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(jì)建設(shè)密切相關(guān)。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(jī)以來，國際水泥工業(yè)的燃料構(gòu)成發(fā)生了進(jìn)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(zhuǎn)變?yōu)橐栽簽槿剂?。中國能源結(jié)構(gòu)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(jìn)行生產(chǎn)。

  采用預(yù)分解窯生產(chǎn)水泥熟料時(shí)，通常每生產(chǎn)1噸水泥熟料需要消耗100-110千克的標(biāo)準(zhǔn)煤。為加快煤炭燃燒過程的化學(xué)反應(yīng)速度，達(dá)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(xì)粉。因此，煤粉的細(xì)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(chǔ)存、輸送和除塵設(shè)備等，粉磨設(shè)備一般采用立式磨或風(fēng)掃管磨來磨制煤粉。

  在水泥工廠煤粉制備系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，盡管采取了防燃、防爆、泄爆、抑爆，止爆、防靜電等措施，設(shè)置了先進(jìn)的壓力、溫度、CO濃度檢測(cè)和報(bào)警裝置，對(duì)煤粉制備系統(tǒng)各重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，同時(shí)設(shè)置了C0₂或N₂自動(dòng)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(chǔ)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(jī)過程中，由于風(fēng)掃磨磨頭與管道堆積煤粉，分別于27日上午7時(shí)30分和31日中午1時(shí)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(jìn)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(tái)接應(yīng)。下午2時(shí)20分，煤磨袋除塵器內(nèi)動(dòng)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(fēng)，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(fēng)情況。崗位工和維修工二人就在現(xiàn)對(duì)漏風(fēng)管道進(jìn)行維修。凌晨1時(shí)58分左右，正在運(yùn)行的2#煤磨袋除塵器、因灰斗內(nèi)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(shí)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(jī)。19日0時(shí)18分，中控室煤磨操作員按操作規(guī)程開機(jī)。0時(shí)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(gè)泄爆門被打開，第2室、第3室的布袋被燒毀。幸運(yùn)的是無人員傷亡。

  2012年1月14日23時(shí)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(shí)，明火被熄滅，崗位工開始逐個(gè)打開灰斗檢修門清理煤粉；凌晨2時(shí)40分左右，清理到2#灰斗時(shí)，一打開檢修門，暗埋的明火突然騰起（新鮮空氣進(jìn)入，發(fā)生二次燃爆），火焰瞬間向外噴出，現(xiàn)場(chǎng)入員被嚴(yán)重?zé)齻?

  3、防火防爆安全措施

  3.1基本要求

  （1）水泥工廠應(yīng)建立煤粉制備系統(tǒng)防火防爆相關(guān)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(yīng)急處理等知識(shí)的培訓(xùn)，考核合格后方能上崗。

  （3）煤粉制備車間應(yīng)設(shè)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(guān)人員進(jìn)入。

  （4）煤粉制備車間應(yīng)按GB 50016的要求配置足夠的消防設(shè)備設(shè)施，滅火器配置應(yīng)符合GB50140的要求，現(xiàn)場(chǎng)和控制室應(yīng)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警裝置。消防設(shè)備設(shè)施應(yīng)定期檢查，并保持完好有效。煤粉制備車間應(yīng)設(shè)置符合GB 13495要求的“禁止煙火”等消防安全警示標(biāo)志。

  （5）水泥工廠應(yīng)制定符合GB/T 29639要求的煤粉制備系統(tǒng)防火防爆專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，并組織相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)和演練。

  3.2設(shè)備設(shè)施要求

  （1）煤粉制備系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)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(shè)置消火栓不少于兩個(gè)。

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

  （4）煤粉制備系統(tǒng)除塵設(shè)備應(yīng)選用煤磨專用的袋式除塵器，應(yīng)有防燃、防爆、防雷、防靜電及防結(jié)露等設(shè)施。除塵器進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)置停電狀態(tài)下自動(dòng)動(dòng)作的快速截?cái)嚅y，排灰回轉(zhuǎn)下料器應(yīng)設(shè)測(cè)速裝置。

  （5）煤磨利用燒成系統(tǒng)余熱作為烘干熱源時(shí)，熱風(fēng)進(jìn)入煤磨前應(yīng)有調(diào)節(jié)閥和旋風(fēng)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(jìn)出風(fēng)管、煤粉倉、煤磨除塵器（進(jìn)出風(fēng)管、灰斗）應(yīng)設(shè)置溫度監(jiān)測(cè)裝置，煤粉倉、煤磨除塵器出風(fēng)管應(yīng)設(shè)置CO監(jiān)測(cè)裝置，并配置溫度、CO自動(dòng)報(bào)警裝置。在系統(tǒng)運(yùn)行和檢修期間，監(jiān)測(cè)、報(bào)警裝置均應(yīng)處于開啟狀態(tài)。

