延長(zhǎng)筒倉(cāng)存煤時(shí)間防止煤炭自燃的新型惰化技術(shù)及應(yīng)用

張永祥 雷寶民

摘要：以國(guó)家能源集團(tuán)某企業(yè)容量為3萬(wàn)噸/座的立式筒倉(cāng)為例，結(jié)合新疆四個(gè)礦煤炭發(fā)火期實(shí)驗(yàn)報(bào)告與煤炭在筒倉(cāng)內(nèi)實(shí)際存放時(shí)間做比較，驗(yàn)證理論發(fā)火期與實(shí)際自燃時(shí)間的相符性。為延長(zhǎng)筒倉(cāng)存煤時(shí)間，防止因企業(yè)異常非計(jì)劃停工期間、保障倉(cāng)內(nèi)不發(fā)生自燃，結(jié)合筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)，研究并實(shí)施了一種新型惰化技術(shù)并成功應(yīng)用，應(yīng)用后可大大延長(zhǎng)煤炭的靜態(tài)存煤時(shí)間。

關(guān)鍵詞：筒倉(cāng)、惰化、自燃、發(fā)火期

前言：低變質(zhì)煙煤因其揮發(fā)分高、發(fā)火期短而不能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，在不投用惰化系統(tǒng)保護(hù)的情況下在立式筒倉(cāng)內(nèi)靜態(tài)安全儲(chǔ)存一版不超過(guò)20天，在夏季高溫期間往往要低于這個(gè)天數(shù)。然而在實(shí)際生產(chǎn)中往往因生產(chǎn)（如非計(jì)劃停工）需要被迫長(zhǎng)期儲(chǔ)存，結(jié)果導(dǎo)致煤炭在倉(cāng)內(nèi)發(fā)生自燃，最終給企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患、環(huán)保壓力及煤質(zhì)變差等一系列問(wèn)題。雖然現(xiàn)有筒倉(cāng)中都設(shè)置惰化系統(tǒng)，但在發(fā)生自燃后都無(wú)濟(jì)于事。本文在現(xiàn)有惰化技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)落煤特性和惰性介質(zhì)滲透作用的研究后提出一種延長(zhǎng)大型立式煤倉(cāng)存煤時(shí)間的方法，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)長(zhǎng)周期儲(chǔ)煤（約30天），規(guī)避煤炭自燃、往復(fù)倒運(yùn)、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)以及煤質(zhì)變差、倒運(yùn)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)損失等一系列問(wèn)題發(fā)生。

一、最短自燃發(fā)火期實(shí)驗(yàn)與實(shí)際情況的對(duì)比

為研究公司所使用的四種煤炭最短自燃發(fā)火期，分別對(duì)烏東煤、五彩灣煤、黑山煤、紅沙泉煤取樣封存并委托中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司對(duì)上述礦點(diǎn)的煤炭最短自燃發(fā)火期進(jìn)行研究，結(jié)論如下：烏東煤39天、五彩灣煤31天、黑山煤58天、紅沙泉煤22天。顆粒度越小，吸氧量越高，越容易自燃，發(fā)火期越短?？紤]到安全因素，對(duì)上述四個(gè)礦點(diǎn)煤炭自燃發(fā)火情況進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。選擇4月份時(shí)段的紅沙泉煤作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)存儲(chǔ)到16天后筒倉(cāng)筒倉(cāng)甲烷和一氧化碳含量開(kāi)始升高，到18天時(shí)一氧化碳含量含量超過(guò)50PPM，甲烷報(bào)警值超過(guò)25.0 LEL。此時(shí)開(kāi)始緊急出煤，出煤溫度已超過(guò)50℃，且煤中帶有明細(xì)的紅火。

通過(guò)實(shí)際抽檢驗(yàn)證了紅沙泉煤的自燃發(fā)火期與實(shí)驗(yàn)得出的發(fā)火期基本吻合，通過(guò)產(chǎn)生的一氧化碳、甲烷及出煤溫度等特性，驗(yàn)證了理論值。

二、落煤特性和惰性介質(zhì)滲透的研究

無(wú)論洗精煤還是普通原煤，公知、相對(duì)大的煤炭顆粒在下落過(guò)程中容易滾向邊緣，細(xì)顆粒的煤炭尤其是粉末不易滾動(dòng)，這樣筒倉(cāng)在儲(chǔ)滿煤后，靠近筒倉(cāng)壁的大顆粒的煤相對(duì)較多、孔隙率大，越靠近筒倉(cāng)中心的粉末多、孔隙率小，具體如圖所示，圖中A區(qū)域?yàn)榱６刃〉膮^(qū)域，筒倉(cāng)璧為顆粒相對(duì)大的區(qū)域。當(dāng)惰性氣體進(jìn)入筒倉(cāng)璧后將沿著空隙率大流通阻力小的區(qū)域滲透，對(duì)對(duì)于圖中A區(qū)粒度小空隙率小的區(qū)域流通阻力大不易滲透。

