热电厂煤场安全监测系统

摘   要：简述煤场安全监测系统的基本构成，结合热电厂的物料特性，阐述设置煤场安监系统的必要性。

关键词：煤场 安全监测

Abstract： Briefly describe the basic components of the coal yard safety supervision system， and explain the necessity of setting up a coal yard safety supervision system based on the fuel characteristics of thermal power plants.

Key Words： Coal yard  Safety supervision

1.引言

热电厂作为重要的能源中心站，以其高效能及运行灵活性，广泛存在于各化工、工业产业园区。随着人们对环境保护的要求越来越高，工业园区中露天煤场已消失，封闭或半封闭干煤棚已成为热电厂建设的基本配置。

2.行业背景[作者简介：李裕场（1969—），男，高级工程师，现就职于中国联合工程有限公司，从事热工设计工作。]

通常，烟煤、褐煤等高挥发分煤种是热电厂最基础的燃料，燃料煤自燃、受煤皮带着火等问题一直是热电厂煤场设施稳定运行的痛点及难点，人工巡检、感温电缆、感烟探测器等的常规监测手段难以从根本上解决上述问题。为了给热电厂稳定运行创造一个良好的基础条件，设置一套全面智能的煤场安全监测系统十分必要。

3.系统设计理念

煤场安全监测系统采用基于物理与信息融合的物联技术理念，将煤场储煤量、温度、烟气、粉尘浓度及各种可燃/有毒气体监测报警等多项在线监测技术集成，通过标准化通讯接口、三维建模、大数据分析及存储等手段，组建一套完善的安全监测系统。

4.系统组成

笔者通过项目实施中采用的某公司设计开发的煤场安全监测与预警系统，阐述煤场安全监测系统的基本配置方案。

煤场安全监测系统主要包括煤场测温、明火煤在线监测、气体监测、粉尘监测、挡煤墙测温等底层感知监测子系统，以及系统监测分析及管理上层平台。系统总体架构见图4-1。

4.1系统监测分析及管理上层平台

本系统平台是整个煤场安全监测系统的终端大脑，集视频图像采集及存储技术、图像分析技术、红外热成像技术、仪表设备数据采集及控制、流媒体转发技术等为一体，管理平台软件具有以下主要功能：

1）采集各底层子系统实时数据

2）对采集的各底层子系统数据进行存储、分析、报警

3）对所有数据信息进行综合展示、检索、发布

监测平台系统监控大屏、服务器及其盘柜建议布置在燃料输送控制室，与燃料输送过程控制系统盘柜集中布置。同时预留信息接口，可将信息上传至全厂集中控制室，实现集中监控。

4.2 煤堆温度监测子系统

以往，巡检工人采用测温枪点测是监测煤堆温度的主要方法，此方法存在无法进行实时监测，工作量大，效率低，易漏检等一系列问题。感温电缆/光纤也因使用部位受限，线缆检修困难等问题无法大规模推广使用。红外热成像技术，以其非接触测量、干扰小、测量距离远等优势，可作为煤堆温度监测的理想解决方案。目前主流红外热成像系统，一般选择不易被大气吸收的 3～5μm（中波）、8～14μm（长波） 的热红外线作为主要工作波段。根据煤场的测量需求特性，8～14μm长波红外探测器作为热电厂煤堆温度监测的首选探测器。

煤堆温度监测子系统对煤场堆煤区进行在线实时的可见光视频、红外热图采集，实现大范围、高精度的煤堆红外温度辐射段的温度场监测与分析，当煤堆局部的“热点”达到报警温度时，系统发出声光报警，并可联动喷淋进行洒水降温，也可通知值班人员进行人工喷水，翻堆等操作；若煤堆已发生自燃，则系统在发出声光报警同时，可联动消防设施进行灭火操作，实现煤堆防自燃在线监测和实时安全评估，做到“防火于未燃”。填补行业内多年以来传统测温方式及人工经验判断的不足，有效地避免因煤堆自燃引起的重大火灾事故，做到“既安全、又高效”。

热电厂干煤棚通常为条形结构，煤场内斗轮机两侧分别有一个煤堆，在煤场每侧煤堆上方的马道上安装双视红外热成像仪，对煤场内煤堆进行24小时不间断扫描监控。安装示意见图4.2-1。

红外热像仪采用高速高精度光电转台扫描检测技术，远离煤堆即可获得大视场范围的煤堆红外辐射能量；通过在具有双视窗结构的高速高精度光电云台中搭载可见光摄像机和热像仪，并采用特殊红外窗口（锗片），使得红外热像仪及红外镜头能够实现高速、高精度连续运行。

针对煤场的应用需求，开发专用的行业版应用分析软件，具有红外热图实时显示、敏感区域温度实时显示、历史温度趋势分析等功能，软件人机界面友好、稳定性强。

4.3 明火煤监测子系统

根据《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB 50229-2019规定，燃用容易自燃煤种的电厂从贮煤设施取煤的第一条带式输送机上应设置明火煤监测装置。当监测到明火时，应有禁止明火进入后续运煤系统的措施。

