火电厂筒仓自燃原因及预防

　　筒仓,作为贮存散状物料的设施,在各行业得到了广泛的应用。在电力系统,筒仓主要用于贮煤,并已经历了多年的发展。筒仓贮煤与煤场贮煤相比有许多优越性。筒仓占地面积小,运行方式简单,系统调度灵活,同时,兼有贮存、缓冲和混煤等功能。筒仓贮煤降低了煤尘对环境的污染,符合现代工业的环保要求。因此说,筒仓贮煤是未来火力发电厂贮煤设施的一个发展方向[1]。

　　火电厂贮煤筒仓的安全性能关系着整个电厂的安全运行。影响筒仓安全的因素是多方面的,如工艺结构是否科学、运行方式是否合理以及综合管理是否到位等均是不可忽视的方面。目前,国内电厂的贮煤筒仓在安全方面还存在着一些有待解决的问题,如筒仓贮煤自燃现象普遍存在,有的时候引发筒仓爆炸,造成财产损失,甚至造成人员伤亡。因此,防止贮煤的自燃,是保证筒仓安全运行的重要环节。

　　1　贮煤自燃的机理

　　筒仓贮煤被空气中的氧气氧化是其自燃的根本原因。煤中的碳、氢等元素在常温下就会发生反应,生成可燃物CO, CH4及其他烷烃物质。煤的氧化又是放热反应,如果热量不能及时散发掉,将使煤的堆积温度升高,反过来又加速煤的氧化,放出更多的可燃物质和热量。当热量聚集,温度上升到一定值时,即会引起可燃物质燃烧而自燃。

　　2　贮煤自燃的影响因素

　　影响煤自燃倾向性主要有以下几方面的因素。

　　2.1　煤的吸氧量

　　煤的吸氧量与其高氧化速度、高脆性、硫化铁的含量、粒度特性、热平衡特性、燃点特性等有关。由于埋藏年代少、质变程度低以及内表面积大、内部毛细血管丰富,因而造成了煤的内水分高。煤炭内水分高,又使细小煤粉粘满大粒度的煤炭表面,形成一个个小单元,小单元非常容易吸附氧气并发生氧化反应,同时极不利于水蒸汽的蒸发和热量的散发,而容易造成热量的聚集。煤的吸氧量采用流动色谱吸氧测试法进行测试,应用热导法双气路气相色谱分析检测技术,测定煤对流态氧的吸附能力。煤的吸氧量是在常温和常压下单位质量干煤吸附的氧量,单位为cm3/g。

　　2.2　含水量

　　水分能使煤湿润并提高吸附氧的速度和能力。煤体中的水分蒸发时需要的热量与煤在氧化过程中产生热量是否平衡,是决定煤体温度升高的一个因素。如果水分含量高,煤在氧化过程中产生的热量主要使水分蒸发,煤体温度升高的可能性就会降低[2]。

　　2.3　硫化铁的含量

　　硫化物是点燃煤体和加速煤自燃的关键,通过计算局部小单元煤体硫化铁的质量达到2%时,可将局部煤体的温度提高260℃。

　　煤中的硫铁矿从地下的还原态转成地上的氧化态,在空气中的氧和水分的作用下发生如下反应:

　　以上均为放热反应,生成的H2SO4又进一步加速了黄铁矿的分解;黄铁矿氧化作用的加快,所产生的热量不断增加并聚集,促成自燃。

　　2.4　环境温度

　　煤体内部与表面的温度场是一个逆向变化的过程,即煤堆表面温度与环境温度成正比,而煤堆内部的温度与环境温度成反比。对这一现象的初步解释为当白天环境升温时,煤体表面温度因吸热不断升高,由于煤的不良导热性,这部分热量难以传到内部,但煤体中的水分是良好的导热介质,水分受热升温后,部分水分由于蒸发而吸收内部大量的热,从而使其放热降温,这是一个动态过程。随着水分的散失,煤体空隙度增大,易于热量的传递;当环境降温时,煤表层温度下降,水分蒸发量减少,内部煤体因发生缓慢的氧化过程而导致温度升高,最后处于相对稳定状态。煤的这种热量的动态交换过程增加了煤体内部空隙,有利于气体流通,促进了煤的氧化反应,从而导致煤自燃。

