浅谈火电厂煤仓防爆控爆必要性及相关措施

秦丹丹 张铁铸

【摘要】本文通过列举近年来发生在各火电厂煤仓爆炸恶性事故案例，分析其爆炸原因，论述了煤仓防爆控爆的必要性，并提出相关实施措施。

【关键词】储煤仓;防爆;控爆;惰化

1.前言

随着国家对各行业环保的重视及政策的落实，好多大型电厂考虑到散煤的堆放不仅占地面积大、污染环境，而且长期的风化还降低煤质，因此采取了筒仓存储方式。实践证明原煤筒仓储煤具有占地小、无粉尘污染、适用于各种气候条件等优势。

但由于筒仓容积达数万立方米，属于相对封闭的容器，也带来了安全防爆的新问题，如由于煤自身特性，即氧化放热自燃倾向性，再加上筒仓的“风筒效应”，在有限的相对密封的空间内，不利于散热，极易在局部具备自燃条件的某一点首先发生自燃，最终引发大面积自燃和爆燃。大量事实证明，筒仓着火后灭火是很困难的，只能考虑预防控制，即非消防灭火问题。这类问题对于遇到设备检修，需要长时间存储原煤时，尤其是自燃倾向高、爆炸等级属于I类的煤种就更为迫切。

2.案例列举

1）2009年7月29日14时16分，山东海化煤业化工有限公司的煤仓由于煤仓中煤炭长期存储而引发煤炭自燃，导致顶部皮带走廊和筒仓发生大火，虽然未造成人员伤亡，但直接、间接造成的经济损失却不小。

2）2009年，神华包头煤烯烃项目，3座φ30m×62m的筒仓，在装有惰化系统情况下，因供氮系统发生故障，又没有设立储气装置，其中1座筒仓发生煤自燃恶性事故，导致系統停机。同样事故在宁夏宁煤烯烃项目也发生过。

3）2010年5月23日14点30分神东救护消防大队东胜救护中队接到昌汉沟煤矿的事故召请电话，称昌汉沟煤矿2号原煤仓内煤炭自燃且近一周未完全熄灭，严重影响了煤矿的安全生产。

4）2012.5，石家庄热电厂一座1万吨筒仓发生煤自燃系统停机事故，造成人力物力大量消耗，影响恶劣。

5）2012.6，山西长治五羊煤矿储煤仓因仓顶聚集瓦斯气体没能及时稀释，工人在仓上作业时发生爆炸，仓盖揭掉，皮带走廊断裂，2人丧生。

3.煤仓事故原因综合分析

综上案例可归纳煤仓着火事故分为两大类型：一是煤氧化引起的可燃气体聚集进而引爆，二是煤层氧化产生自燃阴燃进而大面积着火。因此，可以说煤被空气中的氧气氧化是煤自燃爆炸的根本原因。煤中的碳、氢等元素在常温下就会发生反应，生成可燃物CO、CH4及其他烷烃物质（即瓦斯气体），当达到一定浓度时，遇明火即可引发爆炸，如上述案例中讲到的煤仓误操作引起的爆炸都是此原因。煤的氧化属放热反应，如果热量不能及时散发掉，将使煤的堆积温度升高，反过来又加速煤的氧化，放出更多的可燃质和热量。当热量聚集，温度上升到一定值时，即会引起可燃物质燃烧即自燃。

4.煤仓事故防治措施

大量实践证明，一旦事故发生，临时向筒仓中充入CO2、N2等惰性气体实施惰化保护的措施，对于小于2000立方的小型筒仓还可以适用，对于几万立方的大型煤仓则根本无法实现。因此，美国NFPA68/69防爆标准中明确指出，大型煤仓着火后的灭火是很困难的，应该考虑控制预防，而不是消防灭火。

要想做到有效的控制预防，首先应清楚影响煤氧化自燃的如下因素：

（1）存煤本身具有自燃倾向性。煤的自燃倾向性是煤的一种自然属性，反映了煤的变质程度，水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、导热性，是煤自燃的基本条件。煤在常温下的氧化能力主要取决于挥发分的含量，挥发分含量越高，自燃倾向性越强，而且自燃时间也会相应缩短。

