摘要：煤炭自燃是一個(gè)逐步發(fā)展、復(fù)雜、受多種自然因素影響的物質(zhì)變化過程。因此，預(yù)防和控制煤場(chǎng)自燃是一項(xiàng)艱巨的系統(tǒng)工程，需要大量基礎(chǔ)工作的支持。因此，本文就火電廠煤場(chǎng)自燃的形成特征以及防控策略進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：火電廠；煤炭自燃；形成特征；防控方法

引言

火電廠發(fā)電的電力生產(chǎn)成本主要由儲(chǔ)備煤構(gòu)成。煤炭?jī)?chǔ)備對(duì)于火電廠的運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要，一旦發(fā)生自燃現(xiàn)象，將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失并可能引發(fā)嚴(yán)重的工業(yè)環(huán)境污染。因此，探究火電廠煤場(chǎng)自燃的發(fā)生原理，分析導(dǎo)致煤礦自燃的多種風(fēng)險(xiǎn)因素，并結(jié)合火電廠火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀，全面、細(xì)致開展電廠整體安全防范研究，具有深刻、科學(xué)的研究意義。

一、火電廠煤場(chǎng)自燃原因分析

煤堆自燃取決于煤堆的內(nèi)部和外部因素。內(nèi)部因素主要是煤質(zhì)，包括硫分、水分和灰分含量；外部因素與煤堆的存放環(huán)境有關(guān)，主要考慮季節(jié)變化和儲(chǔ)存條件的適宜性。

（一）煤的硫含量

通常情況下，煤粉中的總硫含量應(yīng)占灰分的約10%。在特定溫度下，硫可以與氫氧化物發(fā)生激烈的物理化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成二氧化硫，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硫酸。在分解這兩種化合物的過程中產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致煤堆燃燒的最低溫度升高，從而引發(fā)煤層自燃。一般來說，煤中硫含量越高，自燃風(fēng)險(xiǎn)就越大。

（二）煤的含水量

煤炭的含水量一般介于2%到20%之間，水分給煤的自然帶來不利影響。在煤炭含有一定水分的情況下，其分解過程中產(chǎn)生的氣體反應(yīng)速度會(huì)加快，進(jìn)而導(dǎo)致煤炭的總熱值提高。一氧化硫與堿性水發(fā)生反應(yīng)，形成稀硫酸并釋放熱量，使水分大量蒸發(fā)形成熱氣。這些熱氣在高溫煤堆孔隙中快速擴(kuò)散，增加了高溫煤堆內(nèi)部的高熱區(qū)，從而擴(kuò)大了可自燃區(qū)域^[1]。

（三）煤的揮發(fā)性物質(zhì)

煤燃燒時(shí)，從煤渣中揮發(fā)出的主要物質(zhì)是中低分子量的烴類化合物，如硫化氫、二氧化碳、丙烯、甲烷、乙炔、二氧化碳等。這些揮發(fā)物質(zhì)具有較低的燃點(diǎn)，易于燃燒。根據(jù)最新的研究數(shù)據(jù)，當(dāng)儲(chǔ)存的煤堆達(dá)到50℃—60℃時(shí)，煤粉將有可能在1天到2天內(nèi)發(fā)生自燃。

（四）儲(chǔ)存條件的影響

火電廠煤場(chǎng)自燃現(xiàn)象受到多種存儲(chǔ)條件的影響。首先，煤炭的堆積方式很關(guān)鍵。過高的煤堆和密集的儲(chǔ)存方式由于內(nèi)部通風(fēng)不良，可能導(dǎo)致熱量積累，從而增加自燃風(fēng)險(xiǎn)。其次，環(huán)境中的溫度與濕度也會(huì)對(duì)自燃的可能性產(chǎn)生影響。在高溫、干燥的條件下，煤炭中的揮發(fā)分更易蒸發(fā)，與氧氣接觸后迅速氧化發(fā)熱；濕度過低又可能使煤堆內(nèi)的水分蒸發(fā)，減少吸熱作用，進(jìn)而促進(jìn)溫度上升。最后，煤炭的種類也是影響自燃的重要因素。含有高揮發(fā)分和低燃點(diǎn)的煤更容易自燃。

二、煤炭自燃的危害

（一）安全隱患

貯煤場(chǎng)的自燃現(xiàn)象不僅會(huì)增加火災(zāi)的危險(xiǎn)性，若未及時(shí)處理形成的明火，當(dāng)氧指數(shù)值（OI）持續(xù)低于正常范圍的40%時(shí)，可能導(dǎo)致輸煤系統(tǒng)設(shè)備故障，從而導(dǎo)致大規(guī)?；馂?zāi)。煤氣可能發(fā)生自燃，尤其是在潮濕炎熱的季節(jié)。在夏季降雨期間，大量水分被噴灑到正在燃燒的煤炭表面上，水分蒸發(fā)成熱蒸汽后與熾熱泥炭屑發(fā)生激烈化學(xué)反應(yīng)，形成大量H2和游離的CO。當(dāng)空氣流動(dòng)受阻時(shí)，氣體濃度升高到一定程度，可導(dǎo)致爆炸^[2]。

