長興電廠儲(chǔ)煤筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備選型與工藝

蔣新強(qiáng)+朱雷+楊淵

摘 要：以往，火電廠儲(chǔ)煤常采用露天煤場，后因多種原因開始采用筒倉等封閉式儲(chǔ)煤。而筒倉封閉式儲(chǔ)煤一旦出現(xiàn)安全事故，則會(huì)直接威脅到相關(guān)人員的人身安全和設(shè)備安全，進(jìn)而無法保證電廠的正常生產(chǎn)。因此，筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保障儲(chǔ)煤安全及電力生產(chǎn)的順利進(jìn)行至關(guān)重要。針對(duì)長興電廠筒倉儲(chǔ)煤安全措施，結(jié)合電廠采煤和用煤具有的連續(xù)性特點(diǎn)，對(duì)筒倉儲(chǔ)煤惰化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備選型和工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開發(fā)，以保障電廠儲(chǔ)煤筒倉的安全、高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：燃煤火電廠；儲(chǔ)煤筒倉；惰化監(jiān)控；測溫鋼纜

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.064

我國的火電廠基本上都是以煤炭作為發(fā)電的主要能源。為了保證火力發(fā)電廠生產(chǎn)的正常進(jìn)行，需要儲(chǔ)存大量的煤炭。以往，常采用露天煤場儲(chǔ)存煤炭，這種儲(chǔ)存方式不僅占地面積大，且會(huì)造成環(huán)境污染、煤炭損失、煤質(zhì)下降、儲(chǔ)煤含水量增加和煤炭凍結(jié)等問題，嚴(yán)重影響了煤炭的正常生產(chǎn)。隨著我國對(duì)環(huán)保工作的重視及其各項(xiàng)政策的落實(shí)，很多大型電廠考慮到散煤堆放占地面積大、污染環(huán)境、影響煤質(zhì)等實(shí)質(zhì)性問題，逐漸采取了筒倉存儲(chǔ)方式。實(shí)踐證明，筒倉存儲(chǔ)方式是可取的，但也不可避免地存在一些問題，比如，由于煤自身具有的物理和化學(xué)性質(zhì)，加之筒倉的“煙筒效應(yīng)”，其在有限的密封空間內(nèi)不易散熱，易氧化，甚至可能因可燃?xì)怏w的聚集而產(chǎn)生爆炸，或因煤層氧化而產(chǎn)生自燃，進(jìn)而引發(fā)大面積火災(zāi)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。一旦出現(xiàn)安全事故，將直接威脅到工作人員和設(shè)備的安全，無法保證電廠的正常生產(chǎn)。因此，引進(jìn)筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保障儲(chǔ)煤安全及電力生產(chǎn)的順利進(jìn)行至關(guān)重要。

浙江華能長興電廠“上大壓小”工程項(xiàng)目新建2臺(tái)660 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置。按照環(huán)保的要求，電廠煤場采用方形集束封閉式煤場儲(chǔ)煤倉，共48個(gè)六邊形煤倉，煤倉倉頂高45 m，集束布置，形同筒狀。此設(shè)計(jì)為世界首創(chuàng)，無論是從結(jié)構(gòu)布置上，還是從工藝流程上都具有很多特色，不同于常規(guī)設(shè)計(jì)，整體屬于創(chuàng)新設(shè)計(jì)。華能長興電廠儲(chǔ)煤筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)控制器、現(xiàn)場設(shè)備和控制程序組成，各個(gè)組成部分共同維護(hù)著筒倉儲(chǔ)煤生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的選型

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為8個(gè)子系統(tǒng)，分別為主監(jiān)控系統(tǒng)、惰化保護(hù)系統(tǒng)、惰化制氮系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、廊道氣體系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、報(bào)表系統(tǒng)、儲(chǔ)煤配置系統(tǒng)。下面詳細(xì)介紹這8個(gè)子系統(tǒng)：①上位機(jī)主監(jiān)控系統(tǒng)主要用來監(jiān)控所有筒倉傳感器的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)、儲(chǔ)煤筒倉內(nèi)煤位的高度、監(jiān)控惰化保護(hù)系統(tǒng)中電動(dòng)球閥的動(dòng)作、制氮系統(tǒng)的運(yùn)行情況。②惰化保護(hù)系統(tǒng)主要用來監(jiān)視和控制筒倉的鎖氣層電動(dòng)球閥、充氣層一電動(dòng)球閥、充氣層二電動(dòng)球閥、換氣層電動(dòng)球閥，并顯示當(dāng)前筒倉進(jìn)煤和卸煤的狀態(tài)。③惰化制氮系統(tǒng)主要用來監(jiān)控和控制制氮機(jī)、空壓機(jī)、冷干機(jī)，控制儲(chǔ)氣罐進(jìn)、出口的電動(dòng)閥和氣動(dòng)閥以及儲(chǔ)氣罐進(jìn)、出口的氮?dú)鈮毫涂偝隹诘獨(dú)獾募兌?。此外，該系統(tǒng)還能為惰化保護(hù)系統(tǒng)提供充足的氮?dú)?。④布袋除塵系統(tǒng)主要用來監(jiān)視和控制所有布袋除塵器的運(yùn)行狀態(tài)。⑤廊道氣體系統(tǒng)包含了倉頂廊道和倉底廊道，可監(jiān)視廊道氣體含量和報(bào)警，從而有效保證工作人員的生命安全。⑥報(bào)警系統(tǒng)包含了實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，實(shí)時(shí)報(bào)警為區(qū)域顯示，歷史報(bào)警則通過對(duì)SQL Server數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢來訪問歷史報(bào)警。⑦報(bào)表系統(tǒng)主要用來完成區(qū)域性選擇查詢報(bào)表和打印報(bào)表。⑧儲(chǔ)煤配置系統(tǒng)主要用來設(shè)置進(jìn)煤的密度，并根據(jù)密度和筒倉料位的高度來計(jì)算當(dāng)前筒倉內(nèi)煤的體積和質(zhì)量。

