火電廠煤場自燃的形成特征及防控方法研究

摘要：煤炭自燃是一個逐步發(fā)展、復(fù)雜、受多種自然因素影響的物質(zhì)變化過程。因此，預(yù)防和控制煤場自燃是一項艱巨的系統(tǒng)工程，需要大量基礎(chǔ)工作的支持。因此，本文就火電廠煤場自燃的形成特征以及防控策略進行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：火電廠；煤炭自燃；形成特征；防控方法

引言

火電廠發(fā)電的電力生產(chǎn)成本主要由儲備煤構(gòu)成。煤炭儲備對于火電廠的運營至關(guān)重要，一旦發(fā)生自燃現(xiàn)象，將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失并可能引發(fā)嚴重的工業(yè)環(huán)境污染。因此，探究火電廠煤場自燃的發(fā)生原理，分析導(dǎo)致煤礦自燃的多種風險因素，并結(jié)合火電廠火災(zāi)風險現(xiàn)狀，全面、細致開展電廠整體安全防范研究，具有深刻、科學的研究意義。

一、火電廠煤場自燃原因分析

煤堆自燃取決于煤堆的內(nèi)部和外部因素。內(nèi)部因素主要是煤質(zhì)，包括硫分、水分和灰分含量；外部因素與煤堆的存放環(huán)境有關(guān)，主要考慮季節(jié)變化和儲存條件的適宜性。

（一）煤的硫含量

通常情況下，煤粉中的總硫含量應(yīng)占灰分的約10%。在特定溫度下，硫可以與氫氧化物發(fā)生激烈的物理化學反應(yīng)，進而生成二氧化硫，并進一步轉(zhuǎn)化為硫酸。在分解這兩種化合物的過程中產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致煤堆燃燒的最低溫度升高，從而引發(fā)煤層自燃。一般來說，煤中硫含量越高，自燃風險就越大。

（二）煤的含水量

煤炭的含水量一般介于2%到20%之間，水分給煤的自然帶來不利影響。在煤炭含有一定水分的情況下，其分解過程中產(chǎn)生的氣體反應(yīng)速度會加快，進而導(dǎo)致煤炭的總熱值提高。一氧化硫與堿性水發(fā)生反應(yīng)，形成稀硫酸并釋放熱量，使水分大量蒸發(fā)形成熱氣。這些熱氣在高溫煤堆孔隙中快速擴散，增加了高溫煤堆內(nèi)部的高熱區(qū)，從而擴大了可自燃區(qū)域^[1]。

（三）煤的揮發(fā)性物質(zhì)

煤燃燒時，從煤渣中揮發(fā)出的主要物質(zhì)是中低分子量的烴類化合物，如硫化氫、二氧化碳、丙烯、甲烷、乙炔、二氧化碳等。這些揮發(fā)物質(zhì)具有較低的燃點，易于燃燒。根據(jù)最新的研究數(shù)據(jù)，當儲存的煤堆達到50℃—60℃時，煤粉將有可能在1天到2天內(nèi)發(fā)生自燃。

（四）儲存條件的影響

火電廠煤場自燃現(xiàn)象受到多種存儲條件的影響。首先，煤炭的堆積方式很關(guān)鍵。過高的煤堆和密集的儲存方式由于內(nèi)部通風不良，可能導(dǎo)致熱量積累，從而增加自燃風險。其次，環(huán)境中的溫度與濕度也會對自燃的可能性產(chǎn)生影響。在高溫、干燥的條件下，煤炭中的揮發(fā)分更易蒸發(fā)，與氧氣接觸后迅速氧化發(fā)熱；濕度過低又可能使煤堆內(nèi)的水分蒸發(fā)，減少吸熱作用，進而促進溫度上升。最后，煤炭的種類也是影響自燃的重要因素。含有高揮發(fā)分和低燃點的煤更容易自燃。

