易燃堆积物温度监控系统/堆积物远程在线监测

推荐关键词：煤堆测温系统/煤堆测温仪

一、易燃堆积物温度监控系统/堆积物远程在线监测 项目必要性及背景

煤场管理中，自热、自燃现象普遍存在，煤堆自热、自燃不仅浪费能源增加发电成本而且自燃产生的一氧化碳、二氧化硫等有害气体严重的污染环境。随着电厂掺烧制度的不断推广和普及，电厂所使用的煤种、产地和来源越来越多，燃料管理工作越来越复杂，面临诸多挑战，其中煤堆发热自燃现象越来越严重，传统的人工煤温巡检和“烧旧存新”制度越来越不适应当前煤场现状，无法有效遏制煤堆发热自燃现象。

二、煤堆自燃的原因

煤堆自燃往往需要具备三个主要条件：一是煤质有自燃倾向，二是供氧条件好，三是散热条件差。各种煤质的自燃能力是不同的，有的很容易自燃，如褐煤、长焰煤等；有的不容易自燃，如贫煤、无烟煤等，另外，煤的含硫份和含水分越高，氧化反应速度越快、放热越多，煤越易自燃。煤堆发热是氧化反应，所以煤堆自燃要求煤堆有一定的孔隙率、通风条件好。煤堆的氧化反应放出热量，如果散热条件差，热量积累会提升煤堆温度，煤温度越高氧化反应就越剧烈，两方面相互影响，使得煤堆自燃过程加速。

根据以上煤堆自燃的原理和储煤堆发生自燃的实际情况看，自然堆积（不压实）条件下，可以将煤堆分为三层：

1、冷却层：

冷却层处于煤堆的表层，约0.5至1.5米厚，该层与空气接触充分，虽然发生氧化反应，但是散热条件好，热量难以积累，所以自燃发生率低。

2、氧化层：

氧化层处于冷却层以下，约1至4米厚，有一定供氧量，氧化反应发出的热量难以散热，不断积累升温，反过来促进氧化反应，容易发生自燃。

3、窒息层：

窒息层位于氧化层以下，供氧不充足，无法发生自燃。

电厂往往会把煤堆压实后储存，导致孔隙率减小，煤堆氧化层的深度也相应减小，根据现场经验，氧化层往往位于表层以下1米至4米深度范围。从煤场实际情况看，煤堆自燃还表现出非常明显的局部区域突发性特点，原因有很多，比如某位置存在一些煤块，导致该位置的供氧条件很好；或者某位置的煤在堆放过程中受潮，含水分较多。不管是什么原因，我们把首先发生自热的位置称为“热点”，如下图红色圆圈标示的位置。

热点相比于煤堆的其它位置，首先满足了自燃的条件，更早的开始发热自燃，自燃一旦开始，煤温就可以达到230度，此时热点放热速度很快，向四周传导，感染本来还没有发热、还没有满足自燃条件的煤堆，促使它们开始升温，并加速氧化反应，加速进入自燃状态，如此循环，热点的区域体积不断扩大，不仅造成越来越大的损失，也因为体积太大而很难处理。这就是为什么当我们观察到煤堆表面冒烟，再把煤堆翻开后发现无论是氧化层、冷却层还是窒息层都开始自燃的原因。

综上，我们预防煤堆自燃的关键就是尽早发现热点，在热点刚刚出现，感染的体积还比较小的时候，发现热点，就采取措施把祸患消灭掉，极大的减小了损耗，而且很容易处理。

三、储煤的自热自燃损耗严重

当煤堆内部温度从28.5度升高到36.7度，热值从5102千卡/千克下降到5022.1千卡/千克，热值降低了1.57%，到46.6度的时候，热值降低了3.47%，如果升到52度的时候，热值降低了9.4%，从我们在电厂煤场的测温结果知道，煤堆很多区域的温度都达到了50度，由此推断，电厂储煤的自热自燃损耗有多么严重，也解释了为什么在采制化工作到位的情况下，入厂煤和入炉煤还有较大的热值差。

