浅谈燃煤火电企业储煤场自燃防护

2019-09-02宋明光王群英张雪芳岳益锋

科技视界 2019年10期

宋明光　王群英　张雪芳　岳益锋

【摘要】介绍了煤炭自燃机理及自燃过程，针对其自燃特性总结了目前采用测温法对燃煤火电企业储煤场煤炭自燃隐患进行检测及预警的技术类别。从煤炭自燃的影响因素出发分析了煤炭阻燃的机理，并从物理阻燃、堆煤管理、阻燃剂阻燃三个方面介绍了储煤场煤炭的阻燃技术。对火电企业煤场的自燃防护在未来的技术发展进行了展望。

【关键词】储煤场;煤炭自燃;煤场测温;煤炭阻燃;阻燃剂

中图分类号： F426.61文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）10-0232-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.102

0 引言

对于燃煤火电企业，煤的氧化自燃，不仅造成热值大大降低，增加了机组的耗煤量，并且煤的自燃还会严重影响燃料输送系统的安全稳定运行，并威胁到现场运行人员的身心安全。因此防止煤场自燃对于火电企业的机组安全运行而言是一项至关重要的工作。

1 煤自然机理及自燃过程

煤自燃过程是一个包括物理、化学作用的极其复杂的过程，其影响因素包括煤化程度、水分、粒度、硫铁矿含量、气温气压等[1]。自燃机理目前主流上以煤氧复合作用学说为主，其主要认为是煤与氧的相互作用，即煤内部的无机物或者有机物煤样复合体在不同阶段的相互作用，从而引发一系列的吸/放热反应，进而引发自燃[2]。

2 煤场温度检测技术

对储煤场中存在自燃隐患的煤堆进行实时检测和及早发现，是储煤场安全监管的重点与难点。

氧化自燃过程会造成表面温度升高[3]，因此可采用测温法对煤炭自燃隐患进行检测及预警。早些年的实际工作中，多采用人工手持测温杆进行煤垛内部温度的测量，但人工方式存在着工作量大、效率低、测温范围小、遍及性差、可重复性低等诸多问题，因此现阶段也已经淘汰。目前成功应用于煤场温度检测的技术主要有温度传感器测温法、光纤测温技术及红外测温法。

2.1 温度传感器测温法

温度传感器测温法具有预测可靠、直观的优点，但是由于储煤场煤炭转运频繁，无法在煤堆内部布设温度传感器，该方法目前以圆形煤场应用为主，沿挡煤墙分层布置一定数量的温度传感器即可实现对于圆形煤场的温度监测。随着现代网络技术的发展，还出现了以ZigBee技术构建树形无线传感器网络，实现煤温的实时监测[4]。

2.2 光纤测温技术

已有不少学者通过在煤场放置分布式光纤温度传感器对煤场温度进行实时监测，特别是对于圆形煤场，光纤测温装置安装在挡煤墙内壁，沿挡煤墙高度方向多层布置[5]。该方法的缺点是光纤测温技术也属于接触式测温，需要进行监测点的传感器布放，沿挡煤强布置也存在容易损坏、不易更换等问题[6]。

2.3 红外测温技术

红外测温技术是通过测量煤体表面发出的红外辐射特性来分析和预测煤体温度情况。刘晨耀[7]、裘丛杰[8]、王长安[9]等研究了红外热像仪在煤场、煤层的温度检测及自燃隐患点探测方面的应用，验证了红外热像仪在煤堆自然预防方面的可行性。

由于红外测温属于非接触式测温，被测煤垛和红外测温装置之间存在一定的测量距离，测温精度易受到测量距离内大气辐射传输的影响。为了使红外热像仪输出的测温精度符合用户的需求，大连海事大学的季园园[10]研究了影响红外热像仪测温精度的因素，论述了温度校正模型等。谷红伟[11]针对储煤场露天煤垛堆放特点和检测要求，综合考虑大气辐射传输效应、煤垛反射辐射效应与红外成像系统空间效应的温度校正方法。

目前，红外测温装置根据不同的煤场类型可安装在堆取料机中心柱顶端或者料臂上、封闭煤场顶部钢结构上以及安装在露天煤场外圈加装的立杆上，结合导轨及云台可实现对全部区域的扫描[12]。近些年，无人机搭载红外测温装置的技术也被成功开发，大大提高了红外测温的适用性[13]。

3 燃煤阻燃技术

基于煤炭發生低温氧化过程的基本要素，煤堆的阻燃主要从降低煤的低温氧化反应特性、减少或隔绝氧气供给、改变散热条件、降低温度等方面采取相应措施。可分为物理阻燃技术、堆煤管理阻燃技术以及阻燃剂阻燃技术。

