Причины взрывов в пылеприготовительных установках

1.4. Причины взрывов в пылеприготовительных установках,

меры предотвращения взрывов

1.4.1. Взрывоопасность угольной пыли

Качество угольной пыли характеризуется тониной по­мола, содержанием влаги и взрываемостью. Оптимальные значения этих величин определяются на основании испыта­ний котла и его системы пылеприготовления.

Повышенная взрывоопасность пылеприготовительной установки создает ее аварийное состояние, которое насту­пает при: наличии тлеющих очагов; повышении температу­ры пылегазовоздушной смеси в пылесистеме сверх допус­тимой; возникновении хлопков с раскрытием взрывных предохранительных клапанов; обрыве растопочного или основного пылеугольного факела; аварийном отключении дымососов, дутьевых или мельничных вентиляторов; пре­кращении поступления сырого топлива в мельницу.

Случаи взрывов пыли имеют место при работе котлов на углях: кузнецких – газовом и длиннопламенном, до­нецких – марок ГР, ГСШ, ДСШ, львовско–волынском, назаровском, ирша–бородинском, азейском, сучанском, ха­касском, черемховском, а также на фрезерном торфе, эс­тонских сланцах.

Взрывы и хлопки пыли происходили на каждой третьей из обследованных тепловых электростанций с пылевидным сжиганием взрывоопасных топлив. В пылесистемах с про­межуточным бункером относительное число взрывов почти в 3 раза больше, чем в пылесистемах прямого вдувания (около 3 случаев на 10 пылесистем). Взрывы отмечались в пылесистемах, где для сушки топлива применяются ды­мовые газы. Наблюдениями установлено, что при работе на экибастузском угле взрывов в пылесистемах не проис­ходит, но случались хлопки в топках в растопочных режи­мах.

Повышенная запыленность в зданиях котельных цехов неоднократно являлась причиной вторичных взрывов, вы­званных завихриванием отложений внутри помещения при срабатывании взрывных предохранительных клапанов.

Рекомендуемые материалы

Меньшее число взрывов в системах прямого вдувания не означает их большей взрывобезопасности по сравнению со схемами с промбункером пыли, ибо при ограниченном взрыве (хлопке) происходит сброс давления через пылепровод прямо в топку в системах прямого вдувания. Следовательно, аварийное состояние фиксируется только при серьезных нарушениях режима, которые приводят к силь­ным взрывам, т. е. реже, чем в системах с промбункером. При уменьшении подачи сушильного агента в мельницу существует опасность проскока пламени в пылепровод. Кроме того, не преодолены трудности с отводом газов от взрывных клапанов в пылесистемах этого типа, а размеще­ние мельниц прямо у топки не позволяет обезопасить в полной мере обслуживающий персонал от выбросов через взрывные клапаны и от их отводов.

Из–за неполноты сведений указанные цифры являются заниженными, так как случаи хлопков без серьезных по­следствий не всегда учитываются. Материалы обследова­ний ряда электростанций, сжигающих взрывоопасные угли с содержанием летучих около 45 %, показывают, что число взрывов на отдельных станциях превышает среднее, ука­занное выше.

Группа электростанций использует ирша–бородинский и азейский бурые и черемховский длиннопламенный угли, отличающиеся высокой взрывоопасностью, которые приго­тавливаются к сжиганию в пылесистемах паровых котлов ТП–81, ТП–85, ПК–10, ПК–24, БКЗ–320, БКЗ–210, БКЗ–160 и др.

Применяются различные пылеприготовительные си­стемы: индивидуальные замкнутые с бункером пыли и суш­кой горячим воздухом, а также смесью дымовых газов с воздухом; пылесистемы с прямым вдуванием с длинными пылепроводами и горелками и с шахтными мельницами. В пылесистемах используются молотковые мельницы (в основном типа ММТ) и шаровые барабанные мельницы (ШБМ) типа Ш и ШК.

На вышеуказанных пылесистемах происходят взрывы, причем фиксировались случаи с разрушением оборудова­ния и со вскрытием значительной части взрывных предо­хранительных клапанов.

Взрывы часто происходят при поступлении переувлаж­ненного топлива, содержащего глинозем, который наруша­ет работу топливоподачи, застревает в течках и бункерах, налипает во входных горловинах ШБМ. В котлах, в которых сжигаются смеси, переход с одного сорта угля на другой, совершаемый иногда по нескольку раз в смену, также мо­жет стать причиной взрыва, особенно при неработающей системе технологических защит пылеприготовительной ус­тановки.

