延長筒倉存煤時間防止煤炭自燃的新型惰化技術及應用

張永祥 雷寶民

摘要：以國家能源集團某企業容量為3萬噸/座的立式筒倉為例，結合新疆四個礦煤炭發火期實驗報告與煤炭在筒倉內實際存放時間做比較，驗證理論發火期與實際自燃時間的相符性。為延長筒倉存煤時間，防止因企業異常非計劃停工期間、保障倉內不發生自燃，結合筒倉結構，研究并實施了一種新型惰化技術并成功應用，應用后可大大延長煤炭的靜態存煤時間。

關鍵詞：筒倉、惰化、自燃、發火期

前言：低變質煙煤因其揮發分高、發火期短而不能長期儲存，在不投用惰化系統保護的情況下在立式筒倉內靜態安全儲存一版不超過20天，在夏季高溫期間往往要低于這個天數。然而在實際生產中往往因生產（如非計劃停工）需要被迫長期儲存，結果導致煤炭在倉內發生自燃，最終給企業帶來嚴重的安全隱患、環保壓力及煤質變差等一系列問題。雖然現有筒倉中都設置惰化系統，但在發生自燃后都無濟于事。本文在現有惰化技術的基礎上通過對落煤特性和惰性介質滲透作用的研究后提出一種延長大型立式煤倉存煤時間的方法，可實現相對長周期儲煤（約30天），規避煤炭自燃、往復倒運、環保風險以及煤質變差、倒運費用的經濟損失等一系列問題發生。

一、最短自燃發火期實驗與實際情況的對比

為研究公司所使用的四種煤炭最短自燃發火期，分別對烏東煤、五彩灣煤、黑山煤、紅沙泉煤取樣封存并委托中煤科工集團重慶研究院有限公司對上述礦點的煤炭最短自燃發火期進行研究，結論如下：烏東煤39天、五彩灣煤31天、黑山煤58天、紅沙泉煤22天。顆粒度越小，吸氧量越高，越容易自燃，發火期越短。考慮到安全因素，對上述四個礦點煤炭自燃發火情況進行實際驗證。選擇4月份時段的紅沙泉煤作為研究對象，發現靜態存儲到16天后筒倉筒倉甲烷和一氧化碳含量開始升高，到18天時一氧化碳含量含量超過50PPM，甲烷報警值超過25.0 LEL。此時開始緊急出煤，出煤溫度已超過50℃，且煤中帶有明細的紅火。

通過實際抽檢驗證了紅沙泉煤的自燃發火期與實驗得出的發火期基本吻合，通過產生的一氧化碳、甲烷及出煤溫度等特性，驗證了理論值。

二、落煤特性和惰性介質滲透的研究

無論洗精煤還是普通原煤，公知、相對大的煤炭顆粒在下落過程中容易滾向邊緣，細顆粒的煤炭尤其是粉末不易滾動，這樣筒倉在儲滿煤后，靠近筒倉壁的大顆粒的煤相對較多、孔隙率大，越靠近筒倉中心的粉末多、孔隙率小，具體如圖所示，圖中A區域為粒度小的區域，筒倉璧為顆粒相對大的區域。當惰性氣體進入筒倉璧后將沿著空隙率大流通阻力小的區域滲透，對對于圖中A區粒度小空隙率小的區域流通阻力大不易滲透。

三、設計使用的惰化系統應用情況

立式筒倉在設計及建造時已經考慮了煤炭自燃的影響，設計了專用的惰化系統，如圖所示的標號為3、4、5、的部分，分別是換氣層，充氣層和鎖氣層，惰化介質多為氮氣。上述三層惰化系統進入筒倉后僅輸送至倉壁內側，但由于處于倉璧內側孔隙率大，惰化氣體流通阻力小，容易沿著圖中帶箭頭的曲線貼璧上升，無法向A區方向滲透，導致易發生自燃的A區無法得到惰化氣體的保護。

四、新型惰化技術原理及簡介

為解決現有惰化系統所存在的不足，經過對落煤特性和惰性介質滲透作用的研究后提出一種延長大型立式煤倉存煤時間的方法，可使惰化介質充分利用，實現有效惰化。

現有的大型立式筒倉內部結構多為W型，出煤方式為分外環給煤機（圖中標號6）出煤和內環給煤機出煤。現有的筒倉惰化系統分為三層布置、煤炭在下落過程中，惰化的氮氣進入筒倉后將沿著阻力小的內壁滲透和流動。然而煤炭粒度越小、水分越高、吸氧量越大越容易發生自燃，基于此、處于筒倉中部的煤炭容易發生自燃，更需要惰性介質保護。新型惰化系統在現有惰化技術應用的情況下，在筒倉內環處設置一內部惰化環管，該環管借助W型中間土建結構作為支撐，并將惰性氣體引入至該環管道內，實現內部惰化，實現在需要惰性保護的區域有惰化介質，進而實現有效惰化（見圖中標號8所示，向上的箭頭表示惰性氣體滲透方向）。

五、新型惰化技術應用情況

如圖所示，圖中各標號表示為：1、進煤口;2、為筒倉;3、換氣層;4、充氣層;5、鎖氣層;6、外環驅動電機;7、輸煤皮帶;8、內部惰化環管。在筒倉正常運行或靜態儲煤期間，向該環管內通入惰性氣體，實現對筒倉內部A區的惰化，防止自燃的發生。實際生產中，如果靜態儲煤少于10天，新惰化系統可不啟用，如遇非計劃停工導致被迫長期存煤的情況啟用該系統。實踐證明在靜態存煤10天以后，開啟新惰化系統后18天后，筒倉甲烷和一氧化碳含量開始升高，隨即對該倉進行出煤，經檢測出煤問題僅35℃，無煤炭自燃情況發生。對比后投入新惰化系統后，可將煤炭靜態存儲時間延長至28天。

六、結束語

新型惰化技術是在現有技術的基礎上通過對落煤特性和惰性介質滲透作用的研究提出的一種延長大型立式煤倉存煤時間的方法。經過實踐驗證可實現相對長周期儲煤，規避煤炭自燃、煤炭往復倒運、環保風險以及煤質變差、倒運費用的經濟損失等一系列問題發生。但因生產企業所限，不能將所有煤炭全部試驗一遍。結果表明，利用新惰化技術后，不僅可實現理論發火期內安全存煤的目的，還可適當延長存煤時間近30天，消除非計劃停工帶來的長期儲煤自燃的安全隱患。

參考文獻：

[1]王要令.防止煤炭自燃阻化劑研究進展[J].化工時刊，2013（01）：32-35.

[2]王亞敏.防止煤炭自燃的化學阻化劑的實驗結果研究[J].煤炭技術，2014，33（002）：183-185.