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摘要：我国是一个人口众多的国家，对能源的需求量不断增加。现阶段，煤粉炉以自身的燃烧优势广泛应用于火力发电站，但煤粉的易氧化自燃与爆炸的特性却是锅炉制粉系统事故的主要原因，必须予以充分注意。本文试从物质比表面能的理论，分析煤粉的特性、爆炸机理及预防措施。
关键词：比表面能；爆炸机理；防爆措施
引言
根据我国的能源政策及燃料利用原则，很多供热企业选择煤粉炉作为集中供热锅炉，因为煤粉炉的悬浮燃烧方式具有显著的优点：（1）可有效燃烧劣质煤（如无烟煤、褐煤）；（2）燃烧着火前的准备阶段（即预热时间）较短，可提高炉膛温度与传热效率；（3）机械不完全燃烧损失与排烟热损失较少；（4）燃烧调节较方便，增减负荷的惰性小；（5）燃烧迅速、完全，可提高单机容量。但这些优点都建立在煤粉本身具有的分散性、悬浮性及易燃性等特点之上。因此为保证煤粉炉的安全可靠运行，有必要认识煤粉的特性及爆炸机理，并掌握相应的防爆措施。煤粉是经磁性金属分离、初碎、筛分后的原煤通过制粉系统的干燥磨制出来的人工燃料。它是由不规则形状的、直径在1μm~500μm的微粒组成，以20μm~50μm的居多。与原煤相比，煤粉本身增加了分散性、悬浮性及比表面能过大等特。
1煤粉的爆炸机理
由于煤粉微粒的能量级较高，整体处在不稳定状态，每一个微粒的周围都吸附着大量空气，会自发地产生氧化反应，所以煤粉的爆炸下限很低（煤粉浓度41g/m3~57g/m3、自燃温度595℃，引燃能量≥60mJ———指烟煤）。当自燃条件具备时（如在风粉气流中，煤粉的浓度达到1.2kg/m3~2.0kg/m3时；制粉管道中的体积含氧量大于17.3%时；煤粉过细、挥发分过高时；磨煤机出口温度过高；管道积粉、粉仓内的黏粉自燃、静电火星或外来火源等），将引起局部煤粉剧烈的氧化反应，发光发热，并散发出很强的瓦斯焦臭气味；若发出的热一时无法散开，将促使温度急速上升，引发周围气粉混合物爆燃，在短时间内即可导致煤粉的爆炸，最大的爆炸压力可达到0.25MPa~0.313MPa。
煤粉的爆炸性与下列一些因素有关：（1）挥发分含量高的煤粉易爆炸，反之不易爆炸；（2）煤粉在空气中的浓度在1.2kg/m3~2.0kg/m3之间时爆炸的可能性最大，大于或小于该浓度时爆炸的可能性较小；（3）煤粉细度R90值越小，煤粉与空气的接触面积越大，煤粉越容易自燃和爆炸；（4）煤粉与空气混合物的温度高，易爆炸；（5）气粉混合物在管内流速过低或过高都会导致爆炸。因为流速过低易造成煤粉的沉积，过高则会产生静电火花。
2煤粉的防爆措施
2.1原煤和精煤在胶带运输环节的着火爆炸危险分析和防治措施
在胶带运输环节危险主要来自于高浓度煤云所带来的隐患，在这个过程中高浓度煤云主要来自于煤粉在运输中由于外力作用或者高落差转载点以及袋式除尘器中的因素，一旦产生高浓度煤云，如果在此时因为胶带和滤袋摩擦产生静电或者在此时周围还有其他电气设备工作就极有可能引发着火或者爆炸事故。针对这一问题减少着火爆炸事故的核心在于降低煤云的浓度和防止在运输过程中有静电和其他电气的引燃。在生产中可以在胶带、转载点的周围放置一些喷雾降尘的装置，这些装置要具有水耗较小同时水分雾化较好的特点，在尽量保持煤的干燥的同时降低煤云生成的量，防止爆炸问题的发生。由于煤粉在除尘器内容易在温度较高的条件下反应生成一氧化碳，为了防止因一氧化碳带来的爆炸要对除尘器进出口进行相关浓度的检测，通过排放收集以及隔离的方式减少爆炸事故的发生。对于胶带等设备要全部更换为阻燃抗静电材料，通过控制火源来减少事故的发生。在生产环境中要严格控制其他电气设备的使用，避免漏电等现象的发生[3]。
