酒糟烘干系统粉尘爆炸原因及防治措施

(四川省宜宾五粮液集团有限公司，四川宜宾 644000)

0 引言

酒糟是酿酒过程中产生的副产品。2016年全国白酒总产量(按酒精度65度计算)为1358.36万千升[1]，白酒酒糟产量可达4000万吨。如能无害化、减量化、资源化、效益化处理这些酒糟，这对消除和减轻环境污染，保护土地资源，同时又变“废”为宝，造福人类，意义十分重大。

酒糟营养丰富，含有大量的淀粉、粗蛋白等，但酒糟水分含量高(60%～62%)，酸度大(2.0～2.2)[2]，极易腐败变质，需及时进行处理。目前，酒糟较为彻底的处理办法是先将酒糟进行烘干(白酒酒糟初期含水量虽高，但不易进行机械脱水，多为直接进入烘干系统进行烘干)，然后进行贮存、运输和使用。烘干后的酒糟根据需求不同，常用于生产饲料[3]或作为锅炉燃料进行燃烧[4]。

1 酒糟烘干系统工作原理

酒糟烘干系统主要由热源、上料机、烘干装置、传动装置、沉降室、旋风除尘器、出料机、烟气净化装置及通风设备等组成。湿糟进入烘干装置，其内设有多个排列为螺旋形的抄板，通过筒体的旋转带动抄板将酒糟不停的扬起，扬起的物料与由加热装置传入的热源进行充分接触，加快了烘干传热﹑传质过程，水分不断蒸发并完成干燥后，再由出料口排出。酒糟烘干装置可将高水分湿糟经过深度脱水，烘干成含水量为10%～15%的干糟，再用于制做动物饲料、锅炉燃料等，从而实现酒糟干燥处理的机械化、工业化、自动化。常用酒糟烘干系统布置示意图见图1。

图1常见酒糟烘干系统布置示意图

2 糟粉爆炸情况分类

酒糟在烘干过程中逐渐失去水分变成了干糟，干糟中含有大量糟粉，其在烘干、输送及使用过程中普遍存在糟粉飞扬现象，这就需要采取妥善的防范措施，否则极易造成粉尘爆炸事故，给职工生命和企业财产造成重大损失。

通过对酒糟粉尘爆炸情况进行了分析统计，发现其爆炸主要集中在沉降室和旋风除尘器内，酒糟粉尘爆炸根据运行情况可分为以下几种情况：(1)在低负荷运行过程中发生的粉尘爆燃；(2)在停料压火过程中发生的粉尘爆炸；(3)在停运检修过程中发生的粉尘爆炸。

3 糟粉爆炸原因分析

3.1 粉尘发生爆炸的条件

3.1.1 粉尘本身是可燃的

酒糟糟粉是酿酒过程中粮食经粉碎、发酵、摘酒后的副产品，其淀粉、残糖含量相当高，烘干后完全是一种不导电的可燃性粉尘。

3.1.2 必须具有相当大的比表面积

粉尘比表面积越大，其最小点火能越小，粉尘越易被点燃；粉尘比表面积越大，越易悬浮于空中，越易形成粉尘云。经检测，糟粉中有一部分颗粒直径在20μm以内，这些粉尘比表面积相当大，并易长久悬浮在空中。

3.1.3 要有一定的粉尘浓度

粉尘浓度太低，粉尘粒子间距过大，粉尘表面能量较难传递，火焰难以传播。粉尘在外力作用下，能与空气充分混合形成浮游状态，随着单位体积内数量增加，粉尘浓度达到一定的限度，出现粉尘悬浮溶胶状态，即达到粉尘爆炸的临界状态，即粉尘云状态。

3.1.4 要有一定的氧含量

一定的氧含量是物质得以燃烧的基础，酒糟在烘干、输送过程中产生的粉尘也不例外。

3.1.5 要有足够能量的点火源。

粉尘积聚到爆炸浓度，如果没有火源引燃粉尘或粉尘温度未达到最小点火能，粉尘是不会发生爆炸。由于糟粉淀粉含量高，其最小点火能量约为20mJ量级范围，故只要有微小的电火花或火星，均可引发糟粉爆炸事故。

3.1.6 空间要相对封闭

粉尘云要处在相对封闭的空间内，压力和温度方能急剧升高，继而发生爆炸[5]。糟粉在烘干、输送过程中，不断产生粉尘扬析现象，为了防止粉尘污染环境，酒糟烘干系统、输送设备均为相对封闭的。

