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1、科学研究神华煤特性管理港口仓储论文科学研究神华煤特性管理港口仓储论文 编者按：本文主要从要搞好神华煤的仓储管理,必须先了解其自燃机理理论；神华煤的仓储管理两个方面进行论述。其中，主要包括：神华煤会发生复杂的化学和物理变化、大气氧化煤的氧化可用朗格缪尔的异相反应理论解释、水分水分使煤湿润,会提高吸附氧的速度、硫化物煤中硫通常以 2 种形态存在、变质程度低,表面积大,内部丰富的小毛细管造成了神华煤的内水高、制定合理场存量了解了神华煤的自燃机理、仓储管理要科学等，具体材料请详见。神华集团有限责任公司的神府东胜煤田,属世界八大煤田之一。已探明煤田含煤面积 3112104km2,地质储量2236108t
2、;煤层埋藏浅,煤质好。所产煤炭注册为神华煤,以低灰、低硫、特低氯、特低磷、中高发热量著称,并以易燃率高、煤耗低、低污染等优良的燃烧性能享誉国内外。但是,由于神华煤特定的成煤时期和成煤环境,也存在着一些缺点。主要是煤的着火点低,储存时易自燃。本文着重探讨如何做好神华煤在港口的仓储管理。1 要搞好神华煤的仓储管理,必须先了解其自燃机理理论研究和大量的实验分析证明,神华煤的自燃主要是由硫造成的;变质程度低、内水大、含氧高、挥发分高、燃点低是神华煤自燃的次要原因。由于神华煤的含硫量非常低(一般小于 015%),在研究神华煤的自燃机理时,往往忽略了硫的问题。111 神华煤自燃发火过程贮存过程中,神华煤会
3、发生复杂的化学和物理变化,质量、氧含量、吸水性、着火点等升高,碳含量、氢含量、热值、结焦能力、粒度等降低。这些变化通常是由于氧、硫、水分的存在而引起。研究表明,煤的自燃,一般要经过 3 个时期,即潜伏期(也称准备期)、自热期和燃烧期。在潜伏期,煤体温度与周围环境温度基本没有变化,但煤的着火温度降低,化学活性增强。进入自燃期,煤的氧化速度增加,并分解出水、二氧化碳和一氧化碳。氧化生成热使煤体温度开始升高。当煤体温度超过自热的临界值(6080)时,煤温将急剧上升,氧化速度加快,并出现煤的“干馏”,生成碳氢化合物、氢及一氧化碳等可燃气体。煤温继续上升就进入燃烧期。当煤中易氧化的成分与空气中氧气发生复
4、杂反应,且热量的产生速率超过煤堆热量的散失速率时,煤堆内迅速聚集大量的热量,煤堆内温度逐步升高;其化学反应速度加快,同时产生更多的热量,造成恶性循环,直至引发煤炭自燃。煤在氧化自燃过程中,不仅放出一定的热量,而且还热解放出 CO、C2H4 和 C2H6 等碳氢化合物,且分解的气体成分及其浓度与煤温之间有一定的对应关系。如果在井下,可直接检测空气成分,测量热解气体产物含量的变化,判断煤的自燃发展程度,以便进行火灾的早期预报。该方法称为指标气体法。112 大气氧化煤的氧化可用朗格缪尔的异相反应理论解释。氧分子渗入碳的晶格表面和碳粒孔隙所构成的内表面,因物理吸附络合在碳晶格的界面上。该吸附层仅为单分
5、子层的碳氧络合物。因其它分子的碰撞或由于受热分解作用而解吸时,形成的反应产物扩散到周围空间,碳晶格表面因而获得空位,再度吸附氧气。这种现象不断反复循环。上述只在吸附表面上进行的碳和氧的直接化学反应,称为一次反应。C+O2=CO2+4019104kJ(1)2C+O2=2CO+2015104kJ(2)在某种温度条件下,CO2 与 C 发生还原反应,并吸收一定的热量:C+CO2=2CO-1612104kJ(3)同时,当温度再升高,在靠近碳表面的气体边界层中的 CO 与 O2 相遇时,还会发生燃烧,生成CO2,并放出大量的热量:2CO+O2=2CO2+5711104kJ(4)式(3)和(4)表达了碳与
6、氧的一次反应产物在碳表面或表面附近空间的再反应,称为 2 次反应。常温下,煤能与空气中的氧反应。该氧化反应可长时间连续进行,且速度随温度的升高而加快。神华煤的水分高,更容易氧化。这是因为,水分蒸发后,留下了大的可吸附表面。神华煤的变质程度很低,氧化速度快,氧化主要在煤的表面进行。煤的粒度越小,其表面积越大,自燃趋势也越大。特别是小粒级煤中夹杂一些其它粒级的原煤时,又增加了煤粒的空隙,使自燃的机会更大。碳和氧的反应为简单反应。根据质量作用定律,简单反应的速率,与各反应物的浓度以其化学计量系数为指数幂的乘积成正比。实验发现,当神华煤温度为1530时,开始氧化;温度每升高 810,其氧化速度就会加快
