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一、應用背景及必要性
1、煤堆自燃的現(xiàn)象
煤堆溫度檢測必要性
煤堆升溫現(xiàn)象和后果
煤炭在堆放過程中，與空氣中的氧氣發(fā)生反應，放出熱量。在煤堆的某些特殊位置，煤氧復合作用放出的熱量大于其向外部環(huán)境放出的熱量，煤的溫度就會逐漸升高，最終演化為大幅度熱值損耗乃至自燃。
煤場管理中,自熱、自燃現(xiàn)象普遍存在,煤堆自熱、自燃不僅浪費能源增加發(fā)電成本而且自燃產(chǎn)生的一氧化碳、二氧 化硫等有害氣體嚴重的污染環(huán)境。隨看堆場摻燒制度的不斷推廣和普及,堆場所使用的煤種、產(chǎn)地和來源越來越多,燃料管理工作越來越復雜,面臨諸多挑戰(zhàn),其中煤堆發(fā)熱自燃現(xiàn)象越來越嚴重,傳統(tǒng)的人工煤溫巡檢和燒舊存新制度越來越不適應當前煤場現(xiàn)狀,無法有效遏制煤堆發(fā)熱自燃現(xiàn)象。
2、煤堆自燃的原因
煤堆自燃往往需要具備三個主要條件:一是煤質(zhì)有自燃傾向,二是供氧條件好,三是散熱條件差。各種煤質(zhì)的自燃能 力是不同的,有的很容易自燃,如褐煤、長焰煤等;有的不容易自燃,如貧煤、無煙煤等,另外,煤的含硫份和含水 分越高,氧化反應速度越快、放熱越多,煤越易自燃。煤堆發(fā)熱是氧化反應,所以煤堆自燃要求煤堆有一定的孔隙 率、通風條件好。煤堆的氧化反應放出熱量,如果散熱條件差,熱量積累會提升煤堆溫度,煤溫度越高氧化反應就越劇烈,兩方面相互影響,使得煤堆自燃過程加速。
根據(jù)以上煤堆自燃的原理和儲煤堆發(fā)生自燃的實際情況看,自然堆積(不壓實)條件下,可以將煤堆分為三層:（如上圖：A冷卻層 B氧化層 C窒息層）
(1) 冷卻層:
冷卻層處于煤堆的表層,約0.5至1.5米厚,該層與空氣接觸充分,雖然發(fā)生氧化反應,但是散熱條件好,熱量難以積累,所以自燃發(fā)生率低。
(2) 氧化層:
氧化層處于冷卻層以下,約1至4米厚,有一定供氧量,氧化反應發(fā)出的熱量難以散熱,不斷積累升溫,反過來促進氧化反應,容易發(fā)生自燃。
(3) 窒息層:
窒息息層位于氧化層以下,供氧不充足,無法發(fā)生自燃。
堆場往往會把煤堆壓實后儲存,導致孔隙率減小,煤堆氧化層的深度也相應減小,根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,氧化層往往位于表層以下1米至4米深度范圍。從煤場實際情況看,煤堆自燃還表現(xiàn)出非常明顯的局部區(qū)域發(fā)性特點,原因有很多,比如某位置存在一些煤塊,導致該位置的供氧條件很好;或者某位置的煤在堆放過程中受潮,含水分較多。首先發(fā)生自熱的位置稱為“熱點”,熱點相比于煤堆的其它位置,首先滿足了自燃的條件,更早的開始發(fā)熱自燃,自燃一旦開始,煤溫就可以達到230度,此時熱點放熱速度很快,向四周傳導,感染本來還沒有發(fā)熱、還沒有滿足自燃條件的煤堆,促使它們開始升溫,并加速氧化反應,加速進入自燃狀態(tài),如此循環(huán),熱點的區(qū)域體積不斷擴大,不僅造成越來越大的損失,也因為體積太大而很難處理。這就是為什么當我們觀察到煤堆表面冒煙,再把煤堆翻開后發(fā)現(xiàn)無論是氧化層、冷卻層還是室息層都開始自燃的原因。綜上所述,我們預防煤堆自燃的關鍵就是盡早發(fā)現(xiàn)熱點,在熱點剛剛出現(xiàn),感染的體積還比較小的時候,發(fā)現(xiàn)熱點,就采 取措施把禍患消滅掉,極大的減小了損耗,而且很容易處理。
二、監(jiān)測方案
1、煤堆監(jiān)控方案的主要設計原則是通過有效手段了解整個煤堆內(nèi)部溫度情況。
