電廠——煤堆測溫系統(tǒng)/煤堆溫度在線監(jiān)測/煤堆防自燃測溫

推薦關鍵詞：煤堆測溫系統(tǒng)/煤堆測溫儀

一、項目必要性及背景

煤場管理中，自熱、自燃現(xiàn)象普遍存在，煤堆自熱、自燃不僅浪費能源增加發(fā)電成本而且自燃產生的一氧化碳、二氧化硫等有害氣體嚴重的污染環(huán)境。隨著電廠摻燒制度的不斷推廣和普及，電廠所使用的煤種、產地和來源越來越多，燃料管理工作越來越復雜，面臨諸多挑戰(zhàn)，其中煤堆發(fā)熱自燃現(xiàn)象越來越嚴重，傳統(tǒng)的人工煤溫巡檢和“燒舊存新”制度越來越不適應當前煤場現(xiàn)狀，無法有效遏制煤堆發(fā)熱自燃現(xiàn)象。

二、煤堆自燃的原因

煤堆自燃往往需要具備三個主要條件：一是煤質有自燃傾向，二是供氧條件好，三是散熱條件差。各種煤質的自燃能力是不同的，有的很容易自燃，如褐煤、長焰煤等；有的不容易自燃，如貧煤、無煙煤等，另外，煤的含硫份和含水分越高，氧化反應速度越快、放熱越多，煤越易自燃。煤堆發(fā)熱是氧化反應，所以煤堆自燃要求煤堆有一定的孔隙率、通風條件好。煤堆的氧化反應放出熱量，如果散熱條件差，熱量積累會提升煤堆溫度，煤溫度越高氧化反應就越劇烈，兩方面相互影響，使得煤堆自燃過程加速。

根據(jù)以上煤堆自燃的原理和儲煤堆發(fā)生自燃的實際情況看，自然堆積（不壓實）條件下，可以將煤堆分為三層：

1、冷卻層：

冷卻層處于煤堆的表層，約0.5至1.5米厚，該層與空氣接觸充分，雖然發(fā)生氧化反應，但是散熱條件好，熱量難以積累，所以自燃發(fā)生率低。

2、氧化層：

氧化層處于冷卻層以下，約1至4米厚，有一定供氧量，氧化反應發(fā)出的熱量難以散熱，不斷積累升溫，反過來促進氧化反應，容易發(fā)生自燃。

3、窒息層：

窒息層位于氧化層以下，供氧不充足，無法發(fā)生自燃。

電廠往往會把煤堆壓實后儲存，導致孔隙率減小，煤堆氧化層的深度也相應減小，根據(jù)現(xiàn)場經驗，氧化層往往位于表層以下1米至4米深度范圍。從煤場實際情況看，煤堆自燃還表現(xiàn)出非常明顯的局部區(qū)域突發(fā)性特點，原因有很多，比如某位置存在一些煤塊，導致該位置的供氧條件很好；或者某位置的煤在堆放過程中受潮，含水分較多。不管是什么原因，我們把首先發(fā)生自熱的位置稱為“熱點”，如下圖紅色圓圈標示的位置。

熱點相比于煤堆的其它位置，首先滿足了自燃的條件，更早的開始發(fā)熱自燃，自燃一旦開始，煤溫就可以達到230度，此時熱點放熱速度很快，向四周傳導，感染本來還沒有發(fā)熱、還沒有滿足自燃條件的煤堆，促使它們開始升溫，并加速氧化反應，加速進入自燃狀態(tài)，如此循環(huán)，熱點的區(qū)域體積不斷擴大，不僅造成越來越大的損失，也因為體積太大而很難處理。這就是為什么當我們觀察到煤堆表面冒煙，再把煤堆翻開后發(fā)現(xiàn)無論是氧化層、冷卻層還是窒息層都開始自燃的原因。

綜上，我們預防煤堆自燃的關鍵就是盡早發(fā)現(xiàn)熱點，在熱點剛剛出現(xiàn)，感染的體積還比較小的時候，發(fā)現(xiàn)熱點，就采取措施把禍患消滅掉，極大的減小了損耗，而且很容易處理。

