國(guó)內(nèi)首座大型儲(chǔ)煤球倉(cāng)防爆、防自燃的探討

王志宏

摘要：清苑電廠大型儲(chǔ)煤球倉(cāng)，目前在國(guó)內(nèi)尚屬首例，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有運(yùn)行業(yè)績(jī)，國(guó)外也沒(méi)有在儲(chǔ)煤球倉(cāng)中采用這種上部落煤、下部由葉輪給料機(jī)取料的方式，防爆、防自燃成為安全運(yùn)行的一大難題，本文從球倉(cāng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行監(jiān)控和措施以及出現(xiàn)的事故分析方面對(duì)球倉(cāng)的防爆、防自燃進(jìn)行了一點(diǎn)研究。

關(guān)鍵詞：程控安全監(jiān)測(cè)；防爆運(yùn)行措施；存在的問(wèn)題

1 清苑熱電項(xiàng)目?jī)?chǔ)煤球倉(cāng)總體情況簡(jiǎn)介

薄殼式球形倉(cāng)結(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)受力特性好、占地面積小、外形美觀環(huán)保、施工工期短（6-8個(gè)月）施工過(guò)程在殼體內(nèi)部進(jìn)行，一旦薄膜充氣完成，內(nèi)部施工不受外部氣候的影響等特點(diǎn)，在煤炭、水泥、飛灰、石灰石、肥料、礦石、糧食等各種散狀物料的儲(chǔ)料設(shè)施和一些民用設(shè)施（場(chǎng)館、辦公樓、別墅等）中得到了廣泛應(yīng)用。在歐美已有近30年的歷史，技術(shù)成熟，球形倉(cāng)技術(shù)歐洲主要以Pirs SA為主，美國(guó)主要以Dome Technology為主。球形貯煤倉(cāng)，在國(guó)外燃煤發(fā)電廠的貯煤設(shè)施中得到了應(yīng)用，清苑電廠大型球倉(cāng)在國(guó)內(nèi)尚屬首例。

清苑熱電項(xiàng)目本期共建設(shè)兩座直徑為65m、高度為40.5m的儲(chǔ)煤球倉(cāng)，總貯煤量約為12萬(wàn)噸，可供本期2×300MW級(jí)機(jī)組燃用約19.4天，滿足規(guī)劃容量（4×300MW）機(jī)組9.7天的耗煤量。儲(chǔ)煤球倉(cāng)的上煤路徑為：翻車機(jī)—翻車機(jī)煤斗—皮帶給煤機(jī)—1號(hào)B皮帶機(jī)—2、3號(hào)皮帶機(jī)—1、2號(hào)球倉(cāng)。儲(chǔ)煤球倉(cāng)環(huán)基下設(shè)置5條狹縫式煤溝及5條皮帶機(jī)，每條煤溝使用一臺(tái)葉輪撥煤機(jī)作為給煤設(shè)備。設(shè)備在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿煤槽的取煤平臺(tái)縱向行走，將煤撥入帶式輸送機(jī)。采用變頻調(diào)速對(duì)撥煤機(jī)的取料能力進(jìn)行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)靈活，可靠性高。啟動(dòng)相應(yīng)的皮帶機(jī)后，可開(kāi)啟2臺(tái)葉輪撥煤機(jī)分別在1號(hào)、2號(hào)球倉(cāng)范圍內(nèi)的地下廊道內(nèi)行走給煤，實(shí)現(xiàn)2個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)煤的均勻摻配。

由于國(guó)內(nèi)尚無(wú)沒(méi)有運(yùn)行業(yè)績(jī)，盡管從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中倉(cāng)底均設(shè)計(jì)有角度，無(wú)存煤死角，但由于密閉環(huán)境，儲(chǔ)煤天數(shù)較長(zhǎng)，還是有可能發(fā)生自燃，所以防爆防自燃成為困擾球倉(cāng)安全運(yùn)行的一大難題。

