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水泥工厂煤粉制备系统的防爆设计
发布时间:2019-03-22 17:11

1.前言

水泥工厂生产过程中,危险系数高的生产部分是煤粉制备系统,原煤在该系统中经过粉磨烘干、选粉、收尘、储存、泵送等环节终成为符合水泥生产要求的煤粉。水泥厂使用的原煤水分一般为4%~15%;成品煤粉的水分一般为0.5%~1.5%,细度一般控制在80μm筛余在15%以下。这样的煤粉在生产过程中极易引发燃烧爆炸事故。本文针对水泥工厂煤粉制备系统,从工程设计上提出了防爆的方法和措施。

2煤粉制备系统防爆设计

2.1设计前的准备工作

设计开始之前,应先对准备长期使用的原煤做工业分析,分析指标包括水分、挥发分、含硫量、热值等内容。

2.2设备防积料措施

(1)出煤磨热风管道、煤粉仓的锥体斜度应大于70°。

(2)煤粉制备系统的所有风管及溜子应减少拐弯,需拐弯时,拐弯处管道应顺滑,拐弯平缓,应防止煤粉堆积。

(3)对于煤粉仓锥部助流用的压缩空气,应检查压缩空气中的水分含量和油含量,如过髙,应采取措施降低油水含量,防止在煤粉仓锥部造成煤粉结皮及堵塞,引发事故。

(4)煤粉仓锥体下料处应设置停窑时能不通过煤粉秤放空仓内煤粉的支管,支管与仓体内部连接处应平整顺滑,不易形成积煤。

(5)电缆桥架、墙壁死角等处应采取防止煤粉积存的措施。

2.3设备外保温措施

(1)煤粉制备系统的选粉机、除尘器、煤粉仓及所有非标风管应采取外保温措施,避免内部结露粘挂煤粉。

(2)为避免温度过低引发除尘器等设备内部结露,在不同的季节,应对温度控制指标进行微调,建议在冰冷季节可以略微调高控制指标。

2.4设备密封措施,防漏风(防止外部O2进入)

(1)煤磨系统中的设备、管道等应保证密封良好,避免外界空气进入输送系统和存储系统引发自燃爆炸事故。

(2)原煤喂煤设备应采取人磨锁风装置或措施。

(3)动态选粉机的粗粉下料管上应设锁风装置。

(4)除尘器进口应设置停电状态下自动动作的快速截断阀。

(5)煤粉仓的进粉和出粉装置必须具有锁气功能。

(6)煤粉制备系统设备设施和管道上的检查孔、清扫孔、人孔等所有开孔位置均应加设封门,封门结构应是气密式的。

2.5可靠接地

(1)煤粉制备车间的所有工艺设备、管道及溜子均应采取接地措施。

(2)煤粉制备系统中的储仓和管道,应尽量选用金属导体制作。当采用非静电导体时,应具体测量并评价其起电程度。必要时釆取相应措施。

(3)煤粉除尘器各组成部分,包含滤料、灰斗,都应采取静电疏导措施。

2.6温度、CO、O2在线监测和报警装置的应用

2.6.1温度监测

2.6.1.1温度检测位置

煤粉制备系统中,应在磨机、煤粉除尘器、煤粉仓等设备设施安装温度在线监测探点,安装位置与方式可参照下面。

(1)原煤仓需在仓锥部设置温度测点。

(2)磨机需在以下几点布置温度测点:窑头(或窑尾)至煤磨热风管,煤磨热风进口处,煤磨热风出口处。

(3)煤粉除尘器需在以下位置布置温度测点:除尘器热风进口处,除尘器热风出口处,除尘器灰斗。

(4)煤粉仓应在以下位置设置测点:煤粉仓顶,煤粉仓中间位置,煤粉仓锥部。

2.6.1.2温度控制参数与报警

在煤粉制备系统生产过程中,一般应严格控制以下位置的温度参数:

