王志宏

摘要：清苑電廠大型儲煤球倉，目前在國內(nèi)尚屬首例，目前國內(nèi)沒有運行業(yè)績，國外也沒有在儲煤球倉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、防自燃成為安全運行的一大難題，本文從球倉設(shè)計、運行監(jiān)控和措施以及出現(xiàn)的事故分析方面對球倉的防爆、防自燃進(jìn)行了一點研究。

關(guān)鍵詞：程控安全監(jiān)測；防爆運行措施；存在的問題

1 清苑熱電項目儲煤球倉總體情況簡介

薄殼式球形倉結(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個月）施工過程在殼體內(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，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料設(shè)施和一些民用設(shè)施（場館、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，球形倉技術(shù)歐洲主要以Pirs SA為主，美國主要以Dome Technology為主。球形貯煤倉，在國外燃煤發(fā)電廠的貯煤設(shè)施中得到了應(yīng)用，清苑電廠大型球倉在國內(nèi)尚屬首例。

清苑熱電項目本期共建設(shè)兩座直徑為65m、高度為40.5m的儲煤球倉，總貯煤量約為12萬噸，可供本期2×300MW級機(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。儲煤球倉的上煤路徑為：翻車機(jī)—翻車機(jī)煤斗—皮帶給煤機(jī)—1號B皮帶機(jī)—2、3號皮帶機(jī)—1、2號球倉。儲煤球倉環(huán)基下設(shè)置5條狹縫式煤溝及5條皮帶機(jī)，每條煤溝使用一臺葉輪撥煤機(jī)作為給煤設(shè)備。設(shè)備在旋轉(zhuǎn)的同時沿煤槽的取煤平臺縱向行走，將煤撥入帶式輸送機(jī)。采用變頻調(diào)速對撥煤機(jī)的取料能力進(jìn)行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)靈活，可靠性高。啟動相應(yīng)的皮帶機(jī)后，可開啟2臺葉輪撥煤機(jī)分別在1號、2號球倉范圍內(nèi)的地下廊道內(nèi)行走給煤，實現(xiàn)2個倉儲煤的均勻摻配。

由于國內(nèi)尚無沒有運行業(yè)績，盡管從結(jié)構(gòu)設(shè)計中倉底均設(shè)計有角度，無存煤死角，但由于密閉環(huán)境，儲煤天數(shù)較長，還是有可能發(fā)生自燃，所以防爆防自燃成為困擾球倉安全運行的一大難題。

2 球形煤倉由于具有自燃及爆炸的風(fēng)險，因此配備了安全監(jiān)測報警及防爆設(shè)施

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

在輸煤集控室配置一套計算機(jī)測控系統(tǒng)，計算機(jī)測控系統(tǒng)配備了最新工控組態(tài)軟件，具有逼真畫面顯示，人機(jī)對話、報警記錄、報警記錄、事故追憶查詢、打印報表以及數(shù)據(jù)曲線等功能。

（1）球倉安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置

煙氣監(jiān)測系統(tǒng)：球倉配置一定數(shù)量的可燃?xì)怏wCO/CH4傳感器，煙霧監(jiān)測傳感器。安裝在儲倉頂部和接近煤堆的球倉壁上，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25有一個高報警、超過40有一個高高報警，高高報警發(fā)出后，惰化充氣自動開啟，向球倉內(nèi)充氣。

畫面下側(cè)為煙霧報警報警。當(dāng)煙霧報警顯示“打開”時說明筒倉中有煙霧，惰化充氣自動開啟，筒倉上煤時粉塵易誘發(fā)報警，應(yīng)做出相應(yīng)處理。

（2）連續(xù)料位檢測系統(tǒng)：料位監(jiān)測裝置。

安裝超聲波料位計、超高料位限位開關(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)球倉內(nèi)物料到達(dá)超高料位時，進(jìn)料系統(tǒng)停止繼續(xù)進(jìn)料。

球倉激光料位裝置采用國外（加拿大）先進(jìn)的測量儀器，能夠?qū)崟r配備測量整個球倉各點的料位并通過計算機(jī)程序計算出倉內(nèi)燃煤的存量，具有盤點煤量的功能。球倉內(nèi)儲煤的形狀可以通過球倉頂部的激光三維測距掃描系統(tǒng)得到。 激光掃描系統(tǒng)每隔2小時掃描一次，軟件通過三維立體畫面，立體呈現(xiàn)煤的儲存狀況。同時系統(tǒng)給出煤的平均高度，并估算出煤的體積和噸數(shù)。

（3）球倉內(nèi)配置測溫監(jiān)測系統(tǒng)：

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

2.2 防爆門的配置

泄爆方式：重力翻板式。防爆門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， 泄壓門自動開啟，并在泄爆后能自動閉合。

2.3 儲倉的消防設(shè)施和通風(fēng)除塵裝置

設(shè)置消防水炮。通過安全監(jiān)測系統(tǒng)檢測到局部溫度過高或發(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。對局部自燃區(qū)域噴射泡沫滅火劑。

另外，在倉頂轉(zhuǎn)運站設(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)，氮氣惰化保護(hù)系統(tǒng)對球形倉進(jìn)行鎖氣和充氮氣，以盡最大可能預(yù)防爆燃事故的發(fā)生和擴(kuò)大。當(dāng)儲煤超過72小時或溫度超過60度或CH4和CO超過40或有煙霧報警時10分鐘后打開球倉底層氮氣電磁閥，10分鐘后打開球倉上層電磁閥，當(dāng)所有報警都消除后關(guān)電動閥40秒及關(guān)閉所有電磁閥。

