明火煤監測裝置在火力發電廠中的應用和探討

劉青軍

摘 要： 煤炭在經過長時間的運輸及存儲之后，由于受水分的揮發、壓實程度的變化等因素影響易發生自燃，不僅對運行皮帶造成安全隱患，如果讓已經自燃的煤炭進入儲煤場，還會造成更大損失，因而在傳輸皮帶尤其是在進廠煤傳輸皮帶上，加裝明火煤監測裝置設備，將為火力發電廠輸煤系統安全提供有力保障。

關鍵詞： 火力發電廠 明火煤 檢測裝置

一、明火煤監測裝置的介紹和應用

內蒙古大板電廠2×600MW機組新建工程的明火煤監測裝置設備計劃安裝在C-7AB貯煤場帶式輸送機上，室外安裝。明火煤監測裝置工作制為重型工作制，設計壽命30年，設備能夠滿足每天24小時連續運行。設備啟動、運行和停機平穩并安全可靠。明火煤整套監控裝置包括紅外監測及噴淋滅火裝置兩部分。系統既可以單獨控制運行，又可以與運煤系統連鎖運行；既可就地操作，又可并入輸煤程控系統中進行集中控制。

紅外探測裝置通常安裝在皮帶上方1.0米至1.5米的高度，以使其光學系統可以覆蓋整個皮帶寬度，用來監視和發現在輸送過程中已發生著火的煤，或雖然還沒有達到著火的條件，但有足夠的能量在到達目的地后可著火的煤。大板電廠輸煤C-7AB膠帶機安裝在兩個條形露天儲煤場中間位置，儲煤場的存煤經過輸煤C-7AB膠帶機輸送到原煤斗內。儲煤場里的存煤經過長時間存放，極易發生“悶燒”潛伏，然而，當它被輸入露天煤場中間的C-7AB膠帶機上，極易發生著火自然現象，致使膠帶、煤斗等設備發生燒損事故。

紅外探測裝置包括紅外探測感應單元、控制單元、空氣清潔吹掃單元。紅外探測裝置的設計是探測熱的物體進入探測器可視范圍內時發生的輻射變換。通過光學過濾及電子參數分析的方法，系統對于陽光或就地照明的輻射不響應，這種系統可用于監視移動通過可視區域內較低溫度的物料。紅外探測感應單元通過可調支架安裝于帶式輸送機的上方或旁邊，支架應能進行水平、垂直方向的調整。整個系統配備八個紅外探頭，每兩個為一組，構成四條通道，可輸出ALARM（報警）、TRIP（動作）兩個一次信號。各組信號之間相互驗證，以提高探測靈敏度，減少誤報率。探測器既可以對燃燒的明火做出響應，又可對位于表面以下的“熱斑”做出響應。其靈敏度應能滿足面積為250mm×250mm、溫度為≥100℃的煤，以≤6m/s的速度通過探測器的探測區域時，及時發現并發出正確的指令。探測器的安裝高度應不低于1000mm；探測寬度范圍應涵蓋輸送機帶寬，以及不小于1000mm的長度。控制單元可根據探測器觸發的一次紅外信號和故障監測信號，經過邏輯編程系統的綜合判斷，發出相應的指示、指令（報警或動作），信息發送至輸煤程控室，并在現場設置聲、光報警。

紅外探測裝置發生報警信號以后，原則上皮帶應該停下，位置應該在傳送帶將火種卸到料斗之前或停止在消防系統的下面。皮帶機停止后，通過自動或人工干預的方式啟動噴淋裝置，待情況處理完畢，確認系統安全以后，再重新啟動皮帶機系統。

噴淋裝置使用工業消防水作為介質，將一組或多組噴嘴沿輸送機運行方向布置在探測器的下游。噴嘴采用矩形霧炬噴頭，均勻、完整覆蓋噴淋區域。噴嘴應有防灰塵等的堵塞措施。作為目前較為先進的PATOL5000系列輸送機系統紅外探測器的配套裝置，設計上充分考慮了火力發電廠的運行和安全生產對應可靠性、操作維護方便等方面的要求，為輸煤系統的安全運行監控提供了有效的手段。具體有如下特點：1.采用獨特的矩形霧炬噴頭，均勻、完整覆蓋噴淋區域；2.微電腦程序智能控制；3.通用工業消防水源；4.靈活的組合方式，充分滿足工藝系統設計的各種要求；5.結構輕巧、安裝方便；6.優良的設計使其經久耐用、易于檢修。噴淋裝置主要包括：電氣控制柜、微電腦程序控制器、電磁閥、噴淋器及相應支架、配套的快裝式現場控制機房及機房電氣環境維護系統等。一般情況下，配備6個噴頭，可以覆蓋6—10米的噴灑區間。紅外探測裝置及噴淋器既可以很方便地用安裝在皮帶機框架上，又可以固定在地面上。噴淋器與紅外探測器之間的距離則應根據皮帶機的參數及煤質特性等通過計算后確定。

二、紅外探測裝置監控系統的優勢

首先，響應時間快，測溫精度高，一定范圍內覆蓋區域廣。響應時間表示紅外熱像儀對被測溫度變化的反應速度，定義為到達最后讀數的95%能量所需要時間，它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統的時間常數有關。現在的紅外熱像儀的反應速度都很快，要比接觸式測溫方法快很多。如果目標的運動速度很快或測量快速加熱的目標時，則要選用快速響應紅外熱像儀，否則達不到足夠的信號響應，導致測量精度降低。紅外掃描熱像儀比普通單點測溫探頭響應時間快很多，紅外掃描測溫儀的相應時間為小于10ms，單點測溫探頭的相應時間約為150ms。測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標。根據黑體輻射定律，在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發射率誤差所引起的輻射能量的變化，因此，測溫時應盡量選用短波較好。通常，測溫范圍越窄，監控溫度的輸出信號分辨率越高，精度可靠性容易解決。無論是從波長角度還是測溫范圍，紅外掃描測溫儀的測溫精度都優于單點紅外探頭。紅外掃描測溫儀波長為3—5μm，測溫范圍為20—250°C；單點測溫探頭波長8—14μm，測溫范圍為負25—600°C。如果測溫儀由于環境條件限制必須安裝在遠離目標之處，又要測量小目標，就應選擇高光學分辨率的熱像儀。紅外掃描熱像儀在小于1.2m探測距離時，光斑直徑均為12mm，則相當于在寬度為1.2米的輸送帶上連續用1000個探頭以50Hz的頻率持續對皮帶進行溫度監測，覆蓋范圍和測量精度遠遠高于多個單點測溫探頭。

其次，結構優勢明顯。明火煤監測裝置選用紅外掃描熱像儀作為溫度監測傳感器將簡化系統結構，減少施工時間，增強系統穩定性和易維護性。如果采用單探頭紅外測溫儀，則需要布線及焊接的工作量將比采用紅外掃描熱像儀的工作量多出幾倍，會對整個系統的穩定性產生很大影響。而采用紅外掃描熱像儀使得整個明火煤監測裝置更加緊湊和穩定，更符合電廠對監測系統各方面的要求。

最后，擴展優勢強。紅外掃描熱像儀和配套的控制單元采用最新的嵌入式操作系統，具有高效、穩定、擴展性好等特性。友好的人機界面，能夠直接以數字顯示測量溫度、顯示溫度變化曲線，并且控制單元根據工業現場的需求，特別設置了快速響應溫度報警輸出信號，以方便用戶接駁其他程控系統。控制單元還具備強大的擴展性，可以在將來加裝無線模塊，實現監測信號和報警信號的遠程傳輸，提升明火煤監測系統的整體性能。