浅谈圆形储煤场防自燃安设安全监控系统的关键点

摘要：圆形煤场是储存煤炭的设施,尤其是火电厂防止在产煤淡季缺燃料，要采取大型的圆形煤场预先贮煤。储存时间一长煤炭会蓄热氧化自燃。为了解决早知早觉早采取措施，在圆形煤场装设安全监控系统来达到预防目的。

关键词：圆形煤场； 防自燃； 设计；安全监控 ；关键点

Abstract: circular coal yard is stored coal facilities, especially the thermal power plant to prevent the coal production season and lack of fuel, to take a large circular coal yard previously stored coal. Storage for a long time heat oxidation and spontaneous combustion of coal. In order to solve the known early sleep early measures circular coal yard, in the installation of safety monitoring system to achieve the purpose of prevention.

Keywords: circular coal yard; spontaneous combustion prevention; design; safety monitoring; key points

中图分类号：X924.3文献标识码：A 文章编号：

1、引言

目前，国内兴建火力发电厂，特别是火电厂、选煤厂贮煤采用圆形煤场的情况很多，圆形煤场以其能提高场地利用率，增加贮煤容量，缩小占地面积，环保性能突出，以及其配套设备技术先进、程控水平高等特点而被广泛运用。但圆形煤场里煤堆易发生自燃，对煤场安全生产有严重威胁。因此预防和处理圆形煤场贮煤自燃须以贯彻预防为主的理念。

总结圆形煤场内贮煤自燃的主要原因有两点：

1.1煤场垫底煤影响。电厂在基建期间，为争取煤场多贮煤，没有对圆形煤场地表进行硬地化，而是以填充燃煤作为煤场垫底，这部分垫底煤由于长时间积压而产生高温自燃隐患。另靠近挡煤墙边角一小部分贮煤，由于取料机取煤角度的限制而成为盲区无法取净，这部分余煤也成为自燃祸根。如新进来燃煤堆存在这一类有自燃隐患余煤上面，大大地增加了煤堆自燃的几率。

1.2在煤堆四周坡边特别是靠挡煤墙边地带的贮煤基本上是大块煤堆叠，煤堆疏松且多空隙，大量新鲜的空气易于通过这些空隙充分渗透，为煤自燃推波助澜。且煤冒烟自燃通常都是从煤堆坡边以及侧墙边开始的。

基于以上原因，为防止圆形煤场内由于易燃煤种及挡煤墙死角部分保存时间过长，而造成存煤升温和自燃情况的发生，防患于未然。在大型火电厂圆形煤场的安全保护装置中，对圆形煤场挡煤墙及四周的温度采用煤层测温装置进行监测，确保圆形煤场内温度参数处于安全控制范围之内。如某参数超出允许范围，立即发出报警信号，及时提醒运行人员采取必要的措施，消除事故隐患，保障运行安全。

对于圆形煤场运行参数的监测，我院参照“日本室内贮煤场防火基准”，设计了ZKA-YM型圆形煤场安全监测系统，对圆形煤场的温度、气体、环境进行实时监测，并设置了报警器；便于现场工作人员操作和采取相应的对策。

2、监控系统

ZKA-YM圆形煤场安全监测系统基本组成：各种传感器/变送器——温度传感器、煤层测温装置、可燃气体传感器、烟雾探测器、明火探测器等 。其次有传感器附件、数据采集箱、电缆和通讯网络等。

ZKA-YM圆形煤场安全监测系统采用用温度监测、可燃气体浓度监测、烟雾监测、明火监测，对圆形封闭煤场内的各个参数进行监测。温度监测通过温度传感器、煤层测温装置这两种方案对圆形封闭煤场的温度进行全方位监测。通过温度采集箱，RS485/CAN网络通讯系统采集传输各种传感器参数，最终在输煤控制室内通过计算机采集系统计算贮存，打印记录和实时报警。

2.1 温度监测

JWB温度传感器是一种接触式测量温度的现场用仪表，通常与其相应的二次仪表或计算机采集测量系统配套使用,可准确测量生产工作过程中各种介质或物体的温度（测温范围 -55℃～600℃）。本系列产品参照国家颁布的相关GB标准和JJG规程的相关内容，同时参照并符合IEC相关文件标准，并参考国内外同类产品的优点进行优化设计，使整个产品更加可靠、精确，非常适合各种环境现场的温度测量。

