周益舒
华电西港发电有限公司 北京100000
摘要：煤炭自燃是复杂渐进的演变过程，受多种因素的影响。因此，煤场自燃的防治是一项艰巨的系统性工程，需大量的基础工作来支撑。基于此，本文详细探讨了火电厂煤场自燃的形成特征及防控方法。
关键词：火电厂；燃煤；自燃；防控方法
煤炭占火电厂发电成本的近80%，储煤是生产经营的一个重要环节，一旦发生自燃将带来巨大的经济损失，并造成一定的环境污染。因此，了解煤场自燃机理，分析影响自燃的诸多因素，结合电厂实际情况，全面做好综合防治工作，具有深远的意义。
一、煤的自燃原因
煤在无需外火源加热，而受其自身氧化作用所产生的积蓄热引起的着火就称为煤的自燃。煤是在常温下会发生缓慢氧化的物料，它受空气中氧的作用而被氧化产生的热量聚集在煤堆内部，而温度的升高又会加速煤的氧化，当温度升高到60℃后，煤堆温度会加速上升，若不及时采取措施，就会发生煤堆自燃。
二、煤场自燃的形成特征
1、煤质
1)高硫分煤质。高硫煤是自燃煤的一种。在潮湿环境中，高硫煤中的硫与O2和H2O反应生成硫酸并析热：
4S-+2H20+702→2S042-+2H2S04
随着热量的积累，煤的氧化反应加剧，进一步蓄热，充足的蓄热与O2的持续供给是致使煤自燃的重要条件。高硫分、高全水分的煤特别易自燃，即使是高硫分无烟煤，其自燃概率也远高于其它品质无烟煤。
2)高水分煤。水分是煤自燃的催化剂。在水分存在时，黄铁矿被氧化生成稀硫酸及硫酸盐，而SO2发生以下反应：
2S02+02+2H20→2H2S04+268kJ
上式放热反应产生的热量使水蒸发形成热汽。在自燃炉内，热汽在煤粒间隙和孔道间扩散，扩大了煤的高热区。在更大范围内，热汽与黄铁矿和SO2的析热反应加剧了自燃进程。此外，煤碳颗粒的毛细微孔隙吸附了较多水分。随着热量积聚和温度的升高，煤颗粒中的水分蒸发形成中空多孔粒子，水被O2置换，内部抗氧化性降低，氧化表面积增加。
3)高挥发分煤。高挥发分煤具有较强的挥发分活性，易着火自燃。煤受热时会释放挥发分，挥发分和氧气自燃产生的热量再点燃煤中的固定碳，直到固定碳被烧尽。若煤中灰分含量增加，会阻碍挥发分的析出，影响自燃速率。灰分在煤燃烧中吸热，自燃核发展为自燃疽后，形成更多的灰分。由于灰分吸热和向外空间的散热，阻碍了自燃的蔓延，自燃疽扩展速度变慢。
4)粉末状煤质。粉末状煤质。因这种煤粉末细，在180℃左右开始迅速氧化，形成大量蓄热，导致煤炭阴燃或明火。因而，此类煤炭采取防爆燃的安全防护措施尤为重要。
2、区域
1)煤堆底部易自燃。当煤落到地面时，由于离析，煤中80%的块状物集中在煤堆底层。除少量煤块外，块状物主要为含10%～30%黄铁矿的煤矸石。因此，煤堆底层周围易形成自燃高发区。
2)煤堆交汇处易自燃。煤堆交汇处，或煤堆与其它长期存放的残存煤堆交汇处，也是自燃的高发区，特别是不同煤种的交汇，自燃概率增大，自燃趋势更明显。煤堆交汇处是大块离析后的集中区域，由于该区聚煤厚度浅，煤层压力低，煤块和矸石聚集区易形成高孔隙率的空洞，由于空洞中含有丰富的氧和硫，易形成自燃核。
3)煤堆向风面易自燃。储煤后，由于组堆方向、煤场朝向和风向等综合因素，致使部分煤的向风面受风力较大或处于自然形成的风道走廊区域，处于氧化蓄热期。较高的风压使更多的氧气渗透到氧化中心，氧化速率增加，短时间内积累了大量氧化热。风压使煤层内外产生压差，防止积聚热向外扩散，形成局部氧化反应循环。若向风面的自燃在初期不能及时处理，风助火势会引起更大面积的自燃。
4)过水区域易自燃。由于下雨或浇水，煤场过水区的煤粒发生归集下沉，较小的粉煤颗粒沿着煤颗粒的间隙下沉，导致煤的上、中层孔隙较多。
孔隙的存在丰富了煤堆过水区的氧含量，扩大了氧化区域，使含硫铁矿的煤矸石相对集中，更利于自燃核的形成。
