明火煤监测装置在火力发电厂中的应用和探讨

刘青军

摘 要： 煤炭在经过长时间的运输及存储之后，由于受水分的挥发、压实程度的变化等因素影响易发生自燃，不仅对运行皮带造成安全隐患，如果让已经自燃的煤炭进入储煤场，还会造成更大损失，因而在传输皮带尤其是在进厂煤传输皮带上，加装明火煤监测装置设备，将为火力发电厂输煤系统安全提供有力保障。

关键词： 火力发电厂 明火煤 检测装置

一、明火煤监测装置的介绍和应用

内蒙古大板电厂2×600MW机组新建工程的明火煤监测装置设备计划安装在C-7AB贮煤场带式输送机上，室外安装。明火煤监测装置工作制为重型工作制，设计寿命30年，设备能够满足每天24小时连续运行。设备启动、运行和停机平稳并安全可靠。明火煤整套监控装置包括红外监测及喷淋灭火装置两部分。系统既可以单独控制运行，又可以与运煤系统连锁运行；既可就地操作，又可并入输煤程控系统中进行集中控制。

红外探测装置通常安装在皮带上方1.0米至1.5米的高度，以使其光学系统可以覆盖整个皮带宽度，用来监视和发现在输送过程中已发生着火的煤，或虽然还没有达到着火的条件，但有足够的能量在到达目的地后可着火的煤。大板电厂输煤C-7AB胶带机安装在两个条形露天储煤场中间位置，储煤场的存煤经过输煤C-7AB胶带机输送到原煤斗内。储煤场里的存煤经过长时间存放，极易发生“闷烧”潜伏，然而，当它被输入露天煤场中间的C-7AB胶带机上，极易发生着火自然现象，致使胶带、煤斗等设备发生烧损事故。

红外探测装置包括红外探测感应单元、控制单元、空气清洁吹扫单元。红外探测装置的设计是探测热的物体进入探测器可视范围内时发生的辐射变换。通过光学过滤及电子参数分析的方法，系统对于阳光或就地照明的辐射不响应，这种系统可用于监视移动通过可视区域内较低温度的物料。红外探测感应单元通过可调支架安装于带式输送机的上方或旁边，支架应能进行水平、垂直方向的调整。整个系统配备八个红外探头，每两个为一组，构成四条通道，可输出ALARM（报警）、TRIP（动作）两个一次信号。各组信号之间相互验证，以提高探测灵敏度，减少误报率。探测器既可以对燃烧的明火做出响应，又可对位于表面以下的“热斑”做出响应。其灵敏度应能满足面积为250mm×250mm、温度为≥100℃的煤，以≤6m/s的速度通过探测器的探测区域时，及时发现并发出正确的指令。探测器的安装高度应不低于1000mm；探测宽度范围应涵盖输送机带宽，以及不小于1000mm的长度。控制单元可根据探测器触发的一次红外信号和故障监测信号，经过逻辑编程系统的综合判断，发出相应的指示、指令（报警或动作），信息发送至输煤程控室，并在现场设置声、光报警。

红外探测装置发生报警信号以后，原则上皮带应该停下，位置应该在传送带将火种卸到料斗之前或停止在消防系统的下面。皮带机停止后，通过自动或人工干预的方式启动喷淋装置，待情况处理完毕，确认系统安全以后，再重新启动皮带机系统。

喷淋装置使用工业消防水作为介质，将一组或多组喷嘴沿输送机运行方向布置在探测器的下游。喷嘴采用矩形雾炬喷头，均匀、完整覆盖喷淋区域。喷嘴应有防灰尘等的堵塞措施。作为目前较为先进的PATOL5000系列输送机系统红外探测器的配套装置，设计上充分考虑了火力发电厂的运行和安全生产对应可靠性、操作维护方便等方面的要求，为输煤系统的安全运行监控提供了有效的手段。具体有如下特点：1.采用独特的矩形雾炬喷头，均匀、完整覆盖喷淋区域；2.微电脑程序智能控制；3.通用工业消防水源；4.灵活的组合方式，充分满足工艺系统设计的各种要求；5.结构轻巧、安装方便；6.优良的设计使其经久耐用、易于检修。喷淋装置主要包括：电气控制柜、微电脑程序控制器、电磁阀、喷淋器及相应支架、配套的快装式现场控制机房及机房电气环境维护系统等。一般情况下，配备6个喷头，可以覆盖6—10米的喷洒区间。红外探测装置及喷淋器既可以很方便地用安装在皮带机框架上，又可以固定在地面上。喷淋器与红外探测器之间的距离则应根据皮带机的参数及煤质特性等通过计算后确定。

二、红外探测装置监控系统的优势

首先，响应时间快，测温精度高，一定范围内覆盖区域广。响应时间表示红外热像仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。现在的红外热像仪的反应速度都很快，要比接触式测温方法快很多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时，则要选用快速响应红外热像仪，否则达不到足够的信号响应，导致测量精度降低。红外扫描热像仪比普通单点测温探头响应时间快很多，红外扫描测温仪的相应时间为小于10ms，单点测温探头的相应时间约为150ms。测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。根据黑体辐射定律，在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化，因此，测温时应尽量选用短波较好。通常，测温范围越窄，监控温度的输出信号分辨率越高，精度可靠性容易解决。无论是从波长角度还是测温范围，红外扫描测温仪的测温精度都优于单点红外探头。红外扫描测温仪波长为3—5μm，测温范围为20—250°C；单点测温探头波长8—14μm，测温范围为负25—600°C。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，又要测量小目标，就应选择高光学分辨率的热像仪。红外扫描热像仪在小于1.2m探测距离时，光斑直径均为12mm，则相当于在宽度为1.2米的输送带上连续用1000个探头以50Hz的频率持续对皮带进行温度监测，覆盖范围和测量精度远远高于多个单点测温探头。

其次，结构优势明显。明火煤监测装置选用红外扫描热像仪作为温度监测传感器将简化系统结构，减少施工时间，增强系统稳定性和易维护性。如果采用单探头红外测温仪，则需要布线及焊接的工作量将比采用红外扫描热像仪的工作量多出几倍，会对整个系统的稳定性产生很大影响。而采用红外扫描热像仪使得整个明火煤监测装置更加紧凑和稳定，更符合电厂对监测系统各方面的要求。

最后，扩展优势强。红外扫描热像仪和配套的控制单元采用最新的嵌入式操作系统，具有高效、稳定、扩展性好等特性。友好的人机界面，能够直接以数字显示测量温度、显示温度变化曲线，并且控制单元根据工业现场的需求，特别设置了快速响应温度报警输出信号，以方便用户接驳其他程控系统。控制单元还具备强大的扩展性，可以在将来加装无线模块，实现监测信号和报警信号的远程传输，提升明火煤监测系统的整体性能。