火電廠煤場自燃的形成特征及防控方法研究

摘要：煤炭自燃是一個逐步發展、復雜、受多種自然因素影響的物質變化過程。因此，預防和控制煤場自燃是一項艱巨的系統工程，需要大量基礎工作的支持。因此，本文就火電廠煤場自燃的形成特征以及防控策略進行研究，以供參考。

關鍵詞：火電廠；煤炭自燃；形成特征；防控方法

引言

火電廠發電的電力生產成本主要由儲備煤構成。煤炭儲備對于火電廠的運營至關重要，一旦發生自燃現象，將導致巨大的經濟損失并可能引發嚴重的工業環境污染。因此，探究火電廠煤場自燃的發生原理，分析導致煤礦自燃的多種風險因素，并結合火電廠火災風險現狀，全面、細致開展電廠整體安全防范研究，具有深刻、科學的研究意義。

一、火電廠煤場自燃原因分析

煤堆自燃取決于煤堆的內部和外部因素。內部因素主要是煤質，包括硫分、水分和灰分含量；外部因素與煤堆的存放環境有關，主要考慮季節變化和儲存條件的適宜性。

（一）煤的硫含量

通常情況下，煤粉中的總硫含量應占灰分的約10%。在特定溫度下，硫可以與氫氧化物發生激烈的物理化學反應，進而生成二氧化硫，并進一步轉化為硫酸。在分解這兩種化合物的過程中產生大量熱量，導致煤堆燃燒的最低溫度升高，從而引發煤層自燃。一般來說，煤中硫含量越高，自燃風險就越大。

（二）煤的含水量

煤炭的含水量一般介于2%到20%之間，水分給煤的自然帶來不利影響。在煤炭含有一定水分的情況下，其分解過程中產生的氣體反應速度會加快，進而導致煤炭的總熱值提高。一氧化硫與堿性水發生反應，形成稀硫酸并釋放熱量，使水分大量蒸發形成熱氣。這些熱氣在高溫煤堆孔隙中快速擴散，增加了高溫煤堆內部的高熱區，從而擴大了可自燃區域^[1]。

（三）煤的揮發性物質

煤燃燒時，從煤渣中揮發出的主要物質是中低分子量的烴類化合物，如硫化氫、二氧化碳、丙烯、甲烷、乙炔、二氧化碳等。這些揮發物質具有較低的燃點，易于燃燒。根據最新的研究數據，當儲存的煤堆達到50℃—60℃時，煤粉將有可能在1天到2天內發生自燃。

（四）儲存條件的影響

火電廠煤場自燃現象受到多種存儲條件的影響。首先，煤炭的堆積方式很關鍵。過高的煤堆和密集的儲存方式由于內部通風不良，可能導致熱量積累，從而增加自燃風險。其次，環境中的溫度與濕度也會對自燃的可能性產生影響。在高溫、干燥的條件下，煤炭中的揮發分更易蒸發，與氧氣接觸后迅速氧化發熱；濕度過低又可能使煤堆內的水分蒸發，減少吸熱作用，進而促進溫度上升。最后，煤炭的種類也是影響自燃的重要因素。含有高揮發分和低燃點的煤更容易自燃。

二、煤炭自燃的危害

（一）安全隱患

貯煤場的自燃現象不僅會增加火災的危險性，若未及時處理形成的明火，當氧指數值（OI）持續低于正常范圍的40%時，可能導致輸煤系統設備故障，從而導致大規模火災。煤氣可能發生自燃，尤其是在潮濕炎熱的季節。在夏季降雨期間，大量水分被噴灑到正在燃燒的煤炭表面上，水分蒸發成熱蒸汽后與熾熱泥炭屑發生激烈化學反應，形成大量H2和游離的CO。當空氣流動受阻時，氣體濃度升高到一定程度，可導致爆炸^[2]。

（二）經濟損失

長期的高溫作用會導致煤炭發生氧化腐蝕，進而使原煤表面氧化灰分增加，固定碳含量和熱值降低，進而降低成品煤質量，削弱煤的經濟價值。

（三）環境污染

煤炭自燃產生的煙霧中含有大量的有機二氧化硫、硫化氫、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等危險氣體，對生產作業環境安全產生了不利影響。特別是在礦井中安裝防風設備后，自燃過程中產生的煤煙霧無法迅速分解，持續在煤場區域內積聚，對工作人員的健康構成了威脅。