2 球形煤倉(cāng)由于具有自燃及爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，因此配備了安全監(jiān)測(cè)報(bào)警及防爆設(shè)施

2.1 設(shè)置了完善的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)及連鎖控制系統(tǒng)

在輸煤集控室配置一套計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)配備了最新工控組態(tài)軟件，具有逼真畫(huà)面顯示，人機(jī)對(duì)話、報(bào)警記錄、報(bào)警記錄、事故追憶查詢、打印報(bào)表以及數(shù)據(jù)曲線等功能。

（1）球倉(cāng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置

煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：球倉(cāng)配置一定數(shù)量的可燃?xì)怏wCO/CH4傳感器，煙霧監(jiān)測(cè)傳感器。安裝在儲(chǔ)倉(cāng)頂部和接近煤堆的球倉(cāng)壁上，其中可燃?xì)怏w和CO顯示范圍為0-100，表示該氣體在空氣中所占百分比。顯示超過(guò)25有一個(gè)高報(bào)警、超過(guò)40有一個(gè)高高報(bào)警，高高報(bào)警發(fā)出后，惰化充氣自動(dòng)開(kāi)啟，向球倉(cāng)內(nèi)充氣。

畫(huà)面下側(cè)為煙霧報(bào)警報(bào)警。當(dāng)煙霧報(bào)警顯示“打開(kāi)”時(shí)說(shuō)明筒倉(cāng)中有煙霧，惰化充氣自動(dòng)開(kāi)啟，筒倉(cāng)上煤時(shí)粉塵易誘發(fā)報(bào)警，應(yīng)做出相應(yīng)處理。

（2）連續(xù)料位檢測(cè)系統(tǒng)：料位監(jiān)測(cè)裝置。

安裝超聲波料位計(jì)、超高料位限位開(kāi)關(guān)，一定數(shù)量的射頻導(dǎo)納高料位探頭，并與進(jìn)料帶式輸送機(jī)系統(tǒng)連鎖，當(dāng)球倉(cāng)內(nèi)物料到達(dá)超高料位時(shí)，進(jìn)料系統(tǒng)停止繼續(xù)進(jìn)料。

球倉(cāng)激光料位裝置采用國(guó)外（加拿大）先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，能夠?qū)崟r(shí)配備測(cè)量整個(gè)球倉(cāng)各點(diǎn)的料位并通過(guò)計(jì)算機(jī)程序計(jì)算出倉(cāng)內(nèi)燃煤的存量，具有盤(pán)點(diǎn)煤量的功能。球倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)煤的形狀可以通過(guò)球倉(cāng)頂部的激光三維測(cè)距掃描系統(tǒng)得到。 激光掃描系統(tǒng)每隔2小時(shí)掃描一次，軟件通過(guò)三維立體畫(huà)面，立體呈現(xiàn)煤的儲(chǔ)存狀況。同時(shí)系統(tǒng)給出煤的平均高度，并估算出煤的體積和噸數(shù)。

（3）球倉(cāng)內(nèi)配置測(cè)溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

分別在煤倉(cāng)底部、煤堆中部和表面設(shè)置遠(yuǎn)紅外溫度傳感器，監(jiān)測(cè)球倉(cāng)中存煤的溫度變化；正確反映球倉(cāng)內(nèi)的煤體表面溫度和可能的自燃、易燃點(diǎn)。 報(bào)警參數(shù)的范圍可調(diào)整。當(dāng)溫度表顯示兩筒倉(cāng)中溫度超過(guò)60度時(shí)，惰化充氣自動(dòng)開(kāi)啟，向球倉(cāng)內(nèi)充氣。

2.2 防爆門(mén)的配置

泄爆方式：重力翻板式。防爆門(mén)的總有效泄壓面積應(yīng)達(dá)到25 m2 ，泄壓率95%，連接處具有≤90℃的限位，當(dāng)壓力達(dá)到一定的值時(shí)， 泄壓門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟，并在泄爆后能自動(dòng)閉合。

