立式磨煤机原煤制粉工艺及安全工艺设计

张健 黄泽尔 陈汝萱

【摘 要】由于原煤自身的挥发性及暴露在空气中的氧化性，原煤制粉过程中就会有自燃和爆炸的可能性发生。为保证安全生产，文章从立式磨煤机的磨煤系统原理和煤粉产生自燃、爆炸的必备条件进行分析，制定切实可行的原煤制粉安全工艺，为原煤制粉提供理论基础和指导作用。

【关键词】原煤；制粉；自燃；爆炸；安全工艺

【中图分类号】TQ536 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）02-0027-03

0 前言

近年来，随着国家对环境保护的日益重视，节能减排成为电厂、水泥厂的必备项目。为了满足国家对环境保护的需求，达到节能减排的效果，許多企业开展了原煤制粉的项目。原煤制粉后，可以大大提高原煤的利用率，减少污染物的排放，因此原煤制粉工艺技术得到了大力的发展。然而，由于原煤在制粉过程中存在易燃易爆的特性，因此制粉过程中安全工艺设计就显得尤为重要。

1 煤粉的性能及煤粉发生爆炸的条件

1.1 煤粉的特性

煤粉在与空气中的氧气接触的过程中会发生氧化反应，在氧化的过程中会产生大量的热使得煤粉温度升高，温度升高又会加剧煤粉的进一步氧化，如果散热不良，会使氧化过程不断加剧，最后使温度达到煤的燃点而引起煤粉的自燃。在煤粉制粉系统中，煤粉是由输送煤粉的气体和煤粉混合成的云雾状的混合物，它一旦遇到火花就会使火源扩大而产生数倍大气压的大气压力，从而造成煤粉的爆炸。

1.2 影响煤粉发生爆炸的因素

影响煤粉爆炸的因素很多，如挥发分含量，煤粉细度，气粉混合物的浓度、温度、湿度和输送煤粉的气体中氧气的含量等。

（1）一般来说，挥发分含量VR<10%的煤（无烟煤），是没有爆炸危险的。而VR>25%的煤（如烟煤等），很轻易自燃，煤粉的自燃温度为140～350 ℃。

（2）煤粉越细，越轻，越易自燃和爆炸，粗煤粉爆炸的可能性较小。例如，烟煤粒度大于0.1 mm，几乎不会爆炸。因此，挥发分含量大的煤不能磨得过细。

（3）煤粉浓度是影响煤粉爆炸的重要因素。实践证实，最危险的浓度在0.05～2.0 kg/m3，大于或小于该浓度时，爆炸的可能性都会减小。制粉设备中沉积煤粉的自燃性往往是引爆的火源。气粉混合物温度越高，危险性就越大。煤粉爆炸的实质是一个强烈的燃烧过程，是在0.01～0.15 s的瞬间大量煤粉忽然燃烧产生大量高温烟气，因急速膨胀而形成的压力波及高速向外传播而产生的很大的冲击力和声音。立式煤磨机制粉系统煤粉浓度在0.30～1.0 kg/m3，发生爆炸的可能性非常大。

（4）气粉混合物中，含氧量越高，越容易发生自燃和爆炸。实践证明，当气粉混物中的氧气含量≥12%时，即可发生煤粉自燃或爆炸。

2 原煤制粉工艺方案设计

2.1 工艺方案

立式煤磨机的制粉工艺如下：喂料机构将原煤运送到立式磨中，立式磨通过研磨机构将原煤磨成煤粉，再由风送系统通过选粉机分选合格的煤粉，分选合格的煤粉则通过收尘系统收集，最后运送到存储罐存储。其制粉过程如图1所示。

2.2 工艺分析

由于原煤含有一定的表水和原水（一般为4%～15%），合格的煤粉要求含水量≤1%，故在制粉过程中都需要进行烘干处理。因此，风送系统所送的气体，一般都要经过燃烧炉燃烧加热处理。经过加热处理过的气体温度一般为350 ℃左右，大大超过了煤粉的燃火点。由于煤粉本身具有自燃和爆炸的特性，所以在煤矿制粉工程中必须加入安全工艺设计。

3 煤矿制粉安全工艺设计

3.1 煤粉发生爆炸的必要条件

根据物理原理，我们知道煤粉发生爆炸的必要条件有3个：{1}可燃物（煤粉）达到一定浓度；{2}周围温度达到着火点；{3}气粉混合物中要有一定的氧含量。三者缺一不可。

3.2 制粉的安全性分析

（1）在原煤制粉的过程中，为达到蒸发水分的效果，一般会将系统风加热到250 ℃以上，这一温度已经大大超过了煤粉的自燃温度，并且在研磨的过程中由于金属撞击也易产生火花，所以在磨粉过程中通过气粉混合物的温度来达到防止爆炸的可能性已经不存在了。

（2）由于立式煤磨机制粉系统中气粉混合物的煤粉浓度在0.30～1.0 kg/m3，刚好在煤粉易爆的含尘区间之内，如果减少含尘浓度，则影响系统产量，增加生产成品，故通过控制煤粉浓度来防止煤粉爆炸也是不可取的。

（3）我们可以通过燃烧炉的充分燃烧来控制风送系统气体内的含氧量，以求达到防止制粉过程发生爆炸的问题。通过计算，我们可以获得燃烧炉燃烧后含氧量在4.5%左右的气体。而煤粉只有在气粉混合物中含氧量≥12%的情况下才会发生自燃或爆炸，故我们可以通过控制气粉混合物的含量来防止原煤制粉过程中自燃和爆炸事故的发生。

3.3 安全工艺设计

经燃烧炉燃烧过的气体含氧量为4.5%左右，温度一般为350 ℃左右，由于温度过高，对磨机设备及收尘设备都会造成很大的伤害。磨煤系统中经过收尘器收尘后排出的尾气含氧量为7%左右，温度为70 ℃左右，为了充分利用资源，我们将尾气的一部分引入风送系统中，与燃烧炉燃烧后的气体进行混合。相比直接掺入冷空气可以降低送入磨机内气体的含氧量；同时，可以降低进入磨机气体的温度，以到达符合磨机温度要求的气体。通过管道调节阀，我们可以将最终进入磨机的气体含氧量控制在8%左右，温度控制在250 ℃左右。

由于磨煤系统在喂料过程中会掺入氧气，且磨辊轴及返料口存在漏风的问题，因此都有可能致使磨内含氧量升高，引起煤粉自燃或爆炸。为了防止自燃和爆炸，我们在系统中设置了氧含量检测设备和惰性气体（这里以氮气为例）灭火装置。其工艺流程图如图2所示。

从图2中我们可以看出，在整个制粉工艺过程中，为了防止煤粉的自燃和爆炸，我们在磨机入口、磨机出口、收尘器出口3个位置设置了氧含量检测点，并配备了氮气防爆灭火装置。根据前文论述，当制粉系统中氧含量超过12%时，煤粉则易发生自燃和爆炸现象。那么，在上述3个检测点我们设置氧含量的检测值为11%。当检测点位系统气体中氧含量超过11%时，则打开相应点位的氮气阀，对系统内气体进行氧含量的稀释，以此来保证磨粉系统的安全运行。

4 结语

通过对煤粉性质的分析，确定了煤粉发生自燃或爆炸的必要条件；根据煤粉发生自燃和爆炸的必要条件，确定了制粉工艺过程和实现安全生产的安全工艺流程。上述原煤制粉工艺和安全工艺设计，不仅有效地解决了原煤制粉过程中的节能减排的问题，而且保证了原煤制粉过程中的安全运行。

参 考 文 献

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[责任编辑：钟声贤]