鄭大興，陳壽輝

(廣東粵電集團有限公司珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519050)

輸煤皮帶紅外熱成像監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

鄭大興，陳壽輝

(廣東粵電集團有限公司珠海發(fā)電廠，廣東 珠海 519050)

因珠海發(fā)電廠貯煤場的來煤煤種較多，有許多高揮發(fā)分的煤容易自燃，易造成運輸皮帶損壞。根據(jù)現(xiàn)場實際勘察，利用紅外熱成像技術(shù)來監(jiān)測輸煤皮帶。這一設(shè)計有利于實時監(jiān)測，能及時發(fā)現(xiàn)皮帶發(fā)熱燃燒、撕裂等隱患，確保輸煤皮帶及皮帶沿線輔助設(shè)備的安全。

紅外成像；監(jiān)測；皮帶噴淋；消防報警

0 引言

珠海發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)負(fù)責(zé)珠海、金灣2廠的燃煤供應(yīng)，其貯煤場為露天布置，分A，B，C，D 4個區(qū)。2套堆取料機分別通過C4A，C4B皮帶將煤場存煤輸送到鍋爐原煤倉，沿輸煤皮帶及轉(zhuǎn)運塔設(shè)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)GB 50229—2006《火力發(fā)電廠及變電站設(shè)計防火規(guī)范》中“燃用褐煤或易自燃的高揮發(fā)分煤種時，從貯煤設(shè)施取煤的第1條膠帶機上應(yīng)設(shè)置明火煤監(jiān)測裝置”，需在煤場皮帶C4A，C4B處各加裝1套紅外熱成像監(jiān)測裝置。

1 輸煤皮帶紅外熱成像監(jiān)測系統(tǒng)簡介

該電廠輸煤皮帶紅外熱成像防火報警監(jiān)控系統(tǒng)，采用先進(jìn)的紅外焦平面紅外成像技術(shù)，無須掃描就可以對整個平面成像，每秒可向后臺分析軟件傳送高達(dá)30幀、420×315像素甚至更高的紅外溫度圖像，對輸煤皮帶上傳送的煤炭進(jìn)行全天候的溫度監(jiān)測和防火報警。

2 紅外熱成像原理

紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的特性。在自然界，紅外線輻射普遍存在，溫度在絕對零度以上的物體都會因自身的分子運動不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量，分子運動愈劇烈，輻射的能量越大，反之則越小。由于物體紅外輻射能量的大小及輻射波長的分布與物體表面溫度密切相關(guān)，因此通過熱成像技術(shù)測量物體自身輻射的紅外能量，可以準(zhǔn)確地測定物體的表面溫度。

通過分析、處理熱像探頭采集到的紅外信息，能夠及時發(fā)現(xiàn)煤場中潛伏的火災(zāi)源頭或事故隱患，并能準(zhǔn)確定位他們的位置，生成可視化圖像，還能對火災(zāi)隱患嚴(yán)重程度做出定量判定。

與傳統(tǒng)方案相比，采用紅外熱成像監(jiān)測設(shè)備具有以下幾點優(yōu)勢：

(1) 在初期萌芽狀態(tài)檢測火災(zāi)；

(2) 快速準(zhǔn)確定位煤炭的“熱斑”位置，找到自燃點；

(3) 能實現(xiàn)自動檢測、自動報警、智能分析；

(4) 全天候、全時段監(jiān)控火情隱患；

(5) 實時生成可視化圖像；

(6) 圖像420×315像素，幀頻30幀/s；

(7) 對火情嚴(yán)重程度做出定量判定；

(8) 能透過煙霧發(fā)現(xiàn)問題；

(9) 可以現(xiàn)場及遠(yuǎn)程報警。

3 紅外熱成像監(jiān)控系統(tǒng)組成及特點

3.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由以下3部分組成。

(1) 紅外熱成像攝像機。珠海發(fā)電廠煤場分A，B，C，D 4個區(qū)域，因為C4A皮帶屬于A，B煤場上煤的第1條皮帶，C4B皮帶屬于C，D煤場上煤的第1條皮帶，所以系統(tǒng)配有2臺紅外熱成像攝像機，分別安裝在C4A和C4B輸煤帶前端，用于監(jiān)測輸煤皮帶上煤的實時溫度變化。

(2) 監(jiān)控配電箱。監(jiān)控配電箱與紅外熱成像攝像機配套使用，主要用于光纖收發(fā)器、電源適配器、電源空開等設(shè)備的統(tǒng)一管理。

(3) 監(jiān)控機柜。監(jiān)控機柜安裝在煤控樓的監(jiān)控室內(nèi)，柜內(nèi)設(shè)有服務(wù)器、硬盤錄像機、網(wǎng)絡(luò)交換機、光纖收發(fā)器、電源空開、適配器等設(shè)備，通過顯示器能實時監(jiān)控現(xiàn)場輸煤皮帶的溫度變化情況。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.2 實現(xiàn)的監(jiān)控要求

