煤的自燃机理

关于煤的自燃问题，长期以来，一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因，由于黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时能放出热量，在有水分参加的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。     
     有的含有黄铁矿的煤，虽然经过长期放置，并不一定发生燃，而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。因此，煤的自燃并非wq因含有黄铁矿而引起。其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；通风方式等。煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。     
     1.2 煤自燃的不同阶段     
     （1）水吸附阶段。与其它阶段不同，这个阶段只是个物理过程，煤与氧不会发生反应，煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因，但他对煤自热，特别是低品级的煤自热有重要影响。当水被煤吸附时会放出大量热，即润湿热。所以，多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。
     （2）化学吸附阶段。煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。该阶段的反应温度为环境温度至70℃。这过程中煤吸附氧气会产生过氧化物，因而叫做化学吸附阶段。化学吸附阶段煤重略有增加，并产生气体，其中的CO可作为标准气体，通过监测CO浓度可对煤的自燃进行早期预报，化学吸附阶段需要少量水参加反应。根据煤的品级和类型不同，化学吸附的放热量在5.04～6.72J/g之间变化。若煤温达到70℃时会分解，煤重随之在幅度下降，甚至比原始煤重还要轻。煤中水分的蒸发可带走一些热量，该过程产热量晨16.8～75.6J/g间变化。若煤氧化进行到这个阶段，想使其不自燃是非常困难的。     
     （3）煤氧复合物生成阶段。该阶段生成一种稳定的化合物，即煤氧复合物。其反应温度范围为150～230℃。产生的热量25.2～003.4J/g。这个阶段煤重又有所增加，煤氧化进行到这个阶段必然发生自燃。     
     （4）燃烧初始阶段。这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧阶段的过渡时期，煤温达230℃时，煤氧化可进行到个阶段。此时煤的反应热为42～243.6J/g。这些热量使煤迅速上升促进了煤的快速燃烧。     
     （5）快速燃烧阶段。这是煤自热的{zh1}阶段，它描述了煤的实际燃烧过程。依氧气供应充足与否，这个阶段可能发生干馏、不wq燃烧或安全燃烧。如果燃烧充分，其反应热等于煤的发热值。     
2 煤的自热影响因素     
     2.1 煤质     
     煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响。     
     （1）煤的品级。煤的品级表明了煤的变质程度，常用挥发分含量和含煤量表示。品级低的纯煤自热热敏感性高，而且，随着煤的品能升高其自热敏感性下降。因而，干燥褐煤最易自热而无烟煤几乎不自热。但含有大量水分的褐煤较纯褐煤不易自燃。     
     （2）煤的水分含量。煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影响。水分含量达饱和的煤，特别是在水分含量高的褐煤和次烟煤被开采和干燥前，煤体不再吸附水分，因而不能放出润湿热。煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高。另一方面，自热时的化学反应需要有少量的水分参加。低等级煤水分含量远远大于化学反应的需要量。因而，对低品级煤来说，水分实际上是煤自热的阻化剂。     
     （3）矿物质。煤中的矿物成分也叫灰分。它可与氧反应放热增加煤温，而且使煤分解以增加煤与空气接触的表面积，如黄铁矿，它可以吸收氧化反应放出的部分热量降低煤的氧化反应进程；煤的高灰分使单位质量的氧化热降低。      
3 煤炭自燃的综合防治措施     
     3.1煤层自燃的预测预报     
     （1）鉴于煤在低温氧化阶段产生CO，因此，CO是早期揭露火灾的敏感指标。设置CO传感器，若发现CO浓度超限，便可采用便携式CO检测仪追踪监测确定高温点。     
     （2）采用红外探测法判断高温点的位置，红外探测法其基本原理是，根据红外辐射场的理论，建立火源与火源温度场的对应关系，从而推断出火源点的位置。     
     （3）用钻孔测温辅助监测。对顶煤破碎或有自燃危险的地点，埋设测温探头，定期监测温度变化情况。     
     （4）加强漏风检测。定期采用示踪气体法，检查顺槽漏风量。对漏风集中的区域加强观测。     
     3.2 预防措施     
     （1）首先，要在保证冲淡CH4，风速，气温和人均风量的要求下，全面施行区域性均压通风，其调压措施包括单项调压和多项措施联合调压。    
     （2）喷浆堵漏钻孔灌浆。对煤层开采中的可疑地点或已出现隐患地点进行全封闭喷浆和打浅密集钻孔注浆，是防止自然发火的2个有效措施。      
4储煤筒仓安全监测系统说明

