《火力发电厂原煤仓惰化设计及案例分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《火力发电厂原煤仓惰化设计及案例分析.doc（13页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、火力发电厂原煤仓惰化设计及案例分析2009年第8期消防技术与产品信息3?防火技术?火力发电厂原煤仓惰化设计及案例分析郭岩(西安核设备有限公司,陕西西安710021)摘要:对国内火力发电厂中原煤仓采用低压二氧化碳(co:)系统进行惰化保护的设计方法进行了介绍,并通过实际案例验证和分析低压co:惰化保护设计中的相关问题.关键词:火力发电厂;原煤仓;co:系统;工程案例随着国民经济的不断高速发展,我国电力供求矛盾日益突出,为此国家近几年来提出大力发展水电,优化发展煤电,积极发展核电的原则.由于煤电占我国总电力的70%以上,因此火力发电厂消防安全保障显得尤为重要.目前国内燃煤电厂中锅炉煤粉系统大多采用
2、直吹式制煤系统,原煤仓是直吹式制煤系统中的一个重要部件.制煤系统工作时运煤系统将大量原煤输送到原煤仓内,原煤可以通过原煤仓底部出口直接进入磨煤机,运转的磨煤机可以把原煤碾压磨制成煤粉,并直接被吹入燃烧器燃烧.原煤与空气接触时会发生氧化反应并释放出热量和一氧化碳(CO).原煤在原煤仓中下滑过程中的互相碰撞和在原煤仓中长时间堆放均会导致热量不能及时散发和局部温度升高,温度的升高又会加剧这一氧化反应,这样当局部温度超过煤的燃点时就会发生自燃的现象.原煤的氧化反应是普遍存在的现象,一旦发生自燃将严重威胁火力发电厂的安全生产,因此必须采取有效措施保护原煤仓的安全.l原煤仓的保护措施建设部于2007年4月
3、1日实施的GB502292006火力发电厂与变电站设计防火规范(以下简称火力发电厂规)中规定原煤仓应采用惰性气体保护.该国标实施后国内普遍采用低压CO系统对原煤仓进行惰化保护,即c0:平时以液态形式储存在低压储罐中,当原煤仓出现险情需要惰化保护时,低压CO,惰化系统启动并释放出C0:,CO在压力作用下沿管道通过喷嘴喷射到原煤仓内部,渗透煤层并在煤层内部和原煤仓煤层上方的空间内形成一个充满CO气体的惰性环境.该环境可有效阻断原煤与氧气的接触,防止原煤自燃的发生和继续,因此可以有效保护原煤仓的安全运行.但是火力发电厂规中没有提出惰化气体保护原煤仓的具体方法,所有在实际工程应用中低压CO,系统惰化保
4、护的设计均参考美国消防协会标准NFPA850.2005g发电厂及高压直流变电站消防推荐标准(以下简称NFPA850)的相关规定.2低压cO,惰化系统的基本设计思路2.1设计方式(1)防护区划分.低压CO,惰化系统设计首先应明确防护区,防护区应以固定的单个封闭空间划分.通常每只原煤仓可以作为1个防护区进行保护.(2)系统构成方式.一般火力发电厂主厂房内的发电机组所对应的原煤仓可以采用1套低压CO,组合分配系统进行惰化保护,每1只原煤仓作为一个防护区.并且系统中c0,药剂的设计用量必须100%备用.由于NFPA850中提到CO,储存系统应能够在运行过程中补充损耗,所以通常在设计用量100%备用的同
5、时,低压CO储罐也进行备用,即1套组合分配系统中含有1主1备2台储罐.实际工程应用中,也有采用1套低压CO组合分配系统仅保护1台机组所对应的所有原煤仓,而系统其他设置与上述类似的方案.(3)系统保护方式.低压CO,惰化系统采用全淹没惰化方式保护原煤仓.即c0在压力作用下沿管道通过喷嘴喷射到原煤仓内部,在一段时间内,渗透煤层并在煤层内部和原煤仓煤层上方的空间内形成一个充满CO,气体的惰性环境,达到消除火灾隐患的目的.之后持续不断的向原煤仓内补充CO,使原煤仓内维持这一惰化环境,不再发生险情.2.2部件选型及具体计算(1)系统主要部件.低压CO惰化系统主要由低压CO:储罐,选择阀,电磁阀,汽化器,