C4A皮帶單程長度779 m，C4B皮帶單程長度732 m，1，2號堆取料機分別位于C4A和C4B皮帶上方。機組上煤時，通過堆取料機將煤場上的堆煤放置在C4A和C4B皮帶上，C4A皮帶將煤輸送至C6A和C6B皮帶，C4B皮帶將煤輸送至C5A和C5B皮帶。在C4A和C4B皮帶前端安裝紅外熱成像攝像機，其監(jiān)測點位于皮帶刮水器處，該處位于皮帶頭部與堆取料機行走前限位之間，是機組上煤必經(jīng)之處，可以對運行皮帶上的煤溫度進(jìn)行實時監(jiān)控。攝像頭所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和畫面通過光纖上傳到煤控樓的監(jiān)控機柜，由后臺管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和處理，完成整體的監(jiān)控要求。C4A皮帶紅外成像現(xiàn)場安裝如圖2所示。

為實現(xiàn)與皮帶頭部噴淋控制系統(tǒng)的報警聯(lián)動，將C4A和C4B處的熱成像攝像頭的報警信號通過RS485通信線接到TT5轉(zhuǎn)運塔(位于C4A頭部)水抑塵通信箱內(nèi)。當(dāng)攝像頭監(jiān)測到輸煤皮帶上的煤溫度高于預(yù)先設(shè)定值時，可將報警信號上傳到后臺管理中心及消防管理系統(tǒng)，實現(xiàn)C4A和C4B頭部水噴淋動作噴水與消防控制系統(tǒng)的報警功能。

3.3 電氣接線原理

系統(tǒng)電氣接線的原理如圖3所示。由原理圖可知，該接線方式能實現(xiàn)以下幾個功能。

圖2 C4A皮帶紅外成像現(xiàn)場安裝

(1) 可將TT5轉(zhuǎn)運塔PLC的(programmable logic controller，可編程邏輯控制器)信號傳輸?shù)捷斆褐醒肟刂剖?，?dāng)溫度超過報警值時，報警提示值班人員。

(2) 配電箱及紅外成像攝像機位于皮帶旁，檢測皮帶上煤流的溫度。

(3) 主機柜位于輸煤中央控制室，可實時監(jiān)控皮帶上煤流的溫度變化。

(4) 溫度超過報警值時啟動皮帶頭部水噴淋裝置，對皮帶上的煤進(jìn)行噴灑降溫滅火。

(5) 消防控制箱控制每條皮帶頭部所對應(yīng)的消防系統(tǒng)，在煤溫度超過報警值時啟動消防報警。由于該項功能會涉及消防聯(lián)動整個轉(zhuǎn)運塔噴水，而第4項功能已能實現(xiàn)消防噴水，故現(xiàn)在電氣線路已進(jìn)入消防控制箱，但沒有接入報警點。

3.4 皮帶頭部水噴淋邏輯

皮帶頭部水噴淋電磁閥開啟條件增加了C4A頭部紅外成像報警信號，邏輯如圖4所示。對該程序說明如下。

(1) 皮帶運行時，選擇好皮帶線路后，遠(yuǎn)程啟動C6A，C4A皮帶。當(dāng)皮帶上有煤時，觸發(fā)C6A尾部噴淋，C4A頭部噴淋即時啟動噴水。

(2) 若C4A皮帶上的煤溫度高，則在高溫煤經(jīng)過紅外成像攝像頭監(jiān)測區(qū)域時，觸發(fā)紅外成像報警信號，觸發(fā)C4A皮帶頭部噴淋。紅外報警信號復(fù)位后，C4A皮帶頭部噴淋會延續(xù)30 s。由于紅外成像檢測點在噴淋處之前90 m，根據(jù)皮帶速度3.15 m/s，可算好預(yù)噴淋時間，保證報警點前后的煤充分被噴淋到。如果紅外報警一直有，噴淋會一直持續(xù)，當(dāng)上煤煤種粉塵大時也可以選擇手動噴淋。

圖3 電器接線的原理

圖4 C4A皮帶頭部水噴淋邏輯

C4B皮帶紅外成像系統(tǒng)及頭部噴淋原理與C4A相同。

4 運行效果

珠海發(fā)電廠煤場儲存煤種有神華煤與印尼煤。由于印尼煤含硫量大、揮發(fā)分高，在上印尼煤時，紅外成像攝像頭檢測到印尼煤表面溫度普遍偏高(白天90 ℃)，最高時為204 ℃(煤自燃的溫度)，且溫度變化很大。經(jīng)過多次觀察，會同生產(chǎn)技術(shù)部及運行負(fù)責(zé)人員同意，將溫度預(yù)警值設(shè)定為125 ℃。當(dāng)監(jiān)測溫度超過125 ℃時，電腦人機界面立即有報警顯示，并啟動聯(lián)鎖噴淋。

本套紅外熱成像監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測皮帶上煤時煤的實時溫度，并有效防止皮帶上煤時煤發(fā)生自燃，保護(hù)了輸煤皮帶及皮帶沿線輔助設(shè)備的安全。

1 中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB 50229—2006火力發(fā)電廠及變電站設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

2 邱東曉，陳永根，劉 偉，等.影響帶電設(shè)備紅外檢測及診斷的因素[J].電力安全技術(shù)，2011，13(9)：62-63.

3 車 凱.在線監(jiān)測紅外熱成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].成都：成都電子科技大學(xué)，2016.

2016-12-28；

2017-03-08。

鄭大興(1979—)，男，助理工程師，主要從事燃料電氣維修技術(shù)工作，email：56330455@qq.com。

陳壽輝(1974—)，男，工程師，主要從事燃料運行、維修技術(shù)管理工作。