煤炭自燃的原因是什麼,自燃必須具備哪些條件 ？
目前比較普遍的看法是：煤炭能在常溫廠吸附空氣中的氧而氧化，產生一定的熱量。若氧化生成的熱量較少並能及時散失，則煤溫不會公升高；若氧化生成的熱量大於向周圍散失的熱量，煤溫將公升高。
隨著煤溫的繼續公升高，氧比急劇加快，從而產生更多的熱量,煤溫也急劇上公升，當煤溫達到著火點（300～350℃）時，煤即自燃發火。
煤炭開始接觸氧氣到自燃，所經歷的時間對不同的煤種是不一樣的。人們把煤炭接觸氧氣到自燃的時間叫做發火期。我國煤層發火期最短的為1．5～3個月，長者可達15個月以上。
煤炭自燃是乙個複雜的過程，受著多種因素的影響，但煤炭自燃必須具備以下條件：
（1）煤有自燃傾向性，且以破碎狀態存在；
（2）有連續的供氧條件；
（3）有積聚氧化熱的環境；
（4）上述三個條件持續足夠的時間。
實踐證明，具有同樣自燃傾向性的煤層，在不同的生產技術條件下，有的煤能自燃,有的則不能；在同樣的外部條件下，自燃傾向性也不一樣。這是因為煤炭自燃過程受著許多因素影響的緣故。其影響的主要因素是：
（1）煤的化學成分；（2）煤的物理性質；（3）煤層的地質條件；（4）開拓開採條件；（5）礦井通風條件。
【摘要】煤氧化自燃既是重大的事故隱患,也降低了煤的經濟價值。分析了煤堆自燃的原因,煤堆易發生自燃的部位,並提出防治措施。
煤炭長期堆積會因氧化作用,使煤的灰分公升高,固定炭和熱值下降,降低煤的質量。煤炭自燃還會造成大量的煤白白燒掉。如汕頭電廠燃燒的煙煤,煤場經常貯有3個月以上的正常用量,因貯煤時間過長而經常發生自燃,有時同時幾處發生自燃。
陰燃的煤被送到輸送和研磨裝置,會造成燃燒和**事故。煤自燃既是重大的隱患,也降低了煤的經濟價值,因此,了解煤自燃的特性,防止煤自燃具有十分重要的意義。
1、煤堆自燃原因分析
煤大體上由有機物和無機物組成,主要可燃元素是碳(約佔65%～95%),其次是氫(約佔1%～2%),並含少量氧(約佔3%～5%,有時高達25%)、硫(約佔10%),上述元素一起構成可燃化合物,稱為煤的可燃質。除此之外,煤中還含有一些不可燃的礦物質灰分(5%～15%,也有高達50%)和水分(一般在2%～20%之間變化),這些物質稱為煤的惰性質。
煤被空氣中的氧氣氧化是煤自燃的根本原因。煤中的碳、氫等元素在常溫下就會發生反應,生成可燃物co、ch4及其他烷烴物質。煤的氧化又是放熱反應,如果熱量不能及時散發掉,將使煤的堆積溫度公升高,反過來又加速煤的氧化,放出更多的可燃質和熱量。
當熱量聚集,溫度上公升到一定值時,即會引起可燃物質燃燒而自燃。
煤堆發生自燃要同時具備以下4個條件:
(1)具有自燃傾向性。煤的自燃傾向性是煤的一種自然屬性,反映了煤的變質程度,水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、導熱性,是煤自燃的基本條件。煤在常溫下的氧化能力主要取決於揮發分的含量,揮發分含量越高,自燃傾向性越強,而且自燃時間也會相應縮短。
根據煤的氧化程度與著火點之間的關係,利用原煤樣的著火點和氧化煤樣的著火點的差值δt來推測煤的自燃傾向。一般,原煤樣著火點低,而且δt大的煤容易自燃;δt>40℃的煤為易自燃煤;δt<20℃的煤(褐煤和長焰煤除外)是不易自燃煤。從表1可看出,從褐煤到無煙煤,其著火點越來越高,自燃傾向性越來越弱。
表1我國各類煤的著火點範圍略
(2)供氧條件。煤堆暴露於空氣中,表面與空氣充分接觸,而且空氣通過煤塊之間的間隙滲透到煤堆內部,給煤堆內部氧化創造了條件。煤的塊度越大,煤塊之間的間隙越大,其供氧條件越好。
(3)氧化時間。煤從氧化發展到自燃有乙個過程,氧化時間達到自燃發火期才能自燃。如長焰煤的自然發火期為1～3個月,氣煤為4～6個月。
(4)儲熱條件。煤在氧化的過程中放出熱量,只有當放出的熱量大於散發掉的熱量時,才能使熱量聚集,溫度上公升,達到煤的著火點就會自燃。
此外,煤的粒度、水分、灰分、壓實程度、環境溫度、濕度等因素都會影響煤的自燃。粒度越細,比表面積越大,氧化反應越劇烈,越易自燃。一般,煤自燃要經歷水分蒸發、氧化、自燃3個階段。
