淺談火電廠煤炭自燃的原因、防治措施和處理方法

谷海軍

摘 要：煤炭氧化自燃不但降低了煤的經(jīng)濟價值，而且存在重大的安全隱患。文章針對火力發(fā)電廠煤炭儲存時容易發(fā)生的自燃現(xiàn)象，分析煤堆自燃的原因，煤堆自燃前的征兆，煤堆易發(fā)生自燃的部位，并提出了具體的防治措施和處理方法。

關(guān)鍵詞：煤場；自燃；措施；處理

中圖書分類號：TM621.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0170-03

大型火力發(fā)電廠為了滿足發(fā)電要求，確保社會用電的需要，一般會建有大型的煤炭儲煤場，用來存儲大量的煤炭。煤炭自燃會帶來巨大地經(jīng)濟損失和安全隱患，防止煤炭自燃是一個非常重要的問題。煤的自燃是由煤的氧化所引起的，煤炭露天存放，受風吹、日曬、雨淋，與空氣中氧氣充分接觸，當煤堆溫度達到著火點時，則氧化反應(yīng)速度增大，并有導(dǎo)致煤堆自燃的可能。這對揮發(fā)性強的煙煤及褐煤來說，可能性較大，對含硫量較高的煤而言，危險性更高。

煤炭堆積時間過長發(fā)生氧化反應(yīng)后，會使煤的灰分升高，發(fā)熱量降低，使煤的質(zhì)量變壞。儲煤時間過長，熱量堆積，如果得不到有效散發(fā)，將發(fā)生自燃。溫度高或已經(jīng)自燃的煤炭輸送到運煤設(shè)備和磨煤機設(shè)備，可能造成燃燒和爆炸危險。

莊河發(fā)電廠有三個工作儲煤場，一個備用儲煤場。工作儲煤場額定儲煤量在25萬t左右，儲煤量達到額定值時，也會發(fā)生煤堆溫度升高，熱值下降的問題。煤場作為存煤的場所，關(guān)乎企業(yè)的重大經(jīng)濟效益。因此加強煤場存煤的煤質(zhì)監(jiān)督，了解煤自燃的特性，減小自然損耗，特別是防止煤的自燃，就顯得特別重要了。

1 煤炭自燃原因

1.1 煤的組成

煤由有機物和無機物組成，分為可燃物質(zhì)和惰性物質(zhì)。其中碳、氫、氧、硫這些元素組成煤的可燃物質(zhì)，碳元素所占比例最大，約為65%～95%；一些礦物質(zhì)灰分和水分構(gòu)成煤的惰性物質(zhì)，它們也占有相當大的比例，對煤的自燃起著一定的作用。

1.2 自燃傾向性

煤中灰分、水分、揮發(fā)分、粒度大小、含硫量、孔隙度等是煤自燃的基本條件。煤的自燃傾向性反映了煤的變質(zhì)程度。在常溫下，煤的揮發(fā)分含量越高，自燃可能性越大，自燃時間會相應(yīng)縮短。可以根據(jù)原煤樣的著火點和煤樣氧化后的著火點之間的差值來判斷煤的自燃趨向。一般來講，原煤樣著火點低，二者之間的差值越大，煤越容易發(fā)生自燃。

決定煤自燃傾向性的因素有以下幾個方面：

①煤的炭化變質(zhì)程度。煤的炭化程度越高，其自燃傾向性越小。

②煤中水分。一定含量的水分有利于煤的自燃。

③煤中含硫量。在同牌號煤中，含硫化物越多，越易自燃。因為煤中所含黃鐵礦在低溫氧化時生成硫酸鐵和硫酸亞鐵，使煤體膨脹而變松軟，增大了氧化表面積；黃鐵礦氧化熱也促進煤的自燃。

④煤的粒度、孔隙度、導(dǎo)熱能力也是煤的自燃傾向性的條件之一。

1.3 煤中的硫份

煤中含有一定量的硫份，約占10%左右。在一定溫度條件下，會與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化硫，氧化硫遇水反應(yīng)生成稀硫酸。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時會放出一定的熱量，提高煤堆的溫度。

1.4 氧氣影響

火力發(fā)電廠儲煤場一般都是露天的，煤炭與氧氣充分接觸。空氣中的氧氣，通過煤塊之間的縫隙滲透到煤堆的內(nèi)部，使煤堆內(nèi)部也儲存了大量的氧氣。如果都是大塊煤，滲透到煤堆內(nèi)部的氧氣更多，供氧越充足，自燃條件越充分。若是細粉煤則相反。

