煤堆自燃原因分析與防治措施

　【摘要】煤氧化自燃既是重大的事故隱患,也降低了煤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。分析了煤堆自燃的原因,煤堆易發(fā)生自燃的部位,并提出防治措施。 　　 　　煤炭長(zhǎng)期堆積會(huì)因氧化作用,使煤的灰分升高,固定炭和熱值下降,降低煤的質(zhì)量。煤炭自燃還會(huì)造成大量的煤白白燒掉。如汕頭電廠燃燒的煙煤,煤場(chǎng)經(jīng)常貯有3個(gè)月以上的正常用量,因貯煤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而經(jīng)常發(fā)生自燃,有時(shí)同時(shí)幾處發(fā)生自燃。陰燃的煤被送到輸送和研磨設(shè)備,會(huì)造成燃燒和爆炸事故。煤自燃既是重大的隱患,也降低了煤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,因此,了解煤自燃的特性,防止煤自燃具有十分重要的意義。 　　 　　1、煤堆自燃原因分析 　　 　　煤大體上由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成,主要可燃元素是碳(約占65%～95%),其次是氫(約占1%～2%),并含少量氧(約占3%～5%,有時(shí)高達(dá)25%)、硫(約占10%),上述元素一起構(gòu)成可燃化合物,稱(chēng)為煤的可燃質(zhì)。除此之外,煤中還含有一些不可燃的礦物質(zhì)灰分(5%～15%,也有高達(dá)50%)和水分(一般在2%～20%之間變化),這些物質(zhì)稱(chēng)為煤的惰性質(zhì)。 　　 　　煤被空氣中的氧氣氧化是煤自燃的根本原因。煤中的碳、氫等元素在常溫下就會(huì)發(fā)生反應(yīng),生成可燃物CO、CH4及其他烷烴物質(zhì)。煤的氧化又是放熱反應(yīng),如果熱量不能及時(shí)散發(fā)掉,將使煤的堆積溫度升高,反過(guò)來(lái)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(shí),即會(huì)引起可燃物質(zhì)燃燒而自燃。 　　 　　煤堆發(fā)生自燃要同時(shí)具備以下4個(gè)條件: 　　 　　(1)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(shí)間也會(huì)相應(yīng)縮短。根據(jù)煤的氧化程度與著火點(diǎn)之間的關(guān)系,利用原煤樣的著火點(diǎn)和氧化煤樣的著火點(diǎn)的差值ΔT來(lái)推測(cè)煤的自燃傾向。一般,原煤樣著火點(diǎn)低,而且ΔT大的煤容易自燃;ΔT>40℃的煤為易自燃煤;ΔT<20℃的煤(褐煤和長(zhǎng)焰煤除外)是不易自燃煤。從表1可看出,從褐煤到無(wú)煙煤,其著火點(diǎn)越來(lái)越高,自燃傾向性越來(lái)越弱。 　　 　　表1我國(guó)各類(lèi)煤的著火點(diǎn)范圍略 　　 　　(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(guò)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。 　　 　　(3)氧化時(shí)間。煤從氧化發(fā)展到自燃有一個(gè)過(guò)程,氧化時(shí)間達(dá)到自燃發(fā)火期才能自燃。如長(zhǎng)焰煤的自然發(fā)火期為1～3個(gè)月,氣煤為4～6個(gè)月。 　　 　　(4)儲(chǔ)熱條件。煤在氧化的過(guò)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(shí),才能使熱量聚集,溫度上升,達(dá)到煤的著火點(diǎn)就會(huì)自燃。 　　 　　此外,煤的粒度、水分、灰分、壓實(shí)程度、環(huán)境溫度、濕度等因素都會(huì)影響煤的自燃。粒度越細(xì),比表面積越大,氧化反應(yīng)越劇烈,越易自燃。一般,煤自燃要經(jīng)歷水分蒸發(fā)、氧化、自燃3個(gè)階段。煤的濕度大,將煤浸在水中,能阻止煤與氧氣直接接觸而發(fā)生氧化反應(yīng),只要水不流失,也不會(huì)影響煤的質(zhì)量;再者,水分蒸發(fā)要消耗大量的熱量,煤含水量越大,蒸發(fā)期越長(zhǎng),此階段溫度無(wú)明顯上升?；曳衷礁?越不易自燃。將煤堆壓實(shí),能減少煤塊之間的間隙,減少空氣在煤堆內(nèi)的滲透量,削弱供氧條件。環(huán)境溫度和濕度都會(huì)影響煤自燃的時(shí)間,溫度越高、濕度越大,煤自燃的時(shí)間越短。 　　 　　根據(jù)電力、冶金、煤炭和水泥行業(yè)的煤堆發(fā)生自燃的實(shí)際情況看,發(fā)生自燃的部位既不在煤堆的表面,也不在煤堆深部,而在表層以下。在自然堆積狀況下,可將煤堆分為3層

