延长筒仓存煤时间防止煤炭自燃的新型惰化技术及应用

张永祥 雷宝民

摘要：以国家能源集团某企业容量为3万吨/座的立式筒仓为例，结合新疆四个矿煤炭发火期实验报告与煤炭在筒仓内实际存放时间做比较，验证理论发火期与实际自燃时间的相符性。为延长筒仓存煤时间，防止因企业异常非计划停工期间、保障仓内不发生自燃，结合筒仓结构，研究并实施了一种新型惰化技术并成功应用，应用后可大大延长煤炭的静态存煤时间。

关键词：筒仓、惰化、自燃、发火期

前言：低变质烟煤因其挥发分高、发火期短而不能长期储存，在不投用惰化系统保护的情况下在立式筒仓内静态安全储存一版不超过20天，在夏季高温期间往往要低于这个天数。然而在实际生产中往往因生产（如非计划停工）需要被迫长期储存，结果导致煤炭在仓内发生自燃，最终给企业带来严重的安全隐患、环保压力及煤质变差等一系列问题。虽然现有筒仓中都设置惰化系统，但在发生自燃后都无济于事。本文在现有惰化技术的基础上通过对落煤特性和惰性介质渗透作用的研究后提出一种延长大型立式煤仓存煤时间的方法，可实现相对长周期储煤（约30天），规避煤炭自燃、往复倒运、环保风险以及煤质变差、倒运费用的经济损失等一系列问题发生。

一、最短自燃发火期实验与實际情况的对比

为研究公司所使用的四种煤炭最短自燃发火期，分别对乌东煤、五彩湾煤、黑山煤、红沙泉煤取样封存并委托中煤科工集团重庆研究院有限公司对上述矿点的煤炭最短自燃发火期进行研究，结论如下：乌东煤39天、五彩湾煤31天、黑山煤58天、红沙泉煤22天。颗粒度越小，吸氧量越高，越容易自燃，发火期越短。考虑到安全因素，对上述四个矿点煤炭自燃发火情况进行实际验证。选择4月份时段的红沙泉煤作为研究对象，发现静态存储到16天后筒仓筒仓甲烷和一氧化碳含量开始升高，到18天时一氧化碳含量含量超过50PPM，甲烷报警值超过25.0 LEL。此时开始紧急出煤，出煤温度已超过50℃，且煤中带有明细的红火。

通过实际抽检验证了红沙泉煤的自燃发火期与实验得出的发火期基本吻合，通过产生的一氧化碳、甲烷及出煤温度等特性，验证了理论值。

二、落煤特性和惰性介质渗透的研究

无论洗精煤还是普通原煤，公知、相对大的煤炭颗粒在下落过程中容易滚向边缘，细颗粒的煤炭尤其是粉末不易滚动，这样筒仓在储满煤后，靠近筒仓壁的大颗粒的煤相对较多、孔隙率大，越靠近筒仓中心的粉末多、孔隙率小，具体如图所示，图中A区域为粒度小的区域，筒仓璧为颗粒相对大的区域。当惰性气体进入筒仓璧后将沿着空隙率大流通阻力小的区域渗透，对对于图中A区粒度小空隙率小的区域流通阻力大不易渗透。

三、设计使用的惰化系统应用情况

立式筒仓在设计及建造时已经考虑了煤炭自燃的影响，设计了专用的惰化系统，如图所示的标号为3、4、5、的部分，分别是换气层，充气层和锁气层，惰化介质多为氮气。上述三层惰化系统进入筒仓后仅输送至仓壁内侧，但由于处于仓璧内侧孔隙率大，惰化气体流通阻力小，容易沿着图中带箭头的曲线贴璧上升，无法向A区方向渗透，导致易发生自燃的A区无法得到惰化气体的保护。

四、新型惰化技术原理及简介

为解决现有惰化系统所存在的不足，经过对落煤特性和惰性介质渗透作用的研究后提出一种延长大型立式煤仓存煤时间的方法，可使惰化介质充分利用，实现有效惰化。

现有的大型立式筒仓内部结构多为W型，出煤方式为分外环给煤机（图中标号6）出煤和内环给煤机出煤。现有的筒仓惰化系统分为三层布置、煤炭在下落过程中，惰化的氮气进入筒仓后将沿着阻力小的内壁渗透和流动。然而煤炭粒度越小、水分越高、吸氧量越大越容易发生自燃，基于此、处于筒仓中部的煤炭容易发生自燃，更需要惰性介质保护。新型惰化系统在现有惰化技术应用的情况下，在筒仓内环处设置一内部惰化环管，该环管借助W型中间土建结构作为支撑，并将惰性气体引入至该环管道内，实现内部惰化，实现在需要惰性保护的区域有惰化介质，进而实现有效惰化（见图中标号8所示，向上的箭头表示惰性气体渗透方向）。

五、新型惰化技术应用情况

如图所示，图中各标号表示为：1、进煤口;2、为筒仓;3、换气层;4、充气层;5、锁气层;6、外环驱动电机;7、输煤皮带;8、内部惰化环管。在筒仓正常运行或静态储煤期间，向该环管内通入惰性气体，实现对筒仓内部A区的惰化，防止自燃的发生。实际生产中，如果静态储煤少于10天，新惰化系统可不启用，如遇非计划停工导致被迫长期存煤的情况启用该系统。实践证明在静态存煤10天以后，开启新惰化系统后18天后，筒仓甲烷和一氧化碳含量开始升高，随即对该仓进行出煤，经检测出煤问题仅35℃，无煤炭自燃情况发生。对比后投入新惰化系统后，可将煤炭静态存储时间延长至28天。

六、结束语

新型惰化技术是在现有技术的基础上通过对落煤特性和惰性介质渗透作用的研究提出的一种延长大型立式煤仓存煤时间的方法。经过实践验证可实现相对长周期储煤，规避煤炭自燃、煤炭往复倒运、环保风险以及煤质变差、倒运费用的经济损失等一系列问题发生。但因生产企业所限，不能将所有煤炭全部试验一遍。结果表明，利用新惰化技术后，不仅可实现理论发火期内安全存煤的目的，还可适当延长存煤时间近30天，消除非计划停工带来的长期储煤自燃的安全隐患。

参考文献：

[1]王要令.防止煤炭自燃阻化剂研究进展[J].化工时刊，2013（01）：32-35.

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