火力發(fā)電廠為保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，需要儲(chǔ)存大量的煤炭。通常這些場(chǎng)所的煤炭都堆放在露天煤場(chǎng)上，這種儲(chǔ)存方式會(huì)造成環(huán)境污染、煤炭損失、煤質(zhì)下降、增加占地以及儲(chǔ)煤含水量、凍結(jié)等狀況，影響正常生產(chǎn)。
某電廠三期工程建設(shè)4x600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。為節(jié)省占地，有效控制對(duì)環(huán)境的污染，并減少煤的風(fēng)吹雨淋損失，節(jié)約能源，機(jī)組沒有設(shè)置常規(guī)煤場(chǎng)，而是在廠址東北角分兩排等距離布置了10只貯煤筒倉，并選用了儲(chǔ)煤與配煤分開的工藝流程。使用筒倉儲(chǔ)煤會(huì)產(chǎn)生許多危險(xiǎn)因素，如儲(chǔ)煤長(zhǎng)期存放將會(huì)使煤的溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到煤的燃點(diǎn)時(shí)，煤就會(huì)發(fā)生自燃，煤的氧化速度隨著溫度的升高而加速。與此同時(shí)，生成熱迅速增加，當(dāng)溫度、可燃?xì)怏w濃度以及粉塵濃度達(dá)到一定的數(shù)值后，筒倉極易發(fā)生自燃甚至引發(fā)爆炸。由此筒倉的安全監(jiān)測(cè)及防爆控制對(duì)輸煤系統(tǒng)的安全生產(chǎn)有著重要的意義，各系統(tǒng)之間形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及聯(lián)鎖關(guān)系。
一、系統(tǒng)構(gòu)成及功能
1.1筒倉安全監(jiān)測(cè)
1.1.1系統(tǒng)構(gòu)成
為了防止儲(chǔ)煤筒倉事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的安全運(yùn)行，某某電廠三期工程中每個(gè)筒倉均設(shè)置了溫度傳感器、可燃?xì)怏w探測(cè)器、煙霧探測(cè)器和一氧化碳傳感器，分別對(duì)筒倉中的儲(chǔ)煤溫度、可燃?xì)怏w濃度、CO濃度及煙霧等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
溫度傳感器選用鉑電阻Pt100系列，分裝在筒倉外壁及筒倉底錐上的不銹鋼護(hù)套內(nèi)，防止其被煤砸壞或磨損；且每個(gè)鉑電阻傳感器配以溫度變送器。每個(gè)儲(chǔ)煤筒倉分別配置可燃?xì)怏w探測(cè)器、煙霧傳感器、一氧化碳傳感器各2個(gè)，安裝在筒倉頂板上，由氣泵將筒倉內(nèi)氣體抽出，進(jìn)入光譜分析儀進(jìn)行氣體成分及含量分析，并將數(shù)據(jù)送入輸煤系統(tǒng)控制中心。
1.1.2系統(tǒng)功能
每個(gè)筒倉監(jiān)測(cè)設(shè)施的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)二次儀表，以RS-485通信方式傳送至輸煤程控室的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)具有設(shè)置報(bào)警、打印統(tǒng)計(jì)報(bào)表、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史趨勢(shì)畫面顯示及控制輸出等功能。筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。
1.2筒倉安全防爆
筒倉安全防爆惰化系統(tǒng)是利用氮?dú)獾亩栊栽?，將空氣中分離出來的氮?dú)夂徒?jīng)過凈化的煙氣通入筒倉，以稀釋筒倉內(nèi)的可燃性氣體，從而解決筒倉內(nèi)可燃性氣體濃度過高引起爆炸的隱患。
1.2.1工藝流程簡(jiǎn)述
筒倉安全防爆惰化系統(tǒng)中惰性氣體制備設(shè)備將制備的氮?dú)馑腿雰?chǔ)氣罐，經(jīng)筒倉中下部和底部的氮?dú)馔ㄈ肟刂崎y門，進(jìn)入筒倉內(nèi)煤層中；電廠煙氣經(jīng)脫硫、制冷等一系列處理后，通過管道進(jìn)入筒倉內(nèi)接近煤層的位置，稀釋可燃性氣體叫。根據(jù)從筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集到的可燃?xì)怏w的濃度報(bào)警值，當(dāng)濃度達(dá)到一級(jí)報(bào)警值時(shí)，氮?dú)庀到y(tǒng)工作，稀釋筒倉內(nèi)的可燃性氣體；當(dāng)濃度達(dá)到二級(jí)報(bào)警值時(shí)，在氮?dú)庀到y(tǒng)啟動(dòng)的同時(shí)，煙氣系統(tǒng)也投入工作。惰化系統(tǒng)的工藝流程如圖2所示。
1.2.2系統(tǒng)控制方法