煤炭與氧氣充分接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放熱量，形成新的外表。新的外表再次被氧化，周而復(fù)始，煤堆內(nèi)部溫度逐漸上升，達到煤炭自燃的溫度后，即會發(fā)生自燃。

煤中含有的碳、氫等元素在常溫下就會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CH4、CO等可燃物質(zhì)。煤被氧化后放出的熱量，如果不能及時散發(fā)掉，將使煤堆溫度急劇上升。溫度升高，還會加速煤的氧化反應(yīng)，釋放出更多的熱量。當熱量聚集到一定程度時，就會引起煤中的可燃物質(zhì)成分燃燒發(fā)生自燃。

煤炭發(fā)生自燃的根本原因就是與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)。

1.5 煤中的水分

煤中含有一定量的水分，大約在2%～20%之間變化。當煤中的水分在5%～7%時，會加速煤中的各種反應(yīng)的進行，如硫份發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成稀硫酸，產(chǎn)生的熱量又加快了煤的氧化反應(yīng)進行，加速煤的自燃進程。

通常來講，煤發(fā)生自燃要經(jīng)歷三個階段。首先是水分蒸發(fā)，然后是氧化分解，最后階段為自燃。水分蒸發(fā)階段會帶走大部分的熱量。煤炭含水量越高，蒸發(fā)期越長，煤堆不會有明顯的溫度上升，煤炭很少自燃。

1.6 季節(jié)變化影響

秋季伴隨著氣溫下降，大氣密度增加，滲透到煤堆內(nèi)的空氣增加。因此，秋季與其它三個季節(jié)相比，煤炭自燃的幾率增加。

1.7 灰分的影響

煤炭的灰分越高， 自燃越不容易發(fā)生。

1.8 煤炭的氧化時間

煤從水分蒸發(fā)，與空氣接觸發(fā)生氧化，最后發(fā)展到自燃需要一段時間，只有到達其自然發(fā)火期才會自燃。煤種不同，自然發(fā)火期也不相同，例如：長焰煤為1～3個月，氣煤為4～6個月。

1.9 其 它

自然環(huán)境溫度和空氣濕度也會影響到煤炭的自燃。環(huán)境溫度越高，空氣濕度越大，煤炭發(fā)生自燃的幾率較大，否則相反。

2 煤堆自燃前的征兆

2.1 自燃的潛伏期

煤炭的自燃，不是在煤變松和強烈的空氣流入以后立即發(fā)生的，它是要經(jīng)過一個熱量聚集的潛伏期才會發(fā)生。這種潛伏期較長，通常在90 d以內(nèi)。

2.2 自燃的季節(jié)

各個產(chǎn)地的煤自燃的季節(jié)及溫度不同，有不少煤在夏季高溫時易自燃；也有在春、秋季，特別是連綿陰雨天，空氣中濕度大，煤堆的熱量不易散發(fā)，也容易自燃。甚至還有些煤種冬天下雪天更易自燃，煤中焦炭在低溫下易吸附氧氣氧化。大同煤焦炭含量高，雪是很好的保溫物質(zhì)，因此在下雪季節(jié)，要注意大同煤自燃。

2.3 自燃的征兆

因為煤炭在自燃前，要經(jīng)過發(fā)熱階段。冬季，在煤炭發(fā)熱的地方，可以發(fā)現(xiàn)許多新雪斑或由煤堆深處逸出水蒸氣，冷凝而形成毛茸的雪瘤子。夏季，清晨在煤堆發(fā)熱地方會出現(xiàn)“滲出物”的潮濕點，在白天，特別是經(jīng)過日光曬以后，潮濕點消失，殘留一層白色礦物或黃色凝結(jié)物，如果煤堆的溫度超過60℃時，有的煤就會在1～2 d內(nèi)發(fā)生自燃。

3 自燃煤的位置

煤炭在自然堆積的狀況下，一般可以分為三層：冷卻層、氧化層和窒息層。

冷卻層，煤堆表面開始至1.5 m左右。雖與氧氣充分接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，但位于表層，散熱條件非常好，一般來講，不容易引起自燃。氧化層位于冷卻層以下1～4 m之間，自燃的條件全部具備，一旦達到煤的自然發(fā)火期，立即發(fā)生自燃。窒息層位于氧化層以下，該層煤炭之間間隙較小，供氧量較小，氧化反應(yīng)不充分，一般不會發(fā)生自燃。

