在水泥行業，煤磨的收塵采用袋式除塵器已廣為應用，但是由于煤磨設備的發展，煤粉的輸送已取消細粉分離器，而由袋式除塵器取而代之，而煤磨袋除塵器是根據煤粉塵防燃、防爆原理，以及袋除塵器過濾機理相結合研制成功的。煤粉在輸送、粉磨與除塵過程中的主要危險是燃燒、爆炸。因此，防燃、防爆是煤粉磨系統及除塵器設計時必需考慮的兩大因素。 1 煤磨煙氣的特性 煤磨煙氣中所含粉塵為煤粉，其濃度大，粒度細，易燃易爆。 1.1 煤粉的幾項特性 據煤炭科研部門試驗表明，煤粉具有如下特性： 1.1.1 煤粉的爆炸極限 煙煤爆炸下限濃度：110～335g/m3，爆炸上限濃度：1 500g/m3。 無煙煤 爆炸下限濃度：45～55g/m3，爆炸上限濃度：1 500～2 000g/m3。 1.1.2 煤粉可燃爆的粒度：上限為0.5～0.8mm，粒經小于75μm更易于燃爆。 1.1.3 煤粉的著火溫度：500～530℃，自燃溫度：140～350℃。 1.1.4 煤的揮發份 無煙煤揮發份≤10%，無爆炸危險。 煙煤揮發份>10%，有爆炸危險，百分比愈大，爆炸性愈大。 1.2 煤粉只有具備如下三要素，才可能進行燃燒和爆炸，缺一不行 1.2.1 有可燃物質一煤粉; 1.2.2 有氧氣; 1.2.3 有點燃源 1.3 粉塵濃度較低 水泥廠煤磨工藝流程是煤磨排出的含煤粉煙氣先流經粗粉分離器再經細粉分離器至除塵器，其粉塵濃度較低，約為70g/m3左右。隨著技術的發展與進步， 取消細粉分離器，含煤粉煙氣經粗粉分離器后即直接至除塵器。此時，煤粉的濃度提高至300～700g/m3，在除塵器空間內煤粉彌漫正處于燃爆范圍內。而 煤粉的濃度很細，比表面積大，粒度<80μm的占80%左右;水泥廠現又多采用煙煤，揮發性一般在10%～30%，也均處于燃爆范圍。此外由于煤磨屬于烘干磨，煙氣中有一定水份含量，露點一般在50～55℃，易于結露。 1.4 易引起燃爆 氧氣的濃度在15%～17%以上，易引起燃爆，小于14%視為惰性氣體。 水泥廠煤粉制備工藝系統——煤磨布置在窯尾(指回轉窯)，利用窯尾煙氣作為烘干介質時，煙氣中含氧量低，有抑制燃煤的作用——而用冷卻機熱風作為烘干介質時，熱風中含氧量將高達21%，具備燃爆條件。 1.5 點燃源，煤磨是否具有煤粉燃爆的自燃或著火溫度范圍 水泥廠煤磨入口溫度一般不大于400℃，煤磨出口煙氣溫度為避免結露需高于露點溫度 15～30℃，一般控制在70～85℃，但當利用窯尾煙氣作烘干用時，因其水份含量有時高達6%，煤磨煙氣出口應高于露點溫度30～35℃，一般控制在 85～90℃?？梢娖涑隹跓煔鉁囟染谥鸹蜃匀紲囟确秶狻?/p> 2 煤磨袋收塵器的防燃防爆 2.1 控制燃燒物 含塵氣體的燃燒物一是可燃氣體，另一個是固體燃燒物，可燃氣體主要是一氧化碳，其在氣體中的含量達到一定濃度就可能發生爆炸，一氧化碳主要來自通風系統的熱源，因此，必須加強通風系統的管理，保證一氧化碳含量在安全范圍內。 控制固體可燃物包括控制進氣口含塵濃度和避免收塵器內部煤粉堆積兩方面，避免煤粉堆積由收塵器特殊結構來保證，而氣體的含塵濃度則由系統工藝決定，根據有關試驗表明，煤粉的爆炸濃度工區是100～2 000g/m3因此，為保證帶收塵器安全運行，最好控制在60g以下，但是隨著粉磨技術的發展帶收塵器常被作為工藝設備選用，而且又都采用一級收塵，含塵氣體由磨機經粗粉分離器直接進入帶收塵器，含塵濃度都在300～700g/m3之間，這正處在爆炸危險區域，因此，控制其它兩個爆炸條件及保證檢測、防暴系統的正常尤為重要。 2.2 控制含氧量 氧氣是燃燒的三要素之一，試驗表明，氣體含氧量低于12%時，就能避免燃燒發生。