火电厂煤场煤堆自燃原因分析及应对措施研究

李瑞光，刘占泉

(北方联合电力有限责任公司包头第二热电厂，内蒙古 包头 014030)

火电厂煤场煤堆自燃原因分析及应对措施研究

李瑞光，刘占泉

(北方联合电力有限责任公司包头第二热电厂，内蒙古 包头 014030)

分析了火电厂煤场煤堆自燃的主要原因，提出了防止煤堆自燃的应对措施。分析结果表明：煤中的硫分、挥发分、水分、煤的储存条件、季节变化等都对煤堆的自燃产生影响；为了防止煤堆自燃，应该从煤堆的底层布置、煤堆的设置、煤层压实、煤种的使用顺序、煤场监控等几个方面入手。

火电厂；煤堆；自燃

储存在大气环境中的煤经受长时间的风吹、日晒、雨淋后，会与空气中的氧气充分接触，发生氧化反应，致使煤堆内部温度升高。当煤堆温度达到煤的燃点时，导致自燃。煤堆一旦发生自燃，会造成下列严重后果：

1)引发制粉系统爆炸。自燃的煤堆中心温度可达800～1 000 ℃，甚至更高。而煤尘引燃温度一般为610～1 050 ℃，因此，当煤尘质量浓度超过爆炸下限值时，自燃的煤炭极有可能引发爆炸。

2)污染作业环境。煤自燃形成的烟雾中含各种有害气体，会严重污染电厂的作业环境和电厂周边的生活环境，危害作业人员和周围居民的健康。

3)烧毁大量的煤炭和输煤胶带等设备。自燃产生明火后，极易发生火灾，烧毁储存的煤炭和输煤胶带等设备，造成无法估量的损失。

1 煤堆自燃原因分析

煤堆的自燃与否是由煤堆的内因和外因两部分决定的。内因是煤质本身的因素，包括煤中的硫分、水分和灰分；外因是煤堆存放造成的，主要包括季节的变化和储存条件。表1列出了祸源温度与煤堆温度上升速度的关系。

表1 祸源温度与煤堆温度上升速度关系

1.1 煤中的硫分

一般情况下，煤中含有的硫分占10%左右。在一定温度下，硫与氧发生化学反应，生成氧化硫，进而生成稀硫酸。在这一过程中产生了热量，提高了煤堆中的温度，引起自燃。一般说来，煤中硫分越高，自燃的几率越大。

1.2 煤中的水分

煤中含有的水分大约在2%～20%之间，水分会增加煤堆的自燃。有水分参与时，煤中的各种化学反应加快，产生的热量提高。如氧化硫遇水反应生成稀硫酸的过程会产生一定的热量，这些热量会使水蒸发变成热汽，热汽在煤堆中扩散，扩大了煤堆的高热区，增加了煤的自燃区域。

1.3 煤中的挥发分

煤中挥发分的主要成分是低分子烃类，如硫化氢、—氧化碳、丙烯、甲烷、乙烯、二氧化碳等。挥发分物质燃点低，容易燃烧。根据资料介绍，当煤堆温度达到50～60 ℃时，Vad>28%以上的煤在1、2天内便会发生自燃； Vad<21%以下的煤堆一般要到80 ℃以上，才会发生自燃现象。

1.4 储存条件的影响

煤炭发生自燃的根本原因是煤与空气中的氧气发生氧化反应。储存条件的不同会对氧化反应产生一定的影响。发电厂储煤场一般都是露天的，煤与氧气接触充分，发生化学反应，释放热量。若释放出的热量产生积聚，煤堆的温度就会上升，达到自燃温度后，就会发生自燃。

1.5 季节变化影响

季节变化对煤自燃的影响主要体现在外部的温度和煤的水分发生变化方面。夏秋季时，气温升高，降雨频繁，煤层被雨水渗透，煤中的灰分和末粉被雨水带走，煤层变得疏松，在煤堆底部形成了许多空洞。疏松的煤层和煤堆底部的空洞使得渗入煤堆内的空气量增大，给煤堆自燃提供了充足的氧气，此季节水分也比较高，因此自燃的可能性增加。经验表明，每年的夏秋两季，特别秋季，是煤自燃的多发季节。

2 煤堆自燃的预防措施

目前，火电厂中煤场类型包括开放式、半开放式、全封闭圆型、圆筒仓并列群仓、全封闭圆形煤场、全封闭方形等6种类型。其中，开放式、半开式煤场较多，全封闭圆形和全封闭方形煤场是新近出现的煤场，圆筒仓并列群仓因其造价高一般电厂很少采用。为了防止煤堆自燃，对于不同类型的煤场，应该采取不同的措施。

2.1 铺设煤堆底层，防止自燃煤种积存

煤堆的场地一般铺设水泥地面，减少煤堆中空气的摄入量。为防止取料机取料时刮到水泥，煤堆要铺有1 m厚左右的底煤，形成煤堆底层，保证正常取料。选作煤堆底层的煤种一定是不易燃煤种，消除自燃隐患。一般来说，铺底煤以单一煤种为最佳，各组分煤质近似的混煤为其次。煤堆底层的煤也可作为应急储备之用，每年春秋两季可以将同类煤置换一次。选铺底煤种参数值范围如表2所示。