5)断面疏松区易自燃。在储煤过程中，由于受压力、离析、归集、混堆等的影响，在同一煤堆中，可能形成煤块、矸石等块状疏松区与小粒径煤炭颗粒集中的密实区，以及它们之间的次密实区域。疏松区具有富氧、富硫的特性，是自燃高发区之一。
6)石子煤铺垫的煤场易自燃。烟煤宜存放在硬化地面，水泥地面最佳。石子煤含有大量的硫，所以用石子煤铺砌的煤场不宜存放烟煤。
7)高灰分、易粘煤不易自燃。煤灰分35%以上、易结块的煤层较密实，不易形成疏松富氧区，抗氧化性能好，适合长期储存，稳定储存期可达6～10个月甚至更长。这种煤堆顶部的煤在雨季易随雨水滑落，表层经长期储存后易泛霜。
3、气候条件。大气温度、大气压力波动、风力风向、雨雪量等因素，都会影响自燃的发生。秋冬过渡时期是煤堆自燃高发时期，尤其是气温骤降(特别是下降10℃及以上)，由于气压和风力的作用，使煤堆内外空气对流加速，容易发生自燃。
三、煤场自燃的防控方法
1、煤场垫层防自燃处理。易自燃煤种直接在煤场堆存后，由于取料机工作面及倒垛翻堆条件限制，底部及周围残煤有长期堆积的可能，特别是当来煤量较大时，残煤来不及处理即被覆盖或交汇，从而埋下了自燃隐患。
实践中，煤场选用稳定性好的煤种进行铺底处理，在最大作业区采用斗轮机平铺，形成厚度约2m的平台。推煤机反复压实，挖掘机在平台周围重点夯实。
单煤是最好的铺底煤，各组分煤质近似的混煤次之。另外，其它自燃煤堆放在铺底平台上，能提高自燃煤的周转效率及一次取净率，降低自燃概率。
2、煤堆底层周围的机械化处理。煤中大量的矸石离析易在煤堆底部引起自燃。可用挖掘机对煤堆底层周围进行夯实，以增加煤堆外层的密实度，挤压有氧空间，减弱内外温差引起的自然对流，延缓氧化过程，破坏可能形成自燃核的疏松区结构。
煤堆底层周围区域的夯实作业周期由煤的自燃趋势强弱决定，淮南、皖北地区自燃趋势弱的煤种每30～45d夯实一次。褐煤、蒙煤、神木煤、印尼煤等自燃趋势强的煤种每3～5d夯实一次，夯实周期随着储存时间的延长而缩短。
对于挥发分、硫分、全水分等含量高，需中长期储存的煤，每铺堆层厚1.5～2m即压实。分层压实导致煤空隙体积减小，通风条件恶化，具有良好的防自燃效果。
3、两种煤的混合储存。在入厂煤计量、煤质分析、取样条件和系统运行方式允许的情况下，可充分利用混煤措施，将稳定性好、低硫低水分、灰分高的煤与自燃危险大的煤同时卸运，这两种煤可在卸煤源头按适当比例混合，然后堆放到煤场，危险煤的贮存稳定期可显著延长。
4、正确使用以水灭火方法。对于自燃煤，特别是高硫煤或厚煤层区，用水浇效果并不明显。实践中发现，浇水后的煤若不及时取用，水到处就会形成富氧区。同时易使煤颗粒归集下沉，形成较大的氧化空间，致使自燃区扩大。此外，明火炙碳遇水有爆裂伤人的风险。
用水灭火方法有：①取煤时，自燃区已有明火，需用水扑灭明火后再取用上仓。②当煤取用中发生明火，应在轮斗或挖掘机作业面进行水喷淋，以抑制因高浓度扬尘可能导致的瞬间尘爆。③因客观条件限制确实不能及时取用的自燃区，对距煤面下1～1.5m的自燃点可采用靶向注水有针对性的灭火处理。
5、合理组堆减少向风面。由于煤堆表面季风风道的对流形成风压差，导致煤堆迎风面自燃着火的概率明显增大。因此，煤场组堆时应尽量减少向风面，并适当减小主导风面侧的煤堆倾角。
在煤场主导风上游侧组堆的煤种要进行适应性选择，优先选用灰分较高、硫分与全水分较低、颗粒均匀性较好的煤种。因其良好的耐储性，对其它自燃煤组堆形成风障，起到阻滞风力作用，减小对流形成的风压差，延缓自燃着火时间。
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