Хранение угля и торфа на ТЭС - Методы защиты угля от атмосферного кислорода

5.3.  МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИЗОЛЯЦИИ УГЛЯ ОТ АТМОСФЕРНОГО КИСЛОРОДА
В связи с повышением в общем балансе добычи и использования мелких углей широкое распространение получают способы защиты, основанные на изоляции топлива от атмосферного кислорода. Эти способы принимают весьма разнообразные формы, например хранение топлива в герметизированных бункерах; в штабелях с поверхностной герметизацией мелочью, глиной, битумами и композициями на их основе; в специальных бассейнах под слоем воды.

Хранение в герметизированных штабелях.

Принцип поверхностной герметизации заключается в том, что штабель покрывают слоем материала, препятствующего проникновению атмосферного кислорода в межкусковое пространство. Таким образом можно полностью изолировать топливо от атмосферного кислорода, а следовательно, свести его окисление до минимума, полностью исключить механическое распыление хранимого топлива, предупредить его увлажнение и размывание атмосферными осадками.
В 30-х годах поверхности штабелей герметизировались глинами и различными композициями на их основе. Этот способ долгое время рекомендовался как один из наиболее надежных способов защиты самовозгорающихся топлив [25]. В 50-х годах большая работа по герметизации угольных штабелей с помощью битумов и различных композиций на их основе была проведена Центральным научно-исследовательским институтом Министерства путей сообщения (ЦНИИМПС). По данным института [38] весьма эффективны чисто битумные покрытия: они полностью защищают уголь от воздействия атмосферных осадков и вполне устойчивы против ливневых дождей. Хорошие результаты были получены и при использовании холодных битумных паст и битумных эмульсий. Однако наряду с высокой защитной эффективностью этих покрытий авторы указывают на исключительную трудоемкость нанесения покрытия, так как все примененные материалы обладали очень высокой вязкостью, затрудняющей работу распылителей. В борьбе с самовозгоранием углей предложено много реагентов и покрытий в горной промышленности [39]. В работе [39] рассмотрены и водные растворы, и суспензии, имеющие малую вязкость, которые применялись для защиты угольных пластов.
Герметизация крупного угольного штабеля ледяным покровом толщиной до 300 мм в сочетании с закладкой штабеля на ледяное основание была проведена на Кизеловской ГРЭС [25]. Естественно, что этот способ герметизации недолговечен и имеет весьма ограниченную область применения, так как для существования защитного покрытия требуются устойчивые отрицательные температуры.

В последние годы проведены работы по герметизации штабелей твердеющими пенами, приготавливаемыми на основе полимерных материалов.
Все до сих пор проведенные работы убедительно показывают, что получение на поверхности штабеля надежно герметизирующего покрова связано с большими техническими трудностями. Основная трудность практического использования защиты с помощью герметизации заключается в том, что метод дает положительный результат только при абсолютной герметичности покрытия. Если это условие не обеспечивается в процессе нанесения защитного покрова или происходит нарушение его целостности в процессе хранения, эффективность защиты быстро падает и защитный покров не только перестает защищать топливо от воздействия кислорода, а, напротив, начинает способствовать его самонагреванию и самовозгоранию.

Хранение угля в сухих ямах.

В земле выкапывают глубокие траншеи, стенки их укрепляют досками или железобетонными плитами, затем траншеи засыпают углем, закрывают досками и засыпают землей. Уголь в таких ямах в значительной степени изолируется от воздействия на него атмосферного кислорода, влаги, а также резких колебаний температуры. Траншейное хранение впервые было внедрено на рудничных складах Подмосковного бассейна [40]. Несмотря на некоторые преимущества, метод не получил широкого распространения. Однако траншейный, или кагатный, метод хранения заслуживает внимания и хорошо себя зарекомендовал при хранении нестойких углей в условиях Средней Азии [41]. В табл. 5.3 приведены габаритные размеры ям с естественным грунтом для траншейного хранения. Ямы большой вместимости рекомендуется сооружать с бетонным покрытием и глубиной до 3 м.
Траншейный способ хранения угля является трудоемким, так как требует сооружения специальных ям или траншей и создания на поверхности заглубленного штабеля довольно мощного грунтового покрытия, которое при вскрытии штабеля необходимо осторожно снимать. Однако увеличение вместимости складов топлива на электростанциях за счет углубления площадок под штабелями до нескольких метров может быть осуществлено подобно тому, как это выполнено на одной из электростанций Минэнерго и рекомендуется также в работе [16].

Хранение угля под водой.

Оригинальной и, по-видимому, довольно надежной защитой хранимого угля от атмосферного кислорода является хранение его под водой. В России в 1908—1910 гг. проводились опыты по хранению таким способом донецких углей [14], которые дали положительный результат. Известно, что на нескольких зарубежных электростанциях хранение угля под водой было осуществлено в промышленных масштабах па складах небольшой вместимости. Для подводного хранения необходимы специальные бассейны большой вместимости, строительство которых требует больших капиталовложений. Кроме того, при таком хранении увеличивается влажность топлива, возможно его смерзание при отрицательных температурах, возникают трудности транспортировки сильно влажного топлива и т. д. Поэтому метод не получил заметного распространения. Однако подводное хранение со временем может стать технически и экономически оправданным и получить широкое распространение в связи с намечающейся в энергетике тенденцией к переводу транспортировки топлива по гидравлическим системам и сжигания его в виде водной суспензии. При этом уголь от поставщика к потребителю будет поступать в виде гидропульпы по трубам или специальным каналам и разделяться в специальных отстойниках, которые одновременно будут играть роль резервных или расходных складов.

Таблица 5.3. Рекомендуемые размеры ям, м, с естественным грунтом для траншейного хранения угля

Хранение угля в уплотненном слое.

Из способов защиты, основанных на изоляции топлива от окружающей атмосферы, в энергетике получил широкое распространение способ послойной укатки угольной шихты в процессе закладки ее в штабель.
При правильной подготовке угля к закладке и тщательном проведении последней можно ограничить проникновение атмосферного кислорода в штабель. Кислород проникает в поверхностный слой уплотненных крупных угольных штабелей на глубину от 1 до 2 м и только в единичных случаях — на большую глубину. В бескислородной зоне, которая в больших штабелях достигает 70—80% общего объема штабеля, топливо вообще недоступно для кислорода, и здесь оно почти не претерпевает изменений. Практически во всех промышленных штабелях в процессе закладки образуются каналы миграции кислорода в глубь штабеля, что ведет к увеличению объема зоны кислородного влияния, интенсификации окисления хранимого топлива и образованию скрытых очагов самовозгорания. Особенно часто зоны интенсивного окисления топлива образуются в области нижней границы зоны кислородного влияния и в пределах скопления крупных кусков угля на откосах. Таким образом, основным условием, предупреждающим обесценивание и самовозгорание угля в уплотненных штабелях, является их структурная однородность и достаточно высокая плотность. Чем компактней и больше уплотненный штабель, тем меньшему обесцениванию подвергается в нем хранимое топливо.
Крупные штабели, закладываемые с послойным уплотнением, в настоящее время являются единственным практически приемлемым способом хранения больших запасов угля на складах тепловых электростанций.