Ograniczanie zagrożenia wybuchem w instalacjach nawęglania elektrowni i elektrociepłowni spalających węgiel i biomasę

  • PDF

Instalacje nawęglania w elektrowni służą do dostarczenia paliwa konwencjonalnego, jakim jest węgiel, z placu składowego do zasobników przykotłowych. Jeżeli spalanie ma miejsce w kotłach rusztowych lub fluidalnych, węgiel kierowany jest z zasobników bezpośrednio do komory paleniskowej kotła.  W przypadku kotła pyłowego – węgiel trafia do młyna celem przygotowania odpowiedniej mieszanki pyłowo - powietrznej.  Większość elektrowni i elektrociepłowni polskich posiada kotły pyłowe, które wyposażone są zwykle w młyny kulowo – misowe.

Obecnie wymagania w zakresie ochrony środowiska wymuszają ograniczanie emisji dwutlenku węgla (CO2), tlenku węgla (CO) i dwutlenku siarki (SO2). Najprościej można to osiągnąć spalając paliwa nie powodujące takich emisji. Do nich należy biomasa pochodzenia rolniczego lub leśnego. Bezpieczne wprowadzenie biomasy do układu nawęglania elektrowni wymaga uwzględnienia jej własności pożarowo - wybuchowych. W tym celu najlepiej dokonać  kompleksowej analizy ryzyka wybuchu całej instalacji nawęglania, co zresztą jest przewidziane prawem i jest wykonywane w ramach opracowania dokumentu zabezpieczenia stanowisk pracy przed wybuchem [3].

Analiza ryzyka wybuchu dotyczy miejsc i stanowisk pracy, dla których wyznaczono strefy zagrożenia wybuchem. Za wyznaczenie stref zagrożenia wybuchem odpowiedzialny jest inwestor, projektant lub użytkownik [2]. Przepisy wprowadzające obowiązek klasyfikacji obiektów i przestrzeni zewnętrznych pod względem zagrożenia wybuchem obowiązują od dawna, a obecnie są zharmonizowane z  obowiązującą dyrektywą unijną ATEX 100  w sprawie urządzeń i systemów ochronnych przewidzianych do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem oraz dyrektywą ATEX 137  w sprawie ochrony pracobiorców przed skutkami wybuchu.

Klasyfikacja pod względem zagrożenia wybuchem jest odrębną od analizy ryzyka procedurą, która musi być zakończona integralnym dokumentem. Dokument ten powinien zawierać nie tylko ustalenia końcowe w postaci kodu strefy Ex dla kwalifikowanej przestrzeni oraz danych  pożarowo – wybuchowych występującego czynnika palnego, lecz również wykazać, że zastosowano właściwe rozwiązania budowlane i niezbędne środki ograniczające możliwość powstawania atmosfer wybuchowych wewnątrz urządzeń i pomieszczeń, a także, że zastosowano środki eliminujące źródła zapłonu i zastosowano zabezpieczenia przed skutkami wybuchu.

Ograniczenie zagrożenia wybuchem w elektrowni i elektrociepłowni można osiągnąć stosując odpowiednie środki techniczne, takie jak:

‒  dobór odpowiednich procesów spalania paliw,

‒  sprowadzanie paliw tylko o rozpoznanych parametrach pożarowo - wybuchowych,

‒  sprowadzanie paliw czystych,  tj. pozbawionych zanieczyszczeń,

‒  magazynowanie paliw w sposób nie powodujący powstawania źródeł zapłonu,

‒  właściwe rozwiązania budowlane obiektów nawęglania,

‒  dobór odpowiednich urządzeń i środków transportu paliw ze składowiska do zasobników przykotłowych,

‒  dobór odpowiednich systemów wentylacyjnych i systemów usuwania nagromadzeń pyłu,

‒  bezpieczna praca instalacji młynowej bloku energetycznego

‒  wykorzystanie automatyzacji, zdalnego sterowania, sygnalizacji i blokad,

‒  utrzymanie urządzeń w dobrym stanie technicznym (konserwacja, kontrola, wycofanie urządzeń zgodnie z instrukcją producenta),

‒  dobór urządzeń elektrycznych właściwej budowy.

Wymienione środki techniczne mogą być zastosowane wyłącznie zgodnie z posiadaną, aktualną i zatwierdzoną, dokumentacją techniczną i dokumentacją techniczno – ruchową urządzeń.

Poniżej omówimy każdy z tych środków.

Dobór odpowiednich procesów spalania paliw

Największe możliwości ograniczenia zagrożenia wybuchem daje dobór odpowiednich procesów spalania paliwa. Jest to możliwe tylko w procesie decyzyjnym. Można wtedy rozważyć np. czy należy dokonać tylko remontu kotła pyłowego, czy też jest szansa na jego modernizację, np. przez montaż oddzielnego palnika na biomasę, lub na dalej idące zmiany, np. zastąpienie paleniska pyłowego fluidalnym. Podjęcie na tym etapie decyzji umożliwia spełnienie podstawowej zasady bezpieczeństwa jaką jest użytkowanie urządzeń zgodnie z przeznaczeniem i w granicach parametrów na jakie zostały zaprojektowane.