三、防止儲煤場煤堆發生自燃的措施

（一）加強人員培訓與管理

工程班組人員應與經驗豐富的師傅進行實際操作。跟班培訓時間不得少于三個月，以便了解操作過程中可能出現的各種情況和基本技能，包括斗輪機、刮板式堆取料機操作規程、應急處理程序等。培訓內容應包括理論知識和實際操作，以確保新司機能夠熟悉煤場大型機械的各個部件和相應功能，并具備有效操作的能力。煤堆取料司機在獨立上崗前，必須接受由部門與項目部組織的崗位勝任力評估，并通過專業技術和安全操作培訓，經部門確認合格后方可操作斗輪機^[3]。

（二）定期測量煤堆溫度

煤炭自燃是一個復雜的過程，通常包括潛伏期、高溫期和自燃期三個階段。通過精確控制煤堆周圍的氣體溫度，可以有效預防煤礦資源自燃風險。火電廠監督管理部門應指派專職的監測人員，定期執行露天煤堆的溫度監測工作，合理設置監測站點，并定期完成監測任務，同時認真記錄監控測溫時間、區域、煤堆溫度等相關數據。一旦發現煤堆內的溫度接近自燃警戒點時，應立即報警并采取緊急措施，以避免自燃發生。

（三）縮短煤炭堆放時間

長時間集中存儲煤，易導致爆炸與自燃，同時過度氧化燃燒會導致資源浪費。因此，火力發電廠在日常煤炭管理過程中，應分開儲存廢煤，嚴格控制堆放時間，降低資源損耗。

（四）合理儲備

火電站人員購買煤礦并進行儲備時，需謹慎采購，以避免出現火電站內煤炭資源短缺或煤炭資源堆積的情況。如果煤礦資源儲存不足，將導致工廠的儲備、開發等項目無法有序進行，進而對該地區群眾的用電健康和供電秩序造成不利影響。大規模煤炭資源堆積還可能導致煤炭自燃，嚴重增加當地火電廠采購成本。因此，火電廠需要根據當地電站實際煤炭需求和地區煤炭資源供應狀況，合理規劃煤炭資源的儲備工作。

（五）煤場安全管理

球形倉作業設備有圓形堆取料機，露天煤場作業設備有斗輪堆取料機和斗輪取料機，用于煤場整理所用的工程機械有推煤機、裝載機。在堆取料設備與裝載機、堆煤機聯合作業時，必須保持至少3米的安全距離，并設專人進行監護。煤場管理人員在執行職責時，必須穿醒目的工裝；在堆取料機作業時，嚴禁人員和車輛從懸臂下通過，以避免落物造成傷害。此外，嚴禁無關車輛和非作業人員在堆取料機、推煤機及裝載機煤場作業范圍內逗留^[4]。

（六）建立完善的數字化煤場管理系統，做好設備管理

嚴格落實煤場區域重要設備的定期檢查工作。在皮帶啟動前，巡檢人員對煤場區域的設備進行全面巡查，避免因皮帶跑偏等設備故障造成皮帶跳停現象發生，從而提高檢查、維護工作質量。同時，應及時清理設備積煤和積粉，做好設備參數和運行狀態分析，以便及時發現設備和系統的潛在缺陷，切實保障設備安全穩定運行。目前，絕大多數火力發電站仍然采用傳統的人工操作管理方法來管理煤場。這將導致在煤場自動化管理建設實踐過程中出現許多其他復雜的技術問題，如基礎數據采集和統計不足、燃煤堆放時間過長等，導致燃煤系統的鍋爐熱效率低，難以滿足多臺鍋爐的電力需求。因此，為了真正提升自動化煤場管理的科學性和有效性，建立一個完善合理的數字化煤場運營信息系統顯得尤為必要。通過數字化的煤礦管理模式，使管理服務工作人員能夠全面、及時、精確掌握火電廠內各類煤炭資源存儲情況，迅速確定煤堆的存放地點、原煤存放時間、煤炭資源的堆放質量標準等相關信息，為企業的燃料工作人員提供準確合理的數據支持，降低企業煤耗，減少火力發電廠煤炭資源的直接發電損失^[5]。