(1)当粉磨烟煤时,煤磨热风进口处温度不宜超过260°C,出磨气体、煤粉仓、除尘器人口气体和灰斗温度不应超过70°Cd

(2)当粉磨无烟煤时,煤磨热风进口处温度不宜超过300°C,出磨气体、煤粉仓、除尘器人口气体和灰斗温度不应超过75°C。

当温度超过以上控制参数时,中控系统和现场应启动报警装置,并应设置在情况严重时系统自动强制停机。

2.6.2CO监测

在煤粉制备系统中,CO的浓度值直接反应了系统内部的煤粉安全状况,如果CO浓度较高或者快速升高,很可能就是系统内的煤粉已经发生了自燃现象。

2.6.2.1CO监测位置

CO的监测测点布置较温度监测要简单一些,主要是监测煤粉除尘器和煤粉仓中的浓度,在这两个设备的合适位置布置测点即可。

2.6.2.2CO控制参数

煤粉制备系统在生产时,系统中的CO浓度一般控制在200ppm以下,当浓度超过200ppm时,系统发出警报,派巡检工检查并敲击煤粉仓或除尘器灰斗位置;若浓度继续上升,达到800ppm时,系统将强制停机。

2.6.3O2在线监测

目前,多数水泥厂的煤粉制备系统中并没有配置O2在线监测装置。其实,从安全的角度来看,如果所用煤质为高挥发分的烟煤,应选用窑尾热风作为烘干热源,并在在线监测系统中增加对O2浓度的检测,检测位置主要有煤磨、煤磨除尘器、煤粉仓等处。正常生产时,将O2的浓度控制在10%以内,浓度超过10%时,系统发出警报。

2.6.4反馈机制

将温度、CO浓度、O2浓度的在线监测信号与现场警报系统、中央控制室、CO2自动灭火系统相连接。在监测目标超过警戒值时,系统自动启动现场警报系统,中控发出警报并启动CO2灭火系统,严重时直接控制系统强制停机。

2.7防爆阀的应用

2.7.1防爆阀型式

煤粉制备车间的防爆阀应选用自动启闭式防爆阀。这种防爆阀在爆炸发生阀板弹起后,阀板能自动闭合,避免外界空气进入引起二次爆炸。

2.7.2防爆阀安装位置

防爆阀的主要作用在于系统设备或者管道内部发生爆炸时,及时的排泄内部的压力,避免对系统造成严重的伤害。为了做到安全生产,煤粉制备系统中,按工艺分类的不同,在以下位置,都应布置防爆阀:

球磨机系统:磨机进料口,磨机出料口,选粉机,磨机上升管道,煤磨除尘器,煤粉仓。

立式磨系统:磨机上升管道,煤磨除尘器,煤粉仓。

2.7.3防爆阀泄压面积确定

煤粉制备系统上,在设计防爆阀时,先计算确定被保护设备的防爆阀总截面面积,再根据被保护设备的内部结构和特点确定防爆阀的安装数量和位置,被保护设备的各个防爆阀有效面积之和等于总截面面积。具体设计可参考以下内容。

(1)磨机进、出口管道上的单个防爆阀截面积不应小于管道截面积的70%。

(2)选粉机、旋风分离器及粗粉分离器的顶盖上,防爆阀的总截面积可按分离器每立方米容积不小于0.04m²计算。

(3)煤粉仓上的防爆阀总截面积可按煤粉仓每立方米容积0.01m²计算,但小不应小于0.5m²。

(4)煤磨除尘器防爆阀总截面面积计算可以采用孔积比的方法,即:防爆阀有效面积/被保护设备设施的有效容积,这个比值国内煤气工业推荐为1/40。但是这种方法经验性较强,得出的结果往往差别较大,所以目前应用较广泛的是德国的VDI3673列线图。

2.7.4防爆阀安装注意事项

(1)防爆阀爆炸的开向禁止朝向检修和巡视通道、电气柜、主要设备设施,必要时加设钢板防护,避免突然爆炸压力外泄时对人身和设备设施造成危害。

(2)防爆阀在布置的时候,应将管道引至建筑结构的外面,便于爆炸时压力的释放。

(3)防爆阀应设置在便于检修人员检修的位置,如果因故无法满足,应专门设置检查和维修平台。

2.8CO2自动灭火系统的应用

煤粉制备系统中,CO2自动灭火系统的作用在于:

