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运煤系统专用电除器防燃防爆研究
发布时间:2019-10-30 11:27

摘要:本文对火力发电厂运煤系统煤尘防治的煤尘的自燃和爆炸条件进行分析,并结合工程实践,提出设计输煤系统专用电除尘器时采取的预防措施。

关键词:自燃;爆炸;防爆;电除尘器

1.前言

根据中华人民共和国电力行业标准DL5000要求:当煤尘中含有10%以上游离二氧化硅时,工作地点空气中含尘浓度不应大于2mg/Nm³除尘系统向室外排放浓度不应大于60mg/Nm³。当煤尘中含有10%以下游离二氧化硅时,工作地点空气中含尘浓度不应大于4mg/Nm³除尘系统向室外排放浓度不应大于120mg/Nm³。为满足标准要求,火力发电厂运煤系统的各扬尘点都应设置高效除尘设备。20世纪70年代以前,运煤系统曾经采用湿式除尘器,由于污水排放、煤泥水处理困难造成二次污染严重,现在已极少采用;其后运煤系统除尘设施设计中大多采用袋式除尘,虽然布袋除尘器具有很高的除尘效率,但由于运煤系统的栈桥和转运站地面、墙面均采用水力清扫,从而使除尘器置于湿度很大的环境,在含尘气体湿度比较大的情况下聚集在布袋除尘器滤料上的粉尘很难被清除,时间一长就造成布袋除尘器无法投入运行。近年来,由于高压电源和绝缘问题的解决,电除尘器高效、节能、低维护量,无二次污染的优势在运煤系统除尘设备应用中越发明显。现已在各火力发电厂大量使用,在运行中均取得良好效果。在以上三种除尘设备中,煤尘的易燃易爆问题除湿式除尘器外对布袋除尘器和电除尘器的正常运行有很大的影响。研究煤尘的自燃、爆炸条件和设计时采取什么防燃防爆措施?对保证电除尘器在运煤系统正常稳定运行和大量应用具有重要意义。

2.煤尘的物理特性和燃爆条件分析

2.1煤尘的物理特性如下(根据国标GB50058《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》):

可燃性导电粉尘

粒径分布:0—1000微米

粉尘均粒径:3—7微米(褐煤)5—11微米(烟煤)

安息角:35—45°

发火点:610℃

点火能:40亳焦耳

引燃温度:185℃(褐煤)595℃(烟煤)

爆炸下限浓度:41g/Nm³(褐煤)57g/Nm³(烟煤)

表面堆积粉尘层(5mm)引燃温度:230---235℃

驱进速度 :0.07米/秒

真密度:2~3g/cm³

堆积密度:1.03g/cm³

2.2燃爆条件分析

煤尘的物理特性中对电除尘器安全运行影响大的特性是其燃爆性。即煤尘在一定条件下的自燃和爆炸特性。下面大家分开讨论煤尘的自燃、爆炸条件。

2.2.1煤尘的自燃条件

从煤尘的物理特性中可以看出:煤的引燃温度褐煤为185℃,烟煤为595℃。正常情况下电除尘器内部没有条件使煤达到引燃温度。因此应注意煤尘表面堆积粉尘层(5mm)引燃温度:230~235℃这个特性。即电除尘器内部如果有堆积平面,进入电除尘器内部的煤尘经电除尘器的捕集和自然沉降会在煤尘的安息角范围内堆积在电除尘器内部如果有的堆积平面上。煤质参数中有一个重要的参数:干燥无灰基挥发份(即Vdaf)其含义是扣除水分和灰分后,用有机质作为分母计算出来的挥发分数据。有些烟煤(如我国的神华煤)的干燥无灰基挥发份达到35~42%,这么大挥发份的煤暴露在空气中氧化非常利害,氧化产生热,在堆积层内,氧化热积累到一定程度可以达到煤尘表面堆积粉尘层引燃温度,发生自燃现象。这种堆积自燃现象在火电厂经常发生,常用喷水的方法解决。从以上分析可以看出,电除尘器内部有堆积平台,使除尘器内部出现煤尘堆积,是煤尘自燃主要原因。

2.2.2煤尘的爆炸条件

从煤尘的物理特性中可以看出,煤尘的爆炸有两个条件:.存在爆炸性煤尘混合物,其浓度大于爆炸下限;存在足以点燃爆炸性煤尘混合物的火花、电弧或高温,其能量大于电火能40豪焦耳。只有在这两个条件同时存在才会发生爆炸。煤尘混合物爆炸浓度下限历来有不同说法,各种文献对煤尘混合物爆炸浓度说法不一。后经查证分别为①日本标准是30g/Nm³,是在对煤粉进行烘干、研磨等标准条件下做出来的实验室标准;②波兰的矿道标准75g/Nm³,是在波兰煤矿矿道现场试验的标准;③我国东北煤矿标准114g/Nm³,是在煤矿现场试验标准;④国家标准褐煤41g/Nm³、烟煤57g/Nm³是综合以上几个标准确定的。综合以上几个标准及其测试条件来看,国家标准值是保守值,远小于现场测试标准,是安全值。

