动态静电技术在气化炉煤粉在线检测中的应用

2014年第1期分析仪器101动态静电技术在气化炉煤粉在线检测中的应用贺军池常青马鸿奎(大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司,多伦027300)摘要:对于煤尘爆炸的研究以前 只在井下煤矿和工艺生产过程方面,而生产装置空间煤粉防爆方面的研究几乎为零。本文论述了壳牌气化炉利用褐煤制气工艺中粉尘产生爆炸的条件机理、影响因素并提出了解决办法和实施方案,达到防止粉尘泄露爆炸安全高效生产的目的。关键词:褐煤;煤粉检测;爆炸;气化炉;静电D0I :10. 3969/j. issn. 1001 - 232x.2014. 01.021Application of dynamic static technology in on-line detection of pulverized coal in gasification furmnaceHe Jun, Chi Changqing, Ma Honghui ( Datang Inner Mongolia Duolun Coal Chemical CO.. LTD.,Duolun 027300 , China)Abstract:This paper discussed in detail the factors of coal pow der ex plosion conditions ，mechanismand effect，proposed the detailed solutions and implementation plan ，to prevent dust leakage ex plosion，achieve the purpose of safety and high efficiency production .Key words: lignite; coal dust monitoring ; ex plosion ; gasification furnace ; static我公司以褐煤为原料,采用管式干燥法使原料加入一定浓度的可燃气体时,形成可燃气体、煤尘煤预干燥,水份含量由29. 5%降至12%。然后采用与空气的混合物,可燃性气体在煤尘起火爆炸过程Shell煤气化工艺(SCGP )气化产生氢气和一氧化碳中会参与反应,放出热量,使煤尘颗粒更容易着燃气体。由于采用煤粉加压输送和产生的合成气主.烧,提高反应速度,爆炸威力增大。但同时,氧浓度要成分为氢气和-氧化碳气体,--旦泄露很容易造的降低,又不利于煤尘发生燃烧爆炸的氧化反应。成爆炸起火等安全事故。国内外目前对褐煤粉空所以,可燃气体加入到煤尘中,对煤尘爆炸性的影.间防爆方面研究还不完善,采取何种措施预防爆炸响,应该是这两方面作用的结果。由于可燃气体的风险是我们面临的首要问题。存在,所有煤尘最小点火能量都减小。特别是那些在纯煤尘条件下难于点燃的煤尘,其最小点火能量1煤气化框 架煤尘爆炸情况分析下降的幅度最大,与那些在纯煤尘条件下易于点燃经过对煤气化框架煤粉易泄露区进行广i泛深的煤尘相差无几。煤尘的爆炸下限浓度随可燃气人的研究得出如下几点结论:体浓度的增加而降低。在纯煤尘条件下,煤尘爆炸(1 )气化炉框架空气中悬浮的煤尘达到- -定浓下限浓度随煤尘挥发分含量的增加而减小。但是度时,才会引起爆炸,低于下限浓度或高于上限浓加入可燃气体浓度达到2%后,煤尘爆炸下限浓度度的煤尘都不会发生爆炸。煤尘爆炸的浓度范围几乎与煤尘挥发分无关,试验煤尘的爆炸下限浓度与煤的成分、粒度、引火源的种类和温度及试验条趋于相同值、根据相关资料研究,可燃气体参与使件等有关。一般说来,煤尘爆炸的下限浓度为10~煤尘MH中国煤化工可以看出可燃气体浓度50g/m2 ,上限浓度为1000~ 2000g/m。其中爆炸对煤CN MH G作系数越小.爆炸下限.力最强的浓度范围为300~500g/m'。当在煤尘中越低,越容易爆炸。