Sprowadzanie paliw o rozpoznanych parametrach pożarowo – wybuchowych

Czynnikiem niebezpiecznym powodującym zagrożenie pożarem i wybuchem w elektrowniach i elektrociepłowniach jest paliwo: węgiel kamienny i biomasa. Krajowe elektrownie i elektrociepłownie stosują technologię współspalania biomasy z węglem kamiennym w kotłach pyłowych.

Ustalenie własności pożarowo wybuchowych pyłu węgla, biomasy i ich mieszanek pozwala ocenić zdolność do tworzenia atmosfer wybuchowych, zdolność do zapłonu oraz przewidzieć skutki ewentualnego wybuchu.

O zdolności pyłów węgla i biomasy do tworzenia atmosfery wybuchowej decydują: rozdrobnienie, zdolność do unoszenia się w powietrzu oraz dolna granica wybuchowości. Węgiel kamienny do opalania kotłów pyłowych jest rozdrabniany w młynach kulowo – misowych do frakcji ziaren mniejszych niż 100 µm. Większe rozdrobnienie powoduje wzrost zagrożenia wybuchem z uwagi na mniejszą energię potrzebną do zapłonu chmury pyłu.

Biomasa kierowana do młyna razem z węglem zostaje rozdrobniona na frakcje ok. 200 µm. Cząstki biomasy, mimo  większych rozmiarów, są znacznie lżejsze od ziaren węgla. Skutkuje to intensywnym unoszeniem pyłu biomasy. Może on gromadzić się nie tylko w najbliższej okolicy źródła emisji (np. 1m), ale również w miejscach bardziej odległych, a co gorsza trudno dostępnych do usuwania nagromadzeń pyłu.

Wartości dolnych granic wybuchowości pyłu węgla kamiennego i pyłu biomasy wynoszą odpowiednio: 60 g/m3, 100 – 150 g/m3. Należy jednak zaznaczyć, że wartości DGW dla węgla i biomasy spalanych w elektrowni muszą zostać ustalone w każdym konkretnym przypadku na drodze badań próbek pyłu. Parametry te muszą zostać ustalone oddzielnie dla pyłu węgla, pyłu biomasy i oddzielnie dla mieszanek węgiel – biomasa o dopuszczonym koncesją udziale procentowym biomasy oraz dla różnych gatunków biomasy przewidzianych do spalania.

Zdolność do zapłonu pyłów paliw stałych determinują:

‒        minimalna temperatura zapłonu obłoku pyłu,

‒        minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu,

‒        minimalna energia zapłonu iskrowego obłoku pyłu.

Znanym jest fakt, że paliwa gorszej jakości, do których należy biomasa, posiadają wyższą zawartość części lotnych i niższą temperaturę zapłonu niż paliwa lepsze o wyższej wartości opałowej. Iskry o energiach zapalających pył biomasy mogą powstawać bardzo łatwo np. iskry uderzeniowe, krzesane, a nawet elektrostatyczne. Dużą zdolnością zapalającą charakteryzują się iskry uderzeniowe pochodzące od uderzenia zardzewiałych części żelaznych, a jeszcze większą od uderzenia części aluminium. Minimalna energia zapłonu musi zostać ustalona oddzielnie dla węgla, oddzielnie dla biomasy oraz mieszanek biomasy i węgla.

Skutki wybuchu zależą od następujących parametrów pyłów palnych:

‒        maksymalne ciśnienie wybuchu,

‒        maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu,

‒        wskaźnik wybuchowości Kst.

Warto ustalić i znać te parametry dla paliw sprowadzanych do elektrowni. Parametry te muszą zostać ustalone oddzielnie dla mieszanek o dopuszczonym koncesją udziale procentowym biomasy z uwzględnieniem różnych gatunków biomasy przewidzianych do spalania.

Z punktu widzenia bezpieczeństwa przeciwwybuchowego najmniej odpowiednia do współspalania z węglem jest biomasa niekwalifikowana, pochodzenia drzewnego. Powodem jest duża zawartość wilgoci. Wtedy wymagana jest wyższa temperatura w młynie, co przy dużej zawartości części lotnych w pyle drzewnym ułatwia zapłon.

