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        國內(nèi)首座大型儲煤球倉防爆、防自燃的探討

        2013-07-10 22:41:57王志宏
        卷宗 2013年8期

        王志宏

        摘要:清苑電廠大型儲煤球倉,目前在國內(nèi)尚屬首例,目前國內(nèi)沒有運行業(yè)績,國外也沒有在儲煤球倉中采用這種上部落煤、下部由葉輪給料機取料的方式,防爆、防自燃成為安全運行的一大難題,本文從球倉設(shè)計、運行監(jiān)控和措施以及出現(xiàn)的事故分析方面對球倉的防爆、防自燃進行了一點研究。

        關(guān)鍵詞:程控安全監(jiān)測;防爆運行措施;存在的問題

        1 清苑熱電項目儲煤球倉總體情況簡介

        薄殼式球形倉結(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)受力特性好、占地面積小、外形美觀環(huán)保、施工工期短(6-8個月)施工過程在殼體內(nèi)部進行,一旦薄膜充氣完成,內(nèi)部施工不受外部氣候的影響等特點,在煤炭、水泥、飛灰、石灰石、肥料、礦石、糧食等各種散狀物料的儲料設(shè)施和一些民用設(shè)施(場館、辦公樓、別墅等)中得到了廣泛應(yīng)用。在歐美已有近30年的歷史,技術(shù)成熟,球形倉技術(shù)歐洲主要以Pirs SA為主,美國主要以Dome Technology為主。球形貯煤倉,在國外燃煤發(fā)電廠的貯煤設(shè)施中得到了應(yīng)用,清苑電廠大型球倉在國內(nèi)尚屬首例。

        清苑熱電項目本期共建設(shè)兩座直徑為65m、高度為40.5m的儲煤球倉,總貯煤量約為12萬噸,可供本期2×300MW級機組燃用約19.4天,滿足規(guī)劃容量(4×300MW)機組9.7天的耗煤量。儲煤球倉的上煤路徑為:翻車機—翻車機煤斗—皮帶給煤機—1號B皮帶機—2、3號皮帶機—1、2號球倉。儲煤球倉環(huán)基下設(shè)置5條狹縫式煤溝及5條皮帶機,每條煤溝使用一臺葉輪撥煤機作為給煤設(shè)備。設(shè)備在旋轉(zhuǎn)的同時沿煤槽的取煤平臺縱向行走,將煤撥入帶式輸送機。采用變頻調(diào)速對撥煤機的取料能力進行調(diào)節(jié),系統(tǒng)靈活,可靠性高。啟動相應(yīng)的皮帶機后,可開啟2臺葉輪撥煤機分別在1號、2號球倉范圍內(nèi)的地下廊道內(nèi)行走給煤,實現(xiàn)2個倉儲煤的均勻摻配。

        由于國內(nèi)尚無沒有運行業(yè)績,盡管從結(jié)構(gòu)設(shè)計中倉底均設(shè)計有角度,無存煤死角,但由于密閉環(huán)境,儲煤天數(shù)較長,還是有可能發(fā)生自燃,所以防爆防自燃成為困擾球倉安全運行的一大難題。

        2 球形煤倉由于具有自燃及爆炸的風(fēng)險,因此配備了安全監(jiān)測報警及防爆設(shè)施

        2.1 設(shè)置了完善的計算機監(jiān)測及連鎖控制系統(tǒng)

        在輸煤集控室配置一套計算機測控系統(tǒng),計算機測控系統(tǒng)配備了最新工控組態(tài)軟件,具有逼真畫面顯示,人機對話、報警記錄、報警記錄、事故追憶查詢、打印報表以及數(shù)據(jù)曲線等功能。

        (1)球倉安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置

        煙氣監(jiān)測系統(tǒng):球倉配置一定數(shù)量的可燃?xì)怏wCO/CH4傳感器,煙霧監(jiān)測傳感器。安裝在儲倉頂部和接近煤堆的球倉壁上,其中可燃?xì)怏w和CO顯示范圍為0-100,表示該氣體在空氣中所占百分比。顯示超過25有一個高報警、超過40有一個高高報警,高高報警發(fā)出后,惰化充氣自動開啟,向球倉內(nèi)充氣。

