CN103033290B - 一种露天煤堆自燃趋势预报的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种露天煤堆自燃趋势预报的装置，包括安装在金属底座（4）上并列的参比探针（6）和测量探针（8），参比探针外包覆有参比探针隔热护套（5）、自由端安装有参比温度传感器（9），参比温度传感器的引线（2）从参比探针固定端引出与温度检测仪（1）相连；测量探针除自由端部外包覆有测量探针隔热护套（7），在与参比温度传感器对应的位置上安装有测量温度传感器（10），测量温度传感器引线（3）同样与温度检测仪相连。本发明还包括使用上述装置针对燃煤电厂露天煤堆自燃趋势的监测、评估和预报的方法。本发明可以通过排除环境对煤堆温度的影响，在较低的温度条件下发现煤堆自燃的趋势，以便于提前报警并采取相应的措施。

Description

一种露天煤堆自燃趋势预报的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种露天堆积可燃物自燃趋势预报的装置，尤其是涉及一种露天煤堆自燃趋势预报的装置。本发明还涉及使用所述装置针对燃煤电厂露天煤堆自燃趋势的监测、评估和预报的方法。

背景技术

在大型燃煤电厂中，为保证正常生产，必须储备十几万吨至数十万吨的煤炭，储存期可长达数月。由于缓慢氧化产生的热量积聚导致温度逐步升高，这些露天煤堆常常发生自燃现象，其中高挥发分原煤的自燃问题尤其严重。分析和统计数据表明，挥发分大于35%的气煤和长焰煤储存6个月后，其热量损失平均为4.9%，而挥发分小于17%的贫煤储存6个月后，其热量损失平均为2.0%，煤堆的自燃不仅造成了巨大的经济损失，也严重污染了周围的环境。已经有多种抑制煤堆自燃的技术被应用到现场，例如在煤堆表面用覆盖剂、压实和小倾角堆积等，通过隔离空气或减少空气渗透削弱其氧化反应速率。

如果能够掌握煤堆自燃的趋势，则可以通过对煤场的合理调度，采取相应的措施，不仅可以减少自燃造成的损失还能够减少采用抑制煤堆自燃技术措施带来的附加成本。

煤堆表面的温度和发出烟气是煤堆发生自燃的重要标志。由于煤堆的自燃一般发生在煤堆内部，发展的过程比较缓慢，当在煤堆表面发现显著的温度变化（通过红外线测温仪器）或可见的烟气（通过视觉或机器视觉）时，其内部的自燃实际上早已发生。

已有的经验和理论都表明，煤堆中的氧气氛围和传热条件决定了煤堆上有些部位特别容易自燃（例如在迎风面的坡顶附近），如果能够连续检测这些危险部位的温度变化，就能够掌握煤堆自燃的发展趋势，进而采取适当的措施来避免自燃的发生。然而这种方法的困难在于，环境条件（温度、湿度和降雨等）对露天煤堆温度的影响很大，而在煤堆自燃的初期产生的热量较少，所引起的温度变化难以从温度的数值上直接反映出来，当自燃引起的温度变化能够从测量数据中分辨出来的时候，煤堆中的自燃强度可能已经很大，根据这样的温度监测数据进行煤堆自燃的做出的预警会有很大的滞后性，不能满足工程需要。

通过监测煤堆危险点温度变化对煤堆自燃趋势进行预报的装置和方法目前还不够成熟。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种露天煤堆自燃趋势预报的装置。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种使用上述装置进行露天煤堆自燃趋势预报的方法。