3.设计时应采取的措施

3.1预防煤粉自燃的措施

从以上分析可以看出,消除煤粉在除尘器内部的长时间堆积是预防煤粉自燃的根本措施。设计时应注意以下几个方面:

A、在除尘结构设计上,采用防燃设计。即在除尘器内部尽量避免出现堆积平面的结构,在没办法避免时,应在平面上加尖角设计,其夹角应大于煤粉的安息角,根除积灰的可能性。采用大溜灰角度灰斗,灰斗的夹角应采用圆弧过渡,保证灰斗不积灰;

B、加强振打设计。加大振打力度,根据工况条件调整振打频率,确保振打清灰干净。在潮湿环境,煤粉粘附在阳极板和壳板上,靠自身重力是极难清理,只有加大振打力度,甚至在灰斗设置高频振动电机,强制清灰,才能保证把收集的煤粉集中到灰斗后清出电除尘器,避免堆积;

C、消防喷淋设计。做好以上措施,还是可能出现意外堆积。由于煤粉自燃一定要达到表面堆积粉尘层引燃温度才会发生。所以,应在除尘器内部设置温度检测装置,和消防喷淋装置。当发生意外堆积时,除尘器内部温度会升高,当温度检测装置检测到危险温度时,指示消防喷淋装置喷水降温,可彻底消除自燃的隐患。

3.2预防煤粉爆炸的措施

上面已经分析了煤粉爆炸必须同时具备爆炸浓度和点火能的条件,预防煤粉爆炸的措施应设法消除这两个条件的产生和重合。

A、电源选择。电除尘器的火花放电,产生电弧是煤粉爆炸所需条件点火能出现的主要因素。因此运煤系统专用电除尘器内不允许出现火花放电,产生电弧。早年由于电源达不到这个要求,限制了电除尘器在运煤系统的应用。近年来,由于电源技术的发展,脉冲电源和恒流源电源在实际运行中都可以达到这个要求。脉冲电源采用窄脉冲供电技术,阻抗适应范围宽,调整好后不发生火花放电现象;恒流源电源由于输出电流是恒定的,调整后也不发生火花放电现象。都能有效防燃防爆,大幅度提高电除尘器的安全性能。

B、电晕线的选择。目前,电除尘器普遍使用的电晕线型式有:芒刺线、锯齿线、RS线、麻花线、圆形线等。不同的电晕线其放电性能各不相同,其中芒刺线、锯齿线、RS线的起晕电压低,电晕电流大容易击穿出现火花放电,产生电弧;麻花线、圆形线起晕电压高,电晕电流在整根电晕线上均匀分布,不容易击穿出现火花放电,产生电弧。因此运煤系统专用电除尘器好选用麻花线或圆形线以彻底解决电除尘器产生火花放电的问题。消除煤尘爆炸的关键条件电火能40豪焦耳的产生。

C、振打控制程序。煤尘爆炸的另一个必要条件是煤尘混合物达到爆炸浓度,根据煤尘物理特性国标50058-92数据,煤的爆炸下限浓度:褐煤为41g/Nm³,烟煤为57g/Nm³。运煤系统产生的煤尘浓度一般不超过30g/Nm³,正常情况都在15g/Nm³以下,达不到煤粉尘爆炸浓度的下限。可能达到爆炸浓度的情况是,当电除尘器振打时,如果阳极板上沉积的粉尘较厚,在振打的瞬时煤尘浓度可能达到80g/Nm³以上,达到爆炸条件。因此大家必须在电除尘器的控制上把爆炸浓度这个条件和产生点火能的条件分开,不发生重叠。具体做法是:电除尘器采用停机振打模式,即在电除尘器运行期间要振打时,进入停机振打程序,程序为:停风机→停高压电源→振打→卸灰→开电源→开风机。采用这一模式后,可完全避免由于振打产生的煤粉尘爆炸的可能性。

D、防爆门的设置。做好以上防爆措施后,在电除尘器本体上还应该设置足够面积的防爆门,即在除尘器万一发生爆炸时,防爆门能自动卸压,及时中断事故的发生和防止对除尘器的破坏。防爆门面积的设置要达到每20m³电除尘器本体1m²防爆门的要求。防爆门卸压阀片要做爆破试验确定,其爆破压力为10000Pa,保证防爆门的卸压阀片能可靠卸压。保证万一发生爆炸时,能及时卸压中断事故的发生和防止对除尘器的破坏。

4.结论

从以上分析可以看出,只要大家在设计时注意对煤尘的自燃和爆炸的预防措施,防止煤尘的自燃和爆炸条件的出现或重合,运煤系统专用电除尘器的运用是安全可靠的。电除尘器高效、节能、低维护量,无二次污染的优势可以充分的发挥。从工程实践来看,设计中做好煤尘自燃自爆的预防措施,运煤系统专用电除尘器已在各大火力发电厂安全、可靠、高效运行多年。为祖国的环保事业做出应有的贡献。

 

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