2 制氮系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)與工藝

氮?dú)庠诙杌Ｗo(hù)系統(tǒng)作為儲(chǔ)煤倉的保護(hù)氣體，一方面可避免煤倉內(nèi)的煤出現(xiàn)異常，比如溫度過高、氧含量過高和一氧化碳含量過高等；另一方面，可防止外界含氧量空氣進(jìn)入煤倉，比如進(jìn)煤和卸煤。

充足的氮?dú)獯鎯?chǔ)是保證筒倉安全的必要條件，制氮系統(tǒng)保證了富裕的氮?dú)鈦碓础Ｖ频到y(tǒng)主要包括空氣壓縮機(jī)（空壓機(jī)）、空氣緩沖罐、冷凍式干燥機(jī)（冷干機(jī)）、膜分離制氮機(jī)、氮?dú)鈨?chǔ)氣罐和監(jiān)測傳感器，制氮系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。制氮機(jī)系統(tǒng)采用先進(jìn)的中空纖維膜制氮機(jī)，可將空氣中的氮?dú)夥蛛x。其正常運(yùn)行需要空壓機(jī)和冷干機(jī)提供純凈、干燥的壓縮空氣，且需要傳感器監(jiān)視進(jìn)氣口氣體的溫度和壓力，從而保證制氮效率。制氮機(jī)所產(chǎn)生的氮?dú)馔ㄟ^氮?dú)鈨?chǔ)氣罐存儲(chǔ)。

3 現(xiàn)場主要監(jiān)測設(shè)備的選型

3.1 溫度監(jiān)測設(shè)備的選型

筒倉內(nèi)存煤的溫度是筒倉監(jiān)測的重要參數(shù)之一，也是最難測量的參數(shù)之一。煤的自燃主要是因煤的氧化反應(yīng)而釋放熱量。然而，煤的熱導(dǎo)性較差，導(dǎo)致大容量存儲(chǔ)煤倉不利于熱量的擴(kuò)散，因此，測量煤層內(nèi)部溫度是最具有代表性的。

皮帶上的煤在犁煤器的作用下，通過2個(gè)入煤口進(jìn)入筒倉，在筒倉內(nèi)相交形成2座煤峰。由于煤在自由落體時(shí)大塊的煤往往會(huì)滾落到谷底，相鄰煤塊之間塊狀煤越大越是易存積空氣，因此，該區(qū)域的溫度最具有代表性。

每個(gè)筒倉設(shè)計(jì)了4套測溫鋼纜，每套鋼纜內(nèi)布置了6支溫度測點(diǎn)，每相鄰2套鋼纜內(nèi)的測點(diǎn)高度交錯(cuò)布置，近似矩陣式布點(diǎn)原則，可有效縮短測溫點(diǎn)間距，測點(diǎn)布置如圖2所示。

3.2 料位計(jì)的選型

料位計(jì)檢測傳感器分為開關(guān)量料位傳感器和連續(xù)測量料位傳感器。這2種料位計(jì)在工業(yè)中的運(yùn)用十分廣泛，各有優(yōu)勢。常規(guī)料位傳感器的輸出都是標(biāo)準(zhǔn)0～1 mA信號(hào)和4～20 mA信號(hào)，可直接實(shí)現(xiàn)與控制系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)筒倉的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

開關(guān)量料位檢測傳感器常用于高料位和超高料位，連續(xù)測量料位檢測傳感器常用于實(shí)時(shí)測量料位。料位傳感器能及時(shí)地反饋現(xiàn)場筒倉料位的情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)筒倉的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)輸煤程控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況和價(jià)格，采用了開關(guān)量料位計(jì)和連續(xù)性的料位計(jì)，開關(guān)型的料位計(jì)選用射頻導(dǎo)納作為高料位，選用水銀料位作為超高料位，連續(xù)性料位計(jì)選用智能雷達(dá)料位計(jì)來實(shí)時(shí)監(jiān)控筒倉內(nèi)料位的高度。

4 結(jié)束語

儲(chǔ)煤筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)控制器、現(xiàn)場設(shè)備和控制程序組成。本文探討了設(shè)備的選型和設(shè)備的控制工藝，在長興電廠已安裝的筒倉惰化監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上層設(shè)備對(duì)下層設(shè)備的監(jiān)測和控制，保障了筒倉儲(chǔ)煤的安全、有效進(jìn)行。上位

機(jī)可根據(jù)控制系統(tǒng)選擇工控機(jī)，下位機(jī)控制器可根據(jù)系統(tǒng)點(diǎn)位和冗余配置，并采用了ControlLogix系列控制器，通過以太網(wǎng)連接，可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)控制器的訪問和控制。制氮系統(tǒng)是筒倉惰化保護(hù)的氣體來源，主要包含空壓機(jī)、空氣儲(chǔ)氣罐、冷干機(jī)和制氮機(jī)等，控制器與制氮系統(tǒng)之間通過硬接線連接，可實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)制氮系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集和控制。

現(xiàn)場設(shè)備是監(jiān)控系統(tǒng)的觸角和執(zhí)行器，現(xiàn)場設(shè)備包括溫度傳感器、氧氣傳感器、一氧化碳傳感器、煙霧傳感器、防爆門、料位計(jì)和電動(dòng)球閥等。長興電廠的現(xiàn)場設(shè)備通過硬接線和通訊兩種方式連接控制器系統(tǒng)，很好地實(shí)現(xiàn)了控制器對(duì)設(shè)備的監(jiān)測和控制。

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〔編輯：張思楠〕