長興電廠儲煤筒倉惰化監控系統設備選型與工藝

蔣新強+朱雷+楊淵

摘 要：以往，火電廠儲煤常采用露天煤場，后因多種原因開始采用筒倉等封閉式儲煤。而筒倉封閉式儲煤一旦出現安全事故，則會直接威脅到相關人員的人身安全和設備安全，進而無法保證電廠的正常生產。因此，筒倉惰化監控系統對保障儲煤安全及電力生產的順利進行至關重要。針對長興電廠筒倉儲煤安全措施，結合電廠采煤和用煤具有的連續性特點，對筒倉儲煤惰化監控系統的設備選型和工藝進行了設計和開發，以保障電廠儲煤筒倉的安全、高效運行。

關鍵詞：燃煤火電廠；儲煤筒倉；惰化監控；測溫鋼纜

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：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電的主要能源。為了保證火力發電廠生產的正常進行，需要儲存大量的煤炭。以往，常采用露天煤場儲存煤炭，這種儲存方式不僅占地面積大，且會造成環境污染、煤炭損失、煤質下降、儲煤含水量增加和煤炭凍結等問題，嚴重影響了煤炭的正常生產。隨著我國對環保工作的重視及其各項政策的落實，很多大型電廠考慮到散煤堆放占地面積大、污染環境、影響煤質等實質性問題，逐漸采取了筒倉存儲方式。實踐證明，筒倉存儲方式是可取的，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性質，加之筒倉的“煙筒效應”，其在有限的密封空間內不易散熱，易氧化，甚至可能因可燃氣體的聚集而產生爆炸，或因煤層氧化而產生自燃，進而引發大面積火災，造成巨大的經濟損失。一旦出現安全事故，將直接威脅到工作人員和設備的安全，無法保證電廠的正常生產。因此，引進筒倉惰化監控系統對保障儲煤安全及電力生產的順利進行至關重要。

浙江華能長興電廠“上大壓小”工程項目新建2臺660 MW超臨界燃煤發電機組，同步建設煙氣脫硫、脫硝裝置。按照環保的要求，電廠煤場采用方形集束封閉式煤場儲煤倉，共48個六邊形煤倉，煤倉倉頂高45 m，集束布置，形同筒狀。此設計為世界首創，無論是從結構布置上，還是從工藝流程上都具有很多特色，不同于常規設計，整體屬于創新設計。華能長興電廠儲煤筒倉惰化監控系統由上位機、下位機控制器、現場設備和控制程序組成，各個組成部分共同維護著筒倉儲煤生產的安全進行。

1 上位機監控系統的選型

上位機監控系統分為8個子系統，分別為主監控系統、惰化保護系統、惰化制氮系統、布袋除塵系統、廊道氣體系統、報警系統、報表系統、儲煤配置系統。下面詳細介紹這8個子系統：①上位機主監控系統主要用來監控所有筒倉傳感器的運行狀態和報警狀態、儲煤筒倉內煤位的高度、監控惰化保護系統中電動球閥的動作、制氮系統的運行情況。②惰化保護系統主要用來監視和控制筒倉的鎖氣層電動球閥、充氣層一電動球閥、充氣層二電動球閥、換氣層電動球閥，并顯示當前筒倉進煤和卸煤的狀態。③惰化制氮系統主要用來監控和控制制氮機、空壓機、冷干機，控制儲氣罐進、出口的電動閥和氣動閥以及儲氣罐進、出口的氮氣壓力和總出口氮氣的純度。此外，該系統還能為惰化保護系統提供充足的氮氣。④布袋除塵系統主要用來監視和控制所有布袋除塵器的運行狀態。⑤廊道氣體系統包含了倉頂廊道和倉底廊道，可監視廊道氣體含量和報警，從而有效保證工作人員的生命安全。⑥報警系統包含了實時報警和歷史報警，實時報警為區域顯示，歷史報警則通過對SQL Server數據庫進行查詢來訪問歷史報警。⑦報表系統主要用來完成區域性選擇查詢報表和打印報表。⑧儲煤配置系統主要用來設置進煤的密度，并根據密度和筒倉料位的高度來計算當前筒倉內煤的體積和質量。

