水泥工厂煤粉制备如何防火防爆？

  1、前言

  水泥行业是建材行业的主体部分，与经济建设密切相关。煤炭是水泥生产中使用最普遍的一种燃料，特别是自1973年世界性的石油危机以来，国际水泥工业的燃料构成发生了进一步变化，许多原来以石油作为水泥工业主要燃料的国家也转变为以原煤为燃料。中国能源结构表现为多煤、贫油、少气，因此我国通用硅酸盐水泥熟料的生产都以煤炭为燃料进行生产。

  采用预分解窑生产水泥熟料时，通常每生产1吨水泥熟料需要消耗100-110千克的标准煤。为加快煤炭燃烧过程的化学反应速度，达到要求的燃烧温度，形成生料煅烧成熟料要求的高温状态和环境，原煤必须粉磨成细粉。因此，煤粉的细度是保证燃烧速度和稳定燃烧的控制因素之一。

  在煤粉制备系统中，涉及粉磨、储存、输送和除尘设备等，粉磨设备一般采用立式磨或风扫管磨来磨制煤粉。

  在水泥工厂煤粉制备系统设计时，尽管采取了防燃、防爆、泄爆、抑爆，止爆、防静电等措施，设置了先进的压力、温度、CO浓度检测和报警装置，对煤粉制备系统各重点环节进行监测预警，同时设置了C0₂或N₂自动灭火系统，但由于煤粉容易燃烧、爆炸的特性，其制备、输送、储存和使用过程中易出现自燃或爆炸事故，以及煤粉制备过程中误操作存在诱发事故的因素，使得煤粉制备系统成为水泥工厂发生安全生产事故频率较高的环节。

  2、事故案例

  2003年8月，某水泥生产企业4000t/d熟料生产线，由于操作人员失误，煤粉制备系统发生爆炸，酿成3人死亡，多人受伤的惨剧。

  2009年3月，某水泥生产企业煤磨系统，在停机过程中，由于风扫磨磨头与管道堆积煤粉，分别于27日上午7时30分和31日中午1时30分接连发生2次燃爆。煤磨除尘器布袋被烧毁，磨头，磨尾管道变形移位。

  2010年1月24日，某水泥生产企业6名维修工进行煤磨袋除尘器检修作业，其中4人在顶楼，另外2人在顶楼下一层平台接应。下午2时20分，煤磨袋除尘器内动火作业引发燃爆，顶楼的4名维修工受气浪冲击从高空摔落地上死亡。

  2010年9月19日，某水泥生产企业中控室煤磨操作员，发现1#煤磨袋除尘器顶部管道漏风，马上通知岗位工和维修工到1#煤磨袋收尘器顶部查看管道漏风情况。岗位工和维修工二人就在现对漏风管道进行维修。凌晨1时58分左右，正在运行的2#煤磨袋除尘器、因灰斗内积聚的煤粉自燃引发燃爆，热气浪将相距7米正在1#煤磨袋收尘器顶部维修的岗位工和维修工二人烫伤，其中1人经抢救无效死亡。

  2011年1月18日20时45分，某水泥生产企业5000t/d熟料生产线，煤粉仓装满后煤磨正常停机。19日0时18分，中控室煤磨操作员按操作规程开机。0时1 9分，煤磨袋除尘器灰斗温度迅速上升，发生燃烧爆炸。袋除尘器3个泄爆门被打开，第2室、第3室的布袋被烧毁。幸运的是无人员伤亡。

  2012年1月14日23时30分，某水泥生产企业煤磨袋除尘器发生爆炸。15日凌晨1时，明火被熄灭，岗位工开始逐个打开灰斗检修门清理煤粉；凌晨2时40分左右，清理到2#灰斗时，一打开检修门，暗埋的明火突然腾起（新鲜空气进入，发生二次燃爆），火焰瞬间向外喷出，现场入员被严重烧伤。

  3、防火防爆安全措施

  3.1基本要求

  （1）水泥工厂应建立煤粉制备系统防火防爆相关安全管理制度。

  （2）煤粉制备系统岗位人员，必须经过岗位操作规程、隐患排查、紧急救援和事故应急处理等知识的培训，考核合格后方能上岗。

  （3）煤粉制备车间应设置警戒区域，禁止存放易燃易爆物品，未经许可禁止无关人员进入。

  （4）煤粉制备车间应按GB 50016的要求配置足够的消防设备设施，灭火器配置应符合GB50140的要求，现场和控制室应设置火灾报警装置。消防设备设施应定期检查，并保持完好有效。煤粉制备车间应设置符合GB 13495要求的“禁止烟火”等消防安全警示标志。

