1 煤粉爆炸的條件及原因

眾所周知，CO 及瓦斯氣體的爆炸必須同時(shí)具備三個(gè)條件：一是這些可燃?xì)怏w有足夠的濃度；二是要有一定的引火源，而瓦斯的引火溫度一般認(rèn)為是 650～750℃；三是有足夠濃度的氧氣，一般大于12%。

上述條件一提到的“可燃?xì)怏w”，在煤粉里有很多種，一氧化碳只是在煤粉制備、使用及存儲(chǔ)過程中產(chǎn)生的一個(gè)主要代表物而已。煤粉中常見幾種可燃性氣體及它們的爆炸極限見表 1。

而煤塵爆炸是由于其含有并釋放出的可燃性揮發(fā)份聚集于塵粒的周圍，在一定溫度下放出大量的可燃性氣體，在點(diǎn)火能的作用下發(fā)生爆炸。煤塵的爆炸性由其所含可燃性揮發(fā)份的大小決定，如無煙煤不含可燃性揮發(fā)份，就沒有爆炸性，不會(huì)發(fā)生爆炸。

煤塵爆炸也必須同時(shí)具備以下三個(gè)條件：一是煤塵本身具有爆炸性（當(dāng)揮發(fā)份＞14%時(shí)，煤塵已經(jīng) 100%具有爆炸性了）；二是煤塵在空氣中呈懸浮狀態(tài)，并達(dá)到一定的濃度（爆炸上下極限范圍內(nèi)）；三是有引爆的高溫?zé)嵩矗囟纫话銥?700～800℃，溫度愈高愈容易引起爆炸）。

煤粉中之所以存在一定數(shù)量的以甲烷為主的烴類氣體——瓦斯，這與煤的結(jié)構(gòu)狀態(tài)密切相關(guān)。煤是一種復(fù)雜的孔隙介質(zhì)，有著十分發(fā)達(dá)的、各種不同直徑的孔隙和裂隙，形成了巨大的自由空間和孔隙表面。因此，煤在形成過程中產(chǎn)生的瓦斯就能以游離和吸附兩種狀態(tài)存在于這些孔隙和裂隙中。而煤粉在制備使用過程中重點(diǎn)要防范的，就是這種被稱為吸附在煤的微孔表面和煤的微粒內(nèi)部的吸附瓦斯。

煤粉倉的爆炸，就宏觀來說，主要是指一氧化碳與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)；就微觀而言，卻是由煤粉中存在的多種“活性氣體”共同參與的熱—鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)。目前國內(nèi)多數(shù)生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)上，對(duì)煤粉倉內(nèi)的監(jiān)測(cè)對(duì)象主要是 CO，這是因?yàn)樵擁?xiàng)成分便于檢測(cè)且能反映供氧不足。但我們不能就此妄下結(jié)論說：控制了 CO 濃度指標(biāo)就不會(huì)發(fā)生爆炸！因?yàn)榇罅康膶?shí)驗(yàn)表明，煤粉倉內(nèi)存在的多種“活性氣體”，如 H2、CH4 和芳香烴等易燃?xì)怏w，其易爆性和釋放能量明顯高于 CO。同時(shí)，含有 CO、瓦斯和空氣等混合氣體的爆炸界限會(huì)因其它可燃?xì)怏w的混入、煤塵的混入、高溫等多種因素的變化而變化。尤其是煙煤煤塵的混入，當(dāng)溫度達(dá)300～400℃時(shí)就能從煤塵內(nèi)揮發(fā)出可燃性氣體，從而使CO 和瓦斯等混合氣體的爆炸下限降低，爆炸的危險(xiǎn)性增加。

2 預(yù)防和采取的措施

綜上所述，只要控制好煤粉倉內(nèi)可燃?xì)怏w爆炸的三個(gè)條件中的任何一條，爆炸便不會(huì)發(fā)生。所以預(yù)防煤粉倉爆炸的措施也主要是從以下三條入手。

2.1 倉內(nèi)可燃?xì)怏w濃度的控制措施

煤粉倉中的瓦斯等烷烴氣體是煤粉在升溫過程中解析、氧化分解而來；而 CO 的來源有兩處：①煤粉在倉內(nèi)低溫氧化產(chǎn)生；②熟料煅燒過程中，由輸送給煤磨的熱源帶入。所以預(yù)防的措施至少要有以下幾條：（a）完善良好的抽風(fēng)條件，也即在煤粉倉錐體和頂部產(chǎn)生的高溫混合可燃?xì)怏w能夠及時(shí)排出，將其濃度控制在報(bào)警設(shè)定指標(biāo)以內(nèi)；（b）保證攪拌設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)以使煤粉在倉內(nèi)不留死角，不為煤粉提供足夠長的氧化時(shí)間。