作者简介:贺军,男,1975年出生,大学本科学历,工程师,现从事在线分析仪表技术管理工作。E-mail :dthejun@ sina .com.102分析仪器2014年第1期表1 可燃气体浓度对煤尘爆炸下限的影响可燃气体浓度(% )00. 500.751.01.502.03.04.00.600.500. 350. 250.05(2)空气中氧的含量高时,点燃煤尘的温度可3煤粉防爆方案以降低;氧的含量低时,点燃煤尘困难,当氧含量低于17%时,煤尘就不再爆炸。煤尘的爆炸压力也随防范煤粉爆炸的措施应着眼于发爆的条件:控空气中含氧的多少而不同。含氧高,爆炸压力高;制粉尘浓度;杜绝起燃点;降低空气中氧的浓度;采含氧低,爆炸压力低。气化炉内以纯氧作为助燃取有效降尘措施;建立预报系统;设置爆炸压力泄剂,随时都有泄露的可能。褐煤本身就含氧量高,放口等。此外,建立规章制度,落实管理措施也是容易自燃。非常必要的。(3)煤尘爆炸是在高温或一定点火能的热源作控制粉尘浓度首先要准确检测煤粉浓度。目用下,空气中氧气与煤尘急剧氧化的反应过程,是前测定粉尘方法有5种:(1 )滤膜采样称重法;(2)光一种非常复杂的链式反应。煤粉为可燃物质,乙类学透射法;(3 )光学散射法;(4 )B射线法;(5 )电子探火灾危险品,煤尘具燃爆性,着火点在300°C ~针法等。根据粉尘爆炸下限最低约10 g/m2和工厂500°C之间,爆炸下限浓度34 g/m2 ~47g/m3 (粉尘装置防爆区域设备防爆要求,滤膜采样称重法为国平均粒径:5μm~ 10pum)。 高温表面堆积粉尘(5mm标检测方法,不能够实现在线连续测量,不适用于厚)的引燃温度225°C ~ 285°C ,云状粉尘的引燃温.气化炉煤粉检测。光学法对低量程的测量比较适度580°C ~ ~610°C。点燃煤尘云造成煤尘爆炸,必须宜,对高浓度粉尘无法进行准确测量并且仪表本身有一个达到或超过最低点燃温度和能量的引爆热很难做到防爆,也不符合要求。电子探针法即静电源。引爆热源的温度越高,能量越大,越容易点燃法能够满足要求,相对优势较大,静电法具有以下煤尘云,而且煤尘初爆的强度也越大;反之温度越优点:(1 )安装简便,无需对中;(2 )可以测量非常小.低,能量越小,越难以点燃煤尘云,即使引起爆炸，的颗粒;(3 )不受振动影响;(4 )粉尘的颜色不影响初始爆炸的强度也越小。煤尘的引燃温度变化范测量;(5)没有光学窗口需要保持干净;(6)小水滴围较大,它随着煤尘性质、浓度及环境条件的不同不会影响测量;(7 )探头.上的沾附不影响测量;(8)而变化。煤尘爆炸的最小点火能为4. 5~40mj。这智能算法可以滤除干扰信号;(9)可测量范围广。样的温度条件,几乎- - 切火源均可达到。经过多方论证最终我们选用静电法测量粉尘,以下其它比如粒度对爆炸性的影响极大,气化炉采为我公 司选用的英国PCME公司CNX800S。其动用煤粉喷吹技术,要求煤粉粒度10μm以下,这样也态 电荷测量原理见图1。加大了煤粉爆炸的可能性。--般说来,煤尘的可燃AirParicle Flow挥发分含量越高,爆炸性越强,即煤化作用程度低Stack/Duct的煤,其煤尘的爆炸性强，随煤化作用程度的增高●而爆炸性减弱。褐煤由于它富含挥发份,在水分含量低的条件下也很容易自燃,所以我们使用的褐煤Sensor属于爆炸性极强的危险物质。水分能降低煤尘的Unit爆炸性,因为水的吸热能力大,能促使细微尘粒聚中国煤化工To结为较大的颗粒,减少尘粒的总表面积,同时还能Control降低落尘的飞扬能力。为了达到壳牌气化炉燃烧MHCNMHG↓ Conti要求,我们对褐煤进行了干燥和磨煤工序,水分含|●T量降到5%左右,因此增强了褐煤的爆炸特性。图1动态电荷示意 图2014年第1期分析仪器当探杆被安装在管道的时候，空气流中的颗粒流动速度可达到1~ 2m/s ,比之于机械力作用产生物与探杆发生撞击或者摩擦,此时会产生感应电的速度、热运动扩散速度和重力沉降速高得多,完荷,管道中的颗粒物是按照规律分布的,这样产生全可以忽略重力、机械力以及布朗运动的作用。