本发明的露天煤堆自燃趋势预报装置和方法，预报不受环境条件如温度、湿度和降雨等的影响，具有一定的前瞻性、比较成熟、可满足工程需要。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种露天煤堆自燃趋势预报的装置，其特征是：包括：并列的参比探针6和测量探针8的固定端，都安装在同一块导热良好的金属底座上，参比探针6外包覆有参比探针隔热护套5，参比探针6的自由端安装有参比温度传感器9，参比温度传感器9的引线2在参比探针6与参比探针隔热护套5之间敷设，并从参比探针6固定端引出与温度检测仪1相连；测量探针8除自由端部外包覆有测量探针隔热护套7，在与参比温度传感器9对应的位置上安装有测量温度传感器10，测量温度传感器10引线3在测量探针8与测量探针隔热护套7之间敷设，并从测量探针固定端部引出与温度检测仪1相连。

所述的并列安装的参比探针6和测量探针8的在套上隔热护套之后紧密安装在一起。

所述的隔热护套用底部封闭的薄壁不锈钢管或PPR管作为外壳，内用聚氨脂发泡充填。

所述的测量探针8的自由端暴露长度为20mm。

所述的参比探针6、测量探针8和金属底座4用同一金属制作，并焊接在一起。

还包括：用Freescale的低功耗MCS08JM60单片机、1片ADI公司的AD7793AD数模转换芯片和基于CC1101的无线收发模块，采用锂电池供电，构成低功耗无线温度采集器，并与配有相应的CC1101无线收发模块的PC通过无线信号传输温度数据，构成多点测量和报警系统。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种使用上述装置针对燃煤电厂露天煤堆自燃趋势的监测、评估和预报的方法，其特征是：包括以下步骤：

1.）将所述装置插入被测的煤堆的容易发生自燃的部位（如迎风面的坡顶部位），使均温得金属底座4暴露在环境当中，测量探针8与煤堆中的介质接触，温度检测仪1安装在室内或室外具有防护装置的部位；

2.）等待一段时间（典型时间为2-3小时），以消除安装过程中人为因素对两个探针上的温度的干扰；

3．）打开电源开关，给温度检测仪1供电，分别测量参比温度传感器9和测量传感器10的温度t_r和t；

4.）计算出两者的温差θ=t-t_r即为煤堆内部因素引起的温升；如果该温升在一段时间内（典型的时间为5-6小时）均超过了预期的数值（典型值为8-10℃）并且呈上升趋势，则可判定煤堆中被测的位置已经具有发生自燃的趋势。

本发明的理论依据：

对图1所示的长为L的参比金属探针，外侧及端部用隔热护套包覆。设任意时刻的底座温度为t₀(τ)，金属的热导率为λ，密度和比热分别为ρ和c，则根据热传导理论，该探针上的温度分布遵循以下微分方程和定解条件为

$\mathrm{\ρc}\frac{{\∂t}_r}{\∂\mathrm{\τ}}=\mathrm{\λ}\frac{{\∂}^2{t}_r}{{\∂x}^2}$

τ=0,t_r=t_i(x)                                (1)

x=0,t_r=t₀(τ) $x=L,\frac{{\∂t}_r}{\∂x}=0$

相比之下，对图1所示的测量金属探针，外侧用隔热护套包覆，端部暴露在煤堆中，根据热传导理论，该探针上的温度分布遵循以下微分方程和定解条件为

$\mathrm{\ρcA}\frac{\∂t}{\∂\mathrm{\τ}}=\mathrm{\λA}\frac{{\∂}^{2}t}{{\∂x}^2}$

τ=0,t=t_i(x)                                （2）

x=0,t=t₀(τ) $x=L,-\mathrm{\λ}\frac{\∂t}{\∂x}=q_L\left(\mathrm{\τ}\right)$ (折算)

