李瑞光，劉占泉

(北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司包頭第二熱電廠，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

火電廠煤場(chǎng)煤堆自燃原因分析及應(yīng)對(duì)措施研究

李瑞光，劉占泉

(北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司包頭第二熱電廠，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

分析了火電廠煤場(chǎng)煤堆自燃的主要原因，提出了防止煤堆自燃的應(yīng)對(duì)措施。分析結(jié)果表明：煤中的硫分、揮發(fā)分、水分、煤的儲(chǔ)存條件、季節(jié)變化等都對(duì)煤堆的自燃產(chǎn)生影響；為了防止煤堆自燃，應(yīng)該從煤堆的底層布置、煤堆的設(shè)置、煤層壓實(shí)、煤種的使用順序、煤場(chǎng)監(jiān)控等幾個(gè)方面入手。

火電廠；煤堆；自燃

儲(chǔ)存在大氣環(huán)境中的煤經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹、日曬、雨淋后，會(huì)與空氣中的氧氣充分接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，致使煤堆內(nèi)部溫度升高。當(dāng)煤堆溫度達(dá)到煤的燃點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)致自燃。煤堆一旦發(fā)生自燃，會(huì)造成下列嚴(yán)重后果：

1)引發(fā)制粉系統(tǒng)爆炸。自燃的煤堆中心溫度可達(dá)800～1 000 ℃，甚至更高。而煤塵引燃溫度一般為610～1 050 ℃，因此，當(dāng)煤塵質(zhì)量濃度超過爆炸下限值時(shí)，自燃的煤炭極有可能引發(fā)爆炸。

2)污染作業(yè)環(huán)境。煤自燃形成的煙霧中含各種有害氣體，會(huì)嚴(yán)重污染電廠的作業(yè)環(huán)境和電廠周邊的生活環(huán)境，危害作業(yè)人員和周圍居民的健康。

3)燒毀大量的煤炭和輸煤膠帶等設(shè)備。自燃產(chǎn)生明火后，極易發(fā)生火災(zāi)，燒毀儲(chǔ)存的煤炭和輸煤膠帶等設(shè)備，造成無法估量的損失。

1 煤堆自燃原因分析

煤堆的自燃與否是由煤堆的內(nèi)因和外因兩部分決定的。內(nèi)因是煤質(zhì)本身的因素，包括煤中的硫分、水分和灰分；外因是煤堆存放造成的，主要包括季節(jié)的變化和儲(chǔ)存條件。表1列出了禍源溫度與煤堆溫度上升速度的關(guān)系。

表1 禍源溫度與煤堆溫度上升速度關(guān)系

1.1 煤中的硫分

一般情況下，煤中含有的硫分占10%左右。在一定溫度下，硫與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化硫，進(jìn)而生成稀硫酸。在這一過程中產(chǎn)生了熱量，提高了煤堆中的溫度，引起自燃。一般說來，煤中硫分越高，自燃的幾率越大。

1.2 煤中的水分

煤中含有的水分大約在2%～20%之間，水分會(huì)增加煤堆的自燃。有水分參與時(shí)，煤中的各種化學(xué)反應(yīng)加快，產(chǎn)生的熱量提高。如氧化硫遇水反應(yīng)生成稀硫酸的過程會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，這些熱量會(huì)使水蒸發(fā)變成熱汽，熱汽在煤堆中擴(kuò)散，擴(kuò)大了煤堆的高熱區(qū)，增加了煤的自燃區(qū)域。

1.3 煤中的揮發(fā)分

煤中揮發(fā)分的主要成分是低分子烴類，如硫化氫、—氧化碳、丙烯、甲烷、乙烯、二氧化碳等。揮發(fā)分物質(zhì)燃點(diǎn)低，容易燃燒。根據(jù)資料介紹，當(dāng)煤堆溫度達(dá)到50～60 ℃時(shí)，Vad>28%以上的煤在1、2天內(nèi)便會(huì)發(fā)生自燃； Vad<21%以下的煤堆一般要到80 ℃以上，才會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象。

1.4 儲(chǔ)存條件的影響

煤炭發(fā)生自燃的根本原因是煤與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)。儲(chǔ)存條件的不同會(huì)對(duì)氧化反應(yīng)產(chǎn)生一定的影響。發(fā)電廠儲(chǔ)煤場(chǎng)一般都是露天的，煤與氧氣接觸充分，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放熱量。若釋放出的熱量產(chǎn)生積聚，煤堆的溫度就會(huì)上升，達(dá)到自燃溫度后，就會(huì)發(fā)生自燃。

1.5 季節(jié)變化影響

季節(jié)變化對(duì)煤自燃的影響主要體現(xiàn)在外部的溫度和煤的水分發(fā)生變化方面。夏秋季時(shí)，氣溫升高，降雨頻繁，煤層被雨水滲透，煤中的灰分和末粉被雨水帶走，煤層變得疏松，在煤堆底部形成了許多空洞。疏松的煤層和煤堆底部的空洞使得滲入煤堆內(nèi)的空氣量增大，給煤堆自燃提供了充足的氧氣，此季節(jié)水分也比較高，因此自燃的可能性增加。經(jīng)驗(yàn)表明，每年的夏秋兩季，特別秋季，是煤自燃的多發(fā)季節(jié)。

