關(guān)于高爐煤氣鍋爐電除塵器裝設(shè)CO傳感器的探討
高爐煤氣作為工業(yè)鍋爐及熱電廠鍋爐燃料,已在冶金企業(yè)廣泛采用,從CO濃度爆炸極限的確定及其影響因素,爆炸條件和運(yùn)行中電除塵器入口CO濃度分析等方面,對(duì)電除塵器爆炸的可能性進(jìn)行了分析,認(rèn)為摻燒高爐煤氣燃煤鍋爐電除塵器入口安裝CO傳感器非常必要.
1、高爐煤氣及其應(yīng)用
冶金工廠有著豐富的二次能源,如高爐煉鐵過(guò)程中的副產(chǎn)品一高爐煤氣。
高爐煤氣除部分供冶金工廠自用外,以前大部分均向空排放,既浪費(fèi)能源,又污染大氣環(huán)境。
為充分利用這部分能源,許多企業(yè)相繼建起熱電廠,讓鍋爐摻燒或全燒高爐煤氣進(jìn)行發(fā)電并向工廠供應(yīng)生產(chǎn)、生活蒸汽,從而節(jié)約能源,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
高爐煤氣是一種低發(fā)熱量的氣體燃料,其著火點(diǎn)較高,約為600~660℃左右,屬較難著火的氣體燃料。它含有大量氮和二氧化碳,可燃成分主要是一氧化碳。某鋼廠、冶金廠高爐煤氣成分見(jiàn)表1。
成分?某鋼廠?某冶金廠?CO2/% 20.27 19.5 N2/% 55.79 55.1 CO/% 22.3 22.7 H2/% 1.07 1.8 CH4/% 0.57 0.9 高爐煤氣中的一氧化碳是一種無(wú)色無(wú)味的有毒氣體,它與人體血液中的血紅素化合力很強(qiáng),為氧的200~300倍,能從血紅素中取代氧,從而使人發(fā)生缺氧窒息致死。當(dāng)空氣中CO含量達(dá)1%時(shí)(或12.5mg/L),人吸人幾口立即失去知覺(jué),停留1~2min即可造成致命中毒,因此,在使用CO時(shí)必須嚴(yán)防泄漏。
高爐煤氣燃燒時(shí)如不注意安全,導(dǎo)致燃燒惡化和熄火,以致煙氣中CO濃度達(dá)到爆炸極限時(shí),極易發(fā)生爆炸事故,危害人員生命,造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失。
由于高爐煤氣的特殊性質(zhì),國(guó)家制定頒布了相關(guān)法規(guī),如《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程))(GB6222一1986),企業(yè)也制定有一系列實(shí)施細(xì)則,以確保各項(xiàng)法規(guī)的落實(shí)。
2、鍋爐電除塵器CO濃度傳感器的安裝規(guī)定
高爐煤氣作為鋼鐵企業(yè)中工業(yè)鍋爐和電站鍋爐燃料,已在冶金企業(yè)廣泛采用,目前有全燒高爐煤氣的鍋爐及摻燒部分高爐煤氣的燃煤鍋爐在生產(chǎn)運(yùn)行。摻燒高爐煤氣的燃煤鍋爐與燃燒單一燃料的燃煤或燃?xì)忮仩t相比,因?yàn)橛袃煞N燃料及氣體燃料的特殊性質(zhì),在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、控制及維護(hù)諸方面均有更嚴(yán)格要求,電力部擬定的新規(guī)程《火電廠多燃燒器鍋爐燃燒室防爆規(guī)程》( 簡(jiǎn)稱《防爆規(guī)程》）對(duì)同時(shí)燃用多種燃料的鍋爐在上述方面作了系統(tǒng)規(guī)定,除鍋爐本體外,《防爆規(guī)程》還對(duì)燃料和空氣的供應(yīng)、燃料點(diǎn)火系統(tǒng)、爐膛及其監(jiān)控系統(tǒng)、安全保護(hù)、運(yùn)行操作等均作了詳盡的說(shuō)明和要求。
但是《防爆規(guī)程》對(duì)冶金企業(yè)自備熱電廠摻燒高爐煤氣的燃煤鍋爐電除塵器人口是否需要裝設(shè)CO傳感器的問(wèn)題未作說(shuō)明和規(guī)定。現(xiàn)有的電力部規(guī)程規(guī)范如《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》不可能針對(duì)冶金企業(yè)熱電廠制定相關(guān)規(guī)定,而國(guó)際《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》也未對(duì)此作說(shuō)明和規(guī)定。
CO傳感器的功能在于它能跟蹤、監(jiān)視鍋爐運(yùn)行過(guò)程中CO排放濃度的變化,做到提前報(bào)警,適時(shí)跳閘,避免電除塵器因CO濃度達(dá)到極限濃度而爆炸。
3 裝設(shè)CO傳感器的核心
3.1 氣體燃料的爆炸極限（著火濃度極限）