三、設(shè)計(jì)使用的惰化系統(tǒng)應(yīng)用情況

立式筒倉(cāng)在設(shè)計(jì)及建造時(shí)已經(jīng)考慮了煤炭自燃的影響，設(shè)計(jì)了專用的惰化系統(tǒng)，如圖所示的標(biāo)號(hào)為3、4、5、的部分，分別是換氣層，充氣層和鎖氣層，惰化介質(zhì)多為氮?dú)?。上述三層惰化系統(tǒng)進(jìn)入筒倉(cāng)后僅輸送至倉(cāng)壁內(nèi)側(cè)，但由于處于倉(cāng)璧內(nèi)側(cè)孔隙率大，惰化氣體流通阻力小，容易沿著圖中帶箭頭的曲線貼璧上升，無(wú)法向A區(qū)方向滲透，導(dǎo)致易發(fā)生自燃的A區(qū)無(wú)法得到惰化氣體的保護(hù)。

四、新型惰化技術(shù)原理及簡(jiǎn)介

為解決現(xiàn)有惰化系統(tǒng)所存在的不足，經(jīng)過(guò)對(duì)落煤特性和惰性介質(zhì)滲透作用的研究后提出一種延長(zhǎng)大型立式煤倉(cāng)存煤時(shí)間的方法，可使惰化介質(zhì)充分利用，實(shí)現(xiàn)有效惰化。

現(xiàn)有的大型立式筒倉(cāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)多為W型，出煤方式為分外環(huán)給煤機(jī)（圖中標(biāo)號(hào)6）出煤和內(nèi)環(huán)給煤機(jī)出煤?，F(xiàn)有的筒倉(cāng)惰化系統(tǒng)分為三層布置、煤炭在下落過(guò)程中，惰化的氮?dú)膺M(jìn)入筒倉(cāng)后將沿著阻力小的內(nèi)壁滲透和流動(dòng)。然而煤炭粒度越小、水分越高、吸氧量越大越容易發(fā)生自燃，基于此、處于筒倉(cāng)中部的煤炭容易發(fā)生自燃，更需要惰性介質(zhì)保護(hù)。新型惰化系統(tǒng)在現(xiàn)有惰化技術(shù)應(yīng)用的情況下，在筒倉(cāng)內(nèi)環(huán)處設(shè)置一內(nèi)部惰化環(huán)管，該環(huán)管借助W型中間土建結(jié)構(gòu)作為支撐，并將惰性氣體引入至該環(huán)管道內(nèi)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部惰化，實(shí)現(xiàn)在需要惰性保護(hù)的區(qū)域有惰化介質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效惰化（見(jiàn)圖中標(biāo)號(hào)8所示，向上的箭頭表示惰性氣體滲透方向）。

五、新型惰化技術(shù)應(yīng)用情況

如圖所示，圖中各標(biāo)號(hào)表示為：1、進(jìn)煤口;2、為筒倉(cāng);3、換氣層;4、充氣層;5、鎖氣層;6、外環(huán)驅(qū)動(dòng)電機(jī);7、輸煤皮帶;8、內(nèi)部惰化環(huán)管。在筒倉(cāng)正常運(yùn)行或靜態(tài)儲(chǔ)煤期間，向該環(huán)管內(nèi)通入惰性氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)筒倉(cāng)內(nèi)部A區(qū)的惰化，防止自燃的發(fā)生。實(shí)際生產(chǎn)中，如果靜態(tài)儲(chǔ)煤少于10天，新惰化系統(tǒng)可不啟用，如遇非計(jì)劃停工導(dǎo)致被迫長(zhǎng)期存煤的情況啟用該系統(tǒng)。實(shí)踐證明在靜態(tài)存煤10天以后，開(kāi)啟新惰化系統(tǒng)后18天后，筒倉(cāng)甲烷和一氧化碳含量開(kāi)始升高，隨即對(duì)該倉(cāng)進(jìn)行出煤，經(jīng)檢測(cè)出煤?jiǎn)栴}僅35℃，無(wú)煤炭自燃情況發(fā)生。對(duì)比后投入新惰化系統(tǒng)后，可將煤炭靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間延長(zhǎng)至28天。

六、結(jié)束語(yǔ)

新型惰化技術(shù)是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)落煤特性和惰性介質(zhì)滲透作用的研究提出的一種延長(zhǎng)大型立式煤倉(cāng)存煤時(shí)間的方法。經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證可實(shí)現(xiàn)相對(duì)長(zhǎng)周期儲(chǔ)煤，規(guī)避煤炭自燃、煤炭往復(fù)倒運(yùn)、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)以及煤質(zhì)變差、倒運(yùn)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)損失等一系列問(wèn)題發(fā)生。但因生產(chǎn)企業(yè)所限，不能將所有煤炭全部試驗(yàn)一遍。結(jié)果表明，利用新惰化技術(shù)后，不僅可實(shí)現(xiàn)理論發(fā)火期內(nèi)安全存煤的目的，還可適當(dāng)延長(zhǎng)存煤時(shí)間近30天，消除非計(jì)劃停工帶來(lái)的長(zhǎng)期儲(chǔ)煤自燃的安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

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