現(xiàn)狀是：人工巡檢是現(xiàn)場為通行的作法,但是靠一兩個工人扛2米的溫度計巡邏根本達不到有效測量密度,熱電阻插入煤堆需要幾分鐘才可以測量準確,而且煤場很多地方行走不便,煤場環(huán)境惡劣,有斗輪機等大型設備作業(yè),安排太多的人測溫也非常不安全;還有堆場使用紅外溫槍或熱成像設備,該類設備都只能測量表面溫度,煤堆自熱自燃主要從內(nèi)部開始,所以達不到使用目的,導致選型失敗。所以現(xiàn)場明知防自熱自燃的重要性,卻無可奈何。
內(nèi)蒙古德明電子科技有限公司設計的方案是利用插入式探桿，監(jiān)測氧化層內(nèi)的分層溫度變化受到供氧量和散熱條件的制約,煤堆自燃的發(fā)源點主要發(fā)生在煤堆側表面以內(nèi)1米到4米深度范圍內(nèi)。如圖(煤堆豎剖面)所示,首先觀察從煤堆斜面至以內(nèi)1米深度范圍(即黑色實線至紅色虛線之間的區(qū)域),因為緊鄰空氣,煤的散熱量大于發(fā)熱量,所以煤自熱初期所發(fā)出的熱量,不能得到有效積累,不能導致溫度明顯升高,所以這個區(qū)域的煤很難自燃;觀察從煤堆斜面以內(nèi)4米深度至煤堆中心的范圍(即黃色虛線至藍色虛線之間的區(qū)域),因為氧氣供應量太少,無法為煤發(fā)熱提供足夠的氧氣,所以很難自燃;觀察煤堆上表面(即灰色實線),因為通風量遠遠小于煤堆斜面,所以相對于煤堆斜面,它很不易發(fā)生自熱自燃;觀察煤堆下表面(即綠色實線),因為緊貼地面,供氧量不足,而難發(fā)生自燃;后,觀察從煤堆斜面以內(nèi)1米深度至煤堆斜面以內(nèi)4米深度范圍(即紅色虛線至黃色虛線之間的區(qū)域),這個區(qū)域的供氧量滿足煤發(fā)熱自燃的需要,并且散熱量不足以把煤發(fā)出的熱量及時發(fā)散到空氣中,熱量不斷積累,煤溫不斷加速升高,終導致嚴重的自燃,在該區(qū)域自燃后,大量的熱量不斷向煤堆中心和煤堆表面?zhèn)鬟f(即向藍色虛線和黑色實線方向),終形成我們從煤堆外面看到的冒汽冒煙等現(xiàn)象。所以,當我們觀察到煤堆表面某處冒汽冒煙時,并不是表皮首先發(fā)熱自燃,而是表面以內(nèi)1米至4米區(qū)域經(jīng)過一段時間的自燃,終把熱量傳遞出來,形成的結果。所以觀察表面發(fā)熱自燃只是治標,觀察表面以內(nèi)1米至4米區(qū)域發(fā)熱自燃才是治本。綜合考慮溫度監(jiān)測的有效性和實用性,我們往往選擇表面以內(nèi)2米深度的區(qū)域作為監(jiān)測區(qū)域。
2、測點高度的選擇
例如200米長度*50米寬度的條形煤堆,在150米長度處的煤堆左側斜面,斜面高度15米,那么觀察從0米到15米高度的這塊長條區(qū)域,該區(qū)域具有基本相同的供養(yǎng)氧件和散熱條件,所以更容易具有相似的煤的發(fā)熱情況,所以測量其中一點往往具有較強的代表性。考慮到無線測溫探頭在實際操作中的便捷性,和吹風方向通常由煤堆斜面的底部沿著煤堆斜面向上(導致煤堆斜面靠近底部的位置供氧量比較大),我們往往選擇從距離地面向上2米的高度,把探頭垂直插入煤堆斜面,插入深度在1米到4米之間。
3、測點位置的選擇
測點越密集,發(fā)現(xiàn)煤的發(fā)熱現(xiàn)象就越早,但是測量設備的購置和維護成本就越高;反之,測點太稀疏,等到發(fā)現(xiàn)自燃現(xiàn)象就太晚了,自燃感染的區(qū)域就太大了。綜合考慮,既不能讓自燃的感染區(qū)域太大,也不能使設備的購置和維護成本太高,我們往往選擇沿著煤堆斜面,間隔20米的距離,布置一支測溫探頭。考慮到很多煤場的儲煤有不同的來源、批次、煤質(zhì)等差異,所以也可以采用每個批次插入至少一支探頭的策略,該測點就能比較好的反應該批次儲煤的發(fā)熱自燃情況。
4、特殊情況下的布置方法
每個煤場都具有地理、氣候、形狀、土建結構方面的個性,所以煤場負責人經(jīng)過長期管理實踐,也會發(fā)現(xiàn)該煤場特有的發(fā)熱自燃現(xiàn)象,可以根據(jù)這些現(xiàn)象有針對性的布置測溫點。
內(nèi)蒙古德明電子科技有限公司煤堆溫度在線自動監(jiān)測系統(tǒng)介紹