  （5）水泥工厂应制定符合GB/T 29639要求的煤粉制备系统防火防爆专项应急预案，并组织相关人员进行培训和演练。

  3.2设备设施要求

  （1）煤粉制备系统设计应符合GB 50016和GB 50116、GB 50295、GB 50577、GB 15577的要求。

  （2）煤磨车间每层平面设置消火栓不少于两个。

  （3）煤磨、选粉机、煤粉仓、煤磨除尘器及进除尘器工艺管道，均应设置泄爆阀。泄爆阀宜选用自动启闭式，安装位置应便于检修，并应避免爆炸后的喷出物喷向控制室、电氧设备、电缆桥架、楼梯口和主要通道。

  （4）煤粉制备系统除尘设备应选用煤磨专用的袋式除尘器，应有防燃、防爆、防雷、防静电及防结露等设施。除尘器进、出口应设置停电状态下自动动作的快速截断阀，排灰回转下料器应设测速装置。

  （5）煤磨利用烧成系统余热作为烘干热源时，热风进入煤磨前应有调节阀和旋风除尘器（或沉降室）。煤磨烘干热源宜采用窑尾废气余热。

  （6）煤磨进出风管、煤粉仓、煤磨除尘器（进出风管、灰斗）应设置温度监测装置，煤粉仓、煤磨除尘器出风管应设置CO监测装置，并配置温度、CO自动报警装置。在系统运行和检修期间，监测、报警装置均应处于开启状态。

  （7）煤磨，煤粉仓和煤磨除尘器，应设置干粉灭火器和气体自动灭火系统。

  （8）气体自动灭火系统通向各个防护区的气体管道应分别设置控制阀门，控制阀门应集中布置。自动控制系统应设置自动、手动模式转换开关和手动控制阀门；气体灭火系统应设置火灾报警装置。除气体灭火系统关联设备检修作业外，气体灭火系统应始终处于自动控制状态。

  （9）煤粉制备系统封闭式厂房内的电气设备应采用防爆型。

  （10）煤粉制备系统所有设备和管道均应可靠接地。

  （11）煤粉仓锥体斜度应不小于70°，宜设置煤粉外排装置。

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  3.3 安全运行要求

  3.3.1 开机要求

  （1）煤粉制备系统开机前，应对系统进行全面检查，确认生产设备、消防及其他安全防护设施完好，各测点温度。CO浓度正常，具备开机条件。

  （2）当煤粉制备系统采用窑头或窑尾废气作为烘干热源时，如果预分解系统进行清堵作业，应先停止煤粉制备系统运行，关闭通往煤磨的热风阀门。

  （3）煤磨开机前，应先开启煤磨除尘系统。

  3.3.2 运行要求

  （1）水泥工厂应根据煤的品质和煤粉制备系统生产工艺确定合理的运行控制参数。

  （2）粉磨烟煤时，入磨气体温度不宜超过260℃，出磨气体、煤粉仓、煤磨除尘器入口气体及灰斗温度不应超过70℃；粉磨无烟煤时，入磨气体温度不宜超过300℃，出磨气体，煤粉仓、煤磨除尘器入口气体及灰斗温度不应超过75℃。

  （3）煤粉仓和煤磨除尘器内CO浓度不应超过800ppm。煤粉仓料位宜保持在80%左右。

  （4）煤粉制备系统运行过程中应保持良好的气密性。禁止打开设备的检修门、孔。

  3.3.3 巡检要求

  正常生产时，巡检人员应定期对系统进行检查，生产设备、消防及其他安全防护设施应完好，发现参数异常和“跑、冒、滴、漏”现象，应及时处理。巡检人员不应靠近泄爆阀的正前方。

  3.3.4 停机要求

  （1）选粉机、除尘器及输送设备停机前，应将其内部煤粉排空。

  （2）计划停机3天以上时，应将煤粉仓排空。因故不能排空时，应在仓内煤粉表层铺盖厚度不小于150mm的生料粉，关闭助流气体，定时记录温度、CO浓度及其变化情况。计划停机15天以上时，还应将磨头仓原煤排空。

