煤炭自燃的原因是什么,自燃必须具备哪些条件_?

煤炭自燃的原因是什么, 自燃必须具备哪些条件 ？

目前比较普遍的看法是：煤炭能在常温厂吸附空气中的氧而氧化，产生一定的热量。若氧化生成的热量较少并能及时散失，则煤温不会升高；若氧化生成的热量大于向周围散失的热量，煤温将升高。随着煤温的继续升高，氧比急剧加快，从而产生更多的热量, 煤温也急剧上升，当煤温达到着火点（300～350℃）时，煤即自燃发火。 煤炭开始接触氧气到自燃，所经历的时间对不同的煤种是不一样的。人们把煤炭接触氧气到自燃的时间叫做发火期。我国煤层发火期最短的为1．5～3个月，长者可达15个月以上。

煤炭自燃是一个复杂的过程，受着多种因素的影响，但煤炭自燃必须具备以下条件：

（1）煤有自燃倾向性，且以破碎状态存在；

（2）有连续的供氧条件；

（3）有积聚氧化热的环境；

（4）上述三个条件持续足够的时间。

实践证明，具有同样自燃倾向性的煤层，在不同的生产技术条件下，有的煤能自燃, 有的则不能；在同样的外部条件下，自燃倾向性也不一样。这是因为煤炭自燃过程受着许多因素影响的缘故。其影响的主要因素是：（1）煤的化学成分；（2）煤的物理性质；（3）煤层的地质条件；（4）开拓开采条件；（5）矿井通风条件。

【摘要】煤氧化自燃既是重大的事故隐患, 也降低了煤的经济价值。分析了煤堆自燃的原因, 煤堆易发生自燃的部位, 并提出防治措施。

煤炭长期堆积会因氧化作用, 使煤的灰分升高, 固定炭和热值下降, 降低煤的质量。煤炭自燃还会造成大量的煤白白烧掉。如汕头电厂燃烧的烟煤, 煤场经常贮有3个月以上的正常用量, 因贮煤时间过长而经常发生自燃, 有时同时几处发生自燃。阴燃的煤被送到输送和研磨设备, 会造成燃烧和爆炸事故。煤自燃既是重大的隐患, 也降低了煤的经济价值, 因此, 了解煤自燃的特性, 防止煤自燃具有十分重要的意义。

1、煤堆自燃原因分析

煤大体上由有机物和无机物组成, 主要可燃元素是碳(约占65%～95%),其次是氢(约占1%～2%),并含少量氧(约占3%～5%,有时高达25%)、硫(约占10%),上述元素一起构成可燃化合物, 称为煤的可燃质。除此之外, 煤中还含有一些不可燃的矿物质灰分(5%～15%,也有高达50%)和水分(一般在2%～20%之间变化), 这些物质称为煤的惰性质。

煤被空气中的氧气氧化是煤自燃的根本原因。煤中的碳、氢等元素在常温下就会发生反应, 生成可燃物CO 、CH4及其他烷烃物质。煤的氧化又是放热反应, 如果热量不能及时散发掉, 将使煤的堆积温度升高, 反过来又加速煤的氧化, 放出更多的可燃质和热量。当热量聚集, 温度上升到一定值时, 即会引起可燃物质燃烧而自燃。

煤堆发生自燃要同时具备以下4个条件:

(1)具有自燃倾向性。煤的自燃倾向性是煤的一种自然属性, 反映了煤的变质程度, 水分、

灰分、含硫量、粒度、孔隙度、导热性, 是煤自燃的基本条件。煤在常温下的氧化能力主要取决于挥发分的含量, 挥发分含量越高, 自燃倾向性越强, 而且自燃时间也会相应缩短。根据煤的氧化程度与着火点之间的关系, 利用原煤样的着火点和氧化煤样的着火点的差值ΔT 来推测煤的自燃倾向。一般, 原煤样着火点低, 而且ΔT 大的煤容易自燃; ΔT>40℃的煤为易自燃煤; ΔT

表1我国各类煤的着火点范围略

(2)供氧条件。煤堆暴露于空气中, 表面与空气充分接触, 而且空气通过煤块之间的间隙渗透到煤堆内部, 给煤堆内部氧化创造了条件。煤的块度越大, 煤块之间的间隙越大, 其供氧条件越好。

(3)氧化时间。煤从氧化发展到自燃有一个过程, 氧化时间达到自燃发火期才能自燃。如长焰煤的自然发火期为1～3个月, 气煤为4～6个月。

(4)储热条件。煤在氧化的过程中放出热量, 只有当放出的热量大于散发掉的热量时, 才能使热量聚集, 温度上升, 达到煤的着火点就会自燃。

此外, 煤的粒度、水分、灰分、压实程度、环境温度、湿度等因素都会影响煤的自燃。粒度越细, 比表面积越大, 氧化反应越剧烈, 越易自燃。一般, 煤自燃要经历水分蒸发、氧化、自燃3个阶段。煤的湿度大, 将煤浸在水中, 能阻止煤与氧气直接接触而发生氧化反应, 只要水不流失, 也不会影响煤的质量; 再者, 水分蒸发要消耗大量的热量, 煤含水量越大, 蒸发期越长, 此阶段温度无明显上升。灰分越高, 越不易自燃。将煤堆压实, 能减少煤块之间的间隙, 减少空气在煤堆内的渗透量, 削弱供氧条件。环境温度和湿度都会影响煤自燃的时间, 温度越高、湿度越大, 煤自燃的时间越短。