根據(jù)要求,煤堆溫度超過60℃時高溫報警，并應迅速采取降溫措施,并進行,溫度超過80℃,高搞溫報警，并應及時采取降溫措施并開堆使用。發(fā)現(xiàn)煤堆超溫或自燃,必須采取對自燃煤噴水降濕、翻堆噴水等滅火措施。為防止煤堆自燃,確保煤場作業(yè)人員的人身安全,保證煤場設備的安全穩(wěn)定運行,減少煤炭的損失,內(nèi)蒙古德明電子科技有限公司開發(fā)一款智能型無線溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng),較傳統(tǒng)的測溫設計方法,省時省力、可以做到24小時無人監(jiān)測狀態(tài),精度高且不受環(huán)境影響、性價比高等優(yōu)點,目前已廣泛應用于各大煤場、堆場等煤堆溫度監(jiān)測領域,因可靠性和穩(wěn)定性在諸多工程中已得到了驗證。
無線溫度探桿
尺寸: 1米-6米
內(nèi)蒙古德明電子科技有限公司標準測溫探桿為2米(3個測溫點),如果有特殊需求通常有1米(2個測溫點)、2米(3個測溫點)、3米-6米(4個測溫點)根據(jù)客戶定制長度、多測溫點（18B20擴展）。測溫探桿外殼:304不銹鋼 溫度范圍:-55~125度 測溫精度:0.2度測溫分辨率:0.1度 供電:內(nèi)置18650電池,可充電，可外掛電池
無線發(fā)射距離長達1000米,通過集中器網(wǎng)關直接傳輸?shù)街醒肟刂剖摇Ｅ渲?G、4G、5G模塊時不受距離限制，可以通過電信部門網(wǎng)關直接傳輸?shù)街锌厥摇?/p>
采集網(wǎng)關
產(chǎn)品特色
采集網(wǎng)關屏蔽了各通信協(xié)議之間的差異。用戶無須了解 CAN 通信協(xié)議或者更為復雜的TCP/IP 協(xié)議，只需參照說明書中對相應寄存器的配置，就可實現(xiàn)不同接口之間的透明傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸時，TG900 的各個串口以及 CAN 接口均被分配一個獨立的端口號，由串口或CAN 設備接收到的負載數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡接口發(fā)送出去；反之，本地主機或者遠程主機也可 以通過Internet 遠程并行訪問各個接口，實現(xiàn)了各接口間的數(shù)據(jù)透明傳輸。
協(xié)議轉換器支持 Modbus TCP 和 Modbus RTU 協(xié)議，各個 RS485 串口均可以配置為 Modbus 主站或 Modbus 從站，具備 Modbus 串口服務器的功能。各端口功能可靈活配置，性價比高，使用方便。
產(chǎn)品功能特點
采用嵌入式系統(tǒng)架構設計理念，32位精簡指令 ARM 處理器設計，豐富的存儲空間。通訊端口均采用全光電隔離設計，同時隔離信號線、電源、地，并具備雷擊和浪涌防護。TCP 傳輸支持虛擬串口和 Socket 編程兩種通訊方式 供電電源采用單、雙路（可選配）DC24V（DC9V-DC36V）熱備冗余設計，亦可采用單、雙路 AC220V 供電，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行。通信速率快，用戶可配置，每一路均有獨立的數(shù)據(jù)指示 LED，CAN 通信速率 10K～1M，
默認 100K；RS232/485 通信速率 300～115200bps，默認值 38400；TCP 通信速率 10Mbps。
操作簡單：用戶無須了解各種通信協(xié)議的技術細節(jié)，只需參考手冊提供的應用實例，完成
相應寄存器的配置即可以實現(xiàn)連接通信，不需要復雜的編程。運行環(huán)境：溫度:-25-70℃，濕度:5% - 95% RH，無凝露。通過配置不同的無線或者有線模塊實現(xiàn)最大1024只探桿的采集和網(wǎng)絡傳送。
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