2.2可燃气体监测

每个圆形封闭煤场共配置4个可燃气体传感器。即：一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氢气等。传感器输出信号接至安装在数据采集箱中的可燃气体显示报警仪就地显示。通过分站、传输线缆将信号传输到监控室显示屏显示数据。

2.3烟雾监测

每个圆形封闭煤场配置8支烟雾探测器。主要监测圆形封闭煤场内部空间是否出现火灾或储煤引燃产生的烟雾。8支烟雾探测器分别安装在煤场挡墙顶部，圆形封闭煤场一周均匀分布。

2.4明火监测

每个明火监测系统共配置8个明火探测器，监测火焰中的紫外线，并报警；配置1台配备数据采集模块的数据采集显示箱，实现明火煤监测数值采集、传输。

产品特点

2.4.1.可探测到火焰中的紫外线，并予以警报。2.4.2.不仅可以通过声音报警。2.4.3.LED记忆能使您从一系列传感器中找到最初报警的传感器。2.4.4.区域调整装置使得预警区域角度更加宽阔。2.4.5.传感器和基座的快速分离使安装和维修变得简单轻松。

2.5数据采集与处理系统

圆形封闭煤场安全监测系统数据处理部分包括温度采集箱及1套计算机处理系统，其中计算机处理系统包括工控机、LCD显示器、打印机、不间断电源和圆形封闭煤场安全监测系统软件等。

温度采集箱的配置

系统配置温度采集箱，温度采集箱内包括温度采集模块、端子等。温度采集箱采用壁挂式箱体防护等级IP65以上。整个系统的上位机安放于厂内输煤控制室，供电电压220V，供电频率50Hz。

温度采集箱是把圆形封闭煤场的温度参数(模拟量信号)，经预埋电缆直接送到温度采集箱里的智能采集模块上。

2.6计算机处理系统

计算机处理系统是以一台工控机和液晶显示器组成的，该工控机其本身是一个抗干扰能力强、防静电、防灰尘，高可靠性的微机，其操作系统采用中文Windows 2000/XP作为平台，同时通过内置的通讯卡(RS-232转RS-485并带隔离)和现场智能采集模块的通讯接口连接成通讯网络。

3、设计方案及安设的关键点

3.1温度设计方案

本工程神华陕西国华锦界能源电厂三期贮煤采用圆形煤场两座，直径120米。温度监测采用两种可选方案进行。

方案一：

3.1.1温度传感器

每个圆形封闭煤场的每两扶臂柱间（100）设置4组温度传感器，分两层（为标高1米和5米）均安装在圆形封闭煤场下部，并向圆形封闭煤场内伸出挡煤墙50㎜（传感器自带保护管-即传感器安装附件）。圆形封闭煤场除去出入通道共设置140个温度传感器。

方案二：

3.1.2煤层测温装置

每个圆形煤场配置72套煤层测温装置，沿煤场内壁每5°安装一套煤层测温装置，均匀分布在煤场一周。两个煤场共配置144套煤层测温装置。对煤层测温装置中的温度传感器进行不同层次疏松和密集的布置方式。具体布置方式如下：

圆形煤场挡煤墙高度约20米，在挡煤墙标高10米以上，煤层测温装置内每相临两个温度传感器间距为3米，共含2个数字式温度传感器；在挡煤墙标高10米处安装1个数字式温度传感器；在挡煤墙标高10米以下，煤层测温装置每相临两个温度传感器间距约1～1.2米，共含5个数字式温度传感器；每套煤层测温装置共含有8个数字式温度传感器。煤层测温装置沿圆形煤场挡煤墙煤场内壁垂直放置，煤层测温装置最大的特点是内部的数字式温度传感器的位置可交错分布，间距根据客户的要求任意增减排列。这样在采用同数量的煤层测温装置时，挡煤墙易于自燃的位置或是距离堆取料机较远的角落，可以布置密集、间距小一点。垂直放置可以更全面且精确测量煤层各段的温度，与传统的沿煤场内壁横向放置相比，垂直方式更有利于保护煤层测温装置，减少落煤时的冲击力，可承受4吨的拉力。

