圆形煤场自燃系统的设计应用

【摘 要】圆形煤场自燃系统包括传输皮带自燃监测、仓壁测温保护系统和堆取料机红外扫描温度监测装置和可燃气体检测装置。对于防止煤场自燃、减少燃煤损耗、提高设备安全等具有重要的积极的作用。

【关键词】圆形煤场;自燃;监测

0.概述

圆形煤场是室内封闭式的贮煤场地，有不受外界天气影响、对周边环境污染少、容易清洁打理、外观美等优点。由于环保和节能的考虑，圆形煤场在国内大型火力发电厂的设计比例中，逐年上升，广东惠来电厂、汕尾电厂等都采用了圆形煤场的形式来贮煤。但由于圆形煤场属于半封闭式煤场，储量大、运转周期长，易发生自燃，且由于圆形煤场的特殊结构，煤场自燃多发生于管壁附近，轻则带来经济损失，重则对圆形仓管壁造成较大危害，引发安全事故。目前，采用圆形煤场很多电厂都发生过或大或小的自燃事故，专家们针对此情况都提出了不少建议，如在挡煤墙内壁补贴面耐火砖墙以防止发生自燃时火灾影响到煤场内壁；安装工业电视来监视煤场情况，发现火警，人工遥控启动消防水炮进行灭火等措施。但这些都是发生火灾后的补救措施，没有从根本上防止事故发生。在圆煤场内装设感温探测器，能在火灾发生前发出温度升高报警，采取温度高处的煤优先取用等有效措施防止自燃的发生。

1.圆煤场内煤的自燃

1.1自燃的原因

储煤被空气中的氧气氧化是其自燃的根本原因。煤中的C、H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。煤的氧化又是放热反应，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，放出更多的可燃物质和热量。当热量聚集，温度上升到一定值时，即会引起可燃物质燃烧而自燃。煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。

1.2自燃的发生的阶段

煤吸收水分放出大量的润湿热。虽然这是个物理过程，煤与水不发生化学反应，不是煤自燃的根本原因，但是却对低品级的煤自燃有重要影响，多数情况下对煤自燃起着关键作用。

煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。该阶段的反应温度为环境温度至70℃。这伸过程中煤吸附氧气会产生过氧化物，因而叫做化学吸附阶段。化学吸附阶段煤重略有增加，并产生气体，其中的CO可作为标准气体，通过监测CO浓度可对煤的自燃进行早期预报，化学吸附阶段需要少量水参加反应。 该阶段生成一种稳定的化合物，即煤氧复合物。其反应温度范围为150～230℃。产生的热量25.2～003.4J/g。这个阶段煤重又有所增加，煤氧化进行到这个阶段必然发生自燃。这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧阶段的过渡时期，煤温达230℃时，煤氧化可进行到个阶段。此时煤的反应热为42～243.6J/g。这些热量使煤迅速上升促进了煤的快速燃烧。

1.3自燃造成的危害

储煤自燃会带来煤炭存储中的大量损耗，造成不可低估的经济损失。据统计我国每年被不受控制的煤火烧掉的煤多达1000万至2000万吨，相当于每年“烧”掉1.25亿到2.5亿美元。自燃产生的CO、SO2，，会对现场工作人员的身体健康带来危害，当CO浓度大于1.5%的时候可能还会引起爆炸。一旦发生事故，有可能影响影响到整个电厂的运行和安全。

2.传统的监测方式

传统方式之一是通过在煤堆中插入热敏电阻或电耦来监测煤堆的温度，看是否达到预警温度，从而确定是否存在自燃。但这种方式工程量浩大，需要的监测点众多，自燃点很难准确定位。

传统方式之二是通过手持式红外热像仪来探测煤堆的温度，看是否达到预警温度，从而确定是否存在自燃。但这种方式煤氧化产生的CO、SO2等有害气体会对操作人员的健康造成威胁，而且发现自燃后预警不及时、处理不到位，随着煤炭的消耗和周转，需要人力反复操作，这对于超大型煤炭堆积场存在不可实现性的。

