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    煤場(chǎng)自燃監測系統探討

    時(shí)間:2016-11-08    點(diǎn)擊量:705

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    摘要:分析了煤場(chǎng)自燃的機理,提出了監測煤場(chǎng)的方法和修正過(guò)程。構成了一套監測控制系統,采用各種數據比對說(shuō)明煤場(chǎng)監測的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。解決了煤場(chǎng)自燃無(wú)法控制的問(wèn)題。應用表明系統能準確預先發(fā)現存在自燃的可能點(diǎn),較好的控制了煤場(chǎng)自燃的發(fā)生。在火電廠(chǎng)煤場(chǎng)和各港口煤場(chǎng)都有較大的推廣應用價(jià)值。

    關(guān)鍵詞: 煤場(chǎng);自燃;溫度;紅外熱像儀;控制;報警

    巨大的煤堆在大氣環(huán)境中,會(huì )持續發(fā)生氧化反應,造成熱量集聚并不斷升溫,導致自燃。煤堆一旦發(fā)生自燃,其規模大、發(fā)展快、難以治理,造成下列嚴重后果:1. 燒毀大量的煤炭;2.內部產(chǎn)生明火后難以治理。3.危害電廠(chǎng)的儲煤、輸煤、磨煤等設備的安全運行;4. 自燃釋放的各種有害氣體、煙霧造成嚴重環(huán)境污染。

    應用紅外熱成像儀,建立一個(gè)火電廠(chǎng)煤場(chǎng)煤堆自燃在線(xiàn)監測系統,在煤場(chǎng)煤堆發(fā)生自燃之前,提前發(fā)現其自燃傾向性,發(fā)出預警信號,為及時(shí)消除自燃提供依據,采取相關(guān)的措施,減少或避免自燃現象的發(fā)生。

    1. 煤場(chǎng)自燃分析

    1.1煤場(chǎng)自燃機理

    煤堆的自燃與否主要與以下因素有關(guān):(1)自燃傾向性。 (2)供氧條件。 (3)氧化時(shí)間。(4)儲熱條件。

    此外,煤的粒度、水分、灰分、壓實(shí)程度、環(huán)境溫度、濕度等因素都會(huì )影響煤的自燃。[2]

    1.2自燃的不同發(fā)展時(shí)期

    煤的氧化速度與氧化時(shí)產(chǎn)生的溫度成正比,實(shí)驗表明,煤的氧化速度在30-100℃時(shí)每增高1℃,氧化速度就提高2.2倍。,當煤堆溫度超過(guò)60℃時(shí),加速煤的氧化,煤堆平均溫度就劇烈上升,當煤堆溫度達到100℃時(shí),1-2天即可達到自燃著(zhù)火溫度(煤的著(zhù)火點(diǎn)約在260-350℃左右),煤就開(kāi)始自燃。[1]

     

    表1    禍源溫度與煤堆溫度上升速度關(guān)系

    每天平均溫升(℃)

    溫升持續時(shí)間(天)

    禍源溫度(℃)

    0.27

    74

    60

    1.20

    19

    83

    3.80

    5

    102

    1.3 不同自燃階段的煤層溫度

    煤堆自熱溫度變化較大區域就在表層下4m的范圍內。煤堆自燃易在斜面首先發(fā)生,因為斜面的供氧條件較好。

    未命名.JPG

    文本框: 溫度(℃)

    圖1    煤溫度—深度的關(guān)系曲線(xiàn)

    系列一(藍色)為冒水汽狀態(tài)的煤溫---深度曲線(xiàn)       系列二(粉紅色)為冒煙狀態(tài)的煤溫---深度曲    系列三(黃色)為冒濃煙狀態(tài)的煤溫---深度曲線(xiàn)

    1.4 大氣環(huán)境對自燃的影響

    煤堆的自燃與大氣溫度和大氣壓力也有很大影響,大氣溫度升高,煤堆溫度下降,大氣溫度下降,煤堆溫度上升,煤堆溫度的變化與大氣溫度和氣壓的波動(dòng)相關(guān)。

    2.煤場(chǎng)自燃監測原理

    通過(guò)前面煤堆自燃的機理敘述,我們知道,煤堆的氧化自燃需要數月的時(shí)間。同時(shí),造成表面溫度升高,氧化反應也會(huì )產(chǎn)生一些氣體,如CO、CO2等。

