在水泥行業(yè)，煤磨的收塵采用袋式除塵器已廣為應(yīng)用，但是由于煤磨設(shè)備的發(fā)展，煤粉的輸送已取消細(xì)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(jù)煤粉塵防燃、防爆原理，以及袋除塵器過濾機(jī)理相結(jié)合研制成功的。煤粉在輸送、粉磨與除塵過程中的主要危險(xiǎn)是燃燒、爆炸。因此，防燃、防爆是煤粉磨系統(tǒng)及除塵器設(shè)計(jì)時(shí)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(xì)，易燃易爆。 

　　1.1 煤粉的幾項(xiàng)特性

　　據(jù)煤炭科研部門試驗(yàn)表明，煤粉具有如下特性：

　?。?）爆炸極限：煙煤爆炸下限濃度為110～335g/m³，爆炸上限濃度為1500g/m³；無煙煤爆炸下限濃度為45～55g/m³，爆炸上限濃度為1500～2000g/m³。

　?。?）煤粉可燃爆的粒度：上限為0.5～0.8mm，粒經(jīng)小于75μm更易于燃爆。 

　?。?）煤粉的著火溫度：500～530℃，自燃溫度：140～350℃。

　?。?）煤的揮發(fā)份：無煙煤揮發(fā)份≤10%，無爆炸危險(xiǎn)；煙煤揮發(fā)份>10%，有爆炸危險(xiǎn)，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(jìn)行燃燒和爆炸，缺一不行

　　（1）有可燃物質(zhì)一煤粉；

　?。?）有氧氣；

　?。?）有點(diǎn)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(jīng)粗粉分離器再經(jīng)細(xì)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(shù)的發(fā)展與進(jìn)步， 取消細(xì)粉分離器，含煤粉煙氣經(jīng)粗粉分離器后即直接至除塵器。此時(shí)，煤粉的濃度提高至300～700g/m³，在除塵器空間內(nèi)煤粉彌漫正處于燃爆范圍內(nèi)。而煤粉的濃度很細(xì)，比表面積大，粒度<80μm的占80%左右；水泥廠現(xiàn)又多采用煙煤，揮發(fā)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(diǎn)一般在50～55℃，易于結(jié)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(tǒng)——煤磨布置在窯尾(指回轉(zhuǎn)窯)，利用窯尾煙氣作為烘干介質(zhì)時(shí)，煙氣中含氧量低，有抑制燃煤的作用——而用冷卻機(jī)熱風(fēng)作為烘干介質(zhì)時(shí)，熱風(fēng)中含氧量將高達(dá)21%，具備燃爆條件。

　　1.5 點(diǎn)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(jié)露需高于露點(diǎn)溫度 15～30℃，一般控制在70～85℃，但當(dāng)利用窯尾煙氣作烘干用時(shí)，因其水份含量有時(shí)高達(dá)6%，煤磨煙氣出口應(yīng)高于露點(diǎn)溫度30～35℃，一般控制在 85～90℃。可見其出口煙氣溫度均在著火或自燃溫度范圍外。

　　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?xì)怏w，另一個(gè)是固體燃燒物，可燃?xì)怏w主要是一氧化碳，其在氣體中的含量達(dá)到一定濃度就可能發(fā)生爆炸，一氧化碳主要來自通風(fēng)系統(tǒng)的熱源，因此，必須加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的管理，保證一氧化碳含量在安全范圍內(nèi)。

　　控制固體可燃物包括控制進(jìn)氣口含塵濃度和避免收塵器內(nèi)部煤粉堆積兩方面，避免煤粉堆積由收塵器特殊結(jié)構(gòu)來保證，而氣體的含塵濃度則由系統(tǒng)工藝決定，根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)表明，煤粉的爆炸濃度工區(qū)是100～2000g/m³因此，為保證帶收塵器安全運(yùn)行，最好控制在60g以下，但是隨著粉磨技術(shù)的發(fā)展帶收塵器常被作為工藝設(shè)備選用，而且又都采用一級(jí)收塵，含塵氣體由磨機(jī)經(jīng)粗粉分離器直接進(jìn)入帶收塵器，含塵濃度都在300～700g/m³之間，這正處在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域，因此，控制其它兩個(gè)爆炸條件及保證檢測(cè)、防暴系統(tǒng)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(yàn)表明，氣體含氧量低于12%時(shí)，就能避免燃燒發(fā)生。在煤磨系統(tǒng)中，常需要熱氣體對(duì)磨進(jìn)行通風(fēng)和烘干物料，煤粉磨常用窯頭冷卻機(jī)熱風(fēng)，或窯尾廢氣做熱源，若采用冷卻機(jī)熱風(fēng)，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(tǒng)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(duì)于煤磨收塵器來說，入口氣體的溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，保證高于露點(diǎn)以上25℃，低于75℃的范圍。溫度過高容易引燃含塵氣體而發(fā)生爆炸;溫度若低于露點(diǎn)一下，會(huì)引起結(jié)露，不僅造成積灰，還會(huì)堵塞濾帶使清灰困難而影響收塵器的正常運(yùn)行。