При анализе причин взрывов и хлопков установлено, что практически во всех случаях выявлены тлеющие отло­жения, явившиеся источником воспламенения при взрыве. Отложения были обнаружены: на входе в пылевой циклон типа ЦН–15, а также в месте сопряжения пылепровода от сепаратора с входным патрубком, циклона на нижней пол­ке гиба со слабонаклонным (15º) входным патрубком; пе­ред мельничным вентилятором, во входном его патрубке; в наружном конусе сепаратора и в месте примыкания его к течке возврата из внутреннего конуса; во входной горло­вине ШБМ и в коробах подвода сушильного агента для молотковых мельниц.

При сушке горячим воздухом высокая температура, и большое, содержание кислорода приводят к возгоранию от­ложений. Тонкодисперсная пыль после циклона особенно склонна к возгоранию и завихриванию. Кроме того, на ря­де пылесистем опасность создавали отложения пыли, вы­явленные в межсистемных шнеках, на шибере за циклоном перед мельничным вентилятором (шибер позволяет подво­дить горячий воздух на всас мельничного вентилятора, но при такой работе на нем отлагается пыль), на патрубках присадки холодного воздуха, на решетке между мигалка­ми пылевого циклона, в линзовых компенсаторах и на вре­зах импульсных линий, в патрубках взрывных клапанов, имеющих малый угол наклона. Отложение пыли указыва­ет на недоработку конструкции оборудования, а также на ошибки персонала.

Бункера пыли являются одним из наиболее взрывоопас­ных мест пылесистемы при размоле вышеуказанных углей. На котлах БКЗ–320–140 ПТ произошли взрывы в пылевых бункерах при чистых трубах влагоотсосов, оборудованных заслонками с ручным приводом. При взрывах в бункерах пыли вскрываются взрывные клапаны, но были и случаи разрушения перекрытия бункера.

С целью недопущения взрыва предусматривается под­вод пара в пылевые бункера, а также в ШБМ, сепараторы, циклоны и пылевые шнеки. На одной электростанции пре­дусмотрен подвод в бункера углекислоты.

Необходимо иметь в виду, что в холодное время года на обследованных электростанциях, расположенных в зо­не с суровой зимой, опасность взрыва пыли возрастает при пуске пылеприготовительных установок. Остановленные в резерв или в ремонт пылесистемы в зимнее время года ох­лаждаются, а при пуске возможен переход температуры за верхний допустимый предел либо налипание пыли на влажную поверхность неразогретого оборудования.

Пример. 1.1. На одной электростанции установлены три котла БКЗ–210–140Ф (две системы каждого из котлов оборудованы мельницами ШБМ–287/410 и ЦН15–1850) для сжигания кузнецких газовых углей с рабочей зольностью от 27,3 до 34 % с содержанием летучих V^г = 32,3–33,2 %. Сушка топлива производилась горячим воздухом с температурой 260 ºС. В результате застревания угля в бункерах и от­сутствия сигнализации и защиты от обрыва подачи топлива за 2 года зарегистрировано три хлопка. Пылесистемы не оборудованы защитой от чрезмерного повышения температуры аэросмеси и сигнализацией верхнего и нижнего предельных уровней пыли в промбункерах. Для предупреждения хлопков производится присадка инертных газов в сушильный агент, реконструированы входные патрубки циклонов и мельниц.

Моменты пуска и останова пылеприготовительной уста­новки, временного прекращения поступления угля и прони­кновения большого количества воздуха в систему через не­плотности (при этом взрыхляются очаги тлеющей пыли) являются опасными для возникновения взрыва. Поэтому необходимо: исключать возможность образования отложе­ний пыли в элементах установки; гасить тлеющие очаги способами, исключающими взвихривание пыли; запрещать открывать лючки и лазы при работе установки, а после ее останова следует производить их медленное открывание во избежание взрыхления оставшейся в системе пыли.

Уборку пыли с оборудования необходимо производить после заливки ее водой.

Взрыв может произойти при плохом топочном режиме с пульсацией горения, при периодически возникающем дав­лении в топке и сепарации пыли из факела. Такие явления имеют место при малых нагрузках камерных топок (осо­бенно экранированных) из–за недостаточно высоких тем­ператур в них.