在煤磨系統中，常需要熱氣體對磨進行通風和烘干物料，煤粉磨常用窯頭冷卻機熱風，或窯尾廢氣做熱源，若采用冷卻機熱風，氣體中的含氧量基本上與空氣相同，為21%，這將增大煤粉煙氣爆炸的可能，極不安全，因此，使用帶收塵器的煤磨系統最好是采用窯尾廢氣做熱源，含氧量可控制在12%以下。 2.3 控制溫度 氣體溫度的控制對于煤磨收塵器來說，入口氣體的溫度應嚴格控制，保證高于露點以上25℃，低于75℃的范圍。溫度過高容易引燃含塵氣體而發生爆炸;溫度若低于露點一下，會引起結露，不僅造成積灰，還會堵塞濾帶使清灰困難而影響收塵器的正常運行。 2.4 消除火源 2.4.1 消除內部火源 主要是消除除塵器濾袋靜電火源?？轨o電針刺氈是在針刺氈的基布上紡入導電纖維，使濾料電阻值降低，利于附著濾袋表面粉塵所帶靜電荷的釋放。有導電纖維較無導電纖維針刺氈表面電阻、體電阻和摩擦電位都低得多。為防止煤粉自燃，結構設計不能有積灰面。設備設計要符合防爆要求，本體上還必須裝有卸壓閥。煤磨袋除塵器的灰斗是很容易積灰的，煤粉塵細度細，粒度小于40μm的占95%以上，附著性強， 粉塵還可能吸收空氣中的水分，在灰斗壁上冷凝。所以灰斗壁的傾角應≥70°。在灰斗兩面形成的谷角處，設計一溜料板，成為兩個加大的谷角，減少粉塵的沉積。 2.4.2 消除外部火源 外來火源主要有熱風爐熱風帶入的火星;機械摩擦火花;電火花;維修時電、氣焊造成的局部高溫等。有些在系統操作 時，只要引起足夠的重視就可以克服，有些則難以預料，因此，必須采取安全措施，如設備檢修時，停止系統的運行、隔離操作面、準備滅火器材等。我國大部分 水泥廠煤磨設置在窯頭，熱風來源或為熱風爐或為篦冷機或為窯頭，氧含量均在20%左右，屬于非惰性操作。隨著氧濃度的增加，煤粉點燃溫度呈下降趨勢。在除 塵器內熱的煤粉塵與空氣混合就會形成爆炸性混合物，當其濃度在45～2 000g/m3之間時，一旦溫度過高就會引起燃燒、爆炸。當煤的揮發分Vad>20%時，危險會更大。因此，須將入袋除塵器的廢氣溫度控制在90℃以下。一旦溫度超溫，聲、光報警，緊急切斷系統，停止運行。 另外，CO氣體的監測、報警也是用于煤磨安全運行的一種措施。要求有一整套配備的降溫、過濾、干燥等裝置，需要嚴格的管理和維護。這樣CO自動監測系統是能夠起到預警作用的。如果條件允許，煤磨系統采用窯尾預熱器排出的廢氣作為熱源，其氧含量在6%～10%、氣體溫度在300～340℃之間，使系統在惰性氣氛下操作更安全。 2.4.3 采用滅火裝置 在我國有些水泥廠由于資金和管理等諸多原因，煤粉磨系統只是簡單的配備幾個泡沫滅火器，有的連這個都做不到，這是非常不可取的。煤粉磨系統防燃、防爆應配有溫度預警裝置和CO2自動滅火裝置。當CO2在空氣中的濃度達30%～40%時，一般可燃物質的燃燒能窒息;40%～50%時，能抑制汽油蒸汽以及其它氣體的爆炸。對于煤粉塵而言，CO2含量在50%能夠抑制其燃爆。CO2自動滅火裝置由固定的CO2供給源，通過與之相連的帶噴嘴的固定管道，向被保護設備直接釋放CO2滅火劑。 3 脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的分析 3.1 收塵器工作原理 含塵氣體首先進入收塵器的導流室，經導流板撞擊后進行預收塵和氣體均布，然后經收塵器布袋過濾凈化后由排氣口排出。粉塵阻留于濾袋外表面，在濾袋上積累一定時間后采用脈噴方式清灰，卸灰采用氣動卸灰閥，從而達到卸灰和鎖風的目的。 3.2 防爆裝置的分析 防爆裝置是煤磨防爆袋收塵器研制的一個重點，對于處理含煤粉氣體布袋除塵要完全杜絕爆炸三個條件的出現是很難做到的，關鍵是要及早預知爆炸，并且采 取相應措施，防止爆炸的發生。爆炸發生最明顯前兆之一是壓力驟變，為此采取自動卸壓式防爆門，把壓力及時釋放出去，從而把爆炸消除在萌芽階段。 