2.3 儲(chǔ)倉(cāng)的消防設(shè)施和通風(fēng)除塵裝置

設(shè)置消防水炮。通過(guò)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到局部溫度過(guò)高或發(fā)生自燃的火警區(qū)域，調(diào)整角度進(jìn)行噴水滅火。

設(shè)置泡沫滅火裝置。對(duì)局部自燃區(qū)域噴射泡沫滅火劑。

另外，在倉(cāng)頂轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)置通風(fēng)換氣裝置和除塵器；

2.4 設(shè)置置換惰化設(shè)施

設(shè)置制氮系統(tǒng)，氮?dú)舛杌Ｗo(hù)系統(tǒng)對(duì)球形倉(cāng)進(jìn)行鎖氣和充氮?dú)猓员M最大可能預(yù)防爆燃事故的發(fā)生和擴(kuò)大。當(dāng)儲(chǔ)煤超過(guò)72小時(shí)或溫度超過(guò)60度或CH4和CO超過(guò)40或有煙霧報(bào)警時(shí)10分鐘后打開(kāi)球倉(cāng)底層氮?dú)怆姶砰y，10分鐘后打開(kāi)球倉(cāng)上層電磁閥，當(dāng)所有報(bào)警都消除后關(guān)電動(dòng)閥40秒及關(guān)閉所有電磁閥。

3 制定完善的防自燃、防爆運(yùn)行措施

3.1 來(lái)煤煤質(zhì)的控制

煤的自燃難易程度同煤的揮發(fā)分高低有很大的關(guān)聯(lián)性，揮發(fā)分越高煤越容易自燃。從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，短期儲(chǔ)存（時(shí)間少于1個(gè)月）的無(wú)煙煤、貧瘦煤很難發(fā)生自燃；但隨著揮發(fā)分的升高，自燃的可能性會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)。

綜合以上原因，必須控制好入廠煤質(zhì)，使來(lái)煤盡量接近設(shè)計(jì)煤種，盡量不來(lái)或少來(lái)20%≤Vdaf≤30%的煤。清苑熱電項(xiàng)目設(shè)計(jì)煤種 為干燥無(wú)灰基揮發(fā)分Vdaf=17.99%，

校核煤種均為干燥無(wú)灰基揮發(fā)分Vdaf=14.21%，是無(wú)煙煤與貧瘦煤的混煤，儲(chǔ)煤球倉(cāng)的混配方案為一個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)存無(wú)煙煤，一個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)存貧瘦煤，上煤時(shí)兩個(gè)倉(cāng)同時(shí)供煤，按比例進(jìn)行摻配。杜絕Vdaf≥30%的來(lái)煤。

3.2 運(yùn)行安全措施

煤在自然堆積的狀態(tài)下，煤堆內(nèi)部會(huì)有很多縫隙，發(fā)電廠用煤一般是粉末狀或小顆粒居多，表面積很大。煤的表面同煤堆內(nèi)部的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出熱量，在煤堆內(nèi)部熱量無(wú)法釋放，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的溫度煤會(huì)發(fā)生自燃。 煤的揮發(fā)分主要成分是低分子烴類，如甲烷，乙烯，丙烯等以及—氧化碳，二氧化碳，硫化氫等。一般來(lái)說(shuō)，揮發(fā)分多的煤種，揮發(fā)分逸出的溫度更低，所以高揮發(fā)分煤更易自燃。

對(duì)于開(kāi)放式煤場(chǎng)而言，煤場(chǎng)防止自燃的主要辦法為：一是分層碾壓，減少煤堆內(nèi)部的氧氣；定期翻燒，減少煤的存放時(shí)間。

