筒倉,作為貯存散狀物料的設施,在各行業得到了廣泛的應用。在電力系統,筒倉主要用于貯煤,并已經歷了多年的發展。筒倉貯煤與煤場貯煤相比有許多優越性。筒倉占地面積小,運行方式簡單,系統調度靈活,同時,兼有貯存、緩沖和混煤等功能。筒倉貯煤降低了煤塵對環境的污染,符合現代工業的環保要求。因此說,筒倉貯煤是未來火力發電廠貯煤設施的一個發展方向[1]。

　　火電廠貯煤筒倉的安全性能關系著整個電廠的安全運行。影響筒倉安全的因素是多方面的,如工藝結構是否科學、運行方式是否合理以及綜合管理是否到位等均是不可忽視的方面。目前,國內電廠的貯煤筒倉在安全方面還存在著一些有待解決的問題,如筒倉貯煤自燃現象普遍存在,有的時候引發筒倉爆炸,造成財產損失,甚至造成人員傷亡。因此,防止貯煤的自燃,是保證筒倉安全運行的重要環節。

　　1　貯煤自燃的機理

　　筒倉貯煤被空氣中的氧氣氧化是其自燃的根本原因。煤中的碳、氫等元素在常溫下就會發生反應,生成可燃物CO, CH4及其他烷烴物質。煤的氧化又是放熱反應,如果熱量不能及時散發掉,將使煤的堆積溫度升高,反過來又加速煤的氧化,放出更多的可燃物質和熱量。當熱量聚集,溫度上升到一定值時,即會引起可燃物質燃燒而自燃。

　　2　貯煤自燃的影響因素

　　影響煤自燃傾向性主要有以下幾方面的因素。

　　2.1　煤的吸氧量

　　煤的吸氧量與其高氧化速度、高脆性、硫化鐵的含量、粒度特性、熱平衡特性、燃點特性等有關。由于埋藏年代少、質變程度低以及內表面積大、內部毛細血管豐富,因而造成了煤的內水分高。煤炭內水分高,又使細小煤粉粘滿大粒度的煤炭表面,形成一個個小單元,小單元非常容易吸附氧氣并發生氧化反應,同時極不利于水蒸汽的蒸發和熱量的散發,而容易造成熱量的聚集。煤的吸氧量采用流動色譜吸氧測試法進行測試,應用熱導法雙氣路氣相色譜分析檢測技術,測定煤對流態氧的吸附能力。煤的吸氧量是在常溫和常壓下單位質量干煤吸附的氧量,單位為cm3/g。

　　2.2　含水量

　　水分能使煤濕潤并提高吸附氧的速度和能力。煤體中的水分蒸發時需要的熱量與煤在氧化過程中產生熱量是否平衡,是決定煤體溫度升高的一個因素。如果水分含量高,煤在氧化過程中產生的熱量主要使水分蒸發,煤體溫度升高的可能性就會降低[2]。

　　2.3　硫化鐵的含量

　　硫化物是點燃煤體和加速煤自燃的關鍵,通過計算局部小單元煤體硫化鐵的質量達到2%時,可將局部煤體的溫度提高260℃。

　　煤中的硫鐵礦從地下的還原態轉成地上的氧化態,在空氣中的氧和水分的作用下發生如下反應:

　　以上均為放熱反應,生成的H2SO4又進一步加速了黃鐵礦的分解;黃鐵礦氧化作用的加快,所產生的熱量不斷增加并聚集,促成自燃。

　　2.4　環境溫度

　　煤體內部與表面的溫度場是一個逆向變化的過程,即煤堆表面溫度與環境溫度成正比,而煤堆內部的溫度與環境溫度成反比。對這一現象的初步解釋為當白天環境升溫時,煤體表面溫度因吸熱不斷升高,由于煤的不良導熱性,這部分熱量難以傳到內部,但煤體中的水分是良好的導熱介質,水分受熱升溫后,部分水分由于蒸發而吸收內部大量的熱,從而使其放熱降溫,這是一個動態過程。隨著水分的散失,煤體空隙度增大,易于熱量的傳遞;當環境降溫時,煤表層溫度下降,水分蒸發量減少,內部煤體因發生緩慢的氧化過程而導致溫度升高,最后處于相對穩定狀態。煤的這種熱量的動態交換過程增加了煤體內部空隙,有利于氣體流通,促進了煤的氧化反應,從而導致煤自燃。