3.1 物理阻燃技术

物理阻燃技术主要是采用一些物理手段来减少和隔绝氧气或者降低堆煤温度。

采用水喷淋方法可以直接降低煤堆温度，并提高煤堆的表观比热容。该方法实施简单、成本低，但该方法只能具有短暂效果，因为水分可能对低温氧化起到催化和促进作用。煤堆压实，可以降低煤堆内部的孔隙率，减少空气的渗透，从而减弱低温氧化过程;采用风障及小倾角堆煤方式来改变煤堆表面氧气供给的边界条件，通过降低煤堆表面的风压减小氧气进入煤堆的速率。此外还可以在煤堆表面采用水灰浆覆盖，可以限制氧气与煤堆表面的接触，但该方法煤堆用于炉膛燃烧时由于水灰浆的不可燃性，降低了燃料的燃烧热值。

3.2 堆煤管理阻燃技术

在火电企业的实际运行中，煤堆管理也是阻燃环节的一个重要方面。不同煤场类型，不同燃料来源以及不同的掺烧条件对于煤场管理均有不同的要求。总体而言，可预防或者降低煤炭自燃风险的管理措施有：

（1）控制存煤周转时间，避免长时间堆放;

（2）对于不同的燃煤、不同时间的燃煤分区堆放，尽量压实;

（3）对于高水分、高硫份等易自燃煤种应单独存放，优先燃烧，并采用大跨度、低堆高的堆煤方式，以促进水分的自然蒸发。

国华电力研究院的李树军[14]结合国华盘电公司煤场的燃料结构，采用了分堆存放、层层碾压、用旧存新的技术措施，实现了有效控制煤场热值损失的管控目标。

3.3 阻燃剂阻燃技术

在诸多类型的阻燃剂中，卤盐等吸水性盐类阻化剂一般添加量较大（浓度高于20%），会显著降低燃料热值;铵盐类阻化剂、气溶胶阻化剂等失效温度较低且会放出有害气体气体危害工作人员健康;Ca（OH）2阻燃剂会腐蚀设备，抗氧化阻燃剂、酸性阻燃剂阻化效率低，离子液体阻燃剂成本过高。因此目前研究多集中在有机高聚物阻燃剂以及无机-有机复合阻燃剂。

高聚物阻燃剂的可选范围较多，目前已有聚乙酸乙烯酯乳液[15]、FR-1泡沫阻燃剂[16]、聚磷酸铵[17]、聚丙烯酸酯[18]等多种高聚物均被用于煤炭阻燃，因为能在煤体表面形成薄膜阻断空气的接触，因此具有较好的阻燃效果。

无机-有机复合阻燃剂因为兼具无机阻燃剂及高聚物阻燃剂的特点也被诸多研究者所关注。于水军等[20]研究了MgCl2-抗氧剂A复合阻化剂的阻化效果，司书芳等[21]以阻燃剂A、表面活性剂AEC和CaCl2合成了新型复合阻化剂。

但目前多数阻燃剂的研发与使用针对的煤矿的自燃防火，针对火电企业储煤场自燃防火阻燃剂多以实验室研发为主，应用较少。据广东省科学技术厅报道广东电网有限责任公司研制了一种高效、廉价、环境友好的新型有机阻燃剂，实现了对煤堆低温氧化和自燃抑制，相关研究成果在广东珠海金湾发电有限公司成功应用，可减少热值损耗2.45%。

4 结语

随时掌握整个储煤场煤垛的温度状态、准确及时对煤自然隐患进行预报并采取有效的自燃防止措施是现代化储煤场安全管理不可缺少的重要内容。

如何消除红外测温各复杂因素的干扰，并以煤氧化动力学理论为基础，基于传热、传质及燃烧理论的煤堆自燃过程的数学模型，开发出准确的煤堆自燃预报新技术，同时研制出能够适用于火电企业的储煤场环境且阻燃效果好的有机-无机复合型阻燃剂是煤场防自燃技术的重要发展方向。

【参考文献】

[1]谷红伟.煤岩组分的物化性质对煤自燃的影响[J].洁净煤技术，2008，14（6）：59-61.

[2]煤低温氧化过程中煤氧相互作用的实验研究[D].太原理工大学，2016.

[3]王聪，李君，付彭宾.煤自燃过程中的温升及CO生成特性[J].燃烧科学与技术，2017，23（5）：458-464.

[4]琳娜，宝力高，孙可，et al.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）：287-291.

[5]常瑞丽，郑祖东，謝忠泉.火电厂封闭式圆形贮煤场及其防自燃安全措施研究[J].工业安全与环保，2012，38（11）：63-65.

[6]吴迪，周孟然，胡苓苓，et al.光纤传感器在煤场温度监测系统中的应用[J].煤炭科学技术，2011（1）：80-82.

[7]刘晨瑶.乌兰煤矿煤层露头及渣台火区红外探测和治理技术研究[D].西安科技大学，2010.

[8]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，2012，33（1）：21-24.