(1)防止煤粉燃烧爆炸。在系统中,一旦CO浓度或者温度发生异常升高时,灭火系统自动向系统或设备内部喷入CO2,预防和减缓煤粉的进一步氧化,防止煤粉燃烧爆炸。

(2)消灭煤粉燃烧。当系统中煤粉已经燃烧或者爆炸时,气体灭火系统也会自动向相关区域喷出CO2,减小燃烧爆炸的程度。

2.8.1CO2灭火系统保护区

在煤粉制备系统车间中,CO2自动灭火系统的保护区应至少包括煤磨、煤磨除尘器、煤粉仓。

2.8.2CO2灭火系统的控制参数

通过煤粉制备系统对温度、CO浓度、O2浓度的在线监测,CO2灭火系统在监控目标参数异常时启动,一般温度超过70°C、CO浓度超过200ppm、O2浓度超过10%时,视为参数异常。

2.8.3CO2灭火系统设计的注意事项

(1)灭火系统瓶站,应设置在专用独立的房间内,耐火等级不低于2级,并保持干燥通风,灭火剂储瓶应避免阳光照射。

(2)在气源供给设计上,系统应该对每个保护区进行独立保护,每个保护区的进出口应设置能快速关闭的阀门。

(3)独立计算出每个保护区的容积,然后根据保护区的co2设计浓度计算出所需要的液态CO2的质量。

2.9煤磨车间消防设施

(1)厂房附近应设室外消防栓;每一层均应设置室内消防栓和灭火器。

(2)煤磨和煤粉仓旁应设置干粉灭火器和消防水装置。

(3)煤粉制备车间内消防设备和消防设施应作”消防通道"标示,并刷涂红色安全色。

(4)煤粉制备车间不应设置与生产无关的附属房间。当附属房间靠近煤粉制备车间修建时,中间应加设防火墙。

(5)煤粉制备车间的防火间距应满足GB50016和GB5O295的规定:与窑头点火油罐12m;与中控、中央化验室、氧气乙炔气瓶库、机电修工段、食堂、宿舍、招待所分别25m,与办公楼50m,与锅炉房10m。

2.10其它安全防爆设计措施

(1)窑尾取风技术措施。在燃料选用烟煤或褐煤时,可以考虑使用窑尾烟气作为煤磨烘干热源,因为窑尾烟气的氧含量更低,原始温度更低,能将煤粉制备系统的危险性降低到一定程度。使用窑尾烟气时,根据原煤分析和实际生产需要,热风取风点可以设置在高温风机出口处,也可以设置在C1出口处,其中C1出口处取风可以有效避免窑尾废气管道和高温风机漏风的影响,热风中O2含量更低,安全性更好。

(2)循环风调节风温技术。传统的煤粉制备系统,调节系统中风温时,一般是通过打开冷风阀放人冷风,降低煤磨系统的温度。但是冷风的氧含量较高,不利于煤磨系统的安全生产。循环风技术是利用煤磨系统排放尾风代替冷风来调节煤磨内的温度。尾风的氧含量较低。可有效降低系统中氧含量。循环风技术可以跟冷风阀结合使用。

(3)烘干热风进煤磨之前必须设置除尘装置。由于热风取自窑头或窑尾,此两处热风中含尘量都比较高,为了避免热风将火星子带入煤磨系统,在热风进煤磨之前,必须设置可靠的除尘装置。

(4)系统所有设备选用防爆型。

(5)设置独立的房间放置控制箱,起到将控制箱与设备隔离的作用,防止设备发生燃烧爆炸事故时损毁控制箱。

(6)电动机电缆接口位置采用防尘保护套管,增加电动机接线端的安全性。

(7)出磨的煤粉水分不应大于1.5%,细度应根据煤质和燃烧器型式确定。

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