煤的濕度大,將煤浸在水中,能阻止煤與氧氣直接接觸而發生氧化反應,只要水不流失,也不會影響煤的質量;再者,水分蒸發要消耗大量的熱量,煤含水量越大,蒸發期越長,此階段溫度無明顯上公升。灰分越高,越不易自燃。將煤堆壓實,能減少煤塊之間的間隙,減少空氣在煤堆內的滲透量,削弱供氧條件。
環境溫度和濕度都會影響煤自燃的時間,溫度越高、濕度越大,煤自燃的時間越短。
根據電力、冶金、煤炭和水泥行業的煤堆發生自燃的實際情況看,發生自燃的部位既不在煤堆的表面,也不在煤堆深部,而在表層以下。在自然堆積狀況下,可將煤堆分為3層(見圖1)。
圖1煤堆自燃分布剖面略
冷卻層:煤堆的表層,約0.5～1.5m厚,該層煤較鬆散,與空氣接觸充分,雖發生氧化反應,但散熱條件好,所以不會發生自燃。
氧化層:該層位於冷卻層以下,厚度在1～4m左右,具備煤自燃的所有條件,達到自然發火期即會自燃。
窒息層:該層位於氧化層以下,煤層相對壓實,供氧不充分,且含水率較高,氧化程度較低,不易發生自燃。
煤在自然堆放時,一般中心部位處顆粒較細,越往四周顆粒越粗,相應的,從中心往四周,空隙越來越大,通風散熱條件越來越好,冷卻層和氧化層越來越厚。自燃一般發生在氧化層。同時伴隨著溫度公升高、冒熱氣、冒煙等現象。
當發現煤堆上某處釋放熱氣或冒煙,那麼自熱或自燃點一定在該部位垂直向下的氧化層內,因為受煤的自熱或自燃的熱壓作用,氣體流動方向為垂直向上方向。一旦某個部位發生了自燃,也會改變其上部冷卻層的受熱條件,使冷卻層也自燃。因此,發現煤堆自燃必須立即採取措施,防止自燃範圍擴大。
2、防止煤堆自燃的措施
防止煤堆自燃要防治結合,以防為主。對煤自燃的原因進行分析,提出如下措施:
(1)煤的自燃傾向性鑑定,對掌握煤自燃火災的規律,有針對性地採取防火措施,保證安全生產具有重要意義。因此,對貯存自燃傾向性較大的煤和貯煤時間較長的煤場,應作煤的自燃傾向性鑑定,測定煤的揮發分的含量、最低著火溫度、自燃發火期等指標。
(2)應選擇合適的貯煤場和堆置方式,保持通風良好,防止煤堆暴曬。宜將貯煤場設定在寬敞的區域,背陽光的地方(如高山的北坡),或設定煤棚。周圍和煤場下部不得有高溫熱源。
這樣可降低煤的氧化速度。
(3)正確核定貯煤時間,盡量不要超過煤的自燃發火期。在露天貯煤場情況下,貯煤時間過長是發生自燃的主要原因之一。而且,貯煤時間越長,氧化程度越高,煤的經濟價值下降越多。
(4)用推土機將煤一層一層壓實,尤其是要將堆邊大塊部分壓實,鋪蓋一層粘土更好,這樣可以減少煤堆的空隙度,趕走煤堆空隙中的一部分空氣,減少煤與氧氣的接觸。鋪蓋粘土會增加煤的灰分,對煤質要求較高的情況不適用。在煤堆表面噴灑凝體材料,可阻止外界空氣向煤堆內部滲透,防止煤堆自燃。
該方法適應性較廣,但成本較高,而且增加煤的灰分,對煤質有影響。
(5)使煤堆保持適當的水分能延長煤的氧化期,有效防止煤自燃。根據分析,煤自燃前的全水分為5%～7%。當煤的含水量達到12%時,不會發生自燃。
貯煤場的底部和周邊應採用混凝土結構,以防止水分滲漏和流失。煤場周邊設定噴灑水設施,定期向煤堆噴灑水,這樣做還能夠防止煤場揚塵。有把煤浸在水中來防止煤氧化自燃的作法。
(6)加強煤場現場管理,盡早發現煤自燃徵兆,並採取處理措施。每天派人巡查自燃情況,發現有區域性溫度公升高、冒熱氣、冒煙等現象時,即可判斷該處氧化層已發生自燃。發生自燃還伴隨著co濃度公升高,因此,用co檢測儀能檢測出來。
處理煤堆自燃主要用噴灌水的方法。將水直接灑在煤堆表面上,或挖溝澆灌的方法都會使滲入煤堆內的水量不均,而且容易流失,把煤沖走,由於受熱壓作用,進入自燃部位的水量少,防火效果不好。改為插管注水將注水管直接插入自燃部位,用壓力水濕潤氧化自燃部位的煤體,降低了煤體的自熱溫度,抑制了煤氧化自燃。
對於較小的煤堆,可把發生自燃部位的外表層扒掉,露出氧化自燃層來散熱冷卻,或經常倒堆破壞氧化層以延緩或阻止自燃。如同時噴灑水,則阻燃效果更好。該方法只適用於煤堆較小、四周有空間的情況。
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