　　2.5　供氧條件

　　煤暴露于空氣中,表面與空氣充分接觸,而且空氣通過煤塊之間的間隙滲透到煤堆內部,給煤堆內部氧化創造了條件。煤的塊度越大,煤塊之間的間隙越大,其供氧條件越好。

　　2.6　揮發分

　　煤在常溫下的氧化能力主要取決于揮發分的含量,揮發分含量越高,自燃傾向性越強,而且自燃時間也會相應縮短。如果電廠某筒倉,貯煤入倉時間還不到兩周就發生了自燃,其原因就是由于煤的揮發分較高,且又在室外堆放過一段時間,導致其自燃。

　　2.7　煤的粒度

　　煤粒度越小,比表面積越大,與氧的接觸面積和耗氧速度越大,氧化放熱性也就越強。通常,粒度分布范圍寬的煤,氧化自燃性越強。

　　此外,煤的存放時間、壓實程度,筒倉工藝結構等因素都會影響煤的自燃。一般,煤的自燃要經歷水分蒸發、氧化、自燃3個階段。室外存放的時間越長,氧化的程度越高,進倉后就越易自燃。將煤壓實,能減少煤塊之間的間隙,減少空氣在煤堆內的滲透量,削弱供氧條件。同時,貯煤的自燃又與筒倉的工藝結構形式有關。工藝結構形式阻礙煤的流動,則煤易滯留,久之則自燃。

　　3　防止筒倉貯煤自燃的措施

　　3.1　筒倉監測系統

　　安裝筒倉監測系統,可以早期發現筒倉貯煤發生自燃現象,將事故消滅在萌芽階段。筒倉的監控項目有煤的溫度、筒倉內氣體中一氧化碳和煙霧的濃度(以上為直接控制項)以及煤的貯量(間接控制項)等。溫度是貯煤自燃的首要條件;一氧化碳和煙霧的濃度反映了貯煤自燃的程度;煤的貯量涉及到貯存期的管理。對于非坑口火電廠而言,由于瓦斯的比重較輕,在筒倉入煤的同時,由于正壓的作用由入料口排出,故不對其進行監控。

　　3.2　筒內貯煤量適當

　　要正確核定貯煤時間,盡量不要超過煤的自燃發火期。而且,貯煤時間越長,氧化程度越高,煤的經濟價值下降越多。倉內貯煤原則上先進先出,即倒倉順序按來煤先后依次進行。當機組大修、故障停機或降負荷運行時,在燃煤用量減少、倒倉時間延長的情況下,應適當控制來煤量,以減少倉貯,保證適當的倒倉時間。

　　3.3　加強現場管理

　　加強現場管理,盡早發現煤自燃征兆,并采取處理措施。如發現有局部溫度升高、冒熱氣、冒煙等現象時,即可判斷該處氧化層已發生自燃(自燃狀態一般為陰燃)。這時要立即停止筒倉入煤運行作業,并且對倉頂所有孔洞進行封堵,以隔絕空氣。有條件或必要時,筒倉內注入惰性氣體,阻止燃燒。同時要強化監視,根據包括料位計在內的各種監測儀器的顯示值,分析確定燃煤的位置和程度,以決定采取正確的控制或消防措施及確定對倉內煤的定倉使用或緊急排放。當確認貯煤自燃后,切不可盲目地從倉頂澆水滅火。因為在自燃較嚴重的情況下,澆水處理會促使燃煤因燃燒不充分而產生大量的一氧化碳氣體。致使火未撲滅,又增加了新的爆炸因素[4]。

　　4　筒倉設計時的注意事項[5]

　　為了避免筒倉貯煤發生自燃,在設計筒倉時,應考慮以下幾方面事項。

　　a)筒倉的直徑不宜過大。可采取串聯布置方式以提高儲量。這樣設計的好處是既便于使用管理,也順應煤炭分儲分裝的銷售形勢。

　　b)筒倉的高度不宜過大。好處是進倉運輸設備不必過長;不需配置專門的消防水泵;人員上下便利;降低了配套設施的投資。

　　c)筒倉倉頂部要設計防爆門,當內部壓力過大時,防爆門能自動打開,降低筒倉內部壓力,可防止倉內儲煤因自燃引起爆炸。

　　d)筒倉內壁光滑,連接處要平滑過渡,避免出現死角位置。

　　e)筒倉內部所使用的鋼架,避免采用工字鋼、角鋼,應采用圓鋼。

　　5　結束語

　　本文對火電廠筒倉貯煤自燃進行了討論。分析了煤的自燃機理,以及影響自燃的主要因素。并從使用及設計角度提出預防自燃的措施,以消除潛在隱患,保證筒倉設備的安全運行。