CFB鍋爐電站原煤倉(cāng)火災(zāi)報(bào)警設(shè)計(jì)探討

康 爍，王 穎，張宇鵬

（中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司， 四川 成都 611731）

引言

原煤倉(cāng)是電站的重要組成部分。煤具有低溫氧化的特性，低溫環(huán)境下氧分子與煤中的自由基發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w并釋放熱量。當(dāng)氧氣供給充分且聚熱條件較好時(shí)，熱量聚集進(jìn)而推動(dòng)煤溫升高、反應(yīng)加速。煤溫持續(xù)上升會(huì)引起自燃，可燃?xì)怏w濃度達(dá)到一定程度會(huì)產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)。自燃和爆炸都嚴(yán)重威脅電站安全，采用適當(dāng)檢測(cè)措施提供早期火災(zāi)告警很有必要。

1 CFB鍋爐原煤倉(cāng)儲(chǔ)煤特點(diǎn)

循環(huán)流化床鍋爐入爐煤粒度理論上一般在0～13 mm之間，一般小于10 mm。煤種不同，粒度配級(jí)稍有差別，D50大部分在0.4～2 mm之間。

2 原煤倉(cāng)測(cè)點(diǎn)設(shè)置的要求

目前，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)于原煤倉(cāng)測(cè)點(diǎn)設(shè)置的主要要求如下。

1）《DL/T 5203—2005火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定，煤粉倉(cāng)內(nèi)應(yīng)設(shè)置煤粉溫度測(cè)量裝置；采用筒倉(cāng)貯煤時(shí)，根據(jù)煤的特性設(shè)置安全監(jiān)控裝置和聲、光報(bào)警信號(hào)。信號(hào)包括但不限于：煤位高低報(bào)警、溫度高報(bào)警、煙霧檢測(cè)裝置報(bào)警、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

2）《GB 50229—2006火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)規(guī)防火規(guī)范》規(guī)定了200 MW以上的燃煤電廠煤倉(cāng)及煤倉(cāng)層應(yīng)設(shè)置纜式線型感溫火災(zāi)報(bào)警探頭。

3 存在的問(wèn)題

張辛亥[1]等人的研究表明：粒度大小對(duì)煤自燃性有重要影響，煤的自燃取決于粒度小于3 mm煤樣所占比例。粒度分布較寬的煤樣通常比粒度分布較窄的煤樣更容易自燃。

由于煤粉爐配有制粉系統(tǒng)，其原煤倉(cāng)儲(chǔ)煤的粒度遠(yuǎn)大于CFB鍋爐原煤倉(cāng)儲(chǔ)煤的粒度。

結(jié)合CFB鍋爐原煤倉(cāng)儲(chǔ)煤特點(diǎn)，可以判斷，CFB原煤倉(cāng)的自燃危險(xiǎn)性遠(yuǎn)大于煤粉爐原煤倉(cāng)。但從上文所列兩本規(guī)范中提及的磨煤機(jī)及煤粉倉(cāng)等相關(guān)章節(jié)來(lái)看，其主要是針對(duì)煤粉爐燃煤電站。因此，對(duì)于CFB鍋爐電站，規(guī)范中對(duì)于原煤倉(cāng)火災(zāi)報(bào)警探頭設(shè)置的相關(guān)規(guī)定還有一定的商榷空間。

4 原煤倉(cāng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 指標(biāo)氣體確定

已有很多學(xué)者對(duì)煤低溫氧化過(guò)程氣體產(chǎn)物變化規(guī)律進(jìn)行了深入的研究。眾多研究結(jié)果表明，煤的低溫氧化過(guò)程中可以檢測(cè)到 CO、H2、CO2、CH4、C2H4、C2H6等氣體。

許濤[2]、李林[3]等人對(duì)煤的自燃過(guò)程進(jìn)行了深入研究。其中，李林的試驗(yàn)表明在煤自燃發(fā)生過(guò)程中CH4的變化規(guī)律不明顯。何萍[4]等人也指出，CH4不適宜作為煤自燃的指標(biāo)氣體。這是因?yàn)镃H4屬于煤的原生氣體，低溫階段是解析的產(chǎn)物，高溫階段是氧化作用的產(chǎn)物，但其產(chǎn)量與煤溫的關(guān)系受煤中瓦斯含量的影響。

