CFB鍋爐電站原煤倉火災報警設計探討

康 爍，王 穎，張宇鵬

（中國東方電氣集團有限公司， 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，低溫環境下氧分子與煤中的自由基發生反應，產生可燃氣體并釋放熱量。當氧氣供給充分且聚熱條件較好時，熱量聚集進而推動煤溫升高、反應加速。煤溫持續上升會引起自燃，可燃氣體濃度達到一定程度會產生爆炸的危險。自燃和爆炸都嚴重威脅電站安全，采用適當檢測措施提供早期火災告警很有必要。

1 CFB鍋爐原煤倉儲煤特點

循環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 原煤倉測點設置的要求

目前，現行規范對于原煤倉測點設置的主要要求如下。

1）《DL/T 5203—2005火力發電廠煤和制粉系統防爆設計規程》規定，煤粉倉內應設置煤粉溫度測量裝置；采用筒倉貯煤時，根據煤的特性設置安全監控裝置和聲、光報警信號。信號包括但不限于：煤位高低報警、溫度高報警、煙霧檢測裝置報警、可燃氣體監測和報警。

2）《GB 50229—2006火力發電廠與變電站設計規防火規范》規定了200 MW以上的燃煤電廠煤倉及煤倉層應設置纜式線型感溫火災報警探頭。

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，其原煤倉儲煤的粒度遠大于CFB鍋爐原煤倉儲煤的粒度。

結合CFB鍋爐原煤倉儲煤特點，可以判斷，CFB原煤倉的自燃危險性遠大于煤粉爐原煤倉。但從上文所列兩本規范中提及的磨煤機及煤粉倉等相關章節來看，其主要是針對煤粉爐燃煤電站。因此，對于CFB鍋爐電站，規范中對于原煤倉火災報警探頭設置的相關規定還有一定的商榷空間。

4 原煤倉的火災報警系統設計

4.1 指標氣體確定

已有很多學者對煤低溫氧化過程氣體產物變化規律進行了深入的研究。眾多研究結果表明，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行了深入研究。其中，李林的試驗表明在煤自燃發生過程中CH4的變化規律不明顯。何萍[4]等人也指出，CH4不適宜作為煤自燃的指標氣體。這是因為CH4屬于煤的原生氣體，低溫階段是解析的產物，高溫階段是氧化作用的產物，但其產量與煤溫的關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物之間的關系進行了研究，選取了褐煤、氣煤、氣肥煤、無煙煤作為研究對象。試驗表明：當溫度達到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規律增加。當溫度達到100℃，有煤種氧化生成C2H4氣體，當溫度達到140℃，所有煤種氧化生成C2H4氣體，當氧化溫度達到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氣體進行檢（探）測。其中，CO屬于有毒氣體，C2H4屬于可燃氣體。

4.2 有毒及可燃氣體檢（探）測器選擇

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

王子平[6]的文章詳細討論了可燃氣體和有毒氣體檢測方法的選用。結合可燃氣體檢（探）測器廠家的技術資料和工程經驗，選用電化學型氣體檢（探）測器成本適宜、效果較好。建議原煤倉分別設置電化學型CO、C2H4氣體檢（探）測器，用以判斷原煤倉溫升趨勢。同時可考慮設置一只燃燒催化燃燒型氣體檢（探）測器，用于可燃氣體混合氣的濃度高報警。

4.3 溫度測點的設置

測量煤粉倉溫度有兩種方式：采用內置式測溫熱電阻測量煤粉溫度，及采用纜式感溫型火災報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，影響內置式測溫熱電阻的測量精度。同時，長期給煤過程中對測溫熱電阻的保護管磨損嚴重。因此，內置式測溫熱電阻不適宜CFB鍋爐原煤倉溫度的測量。

煤倉壁溫與著火點位置、空隙率等有關。實踐證明，只有當纜式感溫型火災報警探測器的安裝位置靠近著火點時，才能較為迅速地做出反應。因此，原煤倉外置纜式感溫型火災報警探測器具有一定局限性。

5 結論

1）原煤倉火災報警探測宜設置毒氣體及可燃氣體報警器，將CO、C2H4作為衡量原煤倉低溫氧化程度的指標氣體進行檢（探）測。當檢測到CO時，說明原煤倉溫度高于60℃，考慮是否采取相應的降溫或滅火保護措施。當測量到C2H4時，說明已采取的降溫或滅火保護措施未能有效控制煤倉溫升，應采取緊急保護措施。當混合氣體濃度高報警信號出現，應采取緊急保護措施。有毒及可燃氣體報警信號應送到專門的可燃氣體報警控制器。

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。經濟條件好的情況下，可考慮設置原煤倉溫度測點作為輔助判斷的工具，亦可不設。當考慮設置原煤倉溫度高報警時，應結合原煤倉結構特點，在容易積粉的部位附近安裝纜式感溫火災報警探測器。