浅谈火电厂煤炭自燃的原因、防治措施和处理方法
摘 要：煤炭氧化自燃不但降低了煤的经济价值，而且存在重大的安全隐患。文章针对火力发电厂煤炭储存时容易发生的自燃现象，分析煤堆自燃的原因，煤堆自燃前的征兆，煤堆易发生自燃的部位，并提出了具体的防治措施和处理方法。
关键词：煤场；自燃；措施；处理
中图书分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）32-0170-03
大型火力发电厂为了满足发电要求，确保社会用电的需要，一般会建有大型的煤炭储煤场，用来存储大量的煤炭。煤炭自燃会带来巨大地经济损失和安全隐患，防止煤炭自燃是一个非常重要的问题。煤的自燃是由煤的氧化所引起的，煤炭露天存放，受风吹、日晒、雨淋，与空气中氧气充分接触，当煤堆温度达到着火点时，则氧化反应速度增大，并有导致煤堆自燃的可能。这对挥发性强的烟煤及褐煤来说，可能性较大，对含硫量较高的煤而言，危险性更高。
煤炭堆积时间过长发生氧化反应后，会使煤的灰分升高，发热量降低，使煤的质量变坏。储煤时间过长，热量堆积，如果得不到有效散发，将发生自燃。温度高或已经自燃的煤炭输送到运煤设备和磨煤机设备，可能造成燃烧和爆炸危险。
庄河发电厂有三个工作储煤场，一个备用储煤场。工作储煤场额定储煤量在25万t左右，储煤量达到额定值时，也会发生煤堆温度升高，热值下降的问题。煤场作为存煤的场所，关乎企业的重大经济效益。因此加强煤场存煤的煤质监督，了解煤自燃的特性，减小自然损耗，特别是防止煤的自燃，就显得特别重要了。
1 煤炭自燃原因
1.1 煤的组成
煤由有机物和无机物组成，分为可燃物质和惰性物质。其中碳、氢、氧、硫这些元素组成煤的可燃物质，碳元素所占比例最大，约为65%～95%；一些矿物质灰分和水分构成煤的惰性物质，它们也占有相当大的比例，对煤的自燃起着一定的作用。
1.2 自燃倾向性
煤中灰分、水分、挥发分、粒度大小、含硫量、孔隙度等是煤自燃的基本条件。煤的自燃倾向性反映了煤的变质程度。在常温下，煤的挥发分含量越高，自燃可能性越大，自燃时间会相应缩短。可以根据原煤样的着火点和煤样氧化后的着火点之间的差值来判断煤的自燃趋向。一般来讲，原煤样着火点低，二者之间的差值越大，煤越容易发生自燃。
决定煤自燃倾向性的因素有以下几个方面：
①煤的炭化变质程度。煤的炭化程度越高，其自燃倾向性越小。
②煤中水分。一定含量的水分有利于煤的自燃。
③煤中含硫量。在同牌号煤中，含硫化物越多，越易自燃。因为煤中所含黄铁矿在低温氧化时生成硫酸铁和硫酸亚铁，使煤体膨胀而变松软，增大了氧化表面积；黄铁矿氧化热也促进煤的自燃。
④煤的粒度、孔隙度、导热能力也是煤的自燃倾向性的条件之一。
1.3 煤中的硫份
煤中含有一定量的硫份，约占10%左右。在一定温度条件下，会与空气中的氧气发生化学反应生成氧化硫，氧化硫遇水反应生成稀硫酸。发生化学反应时会放出一定的热量，提高煤堆的温度。
1.4 氧气影响
火力发电厂储煤场一般都是露天的，煤炭与氧气充分接触。空气中的氧气，通过煤块之间的缝隙渗透到煤堆的内部，使煤堆内部也储存了大量的氧气。如果都是大块煤，渗透到煤堆内部的氧气更多，供氧越充足，自燃条件越充分。若是细粉煤则相反。