2 制氮系統的硬件系統與工藝

氮氣在惰化保護系統作為儲煤倉的保護氣體，一方面可避免煤倉內的煤出現異常，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入煤倉，比如進煤和卸煤。

充足的氮氣存儲是保證筒倉安全的必要條件，制氮系統保證了富裕的氮氣來源。制氮系統主要包括空氣壓縮機（空壓機）、空氣緩沖罐、冷凍式干燥機（冷干機）、膜分離制氮機、氮氣儲氣罐和監測傳感器，制氮系統的工作流程如圖1所示。制氮機系統采用先進的中空纖維膜制氮機，可將空氣中的氮氣分離。其正常運行需要空壓機和冷干機提供純凈、干燥的壓縮空氣，且需要傳感器監視進氣口氣體的溫度和壓力，從而保證制氮效率。制氮機所產生的氮氣通過氮氣儲氣罐存儲。

3 現場主要監測設備的選型

3.1 溫度監測設備的選型

筒倉內存煤的溫度是筒倉監測的重要參數之一，也是最難測量的參數之一。煤的自燃主要是因煤的氧化反應而釋放熱量。然而，煤的熱導性較差，導致大容量存儲煤倉不利于熱量的擴散，因此，測量煤層內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個入煤口進入筒倉，在筒倉內相交形成2座煤峰。由于煤在自由落體時大塊的煤往往會滾落到谷底，相鄰煤塊之間塊狀煤越大越是易存積空氣，因此，該區域的溫度最具有代表性。

每個筒倉設計了4套測溫鋼纜，每套鋼纜內布置了6支溫度測點，每相鄰2套鋼纜內的測點高度交錯布置，近似矩陣式布點原則，可有效縮短測溫點間距，測點布置如圖2所示。

3.2 料位計的選型

料位計檢測傳感器分為開關量料位傳感器和連續測量料位傳感器。這2種料位計在工業中的運用十分廣泛，各有優勢。常規料位傳感器的輸出都是標準0～1 mA信號和4～20 mA信號，可直接實現與控制系統的連接，實現對筒倉的實時監控。

開關量料位檢測傳感器常用于高料位和超高料位，連續測量料位檢測傳感器常用于實時測量料位。料位傳感器能及時地反饋現場筒倉料位的情況，實現對筒倉的實時監控，并對輸煤程控系統進行實時反饋控制。根據現場的實際情況和價格，采用了開關量料位計和連續性的料位計，開關型的料位計選用射頻導納作為高料位，選用水銀料位作為超高料位，連續性料位計選用智能雷達料位計來實時監控筒倉內料位的高度。

4 結束語

儲煤筒倉惰化監控系統由上位機、下位機控制器、現場設備和控制程序組成。本文探討了設備的選型和設備的控制工藝，在長興電廠已安裝的筒倉惰化監測系統可實現上層設備對下層設備的監測和控制，保障了筒倉儲煤的安全、有效進行。上位

機可根據控制系統選擇工控機，下位機控制器可根據系統點位和冗余配置，并采用了ControlLogix系列控制器，通過以太網連接，可實現上位機對控制器的訪問和控制。制氮系統是筒倉惰化保護的氣體來源，主要包含空壓機、空氣儲氣罐、冷干機和制氮機等，控制器與制氮系統之間通過硬接線連接，可實現控制器對制氮系統數據的收集和控制。

現場設備是監控系統的觸角和執行器，現場設備包括溫度傳感器、氧氣傳感器、一氧化碳傳感器、煙霧傳感器、防爆門、料位計和電動球閥等。長興電廠的現場設備通過硬接線和通訊兩種方式連接控制器系統，很好地實現了控制器對設備的監測和控制。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