2.2 烘干熱源溫度的控制措施

煤磨的供熱有一定的溫度變化范圍，這就要求負(fù)壓下的熱風(fēng)速度和供給量也要有一個(gè)變化范圍，所以輸送給煤磨的熱源必須有一個(gè)內(nèi)錐體設(shè)計(jì)合理的沉降室（干擾式分離器），使其熱風(fēng)中帶火星塵粒能夠在其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)并被有效收留，防止火源進(jìn)入煤磨內(nèi)。同時(shí)，進(jìn)風(fēng)管道與沉降室的連接處要偏離沉降室筒體中心線，這有利于熱風(fēng)在沉降室內(nèi)能夠產(chǎn)生較好的旋流狀態(tài)。至于管道本身，也應(yīng)設(shè)計(jì)成帶一定角度的“∧”形，進(jìn)一步防止大顆粒火星料進(jìn)入煤磨。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，煤炭在常溫下就有 CO 出現(xiàn)，其量隨著煤溫的升高而急劇上升，一旦超過自熱的臨界溫度（60～80℃），煤溫急劇地上升，特別在自燃過程中（煙煤著火點(diǎn)為 320～380℃），CO 產(chǎn)生的量較多、產(chǎn)生的速度較快。所以煤磨出磨風(fēng)溫在（煙）煤質(zhì)比較干燥、揮發(fā)分較高、灰分較低（＜30%）的情況下，要小于60℃。實(shí)驗(yàn)證明，在CO 呈緩慢增加現(xiàn)象時(shí)，說明煤的自熱溫度還在 100℃以下；如果增加得比較快，那么可能就是 100～160℃之間；如果是急劇上升，那么就可能在 160℃以上了，并且很快就會(huì)發(fā)展到明火燃燒。

2.3 氧氣濃度的控制措施

在確認(rèn)煤粉倉熱電偶沒有故障的情況下，一旦溫度超過報(bào)警設(shè)定（一般為 60℃），并且有上升趨勢(shì)，應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，止煤停磨對(duì)煤粉倉進(jìn)行安全處理。處理方案可參考如下：

第一步：關(guān)閉烘干熱風(fēng)閥門，止煤、停煤磨，開始排空煤粉倉工作（此時(shí)窯投料量應(yīng)隨煤倉噸位和轉(zhuǎn)子負(fù)荷率下降而逐漸減少），無關(guān)人員撤離到安全地帶；

第二步：倉內(nèi)煤粉還剩下正常倉重的 1/3 時(shí)，關(guān)閉煤倉錐體壓縮空氣吹風(fēng)閥，停止向倉內(nèi)供風(fēng)，減少氧氣濃度，觀察各熱電偶溫度升高情況，并做好記錄。

煤粉倉位下降的過程中，一般倉內(nèi)溫度還將繼續(xù)升高。當(dāng)快要達(dá)到80℃時(shí)，關(guān)停煤粉倉小袋收塵器和煤磨系統(tǒng)主排風(fēng)機(jī)，迅速向倉內(nèi)噴入高壓 CO2氣體，繼續(xù)觀察倉溫。如果倉溫還在高位或通 CO2氣體管道表面的凝霜消退，說明 CO2 氣體量不夠，或者前面噴入的氣體已用完，此時(shí)需要重新繼續(xù)噴灌，直到煤粉倉溫度下降到不超過環(huán)境溫度10℃以內(nèi)時(shí)，方可重新開啟煤磨生產(chǎn)。在這里務(wù)必強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，即煤粉倉溫度雖然在下降，但如果不低于自熱臨界溫度 60℃就重新開磨制備煤粉，以此希望用低溫煤粉來降低倉溫，可能照樣會(huì)發(fā)生爆炸事故！因開啟風(fēng)機(jī)后，可能將噴入倉內(nèi)的CO2 氣體排出，同時(shí)將新鮮空氣帶入，煤粉可能重新產(chǎn)生自燃現(xiàn)象，而新制備的煤粉彌漫懸浮于倉內(nèi)整個(gè)空間，極易釋放出可燃成份，從而改變了氣體發(fā)生爆炸的下位界限，一旦同時(shí)具備了爆炸的三個(gè)條件，爆炸是不可避免的。——相山水泥公司 2008 年 10 月24 日晚的煤粉倉爆炸就是這樣一個(gè)鮮明有力的佐證！

作者：申文軍； 王廣強(qiáng)； 靳軍

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