火灾报警监控系统在火力发电厂的应用与管理
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【摘要】：火力发电厂煤粉系统存在自燃和爆炸等问题，一直是防爆设计的重要内容。煤粉系统的安全隐患主要是由煤粉的低温燃烧引起的，所以必须对火灾的早期阶段进行监控。传统的多传感器系统对火灾的早期预报效果不是很明显，故采用多个气体传感器和微处理器组成多传感器系统，经过信号的采集和处理得到了较好的监测效果。
前言
在使用报警器进行自动火灾识别时，可以使用不同的火灾特征参数，其中包括热量变化、烟尘形成、红外和紫外辐射扩散(火焰)及气体释放等。根据火灾类型的不同，其中某些参数起主要作用。目前应用较多的报警器有烟尘报警器、热报警器及火焰报警器等。
在火力发电厂的煤粉制备、贮存和输送等工艺过程中经常会遇到由于煤粉的低温燃烧而引起的自燃和爆炸问题，给电厂带来安全隐患和经济损失。因此，煤粉系统的防爆设计已经成为火力发电厂设计的重要内容之一。到目前为止，在许多火力发电厂中使用了离子烟尘报警器和火焰报警器对煤粉系统进行自动监控。然而现场所形成的煤粉尘云或对煤粉进行防尘喷淋时所形成的凝露对检测过程形成了巨大干扰。另外，离子烟尘报警器的测量灵敏度不足以探测纯煤粉尘低温燃烧时所形成的烟雾，煤粉尘在低温燃烧时几乎不形成明火，火焰报警器将失去作用。当报警器报警时往往已是火势较大难以控制。在这种情况下，自动监控和火灾早期预报就显得尤其重要。
1设置类型和系统构成
根据国标的有关规定进行, 具体如下机组区域的高低压配电间, 设置感烟探测器和感温探测器, 电气、电缆、隧道和坚井及热控电缆主通道设置线性感温电缆, 蓄电池室设置感烟探测器。集控室区域的集中控制室工程师室, 热控电子设备间, 电子设备间, 设置感烟探测器和感温探测器, 电缆夹层设置感烟探测器和线型感温电缆。电气探测楼层区域的控制室设置感烟探测器和感温探测器, 电缆夹层设置感烟探测器和线型感温电缆、电气、电缆、隧道设置线性感温电缆。
2功能要求
火灾检测报警系统对火灾进行探测及探测发出声光警报, 并能在上位机上反映。火灾确认后, 自动接通火灾报警装置并将全厂广播系统切到火灾事故广播状态在厂房内广为设置手动火灾报警按钮, 每个防火分区应设置一个报警按钮间的步行距离不应大于米系统中每个报警触发装置的信号、中央监控装置上同时有声、光显示, 并均能报警到位中央监控装置能反映系统各火灾探测回路的故障, 并具有多对联动用输出接点中央监控装置有记忆功能, 要求数码显示火灾发生的区域及部位, 且能自动记忆各报警点及时间中央监控装置还具有故障报警、火灾优先、自检定时、手动、时钟等功能, 故障报警与火灾报警的音响和灯光都应有所区别, 并能显示故障发生的区域和自动记忆。采用火灾报警系统主控盘对火灾报警系统进行集中监控, 并在打印机上打印。主控盘能显示火灾报警系统的工艺流程及测量参数、控制对象状态和火灾区域的测量参数, 控制对象状态。通过主控盘能进行操作中央监控装置负责全厂火灾报警系统的监控当探测器或监视模块发出火灾报警信号后, 系统能自动识别误报信号,而且对误报信号仅作记录, 不发出报警对于真实报警信号, 系统能打开声光报警器提示工作人员在选择火灾探测器时, 根据火灾的特点及探测点的空间环境来选择。探测器为智能型的中央监控装置的容量不应小于保护范围内探测区域总数, 并应留有巧的裕量声光警报装置和音响警报装置其中一种发生任何故障应不影响另一种装置正常工作控制器模件有可充电电池作为数据存储的后备电源某一个控制器或模件故障, 不影响其它控制器及模件的正常运行电源故障属系统的可恢复性故障, 一旦重新受电, 控制器及模件能自动恢复正常工作而无需运行人员的任何干预卡件应为“ 智能化” 的主控盘是火灾自动报替系统的监视控制中心。运行监视具有数据采集、画面显示、参数处理、越限报警、参数打印等功能主控盘上具有编程功能。
3煤粉的低温燃烧
燃烧过程是材料与空气中氧气之间的氧化过程。这里除了产生热、辐射、固体物质和空气粒子外，在完全燃烧的情况下生成二氧化碳和水，在缺氧低温燃烧的情况下则产生一氧化碳、碳氢化合物、低浓度酒精、有机酸、芳香化合物及醛。褐煤粉在低温燃烧(温度为100℃～500℃)时是不完全燃烧，其燃烧产物包括CO，H：，CO。CH。和其他碳氢化合物。图1中给出了H：和CO气体浓度的变化过程曲线。H：的形成是由煤粉尘中所含的水和在高温煤表面的CO气体催化反应的结果，因此形成氢气的多少与燃烧时煤粉的表面温度有直接关系。
