電廠——煤堆測溫系統/煤堆溫度在線監測/煤堆防自燃測溫

一、項目必要性及背景

煤場管理中，自熱、自燃現象普遍存在，煤堆自熱、自燃不僅浪費能源增加發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，其中煤堆發熱自燃現象越來越嚴重，傳統的人工煤溫巡檢和“燒舊存新”制度越來越不適應當前煤場現狀，無法有效遏制煤堆發熱自燃現象。

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。

根據以上煤堆自燃的原理和儲煤堆發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，雖然發生氧化反應，但是散熱條件好，熱量難以積累，所以自燃發生率低。

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，根據現場經驗，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，煤堆自燃還表現出非常明顯的局部區域突發性特點，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，如此循環，熱點的區域體積不斷擴大，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，再把煤堆翻開后發現無論是氧化層、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現熱點，在熱點剛剛出現，感染的體積還比較小的時候，發現熱點，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。

某發電有限責任公司煤場管理中的節能降耗空間

某電廠通常存煤30萬噸，煤質揮發份較高，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，其實有的煤發熱升溫的速度更快些，有的煤發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，煤場環境惡劣，有斗輪機等大型設備作業，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，煤堆自燃的發源點主要發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域），因為緊鄰空氣，煤的散熱量大于發熱量，所以煤自熱初期所發出的熱量，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域），因為氧氣供應量太少，無法為煤發熱提供足夠的氧氣，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域），這個區域的供氧量滿足煤發熱自燃的需要，并且散熱量不足以把煤發出的熱量及時發散到空氣中，熱量不斷積累，煤溫不斷加速升高，終導致嚴重的自燃，在該區域自燃后，大量的熱量不斷向煤堆中心和煤堆表面傳遞（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，并不是表皮首先發熱自燃，而是表面以內1米至4米區域經過一段時間的自燃，終把熱量傳遞出來，形成的結果。所以觀察表面發熱自燃只是治標，觀察表面以內1米至4米區域發熱自燃才是治本。

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

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域，該區域具有基本相同的供養氧件和散熱條件，所以更容易具有相似的煤的發熱情況，所以測量其中一點往往具有較強的代表性。考慮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，發現煤的發熱現象就越早，但是測量設備的購置和維護成本就越高；反之，測點太稀疏，等到發現自燃現象就太晚了，自燃感染的區域就太大了。綜合考慮，既不能讓自燃的感染區域太大，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，也會發現該煤場*的發熱自燃現象，可以根據這些現象有針對性的布置測溫點。

五、合理全面的溫度監控“燒熱存冷”降煤耗

已經實施“數字煤場”管理的電廠，可以把煤溫數據導入到“數字煤場”軟件中，當燃料專工使用數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“數字煤場”的電廠，可以直接使用聯網版本的“煤溫監測軟件”觀看煤堆溫度，合理選擇優先上煤方案。

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

1、及時發現自燃點，減少損失

當某個測點溫度達到50度的時候，軟件會發出高等級的報警，現場必須及時行動，根據測點位置描述，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，繼續監測煤溫。

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，更會感染更大區域的煤堆，造成巨大損失，并且由于感染區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，發熱層以外的存煤發熱量比較小，暫時不計算在內，只計算發熱層內的損耗。據現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。大多數電廠都是在發現煤溫接近或者超過50度的時候才采取降溫措施，而且很多時候，管理員根本不能發現那些溫度已經超過50度的熱點區域，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，所以以上數據*符合目前燃料管理工作的現狀，根據以上數據計算得以下自燃損耗表：

  以上數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%，僅僅計算發熱層的自燃損耗就高達1.15%，再加上發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。

  經過以上科學嚴謹的分析，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測系統，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，該系統達到了盡早發現自燃點的目的，現場及時清除自燃點，阻值自燃面積擴大，減輕了自燃損耗和環境污染。而且，使用單位利用該系統改進了輸煤作業流程，把過去的“燒舊存新”原則發展成為“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，減少廢氣排放。

該表格記錄了煤溫監測系統如何跟蹤測點溫度變化，發現自燃熱點，并及時報警，消除熱點的過程。現場工作人員于20日凌晨零點鐘左右發現軟件報警，現場查看測點位置，在探頭附近發現了自燃點，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！如果沒有該煤溫監測系統，現場操作工幾乎不可能在凌晨到煤堆上測溫，也就不可能及時發現這個自燃隱患，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月份煤溫監測系統就幫助該電廠消除超過10起自燃隱患。

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

六、煤堆溫度在線自動監測系統介紹

根據要求，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。發現煤堆超溫或自燃，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，確保煤場作業人員的人身安全，保證煤場設備的安全穩定運行，減少煤炭的損失，我公司開發一款智能型無線溫度遠程監測系統，較傳統的測溫設計方法，省時省力、可以做到24小時無人監測狀態，精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于各大煤場、電廠等煤堆溫度監測領域，因可靠性和穩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”接收現場各個溫度點的信號，現場每個溫度點都有*的編號與上位機軟件一一對應。整個系統組網可以對大型場地進行高達6千多溫度點的實時集中監測。

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

 “無線發射儀”和“無線接收器”介紹

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

2、無線發射裝置：

內置鋰電池供電，可以實時循環顯示測溫桿內多個測點的溫度，并實時發射出去。無線發射距離長達1000米，也可增加中繼器實現更遠距離的無線傳輸。通過無線ZIGBEE和上位機通訊。可修改不同地址的模塊，由此可以達到多個模塊通過無線方式共同組網的應用。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：根據客戶定制長度與感溫點數
　　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
　　環境溫度：-40~86攝氏度

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

TX-3DL電纜組網，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測監控報警系統在線監控結構圖

TX-3D煤堆溫度遠程監控系統/煤堆測溫儀的詳細資料：

 產品咨詢：北京鴻鷗儀器（bjhoyq）煤堆溫度遠程監控系統/煤堆測溫儀/物聯網煤場測溫

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