根的感应电流与颗粒物浓度成比例。与静电摩擦系据以上粉尘运动特性,如果发生泄露,粉尘很容易统不同,动态电荷系统过滤出在颗粒物撞击过程中就扩散到四周,所以对于测尘点的选择可以采用点产生的直流信号,在这--过程中,能保证测量的质型方式进行煤粉监测，在空间布点上同时采用对角量不受探杆粘附污染物的影响,否则此影响将会导线错开- -定角度方式设置监测点;为了提高煤粉监致零漂和校准漂移。电荷动态测量原理的优点是测的可靠性,我们在相关楼层还设置了图像监测系检测范围广,很低浓度的颗粒物仍可以被测出。电统来监控煤粉泄漏,- .旦发现有泄漏也可采用手动荷动态测量技术也可使用专利绝缘探头，更加适合方式启动消防喷雾系统。在采用静电粉尘检测仪在湿度高的条件下应用(在处理或者喷干后),且此监测时,为了保证粉尘仪测量需要煤粉流动的要应用伴随高性能的有传导性粉尘负荷。CNX800S求,特意设置了一个取样系统,做了一个直30em、长精度:土1%的测量值;测量范围:0.1mg/m*~1米的风筒,在风筒的一-端安装--台防爆轴流风机1 kg/m2 ;响应时间:ls ,完全满足现场泄露检测。用于粉尘的采集,另--端采用喇叭口的形式尽量扩煤粉一旦泄露,粉尘依靠热运动和重力作用而大采样的空间,这样满足了测量要求又可扩大采样得到的运动速度很小,不能成为粉尘扩散和飞扬的范围,当系统检测到粉尘泄露,就立即停止框架内主要原因，只是在粉尘粒子小于0. 5μm的情况下才通 风设施运行，防止粉尘的进- -步扩散,同时启动有意义。那么粉尘的扩散和飞扬只能由室内和设水喷雾降尘,这样就可有效防止爆炸的发生。备内部的空气流动而产生。因而粉尘本身没有离CNX80OS粉尘仪具有强大的通讯功能,- -台处理单开空气的作用力而独立运动的能力,只能随风飘元最大带64个检测器的功能,为了保证系统可靠扬,这就说明在这些作用力中,起着决定性作用的性,我们在配置时设置了检测分站,这样既提高了是空气的流动。室内的空气流动速度,-般控制在检测可靠性同时又取得了经济性,具体布置和配置0.2~0.5m/s间,通过送风装置送人车间内的空气见图2。0米粉尘检测78米粉尘检测85米粉尘检测92米粉尘检测(设2个监测点)(设3个监测点)检测分站↓粉尘仪中央控制单元上位机TT风机联锁系统PLC (设手动按钮)消防水喷雾系统中国煤化工图2煤气化框架粉尘检MHCNMHG对于我们的检测系统,确定量程为0~ 10g/m2 ，示浓度,并通过PLC自动联锁驱动现场的水喷雾系按照爆炸下限的25%设置高报5g/m2,高高报为统,同时还具有手动启停喷雾系统功能。8g/m3 ,检测器检测信号信号在气体检测系统中显104分析仪器2014年第1期应该加大对这方面的投资研究,开发出合适的应用4结论产品。(1 )煤粉检测和防爆工程需要相关部门和行业(4 )对于气化炉粉尘防爆测量检测,国家没有共同努力。本文只是对煤粉检测方面进行阐述,针相关标准,相关部门应尽快出台相关法律法规和对如何防止煤粉泄露,以及具体的除尘方式都未进标准。行论述。粉尘爆炸事故随年呈起伏前进的趋势说粉尘爆炸事故特点容易造成人们思想麻痹,但明当生产发展而防护意识与措施没跟上时,爆炸事偶发的特大事故又时刻提醒我们粉尘爆炸事故不故及严重性将增大,加强防护措施后又使爆炸频率容忽视,需要我们重视预防,警钟长鸣。降低。本文有些相关数据参照了矿井等研究数据。参考文献(2)目前我们采用空间检测布点方式,其可靠.性还有待相关实验数据佐证,相关自动控制系统的[1]煤矿重大瓦斯煤尘爆炸事故预测与控制技术手册.吉安全性和可靠性也有待进--步的试验。如何提高林:银声音像出版社, 2004.整个检测和控制系统的稳定性,都是我们以后应关[2]司荣军王春秋.瓦斯对煤尘爆炸特性影响的实验研究.中国安全科学学报,2006 ,12.注和研究的课题。收稿日期:2013-06-07(3)采用进口设备投资大成本高,国内企业也中国煤化工MHCNMHG