2.2可燃物控制措施
在煤场存放煤炭，应按煤种的不同分区堆放，按先进先出的原则取用煤炭，并控制好库存量，避免煤炭因存放时间长发生自燃现象，应严密监视煤场煤炭的温度，如果超过60℃，应采取必要措施进行降温。在输送煤炭过程中，根据煤炭粉尘的状况以及煤炭干湿情况，开动输煤系统喷雾抑尘装置，避免粉尘飞扬，造成输煤系统积粉，保证输煤栈挢廊道的粉尘浓度符合国家的规定（10mg/m3）。输煤系统地面、设备、电缆及廊道内的油污油垢及时清理，避免着火危险，保证清洁卫生。
2.3在使用与检修中应做到以下几点
（1）保持制粉系统的稳定运行，均匀给煤，注意系统中各点的温度、风压或压差的变化。根据原煤的挥发分与水分，严格调控磨煤机出口的温度。遇到开停机、断煤或堵煤及乏气送粉等工况变化时应加强监督调整，因为不稳定的工况最易发生煤粉自燃或爆炸。（2）点火前须依次对炉膛内、一次风系统进行通风吹扫，时间一般应在0+5，以上，以清除炉膛、烟道及一次风管内可能残存的可燃气体；磨煤机停运前必须将内部的余粉抽吸干净，这样既可防止积粉自燃，又可防止煤粉降温后吸潮黏结，给制粉系统的再次运行造成困难。（3）为保证炉膛的负压与燃烧的平稳过渡（增强或减弱），并不发生堵粉现象，增加负荷时应先加引风量，再依次增加一次风、二次风，最后增加煤粉量；减少负荷时则应先减送粉量再依次减少一次风、二次风，最后减少引风量[1]。
2.4煤粉系统电气设备防爆设计不标准引起的着火爆炸事故
在一个企业中必须采用统一标准的电气设备以便采用同样的控制标准，防止因为防控标准产生的分歧而产生问题。企业在制定电气设备防爆设计标准时一定要按照能达到的最高标准实行，要采取相应的管理手段来配合目标的实现。在设备上要鲜明的注明煤粉环境危险标识，要对防爆等级进行分别标注。企业要对设备的负责人员和工作人员进行安全知识教育，从知识和意识上提高其危险防控和处理水平，企业内部要组织专家学者进一步完善防爆标准设计提高企业安全度[2]。
2.5人员保障措施
输煤专业巡捡人员的每班定期巡检是很重要的一个环节，应认真负责，发现异常应及时处理汇报，并做好记录，输煤监盘应做好工业电视监视；主值应督促巡检人员按要求进行巡检，并每班至少对输煤系统沿线巡回检查1次，对巡检人员检查出的重要异常，应到现场确认，采取相应的应对措施并及时汇报；定期对输煤系统全面安全大检查，查看相关缺陷记录，对存在的安全隐患应组织处理[4]。
结语
煤粉在生产加工过程中容易发生引燃和爆炸事故，要防治这些事故要在生产的重要环节如粉碎环节、加热研磨环节、收集和储存环节等进行相关防治工作，要实时监控生产中各项指标的参数浓度，要采用安全材料进行防护，对于设备要提高设备的安全水平制定相关的管理制度，通过对煤粉生产易发问题点进行预防和控制来达到企业安全生产的目的，提高企业效益。
参考文献：
[1]重庆电力机工学校.锅炉设备及运行［M］.水利电力出版社，1985.[2]山东大学.北京师范大学.物理化学简明教程［M］高等教育出版社，1985.
[2]田勇，张安明.新型煤化工煤粉环境着火爆炸危险分析及防治方法探讨[J].矿业安全与环保，2016，43（6）；92~94.
[3]姚敏，焦洪桥，刘铜强，等.特性参数在煤化工煤粉爆炸事故防治中的应用[J].绿色科技，2017，（12）；133~135.
[4]国家电力公司.［2000］589号防止电力生产重大事故的二十五项重点要求［M］.中国电力出版社，2013.