CN103625803B - 共壁筒仓的全惰化保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对共壁筒仓实施全惰化保护的装置及保护方法，是在筒仓壁直壁段预埋纵向注气管，向筒仓中充入惰性气体，降低筒仓上部可燃气体及氧气的浓度；环绕筒仓锥体部分布置封气管，向卸煤口充入惰性气体，防止空气中的氧气进入筒仓。本发明针对筒仓中煤所处的不同状态采取相应的方法对共壁筒仓实施全惰化保护，在不破坏共壁筒仓土建结构的前提下实现全方位、深层次的预防和抑制筒仓中煤炭的自燃和爆炸。

Description

共壁筒仓的全惰化保护装置

技术领域

本发明涉及用于存储原煤的共壁筒仓，具体涉及一种用于共壁筒仓的全惰化保护装置。本发明还涉及一种用于共壁筒仓的全惰化保护方法。

背景技术

共壁筒仓，即多个方形筒仓公用仓壁形式的筒仓，在备用缓冲、干煤贮存、混煤等方面综合功能较强。共壁筒仓一般为钢筋混凝土建造的锥底棱柱体结构，因仓壁可公用场地利用率高，具有占地面积小、环保全封闭、运行组合灵活、设备简单可靠等优势。但由于筒仓容积一般达数万立方米，属于相对封闭的容器，存在安全防爆的问题，加上煤炭本身具有自燃倾向性，在相对封闭的空间内，散热困难，很容易发生煤炭自燃事故。

煤炭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的条件的某一点首先发生，进而引发大面积的自燃和爆燃。筒仓中的煤炭发生局部自燃时，由于范围小、热量低，不足以引起筒仓内可燃气体浓度、氧气量、温度等监控参数全面超标，使得各类传感器不能及时报警，当自燃范围扩大，可燃气体浓度增大，温度升高时再作出反应时，已经贻误了治理时机。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。

中国专利公开号CN1562417A，公开日2005年01月12日，发明创造的名称为原煤筒仓惰化保护方法及保护装置，该申请公开了一种原煤筒仓的保护方法及保护装置，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内，置换出煤层表面的可燃气体和空气；环绕仓壁预埋充气组件，向煤层中充入惰性气体，排除出煤层中可燃性气体和空气；在筒仓底部设置锁气组件，向卸煤口充入惰性气体，锁住卸煤口。其不足之处为：（1）管道布置方式不适用于共壁类型的筒仓。因筒仓共壁的结构特点，无法在其外部布置管道对筒仓实施惰化保护，而在筒仓内壁开槽又会影响仓壁的受力结构，破坏筒仓的土建结构。（2）筒仓顶部设置伸缩机构故障率高且不便于维护，不能有效的置换出煤层表面的可燃气体。（3）所采取的惰化保护方法是在各类传感器发生报警后再向筒仓中充惰性气体，安全系数较低。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、不破坏筒仓土建结构、应用范围广泛的共壁筒仓惰化保护装置。

提供一种操作简单、安全系数较高的共壁筒仓的全惰化保护方法，预防筒仓内原煤的自燃，是本发明的另一发明目的。

本发明提供的共壁筒仓的全惰化保护装置，包括环绕在筒仓锥体部分的封气管及筒仓直壁段上的纵向注气管。

其中，现有方案中使用的在筒仓内壁开槽后环向布置惰化管道的方式会严重影响筒仓的受力情况，破坏筒仓土建结构，减少筒仓的使用寿命，而在外部布置管道不适用于共壁筒仓，为了克服上述缺陷，本发明中将注气管道纵向预埋在筒仓仓壁内，同时在筒仓的锥形底部空间部分布置多道环形供气管道，将纵向注气管道与其中一条环形供气管道连接，环形供气管道再与供气系统连接，以便针对具体情况选择最佳的充气方式。

为保证从不同方向均匀向筒仓内注气，应根据筒仓实际情况在筒仓内设置多道纵向注气管道，同时，为了满足向不同高度的煤层内充气，在同一个仓壁内布置多道不同高度的纵向注气管。