2 煤堆自燃的預(yù)防措施

目前，火電廠中煤場(chǎng)類型包括開放式、半開放式、全封閉圓型、圓筒倉并列群倉、全封閉圓形煤場(chǎng)、全封閉方形等6種類型。其中，開放式、半開式煤場(chǎng)較多，全封閉圓形和全封閉方形煤場(chǎng)是新近出現(xiàn)的煤場(chǎng)，圓筒倉并列群倉因其造價(jià)高一般電廠很少采用。為了防止煤堆自燃，對(duì)于不同類型的煤場(chǎng)，應(yīng)該采取不同的措施。

2.1 鋪設(shè)煤堆底層，防止自燃煤種積存

煤堆的場(chǎng)地一般鋪設(shè)水泥地面，減少煤堆中空氣的攝入量。為防止取料機(jī)取料時(shí)刮到水泥，煤堆要鋪有1 m厚左右的底煤，形成煤堆底層，保證正常取料。選作煤堆底層的煤種一定是不易燃煤種，消除自燃隱患。一般來說，鋪底煤以單一煤種為最佳，各組分煤質(zhì)近似的混煤為其次。煤堆底層的煤也可作為應(yīng)急儲(chǔ)備之用，每年春秋兩季可以將同類煤置換一次。選鋪底煤種參數(shù)值范圍如表2所示。

表2 鋪底煤種煤質(zhì)參數(shù)選擇范圍

2.2 合理設(shè)置煤堆形式，推遲氧化時(shí)間，減少氧化反應(yīng)

1)合理地堆積煤堆的形狀，把煤堆積成頂部齊平的人字形屋脊式，減少陽光的照射和雨水的滲入。煤堆斜面的角度控制在40～45°之間，高度控制在8 m以內(nèi)。

2)合理地設(shè)置煤堆的走向。我國地處東北半球，煤堆大部分是長(zhǎng)方形，陽光經(jīng)常照在頭頂偏南方向。所以，對(duì)于長(zhǎng)方形的煤堆，取南北方向?yàn)榧眩梢詼p少陽光的照射。

3)對(duì)煤堆設(shè)置阻風(fēng)屏障。對(duì)于有多種煤質(zhì)的煤場(chǎng)，可在煤場(chǎng)主導(dǎo)風(fēng)的上游堆放穩(wěn)定性強(qiáng)、灰分偏高、硫分及全水分較低且顆粒均勻度較好的煤種，形成風(fēng)障，降低對(duì)流形成的風(fēng)壓差，阻滯風(fēng)力的影響，對(duì)其他易自燃煤種的組堆起到保護(hù)作用，從而延緩自燃著火時(shí)間。

2.3 壓實(shí)煤層，減少煤粒之間的空隙

如果煤粒之間的空隙過大，煤層疏松，積聚的空氣就會(huì)較多，容易發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放熱量，引起自燃。為此，在存放煤時(shí)，可用推煤機(jī)對(duì)煤堆周圍和煤層壓實(shí)。煤堆周圍壓實(shí)的周期可根據(jù)煤種情況和季節(jié)情況而定。對(duì)于易燃煤種，可3～5 d壓實(shí)1次；對(duì)于不易燃煤種，可1～1.5個(gè)月左右壓實(shí)1次。煤層壓實(shí)的周期也要根據(jù)煤種而定，對(duì)揮發(fā)分、全水分、硫分等含量較高的易自燃煤種，每鋪堆到1.5～2 m厚時(shí)需壓實(shí)1次；揮發(fā)分、全水分、硫分等含量較低的不易自燃煤種，可鋪堆到4～5 m時(shí)壓實(shí)1次。

2.4 優(yōu)先使用易自燃煤種，避免自燃風(fēng)險(xiǎn)

在使用煤時(shí)，應(yīng)該堅(jiān)持“易自燃煤種優(yōu)先取用”的原則，降低自燃的風(fēng)險(xiǎn)。表3給出了幾個(gè)不同煤種的煤質(zhì)特性參數(shù)。

表3 不同煤種煤質(zhì)特性參數(shù)

同時(shí)，要計(jì)劃好煤的存儲(chǔ)時(shí)間，合理安排采購計(jì)劃，做到既不影響機(jī)組供煤，也不過多儲(chǔ)煤，避免自燃風(fēng)險(xiǎn)。一般來說，在露天放置的條件下，煙煤和褐煤的存放時(shí)間要控制在1個(gè)月以內(nèi)，無煙煤、貧煤存儲(chǔ)時(shí)間可略長(zhǎng)一些，但也應(yīng)控制在4 個(gè)月以內(nèi)。