爆炸極限（著火濃度極限）定義：在一種特定管內(nèi)充以均勻的穩(wěn)定可燃混合物，從管底向頂部（自下而上）點(diǎn)火而不能正常著火燃燒時(shí)，燃?xì)庠诳扇蓟旌衔镏?大和*小含量（%）稱為爆炸極限（著火濃度極限）。
當(dāng)可燃?xì)怏w過(guò)少，燃燒析出的熱量亦少，不能把可燃混合物加熱到著火溫度因而不能著火，通常把這一極限稱之為爆炸下限（?著火零度下限）。
當(dāng)可燃?xì)怏w在可燃混合物中的含量過(guò)大，增加到一定限度時(shí)氧氣含量相對(duì)減少到只能使少量燃?xì)夥磻?yīng)析熱。此熱量也不能使混合燃料加熱到著火溫度，因而不能著火，通常把這一限稱作為爆炸上限（著火濃度上限）。
3.2 影響氣體燃燒爆炸極限的因素
（1）影響氣體燃料爆炸極限的因素有許多，根據(jù)有關(guān)資料介紹，一般有以下幾條：
容積尺寸的影響：隨著燃?xì)夂涂諝饣旌衔餃囟壬?，爆炸極限范圍將擴(kuò)大，對(duì)CO則相反，爆炸極限范圍反而變窄；
惰性氣體影響：當(dāng)惰性氣體含量增加時(shí)，爆炸極限的上下限均有所提高；
水分提高：水對(duì)碳?xì)浠衔锏谋ㄆ鹨种谱饔?，但?duì)CO則反起促進(jìn)作用；
氧氣影響：一般在氧氣中的燃?xì)獗O限范圍將擴(kuò)大。
（2）高爐煤氣與煤粉混合在鍋爐燃燒過(guò)程中由于受諸多因素的影響，燃燒狀況及運(yùn)行條件不斷變化，煙氣中既有煤氣不完全燃燒產(chǎn)生的 CO，又有煤粉不完全燃燒產(chǎn)生的 CO，煙氣在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的渦流、死角也會(huì)造成 CO濃度局部積聚。因此，要準(zhǔn)確地確定煙氣中 CO 濃度（爆炸）極限及煙道中整體及局部的 CO 濃度是非常困難的。由于電除塵器屬除塵器生產(chǎn)廠提供的設(shè)備，為預(yù)防 CO 濃度接近爆炸濃度極限，一般由制造廠向用戶、設(shè)計(jì)院及 CO濃度監(jiān)測(cè)儀制造廠提供相關(guān)的報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)值，作為 CO濃度監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行的依據(jù)。
目前普遍認(rèn)可的?CO 的濃度極限數(shù)據(jù)為∶報(bào)警∶1%～1.5% 聯(lián)鎖保護(hù)∶約 2%。
3.3 氣體燃料的爆炸條件
任何氣體燃料如發(fā)生爆炸，則必須具備下列三要素，即密閉的空間（或容器）;燃?xì)庠诳扇蓟旌衔镏泻刻幵诒舛葮O限范圍之內(nèi);有點(diǎn)火源存在。
3.4 電除塵器爆炸的可能性
對(duì)照上述爆炸濃度極限三要素，不難發(fā)現(xiàn)，鍋爐電除塵器屬密閉容器，運(yùn)行時(shí)有高壓電火化產(chǎn)生，當(dāng)煙氣中?CO 濃度一旦達(dá)到爆炸極限時(shí)，即達(dá)到了氣體燃料爆炸的三要素，必然會(huì)引發(fā)爆炸事故。
3.5 電除塵器入口 CO 濃度分析
運(yùn)行中的鍋爐電除塵器是否會(huì)發(fā)生爆炸事故，取決于煙氣中?CO 濃度是否會(huì)達(dá)到其爆炸極限濃度，也是判斷其入口是否必須裝設(shè) CO 濃度傳感器的關(guān)鍵。
嚴(yán)格地講，當(dāng)鍋爐運(yùn)行正常、燃燒穩(wěn)定時(shí)，鍋爐尾部煙氣中?CO 濃度是很小的。但當(dāng)鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)行，燃燒不穩(wěn)定甚至惡化時(shí)則很危除。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%燃?xì)忮仩t爆炸事故均發(fā)生在低負(fù)荷運(yùn)行期間，因?yàn)榈拓?fù)荷運(yùn)行時(shí)燃燒*不易穩(wěn)定，此時(shí)爐膛溫度下降，燃燒不充分，化學(xué)不完全系數(shù)增大，部分燃?xì)馕慈急M直接進(jìn)入煙道導(dǎo)致?tīng)t膛及煙道中 CO 濃度劇驟增加。當(dāng)燃燒進(jìn)一步惡化時(shí)，煙氣中 CO 濃度將進(jìn)一步增加，從而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。以上，從CO濃度爆炸極限的確定及其影響因素,爆炸條件和運(yùn)行中電除塵器入口CO濃度分析等方面,對(duì)電除塵器爆炸的可能性進(jìn)行了分析,認(rèn)為摻燒高爐煤氣燃煤鍋爐電除塵器入口安裝CO傳感器非常必要.
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