При наличии в топке отсепарированной пересушенной пыли во время растопки котла без предварительной вен­тиляции топки и газоходов также возможен взрыв.

При отсутствии требуемых правилами взрывобезопасности предохранительных клапанов или их неисправности взрыв пыли может привести к повреждениям оборудования и травмированию обслуживающего персонала.

В случае взрыва (хлопка) в пылеприготовительных ус­тановках с открытием взрывных клапанов или поврежде­нием пылесистемы пуск ее разрешается производить вновь только после полной ликвидации причин взрыва и очагов горения, очистки оборудования и восстановления взрыв­ных клапанов и поврежденных элементов.

Все случаи взрывов, хлопков и загораний обязательно регистрируются и расследуются.

Обслуживание пылеприготовительной системы должно вестись в строгом соответствии с производственной инст­рукцией и режимной картой.

Режимная карта составляется для каждой установки на основании ее эксплуатационных испытаний. В карте ука­зываются требуемая тонина помола, и влажность готовой пыли, разряжение до и после мельницы, температура га­зовоздушной смеси, подаваемой для сушки угля, темпера­тура после мельницы, нагрузка электродвигателей мельни­цы и вентиляторов и     т. д.

Факторами, понижающими надежность работы пылеугольной топки, являются неустойчивость и опасность зату­хания факела, шлакование топки.

Неустойчивое горение и затухание факела может быть при: неравномерной подаче и перерыве в подаче пыли пи­тателями или мельничным вентилятором; неправильной подаче в топку первичного, вторичного, а также сбросного воздуха; чрезмерно большом разряжении в топке; сниже­нии температур в топке вследствие понижения нагрузки котла и соответственно уменьшении тепловыделения в топ­ке; ухудшении качества помола, т.е. угрублении пыли и увеличении ее влажности.

Основными мероприятиями по повышению взрывобезопасности являются: реконструкция оборудования, постав­ляемого заводами–изготовителями, с целью исключения мест отложений пыли в пылевых циклонах, течках возвра­та сепараторов, горловинах ШБМ, батарейных пылеулови­телях, коробах сушильного агента молотковых мельниц; создание роботоспособных отходоуловителей; реконструкция проектной трассировки пылепроводов, прежде всего пово­ротного патрубка перед мельничным вентилятором, отсос­ных трубопроводов из пылевого бункера; более полное оснащение пылесистем защитами, автоматическими блоки­ровками и КИП, предусмотренными правилами взрывобезопасности; переход на сушку смесью дымовых газов с воз­духом и "чисто газовую" сушку с О₂ < 16%; механизация управления схода топлива в бункерах сырого угля и схода пыли; механизация уборки помещения пылеприготовительной установки, бункерной галереи, топливоподачи; аспира­ция воздуха в местах наибольшего пыления и обеспечение надежной работы аспирационных установок.

В соответствии с ГОСТ 12.1.010–76 (СТ СЭВ 3517–81) термины имеют следующие определения.

Взрыв – быстрое экзотермическое химическое превращение взрывоопасной среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.

Взрывоопасная   среда – химическая  активная среда,  находящаяся при таких условиях, когда может возникнуть взрыв.

Взрывоопасную среду могут образовать:

1) смеси веществ  (газов, паров, пыли)  с воздухом и другими окислителями (кислородом, озоном, хлором, окислами азота и др.);

2) вещества,  склонные  к  взрывному  превращению   (ацетилен,   озон, гидразин и др.).

Для  предупреждения  взрыва  необходимо  исключить  образование взрывоопасной среды и возникновение источника инициирования взрыва.

Источниками инициирования взрыва могут быть: открытое пламя,
горящие и раскаленные тела; электрические разряды; искры от удара
и трения; ударные волны; тепловые проявления   химических   реакций
и механических воздействий; электромагнитные и другие излучения.

Опасными и вредными факторами, воздействующими на работающих в результате взрыва, являются: ударная волна, во фронте которой давление превышает допустимое значение; пламя и пожар; обрушива­ющиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания и соору­жения и их разлетающиеся части; образовавшиеся при взрыве и (или) выделившиеся из поврежденного оборудования вредные вещества, со­держание которых в воздухе рабочей зоны превышает предельно до­пустимые концентрации.

Коэффициент безопасности (поправочный) – коэффициент к экспериментальному или расчетному значению взрывоопасности, определяющий предельно допустимую величину этого параметра (концентра­ции, температуры, давления и т. д.) для данного производственного процесса.

