火電廠鋼煤斗二氧化碳氣體消防配置比較

呂松力，李昌明，斯　琴

(1. 內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，內蒙古　呼和浩特　010020； 2. 呼和浩特市建筑工程有限責任公司，內蒙古　呼和浩特　010020)

1　概述

近年來，隨著電力行業的快速發展，新建和擴建的發電機組越來越多，而大容量、高參數的發電機組更是突出，對電廠消防系統不斷提出新的要求，尤其是氣體消防。由于燃煤電廠系統龐雜，各建(構)筑物構造復雜，高大空間場所防火分區界定困難，各防火分區內的設施多樣；這些情況均造成火電廠消防系統的設計相對困難。

消防系統既是保證機組安全運行和人員生命安全的最后屏障，又是減少火災損失和及時撲滅火災的有效措施。因此，有必要對電廠消防設計存在的許多空白和不明確的地方進行比較分析，以便滿足電廠的實際運行情況，便于維護和管理。

2　燃煤電廠的消防設計

燃煤電廠消防系統設計一般是以《火力發電廠與變電站設計防火規范》《消防給水及消火栓系統技術規范》《建筑設計防火規范》《二氧化碳滅火系統設計規范》《氣體滅火系統設計規范》等規范為依據。其一般配置有臨時高壓給水系統、消火栓系統、自動噴水滅火系統[1]、水噴霧滅火系統、低倍數泡沫滅火系統、氣體滅火系統、火災自動報警系統、建筑滅火器及消防車等設施。也還包括防排煙、消防應急照明及消防供配電等配套設施。

目前燃煤電廠的消防設計雖然已經基本規范，但是仍有一些新的消防配置需要討論和比較。本次僅就燃煤電廠鋼煤斗的消防配置問題進行分析。

GB 50229—1996《火力發電廠與變電所設計防火規范》中對于原煤倉、煤粉倉沒有要求；而GB 50229—2006《火力發電廠與變電站設計防火規范》中對于上述內容則要求線性感溫火災探測和惰性氣體消防。對于原煤倉或鋼煤斗，國內相當多的電廠均已配置消防設施，且以二氧化碳惰化居多。同時美國NFPA850建議采用泡沫和惰性氣體(如二氧化碳及氮氣)，不推薦采用水蒸氣[2]。因此，目前國內的燃煤電廠鋼煤斗均配置二氧化碳惰化系統。

常規燃煤電廠配置的氣體滅火系統主要包括七氟丙烷滅火系統、IG541(混合氣體)滅火系統、低壓二氧化碳滅火系統。作為其中的一部分，二氧化碳惰化系統同時還要和整個電廠的氣體消防系統進行協調配合。某2×300 MW機組氣體消防的配置情況見表1，IG541滅火系統配置表見表2。

表1　某2×300 MW機組低壓二氧化碳滅火系統配置

表2　某2×300 MW機組IG541滅火系統配置

注：本工程還設置七氟丙烷預制滅火系統保護升壓站內繼電保護小室。

3　鋼煤斗二氧化碳惰化系統

從表1可以看出燃煤電廠鋼煤斗的惰化系統是和其他一些電子設備間等共用一套低壓二氧化碳系統。鋼煤斗布置于主廠房的煤倉間內，儲存著破碎后的煤塊，一般每臺機組(300 MW)配置5～6個500 m3的鋼煤斗。

3.1　惰化系統原理

對于煤斗(倉)，煤自身發熱是由于煤的新鮮表面暴露在空氣中產生氧化引起的，氧化作用會以低速持續進行直到自由氧全部耗盡，自燃產生的熱量被煤吸收，引起煤溫度升高。煤斗(倉)中有煤停留時，極易發生煤氧化產生熱量，并因堆積而引起自燃，尤其是褐煤[3]，通常在煤斗停運期間，注入一定二氧化碳以降低煤的活性，防止煤發生自燃。

由于煤因高溫易發生自燃引發火災，若按常規滅火方式噴放大量液態二氧化碳滅火劑，在煤斗(倉)內受高溫后滅火劑吸熱急劇膨脹，產生大量高溫高壓二氧化碳氣體，若煤斗(倉)泄壓不及時，極易發生重大安全事故。為保證磨煤制備運行的安全，防止火災發生，采用低壓二氧化碳惰化滅火設計。即在規定的時間內，以一定流量、一定壓力向煤斗持續噴射經惰化處理后的氣態二氧化碳滅火劑，降低煤倉內氧氣濃度或一氧化碳濃度，達到預防火災的目的。