三、儲煤的自熱自燃損耗嚴重

當煤堆內部溫度從28.5度升高到36.7度，熱值從5102千卡/千克下降到5022.1千卡/千克，熱值降低了1.57%，到46.6度的時候，熱值降低了3.47%，如果升到52度的時候，熱值降低了9.4%，從我們在電廠煤場的測溫結果知道，煤堆很多區(qū)域的溫度都達到了50度，由此推斷，電廠儲煤的自熱自燃損耗有多么嚴重，也解釋了為什么在采制化工作到位的情況下，入廠煤和入爐煤還有較大的熱值差。

某發(fā)電有限責任公司煤場管理中的節(jié)能降耗空間

某電廠通常存煤30萬噸，煤質揮發(fā)份較高，具有氧化程度較劇烈和升溫速度較快的特點。如果采用簡單的“燒舊存新”原則，那么基本上所有的入廠煤都要經過30天才能入爐，在30天的存煤周期里邊，其實有的煤發(fā)熱升溫的速度更快些，有的煤發(fā)熱升溫的速度更慢些，也就是說有很多“新煤”比“舊煤”溫度更高，卻沒有被優(yōu)先燒掉，哪怕只是相差兩三度，煤耗相差不足1個百分點，但是由于總量巨大，終損失是巨大的，根據(jù)威海電廠的情況，平均下來的入爐煤比入廠煤升溫約5.2度，因自熱產生的煤耗約是0.99%；如果全面監(jiān)測煤溫，采用“燒熱存冷”原則，那么平均下來的入爐煤比入廠煤升溫約3.8度，因自熱產生的煤耗約是0.74%，按照年消耗360萬噸煤計算，年節(jié)省煤耗0.9萬噸，增加經濟效益約500萬元人民幣。

具體計算方法和依據(jù)請見“煤耗計算方法”。

四、通過有效手段了解整個煤堆內部溫度情況

那么怎樣才能有效執(zhí)行“燒熱存冷”制度呢？必須通過有效手段了解整個煤堆內部溫度情況。

目前市場上檢測煤堆自燃的產品的局限性

人工巡檢是現(xiàn)場為通行的作法，但是靠一兩個工人扛2米的溫度計巡邏根本達不到有效測量密度，熱電阻插入煤堆需要幾分鐘才可以測量準確，而且煤場很多地方行走不便，煤場環(huán)境惡劣，有斗輪機等大型設備作業(yè)，安排太多的人測溫也非常不安全;

還有電廠使用紅外溫槍或熱成像設備，該類設備都只能測量表面溫度，煤堆自熱自燃主要從內部開始，所以達不到使用目的，導致選型失敗。所以現(xiàn)場明知預防自熱自燃的重要性，卻無可奈何。

1、測點位置及深度選擇方法

受到供氧量和散熱條件的制約，煤堆自燃的發(fā)源點主要發(fā)生在煤堆側表面以內1米到4米深度范圍內。如圖（煤堆豎剖面）所示，首先觀察從煤堆斜面至以內1米深度范圍（即黑色實線至紅色虛線之間的區(qū)域），因為緊鄰空氣，煤的散熱量大于發(fā)熱量，所以煤自熱初期所發(fā)出的熱量，不能得到有效積累，不能導致溫度明顯升高，所以這個區(qū)域的煤很難自燃；觀察從煤堆斜面以內4米深度至煤堆中心的范圍（即黃色虛線至藍色虛線之間的區(qū)域），因為氧氣供應量太少，無法為煤發(fā)熱提供足夠的氧氣，所以很難自燃；觀察煤堆上表面（即灰色實線），因為通風量遠遠小于煤堆斜面，所以相對于煤堆斜面，它很不易發(fā)生自熱自燃；觀察煤堆下表面（即綠色實線），因為緊貼地面，供氧量不足，而難發(fā)生自燃；后，觀察從煤堆斜面以內1米深度至煤堆斜面以內4米深度范圍（即紅色虛線至黃色虛線之間的區(qū)域），這個區(qū)域的供氧量滿足煤發(fā)熱自燃的需要，并且散熱量不足以把煤發(fā)出的熱量及時發(fā)散到空氣中，熱量不斷積累，煤溫不斷加速升高，終導致嚴重的自燃，在該區(qū)域自燃后，大量的熱量不斷向煤堆中心和煤堆表面?zhèn)鬟f（即向藍色虛線和黑色實線方向），終形成我們從煤堆外面看到的冒汽冒煙等現(xiàn)象。所以，當我們觀察到煤堆表面某處冒汽冒煙時，并不是表皮首先發(fā)熱自燃，而是表面以內1米至4米區(qū)域經過一段時間的自燃，終把熱量傳遞出來，形成的結果。所以觀察表面發(fā)熱自燃只是治標，觀察表面以內1米至4米區(qū)域發(fā)熱自燃才是治本。