3.2.1 防爆裝置結構型式的確定 防爆裝置的主要作用是及時迅速釋放壓力，從而達到安全運行的目的。根據調查和實驗，研制新型重力自復位式防爆裝置作為脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器防 爆裝置。該防爆裝置由配重錘、壓桿、 閥門、外罩、閥座等組成，當收塵器內部壓力超過設定壓力時，防爆門自動打開釋放壓力。防爆裝置釋放壓力可根據實際要求，通過調整配重錘位置進行調整，氣體 釋放后，防爆門自動關閉恢復原狀，保持原來的密封效果。 實際使用證明，新型重力自復位式防爆裝置的密封效果雖然比膜片式稍差，但在設計時采取適當措施進行處理，且收塵器是負壓工作，完全能滿足系統要求。為防止防爆門內側含塵氣體結露，設計時在防爆門內表面敷設保溫層。 3.2.2 卸壓面積的確定 防爆裝置的卸壓面積計算，到目前為止，世界上還無理論計算公式，大多根據試驗或經驗總結出來的。目前常用的計算方法有德國工業指南VDI3673的諾模圖;根據美國防火協會卸壓面積計算圖和易燃粉塵的通風比(卸壓面積與設備容積之比)，煤粉的通風比一般為1∶35(m2/m3)左右。根據以上經驗公式，確定脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的卸壓面積。 3.3 收塵器清灰方式的分析 煤粉在收塵過程中由于積塵速度快很容易造成堆積，從而形成事故隱患，大量煤塵積附在濾袋的表面，為了使位于收塵器不同位置的濾袋都能及時清理干凈，不但要適當加大清灰動能，而且要使清灰動能均勻施加于每一條濾袋的不同部位上，以滿足工況的需要。 3.3.1 清灰方式的選擇 袋式收塵器常用的清灰方式有：機械振打式清灰、反吹風式清灰、氣箱脈沖式清灰、脈沖噴吹型清灰。 機械振打式清灰方式雖然濾袋運動幅度較大，但由于清灰動能較低，容易導致清灰不徹底，且濾袋損傷大，壽命短，目前已較少采用。反吹風式清灰和氣箱脈 沖式清灰方式，雖然各有特點，但由于都是整個袋室同時清灰，難免造成局部的濾袋或濾袋的局部的粉塵不能及時清除干凈，對處理一般粉塵來說，影響的只是使收 塵器的阻力升高，而對于處理含煤粉的廢氣，就留下了煤粉因長期在濾袋上滯留而自燃的隱患。 脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器采用脈沖噴吹型清灰方式，利用壓縮空氣對每條濾袋分別清灰，清灰動能高，清灰更徹底。 3.3.2 過濾風速的確定 過濾風速是指單位時間內單位面積濾布上通過的氣體量。過濾風速是袋收塵器的一個重要技術參數，過濾風速的大小直接影響袋收塵器的設備投資，運行費用，使用效果等。袋收塵器過濾風速取決于濾袋材質、處理含塵氣體性質(粉塵顆粒大小、溫度、濕度、易燃易爆性、粉塵粘結特性等)和排放要求等。過濾風速過大，阻力高，排放濃度高，濾袋壽命短。過濾風速過小，除塵器體積大，設備投資高。 袋收塵器過濾風速計算公式 V=k×Q/60F 式中：V——風速，m/min; k——風量波動系數; F——面積，m2; Q——風量，m3/h。 脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器選用抗靜電滌綸陣刺氈濾料，根據濾料行業推薦風速為0.8～1.0m/min。 3.3.3 噴吹壓力的確定和噴吹管的分析 為使高壓空氣能有控制地進入每條濾袋清灰，采取以高壓空氣包為主干，通過若干個支氣管到各排濾袋的布置方式。每個噴吹管上安裝一只脈沖閥控制進入噴吹管的高壓空氣，每只脈沖閥控制一排濾袋的清灰。 當濾袋的長度及每排濾袋的數量確定后，噴嘴的孔徑是一個非常重要的參數。