整個(gè)安全防爆惰化系統(tǒng)可分為設(shè)備層、控制層和監(jiān)控層。其中設(shè)備層包括各類電動(dòng)閥、電磁閥、氣泵、增壓風(fēng)機(jī)、溫度／壓力傳感器等，它是整個(gè)系統(tǒng)控制的基本單元，負(fù)責(zé)將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字或標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，并且執(zhí)行控制層發(fā)出的指令?？刂茖硬捎肎E Fanuc Series 90-0 PLC系統(tǒng)，對(duì)來自輸煤程控系統(tǒng)的可燃?xì)怏w數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的危險(xiǎn)可燃?xì)怏w濃度值比較結(jié)果進(jìn)行判斷后作出相應(yīng)處理；同時(shí)，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝過程各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。監(jiān)控層是惰化保護(hù)系統(tǒng)的上位機(jī)，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)惰化保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視、報(bào)警以及手動(dòng)操作。
1.3輸煤程控系統(tǒng)
火電廠中所采用的絕大部分燃料是燃煤。由于煤產(chǎn)地與電廠間地理位置或地域不同，需要通過汽車、火車或輪船把煤運(yùn)往電廠。輸煤系統(tǒng)承擔(dān)從煤源（翻車機(jī)、卸船機(jī)、汽車卸煤溝等）至儲(chǔ)煤場(chǎng)，再由儲(chǔ)煤場(chǎng)到主機(jī)煤倉，或者直接將煤源輸送到主機(jī)煤倉的備煤和上煤的任務(wù)。
1.3.1工藝流程簡(jiǎn)述
在某電廠三期工程中，原料煤由煤駁船從水路運(yùn)入廠區(qū)專用碼頭，碼頭上設(shè)置了2臺(tái)卸船機(jī)，運(yùn)輸系統(tǒng)采用膠帶輸送機(jī)，原料煤經(jīng)由電子皮帶秤計(jì)量，除大木塊器作雜物分離；經(jīng)配有金屬探測(cè)器的帶式除鐵器除鐵，強(qiáng)力破碎機(jī)破碎后，由CIA/B-C6A/B輸送膠帶機(jī)經(jīng)卸料小車、環(huán)式布料機(jī)配入儲(chǔ)煤筒倉群；倉底給煤系統(tǒng)由環(huán)式給料機(jī)給料，經(jīng)滾軸篩、碎煤機(jī)，由CIA/B-C6A/B輸送膠帶機(jī)送入配煤系統(tǒng)煤倉。
二、系統(tǒng)整合
筒倉安全監(jiān)測(cè)和惰化系統(tǒng)的管理層即輸煤程控系統(tǒng)，是整個(gè)輸煤系統(tǒng)的集中控制中心。在完成輸煤程控系統(tǒng)自動(dòng)控制的同時(shí)，它還將接收來自筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中可燃?xì)怏w濃度、筒倉儲(chǔ)煤溫度、CO濃度以及煙霧濃度等數(shù)據(jù)，并將這些相關(guān)數(shù)據(jù)下傳到惰化保護(hù)系統(tǒng)的PLC。
為了確保整個(gè)輸煤系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，首先需要在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上建立可靠的聯(lián)系，使整個(gè)筒倉安全監(jiān)測(cè)及惰化系統(tǒng)在輸煤系統(tǒng)中得以完整地整合；其次，系統(tǒng)之間要進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)交換，才能實(shí)現(xiàn)筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及惰化保護(hù)系統(tǒng)的閉鎖，使輸煤系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖發(fā)揮最大的作用。
2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
由于筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用RS-485通信方式將現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)送至輸煤程控室的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，輸煤程控系統(tǒng)特配置了GE 90-70 PCM301通信模塊，通過模塊上的RS-485通信接口與筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行連接，并采用ModbuS通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