3.2 现场粉尘云的形成因素

3.2.1 设计较大的沉降室及旋风除尘器料斗

在烘干装置出口，设计有一个体积很大的沉降室，好让烟气在此扩容减速后，达到气固分离的目的。同时在旋风除尘器下端，设计有较大体积的旋风除尘器料斗，以便将分离的糟粉贮存起来，间断排放。当烘干系统正常运行时，引风机开度大，气流速度高，在经过沉降室及旋风除尘器时，不易形成滞留区。但当烘干系统低负荷运行时；烘干系统停料压火时(需继续启运引风机及烘干滚筒，以防止烘干滚筒高温变形)；烘干系统正常检修时(需启用引见机进行通风换气)，均需启用引风机，由于此时所需风量较小，故引风机开度较小，烘干系统内气流速度相应较低，此时，在沉降室及旋风除尘器料斗内极易形成气体滞留区。滞留区的存在，为粉尘云的形成创造了条件。

3.2.2 多台烘干系统共用一台出料输送机

一般烘干房为了酒糟的稳定、可靠处理，烘干系统均采用多台并列布置方式，但为了节约成本，其出料输送机通常设计为共用设备。为此只要任何一台烘干系统运行时，出料输送机就一直处于运行状态。同时，只要引风机运行，沉降室、旋风除尘器就处于负压状态，其下料口如果封闭不严，此处就相当于一个吸尘器，可将出料输送机内扬析的糟粉不断吸入沉降室或旋风除尘器料斗内。

3.2.3 酒糟特性影响，致使糟粉存在粘壁及阴燃现象

酒糟是酿酒后的残留物，成分极为特殊，其淀粉、残糖在高温熟化作用下，粘性增加，加之烟气潮湿，沉降室、旋风除尘器内壁衬有耐火砼，为此造成了糟粉粘壁现象。同时酒糟由稻壳和糟粉构成，其中稻壳约占65%，糟粉约占35%。酒糟在烘干加热的过程中，由于稻壳疏松透气(其横断面存在大量的孔道结构)[6]，可燃基挥发分高(超过80%)[7]，着火点很低(在温度为300℃左右时就能着火燃烧)。故稻壳的挥发分瞬间就能析出完毕并着火燃烧(挥发分在焦炭还未着火前就已基本析出完毕)，这使得酒糟挥发份燃烧与焦炭的燃烧明显成两个独立的阶段，因此，酒糟具有着火容易，燃烬困难的特性。由于酒糟挥发分的析出速率极快，为此我们看见的粘壁糟粉的燃烧通常为糟粉的固定碳燃烧，由于无火焰，故称之为阴燃。正常情况下，糟粉的粘壁及粘壁糟粉的散落是相生相伴的，但当这些粘壁糟粉一旦受到外力作用或受到局部爆炸的冲击波影响，即可形成悬浮溶胶状态，继而引发爆炸。

上述种种原因，是烘干系统内粉尘云形成的重要因素。

3.3 现场火源来源

(1)明火。如检修火源等。

(2)高温物体。如引风机运行时，加热装置及烘干滚筒内的一些火星可随烟气进入尾部。

(3)电热能。如各种电气设备的发热，电弧、电火花、静电火花等。

(4)化学热能。如沉降室及旋风除尘器内存在粘壁粉尘的阴燃火源。

(5)机械热能。如撞击热。转机的摩擦热等。

3.4 糟粉爆炸具体原因分析

3.4.1 在运行过程中发生的糟粉爆燃的原因分析。

酒糟烘干系统在运行过程中发生的糟粉爆炸主要集中在低负荷运行时间段。此时，由于引风机开度小，气流速度低，在经过沉降室(扩容减速)和旋风除尘器(含料斗)时，易在其内形成滞留区，于是从烘干装置随烟而来的糟粉；粘壁而散落的糟粉；经下料口从出料输送机内吸入的糟粉就会在滞留区内越积越多，当达到爆炸浓度范围时，再遇到火源(如从上游设备内随烟气携来的火星或遇到粘壁粉尘的阴燃火源等)，从而引发了爆炸。

3.4.2 在压火过程中发生的糟粉爆炸的原因分析。

烘干系统停料压火时，为了防止烘干滚筒高温变形，需开启引风机，由于其开度较小，气流速度较低，在经过沉降室和旋风除尘器时，易在其内形成滞留区，于是粘在设备内壁而散落的糟粉；经下料口从出料输送机内吸入的糟粉就会在滞留区内越积越多，当达到爆炸浓度范围时，再遇到火源(如粘壁粉尘的阴燃火源等)，从而引发了爆炸。

