关于应用抑尘阻燃剂防治煤自燃的课题研究

昵称GckD1 2017-06-09

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关于应用抑尘阻燃剂防治煤自燃的课题研究

一、煤自燃现状

露天煤场临港地域开阔大风，每天接纳大量来自港口卸船的煤炭，从目前来煤的煤种来看主要为印尼的褐煤。由于煤炭处于滞销淡季，大量来煤较长时间堆放在煤场。煤场周边未设置挡风抑尘网，印尼褐煤热值低、粉尘大、易自燃的特点，港区内煤炭自燃现象较为普遍，周边道路常被煤炭的黑色污染物覆盖。

港区常年刮风，煤自燃产生的大量二氧化硫、二氧化氮等浓烈气味气体会向四周蔓延。造成周边居民的抱怨和投诉，其粉尘污染势必继续引起政府相关部门和周边民众的关注。未雨绸缪，及时采用先进的技术措施，用相对经济高效的方法改进露天煤场的自燃问题，最大限度的抑制煤燃烧排放物和煤尘的污染，是保障企业安全生产、改善企业与政府部门和百姓生活的和谐关系的必要条件。

对于港区的煤炭在集散过程中粉尘与自燃严重的情况，在园区的设计和建造阶段一般采用以下措施应对和抑制粉尘污染。高标准建设的园区采取三重环境保护措施：一是栽植防尘绿化带，绿化带栽种植物包括速生杨，泡桐和松柏等；二是在园区外围建设六米高的挡风墙，减少刮风天气对港区环境的二次污染。三是安装远程全自动喷淋设备，当灰尘起来时，高压水枪和喷淋头喷出的水雾会裹挟着灰尘落到地上，从而避免对大气的污染；此外，园区还要建设大型沉淀池，以便废水二次回收利用，节约资源。通过以上种种措施，将力争实现煤炭经营的“绿色化”。

防风抑尘网等环保措施在规划建设当中，港区内针对煤自燃与粉尘污染采取的措施采用较少。导致港区内污染情况较为普遍，特别是煤自燃现象较为严重，其危害主要包括以下几个方面：

1.安全性问题煤炭自热后，将导致自燃，诱发火灾，引起重大安全事故。

2.污染环境煤炭自燃将产生对人体有害的气体，如CO、CO₂等，并破坏生态环境污染空气，有害气体与煤粉尘传播迅速范围大，有损企业社会形象，易引发企业内部和周围居民的环保和法律纠纷。

3.危害人体健康细微固态颗粒物与飘逸的粉尘对人的身心健康危害极大，尤其小于7μm的呼吸性粉尘，职业矽肺病难以避免。

4.带来经济损失煤炭自热后热值明显下降，煤值变差，造成能源浪费，直接造成经济损失。

5.煤自燃还会带来其他损失。煤炭原料的燃烧、飘逸、流失会危害港口机械、电器设备性能寿命，带来其他方面的经济损失。

因此，提高港口的运营条件和管理水平，减少煤自燃的损失和煤尘污染，更好的实现湄洲湾港区服务于人民和经济建设的初衷，响应国家建设资源节约型、环境友好型社会的号召，加大环保投入、改善环境设施、减少污染势在必行。

二、课题研究的意义

随着我国经济发展的不断深入，环境问题已经成为从中央到地方日益迫切的重要问题，粉尘的污染又首当其冲。我国已经制定了大气环境PM2.5公布时间表。煤炭粉尘污染又位于三个大气质量污染原因的首位，内蒙古作为煤炭资源大省，粉尘的控制问题也迫在眉睫。所以在煤炭物流园内推广使用润湿剂降尘的课题也具有显著的意义。

1.PM2.5的强制公布无疑是内蒙乃至西北地区的严峻挑战，在发展经济的同时注重和改善居民的生活水平和生存环境，这即是我们应尽的义务，也是我们企业的社会责任。所以加快推广润湿剂在物流园内课题研究具有显著的现实意义。

2.控制物流园区的粉尘等于控制了粉尘污染的源头。化学方法抑尘又是最经济、最高效的粉尘治理方式。因此，在粉尘的主要来源的地方采用先进科学的方法无疑是值得尝试推广的课题。

3.煤炭物流园的建设和维护是内蒙煤炭行业的一个重要环节，在煤炭的采、储、运环节发挥了重要的作用。作为减少煤炭污染的重要举措，煤炭物流园理当成为控制粉尘污染的生力军和桥头堡，避免成为污染的罪魁祸首和重灾区。

4.煤炭物流园内的粉尘治理不仅能为煤炭企业减少损失，提高和改善服务水平。对工作人员的身体健康和园区环境的改善也要求我们利用先进的技术措施，也减轻园区对周边环境的污染和损害，为西北煤炭事业做出更多的贡献。

二、煤自燃的成因和危害

一）煤自燃的形成过程

煤是一种固体天然燃料，是由植物在适宜的地质环境中经过漫长的天然煤化作用逐渐转变而成的。煤的自燃主要是由于煤吸附空气中氧的结果。首先是空气中的氧扩散到煤炭表面，被煤表面吸附，煤中碳原子与被吸附的氧起缓慢的氧化——还原反应，生成CO和CO2，同时放出热量，又由于分子的无规则热运动。生成CO和CO2被解吸离开煤炭表面，而新的氧分子又扩散到煤表面，被吸附、氧化，放出热量。如此周而复始，经过长时间的热量积累煤就可能会发生自燃。其化学反应主要有以下：

 C+ O 2 =CO 2 + 409 MJ

2C+ O 2 =2CO + 205 MJ

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+ CO 2=2CO- 162MJ 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+ O 2 =2 CO 2 + 571MJ。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,且氧化速度随温度的升高而加快。褐煤的水分高, 更容易氧化。因为水分蒸发后,留下了很大的可吸附的内表面。褐煤的变质程度很低,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煤时,又增加了煤粒的空隙,使自燃的机会更大。根据煤自燃的形成过程，可以看出影响煤自燃的因素主要有以下几个方面：

1.煤的碳化程度。碳化程度高的煤挥发分和水分含量低，结构紧密不易氧化和自燃。碳化程度低的煤挥发分和水分含量高，结构疏松，易于氧化和自燃。自然界中褐煤的碳化程度最低，自燃能力最强，烟煤中等，无烟煤的碳化程度最高，几乎不能自燃。

2.煤中硫化物的含量。煤炭中都含有一定量的硫化物，遇湿时极易氧化产生热量，使煤堆温度升高煤块膨胀、破碎增大煤的面积和反应温度，加速煤的自燃。煤中硫化物的氧化需要水的参与，所以在一定的范围内湿度越大含硫量越高煤的自燃能力强。

3.颗粒度的大小。煤越细碎与空气接触面积越多，吸附能力越强且不易通风散热自燃能力越强。块煤与空气接触面小，表面吸附氧少散热作用较为明显自燃能力很弱。堆存煤炭时由于粉煤易留在煤堆顶上块煤易集中到煤堆底部，空气从煤堆底部进入，反应积聚的热量不易从顶部散发出去，因此容易引起自燃。

4.煤的岩石化学成分。煤从岩石化学成分上主要可以分为丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。在不同的煤炭中这四种成分的变化很大，由于对氧的吸附能力不同，煤的自燃能力也不一样。低温时由于丝煤具有纤维结构吸附能力很强，所以吸附氧最多。随着温度的升高，表面吸附能力下降，氧化作用加强。高温下镜煤最易氧化。故含丝煤越多并且丝煤和镜煤混在一起的煤最易自燃。通过研究煤自燃的形成过程和影响因素，为把煤自燃的机率降到最低限度要采取有针对性的措施。

三、巴斯夫抑尘阻燃剂的产品特点

1.巴斯夫抑尘阻燃剂产品功能

BASF DS 419是一种水溶性有机高分子浓缩液，能减少物料露天转运与堆放的损耗问题。喷洒在在物料堆的表面能够通过小颗粒粉尘粒子的聚合，凝并，使煤炭粉尘颗粒集聚成团，并有很强的润湿保水性，使水分不容易散失。喷洒在煤堆表面或者与煤混合可起到长时间减少小颗粒粉尘（PM10以下粒径）、抑制自燃的目的。BASF DS 419具有以下特点：

A.能形成非永久性的粘性外壳

B.保护物料堆免受风的侵蚀

c.控制物料堆的粉尘散逸

D.减少煤的氧化和预防物料堆自燃

2. 巴斯夫抑尘阻燃剂的产品特性

DS 419由德国巴斯夫精心研发的先进配方，对煤粉颗粒的凝并聚合能力极强，特别增强水对煤等有机粉末的捕获能力。在物料表面具有良好的机械稳定性及和操作性，极高的粘结强度、并具有良好的弹性。

化学性质：DS 419是非增塑的，三元共聚、高分子聚合物水性分散性乳液。

基本参数：固含量（ISO 1625）：49 - 51%

pH（ISO 976）：6.5– 7.5

粘度(23℃)：约400CPS

密度：1.02g/cm³

平均粒径：125 nm

四、煤场自燃防治的原则

1.源头治理的原则：

煤场内煤的自燃主要是煤炭在存储超过一定的时间（一般为一个月）后产生的，由于港口具备褐煤多、供氧条件好等条件，只有从源头抓起，在煤炭堆场或者装堆阶段采取措施，就能起到针对性治理的效果，如果等煤氧化到一定程度接近或达到燃点的时候，采取任何措施都无济于事。

2.成本经济的原则：

从煤自燃防治的研究和发展现状来看，化学方法具有初始投资少，见效快的特点。德国巴斯夫经过多年的积累研发了高效的抑尘阻燃产品，在煤炭大量出口国印尼设立工厂，专门解决印尼褐煤的粉尘与自燃问题，在印尼的矿区、物流园、港口等都有应用。该产品可以在较短时间内改善和净化周围空气环境，防止煤自燃的产生，具有很好的成本经济性。

五、阻燃剂用于煤自燃防治的添加方法

1. BASF抑尘阻燃剂剂的主要功能

凝并、聚合：阻隔氧分子与煤炭的接触，延缓煤炭的氧化速度，使煤层内温度上升减慢，防止煤自燃。

保湿，维持水分：使煤的含水量相对稳定，在露天环境下不容易因风吹日晒而快速流失。

粘结、表面结壳：全面解决物料露天堆放的风吹雨淋问题，使露天矿、堆场、港口和物流园的煤炭避免风损和扬尘问题。

2.BASF 抑尘阻燃剂剂的优势：

A.DS 419固含量高，运输方便，按比例稀释后即可使用

B.液体为中性，不会腐蚀喷洒机械

C.与煤炭润湿时间短，<10秒，能快速渗入煤层

D.低温下也可保持其对煤炭长久的保护性

E.对煤炭性质如燃烧值等无负面影响

F.降低煤炭吸潮和氧化率，降低自燃趋势