6、安全阀,反馈装置,惰化喷嘴,控制柜,声光报警盒,管道管件及一些辅件组成.(2)设计用量.根据NFPA850,低压CO惰化系统4郭岩:火力发电厂原煤仓惰化设计及案例分析2009年第8期的设计用量可按以下公式计算.M=(1+K)XvSL.L式中:M一一二氧化碳设计用量,kg;一一损失系数,通常取值2;原煤仓体积,m;S一常温常压下CO,气体的比容(m/kg),通常取值0.5.由于系统持续长时间喷放后,管道内残留的二氧化碳气体量非常少,因此可忽略不计,所以低压CO,储罐选型时应保证储罐吨位大于惰化系统设计用量与储罐剩余量之和.(3)汽化器的选型.低压CO惰化系统中的汽化器的作用是使通过它的液体CO,
7、完全被转换为气态,并平稳的释放到原煤仓内.汽化器是惰化系统中的一个重要部件,选型时应保证汽化器的汽化量能够满足系统中一只原煤仓惰化过程中的CO,流量要求.采用水浴式汽化器应确保周围有方便使用,符合水质要求的水源.(4)系统喷放.由于原煤在堆积状态下,内部氧化反应产生的热量不易散发,在压力作用下射人的CO渗透进入煤层形成均匀的惰化环境也需要一段时间,所以低压C0隋化系统喷放应是一个持续不断,长时间喷放的过程,通常一次惰化时间可选取8h.喷嘴的布置也会明显影响c0喷放后的惰化效果.原煤仓的上部和中下部位置均应有喷嘴设置,喷嘴的数量,位置和布置方式应保证CO能够快速渗入煤层并均匀分布形成惰化环境.2
8、.3系统安全事项原煤仓是火力发电厂制粉系统中的一个火灾危险等级高的部件.虽然低压CO:惰化系统可以根据报警信号自动启动进行惰化保护,但是为了安全起见,现场附近应派有24h值守人员,一旦发生险情立即采取相应措施.低压CO,惰化系统在持续长时间喷放过程中,会有少量CO,从原煤仓内部散失溢出,并有可能会在原煤仓下方区域聚集.因此系统喷放过程中在进行惰化保护的原煤仓附近应有明显的声光报警提示,并且在喷放过程中应尽量避免人员靠近.3工程案例国电滦河电厂的低压C02隋化系统工程是一个成功的设计案例,该系统在实际运行过程中已圆满成功的排除了1只原煤仓内原煤自燃的险情,完全达到了系统的设计目的,切实的保护了电
9、厂的安全运行.3.1工程简介及构成(1)国电滦河电厂位于河北省承德市区西南郊双滦区滦河镇,滦河电厂五期工程扩建2330Mw燃煤发电供热机组.机组的原煤仓安装了低压CO2隋化系统.(2)防护区划分及系统构成方式.国电滦河电厂五期工程扩建工程共2台燃煤发电供热机组,每台机组拥有5只原煤仓,共计l0只原煤仓.以每只原煤仓为1个防护区,10只原煤仓采用1套组合分配低压CO2隋化系统进行保护.系统中设有1主1备2台低压CO,储罐,设计用量100%备用.3.2具体设计及操作过程低压C02隋化系统的设计用量参照公式(1)计算,表1%3设计参数及结果.表1设计参数及设计结果设计参数,设计结果名称数量备注原煤仓
10、体积/m403.84CO2设计用量/kg2424储罐剩余量/kg66初选3m储罐储罐实际充装量,k窑2490系统中CO实际储量,4980设计用量100%备用根据以上计算结果,系统可选用2台3m.低压CO,储罐.(1)系统管网设计结果.为了促使喷射到原煤仓内的CO,能够尽快渗入煤层并均匀分布形成惰化环境,系统中采用4只惰化喷嘴保护1只原煤仓.分别在原煤仓顶部向下1m的高度位置上沿圆截面径向布置2只喷嘴,在原煤仓的圆柱与圆锥结合部向下约0.8m的高度位置上沿圆截面径向布置另962只喷嘴.系统中管道管径根据相关试验数据计算选取,本案例的低压C02隋化系统最终组成及设计结果见图1和图2所示.(2)系统
