一．前言

針對大多數(shù)新型干法線安全生產(chǎn)而言，目前最普遍的棘手問題就是煤粉在制備、使用及存儲上如何避免燃燒和爆炸。而多數(shù)廠家把燃燒和爆炸的原因分析、監(jiān)測預(yù)防措施僅僅聚焦于單一的一氧化碳（CO）氣體上，的確是失之偏頗的。更有甚者，把煤粉倉內(nèi)的可燃?xì)怏w（如CO、瓦斯）爆炸與煤塵爆炸混為一談，而事實上，CO和瓦斯的爆炸與煤塵爆炸是兩個完全不同的概念，但又是緊密聯(lián)系。

二．煤粉爆炸的條件及原因

眾所周知，CO及瓦斯氣體的爆炸必須同時具備三個條件：一是：這些可燃?xì)怏w有足夠的濃度；二是：要有一定的引火源，而瓦斯的引火溫度一般認(rèn)為是650-750℃；三是：有足夠濃度的氧氣，一般大于12%。

上述條件一提到的“可燃?xì)怏w”，在煤粉里有很多種，一氧化碳只是在煤粉制備、使用及存儲過程中產(chǎn)生的一個主要代表物而已。煤粉中常見幾種可燃性氣體及它們的爆炸極限見表1。

而煤塵爆炸是由于其含有并釋放出的可燃性揮發(fā)份聚集于塵粒的周圍，在一定溫度下放出大量的可燃性氣體，在點火能的作用下發(fā)生爆炸。煤塵的爆炸性由其所含可燃性揮發(fā)份的大小決定，如無煙煤不含可燃性揮發(fā)份，就沒有爆炸性，不會發(fā)生爆炸。

煤塵爆炸也必須同時具備以下三個條件，一是煤塵本身具有爆炸性(當(dāng)揮發(fā)份＞14%時,煤塵已經(jīng)100%具有爆炸性了);二是煤塵在空氣中呈懸浮狀態(tài),并達(dá)到一定的濃度(爆炸上下極限范圍內(nèi));三是有引爆的高溫?zé)嵩?溫度一般為700-800°C,溫度愈高愈容易引起爆炸)。

煤粉中之所以存在一定數(shù)量的以甲烷為主的烴類氣體———瓦斯,這與煤的結(jié)構(gòu)狀態(tài)密切相關(guān)。煤是一種復(fù)雜的孔隙介質(zhì),有著十分發(fā)達(dá)的、各種不同直徑的孔隙和裂隙,形成了巨大的自由空間和孔隙表面。因此,煤在形成過程中產(chǎn)生的瓦斯就能以游離和吸附兩種狀態(tài)存在于這些孔隙和裂隙中。而煤粉在制備使用過程中重點要防范的,就是這種被稱為吸附在煤的微孔表面和煤的微粒內(nèi)部的吸附瓦斯。

煤粉倉的爆炸,就宏觀來說,主要是指一氧化碳與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng);就微觀而言,卻是由煤粉中存在的多種“活性氣體”共同參與的熱—鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)。目前國內(nèi)多數(shù)生產(chǎn)線在設(shè)計上,對煤粉倉內(nèi)的監(jiān)測對象主要是CO,這是因為該項成分便于檢測且能反映供氧不足。但我們不能就此妄下結(jié)論說:控制了CO濃度指標(biāo)就不會發(fā)生爆炸!

因為大量的實驗表明,煤粉倉內(nèi)存在的多種“活性氣體”,如H2、CH4和芳香烴等易燃?xì)怏w,其易爆性和釋放能量明顯高于CO。同時,含有CO、瓦斯和空氣等混合氣體的爆炸界限會因其它可燃?xì)怏w的混入、煤塵的混入、高溫等多種因素的變化而變化。尤其是煙煤煤塵的混入,當(dāng)溫度達(dá)300-400℃時就能從煤塵內(nèi)揮發(fā)出可燃性氣體,從而使CO和瓦斯等混合氣體的爆炸下限降低,爆炸的危險性增加。

三．預(yù)防和采取的措施

    綜上所述,只要控制好煤粉倉內(nèi)可燃?xì)怏w爆炸的三個條件中的任何一條,爆炸便不會發(fā)生。所以預(yù)防煤粉倉爆炸的措施也主要是從以下三條入手。

