火電廠鋼煤斗二氧化碳氣體消防配置比較

呂松力，李昌明，斯　琴

(1. 內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責任公司，內(nèi)蒙古　呼和浩特　010020； 2. 呼和浩特市建筑工程有限責任公司，內(nèi)蒙古　呼和浩特　010020)

1　概述

近年來，隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，新建和擴建的發(fā)電機組越來越多，而大容量、高參數(shù)的發(fā)電機組更是突出，對電廠消防系統(tǒng)不斷提出新的要求，尤其是氣體消防。由于燃煤電廠系統(tǒng)龐雜，各建(構(gòu))筑物構(gòu)造復雜，高大空間場所防火分區(qū)界定困難，各防火分區(qū)內(nèi)的設(shè)施多樣；這些情況均造成火電廠消防系統(tǒng)的設(shè)計相對困難。

消防系統(tǒng)既是保證機組安全運行和人員生命安全的最后屏障，又是減少火災損失和及時撲滅火災的有效措施。因此，有必要對電廠消防設(shè)計存在的許多空白和不明確的地方進行比較分析，以便滿足電廠的實際運行情況，便于維護和管理。

2　燃煤電廠的消防設(shè)計

燃煤電廠消防系統(tǒng)設(shè)計一般是以《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》《建筑設(shè)計防火規(guī)范》《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范為依據(jù)。其一般配置有臨時高壓給水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)[1]、水噴霧滅火系統(tǒng)、低倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、建筑滅火器及消防車等設(shè)施。也還包括防排煙、消防應(yīng)急照明及消防供配電等配套設(shè)施。

目前燃煤電廠的消防設(shè)計雖然已經(jīng)基本規(guī)范，但是仍有一些新的消防配置需要討論和比較。本次僅就燃煤電廠鋼煤斗的消防配置問題進行分析。

GB 50229—1996《火力發(fā)電廠與變電所設(shè)計防火規(guī)范》中對于原煤倉、煤粉倉沒有要求；而GB 50229—2006《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范》中對于上述內(nèi)容則要求線性感溫火災探測和惰性氣體消防。對于原煤倉或鋼煤斗，國內(nèi)相當多的電廠均已配置消防設(shè)施，且以二氧化碳惰化居多。同時美國NFPA850建議采用泡沫和惰性氣體(如二氧化碳及氮氣)，不推薦采用水蒸氣[2]。因此，目前國內(nèi)的燃煤電廠鋼煤斗均配置二氧化碳惰化系統(tǒng)。

常規(guī)燃煤電廠配置的氣體滅火系統(tǒng)主要包括七氟丙烷滅火系統(tǒng)、IG541(混合氣體)滅火系統(tǒng)、低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)。作為其中的一部分，二氧化碳惰化系統(tǒng)同時還要和整個電廠的氣體消防系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)配合。某2×300 MW機組氣體消防的配置情況見表1，IG541滅火系統(tǒng)配置表見表2。

表1　某2×300 MW機組低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)配置

表2　某2×300 MW機組IG541滅火系統(tǒng)配置

注：本工程還設(shè)置七氟丙烷預制滅火系統(tǒng)保護升壓站內(nèi)繼電保護小室。

3　鋼煤斗二氧化碳惰化系統(tǒng)

從表1可以看出燃煤電廠鋼煤斗的惰化系統(tǒng)是和其他一些電子設(shè)備間等共用一套低壓二氧化碳系統(tǒng)。鋼煤斗布置于主廠房的煤倉間內(nèi)，儲存著破碎后的煤塊，一般每臺機組(300 MW)配置5～6個500 m3的鋼煤斗。

3.1　惰化系統(tǒng)原理

對于煤斗(倉)，煤自身發(fā)熱是由于煤的新鮮表面暴露在空氣中產(chǎn)生氧化引起的，氧化作用會以低速持續(xù)進行直到自由氧全部耗盡，自燃產(chǎn)生的熱量被煤吸收，引起煤溫度升高。煤斗(倉)中有煤停留時，極易發(fā)生煤氧化產(chǎn)生熱量，并因堆積而引起自燃，尤其是褐煤[3]，通常在煤斗停運期間，注入一定二氧化碳以降低煤的活性，防止煤發(fā)生自燃。

由于煤因高溫易發(fā)生自燃引發(fā)火災，若按常規(guī)滅火方式噴放大量液態(tài)二氧化碳滅火劑，在煤斗(倉)內(nèi)受高溫后滅火劑吸熱急劇膨脹，產(chǎn)生大量高溫高壓二氧化碳氣體，若煤斗(倉)泄壓不及時，極易發(fā)生重大安全事故。為保證磨煤制備運行的安全，防止火災發(fā)生，采用低壓二氧化碳惰化滅火設(shè)計。即在規(guī)定的時間內(nèi)，以一定流量、一定壓力向煤斗持續(xù)噴射經(jīng)惰化處理后的氣態(tài)二氧化碳滅火劑，降低煤倉內(nèi)氧氣濃度或一氧化碳濃度，達到預防火災的目的。

