摘 要：煤粉制备技术日趋成熟，在冶金行业应用时，其运行成本低、产品质量稳定、环境污染少的优点得到业界的一致好评。文章从煤粉制备工艺出发，介绍了工艺中所用的主要设备及其工作原理，根据工程建设中的实际经验分析了煤粉输送管道的设计及安全防爆等问题。
关键词：煤粉制备；中速磨煤机；气力输送；安全防爆
随着煤粉制备关键技术的不断完善和提升，市场的需求量也不断的提高，尤其是近年来随着我国优质煤炭资源的日渐减少，煤粉制备在电力、钢铁、化工等行业的应用得到广泛的认可。在钢铁行业，为了减少冶炼运行成本、提高产品质量、降低环境污染等，煤粉制备正逐步转变为一个非常重要的角色。文章根据工程建设中的实际经验并参照相关单位的生产经验，就煤粉制备及输送工艺提出一些初步建议。
1 煤粉制备系统工艺描述
煤粉制备在各个行业都有着广泛的应用，其中的工艺流程大同小异，文章是某镍铁厂干燥窑和回转窑提供煤粉制备及输送的工艺描述。整个煤粉制备系统大致可以分为：原煤输送、煤粉制备、煤粉输送、沸腾炉系统、煤粉喷吹。
1.1 工艺流程
原煤输送工艺流程：
地下受料仓→电液动平板闸门→振动给料机→胶带机→原煤仓
煤粉制备工艺流程：
原煤仓→电子称重给煤机→中速磨煤机→布袋收尘器→刮板输送机→煤粉仓 ↓
主排烟风机→大气
煤粉输送流程：
压缩空气
↓
煤粉仓→仓式泵→窑头煤粉仓
↓
仓顶布袋除尘器→大气
煤粉喷吹流程：
罗茨风机
↓
窑头煤粉仓→转子秤→窑头燃烧器
↓
仓顶布袋除尘器→大气
1.2 工艺描述
干煤棚的原煤通过装载机将其运送到地下受料仓，仓下装有电液动平板闸门和调速型电机振动给料机将原煤转运到带式输送机上，然后输送到制粉车间的原煤仓内。原煤经原煤仓仓下闸门、电子称重给煤机给入到中速磨煤机，与此同时来自沸腾烟气炉系统的高温惰化烟气在负压的作用下进入到中速磨煤机，在磨煤机中同时进行原煤的干燥和磨细。合格的煤粉在主排烟风机作用下进入到布袋收尘器，然后落入灰斗中。布袋收尘器灰斗中的煤粉经刮板输送机落至制粉车间的煤粉仓中。气力输送设备仓式泵将煤粉仓里的煤粉在压缩空气的作用下，远距离输送到干燥窑和回转窑的煤粉仓内。煤粉仓内多余的气体通过仓顶布袋除尘器排出，布袋收集的煤粉通过下料落灰管再进入煤粉仓中。
干燥窑和回转窑的煤粉仓下部设转子秤计量输送系统，通过罗茨风机将煤粉输送至窑头燃烧器或烧嘴内。转子秤与煤粉仓内多余的气体通过仓顶布袋除尘器排出，布袋收集的煤粉通过下料落灰管再进入煤粉仓中。
2 主要设备概述
2.1 中速磨煤机
镍铁厂所用到磨煤机是MPS245型中速磨煤机，设计出粉能力65t/h（原煤HGI=56，水分10%，200目大于80%，煤粉水分大于1%）。中速磨煤机的工作原理都很相似，原煤由落煤管进入磨辊和磨盘之间，在挤压和碾磨的作用下被粉碎成煤粉。由于碾磨部件的旋转，磨成的煤粉被抛至风环处。热风以一定的速度通过风环进入干燥空间，对煤粉进行干燥，并将其带入碾磨上部的分离器中。在分离器的作用下，合格的煤粉由干燥剂带出磨外，引至一次风管。不符合燃烧要求的粗粉返回碾磨区重磨。在磨煤机研磨过程中，煤中较大的硬物，如石子、煤矸石等经中速磨煤机自带的旋转刮板排至渣箱中，以便定期清理。