　　2.5　供氧条件

　　煤暴露于空气中,表面与空气充分接触,而且空气通过煤块之间的间隙渗透到煤堆内部,给煤堆内部氧化创造了条件。煤的块度越大,煤块之间的间隙越大,其供氧条件越好。

　　2.6　挥发分

　　煤在常温下的氧化能力主要取决于挥发分的含量,挥发分含量越高,自燃倾向性越强,而且自燃时间也会相应缩短。如果电厂某筒仓,贮煤入仓时间还不到两周就发生了自燃,其原因就是由于煤的挥发分较高,且又在室外堆放过一段时间,导致其自燃。

　　2.7　煤的粒度

　　煤粒度越小,比表面积越大,与氧的接触面积和耗氧速度越大,氧化放热性也就越强。通常,粒度分布范围宽的煤,氧化自燃性越强。

　　此外,煤的存放时间、压实程度,筒仓工艺结构等因素都会影响煤的自燃。一般,煤的自燃要经历水分蒸发、氧化、自燃3个阶段。室外存放的时间越长,氧化的程度越高,进仓后就越易自燃。将煤压实,能减少煤块之间的间隙,减少空气在煤堆内的渗透量,削弱供氧条件。同时,贮煤的自燃又与筒仓的工艺结构形式有关。工艺结构形式阻碍煤的流动,则煤易滞留,久之则自燃。

　　3　防止筒仓贮煤自燃的措施

　　3.1　筒仓监测系统

　　安装筒仓监测系统,可以早期发现筒仓贮煤发生自燃现象,将事故消灭在萌芽阶段。筒仓的监控项目有煤的温度、筒仓内气体中一氧化碳和烟雾的浓度(以上为直接控制项)以及煤的贮量(间接控制项)等。温度是贮煤自燃的首要条件;一氧化碳和烟雾的浓度反映了贮煤自燃的程度;煤的贮量涉及到贮存期的管理。对于非坑口火电厂而言,由于瓦斯的比重较轻,在筒仓入煤的同时,由于正压的作用由入料口排出,故不对其进行监控。

　　3.2　筒内贮煤量适当

　　要正确核定贮煤时间,尽量不要超过煤的自燃发火期。而且,贮煤时间越长,氧化程度越高,煤的经济价值下降越多。仓内贮煤原则上先进先出,即倒仓顺序按来煤先后依次进行。当机组大修、故障停机或降负荷运行时,在燃煤用量减少、倒仓时间延长的情况下,应适当控制来煤量,以减少仓贮,保证适当的倒仓时间。

　　3.3　加强现场管理

　　加强现场管理,尽早发现煤自燃征兆,并采取处理措施。如发现有局部温度升高、冒热气、冒烟等现象时,即可判断该处氧化层已发生自燃(自燃状态一般为阴燃)。这时要立即停止筒仓入煤运行作业,并且对仓顶所有孔洞进行封堵,以隔绝空气。有条件或必要时,筒仓内注入惰性气体,阻止燃烧。同时要强化监视,根据包括料位计在内的各种监测仪器的显示值,分析确定燃煤的位置和程度,以决定采取正确的控制或消防措施及确定对仓内煤的定仓使用或紧急排放。当确认贮煤自燃后,切不可盲目地从仓顶浇水灭火。因为在自燃较严重的情况下,浇水处理会促使燃煤因燃烧不充分而产生大量的一氧化碳气体。致使火未扑灭,又增加了新的爆炸因素[4]。

　　4　筒仓设计时的注意事项[5]

　　为了避免筒仓贮煤发生自燃,在设计筒仓时,应考虑以下几方面事项。

　　a)筒仓的直径不宜过大。可采取串联布置方式以提高储量。这样设计的好处是既便于使用管理,也顺应煤炭分储分装的销售形势。

　　b)筒仓的高度不宜过大。好处是进仓运输设备不必过长;不需配置专门的消防水泵;人员上下便利;降低了配套设施的投资。

　　c)筒仓仓顶部要设计防爆门,当内部压力过大时,防爆门能自动打开,降低筒仓内部压力,可防止仓内储煤因自燃引起爆炸。

　　d)筒仓内壁光滑,连接处要平滑过渡,避免出现死角位置。

　　e)筒仓内部所使用的钢架,避免采用工字钢、角钢,应采用圆钢。

　　5　结束语

　　本文对火电厂筒仓贮煤自燃进行了讨论。分析了煤的自燃机理,以及影响自燃的主要因素。并从使用及设计角度提出预防自燃的措施,以消除潜在隐患,保证筒仓设备的安全运行。