CN100443132C

CN100443132C - 原煤筒仓惰化保护方法及保护装置

Info

Publication number: CN100443132C
Application number: CNB2004100122147A
Authority: CN
Inventors: 朱耀平
Original assignee: 朱耀平
Current assignee: BEIJING PULANDE ELECTRIC POWER TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: CN1562417A

Abstract

本发明涉及对原煤筒仓实施惰化保护的方法，是在筒仓顶板上安装伸缩式充气装置，将惰性气体充入筒仓中，置换出煤层表面的可燃性气体和空气；环绕筒仓壁墙预埋充气组件，向煤层中充入惰性气体，排除出煤层中的可燃性气体和空气；在筒仓底部设置锁气组件，向卸煤口处充入惰性气体，锁住卸煤口。本发明通过上述的锁、充、换惰化保护方法和与之配套的惰化保护装置，全方位、深层次地预防和抑制了筒仓内原煤的自燃和爆炸。本发明的惰性保护方法也可以应用于火药库、粮仓、油库、煤矿、化工车间等易燃易爆场所的安全防范。

Description

原煤筒仓惰化保护方法及保护装置

技术领域

本发明涉及一种用于存储原煤的大型筒仓，具体是涉及一种对筒仓内原煤实施惰化安全保护的方法。本发明还涉及一种用于对筒仓内原煤实施惰化安全保护的装置。

背景技术

筒仓是一种用于存储并能够方便卸出散装物料的大型装置，也是近年发电厂用来储存原煤的主要设施。原煤筒仓为钢筋混凝土建造的平顶锥底圆柱体结构，容积达数万m³，其内部结构根据容量大小略有差别。筒仓上部设有环式布煤机布煤，下部设有环式卸煤机出煤，并设有除尘器防止筒仓中粉尘外溢，属于一种相对封闭的容器。

使用原煤筒仓储存原煤具有占地小、无粉尘污染、清洁文明、适用于各种气候条件等优势，受到了电业部门的欢迎，并在逐步推广应用。但是任何事物都是相对的，由于原煤筒仓的容积达到了数万m³，而储存的原煤又属于自燃倾向高、爆炸等级属于I类的产品，于是原煤筒仓的使用就又带来了安全防爆的新问题。

原煤的自燃并非是在筒仓中全部同时发生，而是在局部具备自燃条件的某一点首先发生，时间和地点很不确定，最终才引发为大面积的自燃和爆燃。由于筒仓的容积太大，当原煤发生局部自燃时，范围小、热量低、受环境干扰大，不可能引起筒仓内可燃气体浓度、氧气量、温度等监控指标的全面超标，筒仓内设置的可燃气体浓度、氧气量、温度等传感器检测设施也不能对筒仓内的真实情况作出准确的监测，不能及时监控到筒仓内、煤层中阴燃、自燃的真实状况，等到自燃范围扩大了，热量高了，可燃气体浓度增大了再作出反应时，已经贻误了治理时间，难于控制了。

而对于筒仓内出现的阴燃、自燃、爆炸等安全事故，现有的措施也仅限于向筒仓内喷水和把煤全部卸出等方法，这些措施对于装有几万吨原煤的大型筒仓而言也是不可行的。

在几万吨原煤阴燃、自燃时往上浇水的做法无疑于火上浇油，喷入筒仓内的少量水相对于大量的原煤而言，只能起到氧化剂的作用，不但不能灭火，反而会加速原煤的爆炸(美国NFPA68/69防爆标准)；把几万吨原煤从筒仓中全部卸出，既没有那么大的场地，也需要很长的时间，对于消防灭火来说也是极不现实的做法。

而在事故发生后临时向筒仓中充入如CO₂、N₂等惰性气体实施惰化保护的措施，对于小于2000m³的小型筒仓还可以适用，对于几万m³的大型原煤筒仓则根本无法实现。因此，美国NFPA68/69防爆标准中明确指出，大型筒仓着火后的灭火是很困难的，应该考虑控制预防，而不是消防灭火。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种对大型原煤筒仓实施惰化保护的方法，从而达到控制预防筒仓内原煤阴燃、自燃、爆炸的目的，提高原煤筒仓的安全性。