　　2.4 消除火源

　　（1）消除內(nèi)部火源

　　主要是消除除塵器濾袋靜電火源。抗靜電針刺氈是在針刺氈的基布上紡入導(dǎo)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(dǎo)電纖維較無導(dǎo)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能有積灰面。設(shè)備設(shè)計(jì)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(xì)度細(xì)，粒度小于40μm的占95%以上，附著性強(qiáng)， 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(yīng)≥70°。在灰斗兩面形成的谷角處，設(shè)計(jì)一溜料板，成為兩個(gè)加大的谷角，減少粉塵的沉積。

　?。?）消除外部火源

　　外來火源主要有熱風(fēng)爐熱風(fēng)帶入的火星；機(jī)械摩擦火花；電火花；維修時(shí)電、氣焊造成的局部高溫等。有些在系統(tǒng)操作 時(shí)，只要引起足夠的重視就可以克服，有些則難以預(yù)料，因此，必須采取安全措施，如設(shè)備檢修時(shí)，停止系統(tǒng)的運(yùn)行、隔離操作面、準(zhǔn)備滅火器材等。我國(guó)大部分 水泥廠煤磨設(shè)置在窯頭，熱風(fēng)來源或?yàn)闊犸L(fēng)爐或?yàn)轶骼錂C(jī)或?yàn)楦G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(diǎn)燃溫度呈下降趨勢(shì)。在除 塵器內(nèi)熱的煤粉塵與空氣混合就會(huì)形成爆炸性混合物，當(dāng)其濃度在45～2000g/m³之間時(shí)，一旦溫度過高就會(huì)引起燃燒、爆炸。當(dāng)煤的揮發(fā)分Vad>20%時(shí)，危險(xiǎn)會(huì)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(bào)警，緊急切斷系統(tǒng)，停止運(yùn)行。

　　另外，CO氣體的監(jiān)測(cè)、報(bào)警也是用于煤磨安全運(yùn)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(yán)格的管理和維護(hù)。這樣CO自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是能夠起到預(yù)警作用的。如果條件允許，煤磨系統(tǒng)采用窯尾預(yù)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(tǒng)在惰性氣氛下操作更安全。

　?。?）采用滅火裝置

　　在我國(guó)有些水泥廠由于資金和管理等諸多原因，煤粉磨系統(tǒng)只是簡(jiǎn)單的配備幾個(gè)泡沫滅火器，有的連這個(gè)都做不到，這是非常不可取的。煤粉磨系統(tǒng)防燃、防爆應(yīng)配有溫度預(yù)警裝置和CO₂自動(dòng)滅火裝置。當(dāng)CO₂在空氣中的濃度達(dá)30%～40%時(shí)，一般可燃物質(zhì)的燃燒能窒息；40%～50%時(shí)，能抑制汽油蒸汽以及其它氣體的爆炸。對(duì)于煤粉塵而言，CO₂含量在50%能夠抑制其燃爆。CO₂自動(dòng)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(hù)設(shè)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(jìn)入收塵器的導(dǎo)流室，經(jīng)導(dǎo)流板撞擊后進(jìn)行預(yù)收塵和氣體均布，然后經(jīng)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(shí)間后采用脈噴方式清灰，卸灰采用氣動(dòng)卸灰閥，從而達(dá)到卸灰和鎖風(fēng)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(gè)重點(diǎn)，對(duì)于處理含煤粉氣體布袋除塵要完全杜絕爆炸三個(gè)條件的出現(xiàn)是很難做到的，關(guān)鍵是要及早預(yù)知爆炸，并且采 取相應(yīng)措施，防止爆炸的發(fā)生。爆炸發(fā)生最明顯前兆之一是壓力驟變，為此采取自動(dòng)卸壓式防爆門，把壓力及時(shí)釋放出去，從而把爆炸消除在萌芽階段。[Page]