（二）經(jīng)濟(jì)損失

長(zhǎng)期的高溫作用會(huì)導(dǎo)致煤炭發(fā)生氧化腐蝕，進(jìn)而使原煤表面氧化灰分增加，固定碳含量和熱值降低，進(jìn)而降低成品煤質(zhì)量，削弱煤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（三）環(huán)境污染

煤炭自燃產(chǎn)生的煙霧中含有大量的有機(jī)二氧化硫、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等危險(xiǎn)氣體，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境安全產(chǎn)生了不利影響。特別是在礦井中安裝防風(fēng)設(shè)備后，自燃過程中產(chǎn)生的煤煙霧無(wú)法迅速分解，持續(xù)在煤場(chǎng)區(qū)域內(nèi)積聚，對(duì)工作人員的健康構(gòu)成了威脅。

三、防止儲(chǔ)煤場(chǎng)煤堆發(fā)生自燃的措施

（一）加強(qiáng)人員培訓(xùn)與管理

工程班組人員應(yīng)與經(jīng)驗(yàn)豐富的師傅進(jìn)行實(shí)際操作。跟班培訓(xùn)時(shí)間不得少于三個(gè)月，以便了解操作過程中可能出現(xiàn)的各種情況和基本技能，包括斗輪機(jī)、刮板式堆取料機(jī)操作規(guī)程、應(yīng)急處理程序等。培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)包括理論知識(shí)和實(shí)際操作，以確保新司機(jī)能夠熟悉煤場(chǎng)大型機(jī)械的各個(gè)部件和相應(yīng)功能，并具備有效操作的能力。煤堆取料司機(jī)在獨(dú)立上崗前，必須接受由部門與項(xiàng)目部組織的崗位勝任力評(píng)估，并通過專業(yè)技術(shù)和安全操作培訓(xùn)，經(jīng)部門確認(rèn)合格后方可操作斗輪機(jī)^[3]。

（二）定期測(cè)量煤堆溫度

煤炭自燃是一個(gè)復(fù)雜的過程，通常包括潛伏期、高溫期和自燃期三個(gè)階段。通過精確控制煤堆周圍的氣體溫度，可以有效預(yù)防煤礦資源自燃風(fēng)險(xiǎn)?；痣姀S監(jiān)督管理部門應(yīng)指派專職的監(jiān)測(cè)人員，定期執(zhí)行露天煤堆的溫度監(jiān)測(cè)工作，合理設(shè)置監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，并定期完成監(jiān)測(cè)任務(wù)，同時(shí)認(rèn)真記錄監(jiān)控測(cè)溫時(shí)間、區(qū)域、煤堆溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)。一旦發(fā)現(xiàn)煤堆內(nèi)的溫度接近自燃警戒點(diǎn)時(shí)，應(yīng)立即報(bào)警并采取緊急措施，以避免自燃發(fā)生。

（三）縮短煤炭堆放時(shí)間

長(zhǎng)時(shí)間集中存儲(chǔ)煤，易導(dǎo)致爆炸與自燃，同時(shí)過度氧化燃燒會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。因此，火力發(fā)電廠在日常煤炭管理過程中，應(yīng)分開儲(chǔ)存廢煤，嚴(yán)格控制堆放時(shí)間，降低資源損耗。

（四）合理儲(chǔ)備

火電站人員購(gòu)買煤礦并進(jìn)行儲(chǔ)備時(shí)，需謹(jǐn)慎采購(gòu)，以避免出現(xiàn)火電站內(nèi)煤炭資源短缺或煤炭資源堆積的情況。如果煤礦資源儲(chǔ)存不足，將導(dǎo)致工廠的儲(chǔ)備、開發(fā)等項(xiàng)目無(wú)法有序進(jìn)行，進(jìn)而對(duì)該地區(qū)群眾的用電健康和供電秩序造成不利影響。大規(guī)模煤炭資源堆積還可能導(dǎo)致煤炭自燃，嚴(yán)重增加當(dāng)?shù)鼗痣姀S采購(gòu)成本。因此，火電廠需要根據(jù)當(dāng)?shù)仉娬緦?shí)際煤炭需求和地區(qū)煤炭資源供應(yīng)狀況，合理規(guī)劃煤炭資源的儲(chǔ)備工作。