    根據煤自燃過(guò)程的特性,我們可以采取各種測量、測試手段,在煤堆冒汽、冒煙和出現明火之前,監測煤氧化自熱時(shí)產(chǎn)生的標志氣體或溫度變化,這樣就可以及早發(fā)現煤堆自熱、自燃征兆,判斷自熱、自燃狀態(tài),對煤的自燃情況進(jìn)行狀態(tài)監測。

    2.1煤場(chǎng)自燃監測方法

    煤場(chǎng)煤堆溫度的變化直接反映著(zhù)煤的氧化程度。測試煤堆的溫度變化,是發(fā)現煤炭自熱、自燃和尋找自熱點(diǎn)及自燃點(diǎn)的直接、可靠的方法。測試煤堆溫度變化的儀器,主要為以下兩種。溫度傳感器和紅外熱成像儀。

     2.2紅外熱像儀監測煤場(chǎng)自燃的優(yōu)勢

    火電廠(chǎng)的煤場(chǎng)煤堆,用紅外熱成像儀監測煤堆的溫度變化,能提早發(fā)現煤堆的自熱、自燃現象。紅外熱成像儀監測范圍廣,檢測速度快, 測點(diǎn)密集, 安裝容易、維護簡(jiǎn)單。對煤場(chǎng)煤堆自熱、自燃現象進(jìn)行溫度監測、測量,有效適宜的方式是采用紅外熱成像儀監測溫度變化。

    3. 監測系統組成

    煤場(chǎng)自燃監測系統主要由硬件及軟件兩部分組成。

    3.1 硬件組成

    硬件由控制計算機、視頻轉換接口、云臺控制解碼器、紅外熱成像儀,可見(jiàn)光攝像頭、無(wú)線(xiàn)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )等組成。系統連接圖見(jiàn)圖2。

    未命名.JPG

    3.2 工作原理

    控制系統通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統,控制云臺按預先設定的預置位進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)巡航,通過(guò)云臺上的熱像儀檢測各預置位煤堆表面的溫度,當發(fā)現溫度異常時(shí),煤堆有自燃趨向時(shí),記錄數據,同時(shí)發(fā)出預警信息,通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。

    3.2 軟件組成

    控制設置各種采集參數;對采集的圖像溫度數據進(jìn)行分析、計算、存儲;繪制各種溫度曲線(xiàn)、趨勢線(xiàn);當溫度異常時(shí)要發(fā)出警報信號等,是整個(gè)監測系統的控制中心。

    4.應用研究

    實(shí)際應用時(shí),由于受紅外熱成像儀本身特點(diǎn)及電廠(chǎng)煤場(chǎng)環(huán)境的影響,其測量結果不僅僅與物體熱輻射強度、發(fā)射率有關(guān),還與眾多的影響因素有關(guān),比如陽(yáng)光、季節、遠近、角度等,在實(shí)際應用中要獲得監測所需的準確、有效數據,就必須了解這些因素的影響,研究消除這些影響的方法。

    4.1 陽(yáng)光的影響

    從下面的煤堆熱成像圖片中可以看到,由于陽(yáng)光反射的的影響,在陽(yáng)光下的煤堆,熱像儀溫度測值的高低差有幾十度的差值(如圖3),相應的陰天與晴天、白天與夜晚都應受日照的影響,煤堆相同部位測試的溫差也有幾十度。溫差有一部分是由于陽(yáng)光照射產(chǎn)生的實(shí)際溫升,但有相當大的部分是由于陽(yáng)光的反射造成的干擾,這對煤堆溫度的準確判斷帶來(lái)了極大的困難。陽(yáng)光下因反射干擾,夏天最高測溫64.8℃,陽(yáng)光與陰影部分溫差20℃(如圖4)。

    4.2 晝夜的影響

    白天與夜晚,熱像儀對煤堆相同部位測溫結相差較大,主要的原因是由于白天陽(yáng)光反射的干擾、日照的溫升、白天環(huán)境溫度較高等因素引起。隨著(zhù)夜晚的來(lái)臨,陽(yáng)光反射的干擾影響逐漸消除,環(huán)境溫度及煤

    堆表面溫度的逐漸降低,相應的熱像儀測得的煤堆表面溫度也逐漸降低并逐漸趨于均勻一致(如圖5,6),從熱像儀拍攝的熱圖像分析可以看出,凌晨5點(diǎn)左右最穩定(圖6)。此時(shí)的測溫結果相對白天更加準確.


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