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1、浅析水泥厂煤粉制备系统防火防爆设计0 引言我国水泥熟料煅烧多采用煤粉作燃料，而煤粉浓度在爆炸下限浓度以上，有足够的氧气和足够的引燃能量时，极易引发火灾和爆炸事故。煤粉的爆炸特性见表1。煤的挥发分也可用来近似判断煤粉的爆炸倾向性。一般情况下，煤的挥发分在25以上易爆炸，挥发分在35以上极易爆炸。因此，水泥厂煤粉制备系统的防火防爆设计尤为重要。1水泥厂煤粉制备系统发生火灾爆炸的条件11煤粉制备系统的流程与特征参数球磨机或立磨煤粉制备系统流程分别见图1、图2，其主要特征参数见表2。12煤粉制备系统火灾爆炸的主要条件(1)煤粉的浓度在爆炸下限浓度以上。由表1、表2可知，水泥厂煤粉制备系统粉磨烟煤时，煤
2、粉的浓度超过烟煤粉的爆炸下限浓度，容易发生爆炸。无烟煤粒度在100 m以下容易爆炸，水泥厂粉磨煤粉的粒度在80 m以下的占8590，在易爆炸范围。(2)氧气的浓度。煤粉混合气体中氧气的浓度越高就越容易发生爆炸。一般情况下，水泥厂煤粉制备系统氧气浓度JxJz14是相对安全的。使用篦冷机热风氧气浓度约为21，是容易发生爆炸的；使用窑尾废气氧气浓度为5 10，是相对安全的。(3)具有引燃能量。煤粉燃烧需要的引燃能量可以是系统的高温热能或者是直接火源。篦冷机热风的温度为350450，窑尾废气的温度为300330。粉磨烟煤时，使用这两种气源其温度均在堆积煤粉尘的引燃温度以上，容易造成煤粉燃烧爆炸。粉磨无
3、烟煤时，使用窑尾废气作为烘干热源是比较安全的，使用篦冷机热风依然存在高温引燃风险。直接火源可能有：篦冷机热风中夹带的高温熟料粉尘，堆积煤粉发生自燃，机械摩擦、碰撞或静电产生的火花，以及其它外部火源(焊渣、烟火)等。2、防火防爆的设计措施21工艺设计防爆措施211减小爆炸可能性的预防措施(1)选择合适的煤质。为避免煤粉的自燃和减小煤粉制备系统发生爆炸的风险，在煤质选择时，宜选择全硫含量小于2 、挥发分小于30的原煤，尽量避免使用挥发分在35以上的原煤。无烟煤粉磨系统比烟煤粉磨系统的安全性高，应尽量选用无烟煤作为煅烧用煤。(2)选择合适的工艺方案。水泥厂煤粉制备系统一般采用中间仓式系统，由中间仓分
4、别向窑头和窑尾分解炉供煤。系统工艺方案选择，应根据窑的工艺要求和煤的品种、煤质等因素确定。球磨机对煤的硬度适应性强，煤粉可以磨得更细，但系统电耗高、噪声大、安全性较低。立磨具有系统简单、烘干粉磨效率高、噪声小、电耗低、系统安全性较高等优点，应尽量选用。 为减小煤粉爆炸的可能性，当烧成采用无烟煤煅烧时，可以选择窑头篦冷机热风作为烘干热源；当烧成采用挥发分较高的烟煤时，宜选用窑尾废气作为烘干热源；当烧成采用褐煤时，应选用窑尾废气作为烘干热源。在热风入磨前应设置除尘装置，以便减少煤粉的灰分，同时避免高温粉尘直接进入煤磨。(3)设置必要的监测与控制装置：原煤仓下采用调速定量给料设备，原煤入磨前应有锁风
5、装置；煤粉仓应设荷重传感器，锥体斜J 应大于7O。，下料应通畅。一般设计采用两个煤粉仓，两套煤粉计量、输送设备，分别向窑头和窑尾分解炉供煤；煤磨进出口应设温度监测装置；煤粉仓、除尘器上应设温度和一氧化碳监测及自动报警装置；热风入磨前应设置冷风调节阀，以便及时控制人磨风温。 (4)设计安全合理的控制参数。根据经验，粉磨烟煤时，入磨气体温度不宜超过230，出磨气体、煤粉仓、除尘器人口气体和灰斗温度不应超过70 ；粉磨无烟煤时，人磨气体温度不宜超过300，出磨气体、煤粉仓、除尘器人口气体和灰斗温度不应超过75。除尘器和煤粉仓内一氧化碳的浓度不应超过800 ppm。 煤粉太粗影响燃烧，煤粉太细容易爆炸