提供适合于上述原煤筒仓惰化保护方法应用的惰化保护装置，是本发明的另一发明目的。

本发明拟采用下述方法中的至少一种对原煤筒仓实施惰化保护：

1、在筒仓顶板上安装伸缩式充气装置，根据煤层高度，自动调整伸缩式充气装置出气口的高度至煤层上方，将惰性气体贴近煤层表面充入筒仓中，置换出煤层表面的可燃性气体和空气，达到将原煤与外界空气隔离的目的。

2、环绕筒仓壁墙预埋多组充气组件，通过分布在筒仓壁墙上的出气口从多方位、多角度向煤层中充入惰性气体，排除出煤层中的可燃性气体和空气，抑制煤层自燃倾向的发生。

3、在筒仓底部设置锁气组件，向卸煤口处充入惰性气体，使卸煤口与外界之间形成正压差，锁住卸煤口，阻止外部空气由卸煤口窜入筒仓内。

本发明通过上述的锁、充、换三种惰化保护方法，全方位、深层次地预防和抑制了筒仓内原煤和空间的自燃与爆炸，形成了一套行之有效的原煤筒仓安全保护措施。

其中，将伸缩式充气装置出气口调整在距离煤层1～5米的高度处向筒仓内充气时，具有最佳的惰化保护效果，可以最大程度地置换出煤层表面的可燃性气体和空气，并将惰性气体覆盖在煤层的表面。如果伸缩式充气装置出气口的高度太高，充入的惰性气体不能直接到达煤层表面，置换效果和覆盖效果都不理想；而如果高度调整太低，充入的惰性气体又容易将煤层表面的煤粉扬起，空间中粉尘浓度加大，增加发生爆炸的危险性。

向原煤筒仓中充入的惰性气体可以是N₂，也可以是CO₂或者烟气，根据实际需要可选择各种气源进行任意组合，既可以使用同一种气源同时进行锁、充、换的惰化保护，也可以使用不同的气源分别实施各自的惰化保护。

特别是在实施原煤筒仓上部空间的换气惰化保护时，用气量最大，这时如果采用火电厂的废气——烟气作为惰化气源，可以保证供气量大，快速换气效果好，运行成本低。烟气要先经过净化、除湿和冷却处理后才可以使用，以防污染原煤筒仓。

为了能够更好地实施上述的惰化保护方法，本发明也提供了一种原煤筒仓的惰化保护装置，该保护装置分别通过伸缩式充气装置、充气组件和锁气组件三个组成部分来实施换、充、锁的惰化保护。其中，

伸缩式充气装置为可以卷曲的软管，盘绕在一起，通过一个支架固定安装在筒仓顶板上，位于中心的进气口与供气装置连接，出气口下垂通入到筒仓内，通过电机控制着伸缩式充气装置软管的卷起和放下，从而调整出气口在筒仓中的高度。

由于伸缩式充气装置的软管质地比较柔软，在向筒仓充气时，容易受气流的影响，出气口可能会上下窜动或左右摆动，造成充气气流的不稳定。为此，本发明在伸缩式充气装置的出气口处又安装了一个自稳式充气组件，一方面通过自稳式充气组件的自身重量压住出气口，尽量减少出气口的上下窜动；另一方面，在自稳式组件上设置有一个呈水平方向的环行喷气嘴，与出气口连通，使出气口喷出的气流沿水平方向均匀地向四周喷射，从而避免了出气口的左右摆动，保证了向筒仓中充入气体的气流稳定性。

充气组件由预埋在筒仓壁墙内的充气芯管、进气支管及壁墙上设置的出气口组成，其中充气芯管通过进气支管连接供气装置，出口与筒仓壁墙上的出气口连通，从多方位、多角度向煤层中充入惰性气体。

