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低量程烟气分析仪在磨煤及除尘系统防燃防爆中的应用

2018-09-21    来源:中国节能网
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[ 导读 ]:在水泥行业,煤磨的收尘采用袋式除尘器已广为应用,但是由于煤磨设备的发展,煤粉的输送已取消细粉分离器,而由袋式除尘器取而代之,而煤磨袋除尘器是根据煤粉尘防燃、防爆原理,以及袋除尘器过滤机理相结合研制成功的。煤粉在输送、粉磨与除尘过程中的主要危险是燃烧、爆炸。
 在水泥行业,煤磨的收尘采用袋式除尘器已广为应用,但是由于煤磨设备的发展,煤粉的输送已取消细粉分离器,而由袋式除尘器取而代之,而煤磨袋除尘器是根据煤粉尘防燃、防爆原理,以及袋除尘器过滤机理相结合研制成功的。煤粉在输送、粉磨与除尘过程中的主要危险是燃烧、爆炸。因此,防燃、防爆是煤粉磨系统及除尘器设计时必需考虑的两大因素。
 
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1.煤磨烟气的特性
 
煤磨烟气中所含粉尘为煤粉,其浓度大,粒度细,易燃易爆。
 
1.1煤粉的几项特性
 
据煤炭科研部门试验表明,煤粉具有如下特性:
 
(1)爆炸极限:烟煤爆炸下限浓度为110~335g/m³,爆炸上限浓度为1500g/m³;无烟煤爆炸下限浓度为45~55g/m³,爆炸上限浓度为1500~2000g/m³。
 
(2)煤粉可燃爆的粒度:上限为0.5~0.8mm,粒经小于75μm更易于燃爆。
 
(3)煤粉的着火温度:500~530℃,自燃温度:140~350℃。
 
(4)煤的挥发份:无烟煤挥发份≤10%,无爆炸危险;烟煤挥发份>10%,有爆炸危险,百分比愈大,爆炸性愈大。
 
1.2煤粉燃爆的因素
 
煤粉只有具备如下三要素,才可能进行燃烧和爆炸,缺一不行。
 
(1)有可燃物质一煤粉;
 
(2)有氧气;
 
(3)有点燃源。
 
1.3粉尘浓度较低
 
水泥厂煤磨工艺流程是煤磨排出的含煤粉烟气先流经粗粉分离器再经细粉分离器至除尘器,其粉尘浓度较低,约为70g/m³左右。随着技术的发展与进步,取消细粉分离器,含煤粉烟气经粗粉分离器后即直接至除尘器。此时,煤粉的浓度提高至300~700g/m³,在除尘器空间内煤粉弥漫正处于燃爆范围内。而煤粉的浓度很细,比表面积大,粒度<80μm的占80%左右;水泥厂现又多采用烟煤,挥发性一般在10%~30%,也均处于燃爆范围。此外由于煤磨属于烘干磨,烟气中有一定水份含量,露点一般在50~55℃,易于结露。
 
1.4易引起燃爆
 
氧气的浓度在15%~17%以上,易引起燃爆,小于14%视为惰性气体。
 
水泥厂煤粉制备工艺系统——煤磨布置在窑尾(指回转窑),利用窑尾烟气作为烘干介质时,烟气中含氧量低,有抑制燃煤的作用——而用冷却机热风作为烘干介质时,热风中含氧量将高达21%,具备燃爆条件。
 
1.5煤磨燃爆的温度范围
 
水泥厂煤磨入口温度一般不大于400℃,煤磨出口烟气温度为避免结露需高于露点温度15~30℃,一般控制在70~85℃,但当利用窑尾烟气作烘干用时,因其水份含量有时高达6%,煤磨烟气出口应高于露点温度30~35℃,一般控制在85~90℃。可见其出口烟气温度均在着火或自燃温度范围外。
 
2系统防燃防爆技术要点
 
2.1控制燃烧物
 
含尘气体的燃烧物一是可燃气体,另一个是固体燃烧物,可燃气体主要是CO,其在气体中的含量达到一定浓度就可能发生爆炸,CO主要来自通风系统的热源,因此,必须加强通风系统的管理,保证CO含量在安全范围内。
 
控制固体可燃物包括控制进气口含尘浓度和避免收尘器内部煤粉堆积两方面,避免煤粉堆积由收尘器特殊结构来保证,而气体的含尘浓度则由系统工艺决定,根据有关试验表明,煤粉的爆炸浓度工区是100~2000g/m³因此,为保证带收尘器安全运行,最好控制在60g以下,但是随着粉磨技术的发展带收尘器常被作为工艺设备选用,而且又都采用一级收尘,含尘气体由磨机经粗粉分离器直接进入带收尘器,含尘浓度都在300~700g/m³之间,这正处在爆炸危险区域,因此,控制其它两个爆炸条件及保证检测、防暴系统的正常尤为重要。
 