Do momentu spalenia, paliwa posiadają energię chemiczną, która może się wydzielić w różnych miejscach i w różnych sytuacjach – bądź wskutek działania innej postaci energii towarzyszącej procesom, bądź wskutek niezamierzonej reakcji chemicznej. Przyczyną zapłonu i wybuchu może być także reakcja zgazowania (pirolizy) zachodząca przy podgrzewaniu paliw bez dostępu powietrza. Piroliza biomasy wewnątrz urządzeń, szczególnie wewnątrz młyna, jest prawdopodobna, gdyż zachodzi w temperaturze 250 – 350 ºC. Piroliza węgla zachodzi w temperaturze 400 – 700 ºC.

Sprowadzanie paliw czystych, pozbawionych zanieczyszczeń

Paliwo sprowadzane do elektrowni (węgiel i biomasa)  powinno być paliwem czystym, to jest nie zawierającym żadnych zanieczyszczeń. Węgiel już w kopalni powinien być pozbawiony kamienia. Nie powinien być zanieczyszczony złomem żelaznym, a tym bardziej złomem metali kolorowych. Również inne zanieczyszczenia (np. szmaty, drewno) muszą zostać usunięte gdyż przyspieszają samonagrzewanie węgla. Biomasa nie powinna zawierać podobnych zanieczyszczeń, a także części nadwymiarowych i zawartości lakierów czy środków do impregnacji drewna, gwoździ, tworzyw sztucznych, gumy, itp. Urządzenia do wykrywania i usuwania zanieczyszczeń z paliwa stosuje się obowiązkowo w linii nawęglania każdej elektrowni.

Czystość paliw ma decydujące znaczenie w ograniczaniu występowania iskier uderzeniowych i krzesanych w urządzeniach linii nawęglania oraz w zapobieganiu rozwojowi reakcji egzotermicznych w miejscach skupisk paliwa.

Magazynowanie paliw w sposób nie powodujący powstawania źródeł zapłonu

Poważnym zagrożeniem składów paliw stałych jest skłonność do samonagrzewania i samozapłonu. Magazynowanie paliw nie powinno prowadzić do ich degradacji przez tlenie i rozwój reakcji egzotermicznych. W tym celu należy posiadać odpowiednie, oddzielne place składowe dla węgla i biomasy. Węgiel na placu składowym powinien być formowany w pryzmę. Aby ograniczyć dostęp tlenu do węgla pryzmę należy zagęszczać w trakcie formowania przez walcowanie. Zagęszczać należy także boki pryzmy. Stan pryzmy, a głównie jej powierzchni i temperatura składowanego węgla powinny być systematycznie sprawdzane. Temperatura węgla w pryzmie ponad 45 ºC świadczy o zapoczątkowaniu procesu tlenia. Proces ten musi zostać natychmiast przerwany. Tlące cząstki węgla skierowane do układu nawęglania elektrowni mogą spowodować pożar lub wybuch. Składowisko węgla powinno być wyposażone w  instalacje hydrantową.


Składowisko biomasy powinno być zabezpieczone przed opadami atmosferycznymi. Wtedy struktura biomasy i zawartość wilgoci w czasie składowania pozostaną nie zmienione.  Nie zwiększy się również zawartość pyłu. Aby uniknąć degradacji, biomasa powinna zostać możliwie szybko skierowana do spalenia. Składowisko biomasy powinno być wyposażone w instalację zraszaczową wodną. Zdalny stały nadzór zapewnia monitorowanie składowiska za pomocą TV przemysłowej.  Stan placów składowych węgla i biomasy powinien umożliwiać łatwe i szybkie oczyszczenie z pozostałości paliwa.

Rozwiązania budowlane obiektów nawęglania

Węgiel jest dostarczany do elektrowni transportem kolejowym: talbotami albo węglarkami. Talboty są rozładowywane nad bunkrem rozładowczym, spod którego wózki wygarniające kierują węgiel bezpośrednio na przenośnik taśmowy. Węglarki są rozładowywane wywrotnicą wagonów do leja zsypowego. Bunkry węglowe i leje zsypowe są budowlami podziemnymi, skąd węgiel jest transportowany układem przenośników taśmowych albo na plac składowy albo bezpośrednio do spalania.

Biomasa jest dostarczana do elektrowni transportem samochodowym. Rozładunek następuje bezpośrednio na specjalny plac składowy biomasy. Z placu, biomasa spychana jest do dołu zsypowego z przenośnikiem zgrzebłowym.

W elektrowniach i elektrociepłowniach budynki linii nawęglania: doły zsypowe paliw, bunkry węgla, budynki przesypowe i budynek bunkrowni łączą się z sobą przestrzennie poprzez tunele i galerię skośną. W tych połączonych z sobą budynkach łatwo może dojść do rozprzestrzeniania się pożaru i wybuchu. Z chwilą wprowadzenia biomasy, zagrożenie wybuchem stało się bardziej realne niż przy węglu. Pył biomasy łatwiej tworzy chmurę wybuchową, łatwiej ulega zapłonowi i stanowi materiał, który wybucha pierwszy. Fakt ten domaga się uwzględnienia w rozwiązaniach budowlanych linii biomasy.

