康 爍，王 穎，張宇鵬

（中國東方電氣集團(tuán)有限公司， 四川 成都 611731）

引言

原煤倉是電站的重要組成部分。煤具有低溫氧化的特性，低溫環(huán)境下氧分子與煤中的自由基發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生可燃?xì)怏w并釋放熱量。當(dāng)氧氣供給充分且聚熱條件較好時，熱量聚集進(jìn)而推動煤溫升高、反應(yīng)加速。煤溫持續(xù)上升會引起自燃，可燃?xì)怏w濃度達(dá)到一定程度會產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)。自燃和爆炸都嚴(yán)重威脅電站安全，采用適當(dāng)檢測措施提供早期火災(zāi)告警很有必要。

1 CFB鍋爐原煤倉儲煤特點(diǎn)

循環(huán)流化床鍋爐入爐煤粒度理論上一般在0～13 mm之間，一般小于10 mm。煤種不同，粒度配級稍有差別，D50大部分在0.4～2 mm之間。

2 原煤倉測點(diǎn)設(shè)置的要求

目前，現(xiàn)行規(guī)范對于原煤倉測點(diǎn)設(shè)置的主要要求如下。

1）《DL/T 5203—2005火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定，煤粉倉內(nèi)應(yīng)設(shè)置煤粉溫度測量裝置；采用筒倉貯煤時，根據(jù)煤的特性設(shè)置安全監(jiān)控裝置和聲、光報(bào)警信號。信號包括但不限于：煤位高低報(bào)警、溫度高報(bào)警、煙霧檢測裝置報(bào)警、可燃?xì)怏w監(jiān)測和報(bào)警。

2）《GB 50229—2006火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)規(guī)防火規(guī)范》規(guī)定了200 MW以上的燃煤電廠煤倉及煤倉層應(yīng)設(shè)置纜式線型感溫火災(zāi)報(bào)警探頭。

3 存在的問題

張辛亥[1]等人的研究表明：粒度大小對煤自燃性有重要影響，煤的自燃取決于粒度小于3 mm煤樣所占比例。粒度分布較寬的煤樣通常比粒度分布較窄的煤樣更容易自燃。

由于煤粉爐配有制粉系統(tǒng)，其原煤倉儲煤的粒度遠(yuǎn)大于CFB鍋爐原煤倉儲煤的粒度。

結(jié)合CFB鍋爐原煤倉儲煤特點(diǎn)，可以判斷，CFB原煤倉的自燃危險(xiǎn)性遠(yuǎn)大于煤粉爐原煤倉。但從上文所列兩本規(guī)范中提及的磨煤機(jī)及煤粉倉等相關(guān)章節(jié)來看，其主要是針對煤粉爐燃煤電站。因此，對于CFB鍋爐電站，規(guī)范中對于原煤倉火災(zāi)報(bào)警探頭設(shè)置的相關(guān)規(guī)定還有一定的商榷空間。

4 原煤倉的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 指標(biāo)氣體確定

已有很多學(xué)者對煤低溫氧化過程氣體產(chǎn)物變化規(guī)律進(jìn)行了深入的研究。眾多研究結(jié)果表明，煤的低溫氧化過程中可以檢測到 CO、H2、CO2、CH4、C2H4、C2H6等氣體。

許濤[2]、李林[3]等人對煤的自燃過程進(jìn)行了深入研究。其中，李林的試驗(yàn)表明在煤自燃發(fā)生過程中CH4的變化規(guī)律不明顯。何萍[4]等人也指出，CH4不適宜作為煤自燃的指標(biāo)氣體。這是因?yàn)镃H4屬于煤的原生氣體，低溫階段是解析的產(chǎn)物，高溫階段是氧化作用的產(chǎn)物，但其產(chǎn)量與煤溫的關(guān)系受煤中瓦斯含量的影響。