        畫面下側(cè)為煙霧報警報警。當(dāng)煙霧報警顯示“打開”時說明筒倉中有煙霧,惰化充氣自動開啟,筒倉上煤時粉塵易誘發(fā)報警,應(yīng)做出相應(yīng)處理。

        (2)連續(xù)料位檢測系統(tǒng):料位監(jiān)測裝置。

        安裝超聲波料位計、超高料位限位開關(guān),一定數(shù)量的射頻導(dǎo)納高料位探頭,并與進料帶式輸送機系統(tǒng)連鎖,當(dāng)球倉內(nèi)物料到達(dá)超高料位時,進料系統(tǒng)停止繼續(xù)進料。

        球倉激光料位裝置采用國外(加拿大)先進的測量儀器,能夠?qū)崟r配備測量整個球倉各點的料位并通過計算機程序計算出倉內(nèi)燃煤的存量,具有盤點煤量的功能。球倉內(nèi)儲煤的形狀可以通過球倉頂部的激光三維測距掃描系統(tǒng)得到。 激光掃描系統(tǒng)每隔2小時掃描一次,軟件通過三維立體畫面,立體呈現(xiàn)煤的儲存狀況。同時系統(tǒng)給出煤的平均高度,并估算出煤的體積和噸數(shù)。

        (3)球倉內(nèi)配置測溫監(jiān)測系統(tǒng):

        分別在煤倉底部、煤堆中部和表面設(shè)置遠(yuǎn)紅外溫度傳感器,監(jiān)測球倉中存煤的溫度變化;正確反映球倉內(nèi)的煤體表面溫度和可能的自燃、易燃點。 報警參數(shù)的范圍可調(diào)整。當(dāng)溫度表顯示兩筒倉中溫度超過60度時,惰化充氣自動開啟,向球倉內(nèi)充氣。

        2.2 防爆門的配置

        泄爆方式:重力翻板式。防爆門的總有效泄壓面積應(yīng)達(dá)到25 m2 ,泄壓率95%,連接處具有≤90℃的限位,當(dāng)壓力達(dá)到一定的值時, 泄壓門自動開啟,并在泄爆后能自動閉合。

        2.3 儲倉的消防設(shè)施和通風(fēng)除塵裝置

        設(shè)置消防水炮。通過安全監(jiān)測系統(tǒng)檢測到局部溫度過高或發(fā)生自燃的火警區(qū)域,調(diào)整角度進行噴水滅火。

        設(shè)置泡沫滅火裝置。對局部自燃區(qū)域噴射泡沫滅火劑。

        另外,在倉頂轉(zhuǎn)運站設(shè)置通風(fēng)換氣裝置和除塵器;

        2.4 設(shè)置置換惰化設(shè)施

        設(shè)置制氮系統(tǒng),氮氣惰化保護系統(tǒng)對球形倉進行鎖氣和充氮氣,以盡最大可能預(yù)防爆燃事故的發(fā)生和擴大。當(dāng)儲煤超過72小時或溫度超過60度或CH4和CO超過40或有煙霧報警時10分鐘后打開球倉底層氮氣電磁閥,10分鐘后打開球倉上層電磁閥,當(dāng)所有報警都消除后關(guān)電動閥40秒及關(guān)閉所有電磁閥。

        3 制定完善的防自燃、防爆運行措施

        3.1 來煤煤質(zhì)的控制

        煤的自燃難易程度同煤的揮發(fā)分高低有很大的關(guān)聯(lián)性,揮發(fā)分越高煤越容易自燃。從運行經(jīng)驗來看,短期儲存(時間少于1個月)的無煙煤、貧瘦煤很難發(fā)生自燃;但隨著揮發(fā)分的升高,自燃的可能性會呈指數(shù)增長。