（五）煤場(chǎng)安全管理

球形倉(cāng)作業(yè)設(shè)備有圓形堆取料機(jī)，露天煤場(chǎng)作業(yè)設(shè)備有斗輪堆取料機(jī)和斗輪取料機(jī)，用于煤場(chǎng)整理所用的工程機(jī)械有推煤機(jī)、裝載機(jī)。在堆取料設(shè)備與裝載機(jī)、堆煤機(jī)聯(lián)合作業(yè)時(shí)，必須保持至少3米的安全距離，并設(shè)專人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。煤場(chǎng)管理人員在執(zhí)行職責(zé)時(shí)，必須穿醒目的工裝；在堆取料機(jī)作業(yè)時(shí)，嚴(yán)禁人員和車輛從懸臂下通過，以避免落物造成傷害。此外，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)車輛和非作業(yè)人員在堆取料機(jī)、推煤機(jī)及裝載機(jī)煤場(chǎng)作業(yè)范圍內(nèi)逗留^[4]。

（六）建立完善的數(shù)字化煤場(chǎng)管理系統(tǒng)，做好設(shè)備管理

嚴(yán)格落實(shí)煤場(chǎng)區(qū)域重要設(shè)備的定期檢查工作。在皮帶啟動(dòng)前，巡檢人員對(duì)煤場(chǎng)區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行全面巡查，避免因皮帶跑偏等設(shè)備故障造成皮帶跳?，F(xiàn)象發(fā)生，從而提高檢查、維護(hù)工作質(zhì)量。同時(shí)，應(yīng)及時(shí)清理設(shè)備積煤和積粉，做好設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)的潛在缺陷，切實(shí)保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，絕大多數(shù)火力發(fā)電站仍然采用傳統(tǒng)的人工操作管理方法來管理煤場(chǎng)。這將導(dǎo)致在煤場(chǎng)自動(dòng)化管理建設(shè)實(shí)踐過程中出現(xiàn)許多其他復(fù)雜的技術(shù)問題，如基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)不足、燃煤堆放時(shí)間過長(zhǎng)等，導(dǎo)致燃煤系統(tǒng)的鍋爐熱效率低，難以滿足多臺(tái)鍋爐的電力需求。因此，為了真正提升自動(dòng)化煤場(chǎng)管理的科學(xué)性和有效性，建立一個(gè)完善合理的數(shù)字化煤場(chǎng)運(yùn)營(yíng)信息系統(tǒng)顯得尤為必要。通過數(shù)字化的煤礦管理模式，使管理服務(wù)工作人員能夠全面、及時(shí)、精確掌握火電廠內(nèi)各類煤炭資源存儲(chǔ)情況，迅速確定煤堆的存放地點(diǎn)、原煤存放時(shí)間、煤炭資源的堆放質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)信息，為企業(yè)的燃料工作人員提供準(zhǔn)確合理的數(shù)據(jù)支持，降低企業(yè)煤耗，減少火力發(fā)電廠煤炭資源的直接發(fā)電損失^[5]。

（七）自燃的處理

預(yù)防煤場(chǎng)內(nèi)的煤氣自燃至關(guān)重要。若發(fā)現(xiàn)煤出現(xiàn)自燃，須根據(jù)火災(zāi)不同階段和發(fā)展程度靈活采取處理措施。當(dāng)發(fā)現(xiàn)原煤在主煤堆底部淺層過熱、冒煙或自燃時(shí)，應(yīng)立即采取相應(yīng)措施，如使用大型推土機(jī)或小鏟車將底部過熱和自燃部分的原煤與上層主煤堆進(jìn)行分離，并保證及時(shí)進(jìn)行澆水降溫、滅火處理或清理散落煤料，以避免安全事故的發(fā)生。當(dāng)自燃現(xiàn)象發(fā)生在煤堆深層時(shí)，不宜進(jìn)行轉(zhuǎn)移，可通過使用推土機(jī)多次擠壓以實(shí)現(xiàn)窒息滅火。在這種情況下，不能采取灑水措施，增濕反而可能會(huì)導(dǎo)致煤堆升溫加快，從而加速自燃進(jìn)程。若推土機(jī)無(wú)法安全進(jìn)行作業(yè)或附近有少量火源時(shí)，可考慮優(yōu)先采用人工灑水的方式進(jìn)行撲救。根據(jù)不同階段煤質(zhì)的特點(diǎn)和燃燒季節(jié)的變化，應(yīng)科學(xué)合理安排煤場(chǎng)的清場(chǎng)工作。在執(zhí)行清場(chǎng)時(shí)，一旦打開發(fā)熱的煤堆，由于缺乏足夠的清潔空氣，可能導(dǎo)致冒煙或明火的產(chǎn)生。因此，在將煤炭裝入煤倉(cāng)前，必須確保已經(jīng)完成了通風(fēng)和防火準(zhǔn)備工作。無(wú)論是進(jìn)行水煤噴灑作業(yè)還是推壓噴煤作業(yè)時(shí)，需確保作業(yè)在上風(fēng)向進(jìn)行，并采取必要的自我保護(hù)和保溫措施，以防止CO、SO2等有毒氣體對(duì)人員健康造成影響。在圓堆或斗輪機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法正常進(jìn)行煤炭裝載和儲(chǔ)存，應(yīng)第一時(shí)間使用事故應(yīng)急料斗以維持原煤倉(cāng)的物料水平，及時(shí)匯報(bào)情況給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，同時(shí)聯(lián)系工程班的車輛，協(xié)助進(jìn)行配合加倉(cāng)。工程車輛駕駛員必須熟悉工程車輛上的緊急停車和疏散程序，包括了解滅火器的位置和使用方法。

