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具備三個條件：一是這些可燃氣體有足夠的濃度；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“可燃氣體”，在煤粉里有很多種，一氧化碳只是在煤粉制備、使用及存儲過程中產生的一個主要代表物而已。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，在點火能的作用下發生爆炸。煤塵的爆炸性由其所含可燃性揮發份的大小決定，如無煙煤不含可燃性揮發份，就沒有爆炸性，不會發生爆炸。

煤塵爆炸也必須同時具備以下三個條件：一是煤塵本身具有爆炸性（當揮發份＞14%時，煤塵已經 100%具有爆炸性了）；二是煤塵在空氣中呈懸浮狀態，并達到一定的濃度（爆炸上下極限范圍內）；三是有引爆的高溫熱源（溫度一般為 700～800℃，溫度愈高愈容易引起爆炸）。

煤粉中之所以存在一定數量的以甲烷為主的烴類氣體——瓦斯，這與煤的結構狀態密切相關。煤是一種復雜的孔隙介質，有著十分發達的、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，煤在形成過程中產生的瓦斯就能以游離和吸附兩種狀態存在于這些孔隙和裂隙中。而煤粉在制備使用過程中重點要防范的，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生劇烈的氧化反應；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—鏈式化學反應。目前國內多數生產線在設計上，對煤粉倉內的監測對象主要是 CO，這是因為該項成分便于檢測且能反映供氧不足。但我們不能就此妄下結論說：控制了 CO 濃度指標就不會發生爆炸！因為大量的實驗表明，煤粉倉內存在的多種“活性氣體”，如 H2、CH4 和芳香烴等易燃氣體，其易爆性和釋放能量明顯高于 CO。同時，含有 CO、瓦斯和空氣等混合氣體的爆炸界限會因其它可燃氣體的混入、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，當溫度達300～400℃時就能從煤塵內揮發出可燃性氣體，從而使CO 和瓦斯等混合氣體的爆炸下限降低，爆炸的危險性增加。

2 預防和采取的措施

綜上所述，只要控制好煤粉倉內可燃氣體爆炸的三個條件中的任何一條，爆炸便不會發生。所以預防煤粉倉爆炸的措施也主要是從以下三條入手。

2.1 倉內可燃氣體濃度的控制措施

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煤粉在倉內低溫氧化產生；②熟料煅燒過程中，由輸送給煤磨的熱源帶入。所以預防的措施至少要有以下幾條：（a）完善良好的抽風條件，也即在煤粉倉錐體和頂部產生的高溫混合可燃氣體能夠及時排出，將其濃度控制在報警設定指標以內；（b）保證攪拌設備正常運轉以使煤粉在倉內不留死角，不為煤粉提供足夠長的氧化時間。

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，這就要求負壓下的熱風速度和供給量也要有一個變化范圍，所以輸送給煤磨的熱源必須有一個內錐體設計合理的沉降室（干擾式分離器），使其熱風中帶火星塵粒能夠在其內部旋轉并被有效收留，防止火源進入煤磨內。同時，進風管道與沉降室的連接處要偏離沉降室筒體中心線，這有利于熱風在沉降室內能夠產生較好的旋流狀態。至于管道本身，也應設計成帶一定角度的“∧”形，進一步防止大顆粒火星料進入煤磨。

實驗數據表明，煤炭在常溫下就有 CO 出現，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（煙煤著火點為 320～380℃），CO 產生的量較多、產生的速度較快。所以煤磨出磨風溫在（煙）煤質比較干燥、揮發分較高、灰分較低（＜30%）的情況下，要小于60℃。實驗證明，在CO 呈緩慢增加現象時，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，并且很快就會發展到明火燃燒。

2.3 氧氣濃度的控制措施

在確認煤粉倉熱電偶沒有故障的情況下，一旦溫度超過報警設定（一般為 60℃），并且有上升趨勢，應立即啟動應急預案，止煤停磨對煤粉倉進行安全處理。處理方案可參考如下：

第一步：關閉烘干熱風閥門，止煤、停煤磨，開始排空煤粉倉工作（此時窯投料量應隨煤倉噸位和轉子負荷率下降而逐漸減少），無關人員撤離到安全地帶；

第二步：倉內煤粉還剩下正常倉重的 1/3 時，關閉煤倉錐體壓縮空氣吹風閥，停止向倉內供風，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，一般倉內溫度還將繼續升高。當快要達到80℃時，關停煤粉倉小袋收塵器和煤磨系統主排風機，迅速向倉內噴入高壓 CO2氣體，繼續觀察倉溫。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，此時需要重新繼續噴灌，直到煤粉倉溫度下降到不超過環境溫度10℃以內時，方可重新開啟煤磨生產。在這里務必強調一點，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，可能照樣會發生爆炸事故！因開啟風機后，可能將噴入倉內的CO2 氣體排出，同時將新鮮空氣帶入，煤粉可能重新產生自燃現象，而新制備的煤粉彌漫懸浮于倉內整個空間，極易釋放出可燃成份，從而改變了氣體發生爆炸的下位界限，一旦同時具備了爆炸的三個條件，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鮮明有力的佐證！

作者：申文軍； 王廣強； 靳軍

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