3.2温度传感器安设的关键点

3.2.1 JWB温度传感器的安设

每个圆形封闭煤场的每两扶臂柱间设置4组温度传感器，分两层（为标高1米和5米）均安装在圆形封闭煤场下部，并向圆形封闭煤场内伸进挡煤墙至少50㎜。温度传感器关键点在于安设传感器的均匀层及伸进煤层的深度。

3.2.2煤层测温装置的安装方式

为垂直安装，即在原有的预埋半圆环内，做一个附件把测温电缆压紧在半圆环旁边的墙壁上，（如下图所示）这样使煤层测温装置在落煤时，受到的砸力可以传递给墙壁，减小电缆的受力，更好的保护煤层测温装置，延长其使用寿命。

3.3气体检测方案

每个圆形封闭煤场配置4套可燃气体传感器安装附件，可燃气体传感器采用吊挂方式安装，维护时只要把挂钩打开，取下即可，便于维护。

每个圆形封闭煤场配置1个可燃气体显示报警仪，安装在数据采集箱内，可燃气体传感器的标准信号通过信号电缆传输到多路巡检测量控制仪，就地显示报警。

3.4气体传感器的安设关键点

可燃气体传感器安装在堆取料机悬臂上，这样更靠近煤堆，可以精确的测量圆形封闭煤场内煤层表面的可燃气体浓度。

3.5明火监测

监测系统共配置8个明火探测器，安装在煤场挡墙顶部，圆形封闭煤场一周均匀分布 。

3.6集箱的配置

3.6.1每个圆形封闭煤场配置6台温度采集箱，实现温度信号的采集、传输，2个圆形封闭煤场共设置12台温度采集箱安装在圆形封闭煤场挡煤墙顶部内壁上。

3.6.2每个圆形封闭煤场配置1台配备数据采集模块的数据采集箱，实现温度监测的信号、可燃气体监测系统信号的采集、传输，安装在圆形封闭煤场堆取料机上。

3.6.3每个圆形封闭煤场配置1台配备数据采集模块的数据采集箱，实现烟雾监测系统和明火监测系统信号的采集、传输，安装在圆形封闭煤场挡煤墙上。

数据采集箱是把圆形封闭煤场的各种被测参数(温度、可燃气体、烟雾、明火等)探头所采集到的信号(模拟量信号/开关量信号)，经电缆输入智能采集模块内，由智能采集模块把数据就地处理之后，通过串行数据传给上位机。

整个系统的上位机安放于厂内输煤控制室。

4、电厂应用情况

神华陕西国华锦界能源电厂三期圆形煤场安全监测系统是我院设计，经过使用效果很好。现用几张图片说明应用情况。

4.1圆形煤场上部一角画面

4.2系统总览画面

该画面以数据表格的形式，定量地实时地显示出各被测量的数值，给操作者以直观的感受，并给维修人员提供相关依据。

4.3系统主画面

它是开机运行后的初始画面，操作者通过登录可以进入其他画面。

4.4报警窗口画面

是报警事故追忆和报警发生时详细观察发生报警的种类、时间、日期、事件等画面。

4.5圆形煤场画面

进入此画面中，就能看出各种传感器在现场的位置分布，监测数据表格等。

4.6圆形煤场历史实时报表和历史报表。

将采集后数据通过查询以表格形式直观展现给用户。

5、结论

圆形煤场安全监测系统软件建有圆形煤场全息画面，可反映整个圆形煤场的温度区域划分，通过画面分析和处理，判断当前时刻圆形煤场全范围内温度最高区域和温度变化最激烈的区域，以帮助管理人员确定如何应对这些潜在威胁。通过比对历史数据，以及温度变化的数学模型，找出煤场内可能的自燃趋势，提前预警。

根据煤炭自然发火的条件和几个阶段过程，我院在设计上抓住几个关键点：一是选好监测监控系统、传感器，要求先进的、高端的、实用的设备仪器。二是设计仪器安装的高低深浅间距合理点位。三是配置合适的数量等。通过监测系统能在自燃过程中的第二个阶段（自热阶段），尽早测得温度、气体、环境的变化，早知早觉早采取措施。从而达到防患于未然。