ГЛАВА ПЯТАЯ
ОБЗОР ПРОМЫШЛЕННЫХ СПОСОБОВ
ХРАНЕНИЯ УГЛЯ
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ, ОСНОВАННЫЕ НА СНИЖЕНИИ ХИМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ХРАНИМОГО ТОПЛИВА
Торможение окисления топлива и его обесценивание могут быть достигнуты путем снижения активности топлива, изоляцией его от атмосферного кислорода и снижением температуры. В технологии хранения угля используют все три возможных пути торможения процесса, а также различные их сочетания.
С давних пор при подборе углей, предназначаемых к длительному хранению, всегда отдавалось предпочтение углям, обладающим пониженной химической активностью, т. е. не склонным к окислению и самовозгоранию. Это резко ограничивало ассортимент углей, пригодных для хранения, и препятствовало широкому промышленному использованию углей, обладающих повышенной активностью и склонностью к самовозгоранию, естественные запасы которых несравненно больше, чем неактивных углей. Современная система снабжения топливом и его использования на промышленных предприятиях и электростанциях требует обеспечения надежного хранения всех углей без исключения. При такой постановке вопроса возникает стремление к созданию способов искусственного снижения активности углей.
Искусственное снижение активности угля как профилактический метод защиты от эндогенных пожаров получило более или менее заметное распространение на угольных шахтах и карьерах, где этим способом предупреждают самовозгорание угля в коренном залегании. Вещества, препятствующие самовозгоранию топлива, называют антипирогенами. В качестве антипирогенов используют различные электролиты и поверхностно-активные вещества. Рекомендуются такие антипирогены-электролиты, как растворы и суспензии гидрата окиси кальция (известь), насыщенный (0,16%) водный раствор бикарбоната кальция, хлористый кальций, аммонийные соли, силикат натрия (растворимое стекло) и др. Для подавления каталитического действия соединений железа, содержащихся в угле, применяют фосфорную кислоту и ее соли. В качестве антипирогенов-неэлектролитов рекомендуют различные поверхностно-активные и маслянистые вещества, в частности эмульсию антраценового масла, маслянистые отходы коксохимического производства, эмульсию мазута и др.
Действие антипирогенов, по-видимому, аналогично действию ингибиторов, обрывающих кинетические цепи при радикально-цепном механизме процесса окисления [35]. Некоторые исследователи представляют механизм действия пленкообразующих антипирогенов как торможение, вызванной тончайшей пленкой, образующейся на поверхности угля и препятствующей непосредственному контактированию угля с атмосферным кислородом. Однако это объяснение вряд ли можно признать состоятельным, поскольку известно, что молекулярный кислород легко диффундирует через пленки из твердых и жидких органических веществ, например из резины, каучука, полиэтилена, хлорвинила и других материалов. Дезактивирующее действие на активные радикалы весьма вероятно, например, для веществ типа антраценового масла и различных отходов коксохимического производства, в которых всегда присутствуют фенолы, амины, серосодержащие органические соединения и другие вещества, обладающие сильным ингибирующим действием.
Защита угля от окисления в промышленных штабелях с помощью ингибиторов проводилась на многих топливных складах в процессе закладки его в штабель [16]. Пр и этом слои угля толщиной по 0,7—1,0 м поливались с поверхности раствором ингибитора, после чего каждый слой тщательно укатывался. После закладки последнего слоя вся поверхность штабеля обрабатывалась ингибитором и производилось окончательное оформление его поверхности. По данным исследователей расход ингибитора составляет около 3% по отношению к массе закладываемого топлива, а скорость окисления обработанного топлива снижается приблизительно в 2—3 раза.
В принципе применение ингибиторов при штабельном хранении угля может быть целесообразным при защите топлива, хранящегося в штабелях со сквозной аэрацией, где скорость окисления определяется химической активностью хранимого топлива. В уплотненных штабелях, где скорость окисления топлива зависит от диффузии кислорода, применение ингибиторов эффективно.
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ШТАБЕЛЯ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
Хранение топлива при пониженных температурах имеет два варианта: при температуре ниже окружающей среды, осуществляемое искусственным охлаждением, и при температуре, близкой к температуре окружающей среды, осуществляемое естественным охлаждением складской единицы. Для охлаждения штабеля можно в него заложить трубы, по которым циркулировала бы охлаждающая вода. Одно время популяризировались укладка штабелей на промерзший грунт, специально намораживаемую ледяную подушку, покрытие штабелей ледяным покровом и различные сочетания этих методов.
Таблица 5.1. Рекомендуемые высоты, м, штабелей для углей с различной склонностью к окислению и самовозгоранию
Практика показала, что хранение угля в штабелях с искусственным охлаждением малоэффективно. Основной причиной неудовлетворительности такой защиты топлива являются трудности, связанные с созданием равномерного и достаточно интенсивного отвода тепла из штабеля. В результате неравномерного отвода тепла в штабеле сначала появляются локальные очаги самонагревания, а затем и очаги самовозгорания, которые распространяются по штабелю независимо от наличия охлаждающих систем. Штабели, заложенные на ледяную подушку, по мере подтаивания последней дают неравномерную усадку, в теле их появляются трещины и каналы миграции кислорода, способствующие самонагреванию и самовозгоранию топлива. С наступлением теплого периода года намороженное защитное покрытие штабеля быстро тает, вода же, образующаяся при таянии ледяного покрова, поглощается топливом и повышает его влажность. В настоящее время искусственно охлаждаемые штабели не закладываются.
Хранение топлива, при котором в штабеле поддерживается температура, близкая к температуре окружающей среды, получило широкое распространение. Охлаждение штабеля здесь достигается путем естественного теплообмена с окружающей средой благодаря свободной циркуляции воздуха по каналам межкускового пространства, теплопроводности по твердой фазе и радиации тепла в окружающую среду. В табл. 5.1 приведены рекомендуемые высоты штабелей, предназначаемых для хранения рядовых энергетических углей.
Основным критерием состояния таких штабелей является температура. При высоте штабеля до 4 м она измеряется на 1/2 высоты штабеля, а при высоте более 4 м — на расстояниях 1/4 общей высоты штабеля от нижнего и верхнего оснований. Измерение температуры рекомендуется проводить один раз в декаду, при текущем контроле, и ежедневно, если температура в штабеле превышает 40°С. Рост температуры внутри штабеля до критических значений указывает на необходимость обновления хранимого топлива.
В табл. 5.2 приведены рекомендуемые сроки хранения энергетических углей в штабелях небольшой емкости.
Таблица 5.2. Рекомендуемые сроки хранения угля, мес, с различной склонностью к окислению и самовозгоранию
При хранении смесей, состоящих из углей различных групп устойчивости, рекомендуется придерживаться сроков хранения, соответствующих наименее устойчивой составляющей смеси, независимо от содержания ее в шихте. В мелких штабелях, сложенных из рядовых углей, уплотнение и самоуплотнение угольного слоя улучшают условия хранения, так как они увеличивают теплопроводность штабеля и таким образом снижают температуру хранимого топлива.
