摘要：分析了煤场自燃的机理，提出了监测煤场的方法和修正过程。构成了一套监测控制系统，采用各种数据比对说明煤场监测的难点和关键点。解决了煤场自燃无法控制的问题。应用表明系统能准确预先发现存在自燃的可能点，较好的控制了煤场自燃的发生。在火电厂煤场和各港口煤场都有较大的推广应用价值。

关键词： 煤场；自燃；温度；红外热像仪；控制；报警

巨大的煤堆在大气环境中，会持续发生氧化反应，造成热量集聚并不断升温，导致自燃。煤堆一旦发生自燃，其规模大、发展快、难以治理，造成下列严重后果：1. 烧毁大量的煤炭；2.内部产生明火后难以治理。3.危害电厂的储煤、输煤、磨煤等设备的安全运行；4. 自燃释放的各种有害气体、烟雾造成严重环境污染。

应用红外热成像仪，建立一个火电厂煤场煤堆自燃在线监测系统，在煤场煤堆发生自燃之前，提前发现其自燃倾向性，发出预警信号，为及时消除自燃提供依据，采取相关的措施，减少或避免自燃现象的发生。

1. 煤场自燃分析

1.1煤场自燃机理

煤堆的自燃与否主要与以下因素有关：(1)自燃倾向性。 (2)供氧条件。 (3)氧化时间。(4)储热条件。

此外,煤的粒度、水分、灰分、压实程度、环境温度、湿度等因素都会影响煤的自燃。[2]

1.2自燃的不同发展时期

煤的氧化速度与氧化时产生的温度成正比，实验表明，煤的氧化速度在30-100℃时每增高1℃，氧化速度就提高2.2倍。，当煤堆温度超过60℃时，加速煤的氧化，煤堆平均温度就剧烈上升，当煤堆温度达到100℃时，1-2天即可达到自燃着火温度（煤的着火点约在260-350℃左右），煤就开始自燃。[1]

表1    祸源温度与煤堆温度上升速度关系

1.3 不同自燃阶段的煤层温度

煤堆自热温度变化较大区域就在表层下4m的范围内。煤堆自燃易在斜面首先发生，因为斜面的供氧条件较好。

图1    煤温度—深度的关系曲线

系列一（蓝色）为冒水汽状态的煤温---深度曲线       系列二（粉红色）为冒烟状态的煤温---深度曲    系列三（黄色）为冒浓烟状态的煤温---深度曲线

1.4 大气环境对自燃的影响

煤堆的自燃与大气温度和大气压力也有很大影响，大气温度升高，煤堆温度下降，大气温度下降，煤堆温度上升，煤堆温度的变化与大气温度和气压的波动相关。

2．煤场自燃监测原理

通过前面煤堆自燃的机理叙述，我们知道，煤堆的氧化自燃需要数月的时间。同时，造成表面温度升高，氧化反应也会产生一些气体，如CO、CO2等。

根据煤自燃过程的特性，我们可以采取各种测量、测试手段，在煤堆冒汽、冒烟和出现明火之前，监测煤氧化自热时产生的标志气体或温度变化，这样就可以及早发现煤堆自热、自燃征兆，判断自热、自燃状态，对煤的自燃情况进行状态监测。

2.1煤场自燃监测方法

煤场煤堆温度的变化直接反映着煤的氧化程度。测试煤堆的温度变化，是发现煤炭自热、自燃和寻找自热点及自燃点的直接、可靠的方法。测试煤堆温度变化的仪器，主要为以下两种。温度传感器和红外热成像仪。

 2.2红外热像仪监测煤场自燃的优势

火电厂的煤场煤堆，用红外热成像仪监测煤堆的温度变化，能提早发现煤堆的自热、自燃现象。红外热成像仪监测范围广，检测速度快， 测点密集， 安装容易、维护简单。对煤场煤堆自热、自燃现象进行温度监测、测量，有效适宜的方式是采用红外热成像仪监测温度变化。

3. 监测系统组成

煤场自燃监测系统主要由硬件及软件两部分组成。

3.1 硬件组成

硬件由控制计算机、视频转换接口、云台控制解码器、红外热成像仪，可见光摄像头、无线数据传输网络等组成。系统连接图见图2。

3.2 工作原理

控制系统通过无线数据传输系统，控制云台按预先设定的预置位进行自动或手动巡航，通过云台上的热像仪检测各预置位煤堆表面的温度，当发现温度异常时，煤堆有自燃趋向时，记录数据，同时发出预警信息，通知相关人员进行处理。

3.2 软件组成

控制设置各种采集参数；对采集的图像温度数据进行分析、计算、存储；绘制各种温度曲线、趋势线；当温度异常时要发出警报信号等，是整个监测系统的控制中心。

4.应用研究

实际应用时，由于受红外热成像仪本身特点及电厂煤场环境的影响，其测量结果不仅仅与物体热辐射强度、发射率有关，还与众多的影响因素有关，比如阳光、季节、远近、角度等，在实际应用中要获得监测所需的准确、有效数据，就必须了解这些因素的影响，研究消除这些影响的方法。

4.1 阳光的影响

从下面的煤堆热成像图片中可以看到，由于阳光反射的的影响，在阳光下的煤堆，热像仪温度测值的高低差有几十度的差值（如图3），相应的阴天与晴天、白天与夜晚都应受日照的影响，煤堆相同部位测试的温差也有几十度。温差有一部分是由于阳光照射产生的实际温升，但有相当大的部分是由于阳光的反射造成的干扰，这对煤堆温度的准确判断带来了极大的困难。阳光下因反射干扰，夏天最高测温64.8℃，阳光与阴影部分温差20℃（如图4）。

4.2 昼夜的影响

白天与夜晚，热像仪对煤堆相同部位测温结相差较大，主要的原因是由于白天阳光反射的干扰、日照的温升、白天环境温度较高等因素引起。随着夜晚的来临，阳光反射的干扰影响逐渐消除，环境温度及煤

堆表面温度的逐渐降低，相应的热像仪测得的煤堆表面温度也逐渐降低并逐渐趋于均匀一致（如图5,6），从热像仪拍摄的热图像分析可以看出，凌晨5点左右最稳定（图6）。此时的测温结果相对白天更加准确.