煤场温度监测煤堆测温仪煤块自燃监测煤仓自燃监控煤场自动监测

煤场煤堆防自燃自动测温系统

一、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，最终损失是巨大的，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

人工巡检是现场最为通行的作法，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。

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，减少毒气排放。

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。