传感器所监测到的气体浓度往往有较大的波动，这归结于燃烧气体经不同程度稀释后向传感器扩散。随着燃烧的继续进行，CO气体的浓度减小，H。气体的浓度上升。传统方法中对CO气体的浓度进行单一测量，不能很好地给出关于燃烧时煤粉表面的温度情况。燃烧气体可以在不同的地点以完全不同的浓度扩散到报警器，这与燃烧的距离及流动情况有关。
如果燃烧气体扩散是由热量或风压的流动形成的，H2气体和CO气体浓度的比例将近似为线性。图2给出两个被测气体浓度比例曲线。与单一浓度波动很大的情况相比，该比例在整个过程中呈均匀发展状态。在燃烧扩散过程中，该比例呈缓慢上升状态。为了进行煤粉低温燃烧时的自动识别，在检测时要尽量选取与报警距离无关的状态。另外还必须满足燃烧时所产生气体的浓度大于传感器能够识别的最小浓度的条件，使传感器信号明显高于背景噪声信号。
4多传感器系统的组成
4．1 气体传感器的选择
红外气体测量传感器是利用红外光辐射通过被测量气体时的衰减性，它在具有非常好的稳定性和线性度的同时，其灵敏度可达l×10‘12pm数量级。因此，在通常情况下这种传感器用于高精度气体测量。由于该传感器的光学系统和所需要的气泵系统必须保持清洁，故这种测量装置不适用于含尘环境。电化学气体传感器经常在CO、H2或有毒气体报警装置中广泛使用。它具有稳定性高，电流消耗低和灵敏度高等优点。缺点是测量单元的寿命短(通常只有几年)，在恶劣环境里，寿命只有几个月。该传感器受到污染时，其灵敏度和响应时间都会受到影响。
半导体气体传感器主要是以氧化物半导体为基本材料，使气体吸附于该半导体表面，利用由此而产生的电导率变化测量被检测气体的成分和浓度。因半导体材料、添加材料和温度的不同，传感器具有不同的分辨率和灵敏度。在恶劣的环境下，它具有寿命长和稳定性高的特点。采用贵金属配料，可以针对燃烧气体H。和CO获得高灵敏度。相对其他成分，半导体传感器可以针对一种或多种气体成分具有优化的交叉敏感性，例如对C0传感器来说，H2、CH。及水蒸气的背景浓度也很重要。为了能定量测量气体浓度，必须在计算时考虑背景气体对算法的影响和传感器特性曲线的非线性。由于一个气体传感器存在对其他气体的交叉敏感性，故在检测是否存在可燃气体时，必须使用多个气体传感器。如果使用了能显示燃烧或背景气体的具有不同分辨率的传感器，则可以用适合的信号处理措施避免误报。
4．2 多传感器系统
在火力发电厂中，尽管对设备进行定期清理，但煤粉尘仍然能够落到所有设备的表面上。这些煤粉尘可能与传送带滚子之间的火花相接触而引起低温燃烧。燃烧残留物在几小时或几天后慢慢积累增加。如果附近有易燃材料存在，如导线和橡胶皮带，则会产生很难扑灭的火焰。在空气对流较大时，可以使燃烧层产生涡流，引起爆炸。因此，必须在燃烧形成阶段就对低温燃烧进行探测，此时还没有出现明火，烟气变化也较小，而热量变化不足以用热差报警器进行检测。传统的多传感器系统多是对火焰、烟气和温度进行检测，在这种情况下并不适用。
基于以上考虑，该多传感器系统的主要元件是由三个半导体气体传感器和一个用于信号处理的微控制器组成。对低温燃烧时产生的主要气体进行检测的其电路方框图如图3所示。一个电源提供微处理器、电子器件及传感器单元的加热器工作所需的电压，传感器组件包括相对于每一个传感器的一个加热温度的模拟控制电路。温度可以通过数字电位计由微控制器设定。传感器专用基本配置作为参数存储在E2PROM存储器中。
传感器元件的交叉灵敏度可以通过选择工作温度来改变，如表l所示。由于传感器单元的基本电阻对传感器芯片的加热温度很敏感，故必须进行温度控制。加热元件是Ptl0元件，通过加热器的电阻可以测量温度。微控制器80C537用于该系统，其主要任务是：加热系统的控制和调节；系统功能自动检测；传感器电阻值测量的时间过程控制；信号处理；报警及干扰报警输出。
5日常维护的注意点
日常应由经培训合格的专职人员小时值班, 并应注意定期检测, 发现问题及时解决, 不能长期带故障运行。火灾检测报警系统只有从设计、施工、安装、调试、运行等各方面加强管理, 按要求进行, 才能预防和减少火灾发生。
结束语
火力发电厂中煤粉系统的自然和爆炸等问题，一直是防爆设计的重要内容。因为煤粉系统的安全隐患主要是由煤粉的低温燃烧引起的，所以必须对火灾的早期阶段进行监控。然而，传统的多传感器系统对火灾的早期预报效果不明显。笔者采用多个气体传感器和微处理器组成了一个多传感器系统。某热电厂给煤设备试验表明，该系统有较好的检测效果。
参考文献
1．《电力系统继电保护》重庆电力学院编
2.《火力发电厂、变电站直流系统设计技术规范》(DL/T5044-95)
3.《GZDW-M-100/220型智能开关电源技术说明书》
4．《直流操作电源中主要物理量的检测》（电工技术，2000(9)）
5．《电力工程电气设计手册》能源部西北电力设计院编