莊河發(fā)電廠運用斗輪機堆煤，在堆放的過程中，大塊煤會分散在煤堆的四周，而煤堆的中間一般顆粒較細。由內(nèi)及外，煤炭之間的空隙會越來越大，散熱條件也越來越好。發(fā)生自燃的位置既不在煤堆的表層（冷卻層），也不在煤堆的內(nèi)部（窒息層），而是發(fā)生在氧化層。發(fā)生自燃后，堆溫升高，伴隨著冒黃煙、冒白汽的現(xiàn)象。受煤的自燃、自熱的壓力作用，氣體流動方向垂直向上，自燃點一定在冒煙氣的垂直向下的部位。氧化層發(fā)生自燃，不用很長時間，也會帶動冷卻層自燃。發(fā)現(xiàn)煤堆自燃，要馬上采取措施，防止范圍擴大，避免不必要的損失。

4 煤堆自燃的防治措施

要以預(yù)防為主，采取防治結(jié)合的治理辦法。主要措施是減少煤炭與空氣、水分的接觸，定期測溫，防止熱量堆積，還可以配合噴淋降溫。

①煤的自燃傾向性鑒定。掌握煤自燃火災(zāi)的規(guī)律，有針對性地采取防自燃措施，對保證安全生產(chǎn)具有重要意義。因此，對儲存自燃傾向性較大的煤和儲煤時間較長的煤場，應(yīng)作煤的自燃傾向性鑒定，測定煤的揮發(fā)分的含量、最低著火溫度、自燃發(fā)火期等指標。

②煤堆的方向。煤堆的方向取南北方向為佳，可以減少陽光的照射。因為我國地處東北半球，陽光經(jīng)常照在頭頂偏南方向。

③合理安排煤場儲煤量。根據(jù)發(fā)電機組的運行情況和發(fā)電計劃，由發(fā)電計劃部門制定煤炭采購計劃，控制煤場的儲煤量。

④合理的堆煤場。煤堆的場地應(yīng)該采用水泥地面，地面上不用鋪蓋任何物質(zhì)，減少煤堆中空氣的攝入量。煤堆場地比四周略高，四周應(yīng)挖有排水溝，及時排除雨后積水，減少水量的聚集。排水溝與煤泥沉淀池相連。堆煤場可設(shè)置在高山的北坡較為開闊的地帶，減少熱量的攝入。

⑤堆煤的時間和方法。應(yīng)盡量在環(huán)境溫度較低的時候儲存煤炭，以減少熱量的攜帶。大塊煤、細粉煤混合在一起，空氣不能很好的流通，發(fā)生氧化反應(yīng)時，產(chǎn)生的熱量比較容易積聚在內(nèi)部使煤堆溫度迅速升高發(fā)生自燃。莊河發(fā)電廠發(fā)電用煤為煙煤和褐煤，煙煤與褐煤都是分開存放，因為煙煤顆粒較小，而褐煤顆粒較大，兩種煤底部也不連接在一起，有效防止了煤炭自燃。所以說大塊煤與細粉煤分開存放較好，煤堆旁邊較大的煤塊要將其壓實。細粉煤單獨儲存時也要一層一層的壓實，盡量減少煤堆里的空氣。

⑥煤炭堆積的形狀。以人字形屋脊式最好，減少陽光的照射及雨季雨水的滲入。煤堆的角度控制在40～45°，頂部齊平。煤堆的高度控制在8 m以內(nèi)。

⑦煤堆的維護。一般，發(fā)電廠都是用斗輪機來完成卸儲煤工作。在接卸煤的過程中，堆高到2 m左右，就要用推煤機將煤炭壓實，減少煤塊之間的空隙，排除里面積存的空氣，減少煤炭與氧氣的接觸面積，使氧化過程減弱，以便更好地儲存煤炭。如果一個煤堆長期未使用，除了壓實之外，還可以在煤堆上覆蓋一層粘土，減少與空氣的接觸。但覆蓋粘土?xí)档兔旱钠焚|(zhì)，增加灰分的含量，可適用于鍋爐對煤質(zhì)要求不高的情況。煤炭在堆放過程中，要堆平堆齊，取煤時不要挖山留井，以免增加雨水的聚集，也可以減少陽光的照射。

⑧煤炭堆放位置合理，先進先出。堆放位置合理，使得煤炭在預(yù)定的期限內(nèi)燒完。執(zhí)行煤炭先進先出原則。如果發(fā)現(xiàn)煤堆溫度升高，已經(jīng)快要自燃，可執(zhí)行后進先出的原則。