Z punktu widzenia zapobiegania skutkom wybuchu podziemne usytuowanie urządzeń nie jest korzystne. Wybuch pyłu w podziemnej przestrzeni zamkniętej prawie zawsze powoduje poważne zniszczenia i wznieca chmurę pyłu osiadłego w połączonych z nią przestrzeniach innych budowli i budynków.

Budynki i budowle, w których stosuje się, przerabia bądź magazynuje materiały palne mogące z powietrzem utworzyć groźne atmosfery wybuchowe muszą odpowiadać szczególnym przepisom prawa [1], tak by skutki ewentualnego wybuchu mogły być zminimalizowane.

Lokalizację podziemną instalacji zasypu biomasy na linię nawęglania, ważenia biomasy i mieszania z węglem można zastąpić bardziej bezpiecznymi rozwiązaniami w lekkich budynkach naziemnych.

Dobór odpowiednich urządzeń i środków transportu paliw ze składowiska do zasobników

Transport paliwa do zasobników przykotłowych odbywa się przenośnikami taśmowymi.  Zwykle posiadają one budowę otwartą. W czasie transportu występują drgania konstrukcji i ruch powietrza co powoduje unoszenie drobnych frakcji ziaren węgla i biomasy i osiadanie ich na powierzchni posadzek i urządzeń. Z uwagi na własności biomasy zapobieganie pyleniu w elektrowniach i elektrociepłowniach oraz usuwanie jego skutków musi być brane pod uwagę w większym niż dotychczas stopniu.

W niektórych rozwiązaniach linii biomasy zastosowano przenośniki taśmowe całkowicie osłonięte i szczelne. W innych, uważa się, że po zmieszaniu z węglem pylenie zostaje ograniczone wskutek przykrycia warstwy biomasy warstwą węgla. Jak wynika z wielu dokonanych kontroli nie jest to pogląd w pełni usprawiedliwiony. Należy koniecznie ograniczać pylenie na trasach przenośników taśmowych, szczególnie latem, gdy wysuszona biomasa jest bardziej lotna.

Ważnym elementem układu transportu paliwa są budynki przesypowe. W budynkach tych zlokalizowane są zsypnice jedno lub dwudrożne umożliwiające odpowiednie skierowanie strumieni paliwa. Węzły przesypowe są tymi szczególnymi miejscami, gdzie pylenie jest większe. Zapobieganie pyleniu polega na uszczelnieniu konstrukcji przesypów oraz na stosowaniu nawilżania mgłą wodną wnętrza zsypnic w czasie transportu paliwa. W ten sposób likwiduje się możliwość powstania atmosfery wybuchowej wewnątrz i na zewnątrz przesypów. Warto również wiedzieć, że razem z wilgotnością pyłu wzrasta minimalna energia zapłonu iskrowego.

Największe zapylenie powstaje w bunkrowni (galeria zasobników) w trakcie nawęglania zasobników przykotłowych, gdy węgiel z biomasą jest zrzucany do zasobnika. W miarę zapełniania zasobnika coraz więcej pyłu unosi się nad rejonem zasypu. W tych miejscach należy rozważyć zastosowanie metod zasypu z odciąganiem pyłu lub  nawilżanie mgłą wodną.

Dobór odpowiednich systemów wentylacyjnych obiektów budowlanych i środków usuwania pyłu

W obiektach, w których w wyniku prowadzonego procesu magazynowania i transportu paliwa następuje pylenie ważne staje się usuwanie obłoków pyłu oraz  pyłu osiadłego.

Odpowiednia wentylacja lokalizująca, odsysająca pył z miejsc pylenia, może zapobiec niepożądanemu gromadzeniu się pyłu na powierzchniach posadzki i urządzeń. W elektrowniach, pomieszczenia w budynkach i budowlach linii nawęglania są z reguły wyposażane w wentylację mechaniczną ogólną uruchamianą w razie potrzeby. Wpływ takiej wentylacji na ograniczenie gromadzenia się pyłu węglowego w miejscach emisji  jest mały. Zastosowane w elektrowniach systemy wentylacyjne zapewniają zaledwie niski poziom wentylacji i małą dyspozycyjność. Zmianę może przynieść zastosowanie miejscowych odciągów pyłu z miejsc pylenia. Może dotyczyć to np. zsypnic i zasobników przykotłowych paliwa.

Mimo stosowania najlepszych systemów wentylacyjnych zawsze dochodzi do uwolnienia najbardziej lotnych frakcji pyłu do atmosfery pomieszczenia. Skutkuje to osiadaniem pyłu na powierzchni posadzki i urządzeń. O skali problemu świadczy, że wystarczy aby źródło emisji pyłu posiadało wydajność 0,01 g/s aby po upływie kilku dni w pomieszczeniu powstała kilkumilimetrowa warstwa pyłu o masie kilku kilogramów. Taka ilość pyłu jest już niebezpieczna - gdy wybuchnie może spowodować przyrost ciśnienia powyżej 5 kPa.