筒倉安全防爆惰化系統(tǒng)與輸煤程控系統(tǒng)均應(yīng)用了GE PLC控制器，通過2個(gè)系統(tǒng)間的交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，采用GE Fanuc工業(yè)以太網(wǎng)EGD通信協(xié)議（Ethernet global data），實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)間高效、簡(jiǎn)便、快速的數(shù)據(jù)通信。
2.2 軟件控制方法
2.2.1 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信方法輸煤程控系統(tǒng)配置了GE 90-70 PCM301通信模此通信模塊內(nèi)置有2個(gè)串行通信接口，將其一組態(tài)成為Modbus協(xié)議的主設(shè)備，然后將具備Modbus協(xié)議的從設(shè)備筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與模塊連接起來，2個(gè)系統(tǒng)間即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。對(duì) PCM301 通信模塊組態(tài)的具體步驟如下。
首先使用編程軟件Cimplicity ME，配置PCM301模塊端口參數(shù)POR代，編輯PCM301模塊所配置文件RTUM.107，根據(jù)需要，修改3000行開始的一段代碼，具體如下：
參數(shù)配置完畢后，轉(zhuǎn)換并裝載此段程序到PCM模塊。通信模塊能夠執(zhí)行自身內(nèi)部的程序，而與PLC系統(tǒng)控制程序無關(guān)。它一方面通過上述程序中設(shè)定的%R寄存器地址接收PLC的指令和返回給PLC結(jié)果和狀態(tài)；另一方面通過硬件端口與筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。
2.2.2惰化系統(tǒng)的通信方法
由于采用EGD工業(yè)以太網(wǎng)全局?jǐn)?shù)據(jù)通信協(xié)議，編程人員從通信的底層編程任務(wù)中解脫出來，他們只需將輸煤與惰化系統(tǒng)所需交換的數(shù)據(jù)定義好即可，其余由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。其實(shí)現(xiàn)方法是在EGD中的設(shè)置對(duì)話框內(nèi)進(jìn)行如下操作。
①將“produced exchanged”中的“IP Address”設(shè)置為輸煤系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊的IP地址，表示輸煤PLC站后續(xù)“Add exch”的“refereance”地址的存儲(chǔ)器內(nèi)容將發(fā)送到惰化系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊中對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器去；
②將“consumed exchanged”中的“IP Address”設(shè)置為惰化系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊的IP地址，表示輸煤系統(tǒng)PLC站后續(xù)“Add exch”的“refereance”地址的存儲(chǔ)器內(nèi)容是從惰化系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊中的對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器傳送來而得到的；
③ 對(duì)應(yīng)惰化系統(tǒng)中的配置，將“ preduced exchanged”和“consumed exchange”中的“IP Address”設(shè)置為輸煤系統(tǒng)PLC的lP地址，即主站輸煤系統(tǒng)PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)是到惰化系統(tǒng)分站的，而惰化系統(tǒng)分站發(fā)送的數(shù)據(jù)是送給輸煤系統(tǒng)PLC的。配置完畢后，在輸煤程控系統(tǒng)中收集筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化、報(bào)警信息，并立即在惰化系統(tǒng)中進(jìn)行相應(yīng)處理，同樣，惰化系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)也能夠及時(shí)采集，從而對(duì)卸煤流程作出修整。