通過試驗，也證實噴吹孔直徑的大小是影響噴吹力大小的關鍵，以6～8mm左右為宜，圓型孔優于其它形狀的孔，且隨著噴吹孔距脈沖閥的遠近大小不等。脈沖閥的大小決定著每根噴吹管開孔的個數，要使一根噴吹管噴吹較多的濾袋數，必須采用較 大的脈沖閥。根據確定的收塵器處理風量，通過技術經濟比較后，采用G11/2脈沖閥，每閥噴吹12條濾袋。對于處理風量小于40 000m3/h的收塵器，在保證清灰效果的前提下，將清灰壓力選定為0.3～.5MPa。 3.3.4 采用文丘里管技術產生二次誘導風，提高清灰動能。 實驗證明，采用與不采用文丘里管誘導技術，清灰效果差別很大。采用文丘里管清灰更徹底、濾袋更干凈;不采用文丘里管濾袋上尚有殘灰吸附在上面，尤其是濾袋的下部。 脈沖閥動作時產生的聲波還可以使濾袋產生微振動，起到輔助清灰作用。 脈沖清灰使用微機自動裝置控制，根據粉塵濃度隨意調整清灰周期和脈噴時間，使收塵器保持在一定的阻力范圍內運行，又盡可能地降低壓縮空氣消耗量，并且減少收塵器內部外界新鮮空氣的帶入量，降低了收塵器的燃爆危險性。 3.4 收塵器箱體結構的分析 脈噴式防爆袋收塵器的機械結構是否合理，不僅直接影響收塵效果，而且還影響設備的維護、安裝以及制造工藝。 3.4.1 箱體結構設計 脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的箱體一般為矩形結構，它與一般袋式收塵器的不同之處，主要是固定濾袋的多孔板在箱體的上半部，且收塵處于負壓運行狀態，在濾袋內裝設防止濾袋 被負壓吸癟袋籠。 收塵器箱體承受壓力： F = S×P 式中：F——壓力，KN; S——面積，m2; P——單位面積承受壓力，Pa。 根據設備承受壓力大小，確定箱體鋼板厚度及加強筋的布置形式和密度。設備承受壓力分為負壓和防爆變形壓力，負壓根據使用工藝確定，一般小于7 500Pa，防爆變形壓力取極限爆炸壓力12 000Pa。 為了安裝及更換濾袋方便，濾袋的形狀設計成單筒圓形。要把濾袋安裝在箱體內，首先要在箱體內設置一塊多孔花板，即根據濾袋直徑的大小在一塊鋼板上開 數個大小相同的孔。孔中心距也很講究，過小，造成收塵器內部氣體嵌速度過高，易造成設備阻力大，不可避免濾袋之間的相互摩擦;過大，使設備體積增大，造成浪費。多孔花板的結構是確定收塵設備尺寸的關鍵。 另外，多孔花板既要承受系統負壓，又要承受濾袋及袋籠的重量，稍有變形可能影響袋口處的密封效果，設計時對多孔花板已做了加強處理。 3.4.2 灰斗的設計 為了防止煤粉內部構件上積灰，所有梁、分離板等均設置防塵板，而防塵板的角度均為70°以上，灰斗的溜角大于70°，同時為防止兩斗壁間夾角(谷角)太小而積灰，兩相鄰側板焊上溜料板，加大谷角，消除煤粉的沉積。在所有平臺、死角處加焊坡板。 另外考慮到由于操作不正常和含塵氣體濕度大時出現灰斗結露堵塞，在對收塵器殼體保溫的同時也要對收塵器灰斗進行保溫。對于高寒地區收塵器灰斗下部設計成雙層，并可在兩層之間加設電加熱裝置。 3.5 控制系統的分析 脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器控制系統是用于收塵器的噴吹清灰系統的自動控制以及系統參數檢測報警。收塵器濾袋的定時噴吹清灰是由定時控制器對電磁脈 沖閥定時順序控制來實現的，定時清灰可確保收塵器的阻力在較低的范圍內。為了防止收塵器的內部產生煤粉的自燃和爆炸，通過智能數控儀測量出收塵器入口、出 口、灰斗的溫度，超溫時即可產生報警信號，又可輸出控制信號給相應的執行機構,從而保證了收塵器的安全運行。 4 結束語 水泥企業煤粉磨系統的防燃、防爆是一項系統工程。從操作到設備管理都要制訂嚴格的規章制度。嚴格按章辦事，只有這樣，煤粉磨系統及煤磨除塵器才能長期安全、穩定、高效運行。 |