本发明中设计了两种形式的充气组件，一种为点环式充气组件，即设置在筒仓壁墙上的出气口为间断的点状开口，从该出气口喷出的气流是间断的点状气流，相应地，在每个出气口处的筒仓壁墙内预埋一根充气芯管，并经过进气支管与供气装置连接；另一种为环带式充气组件，即设置在筒仓壁墙上的出气口为一条连续环绕的带状开口，从该出气口喷出的气流是环绕筒仓壁墙的连续的带状气流，相应地，环绕筒仓壁墙预埋多根充气芯管组拼成一个圆环，并在每根充气芯管上均匀设置有多个出口，每根充气芯管都经过一根进气支管与供气装置连接。

筒仓中的煤粉在一直不断地下落，很有可能落入筒仓壁墙上的出气口中，将出气口堵塞，影响向筒仓中充气，因此，本发明将出气口的开口方向设计成向下倾斜一定角度，保证了煤粉下落时不会堵塞出气口。

为了方便更换进气支管和充气芯管，在进气支管的外面还安装有一层套管。

锁气组件由锁气管和锁气器组成，锁气管环绕安装在筒仓底部的卸煤口处，将与其连接的供气装置提供的惰性气体通入到卸煤口处。

煤粉经环式卸煤机从卸煤口卸出后，直接由环式输煤机输送到落煤管中，落入输煤皮带运走，因此，卸煤口的下方是一个敞开体系，通入卸煤口的惰性气体很容易随煤粉一同排出到筒仓外，造成惰化气量消耗增大，达不到锁住卸煤口的目的。为此，本发明在卸煤口下方的落煤管中安装有一个锁气器，该锁气器在保证落煤的同时，锁住惰性气体，不让其排出筒仓外，从而在卸煤口与外界之间形成正压差，锁住卸煤口，阻止外部空气由卸煤口窜入筒仓内。

本发明通过锁、充、换的惰化保护方法和与之配套的惰化保护装置，有效地预防和控制了筒仓内原煤的自燃、爆炸事故，形成了全方位、深层次的原煤筒仓安全保护措施。

根据实际需要，可以单独选择锁、充、换三种方法中的某种方法或者将它们进行各种组合实施惰化保护，以满足不同情况下的预防控制要求。所以，本发明的保护方法灵活，可以以最经济的惰化保护方法达到最佳的保护效果。特别是充和换的惰化保护方法，虽然用气量小，但惰化保护直接、有效。

使用伸缩式充气装置伸到煤层表面置换煤层上方空间气体，不仅惰化气体可以直接达到煤层表面，置换出可燃性气体和空气，不留死角，置换效果好，而且可以确保冷的惰性气体覆盖在煤层表面，达到最大的覆盖效果和最佳的隔离目的。

筒仓壁墙上设置的出气口，保证了向筒仓中的均匀充气；其独特的设计，又具有抗冲击、耐磨损，防止落煤堵塞的特点，而且不会破坏原煤筒仓壁墙的原有强度。

本发明的惰性保护方法和惰化保护装置，也可以广泛地应用于火药库、粮仓、油库、煤矿、化工车间等易燃易爆场所的安全防范。

附图说明

图1为大型原煤筒仓的惰化保护装置结构示意图；

图2为中型原煤筒仓的惰化保护装置结构示意图；

图3为原煤筒仓惰化保护装置自动控制示意图；

图4为伸缩式充气装置的结构示意图；

图5为充气组件的结构示意图；

图6为图5中环带式充气组件的结构示意图；

图7为图5中点环式充气组件的结构示意图；

图8为锁气组件部分的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例是原煤筒仓惰化保护装置在3万吨级以上大型原煤筒仓上的具体应用实例。

3万吨级以上大型原煤筒仓的结构如图1所示，其主体结构为钢筋混凝土建造的圆形筒仓，在筒仓中央设有一根空心支撑柱17，筒仓内部为环形构造。筒仓上部为平顶的筒仓顶板9，上面设有环式布煤机6向筒仓内加煤，除尘器7用于将加煤时煤层表面扬起的粉尘除去。筒仓的下部成锥形收口，并在底部设置环形的伞状锥底，在圆环内外锥底部设置两个环式卸煤机13和环式输煤机14，用于从筒仓中卸煤，卸出的煤粉落入下方的落煤管16中，由输煤皮带15运走。