戴廣龍[5]等人對低溫氧化過程中自由基濃度與氣體產(chǎn)物之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，選取了褐煤、氣煤、氣肥煤、無煙煤作為研究對象。試驗(yàn)表明：當(dāng)溫度達(dá)到60℃以后，開始有煤種氧化生成CO，80℃以后，所有煤種CO生成量隨溫度增加程指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)溫度達(dá)到100℃，有煤種氧化生成C2H4氣體，當(dāng)溫度達(dá)到140℃，所有煤種氧化生成C2H4氣體，當(dāng)氧化溫度達(dá)到180℃，所有煤種CO，C2H4生成量隨氧化溫度增加曲線均變陡。

綜上可考慮將CO、C2H4作為衡量原煤倉低溫氧化程度的指標(biāo)氣體進(jìn)行檢（探）測。其中，CO屬于有毒氣體，C2H4屬于可燃?xì)怏w。

4.2 有毒及可燃?xì)怏w檢（探）測器選擇

常用的氣體檢（探）測器根據(jù)采樣方式的不同分為擴(kuò)散式和吸入式兩種，一般選擇擴(kuò)散式；根據(jù)檢測原理的不同，通常有催化燃燒型、熱傳導(dǎo)型、紅外光學(xué)型、半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、光致電離型等。

王子平[6]的文章詳細(xì)討論了可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測方法的選用。結(jié)合可燃?xì)怏w檢（探）測器廠家的技術(shù)資料和工程經(jīng)驗(yàn)，選用電化學(xué)型氣體檢（探）測器成本適宜、效果較好。建議原煤倉分別設(shè)置電化學(xué)型CO、C2H4氣體檢（探）測器，用以判斷原煤倉溫升趨勢。同時可考慮設(shè)置一只燃燒催化燃燒型氣體檢（探）測器，用于可燃?xì)怏w混合氣的濃度高報(bào)警。

4.3 溫度測點(diǎn)的設(shè)置

測量煤粉倉溫度有兩種方式：采用內(nèi)置式測溫?zé)犭娮铚y量煤粉溫度，及采用纜式感溫型火災(zāi)報(bào)警探測器的方式測量煤倉壁溫。

CFB鍋爐原煤倉儲煤的粒度分布較寬，煤粒間空隙率較煤粉倉的空隙率大，影響內(nèi)置式測溫?zé)犭娮璧臏y量精度。同時，長期給煤過程中對測溫?zé)犭娮璧谋Ｗo(hù)管磨損嚴(yán)重。因此，內(nèi)置式測溫?zé)犭娮璨贿m宜CFB鍋爐原煤倉溫度的測量。

煤倉壁溫與著火點(diǎn)位置、空隙率等有關(guān)。實(shí)踐證明，只有當(dāng)纜式感溫型火災(zāi)報(bào)警探測器的安裝位置靠近著火點(diǎn)時，才能較為迅速地做出反應(yīng)。因此，原煤倉外置纜式感溫型火災(zāi)報(bào)警探測器具有一定局限性。

5 結(jié)論

1）原煤倉火災(zāi)報(bào)警探測宜設(shè)置毒氣體及可燃?xì)怏w報(bào)警器，將CO、C2H4作為衡量原煤倉低溫氧化程度的指標(biāo)氣體進(jìn)行檢（探）測。當(dāng)檢測到CO時，說明原煤倉溫度高于60℃，考慮是否采取相應(yīng)的降溫或滅火保護(hù)措施。當(dāng)測量到C2H4時，說明已采取的降溫或滅火保護(hù)措施未能有效控制煤倉溫升，應(yīng)采取緊急保護(hù)措施。當(dāng)混合氣體濃度高報(bào)警信號出現(xiàn)，應(yīng)采取緊急保護(hù)措施。有毒及可燃?xì)怏w報(bào)警信號應(yīng)送到專門的可燃?xì)怏w報(bào)警控制器。

2）由于煤的自燃特性，通過低溫氧化生成氣體成分判斷原煤倉的低溫氧化程度和溫升趨勢具有一定可靠性。經(jīng)濟(jì)條件好的情況下，可考慮設(shè)置原煤倉溫度測點(diǎn)作為輔助判斷的工具，亦可不設(shè)。當(dāng)考慮設(shè)置原煤倉溫度高報(bào)警時，應(yīng)結(jié)合原煤倉結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在容易積粉的部位附近安裝纜式感溫火災(zāi)報(bào)警探測器。