CFB锅炉电站原煤仓火灾报警设计探讨

康 烁，王 颖，张宇鹏

（中国东方电气集团有限公司， 四川 成都 611731）

引言

原煤仓是电站的重要组成部分。煤具有低温氧化的特性，低温环境下氧分子与煤中的自由基发生反应，产生可燃气体并释放热量。当氧气供给充分且聚热条件较好时，热量聚集进而推动煤温升高、反应加速。煤温持续上升会引起自燃，可燃气体浓度达到一定程度会产生爆炸的危险。自燃和爆炸都严重威胁电站安全，采用适当检测措施提供早期火灾告警很有必要。

1 CFB锅炉原煤仓储煤特点

循环流化床锅炉入炉煤粒度理论上一般在0～13 mm之间，一般小于10 mm。煤种不同，粒度配级稍有差别，D50大部分在0.4～2 mm之间。

2 原煤仓测点设置的要求

目前，现行规范对于原煤仓测点设置的主要要求如下。

1）《DL/T 5203—2005火力发电厂煤和制粉系统防爆设计规程》规定，煤粉仓内应设置煤粉温度测量装置；采用筒仓贮煤时，根据煤的特性设置安全监控装置和声、光报警信号。信号包括但不限于：煤位高低报警、温度高报警、烟雾检测装置报警、可燃气体监测和报警。

2）《GB 50229—2006火力发电厂与变电站设计规防火规范》规定了200 MW以上的燃煤电厂煤仓及煤仓层应设置缆式线型感温火灾报警探头。

3 存在的问题

张辛亥[1]等人的研究表明：粒度大小对煤自燃性有重要影响，煤的自燃取决于粒度小于3 mm煤样所占比例。粒度分布较宽的煤样通常比粒度分布较窄的煤样更容易自燃。

由于煤粉炉配有制粉系统，其原煤仓储煤的粒度远大于CFB锅炉原煤仓储煤的粒度。

结合CFB锅炉原煤仓储煤特点，可以判断，CFB原煤仓的自燃危险性远大于煤粉炉原煤仓。但从上文所列两本规范中提及的磨煤机及煤粉仓等相关章节来看，其主要是针对煤粉炉燃煤电站。因此，对于CFB锅炉电站，规范中对于原煤仓火灾报警探头设置的相关规定还有一定的商榷空间。

4 原煤仓的火灾报警系统设计

4.1 指标气体确定

已有很多学者对煤低温氧化过程气体产物变化规律进行了深入的研究。众多研究结果表明，煤的低温氧化过程中可以检测到 CO、H2、CO2、CH4、C2H4、C2H6等气体。

许涛[2]、李林[3]等人对煤的自燃过程进行了深入研究。其中，李林的试验表明在煤自燃发生过程中CH4的变化规律不明显。何萍[4]等人也指出，CH4不适宜作为煤自燃的指标气体。这是因为CH4属于煤的原生气体，低温阶段是解析的产物，高温阶段是氧化作用的产物，但其产量与煤温的关系受煤中瓦斯含量的影响。

戴广龙[5]等人对低温氧化过程中自由基浓度与气体产物之间的关系进行了研究，选取了褐煤、气煤、气肥煤、无烟煤作为研究对象。试验表明：当温度达到60℃以后，开始有煤种氧化生成CO，80℃以后，所有煤种CO生成量随温度增加程指数规律增加。当温度达到100℃，有煤种氧化生成C2H4气体，当温度达到140℃，所有煤种氧化生成C2H4气体，当氧化温度达到180℃，所有煤种CO，C2H4生成量随氧化温度增加曲线均变陡。

综上可考虑将CO、C2H4作为衡量原煤仓低温氧化程度的指标气体进行检（探）测。其中，CO属于有毒气体，C2H4属于可燃气体。

4.2 有毒及可燃气体检（探）测器选择

常用的气体检（探）测器根据采样方式的不同分为扩散式和吸入式两种，一般选择扩散式；根据检测原理的不同，通常有催化燃烧型、热传导型、红外光学型、半导体型、电化学型、光致电离型等。

王子平[6]的文章详细讨论了可燃气体和有毒气体检测方法的选用。结合可燃气体检（探）测器厂家的技术资料和工程经验，选用电化学型气体检（探）测器成本适宜、效果较好。建议原煤仓分别设置电化学型CO、C2H4气体检（探）测器，用以判断原煤仓温升趋势。同时可考虑设置一只燃烧催化燃烧型气体检（探）测器，用于可燃气体混合气的浓度高报警。

4.3 温度测点的设置

测量煤粉仓温度有两种方式：采用内置式测温热电阻测量煤粉温度，及采用缆式感温型火灾报警探测器的方式测量煤仓壁温。

CFB锅炉原煤仓储煤的粒度分布较宽，煤粒间空隙率较煤粉仓的空隙率大，影响内置式测温热电阻的测量精度。同时，长期给煤过程中对测温热电阻的保护管磨损严重。因此，内置式测温热电阻不适宜CFB锅炉原煤仓温度的测量。

煤仓壁温与着火点位置、空隙率等有关。实践证明，只有当缆式感温型火灾报警探测器的安装位置靠近着火点时，才能较为迅速地做出反应。因此，原煤仓外置缆式感温型火灾报警探测器具有一定局限性。

5 结论

1）原煤仓火灾报警探测宜设置毒气体及可燃气体报警器，将CO、C2H4作为衡量原煤仓低温氧化程度的指标气体进行检（探）测。当检测到CO时，说明原煤仓温度高于60℃，考虑是否采取相应的降温或灭火保护措施。当测量到C2H4时，说明已采取的降温或灭火保护措施未能有效控制煤仓温升，应采取紧急保护措施。当混合气体浓度高报警信号出现，应采取紧急保护措施。有毒及可燃气体报警信号应送到专门的可燃气体报警控制器。

2）由于煤的自燃特性，通过低温氧化生成气体成分判断原煤仓的低温氧化程度和温升趋势具有一定可靠性。经济条件好的情况下，可考虑设置原煤仓温度测点作为辅助判断的工具，亦可不设。当考虑设置原煤仓温度高报警时，应结合原煤仓结构特点，在容易积粉的部位附近安装缆式感温火灾报警探测器。