戴廣龍[5]等人對(duì)低溫氧化過(guò)程中自由基濃度與氣體產(chǎn)物之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，選取了褐煤、氣煤、氣肥煤、無(wú)煙煤作為研究對(duì)象。試驗(yàn)表明：當(dāng)溫度達(dá)到60℃以后，開(kāi)始有煤種氧化生成CO，80℃以后，所有煤種CO生成量隨溫度增加程指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)溫度達(dá)到100℃，有煤種氧化生成C2H4氣體，當(dāng)溫度達(dá)到140℃，所有煤種氧化生成C2H4氣體，當(dāng)氧化溫度達(dá)到180℃，所有煤種CO，C2H4生成量隨氧化溫度增加曲線均變陡。

綜上可考慮將CO、C2H4作為衡量原煤倉(cāng)低溫氧化程度的指標(biāo)氣體進(jìn)行檢（探）測(cè)。其中，CO屬于有毒氣體，C2H4屬于可燃?xì)怏w。

4.2 有毒及可燃?xì)怏w檢（探）測(cè)器選擇

常用的氣體檢（探）測(cè)器根據(jù)采樣方式的不同分為擴(kuò)散式和吸入式兩種，一般選擇擴(kuò)散式；根據(jù)檢測(cè)原理的不同，通常有催化燃燒型、熱傳導(dǎo)型、紅外光學(xué)型、半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、光致電離型等。

王子平[6]的文章詳細(xì)討論了可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)方法的選用。結(jié)合可燃?xì)怏w檢（探）測(cè)器廠家的技術(shù)資料和工程經(jīng)驗(yàn)，選用電化學(xué)型氣體檢（探）測(cè)器成本適宜、效果較好。建議原煤倉(cāng)分別設(shè)置電化學(xué)型CO、C2H4氣體檢（探）測(cè)器，用以判斷原煤倉(cāng)溫升趨勢(shì)。同時(shí)可考慮設(shè)置一只燃燒催化燃燒型氣體檢（探）測(cè)器，用于可燃?xì)怏w混合氣的濃度高報(bào)警。

4.3 溫度測(cè)點(diǎn)的設(shè)置

測(cè)量煤粉倉(cāng)溫度有兩種方式：采用內(nèi)置式測(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)量煤粉溫度，及采用纜式感溫型火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器的方式測(cè)量煤倉(cāng)壁溫。

CFB鍋爐原煤倉(cāng)儲(chǔ)煤的粒度分布較寬，煤粒間空隙率較煤粉倉(cāng)的空隙率大，影響內(nèi)置式測(cè)溫?zé)犭娮璧臏y(cè)量精度。同時(shí)，長(zhǎng)期給煤過(guò)程中對(duì)測(cè)溫?zé)犭娮璧谋Ｗo(hù)管磨損嚴(yán)重。因此，內(nèi)置式測(cè)溫?zé)犭娮璨贿m宜CFB鍋爐原煤倉(cāng)溫度的測(cè)量。

煤倉(cāng)壁溫與著火點(diǎn)位置、空隙率等有關(guān)。實(shí)踐證明，只有當(dāng)纜式感溫型火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器的安裝位置靠近著火點(diǎn)時(shí)，才能較為迅速地做出反應(yīng)。因此，原煤倉(cāng)外置纜式感溫型火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器具有一定局限性。

5 結(jié)論

1）原煤倉(cāng)火災(zāi)報(bào)警探測(cè)宜設(shè)置毒氣體及可燃?xì)怏w報(bào)警器，將CO、C2H4作為衡量原煤倉(cāng)低溫氧化程度的指標(biāo)氣體進(jìn)行檢（探）測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到CO時(shí)，說(shuō)明原煤倉(cāng)溫度高于60℃，考慮是否采取相應(yīng)的降溫或滅火保護(hù)措施。當(dāng)測(cè)量到C2H4時(shí)，說(shuō)明已采取的降溫或滅火保護(hù)措施未能有效控制煤倉(cāng)溫升，應(yīng)采取緊急保護(hù)措施。當(dāng)混合氣體濃度高報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)，應(yīng)采取緊急保護(hù)措施。有毒及可燃?xì)怏w報(bào)警信號(hào)應(yīng)送到專(zhuān)門(mén)的可燃?xì)怏w報(bào)警控制器。

2）由于煤的自燃特性，通過(guò)低溫氧化生成氣體成分判斷原煤倉(cāng)的低溫氧化程度和溫升趨勢(shì)具有一定可靠性。經(jīng)濟(jì)條件好的情況下，可考慮設(shè)置原煤倉(cāng)溫度測(cè)點(diǎn)作為輔助判斷的工具，亦可不設(shè)。當(dāng)考慮設(shè)置原煤倉(cāng)溫度高報(bào)警時(shí)，應(yīng)結(jié)合原煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在容易積粉的部位附近安裝纜式感溫火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器。