煤炭与氧气充分接触，发生氧化反应，释放热量，形成新的外表。新的外表再次被氧化，周而复始，煤堆内部温度逐渐上升，达到煤炭自燃的温度后，即会发生自燃。
煤中含有的碳、氢等元素在常温下就会发生化学反应，生成CH4、CO等可燃物质。煤被氧化后放出的热量，如果不能及时散发掉，将使煤堆温度急剧上升。温度升高，还会加速煤的氧化反应，释放出更多的热量。当热量聚集到一定程度时，就会引起煤中的可燃物质成分燃烧发生自燃。
煤炭发生自燃的根本原因就是与空气中的氧气发生氧化反应。
1.5 煤中的水分
煤中含有一定量的水分，大约在2%～20%之间变化。当煤中的水分在5%～7%时，会加速煤中的各种反应的进行，如硫份发生化学反应生成稀硫酸，产生的热量又加快了煤的氧化反应进行，加速煤的自燃进程。
通常来讲，煤发生自燃要经历三个阶段。首先是水分蒸发，然后是氧化分解，最后阶段为自燃。水分蒸发阶段会带走大部分的热量。煤炭含水量越高，蒸发期越长，煤堆不会有明显的温度上升，煤炭很少自燃。
1.6 季节变化影响
秋季伴随着气温下降，大气密度增加，渗透到煤堆内的空气增加。因此，秋季与其它三个季节相比，煤炭自燃的几率增加。
1.7 灰分的影响
煤炭的灰分越高， 自燃越不容易发生。
1.8 煤炭的氧化时间
煤从水分蒸发，与空气接触发生氧化，最后发展到自燃需要一段时间，只有到达其自然发火期才会自燃。煤种不同，自然发火期也不相同，例如：长焰煤为1～3个月，气煤为4～6个月。
1.9 其 它
自然环境温度和空气湿度也会影响到煤炭的自燃。环境温度越高，空气湿度越大，煤炭发生自燃的几率较大，否则相反。
2 煤堆自燃前的征兆
2.1 自燃的潜伏期
煤炭的自燃，不是在煤变松和强烈的空气流入以后立即发生的，它是要经过一个热量聚集的潜伏期才会发生。这种潜伏期较长，通常在90 d以内。
2.2 自燃的季节
各个产地的煤自燃的季节及温度不同，有不少煤在夏季高温时易自燃；也有在春、秋季，特别是连绵阴雨天，空气中湿度大，煤堆的热量不易散发，也容易自燃。甚至还有些煤种冬天下雪天更易自燃，煤中焦炭在低温下易吸附氧气氧化。大同煤焦炭含量高，雪是很好的保温物质，因此在下雪季节，要注意大同煤自燃。
2.3 自燃的征兆
因为煤炭在自燃前，要经过发热阶段。冬季，在煤炭发热的地方，可以发现许多新雪斑或由煤堆深处逸出水蒸气，冷凝而形成毛茸的雪瘤子。夏季，清晨在煤堆发热地方会出现“渗出物”的潮湿点，在白天，特别是经过日光晒以后，潮湿点消失，残留一层白色矿物或黄色凝结物，如果煤堆的温度超过60℃时，有的煤就会在1～2 d内发生自燃。
3 自燃煤的位置
煤炭在自然堆积的状况下，一般可以分为三层：冷却层、氧化层和窒息层。
冷却层，煤堆表面开始至1.5 m左右。虽与氧气充分接触发生氧化反应，但位于表层，散热条件非常好，一般来讲，不容易引起自燃。氧化层位于冷却层以下1～4 m之间，自燃的条件全部具备，一旦达到煤的自然发火期，立即发生自燃。窒息层位于氧化层以下，该层煤炭之间间隙较小，供氧量较小，氧化反应不充分，一般不会发生自燃。