明火煤监测子系统主要由红外高速扫描仪、喷淋灭火装置、监控摄像头、控制箱和监控主机组成。见图4.3-1。

系统采用红外高速线扫描测温和多点定位传感技术，可以提供精确、宽范围、边缘到边缘的连续和离散过程的温度监视，对皮带上运动煤粉的温度场进行精确定位和实时在线分析，并以图文形式显示温度分布热像图。监测主机对红外扫描仪采集的温度数据进行分析处理，经过控制器综合逻辑判断，当皮带上煤粉温度超过设定值时，系统输出报警信号并可联动喷淋装置，对输煤皮带进行灭火冷却，或采用人工处理，同时通过监控摄像头监视现场情况。系统按不停机灭火方式设计，可单独运行或与输煤系统连锁运行，既可就地操控，也可接入热电厂输煤程控系统进行集中控制。

此系统还可集成皮带跑偏、打滑和撕裂等检测功能，实现皮带运行状况综合管控。

4.4气体、烟气、粉尘浓度监测子系统

煤场自燃起火的初期，由于低温氧化会产生一氧化碳，同时氧气的浓度也发生变化，因此需要设置一氧化碳和氧气的检测装置，进行实时监测，以便早期发现并及时采取措施。由于煤发生氧化或通风系统故障会引起氧气浓度降低，为了确保工作环境的安全性，应保证氧气的浓度在安全浓度以上。空气中可燃气体甲烷（CH4） 的含量应在安全范围以内，利用甲烷比空气易扩散的特性，在排气流集中部位的煤场上部安装甲烷浓度检测仪，进行实时监测。同时粉尘浓度超标时，也会带来事故隐患，同样在需在煤场上部安装粉尘浓度检测仪，进行实时监测。

根据《火力发电厂运煤设计技术规程 第3部分：运煤自动化》DL/T5187.3-2012规定，筒仓和封闭式煤场应设置安全监测系统。安全监测系统应具备温度、可燃气体（包括CH4和CO）、烟气粉尘浓度检测报警等功能。

可燃/有毒气体监测，作为HSE的重点关注内容，在容易产生并集聚可燃/有毒气体的场合，应当按组份设置气体报警器，当气体浓度达到设定的报警值时，可燃气体报警器会发出报警，当用户收到报警信号后，应迅速采取安全措施处理，防止发生重大安全事故。

热电厂煤场可燃/有毒气体检测，优先采用电化学原理传感器，其结构由安装在电解槽中的三个电极组成，即工作电极、辅助电极和参考电极，并施加一定的极化电压，通过改变传感器的偏振电压可以测量不同的气体。

烟气粉尘浓度检测仪采用准确可靠的交流静电测量技术。当空气中的荷电粒子经过传感器时，粉尘粒子所携带的微弱电荷被传感器采集并传送至处理器，处理器把信号处理结果转换成与粉尘含量成线性关系的输出值。

烟雾监测采用防爆离子式烟雾探测器，当煤场产生的烟气进入探测器电离化区域时，烟气与离子相接合从而降低了空气的导电性，离子移动被减弱。当导电性低于预定值时，探测器发出警报。

在热电厂干煤棚马道上，建议沿煤棚长度方向每隔约10米布置1组CH4/CO/O2检测传感器（保护半径约7m），每约60m2范围布置1组烟雾传感器/粉尘浓度检测传感器，具体配置数量根据项目实际情况确定。所有检测信号集中接入就地数据采集箱，箱体内配置监测报警仪，就地显示气体、烟气、粉尘浓度信息并实现就地报警，同时为其余监控系统预留信息接口。

4.5挡煤墙测温子系统

在煤场挡煤墙上设置温度监测，可以有效地反应煤堆温度，辅助判断煤堆是否存在阴燃。当监测温度达到预设的温度时，通过监测系统软件发出报警信息，并由系统软件显示报警温度和出现高温的空间位置，防止发生煤自燃等安全事故。

挡煤墙测温子系统采用无线多点测温技术，无线测温系统前端采用无线温度传感器，紧贴挡煤墙壁垂直安装，干煤棚隔20米安装一套，传感器长度与挡煤墙同高，内部设置多个测温点，测量煤堆不同高度的温度，实现覆盖所有煤场挡煤墙壁。无线测温传感器准确地跟踪发热接点的温度变化，将被测设备温度由温度传感器转换成数字信号，再通过无线发射接收模块传递至无线测温主机，通过微处理器将采集到的温度信息，通过485通讯模块上传到后台监控电脑。管理者可通过安装在后台监控电脑中的无线测温软件查看相关数据。

5.结束语

目前，在整个电力行业中，燃煤火力发电仍占60%左右，“双碳”目标下，促进煤电转型发展是大势所趋。高效、稳定、清洁、环保是对燃煤热电厂的现代化要求。煤场安全监控系统的设置可以在一定程度上提高热电厂整个燃料贮存及输送系统运行的稳定性和安全性，进而为电厂的节能增效发挥作用。

参考文献

[1]李玉民，封闭煤场物料安全存储问题探讨[J] ．起重运输机械．2015．

[2] 《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB 50229-2019[J] ．

[3]《火力发电厂运煤设计技术规程 第3部分：运煤自动化》DL/T5187.3-2012[J] ．

[4]煤场安全监测及预警系统技术方案[Z]．