6、。煤粉的细度一般控制在80 m筛余为10一15。无烟煤粉的细度可以控制细一些，烟煤粉的细度应当控制粗一些。 煤粉的水分太小会增加煤粉爆炸的风险，煤粉的水分太大会造成煤粉仓卸料和煤粉输送困难，影响窑的热工稳定。一般将煤粉的水分控制在10 15 。 (5)减少煤粉的堆积。煤粉堆积容易白燃或被高温热气引燃，因此应避免煤粉在高温设备表面和管道内的堆积。所有风管和溜子应尽量减少拐弯，输送煤粉的风管应尽量减少水平布置，上升段风管的斜度不宜小于60。；下降段风管的斜度不宜小于50。，不应小于45。输送煤粉的风管其风速应控制在1825ms，风速不应低于16 ms。选粉机、除尘器及所有非标风管应保温，防止结露和
7、煤粉堆积。 (6)减少系统漏风。磨头、磨尾以及选粉机、收尘器、煤粉仓的卸料口均应设置锁风装置,系统所有设备、管道及煤粉仓应密封可靠，防止新鲜空气漏人系统内部，增加煤粉爆炸的风险。(7)防止机械摩擦、碰撞或静电产生的火花。采用立磨的煤粉制备系统，应在原煤人磨前设置金属探测报 警装置和除铁装置。防止金属进入立磨，避免因机械摩擦和碰撞产生火花，甚至造成研磨部件的损坏。为防止静电积累产生放电火花，煤粉制备系统的所有设备和管道均应有可靠的接地，煤粉输送管道和煤粉秤的密封法兰应按规定安装等电位跨接线。 212防止爆炸范围扩大的控制措施(1)煤磨收尘器人口设置快速截断阀。为了控制爆炸区域范围，阻止爆炸传播，
8、应在煤磨除尘器人口设置停电状态下自动动作的快速截断阀，一般采用气动插板阀。(2)煤粉仓、除尘器等重点设备设置气体灭火装置。煤粉仓和除尘器最易发生爆炸，必须设置气体灭火装置。磨机、选粉机也应设气体灭火装置。气体灭火系统有自动控制和手动控制两种方式。自动控制方式，将阀门控制与监测系统连锁，当系统发生异常时自动向危险区域释放惰性气体，能够及时消除火灾爆炸隐患；手动控制方式，需要操作人员根据系统检测参数和报警情况，手动控制阀门向危险区域释放惰性气体。水泥厂煤粉制备系统一般设计采用CO，气体灭火系统。气体灭火系统的设计应注意：通向各防护区的管道应分别设置控制阀门；控制阀门应集中布置，方便操作； 自动控制
9、系统应设置自动、手动模式转换开关和手动控制阀门；系统应设置火灾报警装置；气瓶室应设置通风装置和应急照明。(3)设置必要的防爆门和防爆阀。防爆门或防爆阀能够在设备内部压力增大时及时爆破、泄压，起到保护设备的作用，同时还可以引导爆炸喷出物喷向相对安全的区域，减小爆炸危害的范围和损失。磨机、选粉机、煤粉仓、除尘器等容易发生爆炸的设备应设置防爆门或防爆阀。煤粉仓的防爆阀应设在仓顶一侧；管式煤磨系统一般应在磨头、磨尾、选粉机(粗粉分离器)顶部、收尘器人口管道上设置防爆阀；立式煤磨系统一般在立式煤磨与袋收尘器之间的管道上设置防爆阀。防爆阀的布置应避免爆炸后的煤粉喷向室内电气装置、楼梯口和主要通道。防爆阀应
10、布置在需要保护的设备附近，并设置检修平台，便于定期检查和维修。(4)选用煤磨专用的防爆型除尘器。煤磨系统除尘器应选用煤磨专用防爆型袋式除尘器，除尘器应有防燃、防爆、防雷、防静电及防结露措施。除尘器宜设在屋顶室外，减小火灾爆炸影响的范围。除尘器的防爆门应设检修平台，便于定期检查和维修。22 电气设计安全措施221火灾爆炸危险性分区由于水泥厂煤粉制备系统强制要求采取通风、除尘、隔爆、抑爆、泄爆等一系列防爆控制措施，车间电气装置一般不会直接处于爆炸危险环境。水泥工厂设计规范将煤粉制备车间火灾爆炸危险分区划为22区，电气设计应执行爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范。222电气装置设计和选择(1)电气装
