火力發(fā)電廠為保證生產的正常進行，需要儲存大量的煤炭。通常這些場所的煤炭都堆放在露天煤場上，這種儲存方式會造成環(huán)境污染、煤炭損失、煤質下降、增加占地以及儲煤含水量、凍結等狀況，影響正常生產。

某電廠三期工程建設4x600MW超臨界燃煤發(fā)電機組。為節(jié)省占地，有效控制對環(huán)境的污染，并減少煤的風吹雨淋損失，節(jié)約能源，機組沒有設置常規(guī)煤場，而是在廠址東北角分兩排等距離布置了10只貯煤筒倉，并選用了儲煤與配煤分開的工藝流程。使用筒倉儲煤會產生許多危險因素，如儲煤長期存放將會使煤的溫度升高，當溫度達到煤的燃點時，煤就會發(fā)生自燃，煤的氧化速度隨著溫度的升高而加速。與此同時，生成熱迅速增加，當溫度、可燃氣體濃度以及粉塵濃度達到一定的數(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)測及防爆控制對輸煤系統(tǒng)的安全生產有著重要的意義，各系統(tǒng)之間形成了復雜的網(wǎng)絡結構及聯(lián)鎖關系。

一、系統(tǒng)構成及功能

1.1筒倉安全監(jiān)測

1.1.1系統(tǒng)構成

為了防止儲煤筒倉事故的發(fā)生，實現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的安全運行，某某電廠三期工程中每個筒倉均設置了溫度傳感器、可燃氣體探測器、煙霧探測器和一氧化碳傳感器，分別對筒倉中的儲煤溫度、可燃氣體濃度、CO濃度及煙霧等參數(shù)進行監(jiān)測。

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套內，防止其被煤砸壞或磨損；且每個鉑電阻傳感器配以溫度變送器。每個儲煤筒倉分別配置可燃氣體探測器、煙霧傳感器、一氧化碳傳感器各2個，安裝在筒倉頂板上，由氣泵將筒倉內氣體抽出，進入光譜分析儀進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

每個筒倉監(jiān)測設施的現(xiàn)場信號經二次儀表，以RS-485通信方式傳送至輸煤程控室的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)具有設置報警、打印統(tǒng)計報表、實時趨勢、歷史趨勢畫面顯示及控制輸出等功能。筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)的構成如圖1所示。

1.2筒倉安全防爆

筒倉安全防爆惰化系統(tǒng)是利用氮氣的惰性原理，將空氣中分離出來的氮氣和經過凈化的煙氣通入筒倉，以稀釋筒倉內的可燃性氣體，從而解決筒倉內可燃性氣體濃度過高引起爆炸的隱患。 

1.2.1工藝流程簡述

筒倉安全防爆惰化系統(tǒng)中惰性氣體制備設備將制備的氮氣送入儲氣罐，經筒倉中下部和底部的氮氣通入控制閥門，進入筒倉內煤層中；電廠煙氣經脫硫、制冷等一系列處理后，通過管道進入筒倉內接近煤層的位置，稀釋可燃性氣體叫。根據(jù)從筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)收集到的可燃氣體的濃度報警值，當濃度達到一級報警值時，氮氣系統(tǒng)工作，稀釋筒倉內的可燃性氣體；當濃度達到二級報警值時，在氮氣系統(tǒng)啟動的同時，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

整個安全防爆惰化系統(tǒng)可分為設備層、控制層和監(jiān)控層。其中設備層包括各類電動閥、電磁閥、氣泵、增壓風機、溫度／壓力傳感器等，它是整個系統(tǒng)控制的基本單元，負責將物理信號轉換成數(shù)字或標準的模擬信號，并且執(zhí)行控制層發(fā)出的指令。控制層采用GE Fanuc Series 90-0 PLC系統(tǒng)，對來自輸煤程控系統(tǒng)的可燃氣體數(shù)據(jù)與預設的危險可燃氣體濃度值比較結果進行判斷后作出相應處理；同時，完成對現(xiàn)場工藝過程各執(zhí)行機構的實時監(jiān)測與控制。監(jiān)控層是惰化保護系統(tǒng)的上位機，用來實現(xiàn)對整個惰化保護系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)視、報警以及手動操作。

