一次煤磨爆炸事故的原因分析及预防措施
2021-07-29 05:47:00
一次煤磨爆炸事故的原因分析及预防措施
山西WX公司2 500 t/d的熟料生产线于2013年7月建成投产。煤磨型号为HRM1700M立磨，设计生产能力≥20 t/h，入磨原煤水分≤12%，入料粒度≤50 mm，进口风温＜300 ℃，出口温度80~95 ℃。进口热风从篦冷机中温段抽取，在投产初期发生过一起磨内爆炸事故，窑系统被迫停产，造成了巨大的经济损失。本文就此次煤磨爆炸的原因及采取的防范措施进行分析和总结，供同仁参考。1 事故描述
2013年10月1日14：21，煤磨系统喂煤量18 t/h，煤磨入口温度285 ℃，出口温度56.26 ℃，现场巡检工反映煤磨排渣量大，而且排出的全是原煤，中控减少喂煤量至16 t/h，同时通过调整煤磨进口冷热风阀开度提高煤磨进口温度，14：25煤磨进口温度325.68 ℃，出口温度升至62.22 ℃，现场发现排渣口有自燃的原煤并通知中控，紧接着现场听见磨内爆炸声，烟囱冒出大量煤粉，同时中控显示煤磨出口温度瞬间升至99.26 ℃，整个爆炸过程非常短促，出口温度无征兆的突变，停磨后经现场检查，煤磨顶部及出口热风管道上的防爆阀被炸开，明火被强大气流带进收尘器，滤袋烧毁480余条。
2 煤粉燃爆的原理及基本条件
煤粉爆炸是一种压力急剧上升的燃烧过程，煤粉以一定浓度分散在富氧气体中，一旦遇到明火，就会燃烧并迅速传播，产生巨大的能量。煤粉爆炸需要具备以下四个条件：（1）足够浓度的煤粉。对烟煤而言，气粉混合物浓度在1 200~2 000 g/Nm3范围时爆炸危险性最大。（2）着火点以上的温度。烟煤着火点随挥发分的增加而降低，一般为350~500 ℃。（3）气流中氧气含量大于15%，就会有爆炸的危险。煤磨热源来自篦冷机中温段，氧含量高达21%，具备燃爆条件，因此对系统防燃防爆的要求很高。（4）遇到明火。明火是煤粉爆炸的一个重要条件，而且决定了爆炸产生的压力等级和爆炸强度。3 原因分析
（1）原煤水分大是造成系统内煤粉浓度高的主要原因。正常情况下，煤磨系统内煤粉浓度大约在650 g/m3左右，一般不会因浓度高发生燃爆现象。事故发生后从原煤皮带秤取样进行工业分析见表1，正常生产时与事故发生前煤磨操作参数对比见表2。表1 入磨原煤工业分析表2 正常生产时与事故发生前煤磨操作参数对比由表1和表2可以看出，爆炸前原煤水分大，而磨机烘干能力有限，导致磨机喂料量降低。磨机压差高，说明磨内通风阻力大，因水分高部分煤粉不能被带出磨机，在磨内沉降、黏附，造成磨内煤粉浓度增大，现场排渣量大。此外，煤粉的比表面积较大，具有较强的氧化放热能力，氧化放热速度随煤粉浓度的增高和煤粉在系统内积存量、分散度、比表面积的增加而加大，同时，煤中水分含量及变化也是影响煤自发热的一个主要因素，当水蒸发时，从外界吸收大量的热，冷凝时就将这些热传给煤粉。据相关资料表明，煤粉水分增加1%将使煤粉温度上升17 ℃。（2）系统温度控制不合理。烟煤的挥发分越高，着火温度就越低。从表1可以看出原煤挥发分高，因此着火点较低。在实际生产中，如果磨机进口温度超过300 ℃时，在刮料腔内就会看到有火星出现，如果这些火星被带到磨内，就可能引起煤粉的燃爆。事故发生前，操作员为了减少排渣，在降低喂料量的同时，提高磨机进口温度至325.68 ℃，也是导致煤粉爆炸的原因之一。（3）明火的出现。煤磨烘干热源来自篦冷机中温段，热风中会带有高温熟料颗粒，而原设计的沉降室存在缺陷，高温熟料颗粒沉降效果很差。另外，由于煤磨进风口管道有约1 m的水平段，此处与煤磨排渣腔相连，容易堆积排渣腔挤过来的原煤，在长期高温气体的作用下，极易发生自燃造成明火。4 采取的措施