7、一倍;在煤堆温度达到 77时,氧化速度就相当快了;在温度达到 138时,便放出 CO2、CO 和水蒸气,并放出大量的热;当温度达到 200时释放速度加快,此时煤的自燃很快就要发生;当温度达到神华煤 285着火点时,煤就会发生自燃。煤堆温度从 77升到 285大概要用 20d。113 水分水分使煤湿润,会提高吸附氧的速度,同时,润湿热也显著,水蒸气的吸附更大。煤中水分的高低是决定煤堆温度上升的重要因素,煤中水分的蒸发潜热和煤的氧化热的平衡决定了煤堆温度升高;当温度升高到 8090时趋于平衡。外水高时,该平衡能维持较长时间;外水低时维持的时间很短,同时在风筒效应的作用下,2030d 就能自燃。11
8、4 硫化物煤中硫通常以 2 种形态存在:一是以有机物形态存在的有机硫;另一类是以无机物形态存在的无机硫。有的煤中存在单质元素硫。有机硫的组成极为复杂,有硫醇类等 5 类官能团;无机硫可分为硫化物硫和硫酸盐硫。硫化物中绝大多数是黄铁矿,但也有少量的白铁矿,成分都是 FeS2,只是晶体结构不同;硫酸盐主要是 CaSO4、FeSO42H2O。有机硫、硫铁矿硫和元素硫可在空气中燃烧,称为可燃硫;硫酸盐硫在空气中不能燃烧,称为不可燃硫(也称为固定硫)。神华煤硫含量低,但相对集中。神华煤中的硫化物起到了点燃和加速煤堆自燃的关键作用。常温常压下反应如下:2FeS2+7O2+2H2O=2H2SO4+2FeSO
9、4+2186MJmol 这一反应放出大量的热。通过计算可知,局部小单元含量达到 2%的硫化铁硫可将局部煤的温度提高到 260,接近神华煤的燃点。115 外因煤的堆高、粒度、杂物、外部温度、天气、通风情况、烟囱效应等都对神华煤的自燃有影响。116 自燃表示煤自燃趋势的特性是:高氧化特征速度、高脆性、存在粉碎的硫化铁、粒度特性、热平衡特性和着火点特性等。变质程度低,表面积大,内部丰富的小毛细管造成了神华煤的内水高;煤的水分高又使煤粉末粘满在大粒度的煤炭表面,形成一个个小单元。因为氧化发生在煤炭颗粒的表面。这种小单元非常容易吸附氧气发生氧化反应,又不利于水蒸气的蒸发和热量的散发,容易造成热量的骤集。
10、神华煤中,硫多以硫铁矿结核和裂隙沉积的方式存在,硫分相对集中。当煤炭破碎时,硫铁矿多暴露在煤炭的表面,在水分作用下,这些表面又粘满了大量煤粉;煤粉吸附大量氧气,非常易于硫铁矿的氧化,放出大量的热,使周围温度升高。当温度达到着火点时,煤粉先开始自燃,同时,局部的气化和冷凝过程导致水蒸气通过煤堆运动。这种润湿作用使煤堆内部温度升高,自燃面积增大。2 神华煤的仓储管理211 要制定合理场存量了解了神华煤的自燃机理,就可采取有效对策防止自燃。神华煤到港后,现场接车人员要对其进行全面的质量检查,包括品种、粒度、煤温和杂物等,认真填写接车记录,及时与港口联系卸车、归垛,完成神华煤在港口仓储的第一阶段工作。
11、(1)不同种的煤尽可能单堆单放。对场存煤实行分场、分仓、分垛位管理,建立港存煤情况台帐,煤炭入出库要及时上帐和消帐。(2)建立经济合理的场存数量。既要满足港口的装船需要,又要降低煤炭的存储费用。堆存量一般不超过堆存能力的 115 倍,堆存时间原则上不超过 2 个月。(3)以“先进先出法”办理出库。出库时要及时清仓、清底,不留垛底,运走一垛清一垛。212 仓储管理要科学(1)夏季时,采取小煤堆储存。地面储煤,把底部和四周封严,煤堆铺平、压实,以消除煤堆的风筒效应,防止自燃。(2)经常测量煤堆温度,发现高温及早处理。如有的点发生部分自燃,要尽快将自燃部分从煤堆中分离出来,并对自燃部分直接注水灭火,防止发生大面积着火。(3)神华煤中硫,多以硫铁矿结核和裂隙沉积形式存在,硫分相对集中。煤被破碎时,硫铁矿大多暴露在煤的表面。这些表面在水分作用下又粘满了大量煤粉,煤粉吸附大量氧气,非常易于硫铁矿氧化,放出大量热,使周围温度升高。因此,对高温煤处理时,直接用水灭火会造成更大面积的自燃。(4)高温或着火煤要单独卸存,降温处理后方可按煤种归垛。煤温超过 50时不得装船。总之,了解神华煤的特性,采用科学有效的方法进行管理,是神华煤仓储管理的关键所在。参考文献1 神华煤炭 1 中国标准出版社 1200310212E1J1 霍夫曼 1 煤的转化 1