對(duì)于儲(chǔ)煤球倉(cāng)來(lái)說(shuō)，對(duì)于抑制儲(chǔ)煤自燃的有利條件有：一是儲(chǔ)煤球倉(cāng)為全封閉煤場(chǎng)不會(huì)受到太陽(yáng)的直射；二是不會(huì)受到雨水的影響，雨水沖刷、雨水滲入煤堆內(nèi)部后蒸發(fā)會(huì)在煤堆內(nèi)部形成空隙，加快煤的氧化反應(yīng)；三是球形煤場(chǎng)的儲(chǔ)煤可以做到“先進(jìn)先出”、無(wú)存煤死角，煤在球倉(cāng)中的理論存放時(shí)間最多不會(huì)超過(guò)20天；四是儲(chǔ)煤球倉(cāng)從下部給煤，上煤過(guò)程中對(duì)上部的存煤有一定的“擾動(dòng)”，煤的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間聚集。

儲(chǔ)煤球倉(cāng)對(duì)抑制自燃不利的是儲(chǔ)煤無(wú)法進(jìn)行分層碾壓。

結(jié)合儲(chǔ)煤球倉(cāng)的特點(diǎn)，制訂以下抑制自燃的運(yùn)行措施：

（一）5條煤溝輪流使用，防止產(chǎn)生局部存煤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生自燃。

（二）由于每個(gè)球倉(cāng)只有一個(gè)落煤點(diǎn)，存煤過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的離析效應(yīng)，大量煤塊會(huì)沿煤堆的邊緣儲(chǔ)存到球倉(cāng)的邊緣，塊煤間間隙大，存在許多空隙，這些空隙會(huì)加快煤的自燃，所以適當(dāng)加大南北兩側(cè)兩條煤溝的使用頻率。生產(chǎn)運(yùn)行中取煤控制要先進(jìn)先出，兩側(cè)輪流取煤，避免單側(cè)存煤量過(guò)大，避免靠近倉(cāng)壁處存煤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

（三）球倉(cāng)煤槽傾角設(shè)計(jì)為 ，當(dāng)煤濕、煤粘度較大時(shí)，盡量縮短靜止時(shí)間，每條皮帶輪流運(yùn)煤，平衡卸煤，使用葉輪給煤機(jī)的水力破拱裝置防止蓬煤，避免長(zhǎng)時(shí)間棚煤造成自燃。

（四）在給球倉(cāng)上煤過(guò)程連鎖啟動(dòng)2號(hào)、3號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站布袋除塵器，降低球倉(cāng)內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度。

（五）運(yùn)行人員通過(guò)上位機(jī)加強(qiáng)球倉(cāng)內(nèi)溫度、甲烷、一氧化碳、煙氣各個(gè)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)控，對(duì)于球倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警不查明原因絕不放過(guò)，如測(cè)點(diǎn)發(fā)生問(wèn)題及時(shí)更換。

（六） 球倉(cāng)在儲(chǔ)存設(shè)計(jì)煤種或揮發(fā)分同設(shè)計(jì)煤種接近的來(lái)煤過(guò)程中，球倉(cāng)安全惰化系統(tǒng)應(yīng)處于熱待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)啟動(dòng)安全惰化保護(hù)：

1.球倉(cāng)靜止儲(chǔ)煤超過(guò)3天時(shí)、球倉(cāng)發(fā)現(xiàn)自燃傾向和異常、監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)氣體濃度報(bào)警時(shí)，啟動(dòng)惰化系統(tǒng)，向球倉(cāng)充氮?dú)猓种坪脱泳徸匀嫉陌l(fā)生。

球倉(cāng)發(fā)現(xiàn)自燃傾向和異常，而且球倉(cāng)安全惰化保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)始向煤層間斷充氮?dú)夂笪茨芤种坪脱泳徸匀嫉陌l(fā)生有繼續(xù)發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，使用惰性氣體置換球倉(cāng)上部空間可能爆炸的氣體，全方位控制和抑制自燃和爆炸直到球倉(cāng)原煤用盡。