  （7）煤磨，煤粉倉和煤磨除塵器，應(yīng)設(shè)置干粉滅火器和氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

  （8）氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)通向各個(gè)防護(hù)區(qū)的氣體管道應(yīng)分別設(shè)置控制閥門，控制閥門應(yīng)集中布置。自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置自動(dòng)、手動(dòng)模式轉(zhuǎn)換開關(guān)和手動(dòng)控制閥門；氣體滅火系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置火災(zāi)報(bào)警裝置。除氣體滅火系統(tǒng)關(guān)聯(lián)設(shè)備檢修作業(yè)外，氣體滅火系統(tǒng)應(yīng)始終處于自動(dòng)控制狀態(tài)。

  （9）煤粉制備系統(tǒng)封閉式廠房內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)采用防爆型。

  （10）煤粉制備系統(tǒng)所有設(shè)備和管道均應(yīng)可靠接地。

  （11）煤粉倉錐體斜度應(yīng)不小于70°，宜設(shè)置煤粉外排裝置。

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  3.3 安全運(yùn)行要求

  3.3.1 開機(jī)要求

  （1）煤粉制備系統(tǒng)開機(jī)前，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)生產(chǎn)設(shè)備、消防及其他安全防護(hù)設(shè)施完好，各測(cè)點(diǎn)溫度。CO濃度正常，具備開機(jī)條件。

  （2）當(dāng)煤粉制備系統(tǒng)采用窯頭或窯尾廢氣作為烘干熱源時(shí)，如果預(yù)分解系統(tǒng)進(jìn)行清堵作業(yè)，應(yīng)先停止煤粉制備系統(tǒng)運(yùn)行，關(guān)閉通往煤磨的熱風(fēng)閥門。

  （3）煤磨開機(jī)前，應(yīng)先開啟煤磨除塵系統(tǒng)。

  3.3.2 運(yùn)行要求

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

  （2）粉磨煙煤時(shí)，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(yīng)超過70℃；粉磨無煙煤時(shí)，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(yīng)超過75℃。

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

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

  3.3.3 巡檢要求

  正常生產(chǎn)時(shí)，巡檢人員應(yīng)定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，生產(chǎn)設(shè)備、消防及其他安全防護(hù)設(shè)施應(yīng)完好，發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常和“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)處理。巡檢人員不應(yīng)靠近泄爆閥的正前方。

  3.3.4 停機(jī)要求

  （1）選粉機(jī)、除塵器及輸送設(shè)備停機(jī)前，應(yīng)將其內(nèi)部煤粉排空。

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

  （3）球磨停止喂煤10分鐘后應(yīng)停機(jī)。

  （4）煤粉制備系統(tǒng)停機(jī)后，應(yīng)關(guān)閉煤磨除塵器的進(jìn)出口閥門。

  3.4 檢修要求

  3.4.1 檢修要求

  （1）設(shè)備檢修應(yīng)在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行，并采取設(shè)備斷電、“掛牌”、上鎖”，專人監(jiān)護(hù)措施。

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

  （3）檢修使用的照明燈、對(duì)講機(jī)、報(bào)警器應(yīng)為防爆型。設(shè)備內(nèi)檢修照明電壓不應(yīng)超過12V，宜采用不帶電源線的直流照明燈具。

  3.4.2 動(dòng)火作業(yè)要求

  （1）在煤粉制備車間進(jìn)行電焊、氣割等動(dòng)火作業(yè)，所有作業(yè)人員應(yīng)參與火災(zāi)爆炸等危險(xiǎn)有害因素分析，制定相應(yīng)控制措施，辦理危險(xiǎn)區(qū)域動(dòng)火作業(yè)申請(qǐng)?jiān)S可。

  （2）動(dòng)火作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不得有易燃易爆物品，并應(yīng)配置足量的滅火器。

  （3）進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部動(dòng)火作業(yè)前，應(yīng)排空設(shè)備內(nèi)部的煤粉或原煤，并清掃干凈。

  3.4.3 進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部作業(yè)

  （1）打開煤粉制備系統(tǒng)設(shè)備檢修門和進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部作業(yè)之前，所有作業(yè)人員應(yīng)參與有限空間，作業(yè)危險(xiǎn)有害因素分析，辦理有限空間作業(yè)申請(qǐng)?jiān)S可。

