淺談火電廠煤倉防爆控爆必要性及相關措施

秦丹丹 張鐵鑄

【摘要】本文通過列舉近年來發(fā)生在各火電廠煤倉爆炸惡性事故案例，分析其爆炸原因，論述了煤倉防爆控爆的必要性，并提出相關實施措施。

【關鍵詞】儲煤倉;防爆;控爆;惰化

1.前言

隨著國家對各行業(yè)環(huán)保的重視及政策的落實，好多大型電廠考慮到散煤的堆放不僅占地面積大、污染環(huán)境，而且長期的風化還降低煤質(zhì)，因此采取了筒倉存儲方式。實踐證明原煤筒倉儲煤具有占地小、無粉塵污染、適用于各種氣候條件等優(yōu)勢。

但由于筒倉容積達數(shù)萬立方米，屬于相對封閉的容器，也帶來了安全防爆的新問題，如由于煤自身特性，即氧化放熱自燃傾向性，再加上筒倉的“風筒效應”，在有限的相對密封的空間內(nèi)，不利于散熱，極易在局部具備自燃條件的某一點首先發(fā)生自燃，最終引發(fā)大面積自燃和爆燃。大量事實證明，筒倉著火后滅火是很困難的，只能考慮預防控制，即非消防滅火問題。這類問題對于遇到設備檢修，需要長時間存儲原煤時，尤其是自燃傾向高、爆炸等級屬于I類的煤種就更為迫切。

2.案例列舉

1）2009年7月29日14時16分，山東海化煤業(yè)化工有限公司的煤倉由于煤倉中煤炭長期存儲而引發(fā)煤炭自燃，導致頂部皮帶走廊和筒倉發(fā)生大火，雖然未造成人員傷亡，但直接、間接造成的經(jīng)濟損失卻不小。

2）2009年，神華包頭煤烯烴項目，3座φ30m×62m的筒倉，在裝有惰化系統(tǒng)情況下，因供氮系統(tǒng)發(fā)生故障，又沒有設立儲氣裝置，其中1座筒倉發(fā)生煤自燃惡性事故，導致系統(tǒng)停機。同樣事故在寧夏寧煤烯烴項目也發(fā)生過。

3）2010年5月23日14點30分神東救護消防大隊東勝救護中隊接到昌漢溝煤礦的事故召請電話，稱昌漢溝煤礦2號原煤倉內(nèi)煤炭自燃且近一周未完全熄滅，嚴重影響了煤礦的安全生產(chǎn)。

4）2012.5，石家莊熱電廠一座1萬噸筒倉發(fā)生煤自燃系統(tǒng)停機事故，造成人力物力大量消耗，影響惡劣。

5）2012.6，山西長治五羊煤礦儲煤倉因倉頂聚集瓦斯氣體沒能及時稀釋，工人在倉上作業(yè)時發(fā)生爆炸，倉蓋揭掉，皮帶走廊斷裂，2人喪生。

3.煤倉事故原因綜合分析

綜上案例可歸納煤倉著火事故分為兩大類型：一是煤氧化引起的可燃氣體聚集進而引爆，二是煤層氧化產(chǎn)生自燃陰燃進而大面積著火。因此，可以說煤被空氣中的氧氣氧化是煤自燃爆炸的根本原因。煤中的碳、氫等元素在常溫下就會發(fā)生反應，生成可燃物CO、CH4及其他烷烴物質(zhì)（即瓦斯氣體），當達到一定濃度時，遇明火即可引發(fā)爆炸，如上述案例中講到的煤倉誤操作引起的爆炸都是此原因。煤的氧化屬放熱反應，如果熱量不能及時散發(fā)掉，將使煤的堆積溫度升高，反過來又加速煤的氧化，放出更多的可燃質(zhì)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(zhì)燃燒即自燃。

4.煤倉事故防治措施

大量實踐證明，一旦事故發(fā)生，臨時向筒倉中充入CO2、N2等惰性氣體實施惰化保護的措施，對于小于2000立方的小型筒倉還可以適用，對于幾萬立方的大型煤倉則根本無法實現(xiàn)。因此，美國NFPA68/69防爆標準中明確指出，大型煤倉著火后的滅火是很困難的，應該考慮控制預防，而不是消防滅火。

要想做到有效的控制預防，首先應清楚影響煤氧化自燃的如下因素：

（1）存煤本身具有自燃傾向性。煤的自燃傾向性是煤的一種自然屬性，反映了煤的變質(zhì)程度，水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、導熱性，是煤自燃的基本條件。煤在常溫下的氧化能力主要取決于揮發(fā)分的含量，揮發(fā)分含量越高，自燃傾向性越強，而且自燃時間也會相應縮短。