如果電廠燃燒的是褐煤，那么上述的問題就會更突出。因為褐煤是碳化程度低的煤，其發熱量低，水分大，揮發分高，含游離腐殖酸，極易自燃。

3.2　惰化滅火系統配置

目前，國內外的相關消防規范都提出了煤粉處理系統用惰性氣體進行保護，但是卻沒有對惰化用量、氣體流量和持續時間以及系統配置進行規范。因此，惰化系統的配置主要是參照《二氧化碳滅火系統設計規范》，而規范中對于固體火災的規定又不適用于煤粉惰化，所以國內的鋼煤斗惰化設計均是參照美國相應公司的技術手冊進行設計的。

鋼煤斗惰化二氧化碳藥劑量的計算按以下公式計算(汽化量是按照能滿足一個鋼煤斗惰化用量考慮):

M=(1+K)×V/S

(1)

式中：M為二氧化碳用量，kg；K為損失系數，取2；V為煤倉容積，m3；S為常溫常壓下的蒸汽比

容，取S=0.505 8+0.001 88t計算，t為防護區的環境溫度(20 ℃)。

其他保護區域的配置計算按照規范中的相應要求計算，同時其他保護區與惰化系統共用一套低壓二氧化碳系統，只是主控閥后分別進入惰化系統或其他保護區選擇閥。某2×300 MW機組低壓二氧化碳滅火系統設計參數見表3。

表3　某2×300 MW機組低壓二氧化碳滅火系統設計參數

從上面實例可看出，鋼煤斗惰化計算設計用量為3 125 kg,考慮到煤倉所有部分二氧化碳的濃度至少達到65%，噴射的二氧化碳氣體在煤筒倉大部分區域幾乎要達到100%飽和度，同時煤倉的泄漏現象不可避免以及惰化過程中只有85%的液態二氧化碳能夠轉化為氣態，因此煤斗設計儲存量為300 g。而全淹沒保護區中最大保護區為公用段及鍋爐段配電間，設計用量為1 349.12 g，儲存量為1 485 g。根據組合分配滅火系統選型原則，以鋼煤斗設計儲存量為基準。選用SZED3.5型低壓二氧化碳滅火裝置共2臺，其中1臺為備用。每臺設備自重200 g。

3.3　惰化滅火系統動作原理

低壓二氧化碳惰化系統以組合分配方式對多個鋼煤斗進行全淹沒惰化保護,即在規定的時間內按限定流量向被煤斗噴射經惰化后的氣態二氧化碳滅火劑進行惰化保護，噴放時間6～8 h，煤斗(倉)惰化設計濃度為65%，滅火劑備用量為100%[4]。

惰化系統應在接收到鋼煤斗的溫度上限(90 ℃)或一氧化碳濃度超標(1 200 μL/L)信號后，延時30 s(0～30 s可調)噴放滅火劑。

整個系統設有自動控制、手動控制和機械應急操作3種方式。具體控制邏輯見圖1。

圖1　惰化滅火系統邏輯圖

現在很多電廠氣體消防配置中低壓二氧化碳既保護其他防護區，又保護惰化鋼煤斗。由于鋼煤斗體積大，惰化設計濃度大，因此低壓二氧化碳系統的容量多數是以鋼煤斗的儲存量為基準的。從現實的角度看，由于鋼煤斗的數量多，惰化的滅火劑流量大，持續噴防時間長，且可能存在惰化(滅火)的幾率大；從安全可靠的角度考慮[5]兼顧經濟性，認為鋼煤斗惰化應該設置獨立的系統，同時低壓二氧化碳系統具有易于充裝和自檢功能比較完善的特點，因此鋼煤斗采用低壓二氧化碳獨立惰化系統較為合理。

4　結論

通過燃煤電廠工程實例比較，可以看出燃煤電廠消防配置仍還有許多問題值得探討，因此有必要對各個消防系統進行系統梳理分析，以達到安全可靠運行。通過一些具體的消防工程實例，給出以下建議。

a. 建議低壓二氧化碳系統僅惰化保護鋼煤斗。

b. 原低壓二氧化碳保護的場所可以考慮采用細水霧滅火系統或七氟丙烷滅火系統進行消防保護。

c. 建議電廠加強整個消防系統的安全維護管理，尤其是各消防系統的巡檢驗收以及人員培訓(重點)。

d. 建議每年消防執法測試部門對電廠進行1次安全檢查和1次單個消防系統的測試工作。

參考文獻：

[1]強燕，王愛東. 火電廠輸煤系統消防措施的探討[J].東北電力技術，1999，20(3):38-39.

[2]火力發電廠與變電站設計防火規范:GB 50229—2006[S].

[3]李志山，寧獻武，張偉.1 000 MW超超臨界機組鍋爐摻燒褐煤研究[J].東北電力技術，2012，33(1):1-4.

[4]二氧化碳滅火系統設計規范：GB 50193—1993[S].

[5]高云升，劉連喜，王健強. 低壓二氧化碳滅火系統與惰化保護系統[J].消防科學與技術，2009，28(9):653-655.