型与安全控制
对于喷煤系统尤其对于烟煤喷吹系统，在煤粉区域，选设备时应要求不产生火花。同时要求运转可靠，对于收尘器还应考滤到系统及设备的防静电措施。与煤粉接触的设备要有防粉尘功能。如布袋与旋风下广泛采用的卸灰装置YCD~16型卸灰阀，这种阀门一般用摆线形减速机，这种减速机结构紧凑，减速比大，但对润滑系统要求特别高，而其工作区域条件又经常造成煤粉进入减速机影响其润滑。这时造成磨损加大，不能适应在煤粉区域长时间开车要求。同时该阀损坏后，如不及时发现容易造成非常严重的后果，好多煤粉着火事故都是由于损坏后没有及时发现，造成煤粉长时间堆积而引起煤粉自燃。由于其可靠性无法满足生产需要，于是把其改成了斜板式锁气器，这种锁气器的结构简单，运行可靠性高，运行过程中不需专门控制装置。其工作原理为当开车时其利用坠秤与系统负压自动关闭，当布袋内煤粉堆积到一定程度后，在煤粉重力作用下自动卸灰，这样不但满作了系统工艺要求。而且保证了系统的安全可靠性。
8. 喷煤系统事故处理
由于喷煤系统事故处理没有严格的理论，仅以某厂发生的二次事故为例分析一下。1996年7 月白班，发现布袋箱温度升高，局部煤粉已达到200 ℃左右，经检查发现布袋箱下卸灰阀故障，没有及时发现，造成集灰斗内积粉长达20 h以上，为了处理内部煤粉，一方面向布袋箱内充氮，同时打开布袋箱人孔，准备把布袋箱内煤粉倾倒外边处理，打开人孔后，发现煤粉温度特别高，但并没着火，但没过多长时间内部煤粉开始燃烧，同时清到布袋箱外的煤粉也着了起来，造成布袋箱内部分布袋烧毁，当时由于煤粉挥发分不是太高为无烟煤，没有造成更严重的后果。
另一次是1999年8月，当时发生事故的原因及过程基本一致，但根据上次事故处理经验处理方法有所不同，这一次考虑到布袋箱内温度并没有达到煤粉的着火点，煤粉可能仅仅为煤粉在高温环境下发生氧化引起温度升高，并没有着火。如果打开布袋箱人孔，很可能会造成象上次一样，空气进入布袋箱造成内部高温煤粉着火。所以这一次是利用充氮系统向布袋箱、粉仓、喷吹罐内充氮，把系统氧含量控制到最底点，同时用最快的速度把上述积粉通过粉仓、喷吹罐喷吹到高炉内，喷吹完后温度恢复正常。
分析以上两次事故，可以发现，煤粉着火点随环境温度、环境氧含量的变化而变化，根据图1所示，如果布袋箱温度高，氧含量高，即使系统没有达到常温下煤粉着火点。过一段时间后煤粉也会发生自燃。如果发现及时，在煤粉氧化升温阶段采取合理措施，如控制系统氧含量或降低煤粉温度，就可以预防事故的发生。
另外处理事故方法还有以下几种方法
(1) 往布袋箱内粉仓内通蒸汽，这样一方面能驱赶系统内空气，另一方面还可以给高温煤粉降温，同时增加煤粉的水分，控制煤粉的燃烧，煤粉中水分与爆炸性质关系如图，但是处理后需重新烘干系统。
(2) 利用消防系统，往系统内充水 ，这种方法简单，但应注意由于煤粉一般漂在水面上，所以处理彻底需水量较大。另外需把布袋箱内布袋都打湿，因为布袋上存有煤粉，且着火不易被发现。同时处理后布袋箱需烘干。
总之，煤粉发生氧化自燃后应尽量避免空气进入，以免产生剧烈的燃烧。这时可以控制系统内氧含量，并利用各种措施降温，并把煤粉尽快喷到高炉内，保证系统安全。
9. 总结
针对同设备引起的事故，预防措施可采取以下几个方面
¾ 关键设备的可靠性要有保障，如布袋箱下卸灰阀。
¾ 加强布袋箱积灰设备点检防止因设备故障产生长时间积粉。
¾ 集灰斗、粉仓内测温元件应能与煤粉直接接触，这样能灵敏的反应煤粉温度。
¾ 系统内应有充氮或充蒸气、充水口，最好与安全监测系统联锁能及时发现处理事故。
¾ 加强对维修工作中切割焊接的管理，工作前后应清理现场。