摘要：储煤是火力发电厂输煤系统工艺流程中一个重要的环节，超大型筒仓是储煤发展的方向，而由于筒仓密封性好，仓内储煤的挥发性气体不易散发，久储极易发热产生自燃甚至爆炸。

引言
    火力发电厂为保证生产的正常进行，需要储存大量的煤炭。通常这些场所的煤炭都堆放在露天煤场上，这种储存方式会造成环境污染、煤炭损失、煤质下降、增加占地以及储煤含水量、冻结等状况，影响正常生产。
    某电厂三期工程建设4x600MW超临界燃煤发电机组。为节省占地，有效控制对环境的污染，并减少煤的风吹雨淋损失，节约能源，机组没有设置常规煤场，而是在厂址东北角分两排等距离布置了10只贮煤筒仓，并选用了储煤与配煤分开的工艺流程。使用筒仓储煤会产生许多危险因素，如储煤长期存放将会使煤的温度升高，当温度达到煤的燃点时，煤就会发生自燃，煤的氧化速度随着温度的升高而加速。与此同时，生成热迅速增加，当温度、可燃气体浓度以及粉尘浓度达到一定的数值后，筒仓极易发生自燃甚至引发爆炸。由此筒仓的安全监测及防爆控制对输煤系统的安全生产有着重要的意义，各系统之间形成了复杂的网络结构及联锁关系。
一、系统构成及功能
    1.1筒仓安全监测
    1.1.1系统构成
    为了防止储煤筒仓事故的发生，实现输煤系统的安全运行，某某电厂三期工程中每个筒仓均设置了温度传感器、可燃气体探测器、烟雾探测器和一氧化碳传感器，分别对筒仓中的储煤温度、可燃气体浓度、CO浓度及烟雾等参数进行监测。
    温度传感器选用铂电阻Pt100系列，分装在筒仓外壁及筒仓底锥上的不锈钢护套内，防止其被煤砸坏或磨损；且每个铂电阻传感器配以温度变送器。每个储煤筒仓分别配置可燃气体探测器、烟雾传感器、一氧化碳传感器各2个，安装在筒仓顶板上，由气泵将筒仓内气体抽出，进入光谱分析仪进行气体成分及含量分析，并将数据送入输煤系统控制中心。 
    1.1.2系统功能
    每个筒仓监测设施的现场信号经二次仪表，以RS-485通信方式传送至输煤程控室的计算机数据采集系统，系统具有设置报警、打印统计报表、实时趋势、历史趋势画面显示及控制输出等功能。筒仓安全监测系统的构成如图1所示。
    1.2筒仓安全防爆
    筒仓安全防爆惰化系统是利用氮气的惰性原理，将空气中分离出来的氮气和经过净化的烟气通入筒仓，以稀释筒仓内的可燃性气体，从而解决筒仓内可燃性气体浓度过高引起爆炸的隐患。 
    1.2.1工艺流程简述
    筒仓安全防爆惰化系统中惰性气体制备设备将制备的氮气送入储气罐，经筒仓中下部和底部的氮气通入控制阀门，进入筒仓内煤层中；电厂烟气经脱硫、制冷等一系列处理后，通过管道进入筒仓内接近煤层的位置，稀释可燃性气体叫。根据从筒仓安全监测系统收集到的可燃气体的浓度报警值，当浓度达到一级报警值时，氮气系统工作，稀释筒仓内的可燃性气体；当浓度达到二级报警值时，在氮气系统启动的同时，烟气系统也投入工作。惰化系统的工艺流程如图2所示。   
    1.2.2系统控制方法
    整个安全防爆惰化系统可分为设备层、控制层和监控层。其中设备层包括各类电动阀、电磁阀、气泵、增压风机、温度／压力传感器等，它是整个系统控制的基本单元，负责将物理信号转换成数字或标准的模拟信号，并且执行控制层发出的指令。控制层采用GE Fanuc Series 90-0 PLC系统，对来自输煤程控系统的可燃气体数据与预设的危险可燃气体浓度值比较结果进行判断后作出相应处理；同时，完成对现场工艺过程各执行机构的实时监测与控制。监控层是惰化保护系统的上位机，用来实现对整个惰化保护系统的动态监视、报警以及手动操作。
    1.3输煤程控系统
    火电厂中所采用的绝大部分燃料是燃煤。由于煤产地与电厂间地理位置或地域不同，需要通过汽车、火车或轮船把煤运往电厂。输煤系统承担从煤源（翻车机、卸船机、汽车卸煤沟等）至储煤场，再由储煤场到主机煤仓，或者直接将煤源输送到主机煤仓的备煤和上煤的任务。