冷卻層:煤堆的表層,約0.5～1.5m厚,該層煤較松散,與空氣接觸充分,雖發(fā)生氧化反應(yīng),但散熱條件好,所以不會(huì)發(fā)生自燃。 　　 　　氧化層:該層位于冷卻層以下,厚度在1～4m左右,具備煤自燃的所有條件,達(dá)到自然發(fā)火期即會(huì)自燃。 　　 　　窒息層:該層位于氧化層以下,煤層相對(duì)壓實(shí),供氧不充分,且含水率較高,氧化程度較低,不易發(fā)生自燃。 　　 　　煤在自然堆放時(shí),一般中心部位處顆粒較細(xì),越往四周顆粒越粗,相應(yīng)的,從中心往四周,空隙越來(lái)越大,通風(fēng)散熱條件越來(lái)越好,冷卻層和氧化層越來(lái)越厚。自燃一般發(fā)生在氧化層。同時(shí)伴隨著溫度升高、冒熱氣、冒煙等現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤堆上某處釋放熱氣或冒煙,那么自熱或自燃點(diǎn)一定在該部位垂直向下的氧化層內(nèi),因?yàn)槭苊旱淖詿峄蜃匀嫉臒釅鹤饔?氣體流動(dòng)方向?yàn)榇怪毕蛏戏较?。一旦某個(gè)部位發(fā)生了自燃,也會(huì)改變其上部冷卻層的受熱條件,使冷卻層也自燃。因此,發(fā)現(xiàn)煤堆自燃必須立即采取措施,防止自燃范圍擴(kuò)大。 　　 　　2、防止煤堆自燃的措施 　　 　　防止煤堆自燃要防治結(jié)合,以防為主。對(duì)煤自燃的原因進(jìn)行分析,提出如下措施: 　　 　　(1)煤的自燃傾向性鑒定,對(duì)掌握煤自燃火災(zāi)的規(guī)律,有針對(duì)性地采取防火措施,保證安全生產(chǎn)具有重要意義。因此,對(duì)貯存自燃傾向性較大的煤和貯煤時(shí)間較長(zhǎng)的煤場(chǎng),應(yīng)作煤的自燃傾向性鑒定,測(cè)定煤的揮發(fā)分的含量、最低著火溫度、自燃發(fā)火期等指標(biāo)。 　　 　　(2)應(yīng)選擇合適的貯煤場(chǎng)和堆置方式,保持通風(fēng)良好,防止煤堆暴曬。宜將貯煤場(chǎng)設(shè)置在寬敞的區(qū)域,背陽(yáng)光的地方(如高山的北坡),或設(shè)置煤棚。周?chē)兔簣?chǎng)下部不得有高溫?zé)嵩?。這樣可降低煤的氧化速度。 　　 　　(3)正確核定貯煤時(shí)間,盡量不要超過(guò)煤的自燃發(fā)火期。在露天貯煤場(chǎng)情況下,貯煤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是發(fā)生自燃的主要原因之一。而且,貯煤時(shí)間越長(zhǎng),氧化程度越高,煤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值下降越多。 　　 　　(4)用推土機(jī)將煤一層一層壓實(shí),尤其是要將堆邊大塊部分壓實(shí),鋪蓋一層粘土更好,這樣可以減少煤堆的空隙度,趕走煤堆空隙中的一部分空氣,減少煤與氧氣的接觸。鋪蓋粘土?xí)黾用旱幕曳?對(duì)煤質(zhì)要求較高的情況不適用。在煤堆表面噴灑凝體材料,可阻止外界空氣向煤堆內(nèi)部滲透,防止煤堆自燃。該方法適應(yīng)性較廣,但成本較高,而且增加煤的灰分,對(duì)煤質(zhì)有影響。 　　 　　(5)使煤堆保持適當(dāng)?shù)乃帜苎娱L(zhǎng)煤的氧化期,有效防止煤自燃。根據(jù)分析,煤自燃前的全水分為5%～7%。當(dāng)煤的含水量達(dá)到12%時(shí),不會(huì)發(fā)生自燃。貯煤場(chǎng)的底部和周邊應(yīng)采用混凝土結(jié)構(gòu),以防止水分滲漏和流失。煤場(chǎng)周邊設(shè)置噴灑水設(shè)施,定期向煤堆噴灑水,這樣做還能夠防止煤場(chǎng)揚(yáng)塵。有把煤浸在水中來(lái)防止煤氧化自燃的作法。 　　 　　(6)加強(qiáng)煤場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)管理,盡早發(fā)現(xiàn)煤自燃征兆,并采取處理措施。每天派人巡查自燃情況,發(fā)現(xiàn)有局部溫度升高、冒熱氣、冒煙等現(xiàn)象時(shí),即可判斷該處氧化層已發(fā)生自燃。發(fā)生自燃還伴隨著CO濃度升高,因此,用CO檢測(cè)儀能檢測(cè)出來(lái)。 　　 　　處理煤堆自燃主要用噴灌水的方法。將水直接灑在煤堆表面上,或挖溝澆灌的方法都會(huì)使?jié)B入煤堆內(nèi)的水量不均,而且容易流失,把煤沖走,由于受熱壓作用,進(jìn)入自燃部位的水量少,防火效果不好。改為插管注水將注水管直接插入自燃部位,用壓力水濕潤(rùn)氧化自燃部位的煤體,降低了煤體的自熱溫度,抑制了煤氧化自燃。對(duì)于較小的煤堆,可把發(fā)生自燃部位的外表層扒掉,露出氧化自燃層來(lái)散熱冷卻,或經(jīng)常倒堆破壞氧化層以延緩或阻止自燃。如同時(shí)噴灑水,則阻燃效果更好。該方法只適用于煤堆較小、四周有空間的情況。