   目前，国内煤化工装置采用筒仓贮煤和混配煤的情况越来越多，对于储存易挥发、易自燃煤种的筒仓，存在着许多隐患：1.储存时间过长，易引起筒仓内着火，甚至发生筒仓爆炸事故；2.通风不好，筒仓顶部走廊及底部走廊（皮带输送机栈道内的工作区域）易发生缺氧，CO中毒，或瓦斯爆炸。国内已有筒仓着火或筒仓爆炸的先例。为了保障煤贮运系统的安全运行，根据运煤系统设计规范要求，贮煤筒仓工程设计时，应配置相应的安全检测系统，应就地采取安全防范措施，储煤筒仓安全监测系统也称筒仓安全防爆。
储煤筒仓安全检测系统由如下几部分组成：
4.1温度监测系统
在筒仓底部内锥及外锥配置适当数量的温度传感器并配套相应的检修平台。传感器探头采用Pt-100热电阻带4-20mA输出，必要时，在筒仓顶部配备2-5根煤层测温电缆，以便探测煤层内部的阴燃部位（高温异常部位）及煤层表面明燃点，测温电缆采用数字测温芯片，一总线方式通讯。
4.2可燃气体监测系统
每个筒仓配置1-2支可燃气体探测器（也称瓦斯浓度探头），检测范围应达到0-{bfb}LEL，采用混合气体检测。
4.3.烟气监测系统
每个筒仓顶部应配置两支烟雾探测器。
4.4 一氧化碳监测系统
每个筒仓应配置１～２支一氧化碳（CO）传感器，安装在筒仓顶部。设初、高两级报警限。
4.5氧气监测系统（可选）
在每个筒仓运行和巡检人员到达的空间，应设置氧气浓度监测系统，以保证工作人员人身安全。
4.6煤位测量系统
a. 雷达连续监测煤位：
每个筒仓应配置1-2支雷达料位及配套的仪表和部件，连续测量筒仓煤位，并配合皮带称作为计量。
b. 筒仓高煤位监测：
每个筒仓应配置2-4支振棒式或音叉式高料位仪和LVG型高料位探头，检查卸煤口的煤是否有溢出。
4.7.升降式综合监测机构（SJZC-03）
每个筒仓应配备1-2套自动升降式综合监测机构，监测内容包括可燃气体、温度和煤位。其中的煤位测量采用重锤式料位计，是间隙料位，作为连续煤位的补充。

5夏季存煤的温度监测试验

堆煤开始时各传感器温度在27℃左右。随着堆煤时间，温度不断上升，煤场底部由于受地表温度影响，上升幅度较小，在6周内，上升2-4℃，在堆煤高度的中部温度上升幅度{zd0}，6周内上升了9-11℃，达到37-38℃，靠近上表面的温度上升幅度比中部略小。在堆煤初期，温度上升速度稍快，整个量测期间的平均上升速度为0.24℃/天。

　　观测期间大气环境平均温度为29℃，因此，仓壁内外温度差在10℃以内。在堆煤的第42天（即观测就要结束的当天），堆煤场的中心区域发生局部煤自燃，这时，传感器的温度并没有异常变化，这说明自燃是局部的，并没有影响到边壁。

6筒仓的管理

6.1筒仓内存煤不得超过十五天，防止煤存放时间太长，因筒仓内部过热而引起煤自燃或可燃性气气体体浓度超限发生爆炸事故。

6.2筒仓监测装置应设置专职负责人；建立工作日记。如发生报警或异常，应及时至现场核查，并采取相应措施。设备如有故障及时申报，采取维修和更换等措施，使设备始终处于完好的工作状态。

6.3储煤筒仓安全监测装置的检测元件（探头及变送器）、二次仪表和数据采集系统应定期检查和校验，一年至少一次。平时应存有足够的备品备件，当现役使用的探头、变送器二次仪表和模块返厂进行年度测试时，由备品备件顶替使用。