二、煤炭自燃的危害

（一）安全隱患

貯煤場的自燃現(xiàn)象不僅會增加火災(zāi)的危險性，若未及時處理形成的明火，當氧指數(shù)值（OI）持續(xù)低于正常范圍的40%時，可能導(dǎo)致輸煤系統(tǒng)設(shè)備故障，從而導(dǎo)致大規(guī)?；馂?zāi)。煤氣可能發(fā)生自燃，尤其是在潮濕炎熱的季節(jié)。在夏季降雨期間，大量水分被噴灑到正在燃燒的煤炭表面上，水分蒸發(fā)成熱蒸汽后與熾熱泥炭屑發(fā)生激烈化學反應(yīng)，形成大量H2和游離的CO。當空氣流動受阻時，氣體濃度升高到一定程度，可導(dǎo)致爆炸^[2]。

（二）經(jīng)濟損失

長期的高溫作用會導(dǎo)致煤炭發(fā)生氧化腐蝕，進而使原煤表面氧化灰分增加，固定碳含量和熱值降低，進而降低成品煤質(zhì)量，削弱煤的經(jīng)濟價值。

（三）環(huán)境污染

煤炭自燃產(chǎn)生的煙霧中含有大量的有機二氧化硫、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等危險氣體，對生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境安全產(chǎn)生了不利影響。特別是在礦井中安裝防風設(shè)備后，自燃過程中產(chǎn)生的煤煙霧無法迅速分解，持續(xù)在煤場區(qū)域內(nèi)積聚，對工作人員的健康構(gòu)成了威脅。

三、防止儲煤場煤堆發(fā)生自燃的措施

（一）加強人員培訓與管理

工程班組人員應(yīng)與經(jīng)驗豐富的師傅進行實際操作。跟班培訓時間不得少于三個月，以便了解操作過程中可能出現(xiàn)的各種情況和基本技能，包括斗輪機、刮板式堆取料機操作規(guī)程、應(yīng)急處理程序等。培訓內(nèi)容應(yīng)包括理論知識和實際操作，以確保新司機能夠熟悉煤場大型機械的各個部件和相應(yīng)功能，并具備有效操作的能力。煤堆取料司機在獨立上崗前，必須接受由部門與項目部組織的崗位勝任力評估，并通過專業(yè)技術(shù)和安全操作培訓，經(jīng)部門確認合格后方可操作斗輪機^[3]。

（二）定期測量煤堆溫度

煤炭自燃是一個復(fù)雜的過程，通常包括潛伏期、高溫期和自燃期三個階段。通過精確控制煤堆周圍的氣體溫度，可以有效預(yù)防煤礦資源自燃風險?；痣姀S監(jiān)督管理部門應(yīng)指派專職的監(jiān)測人員，定期執(zhí)行露天煤堆的溫度監(jiān)測工作，合理設(shè)置監(jiān)測站點，并定期完成監(jiān)測任務(wù)，同時認真記錄監(jiān)控測溫時間、區(qū)域、煤堆溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)。一旦發(fā)現(xiàn)煤堆內(nèi)的溫度接近自燃警戒點時，應(yīng)立即報警并采取緊急措施，以避免自燃發(fā)生。

（三）縮短煤炭堆放時間

長時間集中存儲煤，易導(dǎo)致爆炸與自燃，同時過度氧化燃燒會導(dǎo)致資源浪費。因此，火力發(fā)電廠在日常煤炭管理過程中，應(yīng)分開儲存廢煤，嚴格控制堆放時間，降低資源損耗。

（四）合理儲備

火電站人員購買煤礦并進行儲備時，需謹慎采購，以避免出現(xiàn)火電站內(nèi)煤炭資源短缺或煤炭資源堆積的情況。如果煤礦資源儲存不足，將導(dǎo)致工廠的儲備、開發(fā)等項目無法有序進行，進而對該地區(qū)群眾的用電健康和供電秩序造成不利影響。大規(guī)模煤炭資源堆積還可能導(dǎo)致煤炭自燃，嚴重增加當?shù)鼗痣姀S采購成本。因此，火電廠需要根據(jù)當?shù)仉娬緦嶋H煤炭需求和地區(qū)煤炭資源供應(yīng)狀況，合理規(guī)劃煤炭資源的儲備工作。