（2）供氧條件。煤堆暴露于空氣中，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(nèi)部，給煤堆內(nèi)部氧化創(chuàng)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，氧化越快。

（3）氧化時間。煤從氧化發(fā)展到自燃有一個過程，氧化時間達到自燃發(fā)火期才能自燃。如長焰煤的自然發(fā)火期為1～3個月，氣煤為4～6個月。

（4）儲熱條件。煤在氧化的過程中放出熱量，只有當放出的熱量大于散發(fā)掉的熱量時，才能使熱量聚集，溫度上升，達到煤的著火點就會自燃。

（5）此外，煤的粒度、水分、灰分、壓實程度、環(huán)境溫度、濕度等因素都會影響煤的自燃。

目前電廠主要用的是水蒸氣惰化系統(tǒng)，來源廣、價格低，但是噴入水蒸汽后，無法維持很高的系統(tǒng)溫度，很快會冷凝成液態(tài)水而失去惰化氣體作用，而且燃燒的煤會與水蒸汽作用生成易燃易爆的水煤氣，還需大量疏水保持狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)用時開不起來的現(xiàn)象，既不經(jīng)濟又不安全。

筆者通過走訪多處煤倉現(xiàn)場，及查閱大量資料，得出煤倉安全運行防治措施應采取多層次全方位抑爆、控爆新技術(shù)——筒倉安全保護系統(tǒng)。

筒倉安全保護系統(tǒng)主要包括四個部分：安全監(jiān)測系統(tǒng)、惰化保護系統(tǒng)、自動泄爆裝置、控制系統(tǒng)。

其中安全監(jiān)測系統(tǒng)包括：筒倉內(nèi)視頻監(jiān)視系統(tǒng)（攝像頭）、雷達料位計、高料位計、溫度傳感器、可燃性氣體（CH4、CO）、煙霧傳感器、便攜式測氧儀。

考慮到煤倉自燃與以上所列五個因素有關，而其中可以控制就是供氧條件，因此筒倉安全保護系統(tǒng)中的惰化保護（主要以氮氣為主）系統(tǒng)可采取多層措施，阻斷供氧條件，即第一層用惰性氣體封鎖出煤口，消除因風筒效應氧氣從倉底出煤口吸入;第二層在煤層間充入惰性氣體，降低氧氣含量，使得煤層周圍處在惰性保護中，以減緩或者停止煤層氧化;第三層用惰性氣體將煤層上方揮發(fā)的可燃氣體系統(tǒng)置換出去，如此以來，使得整個煤倉盡可能處在惰性保護中。

另外，在加設惰性保護系統(tǒng)后，為防止惰化系統(tǒng)異常工況失靈，再加一級筒倉泄爆裝置，以備在筒倉內(nèi)部壓力急劇升高時，及時泄爆從而保護筒倉安全。

筒倉安全保護系統(tǒng)工作流程：前三部分相互配合，逐步升級，作為第一級的安全監(jiān)測系統(tǒng)通過對筒倉進行全方位、多方面、深層次的監(jiān)測后，并及時發(fā)出預警命令，根據(jù)預警命令，自動開啟惰化保護系統(tǒng)第二級鎖、第三級充、第四級換工藝;在初步保護后，如出現(xiàn)緊急異常工況時，安全泄爆裝置可自動開啟，對筒倉進行第五級保護。第四部分——控制系統(tǒng)也是整個系統(tǒng)的重要組成部分，可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)流程無人值守，自動化進行。多級多點及時的保護措施確保筒倉及周邊設備的安全運行。

5.結(jié)束語

大直徑筒倉形式的封閉煤場已是火力發(fā)電廠存煤的發(fā)展方向，它的安全運行關系著整個電廠正常運行乃至一方百姓的秩序生活。本文提出的筒倉防爆措施只是冰山一角，在實際中，要考慮到煤的特殊性質(zhì)，需要做的工作還有很多，如煤倉修建選址要盡量避開暴曬位置;儲煤時間要盡可能縮短;筒倉設計結(jié)構(gòu)要盡量避免有掛煤死角區(qū)域，進出煤口要盡可能縮小與空氣接觸面積等;筒倉運行工藝要有除塵設施，防止煤塵爆炸;日常運行要加強管理，嚴格監(jiān)測筒倉內(nèi)部運行動態(tài)，等等。只有將安全防范工作做到位，才能保證筒倉安全運行，才能著力推廣采用筒倉儲存方式。

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