6.4配备标准气体丙烷，定期（三个月或六个月）现场标定检查可燃性气体（瓦斯）监测系统。

6.5可燃性气体测量范围0~100Lel%，25为初报警，40为高报警。确认没有误报（探头及变送器正常）而可燃气体浓度偏高时，开顶部风机或除尘器使其通风。

6.6CO同上。

6.7着火报警处理

*贮煤筒仓安全监测装置发生报警并确认着火时，紧急出煤，并在筒仓出口处对煤流喷水降温，确保皮带和其它设备的安全。

*仓顶撒干粉灭火剂、泡沫灭火剂或大量注入惰性气体，消灭火源。

*如筒仓内的温度偏高，应密切注意，并优先出掉该仓的煤。

*如果筒仓内发生大量的烟雾，说明筒仓内存煤燃烧（阴燃），不得开启通风机，以防止助燃。关于煤的自燃问题，长期以来，一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因，由于黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时能放出热量，在有水分参加的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。     
     有的含有黄铁矿的煤，虽然经过长期放置，并不一定发生燃，而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。因此，煤的自燃并非wq因含有黄铁矿而引起。其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；通风方式等。煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。     
     1.2 煤自燃的不同阶段     
     （1）水吸附阶段。与其它阶段不同，这个阶段只是个物理过程，煤与氧不会发生反应，煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因，但他对煤自热，特别是低品级的煤自热有重要影响。当水被煤吸附时会放出大量热，即润湿热。所以，多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。
     （2）化学吸附阶段。煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。该阶段的反应温度为环境温度至70℃。这过程中煤吸附氧气会产生过氧化物，因而叫做化学吸附阶段。化学吸附阶段煤重略有增加，并产生气体，其中的CO可作为标准气体，通过监测CO浓度可对煤的自燃进行早期预报，化学吸附阶段需要少量水参加反应。根据煤的品级和类型不同，化学吸附的放热量在5.04～6.72J/g之间变化。若煤温达到70℃时会分解，煤重随之在幅度下降，甚至比原始煤重还要轻。煤中水分的蒸发可带走一些热量，该过程产热量晨16.8～75.6J/g间变化。若煤氧化进行到这个阶段，想使其不自燃是非常困难的。     
     （3）煤氧复合物生成阶段。该阶段生成一种稳定的化合物，即煤氧复合物。其反应温度范围为150～230℃。产生的热量25.2～003.4J/g。这个阶段煤重又有所增加，煤氧化进行到这个阶段必然发生自燃。     
     （4）燃烧初始阶段。这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧阶段的过渡时期，煤温达230℃时，煤氧化可进行到个阶段。此时煤的反应热为42～243.6J/g。这些热量使煤迅速上升促进了煤的快速燃烧。     
     （5）快速燃烧阶段。这是煤自热的{zh1}阶段，它描述了煤的实际燃烧过程。依氧气供应充足与否，这个阶段可能发生干馏、不wq燃烧或安全燃烧。如果燃烧充分，其反应热等于煤的发热值。     
2 煤的自热影响因素     
     2.1 煤质     
     煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响。     
     （1）煤的品级。煤的品级表明了煤的变质程度，常用挥发分含量和含煤量表示。品级低的纯煤自热热敏感性高，而且，随着煤的品能升高其自热敏感性下降。因而，干燥褐煤最易自热而无烟煤几乎不自热。但含有大量水分的褐煤较纯褐煤不易自燃。     
     （2）煤的水分含量。煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影响。水分含量达饱和的煤，特别是在水分含量高的褐煤和次烟煤被开采和干燥前，煤体不再吸附水分，因而不能放出润湿热。煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高。另一方面，自热时的化学反应需要有少量的水分参加。低等级煤水分含量远远大于化学反应的需要量。因而，对低品级煤来说，水分实际上是煤自热的阻化剂。     
     （3）矿物质。煤中的矿物成分也叫灰分。它可与氧反应放热增加煤温，而且使煤分解以增加煤与空气接触的表面积，如黄铁矿，它可以吸收氧化反应放出的部分热量降低煤的氧化反应进程；煤的高灰分使单位质量的氧化热降低。      
3 煤炭自燃的综合防治措施     
     3.1煤层自燃的预测预报     
     （1）鉴于煤在低温氧化阶段产生CO，因此，CO是早期揭露火灾的敏感指标。设置CO传感器，若发现CO浓度超限，便可采用便携式CO检测仪追踪监测确定高温点。     
     （2）采用红外探测法判断高温点的位置，红外探测法其基本原理是，根据红外辐射场的理论，建立火源与火源温度场的对应关系，从而推断出火源点的位置。     
     （3）用钻孔测温辅助监测。对顶煤破碎或有自燃危险的地点，埋设测温探头，定期监测温度变化情况。     
     （4）加强漏风检测。定期采用示踪气体法，检查顺槽漏风量。对漏风集中的区域加强观测。     
     3.2 预防措施     
     （1）首先，要在保证冲淡CH4，风速，气温和人均风量的要求下，全面施行区域性均压通风，其调压措施包括单项调压和多项措施联合调压。    
     （2）喷浆堵漏钻孔灌浆。对煤层开采中的可疑地点或已出现隐患地点进行全封闭喷浆和打浅密集钻孔注浆，是防止自然发火的2个有效措施。      
4储煤筒仓安全监测系统说明

