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煤堆测温系统解决方案

一、应用背景及必要性

1、煤堆自燃的现象

煤堆温度检测必要性

煤堆升温现象和后果

煤炭在堆放过程中，与空气中的氧气发生反应，放出热量。在煤堆的某些特殊位置，煤氧复

合作用放出的热量大于其向外部环境放出的热量，煤的温度就会逐渐升高，最终演化为大幅

度热值损耗乃至自燃。

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。随看堆场掺烧制度的不断推广和

普及,堆场所使用的煤种、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。

2、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:（如上图：A冷却层B氧化层C窒息层）

(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:

窒息息层位于氧化层以下,供氧不充足,无法发生自燃。

堆场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。首先发生自热的位置称为“热点”,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、冷却层还是室息层都开始自燃的原

因。综上所述,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。

二、监测方案

1、煤堆监控方案的主要设计原则是通过有效手段了解整个煤堆内部温度情况。

现状是：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;还有堆场使用红外

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。所以现场明知防自热自燃的重要性,却无可奈何。

我们设计的方案是利用插入式探杆，监测氧化层内的分层温度变化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