在筒仓顶板9上安装有若干个伸缩式充气装置5，其结构如图4所示，为盘绕的卷曲软管，通过支架401固定安装在筒仓顶板9上，位于中心的进气口402与供气装置1的惰化气供气管2连接，出气口向下伸入筒仓中，并在出气口端安装自稳式充气组件8，自稳式充气组件8上设置有与出气口相通的水平方向环行喷气嘴403。通过电机控制伸缩式充气装置5软管的卷起和放下，调整出气口在筒仓中的高度。

根据原煤筒仓下部锥型收口的结构特点，在筒仓中下部的壁墙4内多处预埋了连续的环带式充气组件10和间断的点环式充气组件11，向煤层中充入惰性气体。环带式充气组件10和点环式充气组件11的结构如图5所示，由预埋在筒仓壁墙4内的充气芯管501、进气支管502及壁墙4上设置的出气口504组成，其中充气芯管501通过进气支管502连接供气装置1的惰化气供气管3，出口与筒仓壁墙4上的出气口504连通。筒仓壁墙4上出气口504的开口向下倾斜一定角度，进气支管502的外面套有一层套管503。

环带式充气组件10和点环式充气组件11具有基本相同的结构，其区别仅在于，点环式充气组件11如图7所示，设置在筒仓壁墙4上的出气口504为间断的点状开口，在每个出气口504处的筒仓壁墙4内预埋有一根充气芯管501；环带式充气组件10如图6所示，设置在筒仓壁墙4上的出气口504为一条连续环绕的带状开口，相应地，在筒仓壁墙4内预埋多根充气芯管501环绕组拼成一个圆环，并在每根充气芯管501上均匀设置有多个出口，每根充气芯管501都经过一根进气支管502与供气装置1连接。

具体地，如图1，在筒仓底部伞状锥体的尖端、筒仓壳体与空心支撑柱17开始锥形收口的地方三处壁墙4内，环绕着预埋了三条环带式充气组件10；环绕着空心支撑柱17底部和伞状锥体底部的壁墙4内，各均匀预埋了若干个点环式充气组件11。

锁气组件的结构如图8所示，由锁气管12和锁气器18组成，锁气管12环绕安装在筒仓底部环式卸煤机13下方的卸煤口处，并与供气装置1的惰化气供气管3连接；锁气器18安装在环式输煤机14下方的落煤管16中。

根据原煤筒仓卸煤口的结构，采用高弹性密宫密封801、802、803、804、805将环式卸煤机13和环式输煤机14的所有泄露点密封，封住空气进入。

依靠上述装置，采用伸缩式充气装置5和自稳式充气组件8对筒仓上部空间实施换惰化气；采用环带式充气组件10和点环式充气组件11向煤层中充入惰化气；通过锁气组件将卸煤口充惰化气锁住空气进入。

对原煤筒仓实施惰化保护的自动控制如图3所示，用于实施惰化保护的惰性气体由惰化气供气装置1提供，通过惰化气供气管2输送到筒仓上部的伸缩式充气装置5，并由惰化气控制阀308控制；通过惰化气供气管3输送到储气罐301，进而输送到筒仓下部的环带式充气组件10、点环式充气组件11和锁气组件12，并由惰化气控制阀302总控制，惰化气控制/减压阀303、304、305分别控制进入环带式充气组件10、锁气组件12、点环式充气组件11的惰化气。

就地控制柜310接收由料位传感器306、氧气/可燃气体传感器307、储气罐301上的压力传感器309传输的数据信号，上传给中央控制柜311，中央控制柜311指挥就地控制柜310对惰化气控制阀302、308，惰化气控制/减压阀303、304、305，伸缩式充气装置5，除尘器7进行控制。