（五）煤場安全管理

球形倉作業(yè)設(shè)備有圓形堆取料機，露天煤場作業(yè)設(shè)備有斗輪堆取料機和斗輪取料機，用于煤場整理所用的工程機械有推煤機、裝載機。在堆取料設(shè)備與裝載機、堆煤機聯(lián)合作業(yè)時，必須保持至少3米的安全距離，并設(shè)專人進行監(jiān)護。煤場管理人員在執(zhí)行職責時，必須穿醒目的工裝；在堆取料機作業(yè)時，嚴禁人員和車輛從懸臂下通過，以避免落物造成傷害。此外，嚴禁無關(guān)車輛和非作業(yè)人員在堆取料機、推煤機及裝載機煤場作業(yè)范圍內(nèi)逗留^[4]。

（六）建立完善的數(shù)字化煤場管理系統(tǒng)，做好設(shè)備管理

嚴格落實煤場區(qū)域重要設(shè)備的定期檢查工作。在皮帶啟動前，巡檢人員對煤場區(qū)域的設(shè)備進行全面巡查，避免因皮帶跑偏等設(shè)備故障造成皮帶跳?，F(xiàn)象發(fā)生，從而提高檢查、維護工作質(zhì)量。同時，應(yīng)及時清理設(shè)備積煤和積粉，做好設(shè)備參數(shù)和運行狀態(tài)分析，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)的潛在缺陷，切實保障設(shè)備安全穩(wěn)定運行。目前，絕大多數(shù)火力發(fā)電站仍然采用傳統(tǒng)的人工操作管理方法來管理煤場。這將導(dǎo)致在煤場自動化管理建設(shè)實踐過程中出現(xiàn)許多其他復(fù)雜的技術(shù)問題，如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計不足、燃煤堆放時間過長等，導(dǎo)致燃煤系統(tǒng)的鍋爐熱效率低，難以滿足多臺鍋爐的電力需求。因此，為了真正提升自動化煤場管理的科學性和有效性，建立一個完善合理的數(shù)字化煤場運營信息系統(tǒng)顯得尤為必要。通過數(shù)字化的煤礦管理模式，使管理服務(wù)工作人員能夠全面、及時、精確掌握火電廠內(nèi)各類煤炭資源存儲情況，迅速確定煤堆的存放地點、原煤存放時間、煤炭資源的堆放質(zhì)量標準等相關(guān)信息，為企業(yè)的燃料工作人員提供準確合理的數(shù)據(jù)支持，降低企業(yè)煤耗，減少火力發(fā)電廠煤炭資源的直接發(fā)電損失^[5]。

（七）自燃的處理

預(yù)防煤場內(nèi)的煤氣自燃至關(guān)重要。若發(fā)現(xiàn)煤出現(xiàn)自燃，須根據(jù)火災(zāi)不同階段和發(fā)展程度靈活采取處理措施。當發(fā)現(xiàn)原煤在主煤堆底部淺層過熱、冒煙或自燃時，應(yīng)立即采取相應(yīng)措施，如使用大型推土機或小鏟車將底部過熱和自燃部分的原煤與上層主煤堆進行分離，并保證及時進行澆水降溫、滅火處理或清理散落煤料，以避免安全事故的發(fā)生。當自燃現(xiàn)象發(fā)生在煤堆深層時，不宜進行轉(zhuǎn)移，可通過使用推土機多次擠壓以實現(xiàn)窒息滅火。在這種情況下，不能采取灑水措施，增濕反而可能會導(dǎo)致煤堆升溫加快，從而加速自燃進程。若推土機無法安全進行作業(yè)或附近有少量火源時，可考慮優(yōu)先采用人工灑水的方式進行撲救。根據(jù)不同階段煤質(zhì)的特點和燃燒季節(jié)的變化，應(yīng)科學合理安排煤場的清場工作。在執(zhí)行清場時，一旦打開發(fā)熱的煤堆，由于缺乏足夠的清潔空氣，可能導(dǎo)致冒煙或明火的產(chǎn)生。因此，在將煤炭裝入煤倉前，必須確保已經(jīng)完成了通風和防火準備工作。無論是進行水煤噴灑作業(yè)還是推壓噴煤作業(yè)時，需確保作業(yè)在上風向進行，并采取必要的自我保護和保溫措施，以防止CO、SO2等有毒氣體對人員健康造成影響。在圓堆或斗輪機出現(xiàn)故障時，無法正常進行煤炭裝載和儲存，應(yīng)第一時間使用事故應(yīng)急料斗以維持原煤倉的物料水平，及時匯報情況給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，同時聯(lián)系工程班的車輛，協(xié)助進行配合加倉。工程車輛駕駛員必須熟悉工程車輛上的緊急停車和疏散程序，包括了解滅火器的位置和使用方法。