Ważnym problemem staje się systematyczne i skuteczne usuwanie nagromadzeń pyłu. Często elektrownie powierzają to zadanie firmom specjalistycznym. Spotyka się także instalacje centralnego odkurzania wykonane w budynkach przesypowych i bunkrowni, a nawet w galerii skośnej.

Bezpieczna praca instalacji młynowej bloku energetycznego

W elektrowni z kotłami pyłowymi każdy blok energetyczny wyposażony jest w kilka instalacji młynowych do przygotowania mieszanki pyłowo – powietrznej, kierowanej następnie bezpośrednio do palników kotła. Najczęściej, stosowane są instalacje z nadciśnieniowym młynem miażdżącym. W skład instalacji młynowej nadciśnieniowej wchodzą: zasobnik paliwa, podajnik ślimakowy dozujący paliwo do młyna, młyn kulowo – misowy z pyłoprzewodami, wentylator powietrza susząco – transportującego i wentylator powietrza uszczelniającego oraz układ olejowy

W czasie ruchu, wewnątrz młyna jest obecna pyłowa atmosfera wybuchowa. Bezpieczeństwo młyna w czasie normalnej pracy zapewnia stały przepływ powietrza susząco – transportującego z prędkością ok. 10 m/s. Inaczej jest w czasie uruchamiania lub zatrzymywania młyna. Wtedy, gdy pojawią się źródła zapłonu może dojść do wybuchu. Młyn nie jest wykonany jako odporny na ciśnienie wybuchu oraz nie jest wyposażony fabrycznie w system ochronny zabezpieczający przed skutkami wzrostu ciśnienia w czasie wybuchu.

Źródłami zapłonu pyłu wewnątrz młyna mogą być: cząstki rozżarzonego paliwa, gorące powierzchnie, iskry uderzeniowe oraz iskry krzesane.  W praktyce, wybuch wewnątrz młyna rzadko powoduje poważniejsze uszkodzenia. Jednakże konieczny jest postój - czyszczenie i przegląd młyna. Wybuch może natomiast spowodować przedmuch gorących gazów i rozżarzonych cząstek paliwa z młyna do zasobnika przykotłowego, a także do wentylatora i spowodować tam wybuch wtórny. Przyrost ciśnienia wskutek wybuchu może spowodować wydmuchy gorącego pyłu lub płomieni przez uszczelnienia drzwi rewizyjnych do kotłowni. Prawdopodobieństwo takiego zdarzenia wzrasta przy współmieleniu biomasy z węglem.

W czasie ruchu młyna przeciwdziałanie wybuchowi w jego wnętrzu polega przede wszystkim na zadaniu i utrzymaniu bezpiecznej temperatury mieszanki pyłowo – powietrznej za młynem. Wartość tej  temperatury  należy ustalić w zależności od parametrów charakteryzujących łatwość zapłonu paliwa., Zawartość wilgoci w paliwie i  aktualne obciążenie młyna decyduje o ilości i temperaturze powietrza susząco - transportującego.

Młyn powinien posiadać szczelne odcięcie od zasobnika przykotłowego, działające automatycznie przy wzroście temperatury w rurze zasypowej. Do ochrony młyna przed pożarem i wybuchem wykorzystuje się instalacje gaśnicze uruchamiane automatycznie. Instalacje młynowe powinny posiadać również zabezpieczenia ograniczające skutki wybuchu. Najwłaściwszym wydaje się stosowanie urządzenia ochronnego w postaci bezpłomieniowego odciążenia wybuchu. Wskazane jest, aby urządzenie takie zainstalować na dopływie powietrza do młyna, z uwagi na niższą wytrzymałość mechaniczną tego fragmentu instalacji.

Automatyzacja, sterowanie, sygnalizacja, i blokady

Przenośniki taśmowe i przesypy (zsypnice)

Przenośniki taśmowe należą do głównych urządzeń układu nawęglania elektrowni. Sterowanie pracą przenośników taśmowych nawęglania realizowane jest w rozproszonym systemie pomiarów i automatyki DCS z wizualizacją (Distributed Control System). Cały układ przenośników taśmowych elektrowni, ze składowiska i punktu rozładowczego wagonów do bunkrowni, jest zdalnie sterowany z nastawni nawęglania.

Ciągi przenośników taśmowych połączone są budynkami przesypowymi, w których następuje skierowanie strugi paliwa na odpowiedni ciąg nawęglania. Elementem kierującym paliwo są zsypnice sterowane zdalnie z nastawni nawęglania. Zsypnice wyposażone są często w czujniki przepełnienia.

Bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo pożarowo – wybuchowe przenośników taśmowych ma stosowanie środków zapobiegających pyleniu paliw oraz środków zapobiegających iskrzeniu i nadmiernemu nagrzewaniu. Sposoby ograniczenie pylenia: obudowy pyłoszczelne taśmociągów, szczelne zsypnice, sprawne zgarniaki pyłu węglowego z taśm przenośników, czujniki obecności paliwa na taśmie, czujniki kontroli zboczenia taśmy, czujniki przepełnienia zsypnic. Sposoby zapobieganiae iskrzeniu i nadmiernemu nagrzewaniu: kontrola temperatur części ruchomych – łożysk zestawów krążnikowych przenośników taśmowych (rolek), łożysk napędów, łożysk bębnów np. z wykorzystaniem kamery termowizyjnej.

Zasobniki przykotłowe paliwa

Zasobniki przykotłowe stanowią bufor gwarantujący ciągłą dostawę paliwa do młynów. Specyfiką ich pracy jest przetrzymywanie paliwa przez kilka godzin. Własności paliwa, takie jak zawartość wilgoci i lepkość, mogą powodować zaburzenia w pracy zasobnika. Sklejanie paliwa jest przyczyną powstawania w zasobniku nawisów w postaci mostka, komina, leja lub sklepienia itp. Może to doprowadzić do zatrzymania przepływu paliwa z zasobnika do młyna. Jeżeli w tym czasie nastąpi opróżnienie podajnika ślimakowego z paliwa, to sama konstrukcja podajnika nie zapewni szczelnego odcięcia od młyna. Wtedy nastąpi  przedmuch gorącego powietrza z młyna do zasobnika. Skutkiem może być pożar lub wybuch w zasobniku i w bunkrowni na galerii naweglania.

Zasobniki przykotłowe paliwa powinny być wyposażone w dwa pomiary poziomu paliwa: poziom maksymalny i poziom minimalny. Umożliwia to automatyzację pracy układu nawęglania. Obniżenie poziomu paliwa w zasobniku poniżej minimalnego jest niebezpieczne gdyż likwiduje „korek materiałowy” chroniący przed przedmuchem z młyna.

Z punktu widzenia zapobiegania wybuchowi, ważny jest ciągły przepływ paliwa z zasobnika do młyna przy jednoczesnym uniemożliwieniu przepływu gorącego powietrza w przeciwnym kierunku. Przepływ paliwa z zasobnika do młyna usprawniają: przeciwnawisowa wykładzina bazaltowa zasobników, wibratory mechaniczne lub  zdmuchiwacze pneumatyczne, pomiar poziomu zapełnienia zasobnika paliwem. Uniemożliwienie odwrotnego przepływu powietrza można uzyskać przez tzw. odcięcie materiałowe lub przez montaż zasuwy pneumatycznej na rurze zsypowej, tak jak w elektrowniach fluidalnych. Innym ważnym środkiem bezpieczeństwa jest detekcja toksykometryczna tlenku węgla nad zasobnikami. Pojawienie się tlenku węgla świadczy o rozwoju procesu tlenia w zasobniku. Wtedy wymagane jest podjęcie działań likwidujących ogniska pożaru.

Zespoły młynowe

Sterowanie pracą głównych urządzeń elektrowni jest wspomagane przez układy automatyki DCS, które działając samoczynnie, szybko i niezawodnie umożliwiają ekonomiczne i bezpieczne prowadzenie ruchu. Obiektem regulacji jest blok energetyczny: kocioł – turbozespół. Jednym z podstawowych układów automatycznej regulacji pracy bloku jest układ automatycznej regulacji (UAR) ciśnienia pary, który zmienia strumień paliwa do kotła przez oddziaływanie na prędkość (wysterowanie) podajników ślimakowych dostarczających węgiel z zasobników przykotłowych do młynów. W skład układu wchodzi również regulator powietrza susząco - transportującego do młyna oraz regulator temperatury mieszanki pyłowo powietrznej za młynem.
Bardzo ważnym parametrem młyna jest wydajność. Zmniejszenie wydajności powoduje ograniczenie produkcji pary w kotle, a to z kolei ogranicza moc elektrowni. Wydajność młyna zależy od [5]:

‒        podatności przemiałowej paliwa i wymaganego stopnia przemiału;

‒        strumienia ciepła dostarczanego do suszenia (niedobór ciepła może ograniczać wydajność młyna, a nadmiar może spowodować przesuszenie paliwa a nawet jego zapłon);

‒        wentylacji młyna. Sterując strumieniem powietrza, proces suszenia paliwa w młynie należy prowadzić tak, aby nie dopuścić do wzrostu temperatury mieszanki pyłowo – powietrznej ponad wartość zadaną.