11、操作方式.滦河电厂采用的低压COy隋化系统是可以完成全自动惰化过程的系统,并具有三种操作方式,分别为自动启动,手动启动和机械应急启动.自动启动是系统中的惰化控制柜在接到火灾报警控制柜的启动信号后自动打开相应阀门释放CO对发生险情的原煤仓进行保护.手动启动是指在系统控制处于手动状态,当火灾报警控制系统发出报警或人员发现险情后,按紧急启动按钮或者在惰化控制柜上按启动按钮使系统启动.机械应急启动是在紧急情况下或前两种方法不能启动系统时使用,在发生险情并且值班人员确认后,人工打开相应阀门使系统启动并释放CO.(3)系统实际喷放过程.滦河电厂低压C02隋化系统于2008年5月通过消防验收,并投人运行.2
12、008年l0月18日8:00左右电厂中的原煤仓探测报警系统开始报警,2009年第8期消防技术与产品信息5现场值班人员到原煤仓附近查看,确认2机组的1只原煤仓上缠绕的缆式感温电缆熔断并报警,并且原煤仓外壁局部温度已达IO0C以上,内部原煤局部已发生自燃.险情确认并被报告总控室后,决定立即启动低压C02隋化系统进行惰化保护.由于系统日常运行时设置在手动状态,现场值班人员为安全起见在储罐间手动开启系统.系统启动后喷放液态CO,到原煤仓内部.喷放一段时间后,CO,完全渗透进入煤层,充满原煤仓并形成稳定的惰化环境,原煤的自燃现象得到有效抑制,仓内温度不再升高.之后系统仍持续不断的向原煤仓内补充CO:气体
13、,以维持原煤仓内稳定的惰化环境,并且原煤仓外壁温度也逐步下降.最终原煤仓内原煤的自燃完全熄灭,系统持续喷放2h后险情彻底排除,持续喷放3h2iZ右原煤仓外壁温度也恢复至常温,于是值班人员关闭系统.此次实际喷放过程达到了设计要求,验证了该惰化系统能够有效的消除原煤的自燃现象,有力的保障了原煤仓的安全运行.4案例分析及讨论4.1原煤仓险情的成因及预防此次原煤仓发生险情主要是由于仓内原煤的长期堆积.在堆放过程中,原煤与空气缓慢发生氧化反应产生热量,由于原煤仓的结构及堆积状态下热量不易散发,长时间热量积累到一定程度后原煤发生自燃.2机组在原煤仓装煤试运行后一直未正式运行,仓内原煤在接近满仓状态下长时间
14、堆放.滦河电厂原煤仓从停止运转后内部储存原煤到发生险情约3个月时间,若在此期间原煤仓能够卸空,可以减少险情的发生.因此,在机组停运期间原煤仓应尽量卸空,以防止险情的发生.4.2自燃发生位置分析及喷嘴布置原煤仓由上下两部分构成,上半部分通常为圆柱或棱柱,下半部分通常为近似圆锥状的椎体或棱锥,两部分连接形成了原煤仓.原煤仓的这种几何特性很容易促进烟囱效应的形成.在烟囱效应的作用下,原煤仓内的空气和氧化反应产生的热量会由下向上运动.原煤在仓内堆积后热量不易散失到外界,所以氧化反应生产的热量除一部分透过煤层和原煤仓壁散失外,其余部分将会在煤层内部缓慢聚集,并在由下向上缓慢运动中越聚越多.由于原煤仓下部