为尽量减小对仓壁结构的破坏，筒仓仓壁直壁段的纵向注气管应尽可能设置于剪力较小的跨中l/3区域内，必要时可设置于梁端l/3区域内。

本发明针对共壁筒仓中煤所处的不同状态采取下述方法中的一种或几种对共壁筒仓实施惰化保护：

a.空仓，开始进煤前，开启封气管或至少一层注气管；

b.仓中有煤，顶部进煤时，开启离煤层最近一层或多层注气管；

c.仓中有煤，底部卸煤时，开启煤层上方的一层或多层注气管；

d.筒仓中的煤处于静态，筒仓内部温度、可燃气体上升速率或氧气浓度高于设定的报警值时，开启封气管及至少一层煤层内部的纵向注气管；

e.筒仓中的煤处于静态，筒仓内部可燃气体浓度超限报警时，开启煤层上方的一层或多层注气管；

f.筒仓中的煤处于静态，筒仓内煤炭储存时间超过一周时，开启封气管或至少一层注气管。

本发明在煤炭进入筒仓前就向筒仓中注入惰性气体，使煤炭一进入筒仓就处在惰性气体氛围中，并在筒仓中煤处于动态即顶部进煤和底部卸煤时也开启惰化保护系统，及时的向筒仓内补充惰性气体，实现更安全、更稳定的惰化效果。

其中，当筒仓中的煤炭储量为零时，筒仓中氧气含量与大气中氧气含量相等。

为保证煤炭在落入筒仓时就已经被惰化气体包围，在开始落煤之前，开启封气管或至少一层注气管，向筒仓中注入惰性气体至筒仓内氧气浓度降至设定的安全值，从根本上抑制煤炭的缓慢氧化反应。

经过空仓进煤前的注入惰性气体操作后，筒仓内部充满了高浓度的惰性气体，但在进煤时，煤流又会带着大量的空气进入筒仓内部，并引起筒仓内部气流流动性增大，降低筒仓内惰性气体的浓度。此时打开离煤层最近的一层或多层充气管，以保证煤层顶部被高浓度的惰性气体包围，煤炭缝隙中最大限度地包含惰性气体。此时为了不引起煤尘外溢，打开筒仓顶部的除尘器，在进煤停止后，延时一段时间再关闭除尘器。

筒仓底部卸煤时，煤层会随之下降，筒仓中腾出的空间将被仓外的空气补充填满，从而引起筒仓内部氧气含量的增加，所以在卸煤时需要向筒仓中补充一定量的惰性气体，在此种情况下煤层上方的一层或多层纵向注气管，以保证煤层上部充满惰性气体。同样为了不引起煤尘外溢，打开筒仓顶部的除尘器，在进煤停止后，延时一段时间再关闭除尘器。

在进行上述煤炭动态注入惰性气体操作后，煤层的缝隙中有较高浓度的惰性气体，而氧气含量较低，则此时氧化反应基本停止，并且煤层顶部被浓度较高的惰性气体包围，即使发生风筒效应，在煤层内部流动的也是惰性气体，气体的流动还会带走一部分的热量，所以筒仓整体处于全惰化状态，只要定时向筒仓内部补充惰性气体，就可以始终维持筒仓的全惰化状态。

当筒仓中没有出煤或进煤时，万一因为某种情况引起筒仓中的氧气、可燃气体、温度等传感器的数值发生报警，则需要根据不同情况执行惰化动作：

筒仓内部温度、可燃气体上升速率或氧气浓度高于设定的报警值时，开启煤层内部的纵向注气管和封气管，向筒仓中注入惰性气体，第一是向煤层内部注气，减少氧气浓度，带走热量；第二是防止发生风筒效应，持续助燃。

当筒仓内部可燃气体浓度超限发生报警时，开启煤层上方的一层或多层纵向注气管，稀释顶部可燃气体浓度和氧气浓度，防止爆炸事故。

当煤炭不流动，并且也没有发生任何报警时，根据筒仓内部煤炭存储时间长短来判断先后顺序，开启封气管或至少一层纵向注气管，向筒仓中注入惰性气体。因为即使有惰性气体长期包围，煤炭的缝隙中仍存在非常少量的氧气，当煤炭在筒仓中长期存储时，会发生缓慢的氧化反应，致使煤温升高和可燃气体的产生。为了防止此类现象的发生，在煤炭存储一周时，向筒仓中注入一定量的惰性气体，一方面可以利用空气流动降低煤炭的温度，另一方面也可降低筒仓内的氧气含量，阻止氧化反应的继续。