2.5 加強(qiáng)煤場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解和處理自燃隱患

對(duì)煤場(chǎng)的溫度監(jiān)測(cè)，可以采用傳統(tǒng)的作法，安排煤場(chǎng)管理人員對(duì)煤堆進(jìn)行定期巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤的自燃隱患。也可利用現(xiàn)代化技術(shù)手段對(duì)煤場(chǎng)進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤堆溫度升高、冒煙、冒汽等情況，采取措施進(jìn)行處理，避免發(fā)生煤堆大范圍自燃的情況。

目前，有些科研機(jī)構(gòu)和電廠開發(fā)了監(jiān)測(cè)煤場(chǎng)溫度的人工智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤堆溫度和自燃情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。如內(nèi)蒙古民族大學(xué)趙琳娜等人設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee 技術(shù)的儲(chǔ)煤自燃溫度無線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用IAR 編譯工具編制軟件，通過對(duì)埋在煤堆中幾個(gè)關(guān)鍵溫度節(jié)點(diǎn)的溫度傳感器的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了“儲(chǔ)煤現(xiàn)場(chǎng)、燃料管理車間、生產(chǎn)技術(shù)中心”三級(jí)系統(tǒng)對(duì)煤溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，這個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠在100 m范圍內(nèi)較好地傳輸煤堆的溫度數(shù)據(jù)。在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，它在100 m范圍內(nèi)也能正常傳輸測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的溫度傳感器數(shù)據(jù)，誤差在±2 ℃，滿足了煤場(chǎng)對(duì)煤堆的監(jiān)控測(cè)溫要求。圖1為趙琳娜等人設(shè)計(jì)的儲(chǔ)煤自燃無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

浙江省臺(tái)州發(fā)電廠裘叢杰等人利用紅外熱成像儀監(jiān)測(cè)范圍廣、檢測(cè)速度快、測(cè)點(diǎn)密集、安裝容易及維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，開發(fā)了一套紅外熱成像儀煤場(chǎng)自燃監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，對(duì)煤場(chǎng)實(shí)施監(jiān)測(cè)，如圖2所示。這套系統(tǒng)具有預(yù)測(cè)煤場(chǎng)溫度發(fā)生變化的優(yōu)點(diǎn)，能夠提前發(fā)現(xiàn)煤堆的自燃傾向性，以便及時(shí)采取有效措施，防止煤場(chǎng)的自燃。這套系統(tǒng)使用后，已經(jīng)多次發(fā)現(xiàn)煤場(chǎng)的自燃隱患，收得了良好的效果。

圖1 儲(chǔ)煤自燃無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)

圖2 紅外熱成像儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3 結(jié) 語

煤堆自燃是火電廠煤場(chǎng)面臨的一個(gè)重大問題，自燃會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)l(fā)生產(chǎn)安全事故，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐分析可知，煤中的硫分、水分、揮發(fā)分、煤的儲(chǔ)存條件和季節(jié)變化是引起火電廠煤堆自燃的主要影響因素，因此，為了預(yù)防煤堆自燃，可采取以下幾方面措施：

1)鋪設(shè)單一煤種的底煤，防止自燃煤種長(zhǎng)期積存；

2)合理設(shè)置煤堆的形式和走向，并設(shè)置阻風(fēng)屏障，以此推遲氧化時(shí)間，減少氧化反應(yīng)；

3)壓實(shí)煤層，減少煤粒之間的空隙；

4)堅(jiān)持“易自燃煤種優(yōu)先取用”的原則；

5)加強(qiáng)煤場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解和處理自燃隱患。

[1]裘叢杰，吳永朋.火電廠煤場(chǎng)自燃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探討[J].發(fā)電與空調(diào)，2012(1)：21-24.

[2]韓宏彬.火電廠煤場(chǎng)自燃的形成特征及防控方法[J].中國電力，2013(4)：98-103.

[3]趙琳娜，寶力高，孫 可，等.基于zigbee的火電廠儲(chǔ)煤自燃監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015(4)：288-291.

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[5]賈曉梅.基于AB PLC的火電廠配煤系統(tǒng)智能控制研究[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，11(3)：263-265.

(責(zé)任編輯 張 凱 校對(duì) 佟金鍇)

Causes of Coal Dump Spontaneous Combustion in Thermal Power Plant Coal Yard and Counter Measures

LI Rui-guang,LIU Zhan-quan

(Baotou second thermal power plant,North United Power Co.,Ltd.,Baotou 014030,Inner Mongolia)

This paper analyzed the main causes of the coal dump spontaneous combustion.Analysis results showed that the sulfur in coal,volatiles,water,coal storage conditions and the seasonal change had an effect on the coal spontaneous combustion.In order to prevent the coal spontaneous combustion,it should be paid much more attention to the basement arrangement and layout of the coal dump,the coal bed compaction,the coal service sequence and the coal yard monitoring.

Thermal power plant;Coal dump;Spontaneous combustion

2016-04-24

李瑞光(1975-)，男，內(nèi)蒙古包頭人，工程師。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.04.006

TM621.9

A

1673-1603(2016)04-0319-04