15、自下而上横截面面积越来越大,到达结合部及上部以后面积保持最大值不变,而横截面的中心附近散热最难,最容易积聚热量的地方,所以当热量沿轴向中心运动到一定高度时,热量的聚集会达到促使原煤发生自燃的程度.因此一般对于具有轴对称几何外形的原煤仓而言最容易发生险情的位置在原煤仓上下部结合处的上方附近横截面的中心位置.为了更快速有效的消除原煤仓自燃隐患,惰化喷嘴应在靠近隐患最容易发生的位置布置.滦河电厂原煤仓高约14.9m,圆锥部分高约9.5m,圆柱部分高5.4m,采用上下2层共4只专用惰化喷嘴进行保护.上层2只喷嘴在原煤仓顶部向下1m的高度位置上沿圆截面径向布置,下层2只喷嘴在原煤仓的圆柱与圆锥结合部向下
16、约0.8m的高度位置上沿圆截面径向布置,详见图1所示.此次惰化系统启动并排除原煤自燃险情后,经分析确定发生自燃的位置位于仓体圆柱与圆锥结合部上方0.5m横截面的中心附近.下层的2只惰化喷嘴就布置在发生自燃位置的附件,有效的确保了系统能够快速的排除险情.4.3原煤仓探测部分的现状分析火力发电厂规中规定原煤仓的火灾探测器类型为缆式线型感温,因此依据标准要求目前原煤仓的探测器均采用感温电缆.感温电缆在工程施工时直接缠绕并布满原煤仓的外壁,当原煤仓温度升高到感温电缆的熔断温度时,感温电缆会熔断并发给火灾报警控制器一个信号.火灾报警控制器接到信号后即会启动低压CO,惰化系统消除险情.由于原煤仓特殊的封闭
17、结构,当内部储存大量原煤时内部的热量很难通过煤层和煤仓内外壁,所以原煤仓内部的温度是远高于其外壁的表面温度.当缠绕在原煤仓外壁上的感温电缆熔断时,原煤仓内部的实际温度已远远超过了感温电缆的熔断温度并很有可能已经达到原煤的燃点引发自燃.这种温度传导的滞后性会导致整个惰化系统的启动也相应滞后,即原煤仓内局部已经发生原煤自燃后感温电缆才熔断并启动惰化系统消除险情.本案例就是原煤已经局部自燃一段时间后原煤仓外壁上的感温电缆才熔断并启动系统,充分说明滞后性的存在.这种现象使得惰化系统启动后只能达到消除已经发生的原煤自燃,而不能达到预防原煤仓内原煤发生自燃的效果.而美国在原煤仓保护时采用CO浓度测定仪监测
18、原煤仓内的CO浓度,当实际浓度达到设定值时就启动惰化系统进行保护.CO是原煤氧化反应的产物,产生后会逐步聚集到原煤仓内煤层的上空.CO浓度测定仪可以快速准确的测出空气中的CO浓度,所以采用监控CO浓度的方法可以更快发现原煤仓内的险情,提前启动惰化系统.相比较而言,国外采用监控CO的方法比国内采用缆式线型感温的方法更能早期消除火灾隐患,可以达到防患于未燃的目的.为了能够达到更好保6郭岩:火力发电厂原煤仓情化设计及案例分析2009年第8期r一1.L/一原TjIIJ,/Lll/f/2f/c/DN20,/一.接惰DN32/厂【_JL一a原煤仓俯视图31.25J一=王l3O.25I=7_I25o0I二=
19、Z一<>j16_3OI=7_图1国电滦河电厂原煤仓喷嘴安装b原煤仓平面圈接图2国电滦河电厂低压CO惰化系统系统图.2009年第8期消防技术与产品信息7护原煤仓的目的,我国的相应标准也应该做出调整,推荐更安全,更先进的探测方法.4.4CO:喷放形式的讨论火力发电厂规)中规定原煤仓,煤粉仓应采用惰性气体保护,但是没有更为详细的规定与说明.所以目前惰化系统保护时主要参考NFPA850中的一些规定.其中指出CO,应全部经过气化后再喷放到煤仓内,但是在一些最初的惰化设计中也存在系统先喷放一定量的液态CO,形成惰化环境后再持续不断将CO气体注入煤仓内.NFPA850中规定CO应全部经过气化后再
20、喷放到煤仓(含原煤仓和煤粉仓)主要有两个原因:其一是标准同时考虑到了原煤仓和煤粉仓,煤粉仓中储存的是大量细小的煤粉颗粒,液体CO进入煤粉仓时会造成煤粉的搅动,飘散在空气中的煤粉尘具有爆炸的危险,所以标准做此规定;其二是NFPA850中对惰化系统的探测部分推荐采用CO浓度检测,这种方法可以在火灾形成早期启动惰化系统,所以采用CO,气体逐步进入煤仓缓慢建立惰化环境不会影响系统的喷放效果.相比较而言我国目前采用缆式线型感温的原煤仓所面临的火灾危险性远远大于国外采用CO浓度测定方式探测的原煤仓.采用缆式线型感温的探测方法的滞后性导致实际情况中感温电缆熔断时原煤仓内部很可能已经发生自燃,这就要求低压CO