某发电有限责任公司煤场管理中的节能降耗空间

某电厂通常存煤30万吨，煤质挥发份较高，具有氧化程度较剧烈和升温速度较快的特点。如果采用简单的“烧旧存新”原则，那么基本上所有的入厂煤都要经过30天才能入炉，在30天的存煤周期里边，其实有的煤发热升温的速度更快些，有的煤发热升温的速度更慢些，也就是说有很多“新煤”比“旧煤”温度更高，却没有被优先烧掉，哪怕只是相差两三度，煤耗相差不足1个百分点，但是由于总量巨大，终损失是巨大的，根据威海电厂的情况，平均下来的入炉煤比入厂煤升温约5.2度，因自热产生的煤耗约是0.99%；如果全面监测煤温，采用“烧热存冷”原则，那么平均下来的入炉煤比入厂煤升温约3.8度，因自热产生的煤耗约是0.74%，按照年消耗360万吨煤计算，年节省煤耗0.9万吨，增加经济效益约500万元人民币。

具体计算方法和依据请见“煤耗计算方法”。

四、通过有效手段了解整个煤堆内部温度情况

那么怎样才能有效执行“烧热存冷”制度呢？必须通过有效手段了解整个煤堆内部温度情况。

目前市场上检测煤堆自燃的产品的局限性

人工巡检是现场为通行的作法，但是靠一两个工人扛2米的温度计巡逻根本达不到有效测量密度，热电阻插入煤堆需要几分钟才可以测量准确，而且煤场很多地方行走不便，煤场环境恶劣，有斗轮机等大型设备作业，安排太多的人测温也非常不安全;

还有电厂使用红外温枪或热成像设备，该类设备都只能测量表面温度，煤堆自热自燃主要从内部开始，所以达不到使用目的，导致选型失败。所以现场明知预防自热自燃的重要性，却无可奈何。

1、测点位置及深度选择方法

受到供氧量和散热条件的制约，煤堆自燃的发源点主要发生在煤堆侧表面以内1米到4米深度范围内。如图（煤堆竖剖面）所示，首先观察从煤堆斜面至以内1米深度范围（即黑色实线至红色虚线之间的区域），因为紧邻空气，煤的散热量大于发热量，所以煤自热初期所发出的热量，不能得到有效积累，不能导致温度明显升高，所以这个区域的煤很难自燃；观察从煤堆斜面以内4米深度至煤堆中心的范围（即黄色虚线至蓝色虚线之间的区域），因为氧气供应量太少，无法为煤发热提供足够的氧气，所以很难自燃；观察煤堆上表面（即灰色实线），因为通风量远远小于煤堆斜面，所以相对于煤堆斜面，它很不易发生自热自燃；观察煤堆下表面（即绿色实线），因为紧贴地面，供氧量不足，而难发生自燃；后，观察从煤堆斜面以内1米深度至煤堆斜面以内4米深度范围（即红色虚线至黄色虚线之间的区域），这个区域的供氧量满足煤发热自燃的需要，并且散热量不足以把煤发出的热量及时发散到空气中，热量不断积累，煤温不断加速升高，终导致严重的自燃，在该区域自燃后，大量的热量不断向煤堆中心和煤堆表面传递（即向蓝色虚线和黑色实线方向），终形成我们从煤堆外面看到的冒汽冒烟等现象。所以，当我们观察到煤堆表面某处冒汽冒烟时，并不是表皮首先发热自燃，而是表面以内1米至4米区域经过一段时间的自燃，终把热量传递出来，形成的结果。所以观察表面发热自燃只是治标，观察表面以内1米至4米区域发热自燃才是治本。

综合考虑温度监测的有效性和实用性，我们往往选择表面以内2米深度的区域作为监测区域。

2、测点高度的选择

例如200米长度*50米宽度的条形煤堆，在150米长度处的煤堆左侧斜面，斜面高度15米，那么观察从0米到15米高度的这块长条区域，该区域具有基本相同的供养氧件和散热条件，所以更容易具有相似的煤的发热情况，所以测量其中一点往往具有较强的代表性。考虑到无线测温探头在实际操作中的便捷性，和吹风方向通常由煤堆斜面的底部沿着煤堆斜面向上（导致煤堆斜面靠近底部的位置供氧量比较大），我们往往选择从距离地面向上2米的高度，把探头垂直插入煤堆斜面，插入深度在1米到4米之间。

