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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

煤场温度监测煤堆测温仪

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发表时间:2022-04-15 22:19

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

存放时间(天)

热值(千卡/千克)

煤堆内部温度(度)

湿度%

灰分%

挥发分%

日均环境气温(度)

日均环境湿度(%)

1

5102.0

28.5

17.3

17.2

36.1

15

50

7

5067.7

32.0

17.0

18.0

35.9

12

48

15

5022.1

36.7

16.6

18.9

35.6

20

45

32

4925.0

46.6

15.6

21.0

35.0

25

37

42

4833.2

48.2

13.4

23.2

31.7

30

30

52

4766.2

49.9

11.8

25.3

29.3

30

28

65

4622.0

52.0

8.4

28.0

24.1

30

25

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。

测点位置

华电安徽某电厂4号条形煤场,煤堆斜面内部2米深度

煤种

印尼进口褐煤

传感器编号

19

日期

时间

测点温度(摄氏度)

2013/1/19

0:00

21.59

2013/1/19

1:00

21.7

2013/1/19

2:00

21.8

2013/1/19

3:00

21.95

2013/1/19

4:00

22.08

2013/1/19

5:00

22.14

2013/1/19

6:00

22.27

2013/1/19

7:00

22.39

2013/1/19

8:00

22.55

2013/1/19

9:00

22.85

2013/1/19

10:00

23.04

2013/1/19

11:00

23.26

2013/1/19

12:00

23.68

2013/1/19

13:00

24.29

2013/1/19

14:00

24.87

2013/1/19

15:00

25.78

2013/1/19

16:00

26.84

2013/1/19

17:00

28.13

2013/1/19

18:00

29.67

2013/1/19

19:00

32.08

2013/1/19

20:00

36.35

2013/1/19

21:00

42.06

2013/1/19

22:00

46.04

2013/1/19

23:00

50.35

2013/1/20

0:00

55.5(此时采取了翻开冷却措施)

2013/1/20

1:00

43.81

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。


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