綜合考慮溫度監(jiān)測的有效性和實用性，我們往往選擇表面以內2米深度的區(qū)域作為監(jiān)測區(qū)域。

2、測點高度的選擇

例如200米長度*50米寬度的條形煤堆，在150米長度處的煤堆左側斜面，斜面高度15米，那么觀察從0米到15米高度的這塊長條區(qū)域，該區(qū)域具有基本相同的供養(yǎng)氧件和散熱條件，所以更容易具有相似的煤的發(fā)熱情況，所以測量其中一點往往具有較強的代表性?？紤]到無線測溫探頭在實際操作中的便捷性，和吹風方向通常由煤堆斜面的底部沿著煤堆斜面向上（導致煤堆斜面靠近底部的位置供氧量比較大），我們往往選擇從距離地面向上2米的高度，把探頭垂直插入煤堆斜面，插入深度在1米到4米之間。

3、測點位置的選擇

   測點越密集，發(fā)現(xiàn)煤的發(fā)熱現(xiàn)象就越早，但是測量設備的購置和維護成本就越高；反之，測點太稀疏，等到發(fā)現(xiàn)自燃現(xiàn)象就太晚了，自燃感染的區(qū)域就太大了。綜合考慮，既不能讓自燃的感染區(qū)域太大，也不能使設備的購置和維護成本太高，我們往往選擇沿著煤堆斜面，間隔20米的距離，布置一支測溫探頭。

   考慮到很多煤場的儲煤有不同的來源、批次、煤質等差異，所以也可以采用每個批次插入至少一支探頭的策略，該測點就能比較好的反應該批次儲煤的發(fā)熱自燃情況。

4、特殊情況下的布置方法

   每個煤場都具有地理、氣候、形狀、土建結構方面的個性，所以煤場負責人經過長期管理實踐，也會發(fā)現(xiàn)該煤場*的發(fā)熱自燃現(xiàn)象，可以根據(jù)這些現(xiàn)象有針對性的布置測溫點。

五、合理全面的溫度監(jiān)控“燒熱存冷”降煤耗

已經實施“數(shù)字煤場”管理的電廠，可以把煤溫數(shù)據(jù)導入到“數(shù)字煤場”軟件中，當燃料專工使用數(shù)字煤場的配煤功能時，軟件除了提示煤質指標外，還會提示“煤溫”指標，燃料專工可以參考該煤溫指標，選擇合理配煤方案，降低煤耗。

沒有實施“數(shù)字煤場”的電廠，可以直接使用聯(lián)網(wǎng)版本的“煤溫監(jiān)測軟件”觀看煤堆溫度，合理選擇優(yōu)先上煤方案。

總之，當燃料專工可以獲得“煤溫”參數(shù)后，他就可以優(yōu)先使用“燒熱存冷”的原則去優(yōu)化配煤方案，而不是僅僅靠“燒舊存新”的老方法。

1、及時發(fā)現(xiàn)自燃點，減少損失

當某個測點溫度達到50度的時候，軟件會發(fā)出高等級的報警，現(xiàn)場必須及時行動，根據(jù)測點位置描述，在測點附近尋找自燃點，及時把自燃的煤堆翻開、冷卻、再壓實，后再把測溫探頭插入，繼續(xù)監(jiān)測煤溫。