庄河发电厂运用斗轮机堆煤，在堆放的过程中，大块煤会分散在煤堆的四周，而煤堆的中间一般颗粒较细。由内及外，煤炭之间的空隙会越来越大，散热条件也越来越好。发生自燃的位置既不在煤堆的表层（冷却层），也不在煤堆的内部（窒息层），而是发生在氧化层。发生自燃后，堆温升高，伴随着冒黄烟、冒白汽的现象。受煤的自燃、自热的压力作用，气体流动方向垂直向上，自燃点一定在冒烟气的垂直向下的部位。氧化层发生自燃，不用很长时间，也会带动冷却层自燃。发现煤堆自燃，要马上采取措施，防止范围扩大，避免不必要的损失。
4 煤堆自燃的防治措施
要以预防为主，采取防治结合的治理办法。主要措施是减少煤炭与空气、水分的接触，定期测温，防止热量堆积，还可以配合喷淋降温。
①煤的自燃倾向性鉴定。掌握煤自燃火灾的规律，有针对性地采取防自燃措施，对保证安全生产具有重要意义。因此，对储存自燃倾向性较大的煤和储煤时间较长的煤场，应作煤的自燃倾向性鉴定，测定煤的挥发分的含量、最低着火温度、自燃发火期等指标。
②煤堆的方向。煤堆的方向取南北方向为佳，可以减少阳光的照射。因为我国地处东北半球，阳光经常照在头顶偏南方向。
③合理安排煤场储煤量。根据发电机组的运行情况和发电计划，由发电计划部门制定煤炭采购计划，控制煤场的储煤量。
④合理的堆煤场。煤堆的场地应该采用水泥地面，地面上不用铺盖任何物质，减少煤堆中空气的摄入量。煤堆场地比四周略高，四周应挖有排水沟，及时排除雨后积水，减少水量的聚集。排水沟与煤泥沉淀池相连。堆煤场可设置在高山的北坡较为开阔的地带，减少热量的摄入。
⑤堆煤的时间和方法。应尽量在环境温度较低的时候储存煤炭，以减少热量的携带。大块煤、细粉煤混合在一起，空气不能很好的流通，发生氧化反应时，产生的热量比较容易积聚在内部使煤堆温度迅速升高发生自燃。庄河发电厂发电用煤为烟煤和褐煤，烟煤与褐煤都是分开存放，因为烟煤颗粒较小，而褐煤颗粒较大，两种煤底部也不连接在一起，有效防止了煤炭自燃。所以说大块煤与细粉煤分开存放较好，煤堆旁边较大的煤块要将其压实。细粉煤单独储存时也要一层一层的压实，尽量减少煤堆里的空气。
⑥煤炭堆积的形状。以人字形屋脊式最好，减少阳光的照射及雨季雨水的渗入。煤堆的角度控制在40～45°，顶部齐平。煤堆的高度控制在8 m以内。
⑦煤堆的维护。一般，发电厂都是用斗轮机来完成卸储煤工作。在接卸煤的过程中，堆高到2 m左右，就要用推煤机将煤炭压实，减少煤块之间的空隙，排除里面积存的空气，减少煤炭与氧气的接触面积，使氧化过程减弱，以便更好地储存煤炭。如果一个煤堆长期未使用，除了压实之外，还可以在煤堆上覆盖一层粘土，减少与空气的接触。但覆盖粘土会降低煤的品质，增加灰分的含量，可适用于锅炉对煤质要求不高的情况。煤炭在堆放过程中，要堆平堆齐，取煤时不要挖山留井，以免增加雨水的聚集，也可以减少阳光的照射。
⑧煤炭堆放位置合理，先进先出。堆放位置合理，使得煤炭在预定的期限内烧完。执行煤炭先进先出原则。如果发现煤堆温度升高，已经快要自燃，可执行后进先出的原则。
⑨计划好煤炭存储时间。煤场管理人员与煤炭采购部门要沟通协调好，根据煤场的储煤情况，合理安排煤炭的采购计划，既不影响机组供煤，也不过多储煤，降低损耗。露天储煤场发生煤堆温度升高，煤炭自燃，一般来讲，就是因为存煤时间过长造成的。边角煤、斗轮机限位以外的煤，有时存储4个月以上，为煤的自燃提供了足够的时间。煤炭的堆放时间要根据煤炭的种类确定，无烟煤、贫煤存储时间可略长一些，但应控制在4个月以内。烟煤和褐煤的存放时间要控制在1个月以内。