   目前，国内煤化工装置采用筒仓贮煤和混配煤的情况越来越多，对于储存易挥发、易自燃煤种的筒仓，存在着许多隐患：1.储存时间过长，易引起筒仓内着火，甚至发生筒仓爆炸事故；2.通风不好，筒仓顶部走廊及底部走廊（皮带输送机栈道内的工作区域）易发生缺氧，CO中毒，或瓦斯爆炸。国内已有筒仓着火或筒仓爆炸的先例。为了保障煤贮运系统的安全运行，根据运煤系统设计规范要求，贮煤筒仓工程设计时，应配置相应的安全检测系统，应就地采取安全防范措施，储煤筒仓安全监测系统也称筒仓安全防爆。
储煤筒仓安全检测系统由如下几部分组成：
4.1温度监测系统
在筒仓底部内锥及外锥配置适当数量的温度传感器并配套相应的检修平台。传感器探头采用Pt-100热电阻带4-20mA输出，必要时，在筒仓顶部配备2-5根煤层测温电缆，以便探测煤层内部的阴燃部位（高温异常部位）及煤层表面明燃点，测温电缆采用数字测温芯片，一总线方式通讯。
4.2可燃气体监测系统
每个筒仓配置1-2支可燃气体探测器（也称瓦斯浓度探头），检测范围应达到0-{bfb}LEL，采用混合气体检测。
4.3.烟气监测系统
每个筒仓顶部应配置两支烟雾探测器。
4.4 一氧化碳监测系统
每个筒仓应配置１～２支一氧化碳（CO）传感器，安装在筒仓顶部。设初、高两级报警限。
4.5氧气监测系统（可选）
在每个筒仓运行和巡检人员到达的空间，应设置氧气浓度监测系统，以保证工作人员人身安全。
4.6煤位测量系统
a. 雷达连续监测煤位：
每个筒仓应配置1-2支雷达料位及配套的仪表和部件，连续测量筒仓煤位，并配合皮带称作为计量。
b. 筒仓高煤位监测：
每个筒仓应配置2-4支振棒式或音叉式高料位仪和LVG型高料位探头，检查卸煤口的煤是否有溢出。
4.7.升降式综合监测机构（SJZC-03）
每个筒仓应配备1-2套自动升降式综合监测机构，监测内容包括可燃气体、温度和煤位。其中的煤位测量采用重锤式料位计，是间隙料位，作为连续煤位的补充。

5夏季存煤的温度监测试验

堆煤开始时各传感器温度在27℃左右。随着堆煤时间，温度不断上升，煤场底部由于受地表温度影响，上升幅度较小，在6周内，上升2-4℃，在堆煤高度的中部温度上升幅度{zd0}，6周内上升了9-11℃，达到37-38℃，靠近上表面的温度上升幅度比中部略小。在堆煤初期，温度上升速度稍快，整个量测期间的平均上升速度为0.24℃/天。

　　观测期间大气环境平均温度为29℃，因此，仓壁内外温度差在10℃以内。在堆煤的第42天（即观测就要结束的当天），堆煤场的中心区域发生局部煤自燃，这时，传感器的温度并没有异常变化，这说明自燃是局部的，并没有影响到边壁。

6筒仓的管理

6.1筒仓内存煤不得超过十五天，防止煤存放时间太长，因筒仓内部过热而引起煤自燃或可燃性气气体体浓度超限发生爆炸事故。

6.2筒仓监测装置应设置专职负责人；建立工作日记。如发生报警或异常，应及时至现场核查，并采取相应措施。设备如有故障及时申报，采取维修和更换等措施，使设备始终处于完好的工作状态。

6.3储煤筒仓安全监测装置的检测元件（探头及变送器）、二次仪表和数据采集系统应定期检查和校验，一年至少一次。平时应存有足够的备品备件，当现役使用的探头、变送器二次仪表和模块返厂进行年度测试时，由备品备件顶替使用。

6.4配备标准气体丙烷，定期（三个月或六个月）现场标定检查可燃性气体（瓦斯）监测系统。

6.5可燃性气体测量范围0~100Lel%，25为初报警，40为高报警。确认没有误报（探头及变送器正常）而可燃气体浓度偏高时，开顶部风机或除尘器使其通风。

6.6CO同上。

6.7着火报警处理

*贮煤筒仓安全监测装置发生报警并确认着火时，紧急出煤，并在筒仓出口处对煤流喷水降温，确保皮带和其它设备的安全。

*仓顶撒干粉灭火剂、泡沫灭火剂或大量注入惰性气体，消灭火源。

*如筒仓内的温度偏高，应密切注意，并优先出掉该仓的煤。

*如果筒仓内发生大量的烟雾，说明筒仓内存煤燃烧（阴燃），不得开启通风机，以防止助燃。