长兴电厂储煤筒仓惰化监控系统设备选型与工艺

蒋新强+朱雷+杨渊

摘 要：以往，火电厂储煤常采用露天煤场，后因多种原因开始采用筒仓等封闭式储煤。而筒仓封闭式储煤一旦出现安全事故，则会直接威胁到相关人员的人身安全和设备安全，进而无法保证电厂的正常生产。因此，筒仓惰化监控系统对保障储煤安全及电力生产的顺利进行至关重要。针对长兴电厂筒仓储煤安全措施，结合电厂采煤和用煤具有的连续性特点，对筒仓储煤惰化监控系统的设备选型和工艺进行了设计和开发，以保障电厂储煤筒仓的安全、高效运行。

关键词：燃煤火电厂；储煤筒仓；惰化监控；测温钢缆

中图分类号：TM621 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.064

我国的火电厂基本上都是以煤炭作为发电的主要能源。为了保证火力发电厂生产的正常进行，需要储存大量的煤炭。以往，常采用露天煤场储存煤炭，这种储存方式不仅占地面积大，且会造成环境污染、煤炭损失、煤质下降、储煤含水量增加和煤炭冻结等问题，严重影响了煤炭的正常生产。随着我国对环保工作的重视及其各项政策的落实，很多大型电厂考虑到散煤堆放占地面积大、污染环境、影响煤质等实质性问题，逐渐采取了筒仓存储方式。实践证明，筒仓存储方式是可取的，但也不可避免地存在一些问题，比如，由于煤自身具有的物理和化学性质，加之筒仓的“烟筒效应”，其在有限的密封空间内不易散热，易氧化，甚至可能因可燃气体的聚集而产生爆炸，或因煤层氧化而产生自燃，进而引发大面积火灾，造成巨大的经济损失。一旦出现安全事故，将直接威胁到工作人员和设备的安全，无法保证电厂的正常生产。因此，引进筒仓惰化监控系统对保障储煤安全及电力生产的顺利进行至关重要。

浙江华能长兴电厂“上大压小”工程项目新建2台660 MW超临界燃煤发电机组，同步建设烟气脱硫、脱硝装置。按照环保的要求，电厂煤场采用方形集束封闭式煤场储煤仓，共48个六边形煤仓，煤仓仓顶高45 m，集束布置，形同筒状。此设计为世界首创，无论是从结构布置上，还是从工艺流程上都具有很多特色，不同于常规设计，整体属于创新设计。华能长兴电厂储煤筒仓惰化监控系统由上位机、下位机控制器、现场设备和控制程序组成，各个组成部分共同维护着筒仓储煤生产的安全进行。

1 上位机监控系统的选型

上位机监控系统分为8个子系统，分别为主监控系统、惰化保护系统、惰化制氮系统、布袋除尘系统、廊道气体系统、报警系统、报表系统、储煤配置系统。下面详细介绍这8个子系统：①上位机主监控系统主要用来监控所有筒仓传感器的运行状态和报警状态、储煤筒仓内煤位的高度、监控惰化保护系统中电动球阀的动作、制氮系统的运行情况。②惰化保护系统主要用来监视和控制筒仓的锁气层电动球阀、充气层一电动球阀、充气层二电动球阀、换气层电动球阀，并显示当前筒仓进煤和卸煤的状态。③惰化制氮系统主要用来监控和控制制氮机、空压机、冷干机，控制储气罐进、出口的电动阀和气动阀以及储气罐进、出口的氮气压力和总出口氮气的纯度。此外，该系统还能为惰化保护系统提供充足的氮气。④布袋除尘系统主要用来监视和控制所有布袋除尘器的运行状态。⑤廊道气体系统包含了仓顶廊道和仓底廊道，可监视廊道气体含量和报警，从而有效保证工作人员的生命安全。⑥报警系统包含了实时报警和历史报警，实时报警为区域显示，历史报警则通过对SQL Server数据库进行查询来访问历史报警。⑦报表系统主要用来完成区域性选择查询报表和打印报表。⑧储煤配置系统主要用来设置进煤的密度，并根据密度和筒仓料位的高度来计算当前筒仓内煤的体积和质量。