⑨計劃好煤炭存儲時間。煤場管理人員與煤炭采購部門要溝通協(xié)調(diào)好，根據(jù)煤場的儲煤情況，合理安排煤炭的采購計劃，既不影響機組供煤，也不過多儲煤，降低損耗。露天儲煤場發(fā)生煤堆溫度升高，煤炭自燃，一般來講，就是因為存煤時間過長造成的。邊角煤、斗輪機限位以外的煤，有時存儲4個月以上，為煤的自燃提供了足夠的時間。煤炭的堆放時間要根據(jù)煤炭的種類確定，無煙煤、貧煤存儲時間可略長一些，但應(yīng)控制在4個月以內(nèi)。煙煤和褐煤的存放時間要控制在1個月以內(nèi)。

⑩清除底角煤。對底角煤定期清除，不殘留小煤堆和裙邊煤。

{11}不覆蓋卸煤。合理規(guī)劃儲煤場地，盡量不覆蓋卸煤，對采用覆蓋卸煤的煤堆要加強檢查巡視。

{12}翻開壓實散熱。在煤堆取到高度較小時，可以采用翻開散熱的方法降溫，防止自燃，散熱到一定程度后再壓實處理。

{13}加強煤場的管理和監(jiān)測。對煤場加強管理和監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)煤堆溫度升高、冒煙、冒熱氣等情況就要引起警惕，采取措施進行處理，避免大范圍自燃引起損失。每天安排煤場管理人員對煤堆進行巡視，盡早發(fā)現(xiàn)自燃煤，并每隔兩天用測溫儀對煤堆表層以下進行測溫并做好記錄。堆煤超過一個半月時必須每天對煤堆測溫一次，發(fā)現(xiàn)溫度升高趨勢時應(yīng)每三小時測溫一次，并嚴格記錄。

{14}保持合適的水分。煤炭發(fā)生自燃時的水分在5%～7%之間，使煤炭保持適當?shù)乃?，可以有效防止煤炭的氧化自燃。當煤炭的水分含量達到12%時，基本不會發(fā)生自燃問題。

{15}其它措施。發(fā)電企業(yè)儲煤場四周應(yīng)布置噴淋裝置，在炎熱的夏季可以定期向煤堆噴灑水，降低煤堆表層溫度。噴灑水水源可以采用工業(yè)廢水，莊河發(fā)電廠用的是含煤廢水處理后的水，節(jié)省了水資源。噴淋降溫對防止煤炭自燃有一定的效果，但如果水量不足，有時反而會加劇自燃，所以采用時要慎重考慮。把煤炭全部浸入水中可以有效來防止煤炭氧化自燃，但使用起來比較麻煩。在煤堆中間布置測溫元件，可以掌控煤堆溫度，提前采取措施，避免煤炭自燃。

5 煤炭自燃的處理方法

5.1 噴淋降溫

發(fā)現(xiàn)煤堆表面煤炭自燃時，可以進行噴淋降溫或挖溝澆灌的方法。發(fā)現(xiàn)某個煤堆溫度較高，可以用斗輪機取掉一層，進行散熱處理。另外，如果堆高不是很高，可以向煤堆噴灑水進行冷卻降溫后，再安排斗輪機一層一層的取掉。

5.2 采用壓力水澆透

將壓力水管插入到煤堆內(nèi)自燃部位對煤堆降溫，可以有效治理煤炭自燃。

5.3 倒堆翻開壓實

發(fā)電廠儲煤場一般存有許多種煤，會有大大小小的煤堆。對于小型煤堆，可以把自燃部位的最外層推掉，露出自燃部位進行散熱冷卻。對于溫度較高煤堆，可以用鏟車倒堆，來降低堆溫，延緩煤的自燃。

5.4 消除自燃禍源

將禍源區(qū)域的自燃煤挖出來，鋪散開來，暴露在空氣中散熱降溫，或者是將禍源區(qū)域內(nèi)的煤進行碾壓。采用挖煤降溫方式時必須做好防治明火蔓延的措施，周邊備有一定的爐渣，搶險人員也需做好防護措施。

5.5 入爐燒掉

將自燃煤完全撲滅無危險后，用斗輪機將其取送到原煤倉內(nèi)，輸送到鍋爐內(nèi)燃燒。對于堆溫超過70℃的，立即安排斗輪機取用入爐，而堆溫小于70℃的，可考慮倒堆暫緩取用。對升溫煤堆的底角煤進行清理，全部歸堆使用。

6 結(jié) 語

煤炭自燃會造成嚴重的損失，因此我們要嚴加防范，綜合治理，降低損耗，提升經(jīng)濟效益。

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