（1）加强进厂原煤的质量管理。严格控制原煤水分，一方面可以降低入磨气体温度，另一方面避免煤粉因水分大在磨内局部沉降。要求原煤进厂后，根据化验结果分区堆放，搭配使用，确保入磨原煤水分≤10%。（2）加强系统密封。磨辊门用常温硅胶布密封，见图1。防止因漏风使系统温度降低和阴雨天漏雨导致的煤粉黏附现象，避免系统局部煤粉浓度高。图1 磨辊门的密封（3）更换煤磨进口冷风阀。煤磨进口冷风阀原设计为Φ500 mm，而热风管道内径为Φ1 200 mm，当热风温度高或者停磨操作需要关小热风阀而开大冷风阀时，磨机进口负压会增大，说明磨内通风阻力增加，风量变小。这样，势必瞬间增大了磨内煤粉浓度，因此在检修期间将冷风阀更换为Φ800 mm大冷风阀，从而保证在调整阀门时磨机进口负压不变，使磨内煤粉浓度恒定。（4）加强中控操作，完善自动程序。根据入磨原煤水分，规定煤磨进口热风温度220~260 ℃，任何时候不得超过300 ℃；控制煤磨出口温度65~70 ℃，不超过75 ℃，以保证袋收尘器灰斗温度不超过65 ℃。当煤磨进口温度达到300 ℃或出口温度达到75 ℃时，冷风阀自动全开，热风阀自动关闭；当磨出口温度达到80 ℃时，主电动机跳停，密封皮带秤连锁跳停，冷风阀自动全开，热风阀自动关闭，收尘器进口气动阀门自动关闭，风机转速自动降至300 r/min，确认着火时向磨内喷入CO2气体。（5）原煤经取料机和皮带机输送入原煤仓，为防止金属物件（如装载机铲牙、取料机耙齿等）进入磨内，与磨辊、磨盘发生硬性碰撞产生火花而导致明火，在入原煤仓皮带上安装金属探测仪，当探测到有金属时皮带机自动跳停，原煤取料机连锁停机，由巡检工将皮带上的金属异物取出。（6）加强现场巡检，在煤粉仓满煤磨停机时，由巡检工打开磨机进口水平管道的检查门，对积存的原煤彻底清理，每班一次。检修期间，在水平积煤的位置增加了下料斗式排渣口，底部安装有锁风阀门，由巡检工在煤磨停机时定期放料，彻底消除了进风口积煤而自燃的现象。（7）对沉降室进行两次技术改造。原设计的沉降室是在热风管道上变径，热风管道直径为1.2 m，沉降室直径为2 m，高度为2.05 m。第一次技改将沉降室改为长3 500 mm宽2 300 mm高3 000 mm的方箱，下部设锥形灰斗，收集下来的粉尘可直接入篦冷机。第二次技改在沉降室内部加一块斜度为45°的钢板，提高了高温颗粒的沉降效果，有效避免了高温熟料颗粒被带入煤磨的现象。如图2所示。图2 沉降室的改造5 效果
技改后的工艺参数见表3。通过采取以上措施，煤磨系统正常运行至今再没有发生过着火或爆炸事故，实现了煤粉制备的安全稳定生产。表3 煤磨技改后的工艺操作参数（作者单位：山西潞城市卓越水泥有限公司）
山西WX公司2 500 t/d的熟料生产线于2013年7月建成投产。煤磨型号为HRM1700M立磨，设计生产能力≥20 t/h，入磨原煤水分≤12%，入料粒度≤50 mm，进口风温＜300 ℃，出口温度80~95 ℃。进口热风从篦冷机中温段抽取，在投产初期发生过一起磨内爆炸事故，窑系统被迫停产，造成了巨大的经济损失。本文就此次煤磨爆炸的原因及采取的防范措施进行分析和总结，供同仁参考。1 事故描述
2013年10月1日14：21，煤磨系统喂煤量18 t/h，煤磨入口温度285 ℃，出口温度56.26 ℃，现场巡检工反映煤磨排渣量大，而且排出的全是原煤，中控减少喂煤量至16 t/h，同时通过调整煤磨进口冷热风阀开度提高煤磨进口温度，14：25煤磨进口温度325.68 ℃，出口温度升至62.22 ℃，现场发现排渣口有自燃的原煤并通知中控，紧接着现场听见磨内爆炸声，烟囱冒出大量煤粉，同时中控显示煤磨出口温度瞬间升至99.26 ℃，整个爆炸过程非常短促，出口温度无征兆的突变，停磨后经现场检查，煤磨顶部及出口热风管道上的防爆阀被炸开，明火被强大气流带进收尘器，滤袋烧毁480余条。
2 煤粉燃爆的原理及基本条件
煤粉爆炸是一种压力急剧上升的燃烧过程，煤粉以一定浓度分散在富氧气体中，一旦遇到明火，就会燃烧并迅速传播，产生巨大的能量。煤粉爆炸需要具备以下四个条件：（1）足够浓度的煤粉。对烟煤而言，气粉混合物浓度在1 200~2 000 g/Nm3范围时爆炸危险性最大。（2）着火点以上的温度。烟煤着火点随挥发分的增加而降低，一般为350~500 ℃。（3）气流中氧气含量大于15%，就会有爆炸的危险。煤磨热源来自篦冷机中温段，氧含量高达21%，具备燃爆条件，因此对系统防燃防爆的要求很高。（4）遇到明火。明火是煤粉爆炸的一个重要条件，而且决定了爆炸产生的压力等级和爆炸强度。3 原因分析