（七）自燃的處理

預防煤場內的煤氣自燃至關重要。若發現煤出現自燃，須根據火災不同階段和發展程度靈活采取處理措施。當發現原煤在主煤堆底部淺層過熱、冒煙或自燃時，應立即采取相應措施，如使用大型推土機或小鏟車將底部過熱和自燃部分的原煤與上層主煤堆進行分離，并保證及時進行澆水降溫、滅火處理或清理散落煤料，以避免安全事故的發生。當自燃現象發生在煤堆深層時，不宜進行轉移，可通過使用推土機多次擠壓以實現窒息滅火。在這種情況下，不能采取灑水措施，增濕反而可能會導致煤堆升溫加快，從而加速自燃進程。若推土機無法安全進行作業或附近有少量火源時，可考慮優先采用人工灑水的方式進行撲救。根據不同階段煤質的特點和燃燒季節的變化，應科學合理安排煤場的清場工作。在執行清場時，一旦打開發熱的煤堆，由于缺乏足夠的清潔空氣，可能導致冒煙或明火的產生。因此，在將煤炭裝入煤倉前，必須確保已經完成了通風和防火準備工作。無論是進行水煤噴灑作業還是推壓噴煤作業時，需確保作業在上風向進行，并采取必要的自我保護和保溫措施，以防止CO、SO2等有毒氣體對人員健康造成影響。在圓堆或斗輪機出現故障時，無法正常進行煤炭裝載和儲存，應第一時間使用事故應急料斗以維持原煤倉的物料水平，及時匯報情況給相關領導，同時聯系工程班的車輛，協助進行配合加倉。工程車輛駕駛員必須熟悉工程車輛上的緊急停車和疏散程序，包括了解滅火器的位置和使用方法。

（八）做好加倉方式優化

在煤種較多的情況下，應采用多樣化的堆放模式，對煤場中不同熱值和硫分的煤種進行均勻分布，確保它們能夠互為備用。同時，根據機組的負荷情況，優化加倉方案，減少加倉時使用的煤種，避免不必要的轉場和皮帶空載時間，以提高效率。

當所取煤種出現濕黏時，應盡量將其與流動性較好的煤種進行摻配加倉，不允許取用整塊煤或底層煤。上煤結束后，應及時檢查各轉運站的落煤管、高幅篩、碎煤機、煤倉口、滾筒及托輥粘煤情況，并及時進行清理，避免因黏煤影響設備運行以及堵煤現象發生。在加倉時，應根據煤倉料位情況，啟動相應的加倉流程，如球倉與露天煤場配煤倉位較低時，應啟動球倉與露天煤場的配煤加倉流程，一旦煤料位正常后，若只需露天煤場取用煤種加倉時，應停止球倉的上煤流程^[6]。在加倉結束后，停止設備運行，確保上游設備中余煤完全走空后，再依次停止各設備運行，以減少皮帶空轉時間，如球倉設備完成加倉并需停止設備時，先停止堆取料機、活化給煤機、皮帶機依此類推直至所有設備停止運行^[7]。

斗輪機取煤加倉時，斗輪司機回轉到大角度取煤量較小，司機不要一次回轉取料，可以分兩至三次將大角度煤取完。加倉作業時，皮帶皮帶秤瞬時流量必須達到2300—2500噸。單煤種加倉時，取料機電流應控制290A左右，皮帶秤瞬時流量應控制2500t/h左右；配煤加倉時，司機應根據懸臂皮帶秤瞬時流量實時調整取煤量，保證不撒煤，瞬時流量達到2300—2500噸；煤質濕黏時合理控制出力^[8]。

結語

加強煤炭自燃的預防和控制以及露天煤礦場管理，是在應對當前煤炭形勢緊張的背景下，減少資源浪費、節約成本、保障經濟效益穩定增長的重要舉措。通過以上措施，能夠大幅減少由煤炭自燃導致的經濟損失，同時有效遏制煤炭自燃和煤場管理中存在的揚塵、排水和組堆等問題，改善環境狀況，并實現成本節約。隨著煤炭市場的不斷變化，燃煤采購和儲備面臨著新的挑戰。因此，迫切需要積極探索和研究，采用科學方法，以持續提升煤炭資源的管理水平。

參考文獻

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作者簡介：于廣軍（1990— ），男，漢族，江蘇射陽人，大專，助理工程師，研究方向：火電廠輸煤運行及煤場管理。