本发明针对筒仓中煤所处的不同状态采取全惰化保护方法和与之配套的惰化保护装置，有效的预防和控制了筒仓内原煤的自燃、爆炸事故，为筒仓的安全运行提供了保障。

附图说明

图1为单个筒仓的全惰化保护装置结构示意图；

图2为共壁筒仓惰化管道布置俯视图；

1.供气装置；2.筒仓锥体；3.筒仓直壁段；4.封气管；5.纵向注气管；6.环形供气管；7.惰化气供气支管；8.惰化气供气主管；9.惰化气控制总阀；10.惰化气控制支阀；11.充气组件；12.除尘器；13.氧气传感器；14.CO/可燃气体传感器；15.料位传感器；16.温度传感器；17.数据采集箱；18.中央控制柜；201.筒仓内壁；202.筒仓外壁。

具体实施方式

本实施例是共壁筒仓的全惰化保护装置在1万吨级以下中型共壁筒仓上的具体应用实例。

1万吨级以下中型共壁筒仓的结构如图1和图2所示，其主体结构为钢筋混凝土建造的六边形筒仓；除尘器12用于除去进煤时筒仓内扬起的煤尘；筒仓的下部呈锥形。

如图1和图2所示，在筒仓锥体2底部，环绕一圈封气管4，在六边形筒仓每个仓壁直壁段3，仓壁梁端1/3的区域内预埋3根不同高度的纵向注气管5，同一高度的纵向注气管与环绕在筒仓锥体2空间部位的其中一根环形供气管道6连接，再通过惰化气供气支管道7及惰化气供气主管道8与供气装置1连接。

对共壁筒仓实施全惰化保护的自动控制方法如下，由惰化气供气装置1提供用于实施惰化保护的惰性气体，惰性气体通过惰化气供气主管道8输送到各路惰化气供气支管7，并由惰化气控制总阀9控制；各路惰化气供气支管7由与之相对应的惰化气控制支阀10控制。

数据采集箱17接收氧气传感器13、CO/可燃气体传感器14、料位传感器15和温度传感器16传输的信号，上传给中央控制柜18，中央控制柜18根据数据判断筒仓中煤所处的状态，根据情况指挥惰化气控制总阀9和惰化气控制支阀10的启闭。

当料位传感器探测到1号筒仓煤位为0，即空仓状态时，开启惰化气控制总阀9，并开启一个或多个惰化气控制支阀10，向筒仓中注入惰性气体，直至氧气浓度降到5%~10%的安全要求时，开始进煤，并随着煤位的不断升高，根据煤位调整惰化气控制支阀10的启闭，保证离煤层较近的一层或多层纵向注气管处于开启状态，使煤层缝隙中充满惰性气体，在进煤过程中始终开启除尘器12；筒仓底部落煤时，同样根据煤位调整惰化气控制支阀10的启闭，保证煤层上方的一层或多层纵向注气管处于开启状态，使煤层上部被高浓度的氮气所覆盖，筒仓底部落煤过程中也始终开启除尘器12。

根据温度传感器16、氧气传感器13、CO/可燃气体传感器14探测的信号，当温度、氧气及可燃气体上升速率超过设定的安全值时，中央控制柜18发出指令，开启煤层内部的纵向注气管阀门，向煤层中注入惰性气体，降低氧气浓度，带走热量；当可燃气体浓度超限报警时，煤层上方的纵向注气管阀门，释气顶部可燃气体浓度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。

Claims (3)

1.共壁筒仓的全惰化保护装置，包括环绕在筒仓锥体(2)部分的封气管(4)，筒仓直壁段(3)上的注气管(5)，其特征在于，筒仓直壁段(3)上的注气管(5)均呈纵向布置，筒仓锥体(2)空间部分设置多道环形供气管(6)，筒仓直壁段(3)上的纵向注气管(5)与筒仓锥体(2)空间部分的环形供气管(6)连接。

2.根据权利要求1所述的共壁筒仓的全惰化保护装置，其特征在于筒仓直壁段(3)上的纵向注气管(5)预埋在仓壁梁端l/3区域内。

3.根据权利要求1所述的共壁筒仓的全惰化保护装置，其特征在于筒仓直壁段(3)上至少布置一道纵向注气管(5)。