21、惰化系统一旦启动必须能够尽可能迅速的控制并消除险情.此时如果缓慢喷放CO气体进入原煤仓,由于单位时间进入原煤仓的CO较少,原煤仓内部建立惰化环境并控制住险情将会是一个漫长的过程,而这个过程越长对原煤仓及其他设备损害越大;另外通过气化器的CO气体温度一般在030C(该温度范围可调)之间,进入原煤仓在封闭的环境内也很难将原煤仓内部热量快速带走,不能快速降低仓内温度以便抑制原煤的氧化反应.显然完全喷放CO,气体进行惰化达不到迅速控制和消除原煤仓内险情的目的.但是采用惰化初期直接喷放CO,液体进入原煤仓,由于喷头出El压力较高并且单位时间进入的CO,量远远大于气态,CO可以在压力作用下迅速渗透煤层并在
22、短时间内建立惰化环境控制住险情.同时液体CO,的温度在一18一20,进入原煤仓内后会迅速吸收热量降低原煤仓内部的温度,抑制原煤的氧化反应.因此在我国目前情况下,对原煤仓保护时完全可以采用惰化初期喷放一定量的液态CO,待形成稳定的惰化环境后再持续不断将CO气体逐步注入煤仓内维持惰化环境的惰化形式.这种惰化方式在工程实际中也是完成可以实现的,本案例中滦河电厂所安装的低压CO,惰化系统即采用这样的惰化方式.滦河电厂成功的惰化过程用事实证明了上述惰化形式完全能够实现,并且在实际应用中能够快速消除险情,切实有效的保护原煤仓的安全生产和运行.5结束语我国低压CO技术应用在火力发电厂原煤仓的惰化系统保护上只
23、有短短的2年时间,但在实际应用过程中却遇到了许多问题.参考和借鉴国外标准和经验解决我们所遇到的问题是非常有意义的.但我们应该根据我国的实际情况有思考有选择的借鉴和吸收,而不是全盘照搬.否则不仅不利于我国自己技术的发展,而且也会给实际工程带来不便和安全隐患.参考文献:【l】GB50229.2006,火力发电厂与变电站设计防火规范【S】.【2】NFPA8502005,发电厂及高压直流变电站消防推荐标准【S】.收稿日期:2009.03.06;修回日期:2009.0622作者地址:陕西省西安市北郊徐家湾渭滨街5号电话:(029)86158200北京海淀斥资100万元整治圆明园周边消防安全隐患为切实做好
24、国庆六十周年消防安全保卫工作,全面加强社会面火灾防控工作,消除国庆烟花燃放点及周边消防安全隐患.近日,在北京市海淀支队及相关部门的共同努力下,海淀区政府决定投资100万元,消除圆明园公园周边消防安全隐患.圆明园公园是今年国庆烟花燃放点,其周边福缘门社区,水磨社区,圆明园洞里社区和一亩园社区有5000多户居民,多年来因居民私搭乱建,已严重影响社区内消防车通行,而且该地区没有市政管网,为缺水地区,一旦发生火灾,后果将极为严重.为此,政府决定投资100万元用于四个社区消防车通道拆危,可燃物清理,标线及消防器材的配备,计划8月底前完成.为切实做好火灾隐患排查整治工作,海淀消防支队多次进行实地调研,并召开专题会议进行研究部署,结合圆明园地区工作实际,制定了合理的消防安全隐患专项排查整治工作方案.在整治过程中,支队将加大与建设单位,施工单位的沟通与协调沟通力度,并做好消防验收,备案工作.严格按照有关文件精神要求进行合理整治,排除存在的消防安全隐患,确保国庆六十周年消防安全保卫任务圆满完成.(方方)