（八）做好加倉方式優(yōu)化

在煤種較多的情況下，應(yīng)采用多樣化的堆放模式，對煤場中不同熱值和硫分的煤種進行均勻分布，確保它們能夠互為備用。同時，根據(jù)機組的負荷情況，優(yōu)化加倉方案，減少加倉時使用的煤種，避免不必要的轉(zhuǎn)場和皮帶空載時間，以提高效率。

當所取煤種出現(xiàn)濕黏時，應(yīng)盡量將其與流動性較好的煤種進行摻配加倉，不允許取用整塊煤或底層煤。上煤結(jié)束后，應(yīng)及時檢查各轉(zhuǎn)運站的落煤管、高幅篩、碎煤機、煤倉口、滾筒及托輥粘煤情況，并及時進行清理，避免因黏煤影響設(shè)備運行以及堵煤現(xiàn)象發(fā)生。在加倉時，應(yīng)根據(jù)煤倉料位情況，啟動相應(yīng)的加倉流程，如球倉與露天煤場配煤倉位較低時，應(yīng)啟動球倉與露天煤場的配煤加倉流程，一旦煤料位正常后，若只需露天煤場取用煤種加倉時，應(yīng)停止球倉的上煤流程^[6]。在加倉結(jié)束后，停止設(shè)備運行，確保上游設(shè)備中余煤完全走空后，再依次停止各設(shè)備運行，以減少皮帶空轉(zhuǎn)時間，如球倉設(shè)備完成加倉并需停止設(shè)備時，先停止堆取料機、活化給煤機、皮帶機依此類推直至所有設(shè)備停止運行^[7]。

斗輪機取煤加倉時，斗輪司機回轉(zhuǎn)到大角度取煤量較小，司機不要一次回轉(zhuǎn)取料，可以分兩至三次將大角度煤取完。加倉作業(yè)時，皮帶皮帶秤瞬時流量必須達到2300—2500噸。單煤種加倉時，取料機電流應(yīng)控制290A左右，皮帶秤瞬時流量應(yīng)控制2500t/h左右；配煤加倉時，司機應(yīng)根據(jù)懸臂皮帶秤瞬時流量實時調(diào)整取煤量，保證不撒煤，瞬時流量達到2300—2500噸；煤質(zhì)濕黏時合理控制出力^[8]。

結(jié)語

加強煤炭自燃的預(yù)防和控制以及露天煤礦場管理，是在應(yīng)對當前煤炭形勢緊張的背景下，減少資源浪費、節(jié)約成本、保障經(jīng)濟效益穩(wěn)定增長的重要舉措。通過以上措施，能夠大幅減少由煤炭自燃導(dǎo)致的經(jīng)濟損失，同時有效遏制煤炭自燃和煤場管理中存在的揚塵、排水和組堆等問題，改善環(huán)境狀況，并實現(xiàn)成本節(jié)約。隨著煤炭市場的不斷變化，燃煤采購和儲備面臨著新的挑戰(zhàn)。因此，迫切需要積極探索和研究，采用科學方法，以持續(xù)提升煤炭資源的管理水平。

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作者簡介：于廣軍（1990— ），男，漢族，江蘇射陽人，大專，助理工程師，研究方向：火電廠輸煤運行及煤場管理。