根据电力、冶金、煤炭和水泥行业的煤堆发生自燃的实际情况看, 发生自燃的部位既不在煤堆的表面, 也不在煤堆深部, 而在表层以下。在自然堆积状况下, 可将煤堆分为3层(见图1) 。

图1煤堆自燃分布剖面略

冷却层:煤堆的表层, 约0.5～1.5m 厚, 该层煤较松散, 与空气接触充分, 虽发生氧化反应, 但散热条件好, 所以不会发生自燃。

氧化层:该层位于冷却层以下, 厚度在1～4m 左右, 具备煤自燃的所有条件, 达到自然发火期即会自燃。

窒息层:该层位于氧化层以下, 煤层相对压实, 供氧不充分, 且含水率较高, 氧化程度较低, 不易发生自燃。

煤在自然堆放时, 一般中心部位处颗粒较细, 越往四周颗粒越粗, 相应的, 从中心往四周, 空隙越来越大, 通风散热条件越来越好, 冷却层和氧化层越来越厚。自燃一般发生在氧化层。同时伴随着温度升高、冒热气、冒烟等现象。当发现煤堆上某处释放热气或冒烟, 那么自热或自燃点一定在该部位垂直向下的氧化层内, 因为受煤的自热或自燃的热压作用, 气体流动方向

为垂直向上方向。一旦某个部位发生了自燃, 也会改变其上部冷却层的受热条件, 使冷却层也自燃。因此, 发现煤堆自燃必须立即采取措施, 防止自燃范围扩大。

2、防止煤堆自燃的措施

防止煤堆自燃要防治结合, 以防为主。对煤自燃的原因进行分析, 提出如下措施:

(1)煤的自燃倾向性鉴定, 对掌握煤自燃火灾的规律, 有针对性地采取防火措施, 保证安全生产具有重要意义。因此, 对贮存自燃倾向性较大的煤和贮煤时间较长的煤场, 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)应选择合适的贮煤场和堆置方式, 保持通风良好, 防止煤堆暴晒。宜将贮煤场设置在宽敞的区域, 背阳光的地方(如高山的北坡), 或设置煤棚。周围和煤场下部不得有高温热源。这样可降低煤的氧化速度。

(3)正确核定贮煤时间, 尽量不要超过煤的自燃发火期。在露天贮煤场情况下, 贮煤时间过长是发生自燃的主要原因之一。而且, 贮煤时间越长, 氧化程度越高, 煤的经济价值下降越多。

(4)用推土机将煤一层一层压实, 尤其是要将堆边大块部分压实, 铺盖一层粘土更好, 这样可以减少煤堆的空隙度, 赶走煤堆空隙中的一部分空气, 减少煤与氧气的接触。铺盖粘土会增加煤的灰分, 对煤质要求较高的情况不适用。在煤堆表面喷洒凝体材料, 可阻止外界空气向煤堆内部渗透, 防止煤堆自燃。该方法适应性较广, 但成本较高, 而且增加煤的灰分, 对煤质有影响。

(5)使煤堆保持适当的水分能延长煤的氧化期, 有效防止煤自燃。根据分析, 煤自燃前的全水分为5%～7%。当煤的含水量达到12%时, 不会发生自燃。贮煤场的底部和周边应采用混凝土结构, 以防止水分渗漏和流失。煤场周边设置喷洒水设施, 定期向煤堆喷洒水, 这样做还能够防止煤场扬尘。有把煤浸在水中来防止煤氧化自燃的作法。

(6)加强煤场现场管理, 尽早发现煤自燃征兆, 并采取处理措施。每天派人巡查自燃情况, 发现有局部温度升高、冒热气、冒烟等现象时, 即可判断该处氧化层已发生自燃。发生自燃还伴随着CO 浓度升高, 因此, 用CO 检测仪能检测出来。

处理煤堆自燃主要用喷灌水的方法。将水直接洒在煤堆表面上, 或挖沟浇灌的方法都会使渗入煤堆内的水量不均, 而且容易流失, 把煤冲走, 由于受热压作用, 进入自燃部位的水量少, 防火效果不好。改为插管注水将注水管直接插入自燃部位, 用压力水湿润氧化自燃部位的煤体, 降低了煤体的自热温度, 抑制了煤氧化自燃。对于较小的煤堆, 可把发生自燃部位的外表层扒掉, 露出氧化自燃层来散热冷却, 或经常倒堆破坏氧化层以延缓或阻止自燃。如同时喷洒水, 则阻燃效果更好。该方法只适用于煤堆较小、四周有空间的情况。