Взрывобезопасность – состояние производственного процесса, при котором исключается возможность, взрыва или в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей вызываемых им опасных и вредных факторов и обеспечивается сохранение материальных цен­ностей.

Взрывозащита – меры, предотвращающие воздействие на людей опасных и вредных факторов взрыва и обеспечивающие сохранение материальных ценностей.

Взрывопредупреждение – меры, предотвращающие возможность возникновения взрыва.

В организационно–технические мероприятия по обеспечению взрывобезопасности необходимо включать:

1) организацию обучения, инструктажа и допуска к работе обслуживающего персонала;

2) осуществление контроля и надзора за соблюдением норм технологического режима, правил и норм техники безопасности, промышленной санитарии и пожарной безопасности;

3) организацию противоаварийных, газоспасательных работ и установление порядка ведения работ в аварийных условиях;

4) разработку системы инструктивных материалов, средств наглядной агитации, регламентов и норм ведения технологических процессов, пра­вил обращения с взрывоопасными веществами и материалами.

В нормативно–технической документации на ведение производственного процесса необходимо отражать установленные коэффициенты безопасности.

Предотвращение образования взрывоопасной среды и обеспечение в воздухе котельных помещений содержания взрывоопасных веществ, не превышающего нижнего кон­центрационного предела воспламенения с учетом коэффици­ента безопасности, должно быть обеспечено контролем состава воздушной среды, отводом взрывоопасной среды, применением рабочей и аварийной вентиляции, а также герметичного оборудования.

1.4.2. Защита оборудования от взрыва пыли

Как показывает опыт эксплуатации, следует принимать меры по предотвращению разрушения оборудования и за­щите персонала от возможных выбросов продуктов горения в зону обслуживания.

Главное условие в профилактике, без соблюдения ко­торого не избежать взрывов и пожаров, – отсутствие от­ложений пыли. Это требование охватывает контроль не только за состоянием внутренних поверхностей оборудова­ния и пылепроводов, но и за чистотой помещения котельной: на оборудовании, на полу, под слоем изоляции, на площадках обслуживания не должно быть пыли.

Требования профилактики изложены в "Правилах взрывобезопасности установок для приготовления и сжи­гания топлив в пылевидном состоянии", которые обеспечи­вают если не отсутствие, то минимум опасности возникновения взрыва пыли и полностью исключают возможность развития взрыва максимальной разрушительной силы.

Вторая группа защитных мер направлена на предотвра­щение разрушений    оборудования, если взрыв произошел.

Принципиально возможны три способа защиты от; раз­рушений: изготовление корпусов оборудования, выдер­живающих максимальное давление взрыва; снижение дав­ления взрыва путем отвода части газов через специальные выхлопные отверстия на оборудовании – взрывные предохранительные клапаны; активное подавление взрывов ин­гибиторами.

В настоящее время защита от взрывов пыли топок и газоходов котлов паропроизводительностью более 60 т/ч обеспечивается прочными каркасами.

Каркасы должны рассчитываться на внутреннее давле­ние 3 кПа сверх атмосферного для установок, работающих под разрежением, а для установок под наддувом – сверх рабочего давления.

Котлы паропроизводительностью до 6 т/ч оборудуются взрывными предохранительными клапанами, а каркасы рассчитываются на 2 кПа.

Для повышения взрывобезопасности угольной, пыли раз­ных топлив температура сушильного агента в конце уста­новки ограничивается и зависит от марки топлива, вида сушильного агента и типа пылеприготовительной установ­ки. При размоле АШ и полуантрацита температура су­шильного агента не ограничивается.

При эксплуатации топок следует постоянно вести на­блюдение за температурой аэросмеси в сепараторе в соот­ветствии с "Правилами взрывобезопасности установок для приготовления и сжигания топлив в пылевидном состоя­нии".

В установках с прямым вдуванием температура агента за сепаратором при сушке воздухом не должна превышать для тощего и экибастузского углей 150 ºС, других камен­ных углей – 130 ºС, бурых углей и сланцев –      100 ºС и фре­зерного торфа – 80 ºС. В установках с пылевым бункером при размоле в шаровой барабанной мельнице допустимая температура сушильного агента за мельницей при сушке воздухом тощего и экибастузского углей 130 ºС, а каменно­го и бурых углей – 70 ºС.