2.2控制含氧量
 
氧气是燃烧的三要素之一,试验表明,气体含氧量低于12%时,就能避免燃烧发生。在煤磨系统中,常需要热气体对磨进行通风和烘干物料,煤粉磨常用窑头冷却机热风,或窑尾废气做热源,若采用冷却机热风,气体中的含氧量基本上与空气相同,为21%,这将增大煤粉烟气爆炸的可能,极不安全,因此,使用带收尘器的煤磨系统最好是采用窑尾废气做热源,含氧量可控制在12%以下。
 
2.3控制温度
 
气体温度的控制对于煤磨收尘器来说,入口气体的温度应严格控制,保证高于露点以上25℃,低于75℃的范围。温度过高容易引燃含尘气体而发生爆炸;温度若低于露点一下,会引起结露,不仅造成积灰,还会堵塞滤带使清灰困难而影响收尘器的正常运行。
 
2.4消除火源
 
(1)消除内部火源
 
主要是消除除尘器滤袋静电火源。抗静电针刺毡是在针刺毡的基布上纺入导电纤维,使滤料电阻值降低,利于附着滤袋表面粉尘所带静电荷的释放。有导电纤维较无导电纤维针刺毡表面电阻、体电阻和摩擦电位都低得多。为防止煤粉自燃,结构设计不能有积灰面。设备设计要符合防爆要求,本体上还必须装有卸压阀。煤磨袋除尘器的灰斗是很容易积灰的,煤粉尘细度细,粒度小于40μm的占95%以上,附着性强,粉尘还可能吸收空气中的水分,在灰斗壁上冷凝。所以灰斗壁的倾角应≥70°。在灰斗两面形成的谷角处,设计一溜料板,成为两个加大的谷角,减少粉尘的沉积。
 
(2)消除外部火源
 
外来火源主要有热风炉热风带入的火星;机械摩擦火花;电火花;维修时电、气焊造成的局部高温等。有些在系统操作时,只要引起足够的重视就可以克服,有些则难以预料,因此,必须采取安全措施,如设备检修时,停止系统的运行、隔离操作面、准备灭火器材等。我国大部分水泥厂煤磨设置在窑头,热风来源或为热风炉或为篦冷机或为窑头,氧含量均在20%左右,属于非惰性操作。随着氧浓度的增加,煤粉点燃温度呈下降趋势。在除尘器内热的煤粉尘与空气混合就会形成爆炸性混合物,当其浓度在45~2000g/m³之间时,一旦温度过高就会引起燃烧、爆炸。当煤的挥发分Vad>20%时,危险会更大。因此,须将入袋除尘器的废气温度控制在90℃以下。一旦温度超温,声、光报警,紧急切断系统,停止运行。
 
另外,CO气体的监测、报警也是用于煤磨安全运行的一种措施。要求有一整套配备的降温、过滤、干燥等装置,需要严格的管理和维护。这样CO自动监测系统是能够起到预警作用的。如果条件允许,煤磨系统采用窑尾预热器排出的废气作为热源,其氧含量在6%~10%、气体温度在300~340℃之间,使系统在惰性气氛下操作更安全。
 
(3)采用灭火装置
 
在我国有些水泥厂由于资金和管理等诸多原因,煤粉磨系统只是简单的配备几个泡沫灭火器,有的连这个都做不到,这是非常不可取的。煤粉磨系统防燃、防爆应配有温度预警装置和CO2自动灭火装置。当CO2在空气中的浓度达30%~40%时,一般可燃物质的燃烧能窒息;40%~50%时,能抑制汽油蒸汽以及其它气体的爆炸。对于煤粉尘而言,CO2含量在50%能够抑制其燃爆。CO2自动灭火装置由固定的CO2供给源,通过与之相连的带喷嘴的固定管道,向被保护设备直接释放CO2灭火剂。
 
3.可燃可爆气体监测方案
 
据上文分析可得:要防止磨煤与除尘系统燃爆事故的发生,除控制温度、消除货源外,对可燃气体CO与O2含量的实时监测也十分重要。但在水泥工艺中,要完全避免“牵一发而动全身”的燃爆事故发生,除了要对磨煤与除尘系统进行实时的气体成分监测,对整个工艺流程的安全监测也是必不可少的,以下是水泥工艺流程中各个监测点及相关检测参数汇总。
 
4.结语
 
水泥企业煤粉磨系统及除尘器的防燃、防爆是一项系统工程。从操作到设备管理,要进行全面的可燃可爆气体流程监测并制订严格的规章制度。严格按章办事,只有这样,煤粉磨系统、除尘器系统甚至整个水泥工艺才能长期安全、稳定、高效运行。
 
 
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