中速磨煤机的优点：（1）系统简单、布局紧凑、占地面积小、可露天布置，能降低投资费用；（2）磨辊在磨盘上直接碾压磨碎物体，磨辊磨盘不直接接触，能耗低、运行成本低；（3）热风输送物料，可以烘干入磨高达15%的物料，烘干效率高；（4）磨辊磨盘不直接接触，噪音小，磨机采用全封闭系统，负压工作，环境污染少；（5）物料在磨机中停留时间短，工作效率高，产品质量稳定。
2.2 沸腾炉
为了给磨煤机制粉系统提供干燥剂，需要设置一座燃粒煤沸腾烟气炉系统，烟气炉以不大于5毫米的粒煤作为燃料产生高温惰化烟气，向制粉系统的磨煤机提供干燥剂。干燥剂系统由烟气炉本体系统、引送高温烟气系统等组成。沸腾炉的优点是：（1）对煤的品质要求低；（2）沸腾床内埋管的传热效果约为普通锅炉管子的5-10倍；（3）沸腾床燃烧温度低，烟气中NOX的生成量少，往炉内加入适量的石灰石或白云石可以起到脱硫作用，降低了对大气SO2的排放量，起到环保的作用。
2.3 气力输送
气力输送是利用气流的能量，在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料，是流态化技术应用的一种具体形式。稀相输送和密相输送在煤粉输送中是最常用的两种形式。稀相输送是输送管道内高速气体（约18-30m/s）将粉状物料彼此分散、悬浮在气流中进行输送，输送距离一般小于100米。密相输送是用高压气体压送物料，气源压力可达0.7MPa，特点是低风量和高固气比，物料在管内呈流化态或柱塞状运动，输送能力大，输送距离长，可达100-1000m。镍铁厂的煤粉制备系统是采用密相输送，制粉车间两个煤粉仓下各设一台仓式泵，用于煤粉的远距离输送，两台仓式泵管道互为备用，仓式泵输送介质为压缩空气，沿程易堵处考虑设置氮气助吹装置。
2.4 罗茨风机
罗茨风机的用途广泛，遍布污水处理、烟尘脱硫、物料输送、高炉冶金、瓦斯及易燃易爆气体输送等领域。在输送煤粉方面，罗茨风机具有高效节能、精度高、噪音低、寿命长、结构紧凑、体积小、重量轻、使用方便等优点。罗茨风机是一种容积型回转气体动力机械，两个相互啮合但又保持固定啮合间隙的转子将机壳上的进气口与排气口分开，一起做反方向旋转运动，把叶轮型面与汽缸壁所形成的腔体气体从进气口挤到排气口，由排气侧的高压气体回流实现定容积压缩达到升压或强制排气的目的。
3 煤粉输送管道的设计
输送管道直管段采用加厚无缝钢管，弯头采用复合陶瓷大曲率半径耐磨弯头，三通采用复合陶瓷耐磨三通，连接方式为法兰类活连接，便于更换和清堵。对于输送距离在500米以上的气力输送，可以采用改变输送管道管径的方法来减少压缩空气在管道内的动力损耗和对管道的磨损，具体操作可以将管道从进料口到用户点分几段逐渐增大输送管道的管径。
煤粉输送管道的设计需注意以下问题：第一，管道曲率半径与风机风压相匹配。由于管道曲率半径设计不合理将会影响风机的压头不能满足管道系统，就保证不了煤粉正常的输送和计量系统的稳定。当煤粉浓度增大时，会导致阻力增加，一旦超过设计压力，管道风速就会下降，造成脉冲或塞流输送状态，甚至发生堵塞。合理的曲率半径优化是解决此类问题的根结所在。第二，输送管道的管径不能过大。对管道的配置不能抱着宁大勿小的想法而不去精确核算管道直径。在煤粉输送管道比较长的前提下，管径过大，输送风速过低，就会出现严重的管道煤粉沉积现象。