3 制定完善的防自燃、防爆運行措施

3.1 來煤煤質(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。從運行經(jīng)驗來看，短期儲存（時間少于1個月）的無煙煤、貧瘦煤很難發(fā)生自燃；但隨著揮發(fā)分的升高，自燃的可能性會呈指數(shù)增長。

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

校核煤種均為干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf=14.21%，是無煙煤與貧瘦煤的混煤，儲煤球倉的混配方案為一個倉儲存無煙煤，一個倉儲存貧瘦煤，上煤時兩個倉同時供煤，按比例進(jìn)行摻配。杜絕Vdaf≥30%的來煤。

3.2 運行安全措施

煤在自然堆積的狀態(tài)下，煤堆內(nèi)部會有很多縫隙，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)部熱量無法釋放，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的溫度煤會發(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。一般來說，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。

對于開放式煤場而言，煤場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，減少煤的存放時間。

對于儲煤球倉來說，對于抑制儲煤自燃的有利條件有：一是儲煤球倉為全封閉煤場不會受到太陽的直射；二是不會受到雨水的影響，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)；三是球形煤場的儲煤可以做到“先進(jìn)先出”、無存煤死角，煤在球倉中的理論存放時間最多不會超過20天；四是儲煤球倉從下部給煤，上煤過程中對上部的存煤有一定的“擾動”，煤的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不會長時間聚集。

儲煤球倉對抑制自燃不利的是儲煤無法進(jìn)行分層碾壓。

結(jié)合儲煤球倉的特點，制訂以下抑制自燃的運行措施：

（一）5條煤溝輪流使用，防止產(chǎn)生局部存煤時間過長產(chǎn)生自燃。

（二）由于每個球倉只有一個落煤點，存煤過程中會產(chǎn)生一定的離析效應(yīng)，大量煤塊會沿煤堆的邊緣儲存到球倉的邊緣，塊煤間間隙大，存在許多空隙，這些空隙會加快煤的自燃，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)存煤量過大，避免靠近倉壁處存煤時間過長。

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

（四）在給球倉上煤過程連鎖啟動2號、3號轉(zhuǎn)運站布袋除塵器，降低球倉內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度。

（五）運行人員通過上位機(jī)加強(qiáng)球倉內(nèi)溫度、甲烷、一氧化碳、煙氣各個測點的監(jiān)控，對于球倉監(jiān)控系統(tǒng)的報警不查明原因絕不放過，如測點發(fā)生問題及時更換。

（六） 球倉在儲存設(shè)計煤種或揮發(fā)分同設(shè)計煤種接近的來煤過程中，球倉安全惰化系統(tǒng)應(yīng)處于熱待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)下列情況時啟動安全惰化保護(hù)：

1.球倉靜止儲煤超過3天時、球倉發(fā)現(xiàn)自燃傾向和異常、監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)氣體濃度報警時，啟動惰化系統(tǒng)，向球倉充氮氣，抑制和延緩自燃的發(fā)生。

球倉發(fā)現(xiàn)自燃傾向和異常，而且球倉安全惰化保護(hù)系統(tǒng)開始向煤層間斷充氮氣后未能抑制和延緩自燃的發(fā)生有繼續(xù)發(fā)展趨勢時，使用惰性氣體置換球倉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原煤用盡。

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

4 目前運行中出現(xiàn)的一些問題

8月初，#1球倉頂部有濃烈的煤氣味道，打開檢查口，有煙氣大量涌出，判斷發(fā)生自燃，但是監(jiān)測系統(tǒng)未報警，溫度、CO、CH4等測點數(shù)值與正常情況下未出現(xiàn)異常，手動每班強(qiáng)制沖氮兩次，開啟防爆門通風(fēng)，次日自燃現(xiàn)象消失。對此次事故的發(fā)生進(jìn)行了分析。

4.1 儲煤有蓬煤、搭橋現(xiàn)象，長時間存煤容易引發(fā)自燃。

雨季以來，來煤粘度大、水分高，造成煤在球倉內(nèi)流動性較差，發(fā)現(xiàn)球倉內(nèi)有棚煤、搭橋等現(xiàn)象，5條輸煤廊道，葉輪撥煤機(jī)時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，還有料倉設(shè)計和運行方面的問題：

——料倉的倉壁不夠光滑，摩擦系數(shù)大：

#1球倉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，運行一段時間后，鑄石板有一定程度的脫落。

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

——球倉內(nèi)煤槽與球倉內(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；

針對這些問題，建議在設(shè)計上和運行管理上采取以下改進(jìn)措施：

——將球倉內(nèi)的煤騰空，球倉推出運行，對煤槽的斜壁和底面脫落和破碎的鑄石板進(jìn)行修補(bǔ)；

——在球倉內(nèi)煤槽與球倉內(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行，避免大塊石頭和煤塊直接進(jìn)入球倉內(nèi)。

4.2 熱控測點設(shè)置不夠完善，致使球倉內(nèi)發(fā)生自燃時，監(jiān)控不到未

報警

——每個球倉設(shè)置34個溫度測點，測點設(shè)置少不能對球倉進(jìn)行全面檢測，局部發(fā)生自燃時，溫度測點難以到，應(yīng)設(shè)置更多的溫度測點。

——可燃可爆氣體、煙霧檢測測點設(shè)置少，局部發(fā)生自燃時不能有效監(jiān)控、報警，應(yīng)加裝一些可燃可爆氣體、煙霧檢測測點，增大檢測區(qū)域，便于運行人員分析倉內(nèi)工況。