  （3）球磨停止喂煤10分钟后应停机。

  （4）煤粉制备系统停机后，应关闭煤磨除尘器的进出口阀门。

  3.4 检修要求

  3.4.1 检修要求

  （1）设备检修应在停机状态下进行，并采取设备断电、“挂牌”、上锁”，专人监护措施。

  （2）检修人员应佩戴符合GB/T 11651要求的具有防静电的劳动保护用品，静电防护措施应符合G8 12158的要求。

  （3）检修使用的照明灯、对讲机、报警器应为防爆型。设备内检修照明电压不应超过12V，宜采用不带电源线的直流照明灯具。

  3.4.2 动火作业要求

  （1）在煤粉制备车间进行电焊、气割等动火作业，所有作业人员应参与火灾爆炸等危险有害因素分析，制定相应控制措施，办理危险区域动火作业申请许可。

  （2）动火作业现场不得有易燃易爆物品，并应配置足量的灭火器。

  （3）进入设备内部动火作业前，应排空设备内部的煤粉或原煤，并清扫干净。

  3.4.3 进入设备内部作业

  （1）打开煤粉制备系统设备检修门和进入设备内部作业之前，所有作业人员应参与有限空间，作业危险有害因素分析，办理有限空间作业申请许可。

  （2）检修人员进入原煤仓、煤磨、选粉机、煤粉仓、除尘器等设备，应确保：

  ①关闭入煤磨热风阀，先通风，再检测设备内部的有害气体和氧气浓度，有害气体浓度不超标。当CO气体浓度大于0.0024%.或硫化氢气体浓度大于0. 00066%.或氧气浓度低于19.5%时，禁止人员入内。

  ②关闭气体灭火系统，进入煤磨除尘器内部检修前，应关闭清灰系统气源。

  ③使用符合GB/T 1165T要求的安全帽、防毒口罩、陧燃防护服、焊接手套、防热阻燃鞋，所选用的安全防护用品应具有防静电功能。

  ④作业过程中，应保持通风，定时或连续监测有害气体浓度、氧气浓度。

  ⑤在设备内部连续作业时间不超过30min。当设备内部环境温度超过35℃时，应根据GBZ 1的要求采取局部降温和综合防暑措施，并应减少作业时间。

  （3）原煤仓、煤粉仓清仓作业应使用木质等不易产生静电、火花的工具，作业应符合AQ2047的要求。

  （4）检修完毕。确认设备内人员全部撤出、无遗留物品后，方可关闭人孔门。

  3.5 应急处理要求

  （1）当煤粉制备系统设备外部发生初起火灾时，应发出报警信号，并利用就近的灭火器灭火。对于电气火灾应采用适用E类火灾的灭火器。火势较大时，应紧急停机，切断系统电源，利用就近的消火栓灭火。

  （2）煤磨、煤粉仓、除尘器设备内部着火时，应紧急停机、关闭进出料阀门和进出口气体阀门，然后启动相应设备的气体灭火系统。

  （3）原煤仓、煤粉仓清仓时，如发现仓内原煤、煤粉自燃，清仓人员应立即撤到仓外，关闭仓顶除尘器入口阀门及配套引风机。在确认仓内无人后，采取灭火措施。

  （4）当煤粉制备系统发生火灾，爆炸事故时，应紧急停车，切断系统电源，采取灭火措施，并启动事故应急预案。火灾扑灭后，打开设、备检修门前，应办理有限空间作业许可。

  4、结语

  堆积状态下的煤粉，如除尘器内某些死角、灰斗沉积的细煤粉等，当氧化速率超过散热速率时，所产生热量积蓄，引起煤粉自燃甚至爆炸现象。煤粉的自燃温度受煤粉自身氧化程度、周围介质成分等影响，虽低于煤粉正常着火温度，但并不是固定值，V.Fierro研究表明：煤粉自燃临界温度在60℃～80℃。因此，防止煤粉制备系统中的煤粉沉积是预防自燃的重要措施。

  当煤粉很细时，在悬浮状态下直接与空气接触，一旦引燃就会迅速发生氧化反应而发生爆炸。一般说来，煤尘爆炸的下限浓度为30-50g/m³，上限浓度为1000-2000g/m³。煤粉制备过程中，原煤的部分挥发组分因受烘干用的热气体和粉磨的双重作用，会析出而产生CO进入系统风路内。当燃烧和爆炸的基本条件--氧气、可燃物（煤粉或CO）、火源（火星或电火花）同时存在的情况下，将发生燃烧甚至爆炸。因此，煤粉制备系统的操作应特别重视防燃和防爆问题。

  当氧气的浓度小于14%时，视为惰性气体，此时煤粉制备系统是相对安全的。因此，当水泥工厂煤粉制备系统布置在窑尾，利用窑尾烟气作为烘干介质时，烟气中的含氧量低，有抑制燃爆的作用--对煤粉的防燃防爆要求低；当水泥工厂煤粉制备系统布置在窑头，利用窑头篦冷机的热风或利用热风炉的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。

  一般情况下，煤的挥发分在10%以下时不易燃爆，25%- 35%时易燃爆。35%以上时极易燃爆。因此，制备无烟煤煤粉时，可以选择窑头篦冷机的热风作为烘干热源；制备烟煤煤粉时，宜选用窑尾废气作为烘干热源；制备褐煤煤粉时，应选用窑尾烟气作为烘干介质，并且为减小煤粉制备系统的燃爆风险，应尽量避免选用褐煤作为燃料。

  总之，水泥工厂煤粉制备系统的防火防爆是一项系统工程，应包括煤种选择、系统设计、运行操作、检修作业、安全防护、人员管理、应角处理等方面。