传统方式之三是在圆煤场仓壁砖墙上设置采用普通感烟或感温探测器。由于煤粉尘的污染，运行时间不长，探测器就会失灵，再加上它空间太大，一般探测器很难安装

3.储煤自燃系统的介绍及应用

储煤自燃监测系统为储煤自燃全程监测系统，监测装置包括传输皮带自燃监测、仓壁测温保护系统、堆取料机红外测温和可燃气体检测装置。堆取料机红外温度监测系统和可燃气体浓度监测系统共用数据平台，可燃气体浓度监测系统的监测数据融合到红外温度监测系统中，以便在同一个软件平台观察圆形煤场的安全环境状况。

传输皮带自燃监测。煤炭在经过长时间的运输及存储之后，由于水分的挥发、压实程度的变化等因素影响易发生自燃，不仅对运行皮带造成安全隐患，如果让已经自燃的煤炭进入储煤场，还会造成更大面积的损失。在传输皮带尤其是在进厂煤传输皮带上，加装温度监测设备，能为煤场安全提供有力保障。传输皮带自燃监测范围广，可监测20到600℃，1.6米宽的皮带，可全程全时地监测皮带。安装在传输皮带上的探头在温度异常时发出报警信号到就地及远方的报警主机，或可接驳自动喷淋设备，实现火警自动喷淋功能。

堆取料机红外监测。堆取料机红外监测系统是一种安装在圆形煤场堆取料机上，通过大臂的旋转，监测煤堆的表面温度变化，精确定位高温点所在的位置，以非接触式的红外温度检测为主，同时和易燃、有毒气体浓度检测相结合，并加入实时位置信息来判断煤场实时温度分布和自燃等级的综合环境监测系统。红外热像仪实时成像煤场的温度分布图，各种易燃、有毒气体传感器的值作为煤场自燃环境的重要参考，通过系统软件对温度趋势的分析，以及和位置信息的匹配，从而提供煤场管理人员综合的环境信息，指导煤场安全管理工作。红外监测系统为有非接触热成像技术，可轻易探测到热源点表面温度。多传感器融合，实现煤场环境的全面监控，在温度超出时迅速报警，运行人员可及时启动预防措施，减少燃煤损耗甚至火灾的发生。

仓壁测温保护系统。仓壁测温保护系统主要用于圆形煤场的仓壁温度监测。它采用CFD-F1分布式光纤测温，具有强度高、耐高位高压、抗化学腐蚀、物理和化学性能稳定、电磁绝缘性好、灵敏度高等优点。感温光纤不怕与煤堆直接接触，安装时不需要土建预埋，可以连续测量温度，在主机站上显示和报警。以电厂圆形煤厂为例，在挡煤墙内壁的耐火砖墙上，距地0.5米、1米和1.5米处装设三圈铠装感温光纤，在输煤控制室设一台光纤测温工作站，以便运行人员能实时监测。当某处光纤温度异常报警后，应优先取用该位置的煤，情况更严重时，运行人员人工判断是否要启动消防水炮灭火。

4.结语

储煤自燃全程监测系统是利用热分析成像技术、图像处理技术、嵌入式控制以及计算机网络等综合技术，结合输煤皮带监测、仓壁测温、红外线测温、可燃气体监测全方位手段实现的储煤全过程温度监测系统，具有自燃准确定位、实时高效预警、远程预警、灾后数据分析等多种功能，对于有效降低煤炭储运过程中的自燃风险、减少燃煤损耗、提高设备安全等有着重要意义，对于指导救援、监测救援措施的实施效果也起到了积极的作用。

【参考文献】

［１］能源部西北电力设计院.电力工程电气设计手册.北京:中国电力出版社,1991.

［２］火力发电厂.变电所二次接线设计技术规程.北京:中国电力出版社,2002.