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。

内蒙古德明电子科技有限公司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米深度至煤堆斜面以内4米深度范围(即红色虚线至黄色虚线之间的区域),这个区域的供氧量满足煤发热自燃的需要,并且散热量不足以把煤发出的热量及时发散到空气中,热量不断积累,煤温不断加速升高,终导致严重的自燃,在该区域自燃后,大量的热量不断向煤堆中心和煤堆表面传递(即向蓝色虚线和黑色实线方向),终形成我们从煤堆外面看到的冒汽冒烟等现象。所以,当我们观察到煤堆表面某处冒汽冒烟时,并不是表皮首先发热自燃,而是表面以内1米至4米区域经过一段时间的自燃,终把热量传递出来,形成的结果。所以观察表面发热自燃只是治标,观察表面以内1米至4米区域发热自燃才是治本。综合考虑温度监测的有效性和实用性,我们往往选择表面以内2米深度的区域作为监测区域。

2、测点高度的选择

例如200米长度*50米宽度的条形煤堆,在150米长度处的煤堆左侧斜面,斜面高度15米,那么观察从0米到15米高度的这块长条区域,该区域具有基本相同的供养氧件和散热条件,所以更容易具有相似的煤的发热情况,所以测量其中一点往往具有较强的代表性。考虑到无线测温探头在实际操作中的便捷性,和吹风方向通常由煤堆斜面的底部沿着煤堆斜面向上(导致煤堆斜面靠近底部的位置供氧量比较大),我们往往选择从距离地面向上2米的高度,把探头垂直插入煤堆斜面,插入深度在1米到4米之间。

3、测点位置的选择

测点越密集,发现煤的发热现象就越早,但是测量设备的购置和维护成本就越高;反之,测点太稀疏,等到发现自燃现象就太晚了,自燃感染的区域就太大了。综合考虑,既不能让自燃的感染区域太大,也不能使设备的购置和维护成本太高,我们往往选择沿着煤堆斜面,间隔20米的距离,布置一支测温探头。考虑到很多煤场的储煤有不同的来源、批次、煤质等差异,所以也可以采用每个批次插入至少一支探头的策略,该测点就能比较好的反应该批次储煤的发热自燃情况。

4、特殊情况下的布置方法

每个煤场都具有地理、气候、形状、土建结构方面的个性,所以煤场负责人经过长期管理实践,也会发现该煤场特有的发热自燃现象,可以根据这些现象有针对性的布置测温点。

内蒙古德明电子科技有限公司煤堆温度在线自动监测系统介绍

根据要求,煤堆温度超过60℃时高温报警，并应迅速采取降温措施,并进行,温度超过80℃,高搞温报警，并应及时采取降温措施并开堆使用。发现煤堆超温或自燃,必须采取对自燃煤喷水降湿、翻堆喷水等灭火措施。为防止煤堆自燃,确保煤场作业人员的人身安全,保证煤场设备的安全稳定运行,减少煤炭的损失,内蒙古德明电子科技有限公司开发一款智能型无线温度远程监测系统,较传统的测温设计方法,省时省力、可以做到24小时无人监测状态,精度高且不受环境影响、性价比高等优点,目前已广泛应用于各大煤场、堆场等煤堆温度监测领域,因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证。

无线温度探杆

尺寸: 1米-6米

内蒙古德明电子科技有限公司标准测温探杆为2米(3个测温点),如果有特殊需求通常有1米(2个测温点)、2米(3个测温点)、3米-6米(4个测温点)根据客户定制长度、多测温点（18B20扩展）。测温探杆外壳:304不锈钢 温度范围:-55~125度 测温精度:0.2度测温分辨率:0.1度 供电:内置18650电池,可充电，可外挂电池

无线发射距离长达1000米,通过集中器网关直接传输到中央控制室。配置3G、4G、5G模块时不受距离限制，可以通过电信部门网关直接传输到中控室。

采集网关

产品特色

采集网关屏蔽了各通信协议之间的差异。用户无须了解 CAN 通信协议或者更为复杂的TCP/IP 协议，只需参照说明书中对相应寄存器的配置，就可实现不同接口之间的透明传输。在数据传输时，TG900 的各个串口以及 CAN 接口均被分配一个独立的端口号，由串口或CAN 设备接收到的负载数据通过网络接口发送出去；反之，本地主机或者远程主机也可 以通过Internet 远程并行访问各个接口，实现了各接口间的数据透明传输。

协议转换器支持 Modbus TCP 和 Modbus RTU 协议，各个 RS485 串口均可以配置为 Modbus 主站或 Modbus 从站，具备 Modbus 串口服务器的功能。各端口功能可灵活配置，性价比高，使用方便。

产品功能特点

采用嵌入式系统架构设计理念，32位精简指令 ARM 处理器设计，丰富的存储空间。通讯端口均采用全光电隔离设计，同时隔离信号线、电源、地，并具备雷击和浪涌防护。TCP 传输支持虚拟串口和 Socket 编程两种通讯方式 供电电源采用单、双路（可选配）DC24V（DC9V-DC36V）热备冗余设计，亦可采用单、双路 AC220V 供电，保证系统稳定、可靠运行。通信速率快，用户可配置，每一路均有独立的数据指示 LED，CAN 通信速率 10K～1M，

默认 100K；RS232/485 通信速率 300～115200bps，默认值 38400；TCP 通信速率 10Mbps。

操作简单：用户无须了解各种通信协议的技术细节，只需参考手册提供的应用实例，完成

相应寄存器的配置即可以实现连接通信，不需要复杂的编程。运行环境：温度:-25-70℃，湿度:5% - 95% RH，无凝露。通过配置不同的无线或者有线模块实现最大1024只探杆的采集和网络传送。