Хранение угля и торфа на ТЭС - Смерзание угля в штабелях

СМЕРЗАНИЕ УГЛЯ В ШТАБЕЛЯХ И БОРЬБА С НИМ
Смерзаемостью называют свойства влажных насыпных материалов терять сыпучесть при отрицательных температурах и образовывать большие глыбы смерзшихся частиц. Смерзание сыпучих материалов, и в частности топлива, в вагонах и других транспортных средствах сильно усложняет их разгрузку. В условиях Сибири, Урала и Дальнего Востока смерзание топлива в вагонах наблюдается примерно с 1 октября по 1 апреля, а на Кавказе и Украине — с 15 октября по 15 февраля.
При хранении твердого топлива на открытых складах электростанций часто наблюдается смерзание угля на поверхности штабеля. Погрузочно-разгрузочные работы на смерзшейся поверхности штабеля сильно затруднены, так как обычные механизмы не в состоянии разрушить смерзшийся слой и взять топливо из штабеля. Если перед смерзанием топливо было достаточно влажным, а поверхность штабеля хорошо укатана, то на штабеле может образоваться монолитная корка высокой прочности, разрушение которой перед началом работы на штабеле приносит много хлопот.
Образование смерзшегося покрова на штабеле начинается при температуре воздуха —2°С. Но глубина промерзания при этой температуре небольшая, так как внутри штабеля постоянно выделяется тепло, препятствующее смерзанию угля в поверхностном слое. Глубина промерзания штабеля и прочность смерзшегося слоя зависят от индивидуальных особенностей топлива, его влажности, температуры воздуха, продолжительности действия низких температур и состояния штабеля. Однако благодаря самонагреванию топлива в штабеле промерзание крупных штабелей более чем на один метр представляет собой сравнительно редкое явление. На глубину промерзания заметное влияние оказывает снежный покров, который как бы утепляет поверхность и уменьшает среднюю глубину промерзания. Глубины промерзания угольных штабелей по статистическим данным для различных районов страны приведены в табл. 3.4. По этим данным и среднемесячным температурам января можно с определенной степенью приближения прогнозировать глубины промерзания штабелей для районов, по которым нет непосредственных наблюдений.
Наибольшее влияние на смерзание топлива и прочность смерзшегося слоя оказывает влажность топлива в момент его смерзания. Экспериментально установлено, что в лед, связывающий отдельные частицы угля в мерзляк, превращается только внешняя, или свободная, влага, имеющая чисто механическую связь с топливом. Эта влага замерзает при минус 2—4°С и определяет свойства мерзляка.

Таблица 3.4. Ориентировочные глубины промерзания угольных штабелей на открытых складах электростанций

Влага воздушно-сухого угля и часть влаги, которая находится внутри трещин и пор, не оказывают влияния на смерзаемость топлива. Эту массовую долю влаги называют безопасной влажностью и обозначают Wб. Величина Wб не имеет какой-либо четко выраженной физико-химической характеристики, и на практике за безопасную влажность принимают максимальную влажность, при которой охлажденное топливо еще сохраняет сыпучесть. Значение безопасной влажности снижается с увеличением степени углефикации угля: для каменных углей она приближенно оценивается в 4—8%; бурого угля группы Б3—18—22% и для Б1 и Б2—28—33%. На значение безопасной влажности некоторое влияние оказывают зольность топлива, природа минеральных примесей, гранулометрический состав топлива [18]. Если содержание влаги в угле больше безопасной влажности на 20—25%, топливо смерзается в непрочный мерзляк, а при увеличении на 30—40% происходит образование плотного, почти монолитного мерзляка [14, 22}. Прочность последнего увеличивается с понижением температуры и увеличением времени воздействия низких температур и дисперсности топлива [18]. Сортовые угли, не содержащие мелочи, при размере кусков выше 25 мм обычно нс смерзаются [22].

Таблица 3.5. Минимальная влажность смерзания некоторых энергетических углей

В табл. 3.5 приведены данные по минимальной влажности смерзания для энергетических углей различных бассейнов и месторождений, наблюдаемые в эксплуатационных условиях. Анализ приведенных данных показывает, что для большинства энергетических углей между минимальной влажностью смерзания и гигроскопической влажностью угля существует довольно четко выраженная пропорциональность. Так, для бурых углей марки Б1 минимальная влажность смерзания приблизительно в 3,5—4,0 раза выше гигроскопической; для бурых углей марки Б2 и Б3 она в 3 раза больше гигроскопической и для каменных углей — в 2,5—3,0 раза.

Разрушение смерзшегося слоя штабеля перед выходом на него погрузочно-разгрузочных механизмов на угольных складах электростанций приобретает все большее распространение [23]. Положительной чертой этих способов является то, что они не требуют постоянного содержания штабеля в состоянии готовности и разрушение начинают только тогда, когда назревает необходимость в получении топлива со склада.

Разрушение смерзшегося слоя штабеля рыхлителем.

Самоходные рыхлители предназначаются для рыхления плотных, сильно трещиноватых скальных пород и рыхления корки мерзлого грунта, подготавливаемого для разработки бульдозерами и скреперами. Рыхлитель представляет собой агрегат, состоящий из трактора и навесного собственно рыхлителя, крепящегося к плоскости заднего моста трактора. Управление рыхлителем гидравлическое из кабины тракториста. Рыхлители заводского изготовления широко используются на строительных площадках, но опыт применения их для разрушения смерзшегося слоя топлива на топливных складах электростанции пока невелик. Однако рыхлители собственного изготовления применяются на многих электростанциях Урала и Сибири для профилактического рыхления поверхности штабеля перед наступлением отрицательных температур.

Подъем смерзшегося слоя экскаватором.

Метод заключается в том, что промерзший слой с помощью экскаватора поднимают в виде больших глыб, которые, не дробя, убирают с фронта работ погрузочно-разгрузочных механизмов. По данным Амурской ТЭЦ подъем толщиной 1 м успешно ведет экскаватор марки Э-2502, снабженный прямой лопатой. Недостатком метода является то, что по мере вскрытия штабеля на складе накапливаются мерзляки, которые не могут быть использованы в зимних условиях и должны лежать на складе до наступления положительных температур.

Разрушение смерзшегося слоя клин-бабой.

Перед фронтом разборки штабеля на промерзшей поверхности устанавливают кран или экскаватор с клин-бабой, который по мере продвижения фронта работ разбивает кромку смерзшегося топлива. Метод сравнительно недорогой и вполне доступный для любого предприятия. Его систематически применяют многие электростанции.

Буровзрывной способ разрушения смерзшегося слоя.

При большой глубине промерзания взрывание поверхностного слоя штабеля мелкими шпурами является достаточно эффективным средством. Для открытия фронта погрузочно-разгрузочных работ на промерзшем штабеле необходимо вскрыть поверхность площадью 500—700 м² . При взрывах мелкими зарядами на каждом квадратном метре делается одна скважина диаметром 60—70 мм и глубиной, несколько меньшей глубины промерзания. Бурение необходимого количества скважин на указанной площади с помощью буровых установок может быть выполнено за 2—3 смены. Взрывные работы, как правило, производятся специализированными организациями. С эксплуатационной точки зрения опасность взрывных работ заключается в возможности попадания взрывчатого вещества вместе с углом на тракт топливоподачи и далее в размольное оборудование.