СЕГРЕГАЦИЯ ТОПЛИВА И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ УПЛОТНЕННЫХ ШТАБЕЛЕЙ
Сегрегацией называют разделение неоднородного сыпучего материала по крупности кусков при его движении, встряхивании или перемешивании. Слово «сегрегация» означает отделение. Это явление наблюдается везде, где движется материал неоднородного гранулометрического состава, например, когда неоднородный сыпучий материал ссыпают в кучу или конус с крутыми откосами: крупные частицы скатываются к основанию конуса, а мелкие — удерживаются на его вершине. Происходит сегрегация и при перевозке угля в железнодорожных вагонах, движении топлива по ленточным конвейерам и т. д., и тем интенсивнее, чем менее однороден гранулометрический состав шихты.
При формировании штабелей в результате сегрегации на отдельных его участках образуются скопления крупных кусков, которые затем засыпаются углем и образуют прослойки, обладающие хорошей газопроницаемостью и плохой теплопроводностью. Они придают структуре штабеля неоднородность, ухудшают теплообмен, усиливают аэрацию и в конечном итоге отрицательно сказываются на условиях хранения топлива. Особенно опасны скопления крупных кусков, имеющие большую протяженность и сообщающиеся с окружающей атмосферой. По этим каналам происходит подсос атмосферного кислорода в глубь штабеля, часто на значительные расстояния. Вследствие образования таких длинных каналов на практике никогда не удается заранее определить место подсоса воздуха к очагам самонагревания и самовозгорания, и приходится при подавлении их укатывать большие площади поверхности штабеля вокруг очага в надежде на случайное уплотнение самого канала миграции или закупорку отверстий, через которые идет подсос кислорода к месту самонагревания.
Рис. 6.1. Схема образования в штабеле скоплений крупных кусков при сталкивании под откос неоднородного топлива.
1 — наращиваемый участок штабеля; 2 — основной штабель с пологими откосами; 3 — неуплотненный слой мелочи; 4 — газопроницаемый слой; 5 — направление движения подсасываемого воздуха; 6 — зона скопления крупных кусков.
Большие скопления продуктов сегрегации часто образуются у нижнего основания промышленного штабеля в результате сталкивания топлива с откоса (рис. 6.1). Эти скопления служат как бы колосниками под штабелем, через которые проникает атмосферный кислород. В местах скопления крупных кусков у подошвы штабеля чаще всего происходит самовозгорание. При закладке штабеля краном-перегружателем наиболее опасные скопления крупных кусков образуются и местах соприкосновения отдельных куч топлива, возникающих в результате разгрузки нескольких грейферов в одну и ту же точку. Интенсивная сегрегация происходит при сбрасывании топлива грейфером на наклонную поверхность откоса штабеля. При этом крупные куски топлива скапливаются у основания штабеля, где и возникают очаги горения.
Кроме описанных выше типичных случаев сегрегации она сопровождает любое движение неоднородного топлива и увеличивается с ростом неоднородности закладываемого топлива, габаритных размеров штабеля и крутизны его откосов, а ее опасность при прочих равных условиях увеличивается с ростом склонности топлива к окислению и самовозгоранию. Борьбу с сегрегацией и вредными ее последствиями можно проводить двумя путями: применением таких способов закладки топлива на хранение, при которых сегрегация исключалась бы или сводилась к минимуму, и закладкой па хранение топлива с однородным гранулометрическим составом.
Первый путь регламентирован действующими правилами и нормами. Основные работы и мероприятия, предписываемые правилами, начиная от ограничения крутизны откосов штабеля и подборки крупных кусков и кончая подавлением очагов самонагревания и самовозгорания, направлены на предупреждение сегрегации или на ликвидацию ее последствий. Например, рекомендуется не сбрасывать топливо с высоты, не насыпать больших куч, не сталкивать топливо с откосов и множество других аналогичных предосторожностей. Большинство этих рекомендаций на практике трудно осуществимо и многие из них не соблюдаются, так как связаны с выполнением таких операций, которые заметно снижают производительность механизмов и создают определенные эксплуатационные неудобства.
Закладка на хранение дробленого топлива практически полностью исключает сегрегацию, резко повышает коэффициент использования складских механизмов и обеспечивает более высокую надежность хранения топлива. Но для использования этого способа подготовки топлива необходимы изменения в принятых схемах топливоподачи, и пока он остается не реализованным даже на складах новейших электростанций. Предварительное дробление топлива не следует рассматривать как дополнительную операцию. Уголь необходимо дробить перед подачей его в размольные устройства, и будет ли дробление произведено до или после хранения — безразлично, но совсем не безразлично по технологии хранения. Хранение дробленого топлива повышает оперативные возможности его использования и, как уже отмечалось, заметно сокращает трудозатраты на создание уплотненных штабелей и снижает складские потери топлива при хранении, обусловленные его окислением и самовозгоранием.
6.3. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К УГЛЮ, ЗАКЛАДЫВАЕМОМУ НА ХРАНЕНИЕ
Угли, предназначаемые для длительного хранения, должны соответствовать ГОСТ, техническим условиям на поставку топлива или нормам, оговоренным в договорах между поставщиком и потребителем. При возможности выбора топлива на длительное хранение следует предпочитать угли лучшего качества и менее склонные к самовозгоранию.
В газоплотных штабелях можно хранить все угли, независимо от склонности их к самовозгоранию, но объем профилактических работ при этом выполняется в соответствии с группой устойчивости. Угли I группы устойчивости могут закладываться в штабель при любом гранулометрическом составе шихты, без послойного уплотнения, но при обязательном уплотнении поверхности оформленного штабеля. При закладке углей III и IV групп устойчивости на длительное хранение требуются обязательное послойное уплотнение, принятие мер по исключению сегрегации и самая тщательная укатка поверхности штабеля. Надежнее всего угли, склонные к окислению и самовозгоранию, перед закладкой в штабели дробить до максимального размера кусков 20—40 мм.
При хранении шихты, состоящей из углей, относящихся к различным группам устойчивости, необходимо соблюдать правила закладки, соответствующие наиболее активной составляющей смеси, независимо от содержания ее в шихте. Наименее устойчивая составляющая определяет также допустимые сроки хранения смеси, объем профилактических работ и эксплуатационного надзора.
Закладка на длительное хранение окисленных углей нежелательна, так как они обладают высокой влагоемкостью, легко увлажняются, а при отрицательных температурах смерзаются. Однако на многих электростанциях сжигаются только окисленные угли, а поэтому их хранение становится неизбежной необходимостью.
Угли, засоренные щепой, опилками, торфом и другими посторонними горючими материалами, легче самовозгораются и образуют очаги самовозгорания, более активно развивающиеся и труднее подавляемые, чем очаги возгорания чистых углей. Поэтому не допускается отправка на склад засоренных углей.
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ЗАКЛАДКЕ УПЛОТНЕННЫХ УГОЛЬНЫХ ШТАБЕЛЕЙ
Рациональная организация складских работ во многом определяет сохранность топлива и затраты труда, связанные с размещением топлива на складе и возвратом его со склада.
Форма и ориентация штабеля.
Идеальной по проникновению атмосферного кислорода формой штабелей является полусфера, обладающая наименьшей удельной поверхностью. На топливных складах электростанций чаще всего создают штабели в форме усеченной пирамиды с основанием в виде вытянутого прямоугольника. Эта форма существенно отличается от идеальной, но она значительно лучше вписывается в генеральный план территории и легче привязывается к главному корпусу и механизмам топливоподачи.
Ориентировать удлиненные штабели целесообразно параллельно направлению господствующего ветра, что заметно сокращает в штабелях объем зоны кислородного влияния.
Размеры уплотненных штабелей, независимо от склонности хранимого топлива к окислению и самовозгоранию, не ограничиваются. Они определяются только размерами площадки и возможностями погрузочно-разгрузочных механизмов. Верхнее основание штабеля выполняют слегка выпуклым, что облегчает сток воды при обильных атмосферных осадках. Создание организованного стока ливневых вод с верхнего основания штабеля обычно приводит к размыванию откосов. Угол наклона боковых откосов штабеля определяется способом обработки его поверхности. При укатке поверхности откосов гусеницами тракторов угол наклона откоса не должен превышать 30—35°, а при укатке катком он может быть увеличен до 40—45°, но не превышать угла естественного откоса, характерного для данной марки и сорта угля в сухом состоянии. При создании более крутых откосов из влажного угля последний, подсыхая, скатывается к основанию откоса, образуя осыпи, весьма склонные к самовозгоранию.
Подготовка складской площадки к приему топлива.
Площадку, предназначаемую для закладки нового топлива, необходимо тщательно очистить от остатков старого топлива, очаговых остатков, мусора и посторонних предметов. В случае неисправности площадки ее ремонтируют. Площадки с мягким покрытием подвергают планировке и тщательно укатывают. Отремонтированную и спланированную площадку нивелируют и измеряют геодезические отметки будущего подштабельного основания. Последнюю операцию следует проводить каждый раз при обнажении подштабельного основания и независимо от размера площадки, подготавливаемой к приему топлива. Своевременная фиксация геодезических отметок основания предупреждает осложнения, связанные с последующим учетом количества топлива как хранимого на складе, так и описываемого на производство.
Закладку топлива на подготовленное подштабельное основание начинают с создания на нем слоя топлива толщиной около 0,5 м. Эта подушка защищает подштабельное основание от разрушения складскими механизмами.
Распределение топлива по территории склада.
Сравнительно недавно на электростанциях придерживались довольно четкого разграничения между расходным и резервным складами. В стремлении к максимально полному использованию складских площадей и увеличению оборота топлива границы между складами постепенно стерлись, и весь склад фактически превратился в один штабель, который одновременно является и резервным, и расходным. Но даже и в одном штабеле необходимо выделять определенные площади для хранения оперативного запаса топлива, чтобы предельно сократить площадь, на которой топливо находится в движении и наиболее подвержено воздействию атмосферного кислорода.
Расходный склад должен непосредственно примыкать к приемным устройствам топливоподачи. При наличии разгрузочных сараев с промежуточными бункерами, приемных траншей для крана-перегружателя и других промежуточных емкостей, связанных с топливоподачей, расходный склад целесообразно организовывать в пределах этих устройств. Вся остальная часть склада, в том числе и наиболее удаленная от приемных устройств топливоподачи, предоставляется для хранения резервного топлива. В пределах резервной части склада ведутся только те работы, которые связаны с закладкой топлива на длительное хранение или его выдачей. На расходной части склада ведутся оперативные работы, связанные с повседневной приемкой топлива на склад и выдачей его со склада из фонда оперативного или долгосрочного резерва.
Закладка угля в фонд долгосрочного резерва при наличии одного штабеля начинается с торца, наиболее удаленного от основных приемных устройств топливоподачи. Заполнение постоянного торца ведется до полной высоты штабеля с уклоном в сторону расходной части, допускающим выход на верхнее основание всех самоходных механизмов, имеющихся в распоряжении склада. Как только в какой-либо части склада будет достигнута полная высота штабеля, немедленно приступают к окончательной обработке его поверхности и откосов.
Заполнение склада от дальнего торца штабеля в направлении приемных устройств топливоподачи имеет ряд преимуществ перед системой наращивания штабеля в направлении от топливоподачи к постоянному торцу штабеля. Одно из них — значительно меньшая вероятность сегрегации топлива и образования на подштабельном основании скоплений крупных кусков, резко усиливающих аэрацию штабеля и являющихся местом образования очагов самовозгорания.
При закладке топлива на неполностью освобожденный склад старый уголь подбирают, подталкивают к сохранившейся части штабеля, которой придают правильную форму, сглаживают крутые откосы, удаляют осыпи и скопления крупных кусков. Эти работы проводятся с таким расчетом, чтобы старый уголь можно было отправить на сжигание в любое время. Всю поверхность остатков старого топлива дополнительно уплотняют и далее продолжают наращивать штабель свежим топливом по обычной схеме. При этом обращают внимание на то, чтобы на стыке новой и старой закладки не образовались скопления крупных кусков топлива.
Порядок формирования штабеля.
Топливо в штабель можно закладывать в один или два этапа. При формировании штабеля в два этапа сначала создают штабель с пологими откосами, допускающими укатку их гусеницами бульдозеров, а второе заполнение проводят поверх первого только в случае необходимости размещения дополнительного количества топлива.
Закладку штабеля с пологими откосами начинают с укладки первого слоя непосредственно на подштабельное основание, его планировки и уплотнения. Второй слой топлива кладут поверх первого, также планируют и уплотняют, но одновременно с этим начинают формировать откосы, которым придают уклоны, допускающие сквозным проходом бульдозера одновременно планировать и укатывать всю поверхность штабеля. Так продолжают наращивать высоту штабеля и формировать его откосы до тех пор, пока высота штабеля не достигнет желаемой или крутизна откосов не станет равной 30°. В результате завершения первого этапа закладки образуется хорошо оформленный штабель, с пологими откосами и равномерно уплотненным слоем топлива. Однако вместимость штабелей с пологими откосами существенно меньше, чем с крутыми. Поэтому закладка штабеля с пологими откосами может быть целесообразна только при наличии достаточной складской площади и отсутствии поступлений топлива объемом, большим имеющейся вместимости склада.
На втором этапе создается штабель с крутыми откосами, вместимость которого, по сравнению со штабелем с пологими откосами, может быть увеличена почти в 2 раза. Дополнительное топливо кладут сверх штабеля с пологими откосами главным образом по периферии, увеличивая крутизну откосов и частично высоту штабеля.
При формировании штабеля в один прием топливо, как и в предыдущем случае, закладывают послойно, планируя или укатывая поверхность каждого слоя, но с той разницей, что уже при закладке первых слоев начинают создавать крутые откосы, не обрабатываемые в процессе всего наращивания штабеля. Поскольку движение бульдозера вдоль кромки крутого откоса при некоторой высоте штабеля становится опасным, поверхность, прилегающую к кромке откоса, уплотняют возвратно-поступательным движением бульдозера в направлении, перпендикулярном кромке. При таком способе уплотнения подслой откоса приобретает высокую плотность и достаточную прочность, что обеспечивает устойчивость и самого откоса. Сравнительно тонкий слой топлива, остающийся на поверхности откоса неуплотненным, при наличии хорошо уплотненного подслоя не представляет опасности по самовозгоранию топлива, и его можно дополнительно не уплотнять. При уплотнении кромки штабеля неизбежно происходит скатывание части крупных кусков топлива к основанию штабеля, где они образуют скопления, склонные к самовозгоранию. Эти скопления удаляют, а на их место закладывают свежее топливо и тщательно его уплотняют.
Закладка штабелей с крутыми откосами является вынужденной и вызвана несоответствием между вместимостью склада и создаваемыми резервами топлива. Крутые откосы усложняют оформление штабеля, повышают опасность работы на нем и приносят много забот, связанных с естественным разрушением откосов и подавлением очагов самовозгорания, которые постоянно возникают у нижней их кромки.