（1）原煤水分大是造成系统内煤粉浓度高的主要原因。正常情况下，煤磨系统内煤粉浓度大约在650 g/m3左右，一般不会因浓度高发生燃爆现象。事故发生后从原煤皮带秤取样进行工业分析见表1，正常生产时与事故发生前煤磨操作参数对比见表2。表1 入磨原煤工业分析表2 正常生产时与事故发生前煤磨操作参数对比由表1和表2可以看出，爆炸前原煤水分大，而磨机烘干能力有限，导致磨机喂料量降低。磨机压差高，说明磨内通风阻力大，因水分高部分煤粉不能被带出磨机，在磨内沉降、黏附，造成磨内煤粉浓度增大，现场排渣量大。此外，煤粉的比表面积较大，具有较强的氧化放热能力，氧化放热速度随煤粉浓度的增高和煤粉在系统内积存量、分散度、比表面积的增加而加大，同时，煤中水分含量及变化也是影响煤自发热的一个主要因素，当水蒸发时，从外界吸收大量的热，冷凝时就将这些热传给煤粉。据相关资料表明，煤粉水分增加1%将使煤粉温度上升17 ℃。（2）系统温度控制不合理。烟煤的挥发分越高，着火温度就越低。从表1可以看出原煤挥发分高，因此着火点较低。在实际生产中，如果磨机进口温度超过300 ℃时，在刮料腔内就会看到有火星出现，如果这些火星被带到磨内，就可能引起煤粉的燃爆。事故发生前，操作员为了减少排渣，在降低喂料量的同时，提高磨机进口温度至325.68 ℃，也是导致煤粉爆炸的原因之一。（3）明火的出现。煤磨烘干热源来自篦冷机中温段，热风中会带有高温熟料颗粒，而原设计的沉降室存在缺陷，高温熟料颗粒沉降效果很差。另外，由于煤磨进风口管道有约1 m的水平段，此处与煤磨排渣腔相连，容易堆积排渣腔挤过来的原煤，在长期高温气体的作用下，极易发生自燃造成明火。4 采取的措施
（1）加强进厂原煤的质量管理。严格控制原煤水分，一方面可以降低入磨气体温度，另一方面避免煤粉因水分大在磨内局部沉降。要求原煤进厂后，根据化验结果分区堆放，搭配使用，确保入磨原煤水分≤10%。（2）加强系统密封。磨辊门用常温硅胶布密封，见图1。防止因漏风使系统温度降低和阴雨天漏雨导致的煤粉黏附现象，避免系统局部煤粉浓度高。图1 磨辊门的密封（3）更换煤磨进口冷风阀。煤磨进口冷风阀原设计为Φ500 mm，而热风管道内径为Φ1 200 mm，当热风温度高或者停磨操作需要关小热风阀而开大冷风阀时，磨机进口负压会增大，说明磨内通风阻力增加，风量变小。这样，势必瞬间增大了磨内煤粉浓度，因此在检修期间将冷风阀更换为Φ800 mm大冷风阀，从而保证在调整阀门时磨机进口负压不变，使磨内煤粉浓度恒定。（4）加强中控操作，完善自动程序。根据入磨原煤水分，规定煤磨进口热风温度220~260 ℃，任何时候不得超过300 ℃；控制煤磨出口温度65~70 ℃，不超过75 ℃，以保证袋收尘器灰斗温度不超过65 ℃。当煤磨进口温度达到300 ℃或出口温度达到75 ℃时，冷风阀自动全开，热风阀自动关闭；当磨出口温度达到80 ℃时，主电动机跳停，密封皮带秤连锁跳停，冷风阀自动全开，热风阀自动关闭，收尘器进口气动阀门自动关闭，风机转速自动降至300 r/min，确认着火时向磨内喷入CO2气体。（5）原煤经取料机和皮带机输送入原煤仓，为防止金属物件（如装载机铲牙、取料机耙齿等）进入磨内，与磨辊、磨盘发生硬性碰撞产生火花而导致明火，在入原煤仓皮带上安装金属探测仪，当探测到有金属时皮带机自动跳停，原煤取料机连锁停机，由巡检工将皮带上的金属异物取出。（6）加强现场巡检，在煤粉仓满煤磨停机时，由巡检工打开磨机进口水平管道的检查门，对积存的原煤彻底清理，每班一次。检修期间，在水平积煤的位置增加了下料斗式排渣口，底部安装有锁风阀门，由巡检工在煤磨停机时定期放料，彻底消除了进风口积煤而自燃的现象。（7）对沉降室进行两次技术改造。原设计的沉降室是在热风管道上变径，热风管道直径为1.2 m，沉降室直径为2 m，高度为2.05 m。第一次技改将沉降室改为长3 500 mm宽2 300 mm高3 000 mm的方箱，下部设锥形灰斗，收集下来的粉尘可直接入篦冷机。第二次技改在沉降室内部加一块斜度为45°的钢板，提高了高温颗粒的沉降效果，有效避免了高温熟料颗粒被带入煤磨的现象。如图2所示。图2 沉降室的改造5 效果
技改后的工艺参数见表3。通过采取以上措施，煤磨系统正常运行至今再没有发生过着火或爆炸事故，实现了煤粉制备的安全稳定生产。表3 煤磨技改后的工艺操作参数（作者单位：山西潞城市卓越水泥有限公司）