　?。?）防爆裝置結(jié)構(gòu)型式的確定

　　防爆裝置的主要作用是及時(shí)迅速釋放壓力，從而達(dá)到安全運(yùn)行的目的。根據(jù)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)，研制新型重力自復(fù)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(dāng)收塵器內(nèi)部壓力超過設(shè)定壓力時(shí)，防爆門自動(dòng)打開釋放壓力。防爆裝置釋放壓力可根據(jù)實(shí)際要求，通過調(diào)整配重錘位置進(jìn)行調(diào)整，氣體 釋放后，防爆門自動(dòng)關(guān)閉恢復(fù)原狀，保持原來的密封效果。

　　實(shí)際使用證明，新型重力自復(fù)位式防爆裝置的密封效果雖然比膜片式稍差，但在設(shè)計(jì)時(shí)采取適當(dāng)措施進(jìn)行處理，且收塵器是負(fù)壓工作，完全能滿足系統(tǒng)要求。為防止防爆門內(nèi)側(cè)含塵氣體結(jié)露，設(shè)計(jì)時(shí)在防爆門內(nèi)表面敷設(shè)保溫層。

　　（2）卸壓面積的確定

　　防爆裝置的卸壓面積計(jì)算，到目前為止，世界上還無理論計(jì)算公式，大多根據(jù)試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的。目前常用的計(jì)算方法有德國(guó)工業(yè)指南VDI3673的諾模圖;根據(jù)美國(guó)防火協(xié)會(huì)卸壓面積計(jì)算圖和易燃粉塵的通風(fēng)比(卸壓面積與設(shè)備容積之比)，煤粉的通風(fēng)比一般為1∶35(m²/m³)左右。根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)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(shí)清理干凈，不但要適當(dāng)加大清灰動(dòng)能，而且要使清灰動(dòng)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。

　?。?）清灰方式的選擇

　　袋式收塵器常用的清灰方式有：機(jī)械振打式清灰、反吹風(fēng)式清灰、氣箱脈沖式清灰、脈沖噴吹型清灰。

　　機(jī)械振打式清灰方式雖然濾袋運(yùn)動(dòng)幅度較大，但由于清灰動(dòng)能較低，容易導(dǎo)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(fēng)式清灰和氣箱脈 沖式清灰方式，雖然各有特點(diǎn)，但由于都是整個(gè)袋室同時(shí)清灰，難免造成局部的濾袋或?yàn)V袋的局部的粉塵不能及時(shí)清除干凈，對(duì)處理一般粉塵來說，影響的只是使收 塵器的阻力升高，而對(duì)于處理含煤粉的廢氣，就留下了煤粉因長(zhǎng)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(duì)每條濾袋分別清灰，清灰動(dòng)能高，清灰更徹底。

　?。?）過濾風(fēng)速的確定

　　過濾風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積濾布上通過的氣體量。過濾風(fēng)速是袋收塵器的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，過濾風(fēng)速的大小直接影響袋收塵器的設(shè)備投資，運(yùn)行費(fèi)用，使用效果等。袋收塵器過濾風(fēng)速取決于濾袋材質(zhì)、處理含塵氣體性質(zhì)(粉塵顆粒大小、溫度、濕度、易燃易爆性、粉塵粘結(jié)特性等)和排放要求等。過濾風(fēng)速過大，阻力高，排放濃度高，濾袋壽命短。過濾風(fēng)速過小，除塵器體積大，設(shè)備投資高。

　　袋收塵器過濾風(fēng)速計(jì)算公式

　　V=k×Q/60F

　　式中：V——風(fēng)速，m/min；

　　         k——風(fēng)量波動(dòng)系數(shù)；

　　         F——面積，m²；

　　         Q——風(fēng)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(jù)濾料行業(yè)推薦風(fēng)速為0.8～1.0m/min。

　　（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(jìn)入每條濾袋清灰，采取以高壓空氣包為主干，通過若干個(gè)支氣管到各排濾袋的布置方式。每個(gè)噴吹管上安裝一只脈沖閥控制進(jìn)入噴吹管的高壓空氣，每只脈沖閥控制一排濾袋的清灰。

　　當(dāng)濾袋的長(zhǎng)度及每排濾袋的數(shù)量確定后，噴嘴的孔徑是一個(gè)非常重要的參數(shù)。通過試驗(yàn)，也證實(shí)噴吹孔直徑的大小是影響噴吹力大小的關(guān)鍵，以6～8mm左右為宜，圓型孔優(yōu)于其它形狀的孔，且隨著噴吹孔距脈沖閥的遠(yuǎn)近大小不等。脈沖閥的大小決定著每根噴吹管開孔的個(gè)數(shù)，要使一根噴吹管噴吹較多的濾袋數(shù)，必須采用較 大的脈沖閥。根據(jù)確定的收塵器處理風(fēng)量，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，采用G11/2脈沖閥，每閥噴吹12條濾袋。對(duì)于處理風(fēng)量小于40000m³/h的收塵器，在保證清灰效果的前提下，將清灰壓力選定為0.3～0.5MPa。