料位传感器306、氧气/可燃气体传感器307分别探测煤层的高度和筒仓内爆炸气体浓度，并将数据信号传输到就地控制柜310和中央控制柜311；中央控制柜311根据采集的数据和电厂集控室的要求，发出指令，经就地控制柜310，控制惰化气控制阀302、308，惰化气控制/减压阀303、304、305，伸缩式充气装置5等按要求运行，通过惰化气供气管2、3，自稳式充气组件8，环带式充气组件10、点环式充气组件11，锁气组件12等对筒仓进行锁、充、换的复合惰化，排除煤层中空气及可燃气体，抑制煤层自燃危险倾向的发展。

其中，锁气的具体工作方式为：根据中央控制柜311的信号，控制惰化气控制/减压阀304，执行开、关及充入惰性气体的压力调节，压力调节范围0～5kpa。注入惰性气体的方式为间歇式，即充气1～60min，停止1～60min；第一次间歇充气阶段持续30～600min，随后进入间歇补气阶段，周期1～72h，根据实际情况确定，直到将煤全部用完。

充气的具体工作方式为：根据中央控制柜311的信号，控制惰化气控制/减压阀303、305，执行开、关及充入惰性气体的压力调节，压力调节范围0～5kpa。注入惰性气体的方式为间歇式，即充气1～60min，停止1～60min；第一次间歇充气阶段持续30～600min，随后进入间歇补气阶段，周期1～72h，根据实际情况确定，直到将煤全部用完。

同时，还要根据煤层的高度来确定惰化气控制/减压阀303、305的开、关。当煤层高度距离环带式充气组件10的高度1～5m时，应关闭惰化气控制/减压阀303；当煤层高度接近到环带式充气组件10的高度时，应关闭惰化气控制/减压阀305，以防止充入的惰性气体使煤粉扬尘。

换气的具体工作方式为：根据氧气/可燃气体传感器307探测的信号，当可燃气体浓度达到预警时，中央控制柜311发出信号，打开惰化气控制阀308，依据煤层高度调节电机使自稳式充气组件8自动伸到煤层表面上部1～5m处注入惰化气，以保证万一煤层自燃危险倾向没有控制住时，确保惰性气体直达煤层表面，从底往高不留死角地赶出可燃气体和空气，取得较好的置换效果和达到最大覆盖效果。换气压力调节范围0～5kpa。根据氧气/可燃气体传感器307探测的信号，当氧气浓度降到10～16％的安全要求时，自动停止注入惰化气，进入间歇补气阶段，周期1～72h，根据实际情况确定，直到将煤全部用完。

由供气装置1提供，通过惰化气供气管3输送的惰性气体有N₂和CO₂两种，可以根据不同需要任选一种。

选用N₂时，惰化气体制备装置引入原始空气，经过吸附或膜分离技术制备出0.3～1.6Mpa的氮气，储存在储气罐301中，储气容量10～10000立方米，储气压力0.3～1.6Mpa。当压力传感器309探测储气罐301压力小于设定值时，中央控制柜311发出信号自动开启惰化气体制备装置补充氮气，达到设定压力时停机。

选用CO₂时，惰化气体制备装置引入液态二氧化碳，经过加温、汽化技术制备出0.01～1.6Mpa的气态二氧化碳，直接通过惰化气供气管2送达锁、充气系统。

由供气装置1提供，通过惰化气供气管2输送的惰性气体为烟气处理设备制备的惰化气源，惰化气源主要是可燃物质燃烧做功后产生的含氧量小于17％的烟气，可以是燃油、燃气、燃煤等锅炉或燃烧器产生的烟气，也可以是燃气轮机、内燃机等动力设备产生的烟气，是按照惰化要求进行冷却、净化、除湿等工艺处理后，获得的温度在0～200℃之间，含氧量在1～17％之间的无腐蚀处理烟气。