如果不及時處理，煤溫超過50度后進入快速氧化通道，會很快升溫自燃，更會感染更大區(qū)域的煤堆，造成巨大損失，并且由于感染區(qū)域過大而無法有效處理。

2、經濟效益分析

電廠比較常見的儲煤堆大約是200米*50米*10米，我們以1個這樣大小的煤堆計算其自燃損耗。因為煤堆壓實的效果，初期發(fā)熱層主要集中在煤堆表面以下的1米至4米深度范圍內，發(fā)熱層以外的存煤發(fā)熱量比較小，暫時不計算在內，只計算發(fā)熱層內的損耗。據(jù)現(xiàn)場測溫經驗和與多個電廠輸煤專工的調研，我們知道，在儲煤7天后，該發(fā)熱層有30%的煤達到或超過36度，70%的煤達到32度；在儲煤20天后，發(fā)熱層擴大至0.5米至5米深度范圍，其中有30%達到或超過46度，有70%達到36度；在儲煤一個月后，發(fā)熱層擴大至表面至超過6米的深度范圍，有30%的煤溫度接近或達到50度，70%達到46度。大多數(shù)電廠都是在發(fā)現(xiàn)煤溫接近或者超過50度的時候才采取降溫措施，而且很多時候，管理員根本不能發(fā)現(xiàn)那些溫度已經超過50度的熱點區(qū)域，直到看到煤堆開始冒煙氣或者水汽的時候才采取降溫措施，所以以上數(shù)據(jù)*符合目前燃料管理工作的現(xiàn)狀，根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算得以下自燃損耗表：

  以上數(shù)值只計算了自熱層的自燃損耗，自熱層以外還有部分損耗難以統(tǒng)計，沒有計算在內，這樣，我們很容易理解，當存煤周期達到1個月時，電廠很難達到入廠煤和入爐煤的熱值差的考核指標，因為考核指標是1.7%，僅僅計算發(fā)熱層的自燃損耗就高達1.15%，再加上發(fā)熱層以外的自熱損耗、風化、雨淋、采制化誤差等，熱值差很容易超標。

  經過以上科學嚴謹?shù)姆治?，我們看到減小自熱自燃損耗是關系到降低上千萬元成本，和創(chuàng)造上千萬元利潤的大事。

3、應用案例

華電安徽某100萬千瓦的電廠于2012年11月2號安裝并運行了煤堆溫度監(jiān)測系統(tǒng)，如圖所示，按照20米間隔（或其它測點布置圖）把無線測溫探頭插入煤堆，輸煤辦公室集中監(jiān)測所有測點的溫度，當某點溫度達到50度時，軟件報警，輸煤專工采取翻開和壓實的方法及時清除自燃點，避免它擴大面積。經過實際運行，該系統(tǒng)達到了盡早發(fā)現(xiàn)自燃點的目的，現(xiàn)場及時清除自燃點，阻值自燃面積擴大，減輕了自燃損耗和環(huán)境污染。而且，使用單位利用該系統(tǒng)改進了輸煤作業(yè)流程，把過去的“燒舊存新”原則發(fā)展成為“燒熱存冷”原則，大大提高了煤場管理的科學性，提高經濟效益，減少有害氣體排放。

該表格記錄了煤溫監(jiān)測系統(tǒng)如何跟蹤測點溫度變化，發(fā)現(xiàn)自燃熱點，并及時報警，消除熱點的過程。現(xiàn)場工作人員于20日凌晨零點鐘左右發(fā)現(xiàn)軟件報警，現(xiàn)場查看測點位置，在探頭附近發(fā)現(xiàn)了自燃點，并對自燃點采用翻開冷卻措施，消除了自燃事故擴大的隱患！如果沒有該煤溫監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)場操作工幾乎不可能在凌晨到煤堆上測溫，也就不可能及時發(fā)現(xiàn)這個自燃隱患，該自燃點肯定會不斷擴大自燃范圍，造成更大的煤耗損失。僅僅1月份煤溫監(jiān)測系統(tǒng)就幫助該電廠消除超過10起自燃隱患。

該案例還充分說明，自燃的發(fā)生具有很強的不可預測性，即使在冬天的凌晨，環(huán)境溫度不足10攝氏度的條件下還是會發(fā)生自燃現(xiàn)象。而且，很多時候自燃的演變速度超過想象，一旦某個熱點發(fā)生自燃，會很快的向周邊區(qū)域蔓延，使得周邊區(qū)域迅速升溫。這個案例中，測點區(qū)域的煤溫只用了24個小時就從21度上升到55度。