（八）做好加倉(cāng)方式優(yōu)化

在煤種較多的情況下，應(yīng)采用多樣化的堆放模式，對(duì)煤場(chǎng)中不同熱值和硫分的煤種進(jìn)行均勻分布，確保它們能夠互為備用。同時(shí)，根據(jù)機(jī)組的負(fù)荷情況，優(yōu)化加倉(cāng)方案，減少加倉(cāng)時(shí)使用的煤種，避免不必要的轉(zhuǎn)場(chǎng)和皮帶空載時(shí)間，以提高效率。

當(dāng)所取煤種出現(xiàn)濕黏時(shí)，應(yīng)盡量將其與流動(dòng)性較好的煤種進(jìn)行摻配加倉(cāng)，不允許取用整塊煤或底層煤。上煤結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)檢查各轉(zhuǎn)運(yùn)站的落煤管、高幅篩、碎煤機(jī)、煤倉(cāng)口、滾筒及托輥粘煤情況，并及時(shí)進(jìn)行清理，避免因黏煤影響設(shè)備運(yùn)行以及堵煤現(xiàn)象發(fā)生。在加倉(cāng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)煤倉(cāng)料位情況，啟動(dòng)相應(yīng)的加倉(cāng)流程，如球倉(cāng)與露天煤場(chǎng)配煤倉(cāng)位較低時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)球倉(cāng)與露天煤場(chǎng)的配煤加倉(cāng)流程，一旦煤料位正常后，若只需露天煤場(chǎng)取用煤種加倉(cāng)時(shí)，應(yīng)停止球倉(cāng)的上煤流程^[6]。在加倉(cāng)結(jié)束后，停止設(shè)備運(yùn)行，確保上游設(shè)備中余煤完全走空后，再依次停止各設(shè)備運(yùn)行，以減少皮帶空轉(zhuǎn)時(shí)間，如球倉(cāng)設(shè)備完成加倉(cāng)并需停止設(shè)備時(shí)，先停止堆取料機(jī)、活化給煤機(jī)、皮帶機(jī)依此類推直至所有設(shè)備停止運(yùn)行^[7]。

斗輪機(jī)取煤加倉(cāng)時(shí)，斗輪司機(jī)回轉(zhuǎn)到大角度取煤量較小，司機(jī)不要一次回轉(zhuǎn)取料，可以分兩至三次將大角度煤取完。加倉(cāng)作業(yè)時(shí)，皮帶皮帶秤瞬時(shí)流量必須達(dá)到2300—2500噸。單煤種加倉(cāng)時(shí)，取料機(jī)電流應(yīng)控制290A左右，皮帶秤瞬時(shí)流量應(yīng)控制2500t/h左右；配煤加倉(cāng)時(shí)，司機(jī)應(yīng)根據(jù)懸臂皮帶秤瞬時(shí)流量實(shí)時(shí)調(diào)整取煤量，保證不撒煤，瞬時(shí)流量達(dá)到2300—2500噸；煤質(zhì)濕黏時(shí)合理控制出力^[8]。

結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)煤炭自燃的預(yù)防和控制以及露天煤礦場(chǎng)管理，是在應(yīng)對(duì)當(dāng)前煤炭形勢(shì)緊張的背景下，減少資源浪費(fèi)、節(jié)約成本、保障經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)定增長(zhǎng)的重要舉措。通過以上措施，能夠大幅減少由煤炭自燃導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)有效遏制煤炭自燃和煤場(chǎng)管理中存在的揚(yáng)塵、排水和組堆等問題，改善環(huán)境狀況，并實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。隨著煤炭市場(chǎng)的不斷變化，燃煤采購(gòu)和儲(chǔ)備面臨著新的挑戰(zhàn)。因此，迫切需要積極探索和研究，采用科學(xué)方法，以持續(xù)提升煤炭資源的管理水平。

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作者簡(jiǎn)介：于廣軍（1990— ），男，漢族，江蘇射陽(yáng)人，大專，助理工程師，研究方向：火電廠輸煤運(yùn)行及煤場(chǎng)管理。