При сушке смесью топочных газов и воздуха для ука­занных углей температура соответственно 150 и 120 ºС.

Указанные температуры за мельницей при сушке сме­сью дымовых газов и воздуха допускаются лишь тогда, когда при всех режимах (включая пуск, останов, перебой в подаче топлива) обеспечивается содержание кислорода в смеси менее 16 %. При содержании кислорода в сушиль­ном агенте более 16 % создается опасность взрыва пыли топлива. Если приборы по измерению содержания кисло­рода неисправны и случаи повышения кислорода в смеси не исключены, то температура сушильного агента поддерживается не выше значений, принятых при сушке возду­хом.

При транспортировке пыли к горелкам для всех видов топлива с выходом летучих менее 15 % и экибастузского угля температура воздуха не ограничивается. Для камен­ных углей с выходом летучих более 15 % температура го­рячего воздуха выбирается с учетом температуры пылевоздушной смеси у входных патрубков горелок не более 160 ºС, а для бурых углей – 100 ºС.

В отличие от влажности топлива, зависящей от вида, марки и условий хранения и транспорта топлива, готовая пыль, подаваемая в топку котла, должна иметь постоянную установленную нормами влажность.

Влажность пыли влияет на надежность работы обору­дования системы пылеприготовления и для конкретных установок выбирается с учетом обеспечения хорошей ее те­кучести. Когда влажность пыли высокая, то происходит слеживание ее в бункерах, налипание и застревание в пи­тателях пыли и течках. При пересушке пыли каменных и бурых углей, фрезерного торфа и сланцев возникает опас­ность ее самовоспламенения и взрыва. Опасность взрыва пыли повышается с увеличением содержания летучих в топ­ливе и тонкости размола, а также со снижением влажности и зольности.

Влажность угольной пыли допускается:

1) для антрацитов, полуантрацитов и тощих углей – не ниже гигроскопической;

2) для каменных углей, а также бурых углей, у которых гигроскопическая влажность не менее 0,4 рабочей влаж­ности, – не ниже 50 % гигроскопической;

3) для бурых углей, у которых гигроскопическая влажность менее 0,4 рабочей влажности, а также для сланцев – не ниже гигроскопической;

Обратите внимание на лекцию "Интерфероны. Получение интерферонов".

4) для фрезерного торфа – не ниже 25 % гигроскопиче­ской.

Пылеприготовительные установки и каждый котел с ка­мерным сжиганием топлива (пылевидного, газообразного, жидкого) снабжаются взрывными предохранительными клапанами, установленными в местах, исключающих опас­ность травмирования обслуживающего персонала.

Взрывные клапаны предназначены для предохранения топочной камеры и газоходов котла и оборудования пыле­системы от разрушения при возможных хлопках и взрывах газов, связанных с нарушением нормального режима ра­боты топки.

В соответствии с действующими Правилами Госгортехнадзора СССР для паровых котлов номинальной паропро­изводительностью от 10 до 60 т/ч в верхней части обмуров­ки котла над топкой устанавливают взрывные клапаны общей площадью не менее 0,2 м². Если газоход от дымосо­са до дымовой трубы расположен горизонтально или с ма­лым углом подъема (до 30º), общее сечение клапанов дол­жно быть не менее 0,5 м². В каждом из указанных газохо­дов устанавливается не менее двух клапанов с общим сечением не менее 0,4 м².

Для котлов паропроизводительностью до 10 т/ч количе­ство взрывных клапанов и их расположение определяются проектной организацией в зависимости от конструкции котла.

Во время работы пылеприготовительных установок при размоле топлив всех видов (кроме АШ и полуантрацитов) необходимо следить за исправностью: регуляторов темпе­ратуры сушильного агента за мельницей (сепаратором, циклоном); защиты от чрезмерного повышения темпера­туры за мельницей (сепаратором, циклоном, защиты при обрыве подачи топлива в мельницу; сигнализации повыше­ния температуры пылегазовоздушной смеси за мельницей, а также обрыва потока топлива всех видов из бункера; автоматических устройств подхвата пылеугольного факела с сигнализацией их срабатывания, а также защитой, воз­действующей на останов котла при полном погасании фа­кела в топке; автоматических устройств для быстрого за­крытия заслонки на воздухопроводе перед    мельницей    и прекращения доступа в нее при взрыве (установки, рабо­тающие под давлением и снабженные взрывными клапа­нами) и др.