    1.3.1工艺流程简述
    在某电厂三期工程中，原料煤由煤驳船从水路运入厂区专用码头，码头上设置了2台卸船机，运输系统采用胶带输送机，原料煤经由电子皮带秤计量，除大木块器作杂物分离；经配有金属探测器的带式除铁器除铁，强力破碎机破碎后，由CIA/B-C6A/B输送胶带机经卸料小车、环式布料机配入储煤筒仓群；仓底给煤系统由环式给料机给料，经滚轴筛、碎煤机，由CIA/B-C6A/B输送胶带机送入配煤系统煤仓。 
    1.3.2系统实现方法
    针对某电厂三期工程输煤程控系统控制对象多、工艺流程复杂、设备分散、自动控制要求高的特点，选用GE Fanuc PAC Systems PLC双机热备冗余系统。
    根据投入的先后，先投入的一台CPU处于主控地位，另一台处于备用状态。这2台主机通过热备模块不断地交换信息，使处于备用状态的主机得到与主控状态下的主机一样的最新信息。一旦主控的主机发生故障而退出控制时，后备主机能无扰动地接过全部控制，使控制不致中断。同时在系统硬件架构中，在现场信号相对比较集中的地点分别设置了远程站（码头远程站、 3#转运站远程站、 4#转运站远程站、碎煤机室转运站、煤仓间转运站），从而大大简化了系统接线，系统的可靠性得到有效提高。
    输煤程控系统的监控和管理由2套性能和配置相同且互为备用的工控机实现。采用Windows 2000平台和具有汉字功能的CimPlicity ME工控软件，主要完成运行操作、报警、控制、实时数据显示、历史数据显示和报表管理的功能。
二、系统整合
    筒仓安全监测和惰化系统的管理层即输煤程控系统，是整个输煤系统的集中控制中心。在完成输煤程控系统自动控制的同时，它还将接收来自筒仓安全监测系统中可燃气体浓度、筒仓储煤温度、CO浓度以及烟雾浓度等数据，并将这些相关数据下传到惰化保护系统的PLC。
    为了确保整个输煤系统安全可靠地运行，首先需要在网络结构上建立可靠的联系，使整个筒仓安全监测及惰化系统在输煤系统中得以完整地整合；其次，系统之间要进行合理的数据交换，才能实现筒仓安全监测系统及惰化保护系统的闭锁，使输煤系统的安全联锁发挥最大的作用。
    2.1网络结构
    由于筒仓安全监测系统采用RS-485通信方式将现场仪表信号送至输煤程控室的计算机数据采集系统，输煤程控系统特配置了GE 90-70 PCM301通信模块，通过模块上的RS-485通信接口与筒仓安全监测系统数据采集模块进行连接，并采用ModbuS通信协议进行数据交换。
    筒仓安全防爆惰化系统与输煤程控系统均应用了GE PLC控制器，通过2个系统间的交换机进行网络连接，采用GE Fanuc工业以太网EGD通信协议（Ethernet global data），实现了系统间高效、简便、快速的数据通信。
    2.2 软件控制方法
    2.2.1 安全监测系统的通信方法输煤程控系统配置了GE 90-70 PCM301通信模此通信模块内置有2个串行通信接口，将其一组态成为Modbus协议的主设备，然后将具备Modbus协议的从设备筒仓安全监测系统与模块连接起来，2个系统间即可进行数据传递。对 PCM301 通信模块组态的具体步骤如下。
    首先使用编程软件Cimplicity ME，配置PCM301模块端口参数POR代，编辑PCM301模块所配置文件RTUM.107，根据需要，修改3000行开始的一段代码，具体如下：
    参数配置完毕后，转换并装载此段程序到PCM模块。通信模块能够执行自身内部的程序，而与PLC系统控制程序无关。它一方面通过上述程序中设定的%R寄存器地址接收PLC的指令和返回给PLC结果和状态；另一方面通过硬件端口与筒仓安全监测系统之间进行数据的发送和接收。
    2.2.2惰化系统的通信方法