由于式（1）和式（2）是线性方程，则两者相减就可以得到两个测量探针上的温差θ=t-t_r的微分方程和定解条件，即

$\mathrm{\ρcA}\frac{\∂t}{\∂\mathrm{\τ}}=\mathrm{\λA}\frac{{\∂}^{2}t}{{\∂x}^2}$

τ=0,θ=0                        （3）

x=0,θ=0 $x=L,-\mathrm{\λ}\frac{\∂t}{\∂x}=q_L\left(\mathrm{\τ}\right)$

由式（3）可见，两个探针对应位置上的温差θ=t-t_r消除了底座上的边界条件（即环境因素）的影响，仅与测量探针底部边界条件有关。

本发明基于以上原理，消除了环境条件对煤堆温度产生的影响，将煤堆内部自燃产生的热量对温度的贡献单独提取出来，根据所测得的温差预报煤堆的自燃趋势。

有益效果：根据本项发明提出的方法和装置，可以通过排除环境对煤堆温度的影响，在较低的温度条件下发现煤堆自燃的趋势，以便于提前报警并采取相应的措施。

根据本项发明提出的方法所制造的测试装置具有体积小、功耗低、结构简单等，极便于制成实现微小型无线测量和报警装置。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

图中：温度检测仪1、参比传感器引线2、测量传感器引线3、均温底座4、参比探针隔热护套5、参比探针6、测量探针隔热护套7、测量探针8、参比温度传感器9和测量温度传感器10。

具体实施方式

本发明的装置和其使用方法为：

1.）用高导热金属材料制成如图1所示均温底座4（典型尺寸为直径120mm厚度为20mm的板材）、参比探针6（典型尺寸为直径10mm、长度为1500mm的棒材）和测量探针8（典型尺寸为直径10mm、长度为1520mm的棒材），并将参比探针6、测量探针8平行并列与底座4紧密安装在一起，以保证两根探针的上部均处于相同的温度t₁(τ)。

2.）将参比探针的侧面和底部用参比探针隔热护套5包覆起来（典型外径为30mm，长度为1520mm），并在参比探针的底部安装参比温度传感器9，参比温度传感器引线2在探针与隔热护套之间敷设，并从上部引出与温度检测仪1相连。

3.）将测量探针的侧面用测量隔热护套7包覆起来（典型外径为30mm,长度为1500mm），底部不保温，将来与被测的介质直接接触，在测量探针8上与参比温度传感器9对应的位置上安装测量温度传感器10；测量温度传感器引线3在探针与隔热护套之间敷设，并从上部引出与温度检测仪1相连。

具体的工作过程是：

1.）将上述装置插入被测的煤堆的容易发生自燃的部位（如迎风面的坡顶部位），使均温底座4暴露在环境当中，测量探针8与煤堆中的介质接触，温度检测仪安装在室内或室外具有防护装置的部位。

2.）等待一段时间（典型时间为2-3小时），以消除安装过程中人为因素对两个探针上的温度的干扰；

3．）打开电源开关，给温度检测仪1供电，分别测量参比温度传感器9和测量传感器10的温度t_r和t；

4.）计算出两者的温差θ=t-t_r即为煤堆内部因素引起的温升。如果该温升在一段时间内（典型的时间为5-6小时）均超过了预期的数值（典型值为8-10℃）并且呈上升趋势，则可判定煤堆中被测的位置已经具有发生自燃的趋势。

典型的实施方案之一如下所述。用高纯度铝机械加工制成如图1所示的均温金属底座4、参比探针6和测量探针8，参比探针6和测量探针8的上端与均温底座4熔焊成一体；参比探针隔热护套5用底部封闭的薄壁不锈钢管作为外壳，用聚氨脂发泡方法制成；测量探针隔热护套7亦用同样的封闭的薄壁不锈钢管做为外壳，用聚氨脂发泡方法制成，制成后将底部隔热护套切掉，并将探针暴露出来（典型的暴露长度为20mm，以保证测量探针8的底部与参比探针护套的底部平齐）；参比温度传感器9和测量温度传感器10可以用Pt100热电阻，分别预埋在参比探针6和测量探针8的底部隔热护套内；参比传感器引线2和测量传感器引线可采用三芯高温导线，以构成三线制模式；温度检测仪1可采用厦门宇电的AI-702M型2路测量报警仪。

