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        淺談火電廠煤倉防爆控爆必要性及相關(guān)措施

        2014-10-21 20:09:59秦丹丹張鐵鑄
        電子世界 2014年18期
        關(guān)鍵詞:惰化

        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(guān)實施措施。

        【關(guān)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(fēng)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(dá)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(fēng)筒效應(yīng)”,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(yù)防控制,即非消防滅火問題。這類問題對于遇到設(shè)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(dǎo)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(jì)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(shè)立儲氣裝置,其中1座筒倉發(fā)生煤自燃惡性事故,導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。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(hù)消防大隊東勝救護(hù)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(yán)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(jī)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?xì)怏w聚集進(jìn)而引爆,二是煤層氧化產(chǎn)生自燃陰燃進(jìn)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(yīng),生成可燃物CO、CH4及其他烷烴物質(zhì)(即瓦斯氣體),當(dāng)達(dá)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(yīng),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(dāng)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)中明確指出,大型煤倉著火后的滅火是很困難的,應(yīng)該考慮控制預(yù)防,而不是消防滅火。

        要想做到有效的控制預(yù)防,首先應(yīng)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(dǎo)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(qiáng),而且自燃時間也會相應(yīng)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(dá)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(dāng)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(dá)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(jì)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(yùn)行防治措施應(yīng)采取多層次全方位抑爆、控爆新技術(shù)——筒倉安全保護(hù)系統(tǒng)。

        筒倉安全保護(hù)系統(tǒng)主要包括四個部分:安全監(jiān)測系統(tǒng)、惰化保護(hù)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(dá)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(guān),而其中可以控制就是供氧條件,因此筒倉安全保護(hù)系統(tǒng)中的惰化保護(hù)(主要以氮?dú)鉃橹鳎┫到y(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(fēng)筒效應(yīng)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(hù)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?xì)怏w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(hù)中。

        另外,在加設(shè)惰性保護(hù)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(hù)筒倉安全。

        筒倉安全保護(hù)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(jìn)行全方位、多方面、深層次的監(jiān)測后,并及時發(fā)出預(yù)警命令,根據(jù)預(yù)警命令,自動開啟惰化保護(hù)系統(tǒng)第二級鎖、第三級充、第四級換工藝;在初步保護(hù)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(jìn)行第五級保護(hù)。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(jìn)行。多級多點及時的保護(hù)措施確保筒倉及周邊設(shè)備的安全運(yùn)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(yùn)行關(guān)系著整個電廠正常運(yùn)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(shè)計結(jié)構(gòu)要盡量避免有掛煤死角區(qū)域,進(jìn)出煤口要盡可能縮小與空氣接觸面積等;筒倉運(yùn)行工藝要有除塵設(shè)施,防止煤塵爆炸;日常運(yùn)行要加強(qiáng)管理,嚴(yán)格監(jiān)測筒倉內(nèi)部運(yùn)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(yùn)行,才能著力推廣采用筒倉儲存方式。

        參考文獻(xiàn)

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        [3]劉劍,王繼仁,孫寶錚.煤的活化能理論研究[J].煤炭學(xué)報,1999(3):316-320.

        [4]何啟林,王德明.煤的氧化和熱解反應(yīng)的動力學(xué)研究[J].北京科技大學(xué)學(xué)報,2006(1):1-5.

        [5]鮑慶國,文虎,王秀林,徐精彩.煤自燃理論及防治技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社.

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