煤粉爆炸安全性试验研究

煤粉爆炸安全性试验研究

1喷吹贫氧煤技术的积极利用高粱喷雾剂直接从高粱的开口向炉中喷洒，或混合呼吸针、无烟碳灰粉或两者的混合碳灰粉，以取代焦粉，提供热量和还原剂。这是减少焦比的最有效措施之一。这是现代高官精炼的一项重要技术进步。研究和生产实践证明,高炉喷吹煤粉可望代替30%甚至更多的焦炭,降低生铁成本,同时富化高炉煤气,改善了钢铁联合企业的能源供应,能有效地优化高炉生产,提高其经济效益。目前,宝钢已喷吹烟煤和无烟煤的混合煤,武钢、首钢等大型企业也已完成高炉喷煤系统改造,实现混合喷吹。贫煤、贫瘦煤的性质介于高挥发性烟煤与无烟煤之间,具有基本无结焦核,挥发分比无烟煤略高,燃烧性和反应性比无烟煤好等特点。因此,积极利用介于高挥发性烟煤与无烟煤间的贫瘦煤、贫煤用于高炉喷吹非常及时,也比较可行。在我国,喷吹用贫煤、贫瘦煤的储量非常丰富、可选择性好,能够保证高炉长期喷煤的需求。最重要的是我国喷吹贫煤、贫瘦煤的价格低,能有效节约高炉炼钢炼铁的成本。但与无烟煤相比,贫瘦煤挥发分较无烟煤高,爆炸性比无烟煤强,因此,安全问题就成了制约高炉喷煤发展的主要因素之一。煤尘爆炸必须同时具备以下3个条件:1)煤尘具有爆炸性;2)煤尘必须悬浮于空气中并达到一定的浓度;3)有一个能引燃煤尘爆炸的热源。返回火焰长度可以定性地反映煤尘爆炸性强弱,而爆炸下限则是煤粉可以发生爆炸的最低浓度,笔者对这两个参数进行了测定与分析。2试剂浓度对火焰传播的影响当从化学计量浓度增加或减小可燃物浓度时,燃烧速度都会减小,并存在一个下限和上限,称为爆炸极限。凡是浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限的混合物与点火源接触时都不会引起火焰自行传播。浓度低于爆炸下限时,由于过量的空气作为惰性介质参与燃烧反应,消耗一部分反应热,起到冷却作用,阻碍火焰自行传播;相反,浓度高于爆炸上限时,由于可燃物过剩,即空气量不足,导致化学反应的不完全,反应放出的热量小于损耗的热量,因而也阻碍火焰的蔓延。因此,只有浓度在爆炸上限与爆炸下限之间的粉尘才可以发生爆炸。爆炸界限值与测试条件有关,如点火能量、初始温度和初始压力对爆炸界限均有显著影响。决不可把爆炸极限值看作是物理常数,它与测定时所采用的方法有很大关系。近年来,国际电工委员会IEC和国际化组织ISO已建立了许多种标准测试方法,Siwek在20L球形装置中对可燃性粉尘进行了系统研究,利用爆炸压力判定爆炸下限,这套试验装置的原理与ISO认可的1m3装置相同,现在已经被IEC定为国际通用的测试装置。2.1其他控制系统主体部分包括两只对开式半球形法兰,用14只螺栓连接而成的用于承受爆炸压力,如图1所示。该爆炸罐采用双层结构,中心通循环冷却水,达到冷却目的。此外测试系统还包括:控制系统、扬尘系统、点火系统、预抽真空系统、测试系统和数据采集系统。使用的点火能量为2kJ,氧浓度20.6%。从一个可爆炸的粉尘浓度开始试验,然后逐步降低粉尘浓度值,直至无爆炸发生为止,此时的粉尘浓度为爆炸下限。为确保无爆炸发生,一般需在不爆的粉尘浓度值上重复5～10次试验。关于是否爆炸的判据问题,国际上至今尚无定论,根据20L球形装置创始人R.Siwek的观点,以比单纯点火头爆炸超压0.5bar(即0.05MPa)为爆炸判据。2.2常村煤质的爆炸下限浓度4种煤样的粒度均为小于200目,爆炸浓度下限如表1所示。由以上数据可以看出,4种煤样的爆炸下限相差不多,常村原煤的爆炸下限浓度稍高一点,说明爆炸的难易程度比其他3种煤样稍难。