煤磨机出入口激光气体分析系统

本过程气体分析成套系统（以下简称系统）是磨煤过程中产生的煤烟气，一氧化碳分析仪器与取样预处理装置及其附属的应用保障部分（标准气）；通过针对现场应用条件和工艺气样条件的系统设计，所实现的正确匹配与合理组合，使一氧化碳分析仪器能很好适应电厂项目磨煤过程中产生气体分析的特殊工艺条件。系统能自动、连续、准确、可靠地分析磨煤过程中产生煤烟气中一氧化碳的浓度含量。采用PLC可编程序控制器自动控制系统的采样、排水、探头自动吹扫、故障监测双路巡检自动切换并处理等操作。系统正常运行期间能提供一氧化碳的4~20mA标准输出信号；并根据一氧化碳测量组份的含量值输出超限报警状态信号。该系统的分析仪器的传感器采用进口红外传感器。结构简明、部件性能可靠、自动化程度高、操作简便、维护量小、是分析电厂磨煤过程产生煤烟气中一氧化碳含量的理想设备。

主要技术特性

分析仪表单元采用卓宇佳创研制的气体分析仪，完成样气一氧化碳在线连续分析。分析仪性能稳定可靠，响应时间快，智能化程度高。

分析参数：一氧化碳

一氧化碳分析仪采用红外传感器连续测量的工业固定式现场安装仪器，能连续自动检测流程气样中待测组份一氧化碳的体积浓度。

仪器特点

特的传感器设计，响应快，线性好，稳定性高

触摸屏操作（零点、满度、线性校准、参数设置等），操作灵活方便

重要工作电源自诊断功能

仪器部件单元化，维护、检修方便

标准信号隔离输出4—20mA

RS485 modbus 通讯

合金机箱

部件单元化，维护、检修方便

主要技术性能

零点漂移：≤±1%FS/7d

量程漂移：≤±1%FS/7d

测量范围： CO:0-1000ppm

线性误差：≤±1%FS

重复性误差：Cv≤±0.5%

输出波动：≤±1%FS

响应时间： T90≤10s

输出信号： 4～20mA 500Ω

系统的滞后时间：T90≦20S

样气温度：≦700℃

样气含尘量：≦500g/Nm3

环境温度：5～45℃

环境压力：70~160kPa(海拔低于2000m)

相对湿度：不大于85%(年平均)

电源：220±22VAC；50±0.5Hz

系统的绝缘电阻不小于5兆欧

根据煤粉爆炸的机理，进入磨煤机的热空气与原煤接触，使原煤热分解出CO、CH4、H2等气体。在室温下，CO气体的爆炸极限体积浓度为12.5% ~ 74%，着火温度为609℃，CH4的爆炸极限体积浓度为5% ~ 15%，着火温度为540℃。此时能量充足的火源会引起燃烧，然后加速挥发分析引起连锁反应，发生爆炸。出口温度越高，磨煤机内部温度越高，挥发分分析越多，越容易引起爆炸。

磨煤机气体燃爆的主要原因如下:
1、磨煤机出口温度过高，磨煤机分离器出口温度过高，是爆燃的主要原因；
2、气体中氧气的体积分数越高，煤粉氧化的产热速率越快，系统爆炸的可能性越大，尤其是在富氧条件下。
3、磨煤机通流部分阻力过大，如一次风道入口、分离器间隙、出口主管弯头等。，造成煤粉的堵塞和堆积，导致煤粉自燃。
4、气体温度越高，煤粉氧化速度越快，爆炸的可能性越大。
5、热空气进入磨煤机后，与原煤接触，导致原煤热分解出的CO、CH4、H2等气体燃烧爆炸。
6、磨煤机的一些密闭空间，如排渣箱、风环室等。，都是由于密封元件损坏引起的可燃材料长期受热而着火。
7、煤粉的挥发分含量也是影响爆炸的重要因素。挥发物含量越高，爆炸的可能性越大。当挥发物含量小于10%时，没有危险。当挥发分含量大于20%时，爆炸的可能性大大增加。在实际生产中，煤粉的挥发分大于20%。另外，当气体中(CO)达到0.7%时，也是易燃易爆的。
8、一次风室刮刀损坏，会导致煤渣落入排渣箱，逐渐堵塞一次风室。磨盘与煤的不断摩擦会产生大量的热量，导致煤爆燃。