2 制氮系统的硬件系统与工艺

氮气在惰化保护系统作为储煤仓的保护气体，一方面可避免煤仓内的煤出现异常，比如温度过高、氧含量过高和一氧化碳含量过高等；另一方面，可防止外界含氧量空气进入煤仓，比如进煤和卸煤。

充足的氮气存储是保证筒仓安全的必要条件，制氮系统保证了富裕的氮气来源。制氮系统主要包括空气压缩机（空压机）、空气缓冲罐、冷冻式干燥机（冷干机）、膜分离制氮机、氮气储气罐和监测传感器，制氮系统的工作流程如图1所示。制氮机系统采用先进的中空纤维膜制氮机，可将空气中的氮气分离。其正常运行需要空压机和冷干机提供纯净、干燥的压缩空气，且需要传感器监视进气口气体的温度和压力，从而保证制氮效率。制氮机所产生的氮气通过氮气储气罐存储。

3 现场主要监测设备的选型

3.1 温度监测设备的选型

筒仓内存煤的温度是筒仓监测的重要参数之一，也是最难测量的参数之一。煤的自燃主要是因煤的氧化反应而释放热量。然而，煤的热导性较差，导致大容量存储煤仓不利于热量的扩散，因此，测量煤层内部温度是最具有代表性的。

皮带上的煤在犁煤器的作用下，通过2个入煤口进入筒仓，在筒仓内相交形成2座煤峰。由于煤在自由落体时大块的煤往往会滚落到谷底，相邻煤块之间块状煤越大越是易存积空气，因此，该区域的温度最具有代表性。

每个筒仓设计了4套测温钢缆，每套钢缆内布置了6支温度测点，每相邻2套钢缆内的测点高度交错布置，近似矩阵式布点原则，可有效缩短测温点间距，测点布置如图2所示。

3.2 料位计的选型

料位计检测传感器分为开关量料位传感器和连续测量料位传感器。这2种料位计在工业中的运用十分广泛，各有优势。常规料位传感器的输出都是标准0～1 mA信号和4～20 mA信号，可直接实现与控制系统的连接，实现对筒仓的实时监控。

开关量料位检测传感器常用于高料位和超高料位，连续测量料位检测传感器常用于实时测量料位。料位传感器能及时地反馈现场筒仓料位的情况，实现对筒仓的实时监控，并对输煤程控系统进行实时反馈控制。根据现场的实际情况和价格，采用了开关量料位计和连续性的料位计，开关型的料位计选用射频导纳作为高料位，选用水银料位作为超高料位，连续性料位计选用智能雷达料位计来实时监控筒仓内料位的高度。

4 结束语

储煤筒仓惰化监控系统由上位机、下位机控制器、现场设备和控制程序组成。本文探讨了设备的选型和设备的控制工艺，在长兴电厂已安装的筒仓惰化监测系统可实现上层设备对下层设备的监测和控制，保障了筒仓储煤的安全、有效进行。上位

机可根据控制系统选择工控机，下位机控制器可根据系统点位和冗余配置，并采用了ControlLogix系列控制器，通过以太网连接，可实现上位机对控制器的访问和控制。制氮系统是筒仓惰化保护的气体来源，主要包含空压机、空气储气罐、冷干机和制氮机等，控制器与制氮系统之间通过硬接线连接，可实现控制器对制氮系统数据的收集和控制。

现场设备是监控系统的触角和执行器，现场设备包括温度传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器、烟雾传感器、防爆门、料位计和电动球阀等。长兴电厂的现场设备通过硬接线和通讯两种方式连接控制器系统，很好地实现了控制器对设备的监测和控制。

参考文献

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[5]吕崇晓.储煤筒仓安全监测技术研究与应用[J].中国港湾建设，2013（01）.

〔编辑：张思楠〕