Рекомендации по проектированию безопасных установок для сушки угля. Оборудование. Примеры. Анализ ошибок

ВНТП 3—92 Временные нормы технологического проектирования УОФ [10]

ПБ при обогащении и брикетировании углей номер 487 от 20.11.2017 года [8]

ГОСТ Р МЭК 61241.10.2007 Электрооборудование для зон опасных по воспламенению угольной пыли. [11]

ВНТП 3—92 – временные нормы технологического проектирования являются основным документом действующим на сегодняшний момент времени в России. Для 1992 года это был во многом хорошо проработанный документ. Но уже в 1992 году, советские специалисты считали эти нормы временными. Прошло 30 лет. Время остановилось для развития норм технологического проектирования углеобогатительных фабрик. Эта пауза в развитии сохраняется до сих пор – до 2022 года. Эта пауза остановила и развитие норм проектирования установок для сушки углей.

Расчет и проектирование сушильных установок выполнялся в настояшее время с использованием указанных выше нормативных материалов. Нормативные материалы основаны на советском опыте строительства и эксплуатации установок для сушки угля. Опыт этот не самый привлекательный, было много случаев возгораний, которые по причине большого количества горючего материала в сушильном аппарате (в основном сушильные барабаны) и повышенного содержания кислорода приводили к взрывам, пожарам, серьёзному экономическому ущербу для угледобывающих предприятий.

Основное внимание российские нормы по Технике Безопасности уделяют созданию условий для нераспространения уже возникщего возгорания (разделение помешения на отсеки – топочный, сушильный, газоочистки, отключающие клапаны, разделяющие блоки оборудования, подача пара, распыленной воды, ВПК и т.п.).

О условиях и технических решениях, обеспечивающих невозможность возникновения возгорания или взрыва угля в сушильном аппарате, в действующих нормах не сказано почти ничего.

В разделе 02 и далее по тексту сказано много критических слов о техническом уровне оборудования, состоянии знаний и технических норм, успользуемых в России при проектировании установок для сушки угля и цехов сушки. Все эти слова ни в малейшей мере не относятся к людям, которым последние 50 лет приходилось проектировать в России сушильные установки для угля. Часто это были принципиальные, способные и старательные люди.

Этим людям приходилось ставить в цеха сушки то оборудование, которое реально выпускалось советскими и далее российскими предприятиями. Этим людям приходилось пользоваться и точно следовать тем техническим нормам, которые являлись и остаются в России «техническими законами». Эти люди не видели другого оборудования, не знали других технических решений. Литература по современным безопасным технологиям для сушки углей полностью отсутствует в России.

В таких условиях проектные институты, повторяя старые проектные решения 40-50-ти летней давности, проектировали и проектируют взрыво-пожароопасные цеха для сушки углей, в которых выбор оборудования и используемые технические решения вызывают только сожаление у европейских специалистов. Это в полной мере относится к российским, отчасти и к китайским проектировщикам и изготовителям оборудования.

Задача инженеров, читающих эту книгу, состоит в том, чтобы остановить распространение опасных технических решений при проектировании цехов сушки угля.

Нужно ясно понимать, что цеха сушки угля, построенные сегодня на основе устаревших, ошибочных и опасных решений, переживут своих проектировщиков и создателей. Эксплуатационный персонал этих цехов будет многие десятки лет подвергаться опасности, будет ежедневно работать с оборудованием, которое плохо поддается управлению, установлено на основе ошибочных и устаревших технических проектных решений.

03. Основные показатели пожаро-взрывоопасности углей и угольных пыле-воздушных смесей, по данным немецких лабораторий по технике безопасности

Европейские лаборатории по технике безопасности, например немецкий институт по безопасности в угольной промышленности IBEXU, выполняют комплексные исследования, дающие полную информацию о параметрах взрыво-пожароопасности углей и их пылей в реальных промышленных условиях.

Получаемые данные позволяют надежно рассчитывать промышленные установки. Для выполнения исследований требуется проба угля 2,5—3 кг. Стоимость исследований около 6000 евро (на 2020 год).

Исследования начинаются с определения стандартных показателей угля – элементарный состав, летучие, зольность, насыпной вес, гранулометрический состав. Характеристики присланные заказчиком должны быть перепроверены.

Далее определяются основные параметры взрыво-пожароопасности угля.

Параметрические значения взрыва:

Максимальное взрывное превышение давления, р

, (например 7,6 бар);

Максимальная скорость повышения давления (dp/dt)

(например 532 бар /сек);

Специфическая постоянная продукта, Kst-Wert (например 144 бар*м/сек);

Класс взрывоопасности пыли, (например St1).

Нижний предел взрывоопасной концентрации, UEG (например 60г/м

). Такой или более высокий уровень концентрации угольной пыли практически наблюдается на выходе из сушильного аппарата, на входе в систему газоочистки, в зонах пересыпки при пылении.

Параметрические показатели взрыва углей используются для выбора взрывных предохранительных клапанов (ВПК). На основе этих данных и геометрических размеров оборудования рассчитывают площади сечения и расстановку ВПК. После расчета производитель ВПК гарантирует, что оборудование будет защищено.

Предельная концентрация кислорода (SGK) в азоте (N2). Необходимо подчеркнуть, что устанавливаемые на сушильных установках газоанализаторы на кислород должны показывать ОБЪЕМНОЕ содержание кислорода во ВЛАЖНЫХ газах. Это основной показатель обеспечивающий безопасность сушильной установки при обязательном непрерывном контроле этого показателя и поддержании установки в непрерывной работе. О том как обеспечить низкое содержание кислорода рассказано далее.

Температура воспламенения (печь Годберта Гринвальда), например -580°С

Минимальная энергия воспламенения (MZE),

Характеристика горения

Температура тления, например 240° C

Температура самовозгорания при тёплом хранении в слое или в силосе. Этот показатель показывает способность высушенных порошкообразных материалов (например концентратов углей) саморазогреваться и возгораться при хранении.

Таблица 8. Показатели взрыво-пожароопасности углей определяемые в немецких лабораториях. Пример

Температура подсушенного угля.

При сушке угольных концентратов подсушенный мелкодисперсный продукт необходимо охлаждать, перед накоплением на складе до отгрузки. Это увеличивает сложность обеспечения безопасности процессов, особенно при высоком содержании летучих в угле.

По опыту установок приготовления пылеугольного топлива (ПУТ) с накоплением ПУТ в силосах, необходимо поддерживать температуру подсушенных мелких угольных продуктов на уровне менее 60° C. Наиболее просто снижать температуру подсушенного мелкого угля путем его смешения с холодным кусковым углем до подачи на склад.

Теоретически возможна загрузка горячего подсушенного и холодного кускового угля на конвейерный транспортер в несколько слоев, далее перемешивание и усреднение при пересыпках. Этот прием последние десять лет мы предлагаем в проектах сушильных установок.

Однако этот прием, несмотря на свою внешнюю простоту, нигде не исследовался в части эффективности смешения, ликвидации слоев мелкого сухого угля нагретого выше 60°C. Не исключено, что более безопасным является использование специальных смесителей для мелкого подсушенного и холодного кускового угля с непрерывной загрузкой и выгрузкой, которые гарантируют надежное перемешивание угля и снижение температуры.