3、测点位置的选择

   测点越密集，发现煤的发热现象就越早，但是测量设备的购置和维护成本就越高；反之，测点太稀疏，等到发现自燃现象就太晚了，自燃感染的区域就太大了。综合考虑，既不能让自燃的感染区域太大，也不能使设备的购置和维护成本太高，我们往往选择沿着煤堆斜面，间隔20米的距离，布置一支测温探头。

   考虑到很多煤场的储煤有不同的来源、批次、煤质等差异，所以也可以采用每个批次插入至少一支探头的策略，该测点就能比较好的反应该批次储煤的发热自燃情况。

4、特殊情况下的布置方法

   每个煤场都具有地理、气候、形状、土建结构方面的个性，所以煤场负责人经过长期管理实践，也会发现该煤场*的发热自燃现象，可以根据这些现象有针对性的布置测温点。

五、合理全面的温度监控“烧热存冷”降煤耗

已经实施“数字煤场”管理的电厂，可以把煤温数据导入到“数字煤场”软件中，当燃料专工使用数字煤场的配煤功能时，软件除了提示煤质指标外，还会提示“煤温”指标，燃料专工可以参考该煤温指标，选择合理配煤方案，降低煤耗。

没有实施“数字煤场”的电厂，可以直接使用联网版本的“煤温监测软件”观看煤堆温度，合理选择优先上煤方案。

总之，当燃料专工可以获得“煤温”参数后，他就可以优先使用“烧热存冷”的原则去优化配煤方案，而不是仅仅靠“烧旧存新”的老方法。

1、及时发现自燃点，减少损失

当某个测点温度达到50度的时候，软件会发出高等级的报警，现场必须及时行动，根据测点位置描述，在测点附近寻找自燃点，及时把自燃的煤堆翻开、冷却、再压实，后再把测温探头插入，继续监测煤温。

如果不及时处理，煤温超过50度后进入快速氧化通道，会很快升温自燃，更会感染更大区域的煤堆，造成巨大损失，并且由于感染区域过大而无法有效处理。

2、经济效益分析

电厂比较常见的储煤堆大约是200米*50米*10米，我们以1个这样大小的煤堆计算其自燃损耗。因为煤堆压实的效果，初期发热层主要集中在煤堆表面以下的1米至4米深度范围内，发热层以外的存煤发热量比较小，暂时不计算在内，只计算发热层内的损耗。据现场测温经验和与多个电厂输煤专工的调研，我们知道，在储煤7天后，该发热层有30%的煤达到或超过36度，70%的煤达到32度；在储煤20天后，发热层扩大至0.5米至5米深度范围，其中有30%达到或超过46度，有70%达到36度；在储煤一个月后，发热层扩大至表面至超过6米的深度范围，有30%的煤温度接近或达到50度，70%达到46度。大多数电厂都是在发现煤温接近或者超过50度的时候才采取降温措施，而且很多时候，管理员根本不能发现那些温度已经超过50度的热点区域，直到看到煤堆开始冒烟气或者水汽的时候才采取降温措施，所以以上数据*符合目前燃料管理工作的现状，根据以上数据计算得以下自燃损耗表：

  以上数值只计算了自热层的自燃损耗，自热层以外还有部分损耗难以统计，没有计算在内，这样，我们很容易理解，当存煤周期达到1个月时，电厂很难达到入厂煤和入炉煤的热值差的考核指标，因为考核指标是1.7%，仅仅计算发热层的自燃损耗就高达1.15%，再加上发热层以外的自热损耗、风化、雨淋、采制化误差等，热值差很容易超标。

  经过以上科学严谨的分析，我们看到减小自热自燃损耗是关系到降低上千万元成本，和创造上千万元利润的大事。

3、应用案例

华电安徽某100万千瓦的电厂于2012年11月2号安装并运行了煤堆温度监测系统，如图所示，按照20米间隔（或其它测点布置图）把无线测温探头插入煤堆，输煤办公室集中监测所有测点的温度，当某点温度达到50度时，软件报警，输煤专工采取翻开和压实的方法及时清除自燃点，避免它扩大面积。经过实际运行，该系统达到了尽早发现自燃点的目的，现场及时清除自燃点，阻值自燃面积扩大，减轻了自燃损耗和环境污染。而且，使用单位利用该系统改进了输煤作业流程，把过去的“烧旧存新”原则发展成为“烧热存冷”原则，大大提高了煤场管理的科学性，提高经济效益，减少有害气体排放。