Współmielenie mieszanki węgla z biomasą z reguły powoduje zmianę wydajności młyna.    Aby zapewnić bezpieczeństwo procesu mielenia wraz ze zmianą paliwa (węgiel zastąpiono mieszanką węgiel + biomasa) - nastawienie UAR instalacji młynowej musi uwzględnić zmianę wydajności młyna i podajnika młynowego.

Aby bezpiecznie i prawidłowo eksploatować młyn, muszą być spełnione wymagania w zakresie zabezpieczeń, sygnalizacji i blokad.

Automatyczne wyłączenie młyna (blokada)  powinno nastąpić, w przypadkach gdy:

‒        wyłączony zostanie wentylator,

‒         zostaną przekroczone parametry pracy przekładni,

‒         nastąpi przerwa w podawaniu paliwa,

‒         nastąpi przeciążenie silnika młynowego,

‒         nastąpi spadek różnicy ciśnień powietrza uszczelniającego i wentylującego poniżej 1 kPa,

‒         temperatura mieszanki pyłowo – powietrznej za młynem przekroczy 135 0C.

Sygnalizacja stanów krytycznych pracy młyna jest wymagana gdy:

‒        temperatura mieszanki pyłowo – powietrznej za młynem przekroczy górną lub dolną wartość zadaną,

‒        temperatura powietrza susząco – transportującego na wlocie do młyna przekroczy wartość ustaloną,

‒        zostaną przekroczone parametry przekładni młyna.

Warunki zabezpieczeń, blokad i sygnalizacji młyna i wentylatora powinny zostać ustalone z uwzględnieniem własności fizyko – chemicznych mielonego paliwa. W dokumentacji wytwórcy [6] parametry blokad i sygnalizacji są podane w odniesieniu do węgla. Ważne jest, aby bezpieczne prowadzenie młyna na innym paliwie niż węgiel było poprzedzone ostrożnymi próbami.

Utrzymanie urządzeń w dobrym stanie technicznym

Przenośniki taśmowe

Dobry stan techniczny urządzeń nawęglania zależy od terminowego i solidnego wykonywania czynności konserwacyjnych i przeglądów zgodnie z wymaganiami producenta zamieszczonymi w DTR (Dokumentacja Techniczno Ruchowa).  Należy przestrzegać terminów wykonania prac, jak i ich zakresów. W odniesieniu do urządzeń nawęglania najczęściej są to terminy półroczne.

Wpływ na poziom bezpieczeństwa przeciwpożarowego i przeciwwybuchowego przenośników taśmowych ma stan taśmy, krążników i  urządzeń czyszczących taśmę. Uszkodzenie taśmy - pęknięcie, naderwanie, zniszczenie krawędzi należy szybko usunąć. Taśmę, która wyciągnie się poza zakres regulacji napinania, należy skrócić i wykonać nowe złącze. Niedopuszczalne jest rozwarstwienie taśmy. Każdy przenośnik taśmowy powinien posiadać sprawne urządzenia czyszczące taśmę z przylepionego węgla. Zły stan taśmy może być przyczyną większego pylenia, czy wręcz rozsypywania paliwa. Innym ważnym elementem są krążniki (rolki) na których spoczywa taśma. Zużycie powierzchni zewnętrznych pierścieni krążników nie może przekraczać 25%. Krążniki powinny się lekko obracać. Zatarcie krążnika może doprowadzić do nadmiernego nagrzania, pożaru i/lub wybuchu.

Młyny

W czasie pracy młyna kulowo-misowego następuje zużycie elementów mielących, jakimi są dolny pierścień miażdżący, kule i pierścień dociskowy. Zużycie występuje wskutek ścierania powierzchni tych elementów. Dochodzi do zmniejszenia się wymiarów: średnic kul, grubości pierścieni i grubości ścian młyna. Dopuszczalne wartości zużycia zawarte są w DTR producenta młyna [6].

Na wielkość zużycia  elementów mielących wpływają dwa zasadnicze czynniki:

‒        czas pracy młyna,

‒        ilość i jakość mielonego węgla.

Z punktu widzenia prewencji przeciwwybuchowej, ważne jest, aby młyn wraz ze wszystkimi urządzeniami był w pełni sprawny. Decyduje to o jakości mieszanki paliwowo – powietrznej kierowanej do palnika.  Należy zadbać również o zachowanie szczelności młyna. Uszczelnienia drzwi i włazów należy często kontrolować i w razie potrzeby wymienić. Utrzymywać sprawność wyposażenia przeciwpożarowego młyna w postaci instalacji. gaszącej.