表2 铺底煤种煤质参数选择范围

2.2 合理设置煤堆形式，推迟氧化时间，减少氧化反应

1)合理地堆积煤堆的形状，把煤堆积成顶部齐平的人字形屋脊式，减少阳光的照射和雨水的渗入。煤堆斜面的角度控制在40～45°之间，高度控制在8 m以内。

2)合理地设置煤堆的走向。我国地处东北半球，煤堆大部分是长方形，阳光经常照在头顶偏南方向。所以，对于长方形的煤堆，取南北方向为佳，可以减少阳光的照射。

3)对煤堆设置阻风屏障。对于有多种煤质的煤场，可在煤场主导风的上游堆放稳定性强、灰分偏高、硫分及全水分较低且颗粒均匀度较好的煤种，形成风障，降低对流形成的风压差，阻滞风力的影响，对其他易自燃煤种的组堆起到保护作用，从而延缓自燃着火时间。

2.3 压实煤层，减少煤粒之间的空隙

如果煤粒之间的空隙过大，煤层疏松，积聚的空气就会较多，容易发生氧化反应，释放热量，引起自燃。为此，在存放煤时，可用推煤机对煤堆周围和煤层压实。煤堆周围压实的周期可根据煤种情况和季节情况而定。对于易燃煤种，可3～5 d压实1次；对于不易燃煤种，可1～1.5个月左右压实1次。煤层压实的周期也要根据煤种而定，对挥发分、全水分、硫分等含量较高的易自燃煤种，每铺堆到1.5～2 m厚时需压实1次；挥发分、全水分、硫分等含量较低的不易自燃煤种，可铺堆到4～5 m时压实1次。

2.4 优先使用易自燃煤种，避免自燃风险

在使用煤时，应该坚持“易自燃煤种优先取用”的原则，降低自燃的风险。表3给出了几个不同煤种的煤质特性参数。

表3 不同煤种煤质特性参数

同时，要计划好煤的存储时间，合理安排采购计划，做到既不影响机组供煤，也不过多储煤，避免自燃风险。一般来说，在露天放置的条件下，烟煤和褐煤的存放时间要控制在1个月以内，无烟煤、贫煤存储时间可略长一些，但也应控制在4 个月以内。

2.5 加强煤场温度监测，及时了解和处理自燃隐患

对煤场的温度监测，可以采用传统的作法，安排煤场管理人员对煤堆进行定期巡视，及时发现煤的自燃隐患。也可利用现代化技术手段对煤场进行全天候监测，及时发现煤堆温度升高、冒烟、冒汽等情况，采取措施进行处理，避免发生煤堆大范围自燃的情况。

目前，有些科研机构和电厂开发了监测煤场温度的人工智能系统，实现对煤堆温度和自燃情况的实时监控。如内蒙古民族大学赵琳娜等人设计了一套基于ZigBee 技术的储煤自燃温度无线监控系统。该系统采用IAR 编译工具编制软件，通过对埋在煤堆中几个关键温度节点的温度传感器的监控，实现了“储煤现场、燃料管理车间、生产技术中心”三级系统对煤温的实时监测控制。在实验环境下，这个传感器网络能够在100 m范围内较好地传输煤堆的温度数据。在现场环境下，它在100 m范围内也能正常传输测温节点的温度传感器数据，误差在±2 ℃，满足了煤场对煤堆的监控测温要求。图1为赵琳娜等人设计的储煤自燃无线温度监控系统结构图。

浙江省台州发电厂裘丛杰等人利用红外热成像仪监测范围广、检测速度快、测点密集、安装容易及维护简单等特点，开发了一套红外热成像仪煤场自燃监测控制系统，对煤场实施监测，如图2所示。这套系统具有预测煤场温度发生变化的优点，能够提前发现煤堆的自燃倾向性，以便及时采取有效措施，防止煤场的自燃。这套系统使用后，已经多次发现煤场的自燃隐患，收得了良好的效果。

图1 储煤自燃无线温度监控系统

图2 红外热成像仪监测系统

3 结 语

煤堆自燃是火电厂煤场面临的一个重大问题，自燃会造成严重的经济损失，甚至会引发生产安全事故，结合生产实践分析可知，煤中的硫分、水分、挥发分、煤的储存条件和季节变化是引起火电厂煤堆自燃的主要影响因素，因此，为了预防煤堆自燃，可采取以下几方面措施：

1)铺设单一煤种的底煤，防止自燃煤种长期积存；

2)合理设置煤堆的形式和走向，并设置阻风屏障，以此推迟氧化时间，减少氧化反应；

3)压实煤层，减少煤粒之间的空隙；

4)坚持“易自燃煤种优先取用”的原则；

5)加强煤场温度监测，及时了解和处理自燃隐患。

[1]裘丛杰，吴永朋.火电厂煤场自燃监测系统探讨[J].发电与空调，2012(1)：21-24.

[2]韩宏彬.火电厂煤场自燃的形成特征及防控方法[J].中国电力，2013(4)：98-103.

[3]赵琳娜，宝力高，孙 可，等.基于zigbee的火电厂储煤自燃监控系统的研究与设计[J].内蒙古民族大学学报：自然科学版，2015(4)：288-291.

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(责任编辑 张 凯 校对 佟金锴)

Causes of Coal Dump Spontaneous Combustion in Thermal Power Plant Coal Yard and Counter Measures

LI Rui-guang,LIU Zhan-quan

(Baotou second thermal power plant,North United Power Co.,Ltd.,Baotou 014030,Inner Mongolia)

This paper analyzed the main causes of the coal dump spontaneous combustion.Analysis results showed that the sulfur in coal,volatiles,water,coal storage conditions and the seasonal change had an effect on the coal spontaneous combustion.In order to prevent the coal spontaneous combustion,it should be paid much more attention to the basement arrangement and layout of the coal dump,the coal bed compaction,the coal service sequence and the coal yard monitoring.

Thermal power plant;Coal dump;Spontaneous combustion

2016-04-24

李瑞光(1975-)，男，内蒙古包头人，工程师。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.04.006

TM621.9

A

1673-1603(2016)04-0319-04