　?。?）采用文丘里管技術(shù)產(chǎn)生二次誘導(dǎo)風(fēng)，提高清灰動(dòng)能。

　　實(shí)驗(yàn)證明，采用與不采用文丘里管誘導(dǎo)技術(shù)，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(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的聲波還可以使濾袋產(chǎn)生微振動(dòng)，起到輔助清灰作用。

　　脈沖清灰使用微機(jī)自動(dòng)裝置控制，根據(jù)粉塵濃度隨意調(diào)整清灰周期和脈噴時(shí)間，使收塵器保持在一定的阻力范圍內(nèi)運(yùn)行，又盡可能地降低壓縮空氣消耗量，并且減少收塵器內(nèi)部外界新鮮空氣的帶入量，降低了收塵器的燃爆危險(xiǎn)性。

　　3.4 收塵器箱體結(jié)構(gòu)的分析

　　脈噴式防爆袋收塵器的機(jī)械結(jié)構(gòu)是否合理，不僅直接影響收塵效果，而且還影響設(shè)備的維護(hù)、安裝以及制造工藝。

　?。?）箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的箱體一般為矩形結(jié)構(gòu)，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(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)，在濾袋內(nèi)裝設(shè)防止濾袋被負(fù)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(jù)設(shè)備承受壓力大小，確定箱體鋼板厚度及加強(qiáng)筋的布置形式和密度。設(shè)備承受壓力分為負(fù)壓和防爆變形壓力，負(fù)壓根據(jù)使用工藝確定，一般小于7500Pa，防爆變形壓力取極限爆炸壓力12000Pa。

　　為了安裝及更換濾袋方便，濾袋的形狀設(shè)計(jì)成單筒圓形。要把濾袋安裝在箱體內(nèi)，首先要在箱體內(nèi)設(shè)置一塊多孔花板，即根據(jù)濾袋直徑的大小在一塊鋼板上開 數(shù)個(gè)大小相同的孔?？字行木嘁埠苤v究，過小，造成收塵器內(nèi)部氣體嵌速度過高，易造成設(shè)備阻力大，不可避免濾袋之間的相互摩擦;過大，使設(shè)備體積增大，造成浪費(fèi)。多孔花板的結(jié)構(gòu)是確定收塵設(shè)備尺寸的關(guān)鍵。

　　另外，多孔花板既要承受系統(tǒng)負(fù)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(shè)計(jì)時(shí)對(duì)多孔花板已做了加強(qiáng)處理。

　?。?）灰斗的設(shè)計(jì)

　　為了防止煤粉內(nèi)部構(gòu)件上積灰，所有梁、分離板等均設(shè)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(shí)為防止兩斗壁間夾角(谷角)太小而積灰，兩相鄰側(cè)板焊上溜料板，加大谷角，消除煤粉的沉積。在所有平臺(tái)、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(shí)出現(xiàn)灰斗結(jié)露堵塞，在對(duì)收塵器殼體保溫的同時(shí)也要對(duì)收塵器灰斗進(jìn)行保溫。對(duì)于高寒地區(qū)收塵器灰斗下部設(shè)計(jì)成雙層，并可在兩層之間加設(shè)電加熱裝置。

　　3.5 控制系統(tǒng)的分析

　　脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器控制系統(tǒng)是用于收塵器的噴吹清灰系統(tǒng)的自動(dòng)控制以及系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)報(bào)警。收塵器濾袋的定時(shí)噴吹清灰是由定時(shí)控制器對(duì)電磁脈 沖閥定時(shí)順序控制來實(shí)現(xiàn)的，定時(shí)清灰可確保收塵器的阻力在較低的范圍內(nèi)。為了防止收塵器的內(nèi)部產(chǎn)生煤粉的自燃和爆炸，通過智能數(shù)控儀測(cè)量出收塵器入口、出 口、灰斗的溫度，超溫時(shí)即可產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，又可輸出控制信號(hào)給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),從而保證了收塵器的安全運(yùn)行。

　　4 結(jié)束語

　　水泥企業(yè)煤粉磨系統(tǒng)的防燃、防爆是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。從操作到設(shè)備管理都要制訂嚴(yán)格的規(guī)章制度。嚴(yán)格按章辦事，只有這樣，煤粉磨系統(tǒng)及煤磨除塵器才能長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。