3.1倉內(nèi)可燃?xì)怏w濃度的控制措施

煤粉倉中的瓦斯等烷烴氣體是煤粉在升溫過程中解析、氧化分解而來;而CO的來源有兩處;①煤粉在倉內(nèi)低溫氧化產(chǎn)生;②熟料煅燒過程中,由輸送給煤磨的熱源帶入。所以預(yù)防的措施至少要有以下幾條:(a)完善良好的抽風(fēng)條件,也即在煤粉倉錐體和頂部產(chǎn)生的高溫混合可燃?xì)怏w能夠及時排出,將其濃度控制在報警設(shè)定指標(biāo)以內(nèi);(b)保證攪拌設(shè)備正常運轉(zhuǎn)以使煤粉在倉內(nèi)不留死角,不為煤粉提供足夠長的氧化時間。

3.2烘干熱源溫度的控制措施

煤磨的供熱有一定的溫度變化范圍,這就要求負(fù)壓下的熱風(fēng)速度和供給量也要有一個變化范圍,所以輸送給煤磨的熱源必須有一個內(nèi)錐體設(shè)計合理的沉降室(干擾式分離器),使其熱風(fēng)中帶火星塵粒能夠在其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)并被有效收留,防止火源進(jìn)入煤磨內(nèi)。同時,進(jìn)風(fēng)管道與沉降室的連接處要偏離沉降室筒體中心線,這有利于熱風(fēng)在沉降室內(nèi)能夠產(chǎn)生較好的旋流狀態(tài)。至于管道本身,也應(yīng)設(shè)計成帶一定角度的“∧”形,進(jìn)一步防止大顆粒火星料進(jìn)入煤磨。

實驗數(shù)據(jù)表明,煤炭在常溫下就有CO出現(xiàn),其量隨著煤溫的升高而急劇上升,一旦超過自熱的臨界溫度(60-80°C),煤溫急劇地上升,特別在自燃過程中(煙煤著火點為320-380°C),CO產(chǎn)生的量較多、產(chǎn)生的速度較快。所以煤磨出磨風(fēng)溫在(煙)煤質(zhì)比較干燥、揮發(fā)分較高、灰分較低（＜30%)的情況下,要小于60 °C。實驗證明,在CO呈緩慢增加現(xiàn)象時,說明煤的自熱溫度還在100°C以下:如果增加得比較快,那么可能就是100-160°C之間;如果是急劇上升,那么就可能在160°C以上了,并且很快就會發(fā)展到明火燃燒。

3.3氧氣濃度的控制措施

在確認(rèn)煤粉倉熱電偶沒有故障的情況下,一旦溫度超過報警設(shè)定(一般為60℃),并且有上升趨勢,應(yīng)立即啟動應(yīng)急預(yù)案,止煤停磨對煤粉倉進(jìn)行安全處理。處理方案可參考如下:

第一步:關(guān)閉烘干熱風(fēng)閥門,止煤、停煤磨,開始排空煤粉倉工作(此時窯投料量應(yīng)隨煤倉噸位

和轉(zhuǎn)子負(fù)荷率下降而逐漸減少),無關(guān)人員撤離到安全地帶;

第二步：倉內(nèi)煤粉還剩下正常倉重的1/3時，關(guān)閉煤倉錐體壓縮空氣吹風(fēng)閥，停止向倉內(nèi)供風(fēng)，減少氧氣濃度，觀察各熱電偶溫度升高情況，并做好記錄。

煤粉倉位下降的過程中，一般倉內(nèi)溫度還將繼續(xù)升高。當(dāng)快要達(dá)到80℃時，關(guān)停煤粉倉小袋收塵器和煤磨系統(tǒng)主排風(fēng)機(jī)，迅速向倉內(nèi)噴入高壓CO2氣體，繼續(xù)觀察倉溫。如果倉溫還在高位或通CO2氣體管道表面的凝霜消退，說明CO2氣體量不夠，或者前面噴入的氣體已用完，此時需要重新繼續(xù)噴灌，直到煤粉倉溫度下降到不超過環(huán)境溫度10℃以內(nèi)時，方可重新開啟煤磨生產(chǎn)。在這里務(wù)必強(qiáng)調(diào)一點，即煤粉倉溫度雖然在下降，但如果不低于自