  （2）檢修人員進(jìn)入原煤倉、煤磨、選粉機(jī)、煤粉倉、除塵器等設(shè)備，應(yīng)確保：

  ①關(guān)閉入煤磨熱風(fēng)閥，先通風(fēng)，再檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部的有害氣體和氧氣濃度，有害氣體濃度不超標(biāo)。當(dāng)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(shí)，禁止人員入內(nèi)。

  ②關(guān)閉氣體滅火系統(tǒng)，進(jìn)入煤磨除塵器內(nèi)部檢修前，應(yīng)關(guān)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(hù)服、焊接手套、防熱阻燃鞋，所選用的安全防護(hù)用品應(yīng)具有防靜電功能。

  ④作業(yè)過程中，應(yīng)保持通風(fēng)，定時(shí)或連續(xù)監(jiān)測(cè)有害氣體濃度、氧氣濃度。

  ⑤在設(shè)備內(nèi)部連續(xù)作業(yè)時(shí)間不超過30min。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部環(huán)境溫度超過35℃時(shí)，應(yīng)根據(jù)GBZ 1的要求采取局部降溫和綜合防暑措施，并應(yīng)減少作業(yè)時(shí)間。

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

  （4）檢修完畢。確認(rèn)設(shè)備內(nèi)人員全部撤出、無遺留物品后，方可關(guān)閉人孔門。

  3.5 應(yīng)急處理要求

  （1）當(dāng)煤粉制備系統(tǒng)設(shè)備外部發(fā)生初起火災(zāi)時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并利用就近的滅火器滅火。對(duì)于電氣火災(zāi)應(yīng)采用適用E類火災(zāi)的滅火器?；饎?shì)較大時(shí)，應(yīng)緊急停機(jī)，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(shè)備內(nèi)部著火時(shí)，應(yīng)緊急停機(jī)、關(guān)閉進(jìn)出料閥門和進(jìn)出口氣體閥門，然后啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備的氣體滅火系統(tǒng)。

  （3）原煤倉、煤粉倉清倉時(shí)，如發(fā)現(xiàn)倉內(nèi)原煤、煤粉自燃，清倉人員應(yīng)立即撤到倉外，關(guān)閉倉頂除塵器入口閥門及配套引風(fēng)機(jī)。在確認(rèn)倉內(nèi)無人后，采取滅火措施。

  （4）當(dāng)煤粉制備系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)，爆炸事故時(shí)，應(yīng)緊急停車，切斷系統(tǒng)電源，采取滅火措施，并啟動(dòng)事故應(yīng)急預(yù)案。火災(zāi)撲滅后，打開設(shè)、備檢修門前，應(yīng)辦理有限空間作業(yè)許可。

  4、結(jié)語

  堆積狀態(tài)下的煤粉，如除塵器內(nèi)某些死角、灰斗沉積的細(xì)煤粉等，當(dāng)氧化速率超過散熱速率時(shí)，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(zhì)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(yù)防自燃的重要措施。

  當(dāng)煤粉很細(xì)時(shí)，在懸浮狀態(tài)下直接與空氣接觸，一旦引燃就會(huì)迅速發(fā)生氧化反應(yīng)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(huì)析出而產(chǎn)生CO進(jìn)入系統(tǒng)風(fēng)路內(nèi)。當(dāng)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(shí)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(yīng)特別重視防燃和防爆問題。

  當(dāng)氧氣的濃度小于14%時(shí)，視為惰性氣體，此時(shí)煤粉制備系統(tǒng)是相對(duì)安全的。因此，當(dāng)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(zhì)時(shí)，煙氣中的含氧量低，有抑制燃爆的作用--對(duì)煤粉的防燃防爆要求低；當(dāng)水泥工廠煤粉制備系統(tǒng)布置在窯頭，利用窯頭篦冷機(jī)的熱風(fēng)或利用熱風(fēng)爐的熱風(fēng)作為烘干介質(zhì)時(shí)，熱風(fēng)中含氧量將高達(dá)21%.具備燃爆條件。

  一般情況下，煤的揮發(fā)分在10%以下時(shí)不易燃爆，25%- 35%時(shí)易燃爆。35%以上時(shí)極易燃爆。因此，制備無煙煤煤粉時(shí)，可以選擇窯頭篦冷機(jī)的熱風(fēng)作為烘干熱源；制備煙煤煤粉時(shí)，宜選用窯尾廢氣作為烘干熱源；制備褐煤煤粉時(shí)，應(yīng)選用窯尾煙氣作為烘干介質(zhì)，并且為減小煤粉制備系統(tǒng)的燃爆風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)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(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)包括煤種選擇、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行操作、檢修作業(yè)、安全防護(hù)、人員管理、應(yīng)角處理等方面。