煤堆自燃原因分析与防治措施

编号：AQ-JS-06622

( 安全技术)

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煤堆自燃原因分析与防治措施Cause analysis and prevention measures of spontaneous combustion of coal pile

煤堆自燃原因分析与防治措施

使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科

学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

【摘要】煤氧化自燃既是重大的事故隐患,也降低了煤的经济价值。分析了煤堆自燃的原因,煤堆易发生自燃的部位,并提出防治措施。

煤炭长期堆积会因氧化作用,使煤的灰分升高,固定炭和热值下降,降低煤的质量。煤炭自燃还会造成大量的煤白白烧掉。如汕头电厂燃烧的烟煤,煤场经常贮有3个月以上的正常用量,因贮煤时间过长而经常发生自燃,有时同时几处发生自燃。阴燃的煤被送到输送和研磨设备,会造成燃烧和爆炸事故。煤自燃既是重大的隐患,也降低了煤的经济价值,因此,了解煤自燃的特性,防止煤自燃具有十分重要的意义。

1、煤堆自燃原因分析

煤大体上由有机物和无机物组成,主要可燃元素是碳(约占65%～95%),其次是氢(约占1%～2%),并含少量氧(约占3%～5%,有时高达25%)、硫(约占10%),上述元素一起构成可燃化合物,称为煤的可燃质。除此之外,煤中还含有一些不可燃的矿物质灰分(5%～

15%,也有高达50%)和水分(一般在2%～20%之间变化),这些物质称为煤的惰性质。

煤被空气中的氧气氧化是煤自燃的根本原因。煤中的碳、氢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。

煤堆发生自燃要同时具备以下4个条件:

(1)具有自燃倾向性。煤的自燃倾向性是煤的一种自然属性,反映了煤的变质程度,水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、导热性,是煤自燃的基本条件。煤在常温下的氧化能力主要取决于挥发分的含量,挥发分含量越高,自燃倾向性越强,而且自燃时间也会相应缩短。根据煤的氧化程度与着火点之间的关系,利用原煤样的着火点和氧化煤样的着火点的差值ΔT来推测煤的自燃倾向。一般,原煤样着火点低,而且ΔT大的煤容易自燃;ΔT>40℃的煤为易自燃煤;ΔT<20℃的煤(褐煤和长焰煤除外)是不易自燃煤。从表1可看出,从褐煤到无烟煤,其着

火点越来越高,自燃倾向性越来越弱。

表1我国各类煤的着火点范围略

(2)供氧条件。煤堆暴露于空气中,表面与空气充分接触,而且空气通过煤块之间的间隙渗透到煤堆内部,给煤堆内部氧化创造了条件。煤的块度越大,煤块之间的间隙越大,其供氧条件越好。

(3)氧化时间。煤从氧化发展到自燃有一个过程,氧化时间达到自燃发火期才能自燃。如长焰煤的自然发火期为1～3个月,气煤为4～6个月。

(4)储热条件。煤在氧化的过程中放出热量,只有当放出的热量大于散发掉的热量时,才能使热量聚集,温度上升,达到煤的着火点就会自燃。

此外,煤的粒度、水分、灰分、压实程度、环境温度、湿度等因素都会影响煤的自燃。粒度越细,比表面积越大,氧化反应越剧烈,越易自燃。一般,煤自燃要经历水分蒸发、氧化、自燃3个阶段。煤的湿度大,将煤浸在水中,能阻止煤与氧气直接接触而发生氧化反应,只要水不流失,也不会影响煤的质量;再者,水分蒸发要消耗大量的热量,煤

含水量越大,蒸发期越长,此阶段温度无明显上升。灰分越高,越不易自燃。将煤堆压实,能减少煤块之间的间隙,减少空气在煤堆内的渗透量,削弱供氧条件。环境温度和湿度都会影响煤自燃的时间,温度越高、湿度越大,煤自燃的时间越短。

根据电力、冶金、煤炭和水泥行业的煤堆发生自燃的实际情况看,发生自燃的部位既不在煤堆的表面,也不在煤堆深部,而在表层以下。在自然堆积状况下,可将煤堆分为3层(见图1)。

图1煤堆自燃分布剖面略

冷却层:煤堆的表层,约0.5～1.5m厚,该层煤较松散,与空气接触充分,虽发生氧化反应,但散热条件好,所以不会发生自燃。

氧化层:该层位于冷却层以下,厚度在1～4m左右,具备煤自燃的所有条件,达到自然发火期即会自燃。

窒息层:该层位于氧化层以下,煤层相对压实,供氧不充分,且含水率较高,氧化程度较低,不易发生自燃。

煤在自然堆放时,一般中心部位处颗粒较细,越往四周颗粒越粗,相应的,从中心往四周,空隙越来越大,通风散热条件越来越好,冷却层

和氧化层越来越厚。自燃一般发生在氧化层。同时伴随着温度升高、冒热气、冒烟等现象。当发现煤堆上某处释放热气或冒烟,那么自热或自燃点一定在该部位垂直向下的氧化层内,因为受煤的自热或自燃的热压作用,气体流动方向为垂直向上方向。一旦某个部位发生了自燃,也会改变其上部冷却层的受热条件,使冷却层也自燃。因此,发现煤堆自燃必须立即采取措施,防止自燃范围扩大。

2、防止煤堆自燃的措施

防止煤堆自燃要防治结合,以防为主。对煤自燃的原因进行分析,提出如下措施:

(1)煤的自燃倾向性鉴定,对掌握煤自燃火灾的规律,有针对性地采取防火措施,保证安全生产具有重要意义。因此,对贮存自燃倾向性较大的煤和贮煤时间较长的煤场,应作煤的自燃倾向性鉴定,测定煤的挥发分的含量、最低着火温度、自燃发火期等指标。

(2)应选择合适的贮煤场和堆置方式,保持通风良好,防止煤堆暴晒。宜将贮煤场设置在宽敞的区域,背阳光的地方(如高山的北坡),或设置煤棚。周围和煤场下部不得有高温热源。这样可降低煤的氧化