【摘要】煤氧化自燃既是重大的事故隱患,也降低了煤的經濟價值。分析了煤堆自燃的原因,煤堆易發生自燃的部位,并提出防治措施。
煤炭長期堆積會因氧化作用,使煤的灰分升高,固定炭和熱值下降,降低煤的質量。煤炭自燃還會造成大量的煤白白燒掉。如汕頭電廠燃燒的煙煤,煤場經常貯有3個月以上的正常用量,因貯煤時間過長而經常發生自燃,有時同時幾處發生自燃。陰燃的煤被送到輸送和研磨設備,會造成燃燒和爆炸事故。煤自燃既是重大的隱患,也降低了煤的經濟價值,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
煤大體上由有機物和無機物組成,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%,有時高達25%)、硫(約占10%),上述元素一起構成可燃化合物,稱為煤的可燃質。除此之外,煤中還含有一些不可燃的礦物質灰分(5%～15%,也有高達50%)和水分(一般在2%～20%之間變化),這些物質稱為煤的惰性質。
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發生反應,生成可燃物CO、CH4及其他烷烴物質。煤的氧化又是放熱反應,如果熱量不能及時散發掉,將使煤的堆積溫度升高,反過來又加速煤的氧化,放出更多的可燃質和熱量。當熱量聚集,溫度上升到一定值時,即會引起可燃物質燃燒而自燃。
煤堆發生自燃要同時具備以下4個條件:
(1)具有自燃傾向性。煤的自燃傾向性是煤的一種自然屬性,反映了煤的變質程度,水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、導熱性,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分的含量,揮發分含量越高,自燃傾向性越強,而且自燃時間也會相應縮短。根據煤的氧化程度與著火點之間的關系,利用原煤樣的著火點和氧化煤樣的著火點的差值ΔT來推測煤的自燃傾向。一般,原煤樣著火點低,而且ΔT大的煤容易自燃;ΔT>40℃的煤為易自燃煤;ΔT<20℃的煤(褐煤和長焰煤除外)是不易自燃煤。從表1可看出,從褐煤到無煙煤,其著火點越來越高,自燃傾向性越來越弱。
表1我國各類煤的著火點范圍略
(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部,給煤堆內部氧化創造了條件。煤的塊度越大,煤塊之間的間隙越大,其供氧條件越好。
(3)氧化時間。煤從氧化發展到自燃有一個過程,氧化時間達到自燃發火期才能自燃。如長焰煤的自然發火期為1～3個月,氣煤為4～6個月。
(4)儲熱條件。煤在氧化的過程中放出熱量,只有當放出的熱量大于散發掉的熱量時,才能使熱量聚集,溫度上升,達到煤的著火點就會自燃。
此外,煤的粒度、水分、灰分、壓實程度、環境溫度、濕度等因素都會影響煤的自燃。粒度越細,比表面積越大,氧化反應越劇烈,越易自燃。一般,煤自燃要經歷水分蒸發、氧化、自燃3個階段。煤的濕度大,將煤浸在水中,能阻止煤與氧氣直接接觸而發生氧化反應,只要水不流失,也不會影響煤的質量;再者,水分蒸發要消耗大量的熱量,煤含水量越大,蒸發期越長,此階段溫度無明顯上升。灰分越高,越不易自燃。將煤堆壓實,能減少煤塊之間的間隙,減少空氣在煤堆內的滲透量,削弱供氧條件。環境溫度和濕度都會影響煤自燃的時間,溫度越高、濕度越大,煤自燃的時間越短。
根據電力、冶金、煤炭和水泥行業的煤堆發生自燃的實際情況看,發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)。