六、煤堆溫度在線自動監(jiān)測系統(tǒng)介紹

根據(jù)要求，煤堆溫度超過60℃時應迅速采取降溫措施，并進行倒堆，溫度超過80℃，應及時采取降溫措施并開堆使用。發(fā)現(xiàn)煤堆超溫或自燃，必須采取對自燃煤噴水降濕、翻堆噴水等滅火措施。為防止煤堆自燃，確保煤場作業(yè)人員的人身安全，保證煤場設備的安全穩(wěn)定運行，減少煤炭的損失，我公司開發(fā)一款智能型無線溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng)，較傳統(tǒng)的測溫設計方法，省時省力、可以做到24小時無人監(jiān)測狀態(tài)，精度高且不受環(huán)境影響、性價比高等優(yōu)點，目前已廣泛應用于各大煤場、電廠等煤堆溫度監(jiān)測領域，因可靠性和穩(wěn)定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

如上圖所示，電腦服務器通過“無線接收器”接收現(xiàn)場各個溫度點的信號，現(xiàn)場每個溫度點都有*的編號與上位機軟件一一對應。整個系統(tǒng)組網(wǎng)可以對大型場地進行高達6千多溫度點的實時集中監(jiān)測。

 4.1：系統(tǒng)描述
　　TX-3D煤堆測溫儀和TX-3DL測溫電纜是整個系統(tǒng)的核心，主要作用是準確采集煤堆內部溫度數(shù)據(jù)，存儲在測溫儀和采集分機內。測溫主機接收數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)。
　　2.2技術指標
　　TX-3D測溫桿尺寸：1米—6米

 “無線發(fā)射儀”和“無線接收器”介紹

1、無線發(fā)射測溫桿：（包括插入式金屬測溫桿和無線發(fā)射裝置，可直接插入煤堆中）。

2、無線發(fā)射裝置：

內置鋰電池供電，可以實時循環(huán)顯示測溫桿內多個測點的溫度，并實時發(fā)射出去。無線發(fā)射距離長達1000米，也可增加中繼器實現(xiàn)更遠距離的無線傳輸。通過無線ZIGBEE和上位機通訊?？尚薷牟煌刂返哪K，由此可以達到多個模塊通過無線方式共同組網(wǎng)的應用。內置看門狗，保證長期可靠運行。

3、金屬測溫桿：

標準測溫桿為2米（3個測溫點），如果有特殊需求通常有1米(2個測溫點)、2米(4個測溫點)、3米(6個測溫點)、4米(8個測溫點)、5米(10個測溫點)、6米(12個測溫點)等其他長度可定制。

TX-3DL測溫電纜：根據(jù)客戶定制長度與感溫點數(shù)
　　TX-3D測溫桿外殼：不銹鋼
　　溫度范圍：-55~125度

測溫精度：0.3度

測溫分辨率：0.1度
　　TX-3D傳輸距離：500米組網(wǎng)GPRS模式傳輸無距離限制

TX-3DL傳輸距離：射頻上傳視距3公里或GPRS模式傳輸無距離限制

TX-3D供電：內置電池

TX-3DL供電：外置硅能電池或220V室電
　　環(huán)境溫度：-40~86攝氏度

　　3、通訊傳輸
　　TX-3D通過射頻組網(wǎng)，GPRS上傳，服務器處理顯示，短信報警

TX-3DL電纜組網(wǎng)，射頻上傳或GPRS上傳，軟件顯示，短信報警
　　特點：
　　省電模式：軟件喚醒，上位機軟件喚醒采集，不采集供電，有效的增加電池和設備使用壽命。

3.1組網(wǎng)技術
　　一個測溫主機可接收256個TX-3D煤堆測溫儀

一個測溫分機可接多根TX-3DL測溫電纜、可測512個感溫探頭

7、露天煤場煤堆防自燃煤倉溫度自動監(jiān)測監(jiān)控報警系統(tǒng)在線監(jiān)控結構圖

TX-3D煤堆溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)/煤堆測溫儀的詳細資料：

 產品咨詢：北京鴻鷗儀器（bjhoyq）煤堆溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)/煤堆測溫儀/物聯(lián)網(wǎng)煤場測溫

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