11、置的布置应避开火灾爆炸危险区域，机旁开关等电气装置应避免靠近易爆设备。(2)煤粉是导电性粉尘，容易沉积在电气设备上。因此，煤粉制备系统电气设备(或装置)均应采用密闭型，并且有可靠的接地。电气设备易发热，易产生电火花，引燃堆积的煤粉尘。(3)车间内的电机、电器和仪表的结构防护等级应为IP54，配电装置、接线盒的防护等级应为IP5X。(4)照明灯具发热量大，局部温度高，煤粉沉积在灯具上容易产生爆燃，因此煤粉制备系统车间内的照明应选用防爆型灯具。223 电气线路布置电缆的额定电压不应低于线路的额定电压，且不应低于500V。电气线路布置应避开煤粉仓顶、防爆阀或防爆门附近、油站上方等火灾爆炸危险区域，并
12、应采取措施防止煤粉尘堆积。224 防雷设计煤粉制备车间含有22区爆炸危险场所，为第二类防雷建筑物。防雷设计可利用屋顶栏杆和屋面钢筋网作为接闪器，利用建筑框架柱内的钢筋作为引下线，采用基础接地体。作为防雷装置的金属构件之间应有可靠的焊接，保障电气贯通。屋顶布置的除尘器和风管，可不装接闪器，但应与屋面栏杆可靠连接。建筑物内的所有金属设备和管道均应就接地，防止雷电感应。23建筑防火与消防设计231建筑物火灾危险性类别和防火间距煤粉制备车间建筑物火灾危险性类别为乙类，耐火等级应不低于二级。车间建筑应独立布置，防火间距应符合建筑设计防火规范的规定。车间建筑与窑头点火油罐的防火间距不应小于12 m，与中控
13、楼、中央化验室、氧气乙炔气瓶库、机电修工段、食堂、宿舍、招待所的防火间距不应小于25 m，与办公楼的防火问距不应小于50 m，与锅炉房的防火间距不应小于10 m 车间电气室和控制室宜独立设置或贴外墙布置。当贴外墙布置时，应采用耐火极限不低于3 h的非燃烧体隔墙.232 厂房结构和安全疏散煤粉制备车间应尽量采用敞开式或半敞开式厂房结构，保持良好的通风并易于泄压。需要结构维护保温时，应采用易于泄压的门、窗和轻质墙. 体。车间应设有上下直通式楼梯，便于安全疏散。当采用封闭式结构时，应设置室外直通式楼梯，并应使每一层平面方便疏散到室外安全区域，厂房内的安全疏散距离不应大于30 m。233消火栓的设置煤
14、粉制备车间应设置室外消火栓和室内消火栓。室外消火栓的数量应根据车间的建筑体积计算确定，一般布置在车间附近的道路旁边，其间距不应大于60 m。煤粉制备车间应在厂房内的每一层(包括屋顶煤磨收尘器旁)设置数量不少于两个的室内消火栓，配置规格统一的快接口、水带和水枪，应保证两支水枪可以同时到达任何部位。室内消火栓一般布置在厂房两侧靠近中间的内墙边，其间距不应大于30 m。234 灭火器的配置煤磨和煤粉仓旁应设置干粉灭火装置。根据建筑灭火器配置设计规范，煤粉制备车间火灾种类和最小灭火器配置举例见表3。灭火器的配置数量应通过计算确定，但每个计算单元不得少于2具，每个设置点的灭火器数量不宜多于5具。煤粉制备车间同时设有室内消火栓和气体灭火系统，灭火器的配置数量可以根据规定减配。煤磨、煤粉仓、选粉机、除尘器等场所，灭火器配置数量可在计算的基础上减半配置。3 结束语总而言之，煤粉的自燃、爆炸特性以及水泥厂煤粉制备系统的工艺特点，注定了该系统防火防爆设计的重要性。工程设计各专业均应采取有效措施，加强设备设施的安全设计，保障设备设施的本质安全，从源头上消除隐患，为水泥企业安全生产创造有利条件。
