【摘要】煤氧化自燃既是重大的事故隱患,也降低了煤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。分析了煤堆自燃的原因,煤堆易發(fā)生自燃的部位,并提出防治措施。
煤炭長(zhǎng)期堆積會(huì)因氧化作用,使煤的灰分升高,固定炭和熱值下降,降低煤的質(zhì)量。煤炭自燃還會(huì)造成大量的煤白白燒掉。如汕頭電廠燃燒的煙煤,煤場(chǎng)經(jīng)常貯有3個(gè)月以上的正常用量,因貯煤時(shí)間過長(zhǎng)而經(jīng)常發(fā)生自燃,有時(shí)同時(shí)幾處發(fā)生自燃。陰燃的煤被送到輸送和研磨設(shè)備,會(huì)造成燃燒和爆炸事故。煤自燃既是重大的隱患,也降低了煤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,因此,了解煤自燃的特性,防止煤自燃具有十分重要的意義。
1、煤堆自燃原因分析
煤大體上由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成,主要可燃元素是碳(約占65%～95%),其次是氫(約占1%～2%),并含少量氧(約占3%～5%,有時(shí)高達(dá)25%)、硫(約占10%),上述元素一起構(gòu)成可燃化合物,稱為煤的可燃質(zhì)。除此之外,煤中還含有一些不可燃的礦物質(zhì)灰分(5%～15%,也有高達(dá)50%)和水分(一般在2%～20%之間變化),這些物質(zhì)稱為煤的惰性質(zhì)。
煤被空氣中的氧氣氧化是煤自燃的根本原因。煤中的碳、氫等元素在常溫下就會(huì)發(fā)生反應(yīng),生成可燃物CO、CH4及其他烷烴物質(zhì)。煤的氧化又是放熱反應(yīng),如果熱量不能及時(shí)散發(fā)掉,將使煤的堆積溫度升高,反過來(lái)又加速煤的氧化,放出更多的可燃質(zhì)和熱量。當(dāng)熱量聚集,溫度上升到一定值時(shí),即會(huì)引起可燃物質(zhì)燃燒而自燃。
煤堆發(fā)生自燃要同時(shí)具備以下4個(gè)條件:
(1)具有自燃傾向性。煤的自燃傾向性是煤的一種自然屬性,反映了煤的變質(zhì)程度,水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、導(dǎo)熱性,是煤自燃的基本條件。煤在常溫下的氧化能力主要取決于揮發(fā)分的含量,揮發(fā)分含量越高,自燃傾向性越強(qiáng),而且自燃時(shí)間也會(huì)相應(yīng)縮短。根據(jù)煤的氧化程度與著火點(diǎn)之間的關(guān)系,利用原煤樣的著火點(diǎn)和氧化煤樣的著火點(diǎn)的差值ΔT來(lái)推測(cè)煤的自燃傾向。一般,原煤樣著火點(diǎn)低,而且ΔT大的煤容易自燃;ΔT>40℃的煤為易自燃煤;ΔT<20℃的煤(褐煤和長(zhǎng)焰煤除外)是不易自燃煤。從表1可看出,從褐煤到無(wú)煙煤,其著火點(diǎn)越來(lái)越高,自燃傾向性越來(lái)越弱。
表1我國(guó)各類煤的著火點(diǎn)范圍略
(2)供氧條件。煤堆暴露于空氣中,表面與空氣充分接觸,而且空氣通過煤塊之間的間隙滲透到煤堆內(nèi)部,給煤堆內(nèi)部氧化創(chuàng)造了條件。煤的塊度越大,煤塊之間的間隙越大,其供氧條件越好。
(3)氧化時(shí)間。煤從氧化發(fā)展到自燃有一個(gè)過程,氧化時(shí)間達(dá)到自燃發(fā)火期才能自燃。如長(zhǎng)焰煤的自然發(fā)火期為1～3個(gè)月,氣煤為4～6個(gè)月。
(4)儲(chǔ)熱條件。煤在氧化的過程中放出熱量,只有當(dāng)放出的熱量大于散發(fā)掉的熱量時(shí),才能使熱量聚集,溫度上升,達(dá)到煤的著火點(diǎn)就會(huì)自燃。
此外,煤的粒度、水分、灰分、壓實(shí)程度、環(huán)境溫度、濕度等因素都會(huì)影響煤的自燃。粒度越細(xì),比表面積越大,氧化反應(yīng)越劇烈,越易自燃。一般,煤自燃要經(jīng)歷水分蒸發(fā)、氧化、自燃3個(gè)階段。煤的濕度大,將煤浸在水中,能阻止煤與氧氣直接接觸而發(fā)生氧化反應(yīng),只要水不流失,也不會(huì)影響煤的質(zhì)量;再者,水分蒸發(fā)要消耗大量的熱量,煤含水量越大,蒸發(fā)期越長(zhǎng),此階段溫度無(wú)明顯上升。灰分越高,越不易自燃。將煤堆壓實(shí),能減少煤塊之間的間隙,減少空氣在煤堆內(nèi)的滲透量,削弱供氧條件。環(huán)境溫度和濕度都會(huì)影響煤自燃的時(shí)間,溫度越高、濕度越大,煤自燃的時(shí)間越短。
根據(jù)電力、冶金、煤炭和水泥行業(yè)的煤堆發(fā)生自燃的實(shí)際情況看,發(fā)生自燃的部位既不在煤堆的表面,也不在煤堆深部,而在表層以下。在自然堆積狀況下,可將煤堆分為3層(見圖1)。