⑩清除底角煤。对底角煤定期清除，不残留小煤堆和裙边煤。
{11}不覆盖卸煤。合理规划储煤场地，尽量不覆盖卸煤，对采用覆盖卸煤的煤堆要加强检查巡视。
{12}翻开压实散热。在煤堆取到高度较小时，可以采用翻开散热的方法降温，防止自燃，散热到一定程度后再压实处理。
{13}加强煤场的管理和监测。对煤场加强管理和监测，发现煤堆温度升高、冒烟、冒热气等情况就要引起警惕，采取措施进行处理，避免大范围自燃引起损失。每天安排煤场管理人员对煤堆进行巡视，尽早发现自燃煤，并每隔两天用测温仪对煤堆表层以下进行测温并做好记录。堆煤超过一个半月时必须每天对煤堆测温一次，发现温度升高趋势时应每三小时测温一次，并严格记录。
{14}保持合适的水分。煤炭发生自燃时的水分在5%～7%之间，使煤炭保持适当的水分，可以有效防止煤炭的氧化自燃。当煤炭的水分含量达到12%时，基本不会发生自燃问题。
{15}其它措施。发电企业储煤场四周应布置喷淋装置，在炎热的夏季可以定期向煤堆喷洒水，降低煤堆表层温度。喷洒水水源可以采用工业废水，庄河发电厂用的是含煤废水处理后的水，节省了水资源。喷淋降温对防止煤炭自燃有一定的效果，但如果水量不足，有时反而会加剧自燃，所以采用时要慎重考虑。把煤炭全部浸入水中可以有效来防止煤炭氧化自燃，但使用起来比较麻烦。在煤堆中间布置测温元件，可以掌控煤堆温度，提前采取措施，避免煤炭自燃。
5 煤炭自燃的处理方法
5.1 喷淋降温
发现煤堆表面煤炭自燃时，可以进行喷淋降温或挖沟浇灌的方法。发现某个煤堆温度较高，可以用斗轮机取掉一层，进行散热处理。另外，如果堆高不是很高，可以向煤堆喷洒水进行冷却降温后，再安排斗轮机一层一层的取掉。
5.2 采用压力水浇透
将压力水管插入到煤堆内自燃部位对煤堆降温，可以有效治理煤炭自燃。
5.3 倒堆翻开压实
发电厂储煤场一般存有许多种煤，会有大大小小的煤堆。对于小型煤堆，可以把自燃部位的最外层推掉，露出自燃部位进行散热冷却。对于温度较高煤堆，可以用铲车倒堆，来降低堆温，延缓煤的自燃。
5.4 消除自燃祸源
将祸源区域的自燃煤挖出来，铺散开来，暴露在空气中散热降温，或者是将祸源区域内的煤进行碾压。采用挖煤降温方式时必须做好防治明火蔓延的措施，周边备有一定的炉渣，抢险人员也需做好防护措施。
5.5 入炉烧掉
将自燃煤完全扑灭无危险后，用斗轮机将其取送到原煤仓内，输送到锅炉内燃烧。对于堆温超过70℃的，立即安排斗轮机取用入炉，而堆温小于70℃的，可考虑倒堆暂缓取用。对升温煤堆的底角煤进行清理，全部归堆使用。
6 结 语
煤炭自燃会造成严重的损失，因此我们要严加防范，综合治理，降低损耗，提升经济效益。
参考文献：
[1] 龚友成.煤粉自燃特性研究[J].工业安全与防尘，1995，（3）.
[2] 汤清华.高炉喷吹煤粉知识问答[M].北京：冶金工业出版社，1997.
[3] 刘清龙.用台阶式插管定量注水法防治露天煤堆自燃[J].煤矿安全，2000，（6）.
[4] 刘高文.煤自燃特性研究及应用[D].西安：西安科技学院，2002.
[5] 吴国光，张永建，王光友，等.煤堆自燃影响因素及防治[J].能源技术与管理，2008，（1）.
[6] 王显政.煤矿安全新技术[M].北京：煤炭工业出版社，2002.