实施例2

本实施例是原煤筒仓惰化保护装置在1万吨级以下中型原煤筒仓上的具体应用实例。

1万吨级以下中型原煤筒仓的结构如图2所示，其主体结构为钢筋混凝土建造的圆形筒仓；筒仓上部为平顶的筒仓顶板9，上面设有环式布煤机6向筒仓内加煤，除尘器7用于将加煤时煤层表面扬起的粉尘除去；筒仓的下部呈锥形收口，并在底部设置伞状锥底，在锥底部设置环式卸煤机13和环式输煤机14，用于从筒仓中卸煤，卸出的煤粉落入下方的落煤管16中，由输煤皮带15运走。

若干个伸缩式充气装置5安装在筒仓顶板9上，进气口与供气装置1的惰化气供气管2连接，出气口向下伸入筒仓中，并在出气口端安装自稳式充气组件8，通过电机控制伸缩式充气装置5，调整出气口在筒仓中的高度。

在筒仓底部开始锥形收口处的壁墙4内，环绕预埋着一圈环带式充气组件10；环绕着伞状锥体底部的壁墙4内，均匀预埋着若干个点环式充气组件11；在伞状锥体的尖端，也预埋着一个点环式充气组件11，共同向煤层中充入惰性气体。充气组件连接供气装置1的惰化气供气管3。

锁气组件的锁气管12环绕安装在筒仓底部环式卸煤机13下方的卸煤口处，并与供气装置1的惰化气供气管3连接；锁气器18安装在环式输煤机14下方的落煤管16中。

对原煤筒仓实施惰化保护的自动控制同实施例1。

Claims

1、原煤筒仓惰化保护方法，其特征在于采取下述方法对原煤筒仓实施惰化保护：

a.筒仓顶板安装的伸缩式充气装置自动调整出气口高度至煤层上方，充入惰性气体，置换出筒仓中煤层上方的气体；

b.通过预埋在筒仓壁墙内的多组充气组件，将惰性气体经筒仓壁墙上的出气口多方位充入煤层内，排除出煤层中气体；

c.筒仓底部设置锁气组件，向卸煤口充入惰性气体，并阻隔外部空气由卸煤口窜入筒仓内。

2、根据权利要求1所述的原煤筒仓惰化保护方法，其特征在于伸缩式充气装置是在调整到出气口距离煤层1～5米的高度处向筒仓内充入惰性气体。

3、根据权利要求1所述的原煤筒仓惰化保护方法，其特征在于由充气组件经出气口通入筒仓煤层的惰性气体气流是连续的带状气流或者间断的点状气流。

4、根据权利要求1所述的原煤筒仓惰化保护方法，其特征在于筒仓内充入的惰性气体为烟气、N₂、CO₂中的一种或两种。

5、原煤筒仓惰化保护装置，其特征在于该装置包括：

伸缩式充气装置，安装在筒仓顶板上，进气口与供气装置连接，出气口通入到筒仓内；

充气组件，由预埋在筒仓壁墙内的充气芯管、进气支管及壁墙上设置的出气口组成，充气芯管通过进气支管连接供气装置，出口与筒仓壁墙上的出气口连通；

锁气组件，包括锁气管和锁气器，环绕安装在筒仓卸煤口处的锁气管连接供气装置，出口与卸煤口相通，在锁气管的下方安装有锁气器。

6、根据权利要求5所述的原煤筒仓惰化保护装置，其特征在于在伸缩式充气装置的出气口端安装有自稳式充气组件，自稳式充气组件上设置有与出气口相通的水平方向环行喷气嘴。

7、根据权利要求5所述的原煤筒仓惰化保护装置，其特征在于筒仓壁墙上的出气口为间断的点状开口。

8、根据权利要求5所述的原煤筒仓惰化保护装置，其特征在于筒仓壁墙上的出气口为一条连续环绕的带状开口。

9、根据权利要求5、7或8所述的原煤筒仓惰化保护装置，其特征在于筒仓壁墙上的出气口的开口方向向下倾斜一定角度。

10、根据权利要求5所述的原煤筒仓惰化保护装置，其特征在于在充气组件的进气支管外还安装有一层套管。