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、火車或輪船把煤運往電廠。輸煤系統(tǒng)承擔從煤源（翻車機、卸船機、汽車卸煤溝等）至儲煤場，再由儲煤場到主機煤倉，或者直接將煤源輸送到主機煤倉的備煤和上煤的任務。

1.3.1工藝流程簡述

在某電廠三期工程中，原料煤由煤駁船從水路運入廠區(qū)專用碼頭，碼頭上設置了2臺卸船機，運輸系統(tǒng)采用膠帶輸送機，原料煤經由電子皮帶秤計量，除大木塊器作雜物分離；經配有金屬探測器的帶式除鐵器除鐵，強力破碎機破碎后，由CIA/B-C6A/B輸送膠帶機經卸料小車、環(huán)式布料機配入儲煤筒倉群；倉底給煤系統(tǒng)由環(huán)式給料機給料，經滾軸篩、碎煤機，由CIA/B-C6A/B輸送膠帶機送入配煤系統(tǒng)煤倉。 

二、系統(tǒng)整合

筒倉安全監(jiān)測和惰化系統(tǒng)的管理層即輸煤程控系統(tǒng)，是整個輸煤系統(tǒng)的集中控制中心。在完成輸煤程控系統(tǒng)自動控制的同時，它還將接收來自筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)中可燃氣體濃度、筒倉儲煤溫度、CO濃度以及煙霧濃度等數(shù)據(jù)，并將這些相關數(shù)據(jù)下傳到惰化保護系統(tǒng)的PLC。

為了確保整個輸煤系統(tǒng)安全可靠地運行，首先需要在網(wǎng)絡結構上建立可靠的聯(lián)系，使整個筒倉安全監(jiān)測及惰化系統(tǒng)在輸煤系統(tǒng)中得以完整地整合；其次，系統(tǒng)之間要進行合理的數(shù)據(jù)交換，才能實現(xiàn)筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)及惰化保護系統(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)絡結構

由于筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)采用RS-485通信方式將現(xiàn)場儀表信號送至輸煤程控室的計算機數(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)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊進行連接，并采用ModbuS通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換。

筒倉安全防爆惰化系統(tǒng)與輸煤程控系統(tǒng)均應用了GE PLC控制器，通過2個系統(tǒng)間的交換機進行網(wǎng)絡連接，采用GE Fanuc工業(yè)以太網(wǎng)EGD通信協(xié)議（Ethernet global data），實現(xiàn)了系統(tǒng)間高效、簡便、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置有2個串行通信接口，將其一組態(tài)成為Modbus協(xié)議的主設備，然后將具備Modbus協(xié)議的從設備筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)與模塊連接起來，2個系統(tǒng)間即可進行數(shù)據(jù)傳遞。對 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，轉換并裝載此段程序到PCM模塊。通信模塊能夠執(zhí)行自身內部的程序，而與PLC系統(tǒng)控制程序無關。它一方面通過上述程序中設定的%R寄存器地址接收PLC的指令和返回給PLC結果和狀態(tài)；另一方面通過硬件端口與筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)之間進行數(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)全局數(shù)據(jù)通信協(xié)議，編程人員從通信的底層編程任務中解脫出來，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)自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。其實現(xiàn)方法是在EGD中的設置對話框內進行如下操作。 

①將“produced exchanged”中的“IP Address”設置為輸煤系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊的IP地址，表示輸煤PLC站后續(xù)“Add exch”的“refereance”地址的存儲器內容將發(fā)送到惰化系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊中對應存儲器去；