（七）如果球倉(cāng)內(nèi)存入高揮發(fā)分等易自燃煤種，開(kāi)啟惰化系統(tǒng)向煤層充入惰性氣體直至易自燃煤種用盡。

4 目前運(yùn)行中出現(xiàn)的一些問(wèn)題

8月初，#1球倉(cāng)頂部有濃烈的煤氣味道，打開(kāi)檢查口，有煙氣大量涌出，判斷發(fā)生自燃，但是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)未報(bào)警，溫度、CO、CH4等測(cè)點(diǎn)數(shù)值與正常情況下未出現(xiàn)異常，手動(dòng)每班強(qiáng)制沖氮兩次，開(kāi)啟防爆門(mén)通風(fēng)，次日自燃現(xiàn)象消失。對(duì)此次事故的發(fā)生進(jìn)行了分析。

4.1 儲(chǔ)煤有蓬煤、搭橋現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間存煤容易引發(fā)自燃。

雨季以來(lái)，來(lái)煤粘度大、水分高，造成煤在球倉(cāng)內(nèi)流動(dòng)性較差，發(fā)現(xiàn)球倉(cāng)內(nèi)有棚煤、搭橋等現(xiàn)象，5條輸煤廊道，葉輪撥煤機(jī)時(shí)有撥不到煤的情況發(fā)生，造成棚煤的原因除了煤質(zhì)本身的特性外，還有料倉(cāng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面的問(wèn)題：

——料倉(cāng)的倉(cāng)壁不夠光滑，摩擦系數(shù)大：

#1球倉(cāng)在煤槽的斜壁和底面鋪設(shè)了摩擦系數(shù)低的耐磨材料鑄石板，鑄石板粘貼工藝要求較高，需要14天左右養(yǎng)護(hù)，施工中難免有養(yǎng)護(hù)不到位的情況，運(yùn)行一段時(shí)間后，鑄石板有一定程度的脫落。

落煤點(diǎn)在球倉(cāng)頂部，倉(cāng)頂高41.5米，加上除大塊器至今未能投入運(yùn)行，攙和了較大石塊的煤從倉(cāng)頂落入到球倉(cāng)內(nèi)，對(duì)倉(cāng)內(nèi)脆性較大的鑄石造成一定程度的損傷。

——球倉(cāng)內(nèi)煤槽與球倉(cāng)內(nèi)壁交界處留有死角，造成存煤。

——煤槽兩側(cè)的斜壁傾斜角度不同，使物料的下滑速度不同，形成結(jié)拱現(xiàn)象；

針對(duì)這些問(wèn)題，建議在設(shè)計(jì)上和運(yùn)行管理上采取以下改進(jìn)措施：

——將球倉(cāng)內(nèi)的煤騰空，球倉(cāng)推出運(yùn)行，對(duì)煤槽的斜壁和底面脫落和破碎的鑄石板進(jìn)行修補(bǔ)；

——在球倉(cāng)內(nèi)煤槽與球倉(cāng)內(nèi)壁交界處，澆筑混凝土緩坡，避免死角存煤。

——改進(jìn)并統(tǒng)一煤槽兩側(cè)斜壁傾斜角度。

——除大塊器盡早投入運(yùn)行，避免大塊石頭和煤塊直接進(jìn)入球倉(cāng)內(nèi)。

4.2 熱控測(cè)點(diǎn)設(shè)置不夠完善，致使球倉(cāng)內(nèi)發(fā)生自燃時(shí)，監(jiān)控不到未

報(bào)警

——每個(gè)球倉(cāng)設(shè)置34個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)設(shè)置少不能對(duì)球倉(cāng)進(jìn)行全面檢測(cè)，局部發(fā)生自燃時(shí)，溫度測(cè)點(diǎn)難以到，應(yīng)設(shè)置更多的溫度測(cè)點(diǎn)。

——可燃可爆氣體、煙霧檢測(cè)測(cè)點(diǎn)設(shè)置少，局部發(fā)生自燃時(shí)不能有效監(jiān)控、報(bào)警，應(yīng)加裝一些可燃可爆氣體、煙霧檢測(cè)測(cè)點(diǎn)，增大檢測(cè)區(qū)域，便于運(yùn)行人員分析倉(cāng)內(nèi)工況。