3.4.3 在检修过程中发生的糟粉爆炸的原因分析。

烘干系统的检修一般是逐台按计划进行，此时，被检修的烘干系统已下火停炉，且已彻底清灰，但因检修需要，需开启引风机进行通风换气，由于开度较小，气流速度较低，在经过沉降室和旋风除尘器时，易在其内形成滞留区，于是经下料口从出料输送机内吸入糟粉就会在滞留区内越积越多，当达到爆炸浓度范围时，再遇到火源，从而引发了爆炸。(如某厂4#烘干系统正在检修，且经彻底清灰，其在3#烘干系统发生的粉尘爆炸后几秒钟，4#烘干系统就随即发生了粉尘爆炸，其火源就来源于3#烘干系统。因3#烘干系统发生爆炸时，其火焰从3#下料口窜入共用出料输送机，再经相邻4#下料口进入4#烘干系统，从而导致4#烘干系统发生爆炸)。

4 糟粉爆炸的后续影响

4.1 酒糟粉尘爆炸有产生二次爆炸的可能。由于酒糟在烘干过程中，存在糟粉粘壁现象。为此，当发生初始爆炸时，初始爆炸气浪会将粘壁糟粉震散并扬起，形成飞扬的粉尘云，这些粉尘云再被初始爆炸灼热余物再次点燃。从而发生二次爆炸。这种连续爆炸会造成更大的破坏。

4.2 粉尘爆炸会产生有毒气体。由于粉尘爆炸时间短，可燃性物质易引起不完全燃烧，其燃烧产物中含有大量的二氧化碳、一氧化碳、硫化物等，会给抢救工作造成很大的难度。

5 防治措施

针对酒糟发生粉尘爆炸的条件、粉尘云的形成因素及火源来源等，现场采取了一系列防治措施。

5.1 采取结构性防爆措施

烘干房的结构与布局符合GB 15577—2018《粉尘防爆安全规程》相关规定。

5.2 避免或抑制粉尘云的形成

5.2.1 取消沉降室，合理设计出料装置，以达到消除滞留区的目的。

5.2.2 取消旋风除尘器料斗，避免糟粉在其内部沉积及产生滞留区。

取消沉降室、旋风除尘器料斗后烘干系统优化布置示意图见图2。

图2酒糟烘干系统优化布置示意图

5.2.3 下料口采用闭风卸料装置，以达到消除漏风的目的。

5.2.4 烘干系统的出料装置、旋风除尘器、烟道等设备设施采用不锈钢制作，以避免或大大降低糟粉粘壁现象。

5.2.5 出料输送机的线速度不宜过高。如果线速度过高，除易引起轴承过热外，还会加剧粉尘的扬析，使机内粉尘浓度增高，从而增大爆炸的危险性。

5.2.6 在烘干系统内容易积尘的地方，应设置自动清灰装置及清灰口，以便定期进行清理。

5.3 避免形成点火源

5.3.1 避免明火与粉尘的接触，如检修时严禁吸烟，焊接前清扫周围的粉尘等。

5.3.2 按烘干系统操作规程严格控制烘干装置出口烟温，防止火星进入尾部与粉尘接触。

5.3.3 避免各种电气设备的过热，电弧、电火花、静电火花等。

5.3.4 避免来自金属的摩擦、研磨、冲击等产生的机械过热及火花等。

5.4 采用防爆电气设备措施

根据《危险场所电器防爆规范》相关规定，有粉尘悬浮和飞扬的场所内严禁明火和火花产生，所有电气设备采取防爆措施，电器设备的外壳、金属框架、金属配线及其配件、电缆保护管、电缆的金属护套等非带电的裸露金属部分均接地；防爆挠性连接管无裂痕、孔洞、机械损失、变形等缺陷；整个电气线路有专人进行经常维护和检查，并有相应检查记录等。

5.5 采用泄爆及隔爆措施

5.5.1 在烘干系统下游设备及烟道上合理布置泄爆装置。当粉尘发生爆炸时，压力冲破泄爆口能快速释放，从而降低爆炸的破坏程度。

5.5.2 多台烘干系统下料口，应避免直接接至共用出料输料机内，因为一旦有一台烘干系统发生粉尘爆炸或出料输送机发生爆炸，火就会沿着出料输料机进行传递，有可能诱发相邻烘干系统发生二次爆炸。否则，就必须安装隔爆器。

5.6 安全管理措施

5.6.1 安全生产管理人员必须具备粉尘防爆安全生产知识和管理能力，必须有专职人员专门负责粉尘的防治。

5.6.2 定期进行安全操作规程培训和防爆知识再教育，让员工了解粉尘爆炸的内在本质，掌握防尘防爆的基本知识和防治措施。

5.6.3 加强设备内外清灰工作，以消除或大大减少糟粉的聚积。

5.6.4 加强设备检查、维护工作，防止设备出现过热及发生撞击等情况。

5.6.5 在作业区内，应配备足够数量的消防器材，并确保其安全有效。