熱臨界溫度60℃就重新開磨制備煤粉，以此希望用低溫煤粉來降低倉溫，可能照樣會發(fā)生爆炸事故！因開啟風(fēng)機(jī)后，可能將噴入倉內(nèi)的CO2氣體排出，同時將新鮮空氣帶入，煤粉可能重新產(chǎn)生自燃現(xiàn)象，而新制備的煤粉彌漫懸浮于倉內(nèi)整個空間，極易釋放出可燃成份，從而改變了氣體發(fā)生爆炸的下位界限，一旦同時具備了爆炸的三個條件，爆炸是不可避免的。———相山水泥公司2008年10月24日晚的煤粉倉爆炸就是這樣一個鮮明有力的佐證！

四．在線監(jiān)測系統(tǒng)-山東新澤儀器

磨煤機(jī)一氧化碳CO在線監(jiān)測系統(tǒng)                         

產(chǎn)品圖片：

產(chǎn)品介紹：

一、系統(tǒng)概述

   磨煤機(jī)一氧化碳監(jiān)測系統(tǒng)主要針對磨煤機(jī)及儲煤倉內(nèi)部的火警做出早期報警。山東新澤儀器有限公司對其設(shè)計思路是監(jiān)測煤料燜燒產(chǎn)生的CO濃度值。

  系統(tǒng)通過進(jìn)口采樣泵將磨煤機(jī)或煤粉倉內(nèi)的CO氣體經(jīng)取樣探頭抽入，樣氣再經(jīng)過預(yù)處理，S2000型紅外線CO分析儀，從而完成對CO氣體濃度的檢測。任何CO濃度的增加，都是早期火警的跡象，系統(tǒng)可以做出相應(yīng)報警。

   TK-2000型成套裝置由取樣、反吹掃、氣樣預(yù)處理、氣樣分析、儀表校準(zhǔn)、程序控制及訊號輸出七個部分組成。成套裝置由PLC控制。成套性服務(wù)包括針對用戶的工況和要求進(jìn)行設(shè)計、供貨、技術(shù)培訓(xùn)直至現(xiàn)場投運，是工業(yè)生產(chǎn)過程工藝監(jiān)控、安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的有效手段。

二、系統(tǒng)特點

★ 取樣探頭免維護(hù)，新澤公司創(chuàng)新設(shè)計，過濾原理創(chuàng)新，根本解決堵塞問題。煙塵過濾能力＜200g/NM³，維護(hù)量小。

★ 系統(tǒng)響應(yīng)時間＜10S，儀表響應(yīng)時間＜1.5S，抽氣泵流量大（6L/min），系統(tǒng)響時間＜10S是國內(nèi)同類產(chǎn)品中最快的。有效指導(dǎo)安全生產(chǎn)。

★ 系統(tǒng)過濾精度≤0.1μm

★ 系統(tǒng)可靠性MTBF＞3年

★ 產(chǎn)品性價比高，1套系統(tǒng)可實現(xiàn)多組份同時在線檢測。

★ 系統(tǒng)為全干法過濾，取樣不失真，分析準(zhǔn)確。

★ 真正完全無人管理的全自動化系統(tǒng)。

★ 熱值直觀顯示，時時觀察熱值變化。

★ 實時監(jiān)測，全自動化觸摸屏控制，真正做到全天候24小時在線監(jiān)測。

三、系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

   （1）測量范圍：（組份可選）（量程可選）；

   （2）最大允許誤差：±0.1%F.S；

   （3）分辨率：0.01%；

   （4）穩(wěn)定性：零點漂移±1%FS/7d；

                量程漂移±1%FS/7d；

   （5）重復(fù)性：0.1%；

   （6）預(yù)熱時間：10min；

   （7）樣氣流量：（0.3～0.5）L/ min；

   （8）樣氣接口尺寸：G1/2；

   （9）電器接口尺寸：1/2NPT；

   （10）工作電源：AC220V±10%，50HZ；

   （11）工作環(huán)境：溫度 －5℃～+45℃；

                   濕度 ≤90%RH；

   （12）防爆等級：ExdIICT6；（可選擇不防爆）

   （13）模擬輸出：4～20mA；

   （14）樣氣壓力：0.05MPa≤入口壓力≤0.1Mpa。

四、適用工況條件

★ 煙氣含塵量： ≤2000g/Nm3

★ 氣樣溫度：   ≤400°C

★ 極限氣樣壓力：   -lOOhpa

★ 反咬掃氣：   0.6MPa、無油、走水、無塵的空氣

★ 耗氣量約：   5Nm3/H