Stosowanie elektrycznych urządzeń przeciwwybuchowych

Stosowanie urządzeń elektrycznych w obiektach nawęglania elektrowni i elektrociepłowni powinno podlegać rygorom gwarantującym bezpieczeństwo przeciwpożarowe i przeciwwybuchowe. Jednym z nich jest sprawdzenie doboru urządzeń elektrycznych do warunków środowiskowych w jakich pracują. Charakterystyczne dla instalacji nawęglania warunki pracy urządzeń elektrycznych to zapylenie. Poziom zapylenia należy ocenić integralnie, niekoniecznie nawiązując do klasyfikacji wybuchowej stref. Jeżeli na urządzeniach elektrycznych może gromadzić się pył, np. ze względu na trudności w jego usuwaniu, to wiadomo, że urządzenie takie może być przyczyną zapłonu o ile nie jest urządzeniem przeznaczonym do pracy w strefie pyłowej. Dotyczy to szczególnie opraw oświetleniowych. Dlatego warto dokonać weryfikacji doboru urządzeń, szczególnie oświetlenia w miejscach gdzie występuje pylenie.

Środki organizacyjne zmniejszające ryzyko

W celu ograniczenia ryzyka wybuchu w elektrowniach i elektrociepłowniach do dyspozycji są również wielorakie środki organizacyjne zmniejszające ryzyko poniesienia skutków wybuchu przez pracowników.

Do najczęściej stosowanych środków organizacyjnych zmniejszających ryzyko wybuchu zalicza się:

‒        każdorazowe kontrole dostaw paliw,

‒        audyty dostawców paliw,

‒        specyfikacja prac pożarowo - niebezpiecznych wykonywanych w elektrowni i procedury ich   bezpiecznego wykonywania,

‒        posiadanie aktualnych instrukcji eksploatacji i techniczno - ruchowych,

‒        zatrudnianie pracowników posiadających odpowiednie i sprawdzone kwalifikacje,

‒        szkolenia pracowników w zakresie prewencji przeciwwybuchowej,

‒        optymalne rozmieszczenie stanowisk pracy,

‒        obchodowy system dozorowania i kontroli pracy instalacji powodujący skrócenie czasu  przebywania pracowników na zagrożonym stanowisku,

‒        stosowanie właściwych środków ochrony osobistej pracowników.

Podsumowanie

Elektrownie i elektrociepłownie chętnie korzystają z możliwości współspalania biomasy z węglem kamiennym. Wynika to z konieczności ograniczenia emisji gazów do atmosfery, ale również z rosnącej ceny węgla i z preferencji państwowych. Zasoby biomasy są duże i mogą zostać zwiększone przez planowe działania gospodarcze i korzystne ceny. Jednakże, w związku z spalaniem biomasy w elektrowni zagrożenie pożarem i wybuchem wzrasta. Wynika ono z własności fizykochemicznych tego paliwa. Produkcja biomasy powinna być objęta normalizacją gwarantującą jakość tego paliwa.. Współspalanie biomasy z węglem kamiennym w jednym  palniku pyłowym jest rozwiązaniem najprostszym i najtańszym, ale ideowo niewłaściwym. Istnieje wiele sposobów bardziej bezpiecznego i efektywnego spalania biomasy, np. w osobnym palniku. Wymaga to wprawdzie budowy oddzielnego układu paliwowego ale korzyści w ekonomice i bezpieczeństwie wydają się być oczywiste. Jak uczy doświadczenie, lepiej inwestować w nowsze rozwiązania niż stosować najprostsze traktując je jako tymczasowe.

Zmniejszenie zagrożenia wybuchem w elektrowniach i elektrociepłowniach, w istniejących układach współspalania biomasy z węglem kamiennym jest możliwe. Do zastosowań praktycznych przebijają się nowe techniki oferując nowe urządzenia i systemy ochronne, zabezpieczające przed wybuchem. Jednak zawsze najwięcej zależy od człowieka, jego poziomu wiedzy i  umiejętności jej stosowania - szczególnie w trudnych sytuacjach ruchowych. Należy jednak podkreślić, że coraz częściej decydenci wybierają rozwiązania będące nośnikiem prawdziwego postępu technicznego w dziedzinie produkcji „zielonej energii” i trwalszych efektów ekonomicznych.

Literatura:

[1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. (Dz. U. Nr 75, poz.690).

[2] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów. (Dz. U. Nr 109, poz. 719).

[3] Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 maja 2003 r. w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa. (Dz.U. Nr 107, poz.1004).

[4] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 9 czerwca 2006 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie minimalnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy, na których może wystąpić atmosfera wybuchowa. (Dz.U. Nr 121, poz. 836).

[5] Damazy Laudyn i współautorzy: Elektrownie, WNT, 1990.

[6] FPM Mikołów: DTR Młyn MKM-25-4

Używamy cookies i podobnych technologii m.in. w celach: świadczenia usług, reklamy, statystyk. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień Twojej przeglądarki oznacza, że będą one umieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. Pamiętaj, że zawsze możesz zmienić te ustawienia. Szczegóły znajdziesz w Polityce Prywatności.