        綜合以上原因,必須控制好入廠煤質(zhì),使來煤盡量接近設(shè)計煤種,盡量不來或少來20%≤Vdaf≤30%的煤。清苑熱電項目設(shè)計煤種 為干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf=17.99%,

        校核煤種均為干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf=14.21%,是無煙煤與貧瘦煤的混煤,儲煤球倉的混配方案為一個倉儲存無煙煤,一個倉儲存貧瘦煤,上煤時兩個倉同時供煤,按比例進行摻配。杜絕Vdaf≥30%的來煤。

        3.2 運行安全措施

        煤在自然堆積的狀態(tài)下,煤堆內(nèi)部會有很多縫隙,發(fā)電廠用煤一般是粉末狀或小顆粒居多,表面積很大。煤的表面同煤堆內(nèi)部的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng),釋放出熱量,在煤堆內(nèi)部熱量無法釋放,當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的溫度煤會發(fā)生自燃。 煤的揮發(fā)分主要成分是低分子烴類,如甲烷,乙烯,丙烯等以及—氧化碳,二氧化碳,硫化氫等。一般來說,揮發(fā)分多的煤種,揮發(fā)分逸出的溫度更低,所以高揮發(fā)分煤更易自燃。

        對于開放式煤場而言,煤場防止自燃的主要辦法為:一是分層碾壓,減少煤堆內(nèi)部的氧氣;定期翻燒,減少煤的存放時間。

        對于儲煤球倉來說,對于抑制儲煤自燃的有利條件有:一是儲煤球倉為全封閉煤場不會受到太陽的直射;二是不會受到雨水的影響,雨水沖刷、雨水滲入煤堆內(nèi)部后蒸發(fā)會在煤堆內(nèi)部形成空隙,加快煤的氧化反應(yīng);三是球形煤場的儲煤可以做到“先進先出”、無存煤死角,煤在球倉中的理論存放時間最多不會超過20天;四是儲煤球倉從下部給煤,上煤過程中對上部的存煤有一定的“擾動”,煤的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不會長時間聚集。

        儲煤球倉對抑制自燃不利的是儲煤無法進行分層碾壓。

        結(jié)合儲煤球倉的特點,制訂以下抑制自燃的運行措施:

        (一)5條煤溝輪流使用,防止產(chǎn)生局部存煤時間過長產(chǎn)生自燃。

        (二)由于每個球倉只有一個落煤點,存煤過程中會產(chǎn)生一定的離析效應(yīng),大量煤塊會沿煤堆的邊緣儲存到球倉的邊緣,塊煤間間隙大,存在許多空隙,這些空隙會加快煤的自燃,所以適當(dāng)加大南北兩側(cè)兩條煤溝的使用頻率。生產(chǎn)運行中取煤控制要先進先出,兩側(cè)輪流取煤,避免單側(cè)存煤量過大,避免靠近倉壁處存煤時間過長。

        (三)球倉煤槽傾角設(shè)計為 ,當(dāng)煤濕、煤粘度較大時,盡量縮短靜止時間,每條皮帶輪流運煤,平衡卸煤,使用葉輪給煤機的水力破拱裝置防止蓬煤,避免長時間棚煤造成自燃。

        (四)在給球倉上煤過程連鎖啟動2號、3號轉(zhuǎn)運站布袋除塵器,降低球倉內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度。

        (五)運行人員通過上位機加強球倉內(nèi)溫度、甲烷、一氧化碳、煙氣各個測點的監(jiān)控,對于球倉監(jiān)控系統(tǒng)的報警不查明原因絕不放過,如測點發(fā)生問題及時更換。

        (六) 球倉在儲存設(shè)計煤種或揮發(fā)分同設(shè)計煤種接近的來煤過程中,球倉安全惰化系統(tǒng)應(yīng)處于熱待機狀態(tài),當(dāng)出現(xiàn)下列情況時啟動安全惰化保護:

        1.球倉靜止儲煤超過3天時、球倉發(fā)現(xiàn)自燃傾向和異常、監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)氣體濃度報警時,啟動惰化系統(tǒng),向球倉充氮氣,抑制和延緩自燃的發(fā)生。

        球倉發(fā)現(xiàn)自燃傾向和異常,而且球倉安全惰化保護系統(tǒng)開始向煤層間斷充氮氣后未能抑制和延緩自燃的發(fā)生有繼續(xù)發(fā)展趨勢時,使用惰性氣體置換球倉上部空間可能爆炸的氣體,全方位控制和抑制自燃和爆炸直到球倉原煤用盡。

        (七)如果球倉內(nèi)存入高揮發(fā)分等易自燃煤種,開啟惰化系統(tǒng)向煤層充入惰性氣體直至易自燃煤種用盡。

        4 目前運行中出現(xiàn)的一些問題

        8月初,#1球倉頂部有濃烈的煤氣味道,打開檢查口,有煙氣大量涌出,判斷發(fā)生自燃,但是監(jiān)測系統(tǒng)未報警,溫度、CO、CH4等測點數(shù)值與正常情況下未出現(xiàn)異常,手動每班強制沖氮兩次,開啟防爆門通風(fēng),次日自燃現(xiàn)象消失。對此次事故的發(fā)生進行了分析。

        4.1 儲煤有蓬煤、搭橋現(xiàn)象,長時間存煤容易引發(fā)自燃。

        雨季以來,來煤粘度大、水分高,造成煤在球倉內(nèi)流動性較差,發(fā)現(xiàn)球倉內(nèi)有棚煤、搭橋等現(xiàn)象,5條輸煤廊道,葉輪撥煤機時有撥不到煤的情況發(fā)生,造成棚煤的原因除了煤質(zhì)本身的特性外,還有料倉設(shè)計和運行方面的問題:

        ——料倉的倉壁不夠光滑,摩擦系數(shù)大:

        #1球倉在煤槽的斜壁和底面鋪設(shè)了摩擦系數(shù)低的耐磨材料鑄石板,鑄石板粘貼工藝要求較高,需要14天左右養(yǎng)護,施工中難免有養(yǎng)護不到位的情況,運行一段時間后,鑄石板有一定程度的脫落。

        落煤點在球倉頂部,倉頂高41.5米,加上除大塊器至今未能投入運行,攙和了較大石塊的煤從倉頂落入到球倉內(nèi),對倉內(nèi)脆性較大的鑄石造成一定程度的損傷。

        ——球倉內(nèi)煤槽與球倉內(nèi)壁交界處留有死角,造成存煤。

        ——煤槽兩側(cè)的斜壁傾斜角度不同,使物料的下滑速度不同,形成結(jié)拱現(xiàn)象;

        針對這些問題,建議在設(shè)計上和運行管理上采取以下改進措施:

        ——將球倉內(nèi)的煤騰空,球倉推出運行,對煤槽的斜壁和底面脫落和破碎的鑄石板進行修補;

        ——在球倉內(nèi)煤槽與球倉內(nèi)壁交界處,澆筑混凝土緩坡,避免死角存煤。

        ——改進并統(tǒng)一煤槽兩側(cè)斜壁傾斜角度。

        ——除大塊器盡早投入運行,避免大塊石頭和煤塊直接進入球倉內(nèi)。

        4.2 熱控測點設(shè)置不夠完善,致使球倉內(nèi)發(fā)生自燃時,監(jiān)控不到未

        報警

        ——每個球倉設(shè)置34個溫度測點,測點設(shè)置少不能對球倉進行全面檢測,局部發(fā)生自燃時,溫度測點難以到,應(yīng)設(shè)置更多的溫度測點。

        ——可燃可爆氣體、煙霧檢測測點設(shè)置少,局部發(fā)生自燃時不能有效監(jiān)控、報警,應(yīng)加裝一些可燃可爆氣體、煙霧檢測測點,增大檢測區(qū)域,便于運行人員分析倉內(nèi)工況。

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