    由于采用EGD工业以太网全局数据通信协议，编程人员从通信的底层编程任务中解脱出来，他们只需将输煤与惰化系统所需交换的数据定义好即可，其余由系统自动实现数据的交换。其实现方法是在EGD中的设置对话框内进行如下操作。 
    ①将“produced exchanged”中的“IP Address”设置为输煤系统以太网模块的IP地址，表示输煤PLC站后续“Add exch”的“refereance”地址的存储器内容将发送到惰化系统以太网模块中对应存储器去；
    ②将“consumed exchanged”中的“IP Address”设置为惰化系统以太网模块的IP地址，表示输煤系统PLC站后续“Add exch”的“refereance”地址的存储器内容是从惰化系统以太网模块中的对应存储器传送来而得到的； 
    ③ 对应惰化系统中的配置，将“ preduced exchanged”和“consumed exchange”中的“IP Address”设置为输煤系统PLC的lP地址，即主站输煤系统PLC发送的数据是到惰化系统分站的，而惰化系统分站发送的数据是送给输煤系统PLC的。配置完毕后，在输煤程控系统中收集筒仓安全监测系统输入信号的变化、报警信息，并立即在惰化系统中进行相应处理，同样，惰化系统中设备运行的状态也能够及时采集，从而对卸煤流程作出修整。
    2.3软件控制内容
    为确保输煤程控系统安全可靠地运行，筒仓安全监测系统对筒仓进行实时的数据监测。在没有故障报警联锁条件时，输煤程控系统才能够对筒仓进行储煤和卸煤操作。同时，输煤程控系统与筒仓安全防爆惰化系统之间保持着密切的数据通信，一旦发生险情，安全防爆惰化系统将及时投入工作。由此各系统之间必须进行以下数据交换。
    ①当筒仓安全监测系统监测到筒仓内的温度值偏高时，输煤程控系统优先卸掉该筒仓的存煤。 
    ②当筒仓安全监测系统监测到筒仓内的温度值超过60℃时，进行一级报警，输煤程控系统发送报警信号至安全防爆惰化系统，并打开相应氮气控制阀门充入氮气；当温度值超过70-80℃时，进行二级报警，打开所有氮气控制阀门充入氮气，以起到降温的作用，同时将筒仓内的CO、02置换掉，起到惰化系统的作用。 
    ③为防止存煤时间太长，输煤程控系统轮流均衡使用各个筒仓，遵循先进先出原则。在输煤程控系统中对筒仓卸煤进行记录，若5天筒仓未出煤，进行低级报警；10天未出煤，进行高级报警；巧天未出煤，进行高高级报警。报警信号被送入惰化系统，依据不同的报警级别，惰化系统作出相应的处理。 
    ④ 惰化系统在控制伸缩机工作，使通气管道接近煤层的同时，发送运行状态信号至输煤程控系统，禁止对该筒仓进行卸煤。 
    ⑤ 可燃气体的测量范围为0-100LEL%，其中25LEL％为初报警，40LEL％为高报警。确认筒仓安全监测系统没有误报而浓度偏高时，输煤程控系统必须及时通知惰化系统启动冲入氮气，并打开对应筒仓顶部风机或除尘器使其通风，在没有故障报警时，输煤程控系统方可进行操作。
    ⑥ 筒仓安全监测系统监测到筒仓内CO浓度高于3.2％时进行一级报警；当高于5.12％时进行二级报警，输煤程控系统通知惰化系统启动，冲人氮气进行保护，防止因CO含量过高引起爆炸，同时启动警铃报警。 
    ⑦ 每个筒仓顶部设有烟雾浓度检测，筒仓安全监测系统发出报警并确认着火时，安全防爆惰化系统启动，注人大量惰性气体，消灭火源；输煤程控系统停止储煤，紧急卸煤，并在筒仓煤出口处对煤流喷水降温，确保卸煤皮带和其他设备的安全。
三、结束语
    大直径筒仓形式的封闭煤场是火力发电厂储煤的发展方向，这一方案在某电厂三期工程中得到很好的实施。筒仓安全监测及防爆系统投运至今，经历了几次高温、雨季的考验，安全运行已达4年，具有较好的实用性和稳定性，为输煤程控系统的安全运行提供了强有力的保障。