（1）探头伴热与反吹系统
近年来，对磨煤机出口烟气取样大部分采用直接抽取法，直接抽取法又可分为冷-干直接抽取和热-湿直接抽取。根据我国排放标准，要求烟气浓度以标态干基为准，因此冷-干直接抽取法成为我国烟气取样监测主导。典型的冷-干直接抽取法包括取样探头、取样管线、过滤、除湿系统和采样泵等部分，其中探头与过滤分别可对粉尘进行过滤与二级过滤，除湿系统则用于对样气的冷凝脱水，由于整套预处理系统中除尘与脱水为关键，所以其核心部件为探头除尘取样和除湿系统，做好这两种预处理部件的选型，可磨煤机出口CO浓度测量结果的可靠性。
由于烟气中含有大量的水分与粉尘，通过采样探头对烟气进行取样时，如若不采取措施，高温烟气中的水分遇冷发生凝结，并与样气处理过程中所沉积下来的粉尘接触，极易造成结垢堵塞，致使探头无法正常工作甚至损坏。针对探头堵塞问题，一般建议在取样探头中采用加热器与反吹系统。因此，目前适用于高粉尘、高温度磨煤机出口烟气的采样探头一般需由取样管、滤芯、加热器、反吹系统构成。探头通过取样管采集管路中的样气，滤芯对样气的粉尘进行过滤后，利用加热器对样气进行加热，使烟气温度控制在150~200℃间，在露点温度之上，防止样气出现凝结。对于样气处理过程中所沉积下来的粉尘，设置内反吹系统对探头进行吹扫，清除探头滤芯中的粉尘，可有效防止探头出现堵塞。

经过对袋除尘器着火事故和CO浓度高隐患进行原因分析及采取措施后，至今已运行3年多，没有再发生类似事故。所以煤磨系统内部任何地方应严禁堆积原煤或煤粉，否则在较高温度环境下，原煤或煤粉会发生自燃，造成煤磨系统爆炸着火等严重的设备安全事故。另外，严格控制煤粉的挥发分指标、入磨和出磨风温，并密切监控袋除尘器的温度及CO浓度，根据煤质变化及时调整操作参数，煤磨参数出现异常及时采取措施，这样煤磨系统爆炸着火安全事故就完全可以避免。

煤粉制备是水泥企业的一个重要工序，在生产过程中由于煤粉的特性可能存在粉尘爆炸、积热自燃 CO、浓度超标中毒甚至爆作的危险。煤粉燃烧或爆炸需要引火源，氧气。所以作为中控操作员我们生产过程中一定要熟知煤粉的特性、熟知煤磨的工艺流程，注意控制好各参数，做到安全操作。
在煤磨的操作中一定要注意入磨热风温度的控制。入磨风温一般不超过280℃。煤中的水份在 100℃逸出，110℃逸尽，化合水200℃逸出，250℃煤中的成份开始次热，350℃会产生煤焦油所以入磨风温不宜太高。一般控制在230℃。
第二结合入磨风温控制好出磨风温。出磨风温低煤粉水份大。在袋收尘内容易粘袋糊袋、使袋收尘压差大通风差降低磨机台时。而且贴壁积久自燃。在煤粉仓内易贴壁，积久易自燃或是使转子称卡住跳仃。当然出磨风温也不宜控制过高。否则容易自燃甚至发生爆炸的危险。如果出磨风温高，根据磨机压差判断是否饱磨，是否断煤，是否煤质发生变化。
如果上面一切正常如果出磨风温还是高。立即关闭热风阀开启冷风阀。如果出磨风温降到正常，则调整好冷热风阀的开度比例继续生产。如果出磨风温还在不断升高,则考虑磨内的煤粉己经自燃。则立即关闭冷风隔绝空气，停主排风机。采取应急措施向磨内喷消防气体。 所以控制好出磨风温很重要。一般控制在70℃。但这一切的判断都要准确快速、以免发生更大的危险。及时把隐患消灭掉，确保生产安全正常的运行。
第三注意关注CO浓度的变化。煤磨系统在袋收尘器和煤粉仓设有CO浓度检测系统。袋收尘CO的浓度一般不超过1000ppm。而且正常情况下煤磨系统的CO来自窑尾的热风带入的。 所以如果发现袋收器CO浓度高。及时让窑系统调节，防止CO浓度过高产生自燃或爆炸。如果不是窑系统的问题，而且收尘器CO浓度不断升高，且收尘器出口温度和灰斗温度不断升高，则判断为袋子着火。 那就要快速关闭冷热风阀、袋收尘入口阀、停主排风机停磨。快速通知现场采取应急措施喷消防气体。
煤粉仓上的CO浓度则反应了煤粉内煤粉的安全状态。煤粉仓内的CO浓度变高，就要引起高度重视，极有可能是煤粉由于温度高或在仓内贴壁久了，积热自燃。这时要降低进入仓内煤粉的温度，使冷的新生产的煤粉盖住自燃的煤粉，降低煤粉的温度，以阻止其燃烧。且仓内温度高的煤粉在不断的用,不断减少，新生产的煤粉温度低，一般会不再自燃。当然这样结合煤粉仓内的温度、CO浓度综合快速的一判断，以免发生更严重的火灾。当燃如果CO浓度不断升高.则及时采取应急措施。向仓内喷消防气体。在处理过程中要注意不要漏入空气，以免起到助必然的作用。

煤磨利用窑尾烟气作为烘干介质，立磨入口温度一般在150℃左右，出口烟气温度露点温度15～30℃，一般控制在75℃左右。煤磨出口烟气温度均在着火或自燃温度范围外（煤粉的着火温度：500～530℃，自燃温度：140～350℃）。
2着火原因分析
2.1火源
除尘滤袋材质如果不防水、不防静电、不抗结露，会因原煤含水分偏高，出磨煤粉水分在3%左右，造成滤袋“板结”破损；除尘器内煤粉不能正常排空致使煤粉积聚，滤袋外表面煤粉附着严重而且存留时间长，当滤袋表面积聚的静电荷较多而不能释放时易产生静电火花，同时袋除尘器内温度过高，这时如有一定的氧气存在，就会使滞留的煤粉自燃。
2.2氧气
煤磨系统采用的窑尾废气，含氧量可控制在12%以下。但在生产过程中还存在以下问题：
1）系统风量调整不好，如果除尘器排风机拉风不够或者除尘器管道积灰较多造成废气排放系统不畅，而通过煤磨热风机鼓入的窑尾废气不断地进入煤磨和除尘器内，系统明显出现压力不平衡，并造成煤磨和除尘器内部正压，这样，进入除尘器内部空气在不断地增加，使得含氧量也在不断地增加。
2）袋除尘器使用的喷吹气源，为高压压缩空气，当除尘器内出现火源时，它便能加速煤粉的燃烧，使火势迅速扩大。2.3 CO 气体
当时该除尘器在线气体分析仪检测的其内部 CO气体浓度没有超限，没能及时发出报警信息，误导了中控操作员的操作。
2.4 工艺操作
岗位人员发现袋除尘器卸灰一室分格轮跳停并发现有冒烟现象，说明滤袋已燃烧，这时中控操作员未果断采取关闭除尘器入口阀、提升阀、喷吹系统以及停止排风机等措施， 使燃烧火焰进入其它各室，造成收尘滤袋全部烧损。
3 处理及措施
3.1 改进工艺设备及参数
1)做好对在线气体分析仪的日常维护，定期进行校验，各气体成分分析结果的准确性，为工艺控制提供有效参考数据。
2)针对煤粉制备系统的防燃、防爆要求 ，配备高灵敏度的温度预警装置和 CO2自动灭火装置，将目前灭火器控制方式由手动操作改为自动喷出方式，提高可靠性，降低事故发生的几率。 CO2自动灭火装置由固定的 CO2供给源，通过与之相连的带喷嘴的固定管道，在气体分析仪检测 CO 浓度到达爆炸极限或除尘器内部温度煤粉燃点值时，迅速向除尘器内部释放 CO2灭火剂，以达到防止煤粉燃烧爆炸的目的。
3)严格控制滤袋的产品质量，将其全部更换成抗静电、防水、抗结露的滤袋。
4)为减少煤粉在灰斗壁上的沉积，通过修改西门子 PLC 程序，适当缩短滤袋喷吹间隔时间，防止滤袋煤磨袋除尘器着火原因分析及处理煤粉积聚而“板结”。
3.2 改进工艺操作
1） 根据实际情况 ， 控制出磨煤粉水分在 0.5%～1.5%之间，增大磨机系统通风量，降低出磨气体的湿含量， 将磨机出口温度由原来的 75～80℃调整为65～70℃，使入煤粉仓的煤粉温度在 60℃以下。
2） 完善煤磨操作规程， 在停磨更换滤袋或进入除尘器内部检修前， 停机时则先停煤磨工艺系统设备，保持除尘器和排风机继续运行一段时间，再停排风机。 停排风机后再经过一段时间，将除尘器滤袋上的积灰清除干净，同时将灰斗内的积灰排净，才能关停除尘器， 以防止停机后积灰积聚在滤袋和灰斗内，产生煤粉堆积自然爆炸的危险。除尘器下部的煤粉输送设备也应充分排空。