封闭球仓内煤堆自燃的监测和惰化保护

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1、中文图书分类号：0242密级：公开UDC：622学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：封闭球仓内煤堆自燃的监测和惰化保护论文作者：王晓铭学科：仪器科学与技术指导教师：付胜教授论文提交日期：2018年5月UDC：622学校代码：10005中文图书分类号：O242学号：S201501119密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：封闭球仓内煤堆自燃的监测和惰化保护英文题目：MONITORINGANDINTERINGPROTECTIONFORSPONTANEOUSCOMBUSTIO

2、NINSEALEDSPHERICALCOALYARD论文作者：王晓铭学科专业：仪器科学与技术研究方向：精密测试技术与仪器申请学位：工学硕士指导教师：付胜教授所在单位：机械工程与应用电子技术学院答辩日期：2018年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均

3、已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：王晓铭日期：2018年6月12日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：王晓铭日期：2018年6月12日导师签名：付胜日期：2018年6月13日摘要摘要球仓相对封闭的储煤条件使煤体在球仓内容易发生氧化自燃，造成经济损失和安全隐患。对煤体氧化自燃的过程进行分析可知煤体氧化自燃

4、与供风条件和蓄热条件密切相关，据此建立煤体自燃过程的漏风流场、氧浓度场和温度场的数学模型。根据煤自燃发火实验平台得到煤的生热率和耗氧率与煤体内实际氧浓度成正比关系，并分析了球仓内供风主要来源为球仓内外温差引起的“烟囱效应”，依此建立了球仓内煤体氧化自燃的三场耦合数学模型，为进行球仓煤体温度场数值仿真建立了理论基础。利用FLUENT软件强大的仿真功能，对球仓内煤体氧化自燃进行合理假设，通过编写用户自定义函数导入生热率和耗氧率的边界条件，实现球仓煤体氧化自燃三场耦合的温度场数值仿真，通过对仿真结果进行分析得到煤体温度场分布的

5、特性和高温点会向球仓储煤口移动的规律，之后对影响温度场分布的因素煤体孔隙率和煤体高度进行了分析，依据温度场的分布特点制定了球仓安全监测方案，以及球仓储煤可以采取压实的储煤策略来延缓煤体自燃发火期。传统的煤仓安全预警方法只依据单一变量来进行预警，为了提高预警系统的准确性和可靠性，利用数据融合技术，采用LMBP神经网络对多传感器数据进行融合处理，提高球仓整体安全预警的可靠性；利用LMBP神经网络构建球仓温度局部安全预警，以温度数据的三个特征量：平均温度、温升速率，温升趋势累计值作为输入，以球仓内煤体无火、阴燃、明火的概率为输

6、出，利用温度传感器的位置信息，来对煤体内自燃的位置进行判别。并在MATLAB仿真实验平台上进行了仿真实验，仿真结果表明该方法准确率可以达到90%以上，是可行的。封闭球仓惰化保护系统和安全预警系统都是球仓安全系统的重要组成部分，在火灾预警发生后，需要对球仓进行充惰保护，但目前针对封闭煤仓内惰性气体的流动特性尚缺乏研究。利用FLUENT软件，分析了惰性气体二氧化碳在煤堆内部的扩散特性，研究了二氧化碳浓度、惰化流量、球仓内“烟囱效应”、二氧化碳的降温作用以及充气口不同布置对惰化的影响。结果表明二氧化碳的浓度对惰化的影响不大，只

7、要能达到最低惰化浓度即可，增加惰化流量可以有效减少惰化的时间，同时封闭出煤口可以有效提高惰化效果。最后对充气口不同的布置方案进行仿真，为惰化保护系统管网布置提供了依据。关键词：氧化自燃；数值仿真；神经网络；惰化保护-I-北京工业大学工学硕士学位论文AbstractTherelativelyclosedcoalstorageconditionmakesthecoalbodyoxidizespontaneouslyinthebunker,causingeconomiclossandsafetyhazard,Toanalyze

8、theprocessofoxidationofcoalspontaneouscombustionisoxidationandspontaneouscombustionofcoaliscloselyrelatedforwindconditionandheatcondition,onthebasisofestablish