②將“consumed exchanged”中的“IP Address”設置為惰化系統(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”地址的存儲器內容是從惰化系統(tǒng)以太網(wǎng)模塊中的對應存儲器傳送來而得到的； 

③ 對應惰化系統(tǒng)中的配置，將“ preduced exchanged”和“consumed exchange”中的“IP Address”設置為輸煤系統(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)測系統(tǒng)輸入信號的變化、報警信息，并立即在惰化系統(tǒng)中進行相應處理，同樣，惰化系統(tǒng)中設備運行的狀態(tài)也能夠及時采集，從而對卸煤流程作出修整。

2.3軟件控制內容

為確保輸煤程控系統(tǒng)安全可靠地運行，筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)對筒倉進行實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測。在沒有故障報警聯(lián)鎖條件時，輸煤程控系統(tǒng)才能夠對筒倉進行儲煤和卸煤操作。同時，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)生險情，安全防爆惰化系統(tǒng)將及時投入工作。由此各系統(tǒng)之間必須進行以下數(shù)據(jù)交換。

①當筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到筒倉內的溫度值偏高時，輸煤程控系統(tǒng)優(yōu)先卸掉該筒倉的存煤。 

②當筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到筒倉內的溫度值超過60℃時，進行一級報警，輸煤程控系統(tǒng)發(fā)送報警信號至安全防爆惰化系統(tǒng)，并打開相應氮氣控制閥門充入氮氣；當溫度值超過70-80℃時，進行二級報警，打開所有氮氣控制閥門充入氮氣，以起到降溫的作用，同時將筒倉內的CO、02置換掉，起到惰化系統(tǒng)的作用。 

③為防止存煤時間太長，輸煤程控系統(tǒng)輪流均衡使用各個筒倉，遵循先進先出原則。在輸煤程控系統(tǒng)中對筒倉卸煤進行記錄，若5天筒倉未出煤，進行低級報警；10天未出煤，進行高級報警；巧天未出煤，進行高高級報警。報警信號被送入惰化系統(tǒng)，依據(jù)不同的報警級別，惰化系統(tǒng)作出相應的處理。 

④ 惰化系統(tǒng)在控制伸縮機工作，使通氣管道接近煤層的同時，發(fā)送運行狀態(tài)信號至輸煤程控系統(tǒng)，禁止對該筒倉進行卸煤。 

⑤ 可燃氣體的測量范圍為0-100LEL%，其中25LEL％為初報警，40LEL％為高報警。確認筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)沒有誤報而濃度偏高時，輸煤程控系統(tǒng)必須及時通知惰化系統(tǒng)啟動沖入氮氣，并打開對應筒倉頂部風機或除塵器使其通風，在沒有故障報警時，輸煤程控系統(tǒng)方可進行操作。

⑥ 筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到筒倉內CO濃度高于3.2％時進行一級報警；當高于5.12％時進行二級報警，輸煤程控系統(tǒng)通知惰化系統(tǒng)啟動，沖人氮氣進行保護，防止因CO含量過高引起爆炸，同時啟動警鈴報警。 

⑦ 每個筒倉頂部設有煙霧濃度檢測，筒倉安全監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出報警并確認著火時，安全防爆惰化系統(tǒng)啟動，注人大量惰性氣體，消滅火源；輸煤程控系統(tǒng)停止儲煤，緊急卸煤，并在筒倉煤出口處對煤流噴水降溫，確保卸煤皮帶和其他設備的安全。

三、結束語

大直徑筒倉形式的封閉煤場是火力發(fā)電廠儲煤的發(fā)展方向，這一方案在某電廠三期工程中得到很好的實施。筒倉安全監(jiān)測及防爆系統(tǒng)投運至今，經歷了幾次高溫、雨季的考驗，安全運行已達4年，具有較好的實用性和穩(wěn)定性，為輸煤程控系統(tǒng)的安全運行提供了強有力的保障。