筒仓火灾不仅具有潜在的破坏性，而且还会产生高成本影响。它们可能导致储存材料的完全损失，并产生连锁反应，导致工厂延长生产损失。为了减轻生物质储存火灾带来的风险，空气产品公司开发了有效的解决方案，其中包括氮惰化。
对于碳中和的可再生发电发电厂，生物质是一种受欢迎的燃料。全球最大的致密生物质出口国是美国，主要向欧盟出口。非常大的筒仓存放着这些出口前生产的木质颗粒，这使它们面临独特的操作和消防安全危险。
筒仓火灾的可能性是木屑储存的最大问题之一。通常情况下，此类火灾会在筒仓中心深处点燃，直到筒仓内的大部分生物质被火焰吞没后才容易被探测到。不幸的是，一旦火灾开始，大多数控制筒仓火灾和拯救结构的尝试都是徒劳的。
检测和预防筒仓火灾的方法
通常，生物和化学活动产生的可燃气体，如甲烷和一氧化碳(CO)，是生物质火灾的主要原因。当这些气体的浓度增加并在空气中点燃时，就会产生热量。随着温度的升高，这种化学氧化进一步增加，因为快速生成的可燃气体将即将发生的和阴燃的火焰扩散到筒仓内部。这些可燃气体在生物质孔隙率和进入筒仓的空气的影响下，缓慢上升到顶空，随后在筒仓顶部形成爆炸性气氛。消防人员不能从顶部扑灭筒仓火灾，因为可能会暴露在高浓度一氧化碳和爆炸性混合气体中。
通常，用于检测存储容器中正在发生的火灾的方法是监测顶空中可燃气体的浓度。考虑到上述可燃气体通过生物质缓慢上升的情况，这种方法在生物质筒仓火灾的情况下可能不那么有效。可能需要几天时间才能在顶空检测到浓度上升，这取决于筒仓中生物量的高度。当这种情况发生时，化学和生物氧化将不可避免地扩散到筒仓内部，覆盖更大的区域。1.
从筒仓顶部喷洒泡沫或水是解决筒仓火灾的一种方法——尽管这并非没有危险。这种方法具有潜在的风险，由于可燃气体积聚在顶空。水的使用导致生物质膨胀和桥接，这可能导致筒仓坍塌，而不能有效地扑灭内部的火。
用氮预防和抑制筒仓火灾
向筒仓中注入氮气等惰性气体已被证明是对抗筒仓火灾的一种极其有效的方法。这种方法的困难在于大量氮的位置和可获得性，这些氮并不总是在手边或附近。虽然大量的氮气可以从附近的生产工厂用油罐车运送，但向筒仓注入氮气需要一定的基础设施。该基础设施包括管道、注入点位置和方向，这些都需要内置到筒仓本身。
氮气输送的困难包括它的持续时间(足够的氮气输送往往需要几天)以及它的效率:根据筒仓的大小和火灾强度，现场扑灭一场火灾可能需要数周到数月的时间。这些筒仓火灾可能是毁灭性的和昂贵的，影响储存材料的数量，并可能导致工厂遭受长期的生产损失。
一旦筒仓火灾开始，扑灭筒仓火灾将面临多重挑战，因此采取的首选措施是预防性方法，如用干氮主动惰性化储存筒仓。持续惰性氮气吹扫将减少阴燃颗粒的迁移，同时采取其他措施。随着氮气置换降低储存区域的氧气浓度，引发火灾所需的能量显著增加。此外，低于生物质的极限氧浓度时，燃烧无法持续，从而保护筒仓及其内含物。渗透方法还可包括在填充和排空步骤中使用惰性气体进行吹扫。
生物质表面的水分也可以通过干燥的氮气来减少。这有助于抑制生物活性，同时冷却生物质，以降低化学氧化率。通过向筒仓内连续吹扫干燥氮气，可以降低氧气浓度，从而降低顶空形成爆炸性气体的风险。
生物质储存用氮惰化系统的设计
在接收设施(即发电厂)和生物质能生产设施中，物料在运输前储存在筒仓中，建议采取主动惰化。利用筒仓内气体流动的计算模型，可以设计出成本效益高的筒仓惰化过程，这需要安装无塞子氮气注入喷嘴。为了确保氮气的均匀分散和最佳的氮气使用，设计必须包含理想的气体喷射喷嘴数量和位置。