如果電廠燃燒的是褐煤，那么上述的問題就會更突出。因為褐煤是碳化程度低的煤，其發(fā)熱量低，水分大，揮發(fā)分高，含游離腐殖酸，極易自燃。

3.2　惰化滅火系統(tǒng)配置

目前，國內(nèi)外的相關(guān)消防規(guī)范都提出了煤粉處理系統(tǒng)用惰性氣體進行保護，但是卻沒有對惰化用量、氣體流量和持續(xù)時間以及系統(tǒng)配置進行規(guī)范。因此，惰化系統(tǒng)的配置主要是參照《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，而規(guī)范中對于固體火災的規(guī)定又不適用于煤粉惰化，所以國內(nèi)的鋼煤斗惰化設(shè)計均是參照美國相應(yīng)公司的技術(shù)手冊進行設(shè)計的。

鋼煤斗惰化二氧化碳藥劑量的計算按以下公式計算(汽化量是按照能滿足一個鋼煤斗惰化用量考慮):

M=(1+K)×V/S

(1)

式中：M為二氧化碳用量，kg；K為損失系數(shù)，取2；V為煤倉容積，m3；S為常溫常壓下的蒸汽比

容，取S=0.505 8+0.001 88t計算，t為防護區(qū)的環(huán)境溫度(20 ℃)。

其他保護區(qū)域的配置計算按照規(guī)范中的相應(yīng)要求計算，同時其他保護區(qū)與惰化系統(tǒng)共用一套低壓二氧化碳系統(tǒng)，只是主控閥后分別進入惰化系統(tǒng)或其他保護區(qū)選擇閥。某2×300 MW機組低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表3。

表3　某2×300 MW機組低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

從上面實例可看出，鋼煤斗惰化計算設(shè)計用量為3 125 kg,考慮到煤倉所有部分二氧化碳的濃度至少達到65%，噴射的二氧化碳氣體在煤筒倉大部分區(qū)域幾乎要達到100%飽和度，同時煤倉的泄漏現(xiàn)象不可避免以及惰化過程中只有85%的液態(tài)二氧化碳能夠轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，因此煤斗設(shè)計儲存量為300 g。而全淹沒保護區(qū)中最大保護區(qū)為公用段及鍋爐段配電間，設(shè)計用量為1 349.12 g，儲存量為1 485 g。根據(jù)組合分配滅火系統(tǒng)選型原則，以鋼煤斗設(shè)計儲存量為基準。選用SZED3.5型低壓二氧化碳滅火裝置共2臺，其中1臺為備用。每臺設(shè)備自重200 g。

3.3　惰化滅火系統(tǒng)動作原理

低壓二氧化碳惰化系統(tǒng)以組合分配方式對多個鋼煤斗進行全淹沒惰化保護,即在規(guī)定的時間內(nèi)按限定流量向被煤斗噴射經(jīng)惰化后的氣態(tài)二氧化碳滅火劑進行惰化保護，噴放時間6～8 h，煤斗(倉)惰化設(shè)計濃度為65%，滅火劑備用量為100%[4]。

惰化系統(tǒng)應(yīng)在接收到鋼煤斗的溫度上限(90 ℃)或一氧化碳濃度超標(1 200 μL/L)信號后，延時30 s(0～30 s可調(diào))噴放滅火劑。

整個系統(tǒng)設(shè)有自動控制、手動控制和機械應(yīng)急操作3種方式。具體控制邏輯見圖1。

圖1　惰化滅火系統(tǒng)邏輯圖

現(xiàn)在很多電廠氣體消防配置中低壓二氧化碳既保護其他防護區(qū)，又保護惰化鋼煤斗。由于鋼煤斗體積大，惰化設(shè)計濃度大，因此低壓二氧化碳系統(tǒng)的容量多數(shù)是以鋼煤斗的儲存量為基準的。從現(xiàn)實的角度看，由于鋼煤斗的數(shù)量多，惰化的滅火劑流量大，持續(xù)噴防時間長，且可能存在惰化(滅火)的幾率大；從安全可靠的角度考慮[5]兼顧經(jīng)濟性，認為鋼煤斗惰化應(yīng)該設(shè)置獨立的系統(tǒng)，同時低壓二氧化碳系統(tǒng)具有易于充裝和自檢功能比較完善的特點，因此鋼煤斗采用低壓二氧化碳獨立惰化系統(tǒng)較為合理。

4　結(jié)論

通過燃煤電廠工程實例比較，可以看出燃煤電廠消防配置仍還有許多問題值得探討，因此有必要對各個消防系統(tǒng)進行系統(tǒng)梳理分析，以達到安全可靠運行。通過一些具體的消防工程實例，給出以下建議。

a. 建議低壓二氧化碳系統(tǒng)僅惰化保護鋼煤斗。

b. 原低壓二氧化碳保護的場所可以考慮采用細水霧滅火系統(tǒng)或七氟丙烷滅火系統(tǒng)進行消防保護。

c. 建議電廠加強整個消防系統(tǒng)的安全維護管理，尤其是各消防系統(tǒng)的巡檢驗收以及人員培訓(重點)。

d. 建議每年消防執(zhí)法測試部門對電廠進行1次安全檢查和1次單個消防系統(tǒng)的測試工作。

參考文獻：

[1]強燕，王愛東. 火電廠輸煤系統(tǒng)消防措施的探討[J].東北電力技術(shù)，1999，20(3):38-39.

[2]火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范:GB 50229—2006[S].

[3]李志山，寧獻武，張偉.1 000 MW超超臨界機組鍋爐摻燒褐煤研究[J].東北電力技術(shù)，2012，33(1):1-4.

[4]二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范：GB 50193—1993[S].

[5]高云升，劉連喜，王健強. 低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)與惰化保護系統(tǒng)[J].消防科學與技術(shù)，2009，28(9):653-655.