随着煤粉的沉降和重新被吹起，输送管道内的气体与煤粉混合物的重度会出现大幅度的变化，导致输送系统出现脉冲或塞流现象，煤粉输送量和风压的振荡加大。这样对窑系统的热工况的稳定极为不利，对窑系统的产量和质量的影响都比较大。第三，煤粉输送管道直径不能偏小。管径设计小了，输送管道风速过高，阻力过大，输送不经济。在风机压头不足时会造成煤粉管道的堵塞，使作业被迫停止。解决此问题需要重新更换大管径的管道，但由于管道安装是高空作业，一旦完成后，更换管道就会费时费力。第四，管道在安装时需要考虑水平和垂直布置，不能有倾斜段。如果煤粉管道给2个用户点输送煤粉时，需要将两段分支管道设计成一致的，否则将导致两分支管道的阻力不一致，形成一边煤粉量多，另一边少的情况。在焊接煤粉管道的弯头时，两个弯头之间距离最少为6-8米。燃烧器前的煤粉喷吹管道的长度至少要有6-8米。煤粉输送旁路管道不能设置成直角管道，否则将造成煤粉输送气流不稳。
4 安全防爆措施
煤粉是易燃、易爆的物质，且煤粉制备过程会产生有毒、易爆气体CO，如操作不当或巡检不到位，不能及时发现、消除各种不安全隐患，就会发生爆燃甚至爆炸事故，烧毁滤袋，损毁设备，使生产系统陷入瘫痪，甚至威胁人的生命安全。因此，为确保煤粉制备系统长期安全稳定运行，必须在工艺方面做防爆安全措施的优化。
4.1 安装必要的安全防爆设备，确保各环节安全稳定运行
磨煤机、煤粉仓、布袋收尘器、仓式泵均设置自动充氮紧急灭火防爆设施；磨煤机、布袋收粉器、煤粉仓设置安全泄爆装置；关键部位设置泄爆孔，带超压安全阀；主要设备、容器和管道应设置接地装置，防止产生高压静电，防雷击的设施；煤粉仓设氮气流化惰化设施，防止仓内存煤粉时自燃；布袋收粉器的布袋选用抗静电材质等。
4.2 必要的气体检测，确保各环节气体浓度在安全范围内
磨煤机入口、布袋收粉器和煤粉仓内设置O2和CO含量的监测装置，严格控制O2含量和CO含量，按安全喷吹煤粉工程设计规范标准《GB50607-2010》执行。控制系统氧含量，当系统中O2含量达到10%时，自动报警，达12%时自动充氮并停机。当CO浓度≥500ppm时报警，≥1000ppm时则进行紧急充氮气保护。
4.3 必要的温度检测，确保各环节温度在设计范围内
系统运转过程中，需要控制入磨正常工作温度240℃-300℃，最高330℃。出磨气体温度应控制在65-75℃，不得超过85℃。密切注意袋收尘灰斗温度的变化，宜控制在小于65℃，超过65℃报警，80℃跳停，跳停后应关闭袋收尘进出口阀门，并喷入惰性气体，外排煤粉，检查滤袋。如果灰斗温度波动较大，应停磨检查收尘情况。
控制煤粉仓温度，正常情况下煤粉仓锥体温度应在50℃以下，仓位保持在85%状态下生产，如锥体温度持续上升，应降低仓内料位；超过85℃且还有上升趋势，表明煤粉已经自燃，应立即喷入惰性气体，阻止燃烧，采取放仓处理措施。
5 结束语
文章从工程建设项目实际遇到的问题出发，简明介绍了对煤粉制备系统的工艺描述，又对煤粉输送管道设计中遇到的问题进行了分析，煤粉制备系统的研究是一个综合性的问题，除了对系统工艺设计重视外，还需要混凝土、钢结构、建筑、通风、热力、电气、自动化等专业与之配合，共同把煤粉制备系统提高到一个新的台阶。
参考文献
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