该表格记录了煤温监测系统如何跟踪测点温度变化，发现自燃热点，并及时报警，消除热点的过程。现场工作人员于20日凌晨零点钟左右发现软件报警，现场查看测点位置，在探头附近发现了自燃点，并对自燃点采用翻开冷却措施，消除了自燃事故扩大的隐患！如果没有该煤温监测系统，现场操作工几乎不可能在凌晨到煤堆上测温，也就不可能及时发现这个自燃隐患，该自燃点肯定会不断扩大自燃范围，造成更大的煤耗损失。仅仅1月份煤温监测系统就帮助该电厂消除超过10起自燃隐患。

该案例还充分说明，自燃的发生具有很强的不可预测性，即使在冬天的凌晨，环境温度不足10摄氏度的条件下还是会发生自燃现象。而且，很多时候自燃的演变速度超过想象，一旦某个热点发生自燃，会很快的向周边区域蔓延，使得周边区域迅速升温。这个案例中，测点区域的煤温只用了24个小时就从21度上升到55度。

六、煤堆温度在线自动监测系统介绍

根据要求，煤堆温度超过60℃时应迅速采取降温措施，并进行倒堆，温度超过80℃，应及时采取降温措施并开堆使用。发现煤堆超温或自燃，必须采取对自燃煤喷水降湿、翻堆喷水等灭火措施。为防止煤堆自燃，确保煤场作业人员的人身安全，保证煤场设备的安全稳定运行，减少煤炭的损失，我公司开发一款智能型无线温度远程监测系统，较传统的测温设计方法，省时省力、可以做到24小时无人监测状态，精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于各大煤场、电厂等煤堆温度监测领域，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

如上图所示，电脑服务器通过“无线接收器”接收现场各个温度点的信号，现场每个温度点都有*的编号与上位机软件一一对应。整个系统组网可以对大型场地进行高达6千多温度点的实时集中监测。

 4.1：系统描述
　　TX-3D煤堆测温仪和TX-3DL测温电缆是整个系统的核心，主要作用是准确采集煤堆内部温度数据，存储在测温仪和采集分机内。测温主机接收数据上传数据。
　　2.2技术指标
　　TX-3D测温杆尺寸：1米—6米

 “无线发射仪”和“无线接收器”介绍

1、无线发射测温杆：（包括插入式金属测温杆和无线发射装置，可直接插入煤堆中）。

2、无线发射装置：

内置锂电池供电，可以实时循环显示测温杆内多个测点的温度，并实时发射出去。无线发射距离长达1000米，也可增加中继器实现更远距离的无线传输。通过无线ZIGBEE和上位机通讯。可修改不同地址的模块，由此可以达到多个模块通过无线方式共同组网的应用。内置看门狗，保证长期可靠运行。

3、金属测温杆：

标准测温杆为2米（3个测温点），如果有特殊需求通常有1米(2个测温点)、2米(4个测温点)、3米(6个测温点)、4米(8个测温点)、5米(10个测温点)、6米(12个测温点)等其他长度可定制。

TX-3DL测温电缆：根据客户定制长度与感温点数
　　TX-3D测温杆外壳：不锈钢
　　温度范围：-55~125度

测温精度：0.3度

测温分辨率：0.1度
　　TX-3D传输距离：500米组网GPRS模式传输无距离限制

TX-3DL传输距离：射频上传视距3公里或GPRS模式传输无距离限制

TX-3D供电：内置电池

TX-3DL供电：外置硅能电池或220V室电
　　环境温度：-40~86摄氏度

　　3、通讯传输
　　TX-3D通过射频组网，GPRS上传，服务器处理显示，短信报警

TX-3DL电缆组网，射频上传或GPRS上传，软件显示，短信报警
　　特点：
　　省电模式：软件唤醒，上位机软件唤醒采集，不采集供电，有效的增加电池和设备使用寿命。

3.1组网技术
　　一个测温主机可接收256个TX-3D煤堆测温仪

一个测温分机可接多根TX-3DL测温电缆、可测512个感温探头

7、露天煤场煤堆防自燃煤仓温度自动监测监控报警系统在线监控结构图

TX-3D煤堆温度远程监控系统/煤堆测温仪的详细资料：

 产品咨询：北京鸿鸥仪器（bjhoyq）

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