典型的实施方案之二如下所述。用紫铜机械加工制成如图1所示的均温底座4、参比探针6和测量探针8，参比探针6和测量探针8的上端与均温底座4熔焊成一体；参比探针隔热护套5用底部封闭的PPR管作为外壳，用聚氨脂发泡方法制成；测量探针隔热护套7亦用同样的封闭的PPR管做为外壳，用聚氨脂发泡方法制成，制成后将底部隔热护套切掉，并将探针暴露出来（典型的暴露长度为20mm，以保证测量探针8的底部与参比探针护套的底部平齐）；参比温度传感器9和测量温度传感器10可以采用K-型镍铬—镍硅热电耦，分别预埋在参比探针6和测量探针8的底部隔热护套内；参比传感器引线2和测量传感器引线可采用K-型热电偶补偿导线；温度检测仪1可采用常州众杰的ZJ-16A多路温度巡检仪报警仪。

典型的实施方案之三如下所述。在实施方案之一的基础上，将用Freescale的低功耗MCS08JM60单片机、1片ADI公司的AD7793AD数模转换芯片和基于CC1101的无线收发模块，采用锂电池供电，构成低功耗无线温度采集器，并与配有相应的CC1101无线收发模块的PC通过无线信号传输温度数据，构成多点测量和报警系统。

典型的实施方案之四如下所述。在实施方案之二的基础上，将用Freescale的低功耗MCS08JM60单片机、2片ADI公司的AD8495热电偶专用放大器、ADI公司的1片AD7793 AD数模转换芯片和和基于SX1212的无线收发模块，采用锂电池供电，构成低功耗无线温度采集器，并与配有相应的SX1212无线收发模块的PC通过无线信号传输温度数据，构成多点测量和报警系统。

Claims (2)

1.一种露天煤堆自燃趋势预报的装置，其特征是包括：并列的参比探针（6）和测量探针（8）的固定端，都安装在同一块导热良好的金属底座（4）上，参比探针外包覆有参比探针隔热护套（5），参比探针的自由端安装有参比温度传感器（9），参比温度传感器的引线（2）在参比探针与参比探针隔热护套之间敷设，并从参比探针固定端引出与温度检测仪（1）相连；测量探针（8）除自由端部外包覆有测量探针隔热护套（7），在与参比温度传感器对应的位置上安装有测量温度传感器（10），测量温度传感器引线（3）在测量探针与测量探针隔热护套之间敷设，并从测量探针固定端部引出与温度检测仪相连；

所述的并列安装的参比探针（6）和测量探针（8）的在套上隔热护套之后紧密安装在一起；所述的隔热护套用底部封闭的薄壁不锈钢管或PPR管作为外壳，内用聚氨脂发泡充填；

所述的测量探针的自由端暴露长度为20mm；所述的参比探针、测量探针和金属底座用同一金属制作，并焊接在一起；

还包括单片机、数模转换芯片和无线收发模块，采用锂电池供电，构成低功耗无线温度采集器，并与配有相应的无线收发模块的PC通过无线信号传输温度数据，构成多点测量和报警系统。

2.一种使用如权利要求1所述的装置针对燃煤电厂露天煤堆自燃趋势的监测评估和预报的方法，其特征是：包括以下步骤：

1.） 将所述装置插入被测煤堆容易发生自燃的迎风面坡顶部位，使金属底座暴露在环境当中，测量探针与煤堆中的介质接触，温度检测仪安装在室内或室外具有防护装置的部位；

2.）等待2-3小时时间，消除安装过程中人为因素对两个探针上的温度的干扰；

3．） 打开电源开关，给温度检测仪供电，分别测量参比温度传感器和测量传感器的温度和；

4.） 计算出两者的温差即为煤堆内部因素引起的温升；如果该温升在5-6小时时间内均超过了预期的数值8-10℃并且呈上升趋势，则可判定煤堆中被测的位置已经具有发生自燃的趋势。