（2）供氧条件。煤堆暴露于空气中，表面与空气充分接触，而且空气通过煤块之间的间隙渗透到煤堆内部，给煤堆内部氧化创造了条件。煤的块度越大，煤块之间的间隙越大，其供氧条件越好，氧化越快。

（3）氧化时间。煤从氧化发展到自燃有一个过程，氧化时间达到自燃发火期才能自燃。如长焰煤的自然发火期为1～3个月，气煤为4～6个月。

（4）储热条件。煤在氧化的过程中放出热量，只有当放出的热量大于散发掉的热量时，才能使热量聚集，温度上升，达到煤的着火点就会自燃。

（5）此外，煤的粒度、水分、灰分、压实程度、环境温度、湿度等因素都会影响煤的自燃。

目前电厂主要用的是水蒸气惰化系统，来源广、价格低，但是喷入水蒸汽后，无法维持很高的系统温度，很快会冷凝成液态水而失去惰化气体作用，而且燃烧的煤会与水蒸汽作用生成易燃易爆的水煤气，还需大量疏水保持状态，经常出现用时开不起来的现象，既不经济又不安全。

笔者通过走访多处煤仓现场，及查阅大量资料，得出煤仓安全运行防治措施应采取多层次全方位抑爆、控爆新技术——筒仓安全保护系统。

筒仓安全保护系统主要包括四个部分：安全监测系统、惰化保护系统、自动泄爆装置、控制系统。

其中安全监测系统包括：筒仓内视频监视系统（摄像头）、雷达料位计、高料位计、温度传感器、可燃性气体（CH4、CO）、烟雾传感器、便携式测氧仪。

考虑到煤仓自燃与以上所列五个因素有关，而其中可以控制就是供氧条件，因此筒仓安全保护系统中的惰化保护（主要以氮气为主）系统可采取多层措施，阻断供氧条件，即第一层用惰性气体封锁出煤口，消除因风筒效应氧气从仓底出煤口吸入;第二层在煤层间充入惰性气体，降低氧气含量，使得煤层周围处在惰性保护中，以减缓或者停止煤层氧化;第三层用惰性气体将煤层上方挥发的可燃气体系统置换出去，如此以来，使得整个煤仓尽可能处在惰性保护中。

另外，在加设惰性保护系统后，为防止惰化系统异常工况失灵，再加一级筒仓泄爆装置，以备在筒仓内部压力急剧升高时，及时泄爆从而保护筒仓安全。

筒仓安全保护系统工作流程：前三部分相互配合，逐步升级，作为第一级的安全监测系统通过对筒仓进行全方位、多方面、深层次的监测后，并及时发出预警命令，根据预警命令，自动开启惰化保护系统第二级锁、第三级充、第四级换工艺;在初步保护后，如出现紧急异常工况时，安全泄爆装置可自动开启，对筒仓进行第五级保护。第四部分——控制系统也是整个系统的重要组成部分，可以实现整个系统流程无人值守，自动化进行。多级多点及时的保护措施确保筒仓及周边设备的安全运行。

5.结束语

大直径筒仓形式的封闭煤场已是火力发电厂存煤的发展方向，它的安全运行关系着整个电厂正常运行乃至一方百姓的秩序生活。本文提出的筒仓防爆措施只是冰山一角，在实际中，要考虑到煤的特殊性质，需要做的工作还有很多，如煤仓修建选址要尽量避开暴晒位置;储煤时间要尽可能缩短;筒仓设计结构要尽量避免有挂煤死角区域，进出煤口要尽可能缩小与空气接触面积等;筒仓运行工艺要有除尘设施，防止煤尘爆炸;日常运行要加强管理，严格监测筒仓内部运行动态，等等。只有将安全防范工作做到位，才能保证筒仓安全运行，才能着力推广采用筒仓储存方式。

参考文献

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