这是因为常村原煤与其他3种煤样相比,其灰份较多,而可燃组分在相同浓度情况下分散度较大,煤尘燃烧所放出的热量不足以维持火焰的传播。因此,只有在浓度增加的条件下,方能使可燃组分之间间距减小,从而达到爆炸要求。3煤粉夏日试验仪器长管煤粉作煤尘的爆炸特性参数很多,并且测试工作都比较繁琐,有些测试方法虽然对试验研究很有用处,但不便用作喷吹现场煤粉爆炸性的常规检测方法,如最大爆炸压力、最低着火温度等。而喷吹现场供煤种类的变更,以及制粉、输送等工艺条件的变化,都发生在喷吹现场,这就要求对煤粉的爆炸性必须进行经常性的快速检测。我国自1954年以来一直广泛采用长管式煤粉爆炸性测试仪。它最早由前苏联马克耶夫科学院设计并作为前苏联煤矿安全检测的标准仪器,主要用于检测煤尘引爆后产生的返回火焰长度,该长度随煤粉爆炸性的强弱而变化。实际工程应用中,一般认为,被测煤粉引爆形成的返回火焰长度大于600mm就可认定煤粉具有强爆炸性,在400～600mm之间则煤粉具有中强度爆炸性,小于400mm则煤粉具有弱爆炸性,若仅在火源处出现稀少火星或无火星的属于无爆炸性煤。3.1喷吹、除尘系统此次试验采用的设备是由重庆冶金研究院设计制造的煤尘爆炸性鉴定仪,其结构如图2所示。该设备的主要特点有以下几点:1)引爆火源是由铂金属丝绕组加热元件提供的,位置在距喷吹端约500mm处。长管材质采用长为1200mm,直径为100mm,厚度为3mm玻璃钢。铂金丝绕组的工作电压为交流0～60V,工作温度为1000～1200℃。2)喷吹系统由高压气室、喷射器、气动自动开关及电磁阀等组成。气路采用6mm的铜管及相应的活接头连接,具有安装简单、调节灵活、维修方便等优点。提供的喷吹压力大小为0.6MPa。3)除尘系统主要由吸尘器和滤尘箱组成。吸尘器入口通过滤尘箱与玻璃长管相连接,从而使吸出粉尘得以去除。测试过程中,无论试样喷入后是否起爆,都将在喷吹操作后手工启动抽风机抽风除尘。4)该设备采用一体化组合设计,使检测、控制、除尘3大部分有机地结合起来,结构设计紧凑,便于操作和设备维护。3.2返回火焰长度测试前,已经对4种煤样(常村喷吹煤、常村原煤、漳村喷吹煤及漳村原煤)进行了筛分(200目筛下75μm)和干燥处理(干燥温度80℃,干燥时间2h),每个煤样进行20次试验。取20次火焰长度的平均值,作为该煤样的返回火焰长度。返回火焰长度如表2所示。试验现象如图3所示。影响煤粉返回火焰长度的主要因素有挥发分含量、粒度、水分、灰分等条件。一般情况下,当挥发分低于18%时,火焰长度几乎为零,煤粉无爆炸性或爆炸性极弱。除挥发分外,煤粉的灰分也是影响煤粉爆炸性的另一个重要因素。有研究表明,城子河烟煤与开平煤的挥发分含量只差0.6%,其灰分相差2.85%,而其火焰返回长度相差290mm。返回火焰长度是评价煤粉爆炸性能的一种标准,试验中4种煤样的返回火焰长度均在20～50mm之间,远远小于400mm,由此可得,该4种煤样均为弱爆炸性煤种。其爆炸性强弱按由大到小顺序排,大致为漳村喷吹煤、常村喷吹煤、漳村原煤、常村原煤。4最大空间测量煤种类型1)爆炸下限是指能使喷入一定装置中的煤粉云点燃并维持火焰传播的最小煤尘浓度,它可以反映粉尘被点燃的难易程度,即敏感性;返回火焰长度指粉尘引爆后向喷吹端方向产生的火焰长度,可以反映出粉尘爆炸性强弱。2)漳村喷吹煤的爆炸浓度下限最小为60～65g/m3,漳村原煤和常村喷吹煤的爆炸浓度下限一样为65～70g/m3,常村原煤的爆炸浓度下限最高为80～85g/m3。3)返回火焰长度是评价煤粉爆炸性能的一种标准,4种煤样的返回火焰长度均在20～50mm之间,远远小于400mm,由此可得该4种煤样均为弱