2.3軟件控制內(nèi)容
為確保輸煤程控系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)筒倉進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。在沒有故障報(bào)警聯(lián)鎖條件時(shí)，輸煤程控系統(tǒng)才能夠?qū)ν矀}進(jìn)行儲(chǔ)煤和卸煤操作。同時(shí)，輸煤程控系統(tǒng)與筒倉安全防爆惰化系統(tǒng)之間保持著密切的數(shù)據(jù)通信，一旦發(fā)生險(xiǎn)情，安全防爆惰化系統(tǒng)將及時(shí)投入工作。由此各系統(tǒng)之間必須進(jìn)行以下數(shù)據(jù)交換。
①當(dāng)筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到筒倉內(nèi)的溫度值偏高時(shí)，輸煤程控系統(tǒng)優(yōu)先卸掉該筒倉的存煤。
②當(dāng)筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到筒倉內(nèi)的溫度值超過60℃時(shí)，進(jìn)行一級(jí)報(bào)警，輸煤程控系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)至安全防爆惰化系統(tǒng)，并打開相應(yīng)氮?dú)饪刂崎y門充入氮?dú)猓划?dāng)溫度值超過70-80℃時(shí)，進(jìn)行二級(jí)報(bào)警，打開所有氮?dú)饪刂崎y門充入氮?dú)?，以起到降溫的作用，同時(shí)將筒倉內(nèi)的CO、02置換掉，起到惰化系統(tǒng)的作用。
③為防止存煤時(shí)間太長(zhǎng)，輸煤程控系統(tǒng)輪流均衡使用各個(gè)筒倉，遵循先進(jìn)先出原則。在輸煤程控系統(tǒng)中對(duì)筒倉卸煤進(jìn)行記錄，若5天筒倉未出煤，進(jìn)行低級(jí)報(bào)警；10天未出煤，進(jìn)行高級(jí)報(bào)警；巧天未出煤，進(jìn)行高高級(jí)報(bào)警。報(bào)警信號(hào)被送入惰化系統(tǒng)，依據(jù)不同的報(bào)警級(jí)別，惰化系統(tǒng)作出相應(yīng)的處理。
④ 惰化系統(tǒng)在控制伸縮機(jī)工作，使通氣管道接近煤層的同時(shí)，發(fā)送運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)至輸煤程控系統(tǒng)，禁止對(duì)該筒倉進(jìn)行卸煤。
⑤ 可燃?xì)怏w的測(cè)量范圍為0-100LEL%，其中25LEL％為初報(bào)警，40LEL％為高報(bào)警。確認(rèn)筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)沒有誤報(bào)而濃度偏高時(shí)，輸煤程控系統(tǒng)必須及時(shí)通知惰化系統(tǒng)啟動(dòng)沖入氮?dú)?，并打開對(duì)應(yīng)筒倉頂部風(fēng)機(jī)或除塵器使其通風(fēng)，在沒有故障報(bào)警時(shí)，輸煤程控系統(tǒng)方可進(jìn)行操作。
⑥ 筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到筒倉內(nèi)CO濃度高于3.2％時(shí)進(jìn)行一級(jí)報(bào)警；當(dāng)高于5.12％時(shí)進(jìn)行二級(jí)報(bào)警，輸煤程控系統(tǒng)通知惰化系統(tǒng)啟動(dòng)，沖人氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，防止因CO含量過高引起爆炸，同時(shí)啟動(dòng)警鈴報(bào)警。
⑦ 每個(gè)筒倉頂部設(shè)有煙霧濃度檢測(cè)，筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并確認(rèn)著火時(shí)，安全防爆惰化系統(tǒng)啟動(dòng)，注人大量惰性氣體，消滅火源；輸煤程控系統(tǒng)停止儲(chǔ)煤，緊急卸煤，并在筒倉煤出口處對(duì)煤流噴水降溫，確保卸煤皮帶和其他設(shè)備的安全。
三、結(jié)束語
大直徑筒倉形式的封閉煤場(chǎng)是火力發(fā)電廠儲(chǔ)煤的發(fā)展方向，這一方案在某電廠三期工程中得到很好的實(shí)施。筒倉安全監(jiān)測(cè)及防爆系統(tǒng)投運(yùn)至今，經(jīng)歷了幾次高溫、雨季的考驗(yàn)，安全運(yùn)行已達(dá)4年，具有較好的實(shí)用性和穩(wěn)定性，為輸煤程控系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。