Dr.-Ing. W. Garber - Рекомендации по проектированию безопасных установок для сушки угля. Оборудование. Примеры. Анализ ошибок

Таблица 5. Пример. Содержание топливной угольной пыли в сухой газоочистке за сушильной установкой. Гранулометрический состав угольного концентрата после сушки

Какую реальную ценность для практики имеют приведенные выше данные о взрывоопасных концентрациях угольной пыли?

Нижний предел взрывчатости взвешенной угольной пыли = минимальная концентрация пыли (г/м 3) в пылевоздушной смеси, при которой взрыв возможен, составляет около 10—50 г/м 3. Такие концентрации угольной пыли постоянно существуют в сушильных аппаратах, в газоходах к системе газоочистки, в самих аппаратах газоочистки, а также в местах пересыпки высушенного мелкого угля.

Частицы, находящиеся в зоне с верхним пределом взрывчатой концентрации 300—3000 г/м 3, с учетом возникающих при взрыве мощных турбулентных потоков, могут воспламеняться от частиц из зоны с низкой концентрацией и в результате участвовать в горении и взрыве.

Важно отметить, что указанные выше концентрации угольной пыли задаются работой сушильных аппаратов, аппаратов газоочистки и мы не можем повлиять на эти концентрации изменением режима или другими приемами.

Взрыво-пожароопасность процесса сушки углей возрастает от антрацита (наименьшая опасность) к бурому углю (наибольшая опасность). При сушке бурого угля требуются специальные приемы и организация процесса.

Особенности процесса сушки горючих материалов состоят в следующем:

А. Подача в сушильный аппарат горячих газов с температурой выше (или значительно выше) температуры воспламенения угля или выделяющихся при нагреве угля летучих газов.

Б. Размер частиц высушиваемого горючего материала часто (в особенности при сушке угольных концентратов) является оптимальным для горения угольной пыли в воздухе, поддержания горения, распространения взрыва.

В. Температура высушиваемого материала при снижении влажности возрастает: прогрев угля до температуры до 50—80° C; постоянная температура угля (50—80° C) при испарении свободной влаги (период сушки с постоянной скоростью); после испарения свободной влаги начинается второй подъём температуры вплоть до воспламенения углей.

Г. Количество высушиваемого горючего материала (угля) в сушильном аппарате в 10 – 20 раз больше, чем подача топлива на сушку. Газоходы для продуктов сгорания топлива, газоходы для отходящих газов от сушильного аппарата не рассчитаны на пропуск такого количества газов = продуктов сгорания или взрыва от воспламенения высушиваемого горючего материала.

Д. Взрыв пылевидного угля вызывает повышение внутреннего давления в сушильном аппарате. Максимальное давление взрыва пыле-воздушной смеси определяется в лаборатории. Расчетная оценка возникающего давления основана на известном факте, что температура продуктов сгорания углеводородов примерно одинакова 2000—2100° C. Объём газообразных продуктов сгорания возрастает при такой температуре в 8,5 -11,5 раз, считая от объёма при температуре 0° C. Чтобы удержать газы от такого расширения необходимо пропорционально повысить давление. Компенсирующее давление соответственно в 8,5 – 11,5 раз больше, чем первоначальное давление в сушильном аппарате.

Е. Если первоначальное давление равно 1 бар, то давление возникающее при взрыве равно максимально 8,5 -11,5 бар. На такое давление ни сушильный аппарат, ни система газоочистки не рассчитаны. Возникает опасность разрушения этих аппаратов и попадания горящего высушиваемого материала, высокотемпературных газообразных и твердых продуктов сгорания в помещения цеха сушки.

Ж. Для предотвращения разрушения сушильного аппарата, аппаратов и газоходов системы газоочистки устанавливают взрывные предохранительные клапаны (ВПК), которые выдерживают меньшее давление, чем основной аппарат и открываются (разрыв мембраны или открытие клапана) раньше, чем разрушится защищаемый ими аппарат.

З. Срабатывание мембранных взрывных предохранительных клапанов (ВПК) сопровождается следующими процессами:

– выбросом высокотемпературных газов в окружающее пространство;

– возникновением на выходе из ВПК струи горячих газов с высоким давлением по оси;

– разгерметизацией основного аппарата (при использовании разрывных мембран);

– засасыванием в разгерметизированный аппарат через разорванную мембрану ВПК окружающего воздуха, что создает условия для продолжение горения горючих продуктов в аппарате.

ГОСТ 12.1.044—2018 Пожаро-взрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения [6] :

Таблица 6. Показатели характеризующие вещество (материал) как обладателя определенных индивидуальных пожаро- и взрывоопасных свойств (первая группа) [6]

СП 12.13130.2009 Определение опасности помещений. Расчет избыточного давления [7]:

Таблицы 1—7 описывают некоторые параметры процессов взрыва угольной пыли в аппаратах и распространения взрывной волны в помещении.

Таблица 7. Пример. Расчет избыточного давления от взрыва для горючих пылей [7]

Разделы 02.1. – 02.5 показывают, что высушенные мелкие угольные концентраты являются материалами на 100% готовыми в тлению, возгоранию, взрыву, поддержанию горения. Мы можем рассчитать многие параметры условий взрыва.

Как не допустить возгорания и взрывов пыли мелких угольных концентратов?

ГОСТ 12.1.044—2018 введен в действие 01.05.2019 года и должен дать российским проектировщикам информацию о том, какие показатели угольных пылей нужно знать для уверенной разработки процесса сушки угольных концентратов.

К сожалению ГОСТ 12.1.044—2018 не предусматривает определения важнейшей характеристики взвихренной угольной пыли – максимальное содержание кислорода в газах пылевоздушной смеси, когда взрыв будет невозможен.

Отсутствует в России и методика определения безопасного содержания кислорода в пылевоздушной смеси конкретного угля, обеспечивающая безопасную сушку = невозможность воспламенения и возникновения взрыва. Специализированные российские лаборатории, отвечающие за определение показателей пожаро-взрывоопасности пылей конкретных углей этот анализ не выполняют.