为了模拟筒仓内可燃气体的空间分布和生成，可以使用标准或特定材料的反应模型，计算流体动力学(CFD)。如果喷嘴的设计和布置效率低下，可能会导致筒仓中存在高浓度氧气和可燃气体，从而造成不安全的环境。
在瞬态条件下，CFD还可以用来创建氧气和可燃气体浓度分布，例如，在启动或氮气注入激增期间。对于特定筒仓中的稳态操作也是如此。惰性系统可以设计成这样一种方式:控制筒仓中可燃气体的最大浓度，筒仓中氧气的最大浓度，或者两者兼而有之。
在发生火灾时注入大量氮气的能力也可以加入到设计中，以及这种预防方法。为了满足稳定的惰化要求，可以指定现场氮气储存或发电设备，以及指定在紧急事件期间实现喘振能力。app亚博体育
下面是为生物质发电厂和生物质生产和储存设施的生物质筒仓设计的防火和灭火系统的例子。有一次，一家燃煤发电站决定将其主要燃料改为木材。为了安全存储生物质，设计了氮气注入和输送系统，以防止甲烷和其他可燃气体的积聚(从而最大限度地降低筒仓火灾的风险)。
根据筒仓的特定几何形状，进行了大量CFD模拟，以降低甲烷浓度，并优化筒仓内的喷嘴位置，所有这些都是为了保证最具成本效益的气体分布(见图1)。增加了氮气输送系统(与气体和热传感器相连的氮气流量控制装置)，以及专有的注入喷嘴(旨在缓解灰尘颗粒堵塞)。yabo214
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图1所示。这张图展示了如何通过计算模型模拟甲烷等挥发性气体的形成及其浓度分布。在两种不同的操作条件下，连续的氮气惰化筒仓内的甲烷分布如图所示。
另一个例子详细描述了发生筒仓火灾的存储设施。这场大火随后造成了数月的闷烧木屑颗粒，并最终导致筒仓坍塌。在重建设施时，这些筒仓被设计成在填充木屑颗粒时用低于极限氧浓度的氮气惰性，以防止和减轻进一步可能发生的火灾。
评价氮喷射系统设计,以及验证喷嘴的数量和位置,CFD研究使用(参见图2)。瞬态模拟进行展示,不仅惰性气氛的传播,而且所需的时间消除氧气从筒仓几何在给定的流量。然后，运营团队能够微调其运营策略，并验证他们的设计。此外，该团队还能够保证现场有足够的氮气，以在任何给定时间降低筒仓中的氧气浓度。
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图2。为了设计高效的惰性气体输送系统，可以使用计算模型。氮气以固定的流量注入筒仓，形成如图所示的瞬态氧分布。
上述实例说明了灭火和惰化生物质筒仓存在的大量解决方案。可以将这些规范设计和工程化到储存项目中，这可以包括对现有火灾缓解方法的咨询、使用模拟验证设计的CFD研究，以及添加特定流量控制系统或无塞喷嘴和氮气供应。鉴于生物质筒仓中存在巨大的火灾风险，必须实施针对特定操作进行优化的灭火系统，以确保安全和有利可图的操作。
参考文献和进一步阅读
- Persson, H.，“筒仓火灾:灭火和预防和准备措施”，瑞典民事应急机构(MSB)(2013年7月)。
该信息已从Air Products PLC提供的材料中获取、审查和改